一種依靠水流推進(jìn)的圍油欄布放舵裝置

李觀楊 李珍珍 徐烺 楊軍社 張強 喬彥軍 羅政 聶國清

摘 要：圍油欄布放舵能夠充分利用水流動能，使圍油欄布放舵自動布放到合理位置，從而拉動圍油欄達(dá)到圍困溢油的目的。本文介紹的圍油欄布放舵的結(jié)構(gòu)及其使用方法，并簡要分析了使用原理，對圍油欄布放舵的未來研制發(fā)展提出了新的方向和展望。

關(guān)鍵詞：圍油欄布放舵;溢油回收;溢油圍困;快速布放

中圖分類號：U698.7 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）07-0071-03

1引言

圍油欄布放舵屬于溢油后收油系統(tǒng)裝置上的核心元器件，廣泛應(yīng)用于河流、運河、淺海等流域，用于溢油后的收油系統(tǒng)[1-3]。主要面向的客戶群是石油溢油后搶維回收的市場。常規(guī)的回收溢油操作，需要人力和船只進(jìn)行圍油欄的布放，費時費力，且可能因水流速度大而不能及時響應(yīng)。圍油欄布放舵的主要作用是能夠僅利用水流動能而不需要其他動能就可以拉動圍油欄進(jìn)行自動布放，圍困水面溢油從而進(jìn)行回收，顯著減小人力物力成本，并明顯提高效率。

2圍油欄布放舵的結(jié)構(gòu)介紹

圍油欄布放舵主要由以下幾個部分構(gòu)成：欄體組件、連桿組件、尾翼組件、控制舵組件、回復(fù)彈簧組件、浮子組件、圍擋組件以及繩索附件等，具體照片和結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

欄體部分由底板和多片不完全相同的柵板組成，柵板具有一定的弧度，從內(nèi)到外角度和弧度不盡相同，水流經(jīng)過柵板時，改變運動方向并產(chǎn)生特定方向的推力，以此來實現(xiàn)圍油欄布放舵自動布放的目的。連桿部分與欄體的上下底板相連接，并將圍擋、控制舵和尾翼部分固定于其上。圍擋達(dá)到擋住水流，提供推力的目的。浮子組件和尾翼組件提供整體的浮力和平衡。浮子部分固定于一側(cè)欄體底板上，提供整個圍油欄布放舵的浮力，并漂浮于水面上。尾翼安裝于連桿末端。尾翼主體由一片弧板、一片底板和兩片側(cè)板焊接而成，中間是空心結(jié)構(gòu)，其中填充成型的聚苯乙烯泡沫，以提供控制舵這一端的浮力。控制舵用于調(diào)節(jié)裝置在水中的方向，在從水中收回布放舵使用，可通過拉動控制繩使控制舵轉(zhuǎn)動一定角度，從而改變水流方向，進(jìn)而使控制舵整體改變方向;過程中，通過拉放繩索調(diào)整其運動方向，并借助彈簧實現(xiàn)自動復(fù)位。

3推進(jìn)部分的柵板結(jié)構(gòu)

圍油欄布放舵的欄體組件是圍油欄布放舵的關(guān)鍵組件，是整個裝置的推進(jìn)部分，材料為鋁合金，并進(jìn)行表面防腐處理，材質(zhì)輕且具有抗腐蝕能力。其柵板結(jié)構(gòu)采用13片弧狀及直線段組合的截面形狀的柵板，此結(jié)構(gòu)是柵板結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。

圍油欄布放舵欄體組件，包括兩個底板和安裝在兩個底板之間的多個柵板，各柵板的橫截面形狀為圓弧形或部分段為圓弧形截面，且其中位于中間部位的多個柵板的橫截面形狀相同，其余柵板及中間部位任一柵板的橫截面形狀彼此不同。多個柵板的橫截面均設(shè)有圓弧形截面，對圖3所示由右到左的方向，依次為柵板1、柵板2、柵板3（一組）、柵板4，所述柵板3為多個柵板，第三組柵板中的各柵板橫截面形狀相同。

水流以垂直于柵板縫隙的方向流過柵板時，柵板特定的形狀改變了水流流向及受力，利用柵板的結(jié)構(gòu)形狀產(chǎn)生對圍油欄布放舵的推力，能夠使圍油欄布放舵不需要其他動力，就能達(dá)到牽引圍油欄自動布放的目的，從而使得布放舵以垂直于岸邊的方向運動，直至達(dá)到最終各力的平衡。

4圍油欄布放舵的使用及原理

使用布放舵時，首先，系泊繩需用陸地錨或其他固定裝置固定，海面使用也可固定于船上，然后在水流中放置布放舵，當(dāng)圍油欄與布放舵連接完成后，布放舵不需要使用其他動力即可使用，利用水流力量推進(jìn)布放舵迎著水流運動，并由布放舵牽引圍油欄，將幾十米甚至一百多米的圍油欄拉展開來，最終布放舵達(dá)到預(yù)期位置，布放過程自動平衡。整個裝置工作時，欄體組件是圍油欄布放舵的動力組件，它能夠充分利用水流的動能，就像風(fēng)箏利用風(fēng)能一樣，達(dá)到自動布放的目的。

一般在圍困水面溢油時，可采取溢油引導(dǎo)模式或溢油回收模式，根據(jù)需要也可以結(jié)合使用。如下圖4所示，采用溢油引導(dǎo)模式先將油往一側(cè)岸邊引導(dǎo)，再在下游使用溢油回收模式進(jìn)行收集。根據(jù)使用需要，布放舵既可在左岸布放，也可在右岸布放，只需要將浮子安裝于另一側(cè)的底板上，尾翼安裝于另一側(cè)的連桿上，控制舵調(diào)換方向即可快速安裝，并實現(xiàn)不同方向岸邊的布放。

此處針對基于岸邊布放的模型進(jìn)行分析，在圍油欄布放舵受到系泊繩和圍油欄的力的平衡下進(jìn)行受力分析。圖5是圍油欄布放舵基于岸邊布放，最終達(dá)到平衡的示意圖，布放的過程如下：所有繩索和附件連接固定好后，上游是系泊固定點（line - mooring point），下游是圍油欄的固定點（boom - mooring point），通過三角連接板（connecting point）將圍油欄布放舵和系泊繩及圍油欄進(jìn)行連接，在下水點（launching point）進(jìn)行圍油欄布放舵的自動布放。起初，系泊繩、圍油欄上受力均很小，都是松弛的狀態(tài)，隨著水流給予圍油欄布放舵的動力，其逐漸以基本垂直于河岸向河中心的方向運動，最終，系泊繩繃直，系泊繩、圍油欄和圍油欄布放舵三者受力達(dá)到平衡。

5 展望

現(xiàn)在國內(nèi)使用的圍油欄布放舵產(chǎn)品全部為國外進(jìn)口產(chǎn)品，因交貨周期長、價格貴，尤其是配件價格更加昂貴;另外由于條件限制售后服務(wù)不及時，如碰到溢油事件加上圍油欄布放舵產(chǎn)品出現(xiàn)故障不能有效使用，就可能給國家和企業(yè)造成巨大的損失，甚至對國家的能源供應(yīng)安全造成威脅。所以，在國內(nèi)市場上，圍油欄布放舵的生產(chǎn)開發(fā)具有很大的空間，在石油水上運輸及管道運輸涉及水面的場所，都可以配置圍油欄布放舵用于搶維工作[4-8]。其次，在圍油欄布放舵研發(fā)方面，也需要進(jìn)行系列化開發(fā)，以用于不同深度的水域，如淺水、江面、深海等，從而增加其多樣性和產(chǎn)品的適應(yīng)性，為溢油圍困和回收提供更多的選擇。

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