CN107310692A - 一种仿生溢油跟踪定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿生溢油跟踪定位装置，包括中间浮筒部分和周边仿生吸附翼部分；所述浮筒部分包括浮筒外壳、以及位于浮筒外壳内的浮标终端；所述浮筒外壳由浮筒、浮筒盖形成中空壳体筒状物；所述仿生吸附翼部分包含中间浮筒转轴、吸附材料、吸附材料固定组件；所述吸附材料固定组件由内浮圈、外浮圈及内外圈之间不锈钢双层环状网组成；所述不锈钢双层环状网内衬吸附材料；所述中间浮筒转轴将所述浮筒转动设置在所述内浮圈上。本发明极大提高了油污跟踪准确性，确定油污团漂移轨迹，为后续油污准确应急处理提供决策；通过浮标终端的设置，从而实现远程监控浮标终端及其水下半潜油漂移轨迹跟踪探测信息。

Description

一种仿生溢油跟踪定位装置

技术领域

本发明属于海面溢油实时追踪和监测技术领域，涉及一种海上溢油跟踪定位装置，具体是一种仿生溢油跟踪定位装置，该装置是采用仿生结构吸油材料结合浮标定位装置制备，浮标周边固定的吸油材料吸附海面油污，与大块油膜相互粘连、粘附在一起，跟踪溢油油膜的漂移运动轨迹，浮标所在位置即溢油油膜漂移的位置，浮标内定位系统将位置信息通过北斗卫星传送到监控及应急处置中心，控制中心即可实时了解溢油油膜所处位置，为及时、准确处置泄漏事故提供决策依据。

背景技术

随着近年来我国的经济实力的增加,对海洋的开发活动也越来越多，伴随而来的是发生溢油等海洋污染事故的概率也逐渐增加。溢油跟踪定位浮标是利用浮标在发生海上溢油事故时，对海面溢油进行实时追踪和监测的一种技术。它可以及时、准确、实时地跟踪水上溢油飘移的轨迹，为应急管理部门提供实时可靠的溢油扩散信息，以便及时采取应急和救援措施。

目前国内已有水面溢油的跟踪浮标研究、生产及应用，但是这些浮标外部结构主要采用光滑桶形结构，桶内安装信号发射装置。往往溢油事故发生后，光滑的外壁与海面油污结合不紧密，与油块相随性差，在海浪、风力作用下，浮标与水面油块分离，定位装置与油污实际漂移轨迹吻合度差，不能真实反应油污运行轨迹，无法满足跟踪浮标长时间跟踪海上溢油的要求。

发明内容

本发明旨在为海上溢油提供一种跟踪定位装置，该装置克服了常规溢油浮标因浮筒外形结构光滑，与油团油块结合不紧密，带来跟随过程中浮标与油块在风浪、洋流等作用下，二者漂移易分离带来定位不准确难题。

本发明所要解决的技术问题是：跟踪装置外壳上需要安装高性能油污吸附材料，提高浮标装置与油块结合力，从而提高浮标跟踪油污准确率。

本发明鉴于泄漏油污在海面风力、海浪、洋流作用下漂移、聚拢或者扩散等特点，故设计思路是首先需要选择一种抗风浪、强度高、吸油速度快，吸附的油污保油率高的特效吸附材料，然后按照仿生学原理，将吸附材料裁剪成多翼片状，采用大网孔夹持装置固定在浮标装置周边，溢油事故中将其投放到油块中，吸附材料吸附油污使之带动跟踪系统与油块同步漂移。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种仿生溢油跟踪定位装置，包括中间浮筒部分和周边仿生吸附翼部分；

所述浮筒部分包括浮筒外壳、以及位于浮筒外壳内的浮标终端；所述浮筒外壳由浮筒、浮筒盖形成中空壳体筒状物；所述仿生吸附翼部分包含中间浮筒转轴、吸附材料、吸附材料固定组件；所述吸附材料固定组件由内浮圈、外浮圈及内外圈之间不锈钢双层环状网组成；所述不锈钢双层环状网内衬吸附材料，其为强度高、吸附速度快的高性能油污吸附片材；所述中间浮筒转轴将所述浮筒转动设置在所述内浮圈上。

所述浮筒外壳是由工程塑料或者橡胶料硬质材料制作，其厚度0.9-1.2cm，外罩橘红色高光漆，其高度23-28厘米，直径13-15厘米，其排水量约2.5-2.9 千克；所述浮筒与所述浮筒盖通过垫圈与螺栓连接在一起，形成中空壳体筒状物。

所述浮标终端包含控制开关、发射块、高能电池组件、信号发射单元、微型开关、充电接口；所述充电接口与高能电池组件件通过软质电缆线连接；所述高能电池组件通过电缆导线与微型开关连接，微型开关再依次通过电缆线与发射块及信号发射单元连接；发射块通过控制开关，利用电缆线与信号发射单元连接。

所述高能电池组件放置在浮筒筒体内最底层，在高能电池组件上方安装发射块，发射块上方安装控制开关；在浮筒盖上安置信号发射单元；筒体内各单元依次放置好后，利用填充胶固定。

所述浮筒的底部开设有一圆口，该圆口通过密封垫圈连接有可旋紧的底盖，在圆口部位安装有接口板，在接口板上安装有充电接口和微型开关。

所述内浮圈和外浮圈采用中空不锈钢管加工，外浮圈直径46厘米，内浮圈直径25厘米；所述不锈钢双层环状网夹层根据油污粘度更换不同吸附材料，其厚度为4-5厘米，双层网采用大孔径不锈钢丝网，上下网层通过一端铰链连接，开合夹持吸附材料，通过另一端锁扣闭合。

所述吸附材料为低密度大孔径吸油材料或低密度小孔径吸油材料，高粘度原油选择大孔径吸附材料，中低粘度原油选择小孔径吸附材料。

所述中间浮筒转轴采用实心不锈钢制作，其是将中间浮筒固定在仿生吸附翼内浮圈上的两根同心轴，一端固定于内浮圈外侧，另一端安装在浮筒外侧支耳孔内，浮筒通过转轴安装好后，任意360°翻转。

本发明的有益效果：本发明利用高性能吸油材料作为吸附翼，吸附翼上吸附材料因与油污吸附作用，相互紧密抱合，确保跟踪装置与油块漂移相随性，极大提高了油污跟踪准确性；

本发明吸附翼采用了抗风浪、洋流等恶劣环境的高强度吸附材料与网孔夹持组合，吸附材料可根据跟踪油污的粘度、油品品种、海域温度来选择，对于高粘度原油泄漏，装置上可选用大孔径吸附材料的吸附和粘附，确保高粘度油污能够快速进入吸附材料内部，保证装置与油块紧密结合；

本发明通过浮标终端的设置，从而实现远程监控浮标终端及其水下半潜油漂移轨迹跟踪探测信息。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明结构示意图；

图2位本发明装置组装效果图；

图3位本发明装置内部结构示意图；

图中标号：1-外浮圈、2-内浮圈、3-吸油材料固定组件、4-中间浮筒转轴、 5-浮筒、6-高能电池组件、7-发射块、8-控制开关、9-浮筒盖、10-垫圈、11- 螺栓、12-信号发射单元、13-填充胶、14-接口板、15-微型开关、16-充电接口、 17-底盖、18-密封垫圈。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-2，本发明一种仿生溢油跟踪定位装置，包括中间浮筒部分和周边仿生吸附翼部分，它们相互之间的关系是：定位装置投放到发现半潜油的受溢油污染水域后，仿生吸附翼可与半潜油快速吸附，并一道跟随近表层水流漂流，其漂流动态信息由内置于浮标终端的通信控制定位装置中的定位模块从外部数据链中的卫星定位系统获取，其水中溢油探测信息由所携带的溢油探测传感器按一定规律传送至内置于浮标终端的检测电路模块，再通过内置于浮标终端的通信控制定位装置中的通信模块借助外部数据链中的通信卫星系统及地面基站传输到监控平台，从而实现远程监控浮标终端及其水下半潜油跟踪探测信息；

所述浮筒部分包括浮筒外壳、以及位于浮筒外壳内的浮标终端；

其中，浮筒外壳是由工程塑料或者橡胶料硬质材料制作的、具有厚度并抗撞击的中部呈圆柱状，顶部为半球形壳的中空壳体柱状物，半球形壳可与中间圆柱体旋紧、螺旋装配连接在一起；其中圆柱状下半壳的底部开了一个圆口，用于安装外设电源开关和充电插口并与内置电源模块相连接；在将下部柱状体壳和顶部半球形壳咬合粘接之前，先通过填充胶将内置设备固定在壳体内，再采用防渗垫片和紧固件将上下壳体紧固；

具体地，如图2所示，浮筒外壳厚度约0.9-1.2cm，外罩橘红色高光漆，其高度23-28厘米，直径13-15厘米，其排水量约2.5-2.9千克，由中部的浮筒5、顶部的浮筒盖9组成，浮筒5与浮筒盖9通过垫圈10与螺栓11连接在一起，形成中空壳体筒状物；

浮标终端位于浮筒外壳内，包含内置可充电的高能电池组件6(由多个高能电池组成)、信号发射单元12、填充胶13；高能电池组件6放置在浮筒筒体内最底层(中间浮筒转轴4下方约5厘米处)，在高能电池组上方安装发射块7，发射块7上方安装控制开关8；在浮筒外壳的顶部(浮筒盖9上)安置信号发射单元12，为防止海浪对筒体内工作单元影响挪位损坏，将筒体内各单元依次放置好后，利用填充胶13固定；

浮筒5的底部开设有一圆口，该圆口通过密封垫圈18连接有可旋紧的底盖 17，在圆口部位安装有接口板14，在接口板14上安装有充电接口16和微型开关15；在安装底盖17前，需要将充电接口16和微型开关15从中间柱状壳体最底端(浮筒5的底部圆口)引出，然后缠绕密封胶带，再旋合底盖17，即组合构成一个密封的、与油块紧密相随、带有内置设备及外设电源开关、充电接线插口的浮标终端；

充电接口16与高能电池组件件6通过软质电缆线连接；高能电池组件6通过电缆导线与微型开关15连接，微型开关15再依次通过电缆线与发射块7及信号发射单元12连接，为其工作提供电能；同时，发射块7通过控制开关8，利用电缆线与信号发射单元12连接，发射块7生成的信号通过信号发射单元12 转化为电磁波对外发射到空中，信号被卫星接收，为防止各组件之间位置挪移，采用发泡材料固定；

如图1、图3所示，所述仿生吸附翼部分包含中间浮筒转轴4、吸附材料、吸附材料固定组件3；

吸附材料固定组件3由内浮圈1、外浮圈2及内外圈之间不锈钢双层环状网组成，内浮圈1和外浮圈2采用中空不锈钢管加工，既保证了强度，又能为浮标装置提供一定的浮力，外浮圈直径约46厘米，内浮圈直径约25厘米；

不锈钢双层环状网夹层根据油污粘度更换不同吸附材料，其厚度为4-5厘米，内衬不同型号的高性能吸附材料；为方便吸附材料更换，便于油污渗透浸入吸附材料内，双层网采用大孔径不锈钢丝网，上下网层通过一端铰链连接，可开合夹持吸附材料，通过另一端锁扣闭合，保证夹持吸附材料稳定性；

内衬的高性能吸附材料具有吸附油污速度快、吸油倍率高(20倍以上)、保油率好(超过95％)、机械强度高等优点，同时根据海面油污品种、粘稠度等对吸附材料要求，备选了低密度大孔径吸油材料和低密度小孔径吸油材料，高粘度原油选择大孔径吸附材料，中低粘度原油选择小孔径吸附材料(如高粘度原油泄漏采用孔隙率70-90％吸附材料，中等粘度泄漏原油采用孔隙率30-70％吸附材料，低粘度原油泄漏采用孔隙率10-30％吸附材料)，其目的是保证吸附材料与油块之间足够粘附力、吸附力，从而有效带动浮筒内终端装置随油块任意漂移；

中间浮筒转轴4采用实心不锈钢制作，其是将中间浮筒固定在仿生吸附翼内浮圈上的两根同心轴，一端固定于内浮圈外侧，另一端安装在浮筒外侧支耳孔内，浮筒通过转轴安装好后，可任意360°翻转，活动自如，这保证了浮标装置在海上发生翻转时也能保证发射端朝上，信号不中断；中间浮筒转轴4穿入浮筒支耳内装配，并位于筒体上端三分之一处，该设计有利于保证在风浪作用下，即时浮标装置被海浪掀翻，能够通过自身重心调整，保证浮标发射单元始终朝上处于工作状态；

仿生吸附翼部分通过转动轴与中间浮筒连接，浮筒内部转轴下端4-5厘米放置密度大的电池组，确保了在风浪影响下，浮标即使被海浪打翻，因重心位置在电池端，发射端始终位于海面上，保证了装置运行有效性。

本发明提供的装置，它们相互之间的工作关系是：

发现海面油污或者油船石油泄漏，打开浮筒外壳底盖，开启微型开关，再旋紧底盖，将浮筒外壳投放到发现受溢油污染水域，浮筒外壳上的仿生吸附翼快速吸附油污，与油块紧密结合一道跟随近表层水流漂流，其漂流动态信息由内置于浮标终端的定位模块从外部数据链中的卫星定位系统获取，其水中溢油探测信息由所携带的溢油探测传感器按规律传送至内置于浮标终端的检测电路模块，再通过内置于浮标终端的通信模块借助外部数据链中的通信卫星系统及地面基站传输到监控平台，迅即通过外部数据链向监控平台发出警报，实现及时发现和快速预警海面溢油。

该装置是在海面发生大规模溢油事故后，及时向油块中投放的定位装置，定位装置上仿生吸附翼快速与油污缠结、粘连、吸附，与油块形成一体，跟随油块漂移，装置上信号单元定时向卫星发射浮标装置位置，即通过浮标装置轨迹，确定油污团漂移轨迹，为后续油污准确应急处理提供决策。

与已有技术相比，本发明的优势体现在：

①本装置利用高性能吸油材料作为吸附翼，吸附翼上吸附材料因与油污吸附作用，相互紧密抱合，确保跟踪装置与油块漂移相随性，极大提高了油污跟踪准确性；而目前已有浮标装置其外壁采用直桶结构，外壁光滑，完全依靠油块与装置外壁粘附性，结合不紧密，在风浪等外部因素干扰下，二者极易分离，达不到跟踪定位效果。

②本装置吸附翼采用了抗风浪、洋流等恶劣环境的高强度吸附材料与网孔夹持装置(双层环状网)组合系统，装置上的吸附材料可根据跟踪油污的粘度、油品品种、海域温度来选择，对于高粘度原油泄漏，装置上可选用大孔径吸附材料的吸附和粘附，确保高粘度油污能够快速进入吸附材料内部，保证装置与油块紧密结合。对于中低粘度油污，装置换选孔径较小或者致密的吸附材料，这样避免大孔径吸附材料保油率差的、油污易从材料内部渗出，装置与油块结合差的缺陷。而目前的溢油浮标结构单一，均采用外壁直通式结构，不论高粘度油污还是低粘度油污都只有采用桶式或者浮球式，尤其跟踪低粘度原油效果差。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种仿生溢油跟踪定位装置，其特征在于，包括中间浮筒部分和周边仿生吸附翼部分；所述浮筒部分包括浮筒外壳、以及位于浮筒外壳内的浮标终端；所述浮筒外壳由浮筒(5)、浮筒盖(9)形成中空壳体筒状物；

所述仿生吸附翼部分包含中间浮筒转轴(4)、吸附材料、吸附材料固定组件(3)；所述吸附材料固定组件(3)由内浮圈(1)、外浮圈(2)及内外圈之间不锈钢双层环状网组成；所述不锈钢双层环状网内衬吸附材料；所述中间浮筒转轴(4)将所述浮筒(5)转动设置在所述内浮圈(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种仿生溢油跟踪定位装置，其特征在于，所述浮筒外壳是由工程塑料或者橡胶料硬质材料制作，其厚度0.9-1.2cm，外罩橘红色高光漆，其高度23-28厘米，直径13-15厘米，其排水量约2.5-2.9千克；所述浮筒(5)与所述浮筒盖(9)通过垫圈(10)与螺栓(11)连接在一起，形成中空壳体筒状物。

3.根据权利要求1所述的一种仿生溢油跟踪定位装置，其特征在于，所述浮标终端包含控制开关(8)、发射块(7)、高能电池组件(6)、信号发射单元(12)、微型开关(15)、充电接口(16)；所述充电接口(16)与高能电池组件件(6)通过软质电缆线连接；所述高能电池组件(6)通过电缆导线与微型开关(15)连接，微型开关(15)再依次通过电缆线与发射块(7)及信号发射单元(12)连接；发射块(7)通过控制开关(8)，利用电缆线与信号发射单元(12)连接。

4.根据权利要求3所述的一种仿生溢油跟踪定位装置，其特征在于，所述高能电池组件(6)放置在浮筒筒体内最底层，在高能电池组件(6)上方安装发射块(7)，发射块(7)上方安装控制开关(8)；在浮筒盖(9)上安置信号发射单元(12)；筒体内各单元依次放置好后，利用填充胶(13)固定。

5.根据权利要求4所述的一种仿生溢油跟踪定位装置，其特征在于，所述浮筒(5)的底部开设有一圆口，该圆口通过密封垫圈(18)连接有可旋紧的底盖(17)，在圆口部位安装有接口板(4)，在接口板(14)上安装有充电接口(16)和微型开关(15)。

6.根据权利要求1所述的一种仿生溢油跟踪定位装置，其特征在于，所述内浮圈(1)和外浮圈(2)采用中空不锈钢管加工，外浮圈(2)直径46厘米，内浮圈(1)直径25厘米；所述不锈钢双层环状网夹层根据油污粘度更换不同吸附材料，其厚度为4-5厘米，双层网采用大孔径不锈钢丝网，上下网层通过一端铰链连接，开合夹持吸附材料，通过另一端锁扣闭合。

7.根据权利要求6所述的一种仿生溢油跟踪定位装置，其特征在于，所述吸附材料为低密度大孔径吸油材料或低密度小孔径吸油材料，高粘度原油选择大孔径吸附材料，中低粘度原油选择小孔径吸附材料。

8.根据权利要求1所述的一种仿生溢油跟踪定位装置，其特征在于，所述中间浮筒转轴(4)采用实心不锈钢制作，其是将中间浮筒固定在仿生吸附翼内浮圈上的两根同心轴，一端固定于内浮圈外侧，另一端安装在浮筒外侧支耳孔内，浮筒通过转轴安装好后，任意360°翻转。