ОТКЛОНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТАНОВКИ БОНОВЫХ ЗАГРАЖДЕНИЙ НА РЕКАХ С БЫСТРЫМ ТЕЧЕНИЕМ
DIVERTING DEVICE TO INSTALL BOOMS ON RIVERS WITH QUICK STREAM

Изобретение относится к охране окружающей среды при технической эксплуатации магистральных нефтепроводов, а именно - к устройствам для постановки (отклонения и удержания в выбранном положении) под углом к течению боновых заграждений, а также снижения на них продольной нагрузки, и может быть использовано при локализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на акваториях рек с быстрым течением (выше 0,5 м/с).
Боновое заграждение (бон) является плавучим механическим барьером, препятствующим произвольному горизонтальному перемещению верхнего слоя воды с нефтью. Отклоняющая сила, необходимая для поддержания бона в требуемом положении на водной акватории с быстрым течением, может изменяться. Возможно увеличивать или уменьшать отклоняющую силу в соответствии с необходимостью при помощи отклоняющего устройства.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является выбранное в качестве прототипа известное (U.S. Patent 5,727,902) устройство для поддержания заградительного бона на реках с быстрым течением. Заградительный бон состоит из множества секций и располагающихся между секциями по длине бона через определенные промежутки буйков с плавучими отклоняющимися привесками, выступающими наружу по одной стороне заградительного бона под некоторым регулируемым углом относительно продольной оси бона и сориентированными в одном направлении (ко второму концу бона).
К недостаткам существующей конструкции, препятствующим получению нижеуказанного технического результат, относятся:
- увеличение общей длины и, соответственно, веса и объема бонового заграждения за счет наличия расположенных между секциями заграждения буйков, к которым разъемным образом крепятся плавучие отклоняющие привески;
- наличие выступающих частей (подводная часть - киль) буйков, создающих неудобства (цепляются за палубу плавсредств или берега) при установке бонового заграждения;
- сложность конструкции отклоняющего устройства, изготовление которой включает помимо операций по изготовлению отклоняющегося привеска (поплавковый элемент) следующие операции по изготовлению буйка: раскрой материала (алюминиевый лист), изготовление (раскатка на вальцах) поплавковой части, сварка поплавковой части, подводной части и узлов крепления крыла;
- высокая себестоимость изделия вследствие высокой материалоемкости и трудоемкости изготовления изделия;
- ограничение угла отклонения (~20°) бонового заграждения относительно направления течения из-за подводной части (киля) буйков, расположенных между секциями заграждения.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в надежной локализации аварийных разливов нефти/нефтепродуктов на реках при скоростях течения свыше 0.5 м/с.
Основной технический результат, который достигается при осуществлении изобретения, заключается в увеличении возможного угла отклонения бонового заграждения с дефлекторами (отклоняющее крыло) и существенном снижении себестоимости готового изделия.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном отклоняющем устройстве, содержащем устанавливаемый под некоторым регулируемым углом к оси бонового заграждения поплавковый элемент, один конец поплавкового элемента крепится, образуя быстроразъемное шарнирное соединение, в замковой зоне между секциями бонового заграждения, а изменение угла отклонения поплавкового элемента от оси бонового заграждения с последующей фиксацией выбранного положения осуществляется с помощью Г-образной штанги, короткий конец которой устанавливается шарнирно в межпоплавковой зоне секции бонового заграждения, а длинный конец - с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в отверстии жестко закрепленного на поплавковом элементе рыма.
Увеличение угла отклонения бонового заграждения до 35° (относительно направления течения) объясняется отсутствием в предложенной конструкции используемых отклоняющих устройств дополнительной детали с жесткой подводной частью (киль) - металлического буя, к которому в прототипе крепится дефлектор -поплавковый плавучий отклоняющийся привесок (поплавковый элемент). В заявленном изобретении поплавковый элемент крепится между секциями бонового заграждения, а именно - непосредственно к замку (замковое соединение), соединяющему отдельные секции бонового заграждения.
В частных случаях исполнения изобретения поплавковый элемент представляет собой а) герметичную пустотелую алюминиевую камеру в форме параллепипеда или б) герметичную пустотелую алюминиевую камеру, имеющую в сечении фигуру, образованную двумя соединенными по хорде одинаковыми сегментами одной окружности, с присоединенным к ее боковой поверхности экраном.
Одним из возможных способов крепления поплавковой камеры отклоняющего устройства к замковому соединению бонового заграждения является образование быстроразъемного шарнирного соединения введением Т-образного штыря через петли на свисающих участках продольных пластин, приваренных к основаниям поплавковой камеры, и отверстия крепежного кронштейна (опорной консольной детали), неподвижно установленного в замковой зоне между секциями бонового заграждения.
Шарнирное крепление Г-образной штанги в межпоплавковой зоне секции бонового заграждения может быть реализовано путем введения ее короткого конца в петли кронштейна, предварительно установленного между поплавками секции заграждения.
Предложенная облегченная конструкция отклоняющего устройства, состоящая из двух основных деталей (поплавковый элемент и Г-образная штанга), соединенных с боновым заграждением при помощи крепежных элементов, проста в изготовлении и не изменяет длину имеющегося бонового заграждения (дополнительные технические результаты). Незначительное увеличение веса бонового заграждения с присоединенными отклоняющими устройствами (вес предложенного отклоняющего устройства в комплекте составляет не более 12 кг) позволяет уменьшить, по сравнению с прототипом, количество оборудования (якорных систем), используемого при выполнении операции по локализации нефти.
Для пояснения сущности заявленного изобретения представлены следующие графические материалы:
Фиг.1 - изображение в сборе поплавкового элемента отклоняющего устройства: поплавковый элемент выполнен в виде герметичной пустотелой камеры в форме паралепипеда;
Фиг.2 - изображение (в аксонометрии) элементов отклоняющего устройства: поплавковый элемент (в сборе) в виде герметичной пустотелой камеры с экраном, отклоняющая штанга, элементы узла крепления отклоняющего крыла к замковому соединению бонов и элементы узла крепления отводящей штанги к межпоплавковой зоне бонов.
Ниже, на конкретном примере осуществления заявленного изобретения приводятся сведения, подтверждающие возможность его осуществления с получением вышеуказанного технического результата.
Отклоняющее устройство состоит (фиг.1, 2) из отклоняющего крыла (поплавковый элемент) 1, отводящей Г-образной штанги (упорная тяга) 2, элементов узла крепления отклоняющего крыла к замковому соединению бонов и элементов узла крепления отводящей штанги к межпоплавковой зоне бонов.
Отклоняющее крыло 1 представляет собой поплавковую камеру 3 в виде заполняемого воздухом пустотелого герметично закрытого алюминиевого короба: сваренная из алюминиевого профиля каркасная рамочная конструкция в форме узкого прямоугольного параллелепипеда со стенками (гранями) из алюминиевых листов и полос. К верхней плоскости (грани) поплавковой камеры 3 приварен поворотный рым 4 из нержавеющей стали. На той же поверхности камеры предусмотрены отверстие для слива воды с пробкой 5 и ручка 6 для переноса изделия. Кроме того, к основаниям (верхняя и нижняя узкие грани) поплавковой камеры 3, на участках, смежных с одной и той же боковой гранью, приварены одинаковые продольные пластины 7 с петлями 8 на их свисающих участках. Размеры и объем поплавковой камеры 3 отклоняющего крыла 1 определяются нагрузкой воды на отклоняющее крыло.
Отводящая Г-образная штанга 2 предназначена для изменения угла отклонения крыла относительно оси (совпадает с направлением плоскости секций бонового заграждения) бонового заграждения, который зависит от скорости течения реки, и максимальное значение которого составляет ~85°.
Боновое заграждение, как правило, состоит из, по меньшей мере, двух секций, соединенных друг с другом быстроразъемным Z-образным алюминиевым замковым соединением, которое дополнительно фиксируется двумя стопорными пальцами. Одна сторона замка служит для соединения боновых секций между собой, другая - для присоединения всех несущих элементов боновых секций (полимерно-тканевое полотно, трос, цепь), в том числе и поплавкового элемента отклоняющего устройства. Узел крепления отклоняющего крыла к замковому соединению бонов (секций бонового заграждения) состоит из кронштейна 9, выполненного в виде консольной опорной детали с петлями (соосные отверстия на консольных площадках пластины), и Т-образного штыря (гладкий цилиндрический стержень) 10.
Каждая секция бонового заграждения, ограниченная с двух сторон (крайние секции имеют одно замковое соединение) замковыми соединениями, содержит несколько поплавков в виде заключенных в тканевую оболочку валиков из вспененного материала. Между собой поплавки проварены тепловой сваркой, для того, чтобы в случае повреждения одного из поплавков вода не попадала в соседние поплавки. Узел крепления отводящей штанги к межпоплавковой зоне (место между соседними поплавками секции бона) секции бонов состоит из кронштейна 11 в виде консольной опорной детали с петлями (соосные отверстия на двух консольных площадках пластины), прикрепляемой к ответной прижимной пластине 12, предварительно устанавленной неподвижно в межпоплавковой зоне секции бонового заграждения.
Основные характеристики отклоняющего устройства:
Габаритные размеры:
- поплавковая камера
1500×60×370 мм
- отводящая штанга
2000×350×25
- кронштейн узла крепления к межпоплавковой зоне
480×80×80 мм
- кронштейн узла крепления к замковому соединению
350×80×80 мм
Максимальное отклонение крыла
85°
Объем поплавковой камеры
30 дм<sup>3</sup>
Вес отклоняющего устройства
12 кг
Монтаж (установка) отклоняющего устройства на боновое заграждение производится в следующем порядке.
При сборе бонового заграждения для крепления отклоняющего крыла к замковому соединению на вертикальный плоский участок с ответными отверстиями последнего устанавливают, используя фиксирующие пальцы самого замка, кронштейн 9. Отклоняющее крыло 1 при помощи Т-образного штыря 10, проходящего через петли 8 пластин 7 поплавковой камеры 3 отклоняющего крыла 1 и петли консольной опорной детали 9, крепится к замковому соединению с возможностью вращательного движения относительно оси крепления (ось фиксирующего штыря).
Кронштейн 11 крепится при помощи болтов к предварительно закрепленной в межпоплавковой зоне секции бонового заграждения прижимной пластине 12. Короткий конец отводящей штанги 2 вставляется в петли кронштейна 11, имея возможность вращения относительно своей оси. Длинный конец штанги пропускается через отверстие жестко закрепленного на отклоняющем крыле поворотного рыма 4 и имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение в отверстии рыма, боковые поверхности отверстия которого являются для него направляющими. Фиксирование длинного конца штанги в рыме при выбранном осевом положении отклоняющего крыла относительно оси бона осуществляют болтом.
Угол отклонения дефлектора зависит от силы течения, которая предопределяет требуемую величину отклоняющего усилия. Угол регулируется в соответствии с необходимостью посредством перемещения при отпускании стопорного болта длинного конца Г-образной штанги в отверстии рыма, таким образом, чтобы отводящее крыло свободно поворачивалось вокруг оси шарнира в замковой зоне бонового заграждения. Как только требуемый угол выбран, производят фиксацию отклоняющего крыла в требуемом положении.
Количество устанавливаемых на боновое заграждение отклоняющих устройств равно количеству секций заграждения.
Последовательность установки бонового заграждения с отклоняющими устройствами:
1. Сборка на береговой черте необходимого количества боновых заграждений с отклоняющими устройствами.
2. Вывод собранного бонового заграждения на акваторию реки при помощи плавсредства. Выставление бонового заграждения на якорь.
3. Отвод отклоняющих крыльев отклоняющего устройства на нужный угол относительно оси заграждения путем фиксации положения длинного конца отводящей штанги в рыме при помощи стопорного элемента.
4. Боновое заграждение отклоняется под нужным углом к течению и удерживается в этом положении благодаря постоянному накату воды на отклоняющее крыло.
Отклоняющее устройство в частном случае исполнения (фиг.2) отличается конструкцией отклоняющего крыла (поплавкового элемента) 1, которое представляет собой герметичную пустотелую поплавковую камеру 3 с экраном 13. Поплавковая камера имеет в сечении фигуру, образованную двумя соединенными по хорде одинаковыми сегментами одной окружности. Выполняющий роль экрана прямоугольный алюминиевый лист приварен своей короткой кромкой к боковой поверхности камеры таким образом, что направление его длинной кромки совпадает с направлением условной хорды сечения камеры. Форма и минимальный объем поплавковой камеры определяются размерами и, соответственно, весом экрана. Предпочтительные размеры листа экрана: длина 1500 мм, высота 370 мм.
Жесткость конструкции обеспечивается приваренными к верхней и нижней кромкам экрана и основаниям поплавковой камеры продольными пластинами 7 с петлями 8 на их свисающих за пределами поперечной кромки экрана участках.
Предпочтительные размеры поплавковой камеры по второму варианту исполнения отклоняющего крыла (фиг.3):
Радиус
852,083333
мм
Угол
34,1
°
Угол
0,59555979
радиан
Длина дуги (L)
507
мм
Длина хорды (N)
500
мм
Высота сегмента (Н)
37,5
мм
Площадь двух сегментов (S)
25112,1411
мм<sup>2</sup>
0,02511214
м<sup>2</sup>
Высота поплавка (h)
350
мм
Объем поплавка
8,79
л
Ширина поплавка
75
мм
Длина поплавка
500
мм
Предназначенный для подвижного крепления отводящей штанги поворотный рым 4 из нержавеющей стали и ручка 6 для переноса изделия приварены к верхней пластине отклоняющего крыла. Отверстие для слива воды с пробкой 5 располагаются на верхнем основании поплавковой камеры.