СУДНО ДЛЯ БОРЬБЫ С РАЗЛИВАМИ НЕФТИ
SHIP TO FIGHT OIL SPILLS

Настоящее изобретение относится к судну для борьбы с разливами нефти и способу сдерживания разливов нефти, как изложено во вводных частях независимых пунктов формулы изобретения.
Нефтяные разливы, источником которых являются суда или нефтеперерабатывающие заводы, могут наносить экологический ущерб. Разливы нефти могут происходить в окружающей природной среде, где на поверхности моря, озера или реки имеется ледяной покров или льдины. Сбор разлитой нефти среди льда в таких условиях затруднен.
В публикации ЕР 1439119 А1 описано трехкорпусное судно, между средним и боковыми корпусами которого расположены устройства для сбора нефти.
В публикации WO 2007054607 описано трехкорпусное судно, пригодное для вскрытия ледяного покрова.
В публикации US 6592765 описано устройство для отделения нефти, в котором имеется вибрационное сито, закрепляемое на судне, предназначенное для заталкивания льдин под поверхность воды. Нефть отделяется от льдин, которые ушли под воду, посредством вибрации сита, контактирующего с этими льдинами. Сито может вибрировать, например, под действием асимметричной массы или шатуна.
Устройство, соответствующее публикации US 6592765, должно иметь такие размеры, чтобы быть тяжелым, с тем, чтобы без повреждений выдерживать усилия со стороны льда, особенно при эксплуатации с однокорпусным судном. Сита, соответствующие публикации US 6592765, на данный момент, имеют площадь основания в несколько квадратных метров. Для приведения в движение крупногабаритного и тяжелого сита необходимы мощные вибрационные механизмы. Поскольку размер вибрационного сита ограничен, вибрационные механизмы должны обладать способностью приводить тяжелое сито в движение с такой амплитудой и частотой, которые существенно интенсифицируют отделение нефти от льдин. В результате вибрации сита могут образовываться небольшие льдины и ледяная шуга, которые, когда они поднимаются на поверхность воды через сита, могут осложнять сбор нефти.
Задачей настоящего изобретения является создание судна и способа сбора нефти с водного пространства, покрытого льдом или льдинами.
Для выполнения указанной задачи судно и способ, соответствующие настоящему изобретению, отличаются тем, что отражено в описывающих частях независимых пунктов формулы изобретения.
Судно для борьбы с разливами нефти настоящего изобретения представляет собой многокорпусное судно, в котором имеется, по меньшей мере, средний корпус и, по обеим сторонам от него, боковые корпуса. Судно для борьбы с разливами нефти настоящего изобретения снабжено отделительным устройством, которое заталкивает льдины, движущиеся между средним корпусом и боковыми корпусами от носа к корме, или неподвижный лед, под поверхность воды во время движения судна. Указанное устройство может представлять собой, например, решетку, расположенную вдоль судна. Отделительное устройство предназначено для толкания льда вниз, однако, в то же время, обеспечивается возможность прохождения воды и нефти сквозь это отделительное устройство в свободное ото льда водное пространство. Таким образом, отделительное устройство обеспечивает отделение нефти от льдин и, в результате, сбор нефти, например, в контейнер значительно облегчается. Таким образом, отделенная нефть может быть собрана с относительно свободной ото льда водной поверхности при помощи какого-либо устройства для сбора нефти, которое может представлять собой, например, щеточный нефтесборщик.
Плотность нефти или продукта нефтепереработки, подлежащих сбору, меньше плотности воды, поэтому нефти, отделенной от льдин, которые были погружены под воду, свойственна тенденция подниматься сквозь отделительное устройство на поверхность воды. В одном из вариантов осуществления изобретения это явление используется для уменьшения содержания воды в водонефтяной смеси, обрабатываемой при помощи устройства для сбора нефти. Уменьшение содержания воды в этой смеси облегчает отделение нефти от воды. Кроме того, водонефтяная смесь может быть подана, практически, как таковая, в контейнер на судне, поэтому уменьшение содержания воды в этой смеси ведет к уменьшению необходимого объема контейнера.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения устройство для сбора нефти находится над отделительным устройством.
В одном из вариантов осуществления изобретения отделительное устройство, установленное между корпусами, может быть удлиненным по отношению к длине бокового корпуса. Использование удлиненного отделительного устройства способствует увеличению эффективности сбора нефти и/или коэффициента полезного действия (КПД) сбора нефти.
Во многих ситуациях приемлемая эффективность сбора нефти может быть достигнута просто путем заталкивания льдин под поверхность воды при помощи прикрепленного между корпусами данного судна отделительного устройства, передняя кромка которого наклонена, особенно, если используется удлиненное отделительное устройство. Данное отделительное устройство может быть неподвижным по отношению к судну, то есть оно не совершает активных движений по отношению к корпусам судна во время сбора нефти, за исключением возможных операций по корректировке его расположения. Таким образом, при отделении нефти от льдин при помощи указанного отделительного устройства, не требуется, чтобы нижняя сторона отделительного устройства обязательно совершала активные вибрирующие движения в контакте с льдинами.
Тем не менее, необходимо отметить, что даже если бы это отделительное устройство не вибрировало интенсивно, вибрация, вызываемая соударениями со льдом и двигательной установкой судна, обычно, все же частично передавалась также и отделительному устройству. Пассивно вибрирующее отделительное устройство вибрирует, по существу, только под действием сил, создаваемых льдинами и/или вибрацией двигательной установки судна. Вскрытый неподвижный лед, ударяющиеся льдины и/или плавучие льдины создают силы, переменные во времени, которые в настоящем описании именуются усилиями воздействия со стороны льдин. Вибрацию двигательной установки может создавать, например, двигатель, гребной винт и/или вал.
Неподвижное или пассивно вибрирующее отделительное устройство, типично, может быть сконструировано более устойчивым, и/или площадь его поверхности может быть больше, чем в случае устройства, соединенного с вибрационным механизмом. Размеры этого отделительного устройства могут быть такими, чтобы устройство было тяжелым и, таким образом, могло быть использовано для заталкивания крупных и тяжелых льдин и/или для вспомогательного разбивания льда. Неподвижное или пассивно вибрирующее отделительное устройство, размещенное между корпусами, может быть длинным, вследствие чего время подъема отделенной нефти на поверхность по мере возможности увеличивается.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, судно представляет собой трехкорпусное судно, сконструированное специально для вскрытия ледяного покрова, при этом отделительные устройства расположены в пространстве между средним корпусом и боковыми корпусами данного судна. Судно может иметь конструкцию, позволяющую разбивать, главным образом, только довольно большие льдины неподвижного льда, каковые льдины, по существу, не проходят сквозь решетку отделительного устройства. Во многих ситуациях адекватная эффективность сбора нефти может быть достигнута путем заталкивания указанных крупных льдин под поверхность воды при помощи неподвижного или пассивно вибрирующего отделительного устройства. Данное неподвижное или пассивно вибрирующее отделительное устройство откалывает от крупных льдин насколько возможно маленькие льдины и/или ледяную шугу, которые, когда они поднимаются сквозь отделительное устройство на поверхность воды, могут затруднять сбор нефти.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, данное судно используется для сбора нефти в условиях, когда лед уже имеет форму льдин. Таким образом, также достигается преимущество, обуславливаемое тем фактом, что данное судно имеет несколько корпусов, хотя данное судно не обязательно должно быть оптимизировано для вскрытия ледяного покрова. Отделительное устройство, следовательно, может быть установлено в закрытом пространстве между корпусами судна, и изменения высоты возле устройства для сбора нефти вследствие волнения моря могут быть сведены к минимуму.
Когда судно движется, в воде могут возникать завихрения и течения, в результате чего льдины и ледяная шуга приобретают тенденцию к перемещению, главным образом, от задней части отделительного устройства на отделительное устройство, таким образом, затрудняя сбор нефти, которая поднялась через отделительное устройство на поверхность воды. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, задняя часть отделительного устройства имеет такую форму, что когда судно движется, прохождение льдин и ледяной шуги на отделительное устройство, по существу, блокировано. Отделительное устройство может иметь, например, пластинчатую форму, наклонную в задней части и поднимающуюся к корме судна. Обычно, задняя часть отделительного устройства является водопроницаемой с тем, чтобы вода могла протекать сквозь отделительное устройство, и чтобы это устройство не было причиной возникновения сил, мешающих движению судна. Задняя часть отделительного устройства может быть спроектирована подвижной, чтобы льдины и ледяная шуга, которые, возможно, накопились на отделительном устройстве, могли быть легко удалены. Например, может быть предусмотрена возможность регулирования угла наклона пластинчатой задней части.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, нефть, которая поднялась на поверхность воды сквозь отделительное устройство, направляется при помощи нефтенаправляющего бона в устройство для сбора нефти в среднем корпусе. Направляющий бон может быть расположен по диагонали относительно направления движения судна, тем самым, движение судна приводит в движение нефть, поднявшуюся на поверхность, собираясь возле бона, она перемещается к среднему корпусу судна.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, судно зафиксировано, по существу, в определенном положении относительно дна водоема, чтобы собирать нефть с водного пространства, покрытого льдом или льдинами. Вода вокруг судна движется так, что ее потоки направляют нефть, присутствующую в воде, к носу судна и далее к отделительному устройству, прикрепленному между средним корпусом и боковым корпусом. Это отделительное устройство отделяет нефть от льдин. Нефть, отделившуюся и поднявшуюся на поверхность, собирают в контейнер, например, при помощи насоса.
Для фиксации судна относительно дна водоема используется, по меньшей мере, один фиксирующий механизм, такой как стопорный столб или якорь. Двигательная установка или установки судна, предпочтительно, используются для формирования течения. Отдельное устройство, при помощи которого создают необходимый поток, может быть использовано в качестве альтернативы или в сочетании с двигательной установкой или установками данного судна.
Настоящее изобретение и его ключевые отличительные особенности, а также преимущества, которые достигаются посредством настоящего изобретения, будут более понятны специалистам в данной области при рассмотрении формулы изобретения и приводимого далее описания, в котором настоящее изобретение описано более подробно при помощи нескольких избранных примеров.
Ниже настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые схематические изображения, где:
на фиг.1а показан вид спереди трехкорпусного судна,
на фиг.1b показан вид сбоку трехкорпусного судна, представленного на фиг.1а,
на фиг.1с показан вид снизу трехкорпусного судна, представленного на фиг.1а,
на фиг.2 показан вид снизу трехкорпусного судна, представленного на фиг.1а, в процессе вскрытия ледяного покрова,
на фиг.3а показан вид сверху трехкорпусного судна, каковое судно снабжено решеткой для заталкивания льдин под воду и удерживания их там, и устройством для сбора нефти,
на фиг.3b показан вид сбоку решетки и устройства для сбора нефти, соответствующих фиг.а,
на фиг.3с показаны некоторые размеры решетки, соответствующей фиг.3b,
на фиг.3d показано отделительное устройство, которое придавливает льдины, и часть которого проницаема для нефти и воды,
на фиг.4а показан вид трехкорпусного судна сверху, каковое судно снабжено решеткой и направляющим устройством для направления нефти, которая отделяется от льдин, в устройство для сбора нефти в среднем корпусе,
на фиг.4b показан вид сбоку решетки и нефтенаправляющего устройства, соответствующих фиг.4а,
на фиг.4с представлено трехмерное изображение нефтенаправляющего бона,
на фиг.4d представлено трехмерное изображение просеивающего устройства, которое предназначено для удаления небольших льдин, которые прошли сквозь отделительное устройство,
на фиг.5а представлено трехмерное изображение поперечных опор решетки,
на фиг.5b представлено трехмерное изображение поперечных опор решетки, где, кроме того, верхняя поверхность решетки является, по существу, ровной,
на фиг.6 показан пример ситуации, когда судно для борьбы с разливами нефти, соответствующее одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, производит сбор нефти на месте нефтяного разлива.
Отделительное устройство, соответствующее настоящему изобретению, предназначено для использования, главным образом, на трехкорпусном судне, то есть тримаране. Предпочтительно, это судно также способно вскрывать неподвижный лед.
На фиг.1а-1с изображено трехкорпусное судно 500, включающее средний корпус SH1, правый боковой корпус SH3 и левый боковой корпус SH2. Корпуса SH1, SH2, SH3 могут быть соединены друг с другом посредством палубы DC1. WL1 означает уровень поверхности воды. Угол между килем и поверхностью воды равен α. Если киль отсутствует, угол α означает угол между дном среднего корпуса SH1 и поверхностью воды на высоте уровня поверхности воды WL1.
На фиг.2 изображено судно 500, которое может иметь размеры, делающие его пригодным, главным образом, для вскрытия неподвижного льда. Нос боковых корпусов SH2, SH3 может быть расположен, по существу, ближе к корме, чем нос среднего корпуса SH1, тем самым, боковые корпуса, которые скользят по верху льда, могут откалывать от ледяного покрова льдины J1 с обеих сторон от среднего корпуса SH1, затрачивая относительно небольшое усилие. Боковые корпуса SH2, SH3 легко откалывают льдины от неподвижного льда, так как неподвижный лед более не поддерживает льдины, подлежащие откалыванию по бокам от среднего корпуса SH1.
Кроме того, боковые корпуса SH2, SH3 не обязательно должны полностью проходить сквозь лед, напротив, обычно достаточно, чтобы боковые корпуса только отклоняли льдины J1 от неподвижного льда. Таким образом, водоизмещение боковых корпусов SH2, SH3 может быть значительно меньше, чем у среднего корпуса SH1.
Средний корпус SH1 может вскрывать ледяной покров по принципу, используемому в обычных ледоколах. Средний корпус SH1 может быть снабжен выступающим килем К1, что делает раскалывание льда более эффективным. Угол α между килем и поверхностью воды может быть подобран так, чтобы уклон был пологим, с тем, чтобы средний корпус SH1 вскрывал лед, фактически, толкая его вниз. Угол α может, например, лежать в диапазоне 10-25°. Благодаря пологому углу атаки, в ледовых условиях передняя часть среднего корпуса SH1 частично поднимается на лед и откалывает лед, толкая его вниз. Энергия, необходимая для откалывания, таким образом, заметно меньше, чем в случае, когда лед подлежит раскалыванию на куски только в направлении уровня поверхности воды WL1. Кроме того, угол боковых корпусов SH2, SH3 относительно уровня поверхности воды WL1 может быть подобран, например, соответствующим диапазону 10-25° с тем, чтобы эти корпуса легко толкали лед под себя.
Льдины J1 могут также оказываться под корпусами SH1, SH2, SH3 судна 500, но эти льдины на фиг.2 не показаны для упрощения изображения.
SX означает основное направление движения судна и направление среднего корпуса SH1.
Судно 500 снабжено, по меньшей мере, одной двигательной установкой Р1 и, возможно, также рулем R1. Может быть предусмотрено наличие двух или более двигательных установок Р1, посредством которых можно эффективно компенсировать асимметричные силы, которые иногда воздействуют со стороны льда на боковые корпуса SH2, SH3. На корме среднего корпуса могут располагаться два или более гребных винта, по существу, один возле другого. Направление оси гребных винтов двигательной установки может быть изменено на угол до 180 или даже 360 градусов. Двигательная установка может, например, представлять собой Azipod (торговая марка компании АВВ) или Aquamaster (торговая марка компании Rolls Royce).
Двигательную установку или установки Р1, предпочтительно, располагают на среднем корпусе SH1, поскольку боковые корпуса SH2, SH3 не обязательно проходят сквозь лед.
Трехкорпусной ледокол, соответствующий фиг.1а-2, описан, например, в патентной публикации WO 2007054607. Трехкорпусной ледокол, показанный, в частности, на фиг.1а-2 или в патентной публикации WO 2007054607, может быть оборудован устройствами для отделения нефти и устройствами для сбора нефти, описываемыми ниже.
На фиг.3а показано, что между средним корпусом SH1 и боковым корпусом SH2 может быть расположено отделительное устройство 100, каковое отделительное устройство заталкивает льдины, движущиеся между средним корпусом SH1 и боковым корпусом SH2, под поверхность воды во время движения судна 500 и удерживает указанные льдины под поверхностью воды в течение времени, достаточно длительного для того, чтобы нефть В1 успела отделиться от льдин J1 и подняться к поверхности. Отделительное устройство 100, преимущественно, представляет собой решетку. Между средним корпусом SH1 и вторым боковым корпусом SH3, предпочтительно, имеется второе аналогичное отделительной устройство 100b, что позволяет собирать нефть с большей площади и, по возможности, уравновешивать силы, воздействующие на судно 500 со стороны льда.
Отделяющаяся и поднимающаяся на поверхность нефть движется относительно судна 500, поэтому она может собираться, например, возле устройства 200 для сбора нефти в нефтяные капли В4, которые могут быть обработаны устройством 200 для сбора нефти. Устройство для сбора нефти может отделять воду, которая, возможно, была захвачена нефтью В4, нефть В4 может быть подана насосом в контейнер 300. В некоторых случаях в контейнер 300 также может быть собрана смесь нефти и воды как таковая. Это может осуществляться, например, при небольших разливах нефти.
На дне или по бокам среднего корпуса SH1 может быть предусмотрен, по меньшей мере, один воздуховод 190, подаваемый им воздух делает перемещение нефти возле дна через отделительное устройство 100 более эффективным.
На фиг.3b показан вид сбоку отделительного устройства 100, соответствующего фиг.3а. В отделительном устройстве 100 имеется первый конструктивный элемент 10, предназначенный для заталкивания льдин J1, которые перемещаются между средним корпусом SH1 и боковым корпусом SH2 от носа к корме, под поверхность воды во время движения судна 500. В отделительном устройстве 100 имеется второй конструктивный элемент 20, предназначенный для удерживания льдин J1, которые перемещаются между средним корпусом SH1 и боковым корпусом SH2, под поверхностью воды во время движения судна 500. Указанный второй конструктивный элемент 20, предпочтительно, является, по меньшей мере частично, проницаемым для воды и нефти. Чтобы уменьшить сопротивление движению и повысить эффективность сбора нефти, предпочтительно, чтобы указанный первый конструктивный элемент 10 также был, по меньшей мере частично, проницаемым для воды и нефти. Указанные первый конструктивный элемент 10 и второй конструктивный элемент 20 могут, например, являться частями одной и той же решетки.
Первый конструктивный элемент 10, который толкает льдины J1 вниз, также выполняет функцию элемента, который удерживает льдины под поверхностью воды, однако второй конструктивный элемент 20, который удерживает льдины внизу, не обязательно должен обладать способностью изменять положение льда по высоте.
Нижняя сторона элемента 10 может составлять с уровнем поверхности воды WL угол β. Нижняя сторона элемента 20 может быть, по существу, горизонтальной. Хотя небольшой угол между элементами 10, 20, показанный на фиг.3b, является острым, отделительное устройство 100 также может иметь форму полоза саней на виде сбоку. Радиус кривизны в точке соединения элементов 10, 20, с целью облегчения скольжения льда, может, например, быть большим или равным 0,2 м. Наличие такой кривизны также сводит к минимуму откалывание небольших льдин от более крупных, скользящих вниз. Небольшие льдины и ледяная шуга могут препятствовать сбору отделившейся нефти с поверхности воды WL1.
Если первый конструктивный элемент 10 является проницаемым для воды и нефти, то нефть, имеющаяся среди льдин J1, может почти напрямую проходить сквозь элемент 10, например решетку, в направлении поверхности воды WL1, когда судно 500 движется вперед. Таким образом, нефть, находящаяся в воде, не обязательно будет перемещена глубже, в результате чего пришлось бы ждать, пока нефть поднимется обратно на поверхность или в направлении поверхности.
Элементы 10 и/или 20 могут иметь отверстия или промежутки, проходящие сквозь отделительное устройство 100 с тем, чтобы доля указанных отверстий или промежутков относительно площади поверхности нижней стороны элементов 10, 20 составляла, например, по меньшей мере, 30%, предпочтительно, по меньшей мере, 60%.
Нефть может присутствовать в форме капель В1 между льдинами или в форме капель В2 на поверхности льдин. Плотность подлежащей сбору нефти или очищенной нефти меньше, чем плотность воды, поэтому нефть склонна подниматься вверх через отверстия в отделительном устройстве 100. Нефть В3, которая уже отделилась ото льда, может подниматься на поверхность воды по всей длине. Нефть, отделившуюся ото льда, также можно собрать еще до того, как она достигнет поверхности. Отделившаяся нефть В3 может собираться у устройства для сбора нефти в капли В4, которые могут быть собраны при помощи устройства 200 для сбора нефти.
В настоящем документе эффективность сбора нефти означает массу нефти, которая может быть собрана за единицу времени.
В настоящем документе коэффициент полезного действия (КПД) сбора нефти означает массу нефти, собранную судном 500, по отношению к общей массе нефти, присутствующей на площади, занятой льдом, вскрытым судном 500. Площадь вскрытого льда представляет собой величину, получаемую умножением ширины вскрытого прохода на длину этого прохода.
Отделившаяся нефть В3 может подниматься в воде относительно медленно. До некоторой степени, КПД сбора нефти можно увеличить путем подбора небольшой скорости движения судна 500. Однако проблему в этом случае может представлять снижение эффективности сбора нефти.
При борьбе с разливами нефти усилия могут быть направлены на то, чтобы скорость движения судна 500 была оптимальной, при которой эффективность сбора нефти максимальна. Эту оптимальную скорость движения можно определить, например, при помощи пробных проходов, маломасштабных модельных испытаний и/или моделирования.
На фиг.3с показано, что льдины J1 удерживаются под поверхностью воды в течение заданного времени, которое может быть, например, больше или равно 10 с или даже больше или равно 60 с. Чтобы этого достичь, длина L1 части отделительного устройства 100, которая находится ниже поверхности воды, может быть, например, большей или равной 15% длины среднего корпуса SH1 вдоль ватерлинии. Длина L1 части отделительного устройства 100, которая находится ниже поверхности воды, может, предпочтительно, быть больше или равной 30% длины среднего корпуса SH1 вдоль ватерлинии или больше или равной 60% длины бокового корпуса SH2 вдоль ватерлинии. Если нефтезаборное отверстие 202 устройства 200 для сбора нефти не находится непосредственно на корме, расстояние L2 важно с точки зрения времени пребывания, каковое расстояние L2 представляет собой расстояние между, с одной стороны, точкой пересечения отделительного устройства 100 и уровня поверхности воды WL1 и, с другой стороны, указанным нефтезаборным отверстием 202. Кроме того, расстояние L2 может быть больше или равно 15% длины среднего корпуса SH1 вдоль ватерлинии. Расстояние L2, предпочтительно, может быть больше или равно 30% длины среднего корпуса SH1 вдоль ватерлинии или больше или равно 60% длины бокового корпуса SH2 вдоль ватерлинии. Расстояние L2 может быть, например, больше или равно 10 м.
Длина отделительного устройства 100 может быть, предпочтительно, меньше, чем длина бокового корпуса SH1 вдоль ватерлинии. Задняя часть отделительного устройства 100 лучше закрыта от воздействия со стороны льда, если она находится полностью между средним корпусом SH1 и боковым корпусом SH2, чем если бы отделительное устройство 100 выступало за корму судна 500. Задние части боковых корпусов SH2, SH3 в продольном направлении судна 500 могут достигать, по существу, того же уровня, что и задняя часть среднего корпуса SH1. Передняя часть отделительного устройства 100 начинает задавливать льдины J1 вниз, предпочтительно, только после того, как средний корпус SH1 отколет льдины J1 от неподвижного льда.
Для максимальной эффективности сбора нефти, предпочтительно, чтобы разность высот h1 между нижней стороной отделительного устройства 100 и уровнем поверхности воды WL1 была, предпочтительно, наименее возможной, например менее 50 см.
В некоторых случаях может оказаться необходимым использовать отделительное устройство 100 для вскрытия ледяного покрова. Поэтому является предпочтительным, чтобы размеры отделительного устройства обеспечивали ему адекватный большой вес. Это ограничивает минимальную величину разности высот h1.
Угол β между нижней стороной элемента 10, который толкает льдины вниз, и поверхностью воды WL1 на высоте уровня поверхности воды WL1 может соответствовать, например, диапазону 5-35°, предпочтительно, диапазону 10-30°, более предпочтительно, диапазону 10-15°.
Разность высот h2 между поверхностью воды WL1 и верхней поверхностью элемента 20, который удерживает льдины внизу, может, по меньшей мере, возле устройства для сбора нефти или нефтенаправляющего бона 30 (фиг.4а), составлять, предпочтительно, более 10 см. В этом случае нижняя часть устройства 200 для сбора нефти полностью погружена в воду, вследствие чего конструкция устройства 200 для сбора нефти может быть простой. Устройство 200 для сбора нефти может быть снабжено, например, щеточным нефтесборщиком, то есть щеточным устройством для снятия тонкого слоя.
Если, напротив, поверхность воды находится ниже, чем верхняя поверхность элемента 20, который удерживает льдины внизу (разность высот h2 отрицательна), щетки возможно используемого щеточного нефтесборщика должны касаться водной поверхности между перекладинами решетки.
Отделительное устройство 100 может представлять собой, например, решетку, образованную несколькими смежными перекладинами или брусьями. Указанные перекладины, предпочтительно, расположены, по существу, по направлению среднего корпуса SH1. Размер перекладин по вертикали может быть меньше в задней части, чем в передней, поскольку и возможное воздействие со стороны льда в задней части меньше, чем в передней.
Рассмотрим фиг.3d. Элемент 10 отделительного устройства 100, который толкает вниз льдины J1, может быть проницаемым для нефти В3 и воды. При проталкивании вниз неподвижного льда или льдин J1, по меньшей мере, часть нефти В1, В2 на поверхности или между указанными льдинами J1 отделяется ото льда, в результате чего отделившаяся нефть В3, как и вода, может проходить в направлении судна сквозь элемент 10 и далее к устройству 200 для сбора нефти или нефтенаправляющему бону 30 (фиг.4а). Таким образом, подлежащая отделению нефть не обязательно проталкивается глубже вместе с льдинами J1, после чего снова должна подниматься к поверхности, напротив, нефть может проходить сквозь решетку, по существу, на той же глубине, на которой она была, когда находилась между льдинами.
Если конструктивный элемент 10 проницаем для нефти и воды, то конструктивный элемент 20, который удерживает льдины внизу, может быть коротким и/или непроницаемым для нефти и воды. Если устройство для сбора нефти расположено непосредственно за первым элементом 10 или над ним, то второй элемент 20 даже не обязательно нужен. Однако, если время между отделением нефти ото льда, которое происходит при помощи конструктивного элемента 10, и поступлением в устройство 200 для сбора нефти невелико, то нет уверенности, что отделившаяся нефть В3 успеет существенно подняться к поверхности воды WL1. Поэтому водонефтяная смесь, достигающая устройства 200 для сбора нефти, может быть ненасыщенной, в этом случае устройство 200 для сбора нефти должно обладать большой емкостью. Однако, если емкость устройства 200 для сбора нефти большая, то скорость движения судна 500 не обязательно должна быть ограничена, по меньшей мере, из-за необходимости обеспечить наличие времени, достаточного для того, чтобы нефть поднялась на поверхность.
Даже если бы второй элемент 20 был непроницаемым для нефти и воды, то и в этом случае можно обеспечить возможно более длительное время для подъема нефти на поверхность путем подбора по возможности, длинного второго конструктивного элемента 20.
Если конструктивный элемент 20, который удерживает льдины J1 внизу, проницаем для нефти и воды, то элемент 10, который толкает льдины J1 вниз, в принципе, также может представлять собой стальную пластину, которая непроницаема для нефти и воды, установленную, например, под углом β. Однако наиболее оптимальная эффективность и КПД сбора нефти в этом случае не достигается. Кроме того, в этом случае велико сопротивление движению.
При использовании в сочетании отделительного устройства 100 и устройства 200 для сбора нефти, предпочтительно, задействуются оба указанных выше принципа отделения нефти, то есть склонность нефти, присутствующей среди льда, оставаться на месте, когда льдины погружаются под воду, и склонность нефти со временем подниматься к поверхности воды. Поэтому предпочтительно, чтобы и конструктивный элемент 10, и конструктивный элемент 20 были проницаемыми для нефти и воды. Конструктивный элемент 10, предпочтительно, должен быть проницаемым, по меньшей мере, для нефти, которая перемещается сквозь него в направлении, противоположном направлению SX движения судна, а конструктивный элемент 20, предпочтительно, должен быть проницаемым, по меньшей мере, для нефти, которая поднимается по диагонали вверх или перпендикулярно вверх через элемент 20.
Обратимся к фиг.4а. Устройство 200 для сбора нефти также может быть расположено в среднем корпусе SH1. Судно 500 может быть оборудовано нефтенаправляющим элементом 30, который образует диагональ к направлению движения судна и предназначен для сбора поднявшейся нефти В4 и подачи ее через отверстие 40 в боковой части среднего корпуса SH1 в устройство для сбора нефти. Нефть может быть отделена от воды в устройстве 200 для сбора нефти, отделенная нефть может быть подана насосом в контейнер 300. Отделенная вода может быть возвращена в море.
Угол γ между направляющим элементом 30 и направлением движения судна может соответствовать, например, диапазону 10-70°.
Судно 500 может быть оборудовано, по меньшей мере, одним насосом 42, предназначенным для всасывания нефти В4 или нефтесодержащей воды по бокам корпусов SH1, SH2, SH3 и подачи ее в устройство 200 для сбора нефти. Судно 500 может быть оборудовано, по меньшей мере, одним насосом для удаления воды, прошедшей через устройство 200 для сбора нефти и возвращаемой обратно в море.
На фиг.4b показан тот же вариант, что и на фиг.4а, на виде сбоку. Нефтенаправляющий элемент 30 улавливает поднявшуюся нефть В4 и направляет ее в устройство для сбора нефти в среднем корпусе SH1, в то время как судно 500 движется вперед.
На фиг.4с показано трехмерное изображение того же варианта, что и на фиг.4а. Итак, отделительное устройство может включать решетку, образованную несколькими смежными направляющими перекладинами 12. Нефть В3 может подниматься по промежуткам между перекладинами, по существу, прямо вверх относительно поверхности воды и по диагонали назад относительно движущегося отделительного устройства 100. На поверхности воды нефть может перемещаться прямо между перекладинами 12, по существу, в направлении поверхности воды WL1.
На фиг.5а изображены перекладины 12 отделительного устройства 100, которые могут быть соединены друг с другом при помощи поперечных брусьев 50, 60. Льдины J1 скользят вдоль нижней стороны перекладин 12, а отделившаяся нефть В3 может подниматься между перекладинами 12.
Форма поперечного сечения поперечных опор 50, 60 может быть подобрана так, чтобы гидродинамическое сопротивление было невелико и/или так, чтобы перед поперечными опорами не собиралась ледяная шуга.
На фиг.5b изображены поперечные опоры 62 элемента 20, удерживающего льдины внизу, которые могут быть размещены между перекладинами 12 так, чтобы и верхняя поверхность перекладин была ровной относительно направления движения судна 500. Таким образом, вероятность того, что перед поперечными опорами 62 будут собираться льдины, которые, возможно, прошли между перекладинами, может быть уменьшена.
Промежуток d2 между перекладинами, предпочтительно, соответствует диапазону 5-10 см. Если промежуток d2 слишком велик по сравнению с толщиной льдин или толщиной неподвижного льда, который нужно вскрыть, то льдины J1 могут проходить между перекладинами 12 решетки. Льдины, которые прошли насквозь, могут наносить ущерб работе нефтенаправляющего элемента 30 и/или устройства 200 для сбора нефти.
Одним из преимуществ трехкорпусного судна 500 ледокольного типа в соответствии с фигурами 1а-2 является то, что отколотые льдины J1, которые перемещаются между корпусами SH1 и SH2, являются, главным образом, крупными. Таким образом, вероятность того, что льдины J1 в значительном количестве будут проходить через промежутки между перекладинами 12, снижена.
Размеры судна 500 могут быть таковы, а скорость и глубина хода судна 500 относительно толщины подлежащего вскрытию неподвижного льда могут быть подобраны так, чтобы средний диаметр льдин J1, которые заталкиваются вниз при помощи первого конструктивного элемента 10, был, например, больше или равен одной трети расстояния между средним корпусом SH1 и боковым корпусом SH2 судна. Средний диаметр рассчитывается как средневзвешенный диаметр в соответствии с массой льдин J1, которые нужно погрузить под воду. Средний диаметр льдин J1 может быть, например, больше или равен 0,3 м.
Время от времени отделительное устройство 100 может ударяться о толстые льдины или паковый лед, поэтому предпочтительно, чтобы оно имело размеры, делающие его тяжелым. Толщина d3 перекладин может, например, соответствовать диапазону 2-5 см или диапазону 1-5% толщины подлежащего вскрытию неподвижного льда.
Льдины J1 и/или ледяная шуга, проходящие сквозь перекладины 12, оказываются среди капель нефти В4 (фиг.3а, 4а и 4с) и могут препятствовать обработке нефти в устройстве 200 для сбора нефти.
Время от времени может возникать необходимость удалять льдины J1 и/или ледяную шугу спереди устройства 200 для сбора нефти или нефтенаправляющего бона 30. Например, судно 500 может быть снабжено устройством для подъема на время нефтенаправляющего бона 30 или устройства 200 для сбора нефти из воды. Тогда льдины J1 и/или ледяная шуга могут покинуть пространство между средним корпусом SH1 и боковым корпусом SH2. Однако недостатком в этом случае является то, что, по меньшей мере, часть капель нефти В4 опять уходит в море.
Обратимся к фиг.4d. Ледяная шуга, оказывающаяся среди капель нефти В4, может быть возвращена в море, например, при помощи механического сита 38, предназначенного для вычерпывания небольших льдин JS1 и/или ледяной шуги из капель нефти В4. Сито 38 может быть соединено с приводным механизмом, который перемещает сито 38, например, в соответствии с траекториями М1, М2, М3 и М4. По траектории М1 сито 38 перемещается под льдину JS1. По траектории М2 сито 38 поднимается над поверхностью воды WL1 и, перемещаясь, оказывается позади бона 30. По траектории М3 льдины JS1 сбрасываются в море позади бона 30. По траектории М4 сито 38 возвращается в позицию перед боном 30.
Ледяная шуга, оказавшаяся среди капель нефти В4, также может быть удалена вручную, например, при помощи совковой лопаты. Для этой цели на отделительном устройстве 100 может быть предусмотрен, например, один или более служебный мостик, оборудованный поверхностью для прохода персонала и поручнями.
Снова обратимся к фиг.3а и 4а. Сбор нефти частично может быть интенсифицирован путем продувания газа, например сжатого воздуха, под средним корпусом SH1 и/или боковыми корпусами SH2, SH3 через газоход 190. Воздух, поднимающийся вдоль дна корпусов SH1, SH2, SH3, частично захватывает нефть, которая находится под днищем и по бокам, и интенсифицирует ее подъем сквозь отделительное устройство 100. Указанные пузырьки воздуха также могут уменьшать трение между корпусами судна и льдом.
Поскольку водоизмещение судна может увеличиваться по мере наполнения контейнера 300 собранной нефтью, оптимальная с точки зрения вскрытия льда и сбора нефти глубина хода судна 500 может регулироваться, например, при помощи балластных танков.
Собранная нефть или водонефтяная смесь также может быть подана на баржу вовне судна 500.
Судно 500 может быть снабжено устройствами для регулирования высоты положения отделительного устройства 100 относительно среднего корпуса SH1 и/или поверхности воды WL1.
Судно 500 может быть снабжено устройствами для подъема отделительного устройства 100 из воды на время, когда судно 500 не используется для сбора нефти.
Отделительное устройство 100 может быть прикреплено при помощи деталей, которые делают возможным движение отделительного устройства вперед и/или назад, если воздействие на отделительное устройство со стороны льда мгновенно увеличивается настолько, что возникает риск разрушения устройства.
Отделительное устройство 100 также может представлять собой, например, стальную пластину с отверстиями диаметром 5-10 см.
Как видно из фиг.1а-3а и 4а, под тримараном понимается корабль, лодка или другое судно, имеющее три, по существу, смежных корпуса.
Длина вдоль ватерлинии среднего корпуса SH1 небольшого тримарана может составлять, например, 10-20 м. Длина вдоль ватерлинии среднего корпуса тримарана среднего размера может, например, лежать в диапазоне 20-50 м. Длина вдоль ватерлинии среднего корпуса большого тримарана может, например, лежать в диапазоне 50-100 м. Длина вдоль ватерлинии среднего корпуса очень большого тримарана может, например, лежать в диапазоне 100-300 м.
Ширина среднего корпуса SH1 может, например, лежать в диапазоне 13-24% длины вдоль ватерлинии среднего корпуса SH1, ширина средних корпусов SH2, SH3 может, например, составлять 2-8% длины вдоль ватерлинии среднего корпуса SH1, а расстояние, на которое боковые корпуса SH2, SH3 отстоят от среднего корпуса SH1, может составлять, например, 6-12% длины вдоль ватерлинии среднего корпуса SH1.
Водоизмещение среднего корпуса SH1 может составлять, например, 70-95% водоизмещения всего судна 500, предпочтительно, 80-90% водоизмещения всего судна 500. Доля водоизмещения боковых корпусов SH2, SH3 в водоизмещении судна 500, таким образом, предпочтительно может составлять 5-10%.
Помимо среднего корпуса SH1 и боковых корпусов SH2, SH3, судно 500 также может иметь один или более дополнительный корпус. Этот дополнительный корпус может быть расположен сбоку от боковых корпусов SH2, SH3 и/или позади корпусов SH1, SH2, SH3.
Два тримарана 500 могут быть соединены друг с другом так, чтобы двигаться бок о бок.
Опять обратимся к фиг.1с. Средний корпус SH1 может суживаться к корме, начиная от точки, в которой боковые корпуса SH2, SH3, по существу, начинают разбивать лед. Тем самым, предотвращается ситуация, когда льдины перемещаются между корпусами SH1, SH2 назад в суживающееся пространство.
С точки зрения эффективности сбора нефти наиболее предпочтительно размещать устройство 200 для сбора нефти или направляющее устройство 30 настолько близко к корме судна 500, насколько это возможно, тем самым обеспечивается по возможности наибольшее время пребывания льдин J1 под отделительным устройством 100, учитывая длину и скорость судна 500.
Устройство для сбора нефти может быть снабжено средством отделения нефти от воды. Например, устройство 200 для сбора нефти может быть оборудовано щеточным устройством для снятия тонкого слоя, то есть щеточным нефтесборщиком (не показан), в котором имеется вращающаяся или подвижная щетка. Эта щетка размещена так, чтобы ее щетинки опускались ниже поверхности, на которой плавают капли нефти В4, и, тем самым, часть нефти прилипала к щетке. Прилипшую нефть можно отделить путем протирания или сдавливания щетинок. Нефть, отделенная от щетинок, может быть подана насосом в контейнер 300.
В устройстве 200 для сбора нефти может иметься всасывающее сопло, которое удерживается точно на той же высоте, что и капли нефти В4. При всасывании через сопло обеспечивается сбор, главным образом, нефти, а не воды. Для регулирования высоты расположения сопла могут быть использованы электрические, пневматические или гидравлические приводные механизмы или поплавки. Таким образом, устройство для сбора нефти может включать всасывающий нефтесборщик.
В устройстве 200 для сбора нефти может иметься ремень, лента или другая движущаяся поверхность, которая собирает нефть, присутствующую в виде нефтяных капель В4. Часть нефти прилипает к ремню, откуда позже она может быть снята или отжата в сборный контейнер 300. Таким образом, устройство для сбора нефти может включать ременный нефтесборщик.
В устройстве 200 для сбора нефти может иметься циклон, предназначенный для отделения нефти от воды. Таким образом, устройство для сбора нефти может включать циклонный нефтесборщик.
На фиг.6 показан случай, когда нефтяной танкер 600 в ледовых условиях попал в аварию, в результате чего из танкера 600 в воду вылилась нефть В5. Например, нефтяной танкер 600 мог сесть на мель или с большой силой удариться о кромку прохода, проделанного во льдах, при этом в боковой или нижней части танкера 600 образовалась пробоина, из которой в воду может вытекать нефть.
На место аварии прибыло судно 500 для борьбы с разливами нефти с целью сбора нефти В5, разлитой с нефтяного танкера 600, и таким образом, борьбы с данным разливом нефти. Если судно 500 для борьбы с разливами нефти прибыло на место аварии быстро, нефть В5, вытекающая из танкера 600, еще не успела распространиться по большой площади, напротив, нефть В5 находится, главным образом, вблизи нефтяного танкера 600. Поэтому нет необходимости производить сбор нефти В5 посредством перемещения судна 500 вокруг нефтяного танкера 600, разбивая лед, поскольку эти манипуляции, возможно, приведут к распространению нефти В5 на большем пространстве и смешиванию нефти В5 с ледяной шугой и льдинами J1. В свою очередь, это сделает сбор нефти В5 значительно более трудным.
Как показано на фиг.6, судно 500 закреплено якорем А1, по существу, неподвижно относительно дна водоема. После закрепления судна 500 двигательная установка Р1 судна 500 используется для перемещения воды вокруг судна 500. Как показано на фигуре, двигательная установка Р1 производит потоки (обозначенные стрелками), которые направляют нефть В5, ледяную шугу и льдины J1 к отделительному устройству 100, 100b, расположенному между средним корпусом SH1 и боковыми корпусами SH2, SH3 данного судна. Отделительное устройство 100, 100b обеспечивает прохождение воды и нефти через это отделительное устройство 100, 100b к, по существу, чистой воде. Отделительное устройство 100, 100b отделяет нефть от льдин, поэтому сбор нефти становится намного проще. Устройство для сбора нефти собирает нефть, которая отделилась и поднялась к поверхности воды, в контейнер 300. Несмотря на то, что в данном случае судно 500 закреплено, по существу, неподвижно относительно дна водоема, отделительное устройство 100, 100b все же толкает лед вниз вследствие наличия потока воды, создаваемого двигательной установкой Р1, и вертикального перемещения судна 500 относительно дна. Если лед все-таки скучивается возле носа судна 500, судно 500, при необходимости, может быть приведено в движение с целью удаления накопившегося льда из отделительного устройства 100, 100b.
Поле течения, создаваемое двигательной установкой Р1, простирается вокруг судна 500 на значительной площади. Как показано на фиг.6, двигательная установка Р1 создает потоки, которые простираются за границы прохода под неподвижным льдом. Управлять направлением потока воды можно при помощи руля R1, присоединенного к судну 500. При изменении положения руля R1 поток воды вокруг судна 500 может быть преобразован так, чтобы нефть В5 по возможности наиболее эффективно перемещалась к носу судна 500 и далее через отделительное устройство 100, 100b в место сбора.
Настоящее изобретение не ограничивается только вариантами его осуществления, описанными выше со ссылкой на фигуры. Настоящее изобретение ограничивается лишь объемом приводимой далее формулы изобретения.