CN112813940A - 一种用于水面清理的智能油水分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于水面清理的智能油水分离装置，包括围油栏布设机器人、溢油回收机器人、集油转运机器人和主船，其特征在于：所述的主船、围油栏布设机器人、溢油回收机器人和集油转运机器人上均设置有无线通信装置和卫星导航定位装置；所述主船上设置有溢油监测系统、中心控制台与处理器。本发明通过阵列分布的围油栏布设机器人将溢油区域化整为零，划分为一个个较小的区域，同时，各溢油围控区域在收油的过程中，不断缩小，使溢油回收效率维持在较高的水平，提高溢油回收效率。适应性强，可适用于不同类型的溢油事故，针对不同的溢油区域分布，针对性地排布围油栏布设机器人，提高了本发明的普适性。

Description

一种用于水面清理的智能油水分离装置

技术领域

本发明涉及水面浮油回收技术领域，具体涉及一种用于水面清理的智能油水分离装置。

背景技术

随着航运业快速发展，石油进出口总量持续增多，溢油风险越来越高。溢油事故一旦发生，必然会影响到溢油发生地的生态环境，造成严重的损失。因此，必须在最短时间内选择合适的油污清楚方法以降低损失。

发生海上溢油事故后，应采取措施减少其对海上资源和环境的污染损害，而溢油在风、流、涌、浪等的作用下，会迅速自遗漏处向外漂流扩散，形成大面积分散的海上油膜和油带。一般而言，在开放海域或近岸海域清除油污是比较容易的，而在岸上进行油污清除比较困难。因此，在其到达敏感区之前，首先要考虑在海上进行处理。

无论在开放水域还是近岸水域，较好的溢油应急处理方式是用专门的设备进行围控和回收。处理海上油污，通常是先使用拖船拖带围油栏进行围控、拦截，防止溢油继续扩散，将溢油集中使其变厚以利于回收。之后，用溢油回收船、收油机、撇油器等设备回收海上溢油，并将回收的溢油转驳到储油罐等海上临时储存装置。需要注意的是，围控的油必须尽快加以清除，否则一旦发生乳化或沉淀，就会造成围堵区域高度污染，严重伤害该区浮游生物、底栖生物。

针对当前溢油回收先用围油栏将溢油围控，再由工作母船带动撇油器进行溢油回收工作，经济成本高、回收效率低、海况适应能力差，中国专利CN103821120B公开了一种基于机器人海上溢油回收的方法，它主要利用母船、溢油回收机器人、局域差分GPS系统、围油栏及吸油材料进行操作，当事故发生后，母船驶往漏油海域，用围油栏将溢油围控，并在围油栏内侧布置吸油材料；机器人使命下载完成后，将其布放在围油栏区域内，机器人在围油栏上布置的局域差分GPS系统指引下自主完成溢油回收作业。该专利具有操作简便、安全可靠，经济性好、溢油回收效率高、海况适应能力强的特点，适合海上溢油回收作业。但该专利仅涉及单个无人艇，无法进行多个无人艇的协同收油作业，收油效率有待提高。

针对目前的海上清理装置机往往存在不易调节围栏面积和拦油索强度低、围栏效果差的弊端，导致装置的适用性低下，中国专利ZL202010795597.9公开了一种可调节清理范围的海洋溢油处理用海上清理装置，包括拦油索、船体、太阳能电池板和控制盒，所述船体的内部安装有储存罐，储存罐顶部的一端安装有抽油泵，抽油泵的输出端与储存罐的内部相连通，且抽油泵的输入端螺纹连接有抽油管，所述船体顶部的一端焊接有机壳，且机壳的内部安装有蓄电池，并且机壳的顶端安装有控制盒。该专利通过安装有拦油索、防爆气囊、挂环和挂钩，使得装置优化了自身的性能，使用者可以利用挂环和挂钩的连接作用，在船体上更换不同长度的拦油索，进而改变围住的溢油区域的面积，实现对于清理范围的调节，增强了装置的适用性，有利于该装置的长期推广。但该专利拦油索布放效率有待提高，不利于快速围控溢油区域。

此外，现有围油栏抗风浪能力差，溢油在波浪作用下容易溢过围油栏；现有溢油回收装置需要大量人工操作，智能化程度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机动性强、回收效率高、可快速围控溢油的用于水面清理的智能油水分离装置，以解决现有技术中提到的溢油回收效率低、围油栏布设效率低、适波形差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于水面清理的智能油水分离装置，包括围油栏布设机器人、溢油回收机器人、集油转运机器人和主船，其特征在于：所述的主船、围油栏布设机器人、溢油回收机器人和集油转运机器人上均设置有无线通信装置和卫星导航定位装置；所述主船上设置有溢油监测系统、中心控制台与处理器；所述的围油栏布设机器人设置有围油栏布设装置、溢油厚度检测装置、气泵和储气罐，围油栏卷绕在围油栏布设装置上；所述的溢油回收机器人设置有吸油毡卷放装置、溢油厚度检测装置和临时储油罐，吸油毡卷放装置上设置有压力传感器，临时储油罐内设置有液位传感器；所述的集油转运机器人设置有中转储油罐，中转储油罐内设置有液位传感器；所述的主船上设置有储油罐。

本发明的无线通信装置、溢油监测系统、溢油厚度检测装置及之后表述中出现的围油栏卷轴、吸油毡卷轴等均可采用现有技术中已有的结构，不再赘述。

通过上述技术特征，本发明首先通过主船上的溢油监测系统确定溢油分布区域，通过处理器处理后确定围油栏布设机器人分布阵列，并将围油栏布设机器人按照阵列分布方案进行连接，之后围油栏布设机器人通过水下航行至溢油区域下方，然后各围油栏布设机器人根据主船发出的指令散开并将围油栏布设到位；之后围油栏布设机器人上浮，并且气泵开始工作，围油栏浮出水面，将溢油区分隔为一个个较小的溢油区域。之后溢油回收机器人通过水下航行至一个个较小的溢油区域内上浮，开始收油。为了确保溢油回收机器人不间断地工作，若干个集油转运机器人在主船的控制下，在各个溢油区域将溢油回收机器人回收的溢油转移至自身携带的中转储油罐，并在中转储油罐中的溢油转运至主船。各个溢油回收机器人内设置的液位传感器负责检测临时储油罐内的液位，并通过无线通信装置将其液位信息传输至主船，主船通过处理器分析处理后，负责分配集油转运机器人转移溢油回收机器人收集的溢油。

进一步的，所述的围油栏布设机器人、溢油回收机器人和集油转运机器人底部均设置有储水仓，储水仓底部设置有排水泵，排水泵通过出水管与储水舱外部连通，出水管上设置有单向出水阀；所述的储水舱底部还设置有进水管，所述进水管上设置有电磁阀。

通过上述技术特征，围油栏布设机器人、溢油回收机器人和集油转运机器人均可在水面以下航行，通过在水下航向布设到目标位置并进行转移。具体的，若干个围油栏布设机器人可通过水下航行至溢油区域，并在接收到释放围油栏信号和航线之后，若干个围栏布设机器人上的围油栏布设装置开始工作，并且围栏布设机器人之间根据各自航线四散分开，然后，储水仓内的排水泵开始工作，围油栏布设机器人浮出水面，气泵开始工作，围油栏浮力增加浮出水面，从而将溢油区域围控并分隔为若干个区域；之后，根据主船的指令，围油栏布设装置开始卷收围油栏，使围油栏布设机器人相互聚拢，溢油区域减小，溢油厚度增加，当溢油厚度检测装置检测到围控区域内的溢油厚度达到要求后，围油栏布设机器人向主船发送信息，经主船分析处理后，控制围合该围控区域的围油栏对应的围油栏布设装置停止工作。

另外，主船可发出控制指令，控制围油栏布设机器人向同一方向移动，以将溢油移至特定区域，然后进行收油作业。

进一步的，所述的围油栏布设机器人储水仓上方设置有布设舱，所述的布设舱包含四个相互独立的布设分舱，每个布设分舱内侧均设置一个电器设备舱，电器设备舱内设置气泵和储气罐；每个布设分舱内均设置有一个围油栏布设装置，所述围油栏布设装置包括围油栏卷轴和设置在围油栏卷轴一侧的支撑导向辊和挤压辊，所述的支撑导向辊设置在挤压辊和围油栏卷轴之间。

通过上述技术特征，可以使得本发明的智能油水分离装置适应不同的溢油区域。具体的，主船在确定溢油区域分布之后，可以根据围油栏布设机器人所装载的围油栏的长度，确定所需围油栏布设机器人的数量和排列方式，从而提前将若干个围油栏布设机器人连接，缩短溢油收集准备工作时间。

进一步的，所述的溢油回收机器人储水仓上方设置有设备舱，设备舱内设置有吸油毡卷放装置和临时储油罐，吸油毡卷放装置包括吸油毡卷轴、挤油辊和导向辊，所述的导向辊设置在挤油辊和吸油毡卷轴之间；挤油辊下方设置有接油盘，接油盘与临时储油罐通过管道连接。

通过上述技术特征，本发明的溢油回收机器人通过吸油毡吸收浮油，吸油毡具有吸油量大、吸油快、可悬浮并且经挤压后可重复使用的特点，并且安全环保。吸油后的吸油毡在经过挤油辊时受到挤压，吸附的溢油被挤出滴落至接油盘中，并收集至临时储油罐中。

同时，在溢油机器人回收溢油的过程中，溢油回收机器人上的溢油厚度监测装置时刻监测溢油厚度，当溢油厚度下降30～40％时，向主船发送请求信息，主船在接收到该信息后，发出控制信息，控制围控该组溢油回收机器人所在区域的围油栏布设机器人上对应的围油栏布设装置工作，缩小该区域的范围，直至溢油厚度达到要求，进一步提高溢油回收效率。

进一步的，所述的溢油回收机器人两个为一组，吸油毡一端固定卷绕在其中一个溢油机器人的吸油毡卷轴上，另一端则固定卷绕在另一个溢油机器人的吸油毡卷轴上；所述溢油机器人设备舱侧壁设置有吸油毡出入口，所述吸油毡出入口外周设置有橡胶密封连接件；所述的吸油毡卷轴上设置有压力传感器。

本发明的两个溢油回收机器人之间相互配合，将一组溢油回收机器人布置在围油栏布设机器人围控的区域内，之后，控制两个溢油回收机器人分离一定距离，然后，两个溢油机器人上的吸油毡卷轴同时正转或反转，开始吸油。此外，当某一吸油毡卷轴上的压力传感器感应到压力降为零时，代表该吸油毡卷轴上的吸油毡已经放完，此时控制该组溢油机器人上的吸油毡卷轴反转，继续吸油。此外，在吸油毡出入口外周设置有橡胶密封连接件，两个溢油回收机器人的橡胶密封件插接，确保该组溢油回收机器人在水下航行时的密封性。另外，主船可控制该组溢油回收机器人的两个吸油毡卷轴的转速，使其转速不同，从而调节溢油回收机器人之间的距离。

进一步的，围油栏一端固定连接在围油栏卷轴上，另一端则设置有对钩接头，所述的围油栏包括裙体、配重绳、充气总管和浮体，所述的裙体包括第一裙体和第二裙体，其中第二裙体采用透水材料制成并与配重绳固定连接。

通过上述特征，本发明的围油栏具有较强的适波性，防止海绵波浪太大，围油栏发生较大倾斜，出现溢油越过围油栏的情况。同时，即使风浪较大，出现溢油越过围油栏，由于本发明通过若干个围油栏机器人将溢油区域化整为零，划分为一个个较小的区域，将其影响降至最低。

进一步的，浮体位于围油栏的中上部，所述浮体为若干个独立的长条形防爆气室，充气管线固定在浮体下部。

通过上述技术特征，本申请围油栏充气效率高，可快速实现溢油的围控，并且，浮体为若干个独立的长条形防爆气室，即使出现水面漂浮物将其中一个气室扎破，其他气室依然保持完成性，提高围油栏的环境适应能力和工作可靠性。同时，浮体设置为若干个独立的长条形防爆气室，在收卷围油栏时，不影响未收卷部分围油栏正常工作。

进一步的，每个防爆气室的远离围油栏卷轴的一端均设置有一个单向排气阀，所述单向排气阀通过防爆气室的排气孔与防爆气室内部连通；在防爆气室的另一端连接有充气支管，所述的若干个独立的防爆气室均通过充气支管与充气总管相连，并且在充气支管上设置有单向阀；充气总管与气泵和储气罐连接。

通过上述技术特征，在围油栏布放机器人就位后，打开气泵，通过充气总管向各防爆气室充气，充气效率高，防爆气室膨胀后浮力增大带动围油栏浮出水面，同时通过单向排气阀防止防爆气室内压力过大；当围油栏布放机器人接收到主船发出的聚拢指令后，围油栏布设装置开始卷收围油栏，围油栏在通过支撑导向辊初步整理之后，通过挤压辊，防爆气室在挤压辊的作用下内部压强变大，防爆气室内的气体从单向排气阀排出。

进一步的，所述的单向排气阀包括弹簧、阀芯、引导槽和壳体，所述壳体与防爆气室固定连接，引导槽设置在壳体顶部内侧壁，阀芯包括阀杆和锥台状的封堵头，弹簧设置在引导槽内部，且弹簧一端固定在壳体内侧壁，另一端与阀杆固定连接；所述壳体的侧壁下部设置有出气孔，所述的封堵头封堵防爆气室的排气孔。

通过上述技术特征，在弹簧的压力下，封堵头封堵防爆气室的排气孔，防止海水进入防爆气室内部；当防爆气室充气浮出水面之后，进入壳体内的海水通过壳体侧壁下部设置的出气孔排出壳体；随着充气的进行，当防爆气室内的压力达到限制，封堵头收到的其他压力克服弹簧的压缩力，气体从排气孔排出，从而防止防爆气室内部压力过大。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过机动性强，围油栏布设机器人快速布设围油栏，防止溢油进一步扩散，同时，通过阵列分布的围油栏布设机器人将溢油区域化整为零，划分为一个个较小的区域。同时，各溢油围控区域在收油的过程中，不断缩小，使溢油回收效率维持在较高的水平，提高溢油回收效率。

2、可根据溢油回收到的要求，在各溢油围控区域布设多组溢油回收机器人，进一步提高溢油回收效率。

3、本申请采用的围油栏具有较强的适波性，防止海绵波浪太大，围油栏发生较大倾斜，出现溢油越过围油栏的情况。同时，即使风浪较大，出现溢油越过围油栏，由于本发明通过若干个围油栏机器人将溢油区域化整为零，划分为一个个较小的区域，将其影响降至最低。因此，本发明可以适应各种海况能力强。

4、本申请在围控溢油区域之后，可以方便地将溢油区域转移至其他区域，特别是当港口附近发生溢油事故时，可以快速将溢油区域围控，并将溢油区域转移至远离港口的海绵，不影响港口的正常工作。

5、本发明适应性强，可适用于不同类型的溢油事故，针对不同的溢油区域分布，针对性地排布围油栏布设机器人，同时围油栏布设机器人可在水面下航行，进一步提高了本发明的普适性。

6、本发明单独设置了集油转运机器人，集油转运机器人可以及时将溢油回收机器人收集的溢油转移，确保溢油回收机器人可以不间断工作。

附图说明

图1为发明结构流程图的结构示意图；

图2为发明围油栏布设机器人俯视的结构示意图；

图3为发明溢油回收机器人的结构示意图；

图4为发明溢油回收机器人轴测全剖的结构示意图；

图5为发明溢油回收机器人全剖的结构示意图；

图6为发明集油转运机器人的结构示意图；

图7为发明集油转运机器人全剖的结构示意图；

图8为发明集油转运机器人轴测半剖的结构示意图。

图中：3、电器设备舱；6、溢油回收机器人；7、溢油厚度检测装置；8、临时储油罐；9、吸油毡卷放装置；11、储水仓；12、排水泵；13、出水管；14、单向出水阀；15、电磁阀；16、布设分舱；20、设备舱；21、吸油毡卷轴；22、挤油辊；23、导向辊；24、接油盘；26、吸油毡；29、对钩接头；30、浮体；31、中转储油罐。

具体实施例

参见附图1-8，一种用于水面清理的智能油水分离装置，包括围油栏布设机器人、溢油回收机器人、集油转运机器人和主船，其特征在于：所述的主船、围油栏布设机器人、溢油回收机器人6和集油转运机器人上均设置有无线通信装置和卫星导航定位装置；所述主船上设置有溢油监测系统、中心控制台与处理器；所述的围油栏布设机器人设置有围油栏布设装置、溢油厚度检测装置、气泵和储气罐，围油栏卷绕在围油栏布设装置上；所述的溢油回收机器人设置有吸油毡卷放装置9、溢油厚度检测装置7和临时储油罐8，吸油毡卷放装置上设置有压力传感器，临时储油罐内设置有液位传感器；所述的集油转运机器人设置有中转储油罐31，中转储油罐31内设置有液位传感器；所述的主船上设置有储油罐。

所述的围油栏布设机器人、溢油回收机器人6和集油转运机器人底部均设置有储水仓11，储水仓底部设置有排水泵12，排水泵12通过出水管13与储水舱外部连通，出水管上设置有单向出水阀14；所述的储水舱底部还设置有进水管，所述进水管上设置有电磁阀15。

所述的围油栏布设机器人储水仓上方设置有布设舱，所述的布设舱包含四个相互独立的布设分舱16，每个布设分舱内侧均设置一个电器设备舱3，电器设备舱内设置气泵和储气罐；每个布设分舱内均设置有一个围油栏布设装置，所述围油栏布设装置包括围油栏卷轴和设置在围油栏卷轴一侧的支撑导向辊和挤压辊，所述的支撑导向辊设置在挤压辊和围油栏卷轴之间。

所述的溢油回收机器人储水仓上方设置有设备舱20，设备舱20内设置有吸油毡卷放装置9和临时储油罐8，吸油毡卷放装置9包括吸油毡卷轴21、挤油辊22和导向辊23，所述的导向辊设置在挤油辊和吸油毡卷轴之间；挤油辊下方设置有接油盘240，接油盘与临时储油罐通过管道连接。

所述的溢油回收机器人两个为一组，吸油毡26一端固定卷绕在其中一个溢油机器人的吸油毡卷轴上，另一端则固定卷绕在另一个溢油机器人的吸油毡卷轴上；所述溢油机器人设备舱侧壁设置有吸油毡出入口，所述吸油毡出入口外周设置有橡胶密封连接件；所述的吸油毡卷轴上设置有压力传感器。

围油栏一端固定连接在围油栏卷轴上，另一端则设置有对钩接头29，所述的围油栏包括裙体、配重绳、充气总管和浮体30，所述的裙体包括第一裙体和第二裙体，其中第二裙体采用透水材料制成并与配重绳固定连接。

浮体位于围油栏的中上部，所述浮体为若干个独立的长条形防爆气室，充气管线固定在浮体下部。

每个防爆气室的远离围油栏卷轴的一端均设置有一个单向排气阀，所述单向排气阀通过防爆气室的排气孔与防爆气室内部连通；在防爆气室的另一端连接有充气支管，所述的若干个独立的防爆气室均通过充气支管与充气总管相连，并且在充气支管上设置有单向阀；充气总管与气泵和储气罐连接。

所述的单向排气阀包括弹簧、阀芯、引导槽和壳体，所述壳体与防爆气室固定连接，引导槽设置在壳体顶部内侧壁，阀芯包括阀杆和锥台状的封堵头，弹簧设置在引导槽内部，且弹簧一端固定在壳体内侧壁，另一端与阀杆固定连接；所述壳体的侧壁下部设置有出气孔，所述的封堵头封堵防爆气室的排气孔。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于水面清理的智能油水分离装置，包括围油栏布设机器人、溢油回收机器人、集油转运机器人和主船，其特征在于：所述的主船、围油栏布设机器人、溢油回收机器人和集油转运机器人上均设置有无线通信装置和卫星导航定位装置；所述主船上设置有溢油监测系统、中心控制台与处理器；所述的围油栏布设机器人设置有围油栏布设装置、溢油厚度检测装置、气泵和储气罐，围油栏卷绕在围油栏布设装置上；所述的溢油回收机器人设置有吸油毡卷放装置、溢油厚度检测装置和临时储油罐，吸油毡卷放装置上设置有压力传感器，临时储油罐内设置有液位传感器；所述的集油转运机器人设置有中转储油罐，中转储油罐内设置有液位传感器；所述的主船上设置有储油罐。

2.根据权利要求1中所述的一种用于水面清理的智能油水分离装置，所述的围油栏布设机器人、溢油回收机器人和集油转运机器人底部均设置有储水仓，储水仓底部设置有排水泵，排水泵通过出水管与储水舱外部连通，出水管上设置有单向出水阀；所述的储水舱底部还设置有进水管，所述进水管上设置有电磁阀。

3.根据权利要求1或2中所述的一种用于水面清理的智能油水分离装置，所述的围油栏布设机器人储水仓上方设置有布设舱，所述的布设舱包含四个相互独立的布设分舱，每个布设分舱内侧均设置一个电器设备舱，电器设备舱内设置气泵和储气罐；每个布设分舱内均设置有一个围油栏布设装置，所述围油栏布设装置包括围油栏卷轴和设置在围油栏卷轴一侧的支撑导向辊和挤压辊，所述的支撑导向辊设置在挤压辊和围油栏卷轴之间。

4.根据权利要求1-3中所述的一种用于水面清理的智能油水分离装置，所述的溢油回收机器人储水仓上方设置有设备舱，设备舱内设置有吸油毡卷放装置和临时储油罐，吸油毡卷放装置包括吸油毡卷轴、挤油辊和导向辊，所述的导向辊设置在挤油辊和吸油毡卷轴之间；挤油辊下方设置有接油盘，接油盘与临时储油罐通过管道连接。

5.根据权利要求4中所述的一种用于水面清理的智能油水分离装置，所述的溢油回收机器人两个为一组，吸油毡一端固定卷绕在其中一个溢油机器人的吸油毡卷轴上，另一端则固定卷绕在另一个溢油机器人的吸油毡卷轴上；所述溢油机器人设备舱侧壁设置有吸油毡出入口，所述吸油毡出入口外周设置有橡胶密封连接件；所述的吸油毡卷轴上设置有压力传感器。

6.根据权利要求3中所述的一种用于水面清理的智能油水分离装置，围油栏一端固定连接在围油栏卷轴上，另一端则设置有对钩接头，所述的围油栏包括裙体、配重绳、充气总管和浮体，所述的裙体包括第一裙体和第二裙体，其中第二裙体采用透水材料制成并与配重绳固定连接。

7.根据权利要求6中所述的一种用于水面清理的智能油水分离装置，浮体位于围油栏的中上部，所述浮体为若干个独立的长条形防爆气室，充气管线固定在浮体下部。

8.根据权利要求7中所述的一种用于水面清理的智能油水分离装置，每个防爆气室的远离围油栏卷轴的一端均设置有一个单向排气阀，所述单向排气阀通过防爆气室的排气孔与防爆气室内部连通；在防爆气室的另一端连接有充气支管，所述的若干个独立的防爆气室均通过充气支管与充气总管相连，并且在充气支管上设置有单向阀；充气总管与气泵和储气罐连接。

9.根据权利要求8中所述的一种用于水面清理的智能油水分离装置，所述的单向排气阀包括弹簧、阀芯、引导槽和壳体，所述壳体与防爆气室固定连接，引导槽设置在壳体顶部内侧壁，阀芯包括阀杆和锥台状的封堵头，弹簧设置在引导槽内部，且弹簧一端固定在壳体内侧壁，另一端与阀杆固定连接；所述壳体的侧壁下部设置有出气孔，所述的封堵头封堵防爆气室的排气孔。

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