CN105951697A - 多功能海上溢油回收器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能海上溢油回收器，包括吸油器和集油器，所述的集油器设置在船上，集油器与吸油器之间设有用于将吸油器伸长至海面和收回至船上的机械臂；所述的吸油器的两侧连接有可折叠、可调节角度的围油臂；所述的机械臂的伸缩、围油臂的折叠、围油臂与海面的夹角，均由控制器控制。本发明利用机械臂，自动控制机械臂将吸油器伸出到有溢油的海面，并且通过机械臂控制吸油器的角度，以满足不同的海况对收油的影响以及不同油层厚度的吸收，保证恶劣海况下溢油回收的准确性和高效率；利用围油臂将溢油围住，将分散的溢油集中到一起，增加油层厚度，经围油臂围住的溢油在流动惯性作用下流进吸油器，提高了溢油回收的速率。

Description

多功能海上溢油回收器

技术领域

本发明涉及海事环保领域，具体涉及一种多功能海上溢油回收器。

背景技术

近年来，随着国家战略重心向海洋转移，海洋环境保护已充分引起了公众重视。溢油污染治理是海洋环境保护的重要课题，而机械溢油回收技术作为目前较为理想的溢油回收技术，它的发展仍不够成熟。目前，我国在海上溢油事故处理主要依靠围油栏、吸油毡与消油剂等传统溢油事故处理方法。在处理海上溢油事故时，只是将处理工具简单放置到收油船舶上，在进行人工溢油回收。此外，针对恶劣海况下以及大规模溢油回收没有开发出高效率产品。

目前应对海上漏油事故的各类方法中，物理处理法运用比较普遍，但易受海面油膜的分布情况及海况等各种因素干扰，影响油污回收效果。另外，现有基于物理方法应急产品重量大，运移困难，布置工作繁琐，撇油器的收集效率还不高，相关操作人员工作量大，操作人员需要专门培训等问题，直接制约了物理处理法的应急处置效率。

化学方法是一种运用较早的海洋漏油事故处理方法，最大的不足在于其会导致二次危害，现有的化学处置方法几乎都存在二次污染的危险，其使用受到很大的制约。另外在应用方法方面，化学剂的布撒有效性和反应快速性上存在不足，影响使用效果。

现阶段，溢油回收器大多存在回收效率低、结构复杂、适应环境有限等不足。同时针对不同粘度的溢油无法高效回收，对于大规模溢油以及恶劣海况下溢油回收效率和速率极低。这种方式消耗了大量的人力物力，严重污染海洋环境，缺乏自动化智能化控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种多功能海上溢油回收器，提高恶劣海况下溢油回收的速率和效率。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种多功能海上溢油回收器，包括吸油器和集油器，其特征在于：所述的集油器设置在船上，集油器与吸油器之间设有用于将吸油器伸长至海面和收回至船上的机械臂；

所述的吸油器的两侧连接有可折叠、可调节角度的围油臂；所述的机械臂的伸缩、围油臂的折叠、围油臂与海面的夹角，均由控制器控制。

按上述方案，所述的吸油器包括依次连接的进油口、由电动机带动的啮合齿轮、储油室和出气口，其中进油口与外界连通用于进入海面溢油，电动机用于带动啮合齿轮旋转使进油口产生吸力。

按上述方案，它还包括调温装置；调温装置包括设置在进油口的温度传感器、用于将采集到的温度与预设温度范围比较的比较器、用于根据比较器输出的信号加温或降温的加温降温装置，加温降温装置设置在所述的啮合齿轮和储油室之间。

按上述方案，它还包括与吸油器连接的浮球。

本发明的有益效果为：

1、利用机械臂，自动控制机械臂将吸油器伸出到有溢油的海面，并且通过机械臂控制吸油器的角度，以满足不同的海况对收油的影响以及不同油层厚度的吸收，保证恶劣海况下溢油回收的准确性和高效率；利用围油臂将溢油围住，将分散的溢油集中到一起，增加油层厚度，经围油臂围住的溢油在流动惯性作用下流进吸油器，提高了溢油回收的速率。

2、利用水力学中的伯努利效应，根据不同海况与溢油性质自动调整电动机的功率，从而调整吸油器内外压力差，进而控制吸油速率与流量，进一步提高溢油回收的效率。

3、增加调温装置，通过检测溢油温度来得知溢油的粘度，根据溢油回收器吸附材料对溢油粘度的要求，自动调节加温降温装置，溢油经进油口流入暂储室进行加温或者降温处理以改变溢油的粘度，从而提高了溢油粘度回收的范围，同时因粘度的改变也提高了溢油回收的效率。

4、通过增加浮球设计，吸油器在浮球的作用下时刻保持浮在海面上与油接触，无需机械臂调整吸油器的高度，简单可靠。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明一实施例中吸油器的结构示意图。

图3为吸油器速度分布矢量图以及压力分布图。

图中：1-扫油臂，2-吸油器，3-机械臂，4-集油器，2-1-进油口，2-2-啮合齿轮，2-3-加温装置，2-4-降温装置，2-5-储油室。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种多功能海上溢油回收器，包括吸油器和集油器，集油器设置在船上，集油器与吸油器之间设有用于将吸油器伸长至海面和收回至船上的机械臂；所述的吸油器的两侧连接有可折叠、可调节角度的围油臂；所述的机械臂的伸缩、围油臂的折叠、围油臂与海面的夹角，均由控制器控制。

优选的，如图2所示，所述的吸油器包括依次连接的进油口2-1、由电动机带动的啮合齿轮2-2、储油室2-5和出气口，其中进油口2-1与外界连通用于进入海面溢油，电动机用于带动啮合齿轮2-2旋转使进油口2-1产生吸力。

进一步优选的，它还包括调温装置；调温装置包括设置在进油口的温度传感器、用于将采集到的温度与预设温度范围比较的比较器、用于根据比较器输出的信号加温或降温的加温降温装置，本实施例中，加温降温装置包括加温装置2-3和降温装置2-4，设置在所述的啮合齿轮2-2和储油室2-5之间。

优选的，它还包括与吸油器连接的浮球，本实施例中浮球安装于吸油器底端，与海水相接触。实时随波浪上下浮动，以维持吸油器吸油高度不变，提高风浪下吸油的稳定性。

本实施例中，所述的机械臂为六自由度机械臂，连接船体与吸油器，机械臂由360°旋转机械手、刚性臂、自动负反馈调节系统组成，机械臂上还设有摄像装置。采用六自由度可拆卸式机械臂控制与航行器(即船体)相连的吸油器来完成溢油回收作业中吸油器的多方位旋转，以满足不同的海况对收油的影响以及不同油层厚度的吸收。此系统上方安装有一个高分辨率的摄像装置对海面油污进行识别，经图像处理后获取数据，再由单片机来控制六自由度旋转式机械臂，机械臂控制吸油器的高度和角度，来进行不同油层厚度和海况的收油作业，可实现定点定距离溢油回收，保证溢油回收的准确性和高效率，实现溢油事件的应急处理。更进一步细化的，根据摄像装置获取的图像，得到溢油轨迹变化，自动负反馈调节系统根据预先设计好的函数(该函数为实验分析溢油流向轨迹计算出分析出的函数)进行信号分析处理，进而控制360°旋转机械手的旋转角度以及刚性臂的伸展长度以及深度，调节到适合溢油事故现场回收的最佳高度和长度(最佳高度和长度为预设值)，实现定点定距溢油回收，可更有针对性进行溢油回收，避免了因海浪、洋流变化导致溢油迅速扩展不能及时回收的难题，同时提高了溢油回收效率。

本实施例中，围油臂为安装在吸油器两侧的可折叠式V型围油臂，可折叠式V型围油臂可在0°--120°范围内进行变化，根据不同航速进行适当的角度调节。当进行溢油回收工作时，围油臂进行围油，将分散的溢油集中到一起，增加油层厚度，实现不同油层厚度的回收，提高了溢油回收的速率。

吸油器利用电动机作为动力，在接通电源时，电动机带动啮合齿轮高速旋转，前方空气粒子密度增加，压力增加，而后方空气密度减少，产生压力降，从而产生吸气的作用。这时，位于啮合齿轮2-2前端进油口2-1的空气，源源不断地补充到啮合齿轮2-2中，形成了进油口2-1内瞬时真空，使吸油器内与外界产生很高的负压差，即形成了空气吸力。在空气吸力作用下，围油臂内油水混合物流速加快，压力减少。根据伯努利效应，油水混合物会通过吸油口，在强大压力作用下进入吸油器内的储油室内，从而解决恶劣海况下溢油无法回收问题，同时提高了溢油回收速率，减少因油污扩散带来的巨大海洋污染。

溢油回收器吸油技术的原理基于水力学中的伯努利效应，满足伯努利方程中压力与流速的关系。当流体速度加快时，物体与流体接触面上的压力会减小，反之压力会增加。伯努利效应适用于包括溢油在内的一切流体。对于不可压缩的理想流体，密度不随时间发生变化的定常流，满足方程

$Z+\frac{P}{\mathrm{\γ}}+\frac{V^2}{2g}=C$

式中：Z—位置高度，P—静压力，V—流体速度，γ—流体重度，g—重力加速度，C—常量。

由此分析出伯努利方程在流线上的位置水头、速度水头和压力水头三者之和(称为总水头)保持不变。式中每一项表示单位重量流体的势能、压力能和动能可以相互转化，但三者之和(称为总机械能)沿流线保持不变。对于海上溢油这种在同一水平面内流动的流体，由于其位置高度相同，此时伯努利方程可以简化为方程

$\frac{P}{\mathrm{\γ}}+\frac{V^2}{2g}=C$

此式反应出溢油压力与速度的关系。

对于溢油这种粘性流体，因受海表面风、海流、海浪共同作用，溢油的瞬时速度和瞬时压力随时间变化的，还需考虑因粘性引起的流动阻力，消耗溢油的部分机械能。

伯努利效应已经被应用于吸尘器、河道清淤机、挖泥船等设备中，但仍未在溢油回收器中得以应用。自主研发的基于伯努利效应的新型高效溢油回收器能提高溢油回收效率和使用规模。

根据收油器传送带的转动速度以及出油口、出水口的总流量、压力赋予初值，对吸油器模型利用ansys软件进行数值仿真，假设出油口流量为80m³/h、出水口流量40m³/h，得出吸油口流量为120m³/h。进行数值仿真，得到吸油器速度分布矢量图以及压力分布图，如图3所示。根据速度分布矢量图以及压力分布图，以及定常一元流伯努利方程以及连续性方程；

V1A1＝V2A2

式中，V1为进油口流速，A1为进油口流量，V2为出油口流速，A2为出油口流量。

可分析出吸油器吸油流速与流量只与压强有关，因此，吸油器可根据不同海况与溢油性质自动调整压力差，进而控制吸油速率与流量。

因此，与现有技术相比，本发明引进六自由度机械臂，可实现定点定距溢油回收，提高溢油回收速度；围油臂的引进可以提高溢油的厚度，达到对不同油层厚度吸收目的；调温装置可实现不同粘度的溢油高效回收；基于伯努利效应自主设计的溢油回收器提高复杂海况下的溢油回收速度和回收量；结合浮动式回收器(即吸油器+浮球设计)，解决水面溢油随水面波动难以回收难题。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多功能海上溢油回收器，包括吸油器和集油器，其特征在于：所述的集油器设置在船上，集油器与吸油器之间设有用于将吸油器伸长至海面和收回至船上的机械臂；

所述的吸油器的两侧连接有可折叠、可调节角度的围油臂；所述的机械臂的伸缩、围油臂的折叠、围油臂与海面的夹角，均由控制器控制。

2.根据权利要求1所述的一种多功能海上溢油回收器，其特征在于：所述的吸油器包括依次连接的进油口、由电动机带动的啮合齿轮、储油室和出气口，其中进油口与外界连通用于进入海面溢油，电动机用于带动啮合齿轮旋转使进油口产生吸力。

3.根据权利要求2所述的一种多功能海上溢油回收器，其特征在于：它还包括调温装置；调温装置包括设置在进油口的温度传感器、用于将采集到的温度与预设温度范围比较的比较器、用于根据比较器输出的信号加温或降温的加温降温装置，加温降温装置设置在所述的啮合齿轮和储油室之间。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种多功能海上溢油回收器，其特征在于：它还包括与吸油器连接的浮球。