Устройство для определения толщины слоя нефти над водой

Устройство для определения толщины слоя нефти над водой

Реферат

Изобретение относится к устройствам для отбора проб жидкости с поверхностного слоя природного водоема, загрязненного нефтепродуктами, с целью оценки толщины слоя нефтепродукта над водой.

Известен пробоотборник прямоточного принципа действия, имеющий пробозаборный цилиндр, нижний впускной и верхний выпускной клапаны (а.с. СССР № 1693433, кл. G 01 N 1/10, 1991 г.). Изделие служит для отбора пробы воды с необходимой глубины водоема или емкости, но его конструкция не позволяет отсекать цилиндрический столб жидкости с поверхности водоема для установления толщины загрязненного нефтепродуктами слоя воды.

Известен трубчатый мерный щуп, состоящий из пробозаборной сквозной трубы и направляющей рейки с сырой пластичной глиной на конце, выполняющей роль отсекателя жидкости в трубе (Васильевский В.Н., Петров А.И. Оператор по исследованию скважин. - М.: Недра, 1983. - С.104). Устройство требует фиксации направляющей рейки на поверхности водоема, а это усложняет отбор экологических проб, особенно в болотистой местности.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является пробоотборник для желобной емкости бригады капитального ремонта скважин (Инструкция по применению и паспортные данные. - Дюртюли: НГДУ "Чекмагушнефть". - 6 с., 2000 г.). Устройство состоит из цилиндрического тонкостенного корпуса с седловиной клапана на одном его конце и ручкой на другом. В состав устройства входит и перекрывающий седловину шар, который сбрасывается в полость корпуса рукой человека после погружения корпуса в исследуемую жидкость на необходимую глубину.

Пробоотборник имеет два недостатка. Во-первых, расположение конической седловины в самой нижней части корпуса при быстром погружении пробоотборника в жидкость не обеспечит адекватность отобранной пробы составу исследуемой части жидкости из-за возникновения после сужения седловины дифузорного эффекта и возрастания скорости потока, входящего в пробозаборный корпус. Во-вторых, на морских просторах или в болотистой местности будет трудно закинуть шар рукой в корпус, так как корпус можно спустить с высоты на тросике, а для шара в конструкции пробоотборника не предусмотрен отдельный механизм.

Предлагаемое изобретение направлено на обеспечение представительности отбираемой пробы и автоматическое срабатывание запорного узла пробоотборника за один его спуск-подъем по одной линии связи (тросику) с любой высоты над водоемом.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее цилиндрический тонкостенный корпус с конусной седловиной на одном конце и ручкой на другом конце, шар для перекрытия седловины, изменено так, что седловина смещена в сторону ручки, а шар удерживается в верхней части корпуса со стороны ручки поворотными пластинами, жестко связанными с поплавками через шарнирные соединения с корпусом в верхней его части так, что пластины и поплавки расположены равномерно относительно периметра корпуса, а поплавки находятся в свободном состоянии снаружи корпуса.

Предложенное техническое решение изображено на чертеже, где 1 - корпус, 2 - седловина клапана, 3 - ручка, 4 - шар перекрытия седловины 2, 5 - поворотные пластины, жестко соединенные под углом не более 180° через шарнир 6 в корпусе 1 с поплавками 7. Седловина клапана 2 смещена от нижнего конца корпуса 1 в сторону ручки 3 на расстояние, превышающее предполагаемую толщину слоя нефти над водой. Для удержания шара 4 в верхней части корпуса 1 достаточно 3-х или 4-х поворотных пластин 5, расположенных по внутреннему периметру корпуса 1 соответственно через 120° или 90°.

Устройство работает следующим образом. Достаточно тяжелый шар 4 опускается на пластины 5 со стороны ручки 3 и остается в неподвижности благодаря тому, что крутящий момент от силы тяжести шара, действующий на рычаг "пластина-поплавок", будет меньше крутящего момента от силы тяжести поплавков. Такое достигается за счет 2-х факторов:

- плечо "шарнир-шар" по длине в несколько раз меньше плеча "шарнир-поплавок";

- поплавков 5 в несколько раз больше по количеству, чем одного шара 1.

Устройство фиксируется к тросику или рейке через ручку 3 и спускается в загрязненный нефтепродуктами водоем с определенной высоты: корабля на море, вертолета или болотохода. Корпус 1 вертикально проходит слой нефти и входит в водную часть водоема. В момент достижения отсеченного в форме цилиндрика слоя нефти седловины 2 на вход в корпус 1 будет поступать уже вода исследуемого водоема. Именно этим будет достигаться достоверность отобранной пробы.

При дальнейшем спуске корпуса 1 поплавки 7 достигнут поверхности водоема, и на них начнет действовать сила Архимеда. Плечо "шарнир-поплавок" расположено не вертикально, а под углом к корпусу 1, поэтому одна из составляющих силы Архимеда начнет разворачивать рычаги "пластина-поплавок" так, что пластины 5 прижмутся к внутренней стенке корпуса 1, и шар 4 упадет в освободившийся проем. Пройдя слой нефти и воды шар 4 остановится на седловине 2, тем самым сохранит жидкость в устройстве для последующего анализа.

Подъем устройства начинается после того, как поплавки 7 займут максимально верхнее положение по отношению к корпусу 1. Это положение означает прохождение шара 4 к седловине 2.

С тем, чтобы обеспечить автономность и сохранность пробы в случае обрыва линии связи (тросика, рейки) объемы поплавков расчитываются таким образом, чтобы они обеспечили положительную плавучесть устройству.

После подъема устройства его содержание перемещается в полевую лабораторию для определения объема нефти в пробе. Для доотмыва нефти с внутренней поверхности корпуса 1 применяется бензин-растворитель БР-1(2), объем которого в расчетах будет учитываться. Толщина слоя нефти над водой определяется делением объема нефти на площадь проходного сечения корпуса 1.

Внесенные конструктивные изменения прототипа, а именно: смещение седловины 2 в сторону ручки 3 и дополнение пробоотборника механизмом автоматического спуска перекрывающего шара после прохождения пробоотборником слоя нефти над водой, являются, на наш взгляд, существенными, они внесены в формулу изобретения.

Технико-экономическая эффективность использования предложенного устройства образуется за счет объективной оценки объемов загрязнения поверхностных водоисточников и принятия правильных решений по устранению последствий экологических аварий и нарушений.

Устройство для определения толщины слоя нефти над водой, содержащее цилиндрический тонкостенный корпус с конусной седловиной на одном конце и ручкой на другом конце, шар для перекрытия седловины, отличающееся тем, что седловина смещена в сторону ручки, шар удерживается в верхней части корпуса со стороны ручки поворотными пластинами, жестко связанными с поплавками через шарнирные соединения с корпусом в верхней его части так, что пластины и поплавки расположены равномерно относительно периметра корпуса, а поплавки находятся в свободном состоянии снаружи корпуса.