СПОСОБ ПОДЪЕМА БОНОВОГО ЗАГРАЖДЕНИЯ
METHOD OF FLOATING BOOM

Изобретение относится к области экологии, в частности к гидротехническим сооружениям, предназначенным для ограждения участка водной поверхности с целью предотвращения растекания нефти и нефтепродуктов.
Известен способ подъема бонового заграждения, состоящего из эластичной оболочки, включающий подачу в оболочку сжатого газа и воды (см., например, авторское свидетельство SU №655768, МПК Е02В 15/06, публ. 05.04.79 г.).
Недостатком известного способа является низкая долговечность заграждения, для подъема которого на поверхность водоема необходимо подать в оболочку сжатый газ высокого давления, что разрушает оболочку изнутри.
Еще одним недостатком этого способа является его сложность и сложность оборудования, необходимого для его осуществления, т.к. в процессе подъема заграждения в оболочку одновременно со сжатым воздухом необходимо закачивать и воду, используемую в качестве балласта. При этом в процессе затопления заграждения необходимо откачивать из оболочки и воздух, и воду, поэтому для осуществления способа помимо компрессора необходимо использовать еще и насос с двумя трубопроводами (для подачи и откачивания воды).
Известен также взятый за прототип способ подъема бонового заграждения, состоящего из эластичных секций, внутренние полости которых образуют общее пространство оболочки, заключающийся в подаче сжатого газа внутрь оболочки (см., например, патент №119759 от 12.04.2014 г. на полезную модель, опубликован 27.08.2012 г.).
Недостатком известного способа также является низкая долговечность заграждения, т.к. подъем заграждения на поверхность осуществляется путем одновременного подъема всех секций, для чего в первый момент требуется подача в оболочку большого объема сжатого газа достаточно высокого давления, что разрушающе действует на нее изнутри при каждом подъеме заграждения, причем, чем глубже водоем, тем большую нагрузку испытывает оболочка.
3
3
2
Объясняется это тем, что при расположении заграждения, например, на глубине Н=15 м для преодоления давления воды на поверхность оболочки в процессе ее заполнения сжатым газом необходимо сразу подать в оболочку давление Р=1,5 атм, т.к. в соответствии с основными законами физики (см., например, А.В. Перышкин «Физика», 7 класс, М., из-во «Дрофа», 2007 г., стр. 90, 91) гидростатическое давление жидкости Р=pgH, где Р - давление на оболочку снаружи, р=1000 кг/м - плотность воды, g=9,81 Н/кг - ускорение свободного падения, Н=15 м, т.е. Р=1000 кг/м × 9,81 Н/кг × 15 м=147150 Н/м или 147150 Па, что равно приблизительно 150 кПа, а если учесть, что 1 атм приблизительно равна 100 кПа, то Р=1,5 атм, что воспринимается оболочкой как пневматический удар изнутри.
Необходимость создания большого давления внутри оболочки не позволяет установить это заграждение на достаточно глубоких водоемах (глубиной до 50 м).
Затопление заграждения также производится путем одновременного затопления всех секций, которое происходит, как правило, хаотично и занимает много времени, т.к. газ (после сброса рабочего давления) выходит одновременно из всех секций.
Изобретение решает задачу повышения долговечности бонового заграждения путем создания возможности снижения давления сжатого газа, необходимого для его подъема.
Для решения этой задачи в известном способе подъема бонового заграждения, состоящего из эластичных секций, внутренние полости которых образуют общее пространство оболочки, включающем подачу сжатого газа в оболочку, в соответствии с изобретением подъем заграждения производят путем последовательного подъема секций, начиная с первой, для чего до подачи сжатого газа в оболочку первую секцию поднимают со дна с помощью механических средств, передний конец первой секции фиксируют на расстоянии h от поверхности воды, после чего в нее подают сжатый газ под давлением не менее Р=0,1h, при этом после подъема на поверхность воды первой секции, в момент достижения передним концом второй секции глубины h в нее автоматически начинает поступать сжатый газ под тем же давлением и т.д. до последней секции, конец которой фиксируют вблизи поверхности водоема.
Заявленная последовательность операций подъема бонового заграждения: подтягивание первой секции ближе к поверхности водоема, фиксация переднего конца первой секции на глубине h от поверхности воды, подача в первую секцию сжатого газа под давлением P=0,1h, в результате чего после наполнения секции возникает выталкивающая сила, и происходит автоматический подъем секции на поверхность воды с одновременным подтягиванием вверх ближе к поверхности воды переднего конца второй секции, внутрь которой (при достижении переднего конца глубины h и в результате переполнения первой секции) начинает поступать сжатый газ под тем же давлением и т.д. последовательно до последней секции, - позволяет использовать для подъема заграждения значительно меньшее давление сжатого газа, чем в прототипе, что повышает долговечность оболочки.
3
3
2
Объясняется это тем, что для заполнения газом первой секции и создания выталкивающей силы достаточно использовать давление сжатого газа, чуть большее 0,1 h, т.к. (см. там же, А.В. Перышкин.., стр. 90, 91) гидростатическое давление жидкости на поверхность секции Р=pgh, где р=1000 кг/м - плотность воды, g=9,81 Н/кг - ускорение свободного падения, т.е. Р=1000 кг/м × 9,81 Н/кг × h м=9810 Н/м или 9810 Па, что равно приблизительно 10 кПа, и если учесть, что 1 атм приблизительно равна 100 кПа, то Р=0,1 h атм.
Заявленный способ подъема заграждения позволяет упростить операцию его опускания на дно, которая осуществляется путем последовательного опускания секций, начиная с последней секции после сброса рабочего давления. При этом последняя секция начинает опускаться вниз первой (т.к. она была «притоплена» грузом), и давление воды сначала выталкивает сжатый газ из нее, а затем последовательно из каждой следующей секции по мере их опускания вниз.
Возможность подъема заграждения с использованием для этого значительно меньшего давления позволяет устанавливать заграждение на водоемах большой глубины (до 50 м).
Способ может быть многократно воспроизведен для подъема и опускания простейшего эластичного бонового заграждения, состоящего из секций, внутренние полости которых герметично связаны между собой по торцам простейшими устройствами (типа «Камлок») с образованием общего внутреннего пространства оболочки. При этом для последовательного подъема секций на поверхность водоема достаточно подтянуть вверх и соединить с источником сжатого газа первую секцию, а для последовательного опускания заграждения достаточно снабдить грузом последнюю секцию.
Для осуществления способа используется простейшее оборудование для получения сжатого газа (т.к. значительно уменьшается давление, необходимое для подъема заграждения), и простейшее оборудование для непосредственно подъема и опускания заграждения (лебедка на переднем конце заграждения для подъема и фиксации первой секции и груз на последней секции для опускания заграждения).
Заявляемое изобретение обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня техники для объектов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
Способ поясняется чертежом, где на фиг. 1 - положение переднего конца бонового заграждения перед подъемом, вид спереди (пунктирной линией - промежуточное положение при подъеме заграждения, h - глубина фиксации переднего конца первой секции), на фиг. 2 - рабочее положение заднего конца заграждения.
Заграждение для осуществления способа состоит из эластичных секций 1 (фиг. 1, 2), соединенных посредством стандартных камлок-соединений и образующих единое внутреннее пространство надувной оболочки. Для фиксации переднего конца первой секции на глубине h перед подъемом заграждения (фиг. 1) используется лебедка 2. Передний конец первой секции 1 соединяется с компрессором 3. На насосной станции имеется затвор для сброса рабочего давления в оболочке перед затоплением заграждения. На конце последней секции имеется груз 4 для удержания этого конца вблизи поверхности водоема после всплытия заграждения. Последняя секция 1 снабжена клапаном автоматического сброса избыточного давления и удаления из оболочки скопившегося конденсата.
Ниже по течению реки относительно места возможного разлива нефти формируется линия установки рубежа, для чего концы заграждения неподвижно закрепляются на противоположных берегах с помощью тросовых растяжек (фиг. 1, 2), лебедки 2 и анкера. Компрессор 3 соединяется трубопроводом с передним концом первой секции 1, затвор перекрыт.
В нерабочем состоянии заграждение располагается на дне водоема, с помощью балласта приняв форму, соответствующую рельефу дна, благодаря чему не препятствует судоходству.
В случае угрозы разлива нефтепродуктов подъем бонового заграждения, расположенного на дне водоема на глубине, например, 17 м, осуществляют путем последовательного подъема секций, начиная с первой секции 1 (фиг. 1). Для этого передний конец секции с помощью лебедки 2 подтягивают со дна к поверхности водоема (при этом секция располагается наклонно относительно поверхности воды) и фиксируют на глубине h, равной, например, 3-4 метра.
Затем от компрессора 3 в секцию 1 подается давление 0,3-0,4 атмосферы (не более 0,5 атм). При этом давление сжатого газа преодолевает давление воды на поверхность первой секции, и она приобретает объем, создающий силу выталкивания, которая поднимает задний конец секции на поверхность водоема. Постепенно в процессе выталкивания заднего конца первой секции передний конец второй секции поднимается до глубины 3-4 метра, и сжатый газ начинает поступать во вторую секцию, преодолевая давление воды на поверхность этой секции и придавая ей объем, который создает выталкивающую силу. И так далее, последовательно до последней секции, в результате чего происходит подъем всего заграждения. После этого подача сжатого газа прекращается, и во всех секциях 1 устанавливается необходимое рабочее давление (для чего может сработать клапан сброса избыточного давления). Задний конец последней секции в рабочем положении заграждения располагается на некоторой глубине от поверхности водоема с помощью груза 4, расположенного на дне.
После всплытия заграждение перегораживает реку и предотвращает разлив нефти вниз по течению.
Затопление заграждения производится также последовательно, но в обратном порядке, т.е. начиная с последней секции.
Для этого необходимо открыть затвор, в результате чего сжатый газ начинает выходить из секций. При этом последняя секция, находящаяся под поверхностью воды (фиг. 2) и поэтому испытывающая немного большее давление воды на свою поверхность, чем остальные секции, начинает первой уменьшаться в объеме и опускаться вниз, затягивая с собой предпоследнюю секцию.
По мере последовательного опускания секций вниз (под действием веса балласта) давление воды последовательно (от последней секции к первой) выталкивает сжатый газ из секций через затвор, что значительно ускоряет процесс освобождения оболочки заграждения и опускания его на дно водоема.
Заявляемый способ подъема бонового заграждения прошел эксплуатационные испытания, подтвердившие возможность значительного снижения давления, необходимого для подъема заграждения.