CN205374322U - 一种海底溢油的垂向模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海洋环境模拟试验设备技术领域，特别涉及一种海底溢油的垂向模拟装置。该海底溢油的垂向模拟装置包括主体水槽，在主体水槽内底部设支撑架，在支撑架上设喷射器，在支撑架右侧上方设消油剂喷嘴，在消油剂喷嘴上方设激光粒子仪；在主体水槽外左侧设注油单元，在注油单元上方主体水槽外设消油剂喷射单元，在主体水槽外右侧设可升降高速摄像机系统；激光离子仪、注油单元、消油剂喷射单元和可升降高速摄像机系统均与控制器相连；在主体水槽左侧壁设进水管，在主体水槽底部设排水管。该海底溢油的垂向模拟装置结构合理、设计科学、能模拟不同喷射速度下的海底溢油及其它污染物在水体中垂向迁移扩散过程规律及沉潜油污存在机制和条件。

Description

一种海底溢油的垂向模拟装置

(一)技术领域

本实用新型涉及海洋环境模拟试验设备技术领域，特别涉及一种海底溢油的垂向模拟装置。

(二)背景技术

海底水下溢油发生后，溢油的行为状态会随着环境条件和溢油性质及溢油的流态发生较大的变化。在实际海底水下溢油过程中，溢油的状态及从水底漏油口迁移到水面过程中的行为状态目前尚不能被人们所感知，而溢油等多种油污介质的溢出及变化对海洋水体及周围环境均会造成难以想象的重大污染。为了全面了解水下溢油在溢出后的行为状态的变化规律，需要模拟不同水下环境条件的不同种溢油的整体状况，为水下溢油的预测和处置方法研究提供科学基础依据。为了能正确模拟水下溢油的实际状况，需要对海底水下溢油状态进行水下实际环境条件相同或相似的试验，目前尚未有用于海底水下溢油模拟试验研究用的溢油模拟装置，无法对海底溢油等多种油污介质在水体中从溢出到上升过程进行宏观的测量和观察，无法更为有效的为海洋溢油及其他污染物的应急处置决策提供技术支持。

(三)发明内容

本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构合理、设计科学、能模拟不同喷射速度下的海底溢油及其它污染物在水体中垂向迁移扩散过程规律及沉潜油污存在机制和条件的海底溢油的垂向模拟装置，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种海底溢油的垂向模拟装置，包括一底部设有一固定底盘的主体水槽，在主体水槽内底部设有一支撑架，在支撑架上设有一喷射器，在支撑架右侧的上方设有一消油剂喷嘴，在消油剂喷嘴上方主体水槽的中部侧壁上设有一激光粒子仪；在主体水槽外部的左侧设有一与喷射器进口相连的注油单元，在注油单元上方的主体水槽外部的左侧设有一与消油剂喷嘴进口相连的消油剂喷射单元，在主体水槽外部的右侧设有一可升降高速摄像机系统；所述激光离子仪、注油单元、消油剂喷射单元和可升降高速摄像机系统均与一控制器相连；在主体水槽左侧壁底部设有一进水管，在固定底盘上设有一与主体水槽底端相连通的排水管。

所述注油单元包括油污存储舱和第一柱塞式计量泵，在油污存储舱上端连接一设有一第一电磁阀的第一管路，所述第一管路的出口与油污存储舱上端进口相连，所述第一管路的进口与气源相连；在油污存储舱下端出口连接一设有一单向阀的第二管路，所述油污存储舱通过第二管路与第一柱塞式计量泵的计量缸进口相连，在第一柱塞式计量泵的第一计量柱塞外端连接一第一滚珠丝杠，所述第一滚珠丝杠的外端通过一第一联轴器连接一第一伺服电机，在第一柱塞式计量泵的计量缸出口通过一第一高压管路与喷射器的进口相连，在第一高压管路上设有一第二电磁阀。

还包括一注气单元，所述注气单元包括在第一高压管路下方设置的一第三管路，所述第三管路的出口与喷射器底端进口相连，所述第三管路的进口与气源相连；在第三管路上设有一第三电磁阀，所述第三电磁阀通过控制器控制，在第三电磁阀与喷射器底端进口之间设有一单向阀。

在第三电磁阀与喷射器底端进口之间设有一单向阀。在喷射器底端连接一与气源相连的第三管路，在第三管路上设有一第三电磁阀。

所述消油剂喷射单元包括消油剂存储舱和第二柱塞式计量泵，在消油剂存储舱上端连接一设有一第四电磁阀的第四管路，所述第四管路的出口与消油剂存储舱上端进口相连，所述第四管路的进口与气源相连；在消油剂存储舱下端出口连接一设有一单向阀的第五管路，所述消油剂存储舱通过第五管路与第二柱塞式计量泵的计量缸进口相连，在第二柱塞式计量泵的第二计量柱塞外端连接一第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠的外端通过一第二联轴器连接一第二伺服电机，在第二柱塞式计量泵的计量缸出口通过一第二高压管路与消油剂喷嘴的进口相连，在第二高压管路上设有一单向阀。

所述可升降高速摄像机系统包括一设于主体水槽外部右侧的支座，在支座上靠近主体水槽一侧设有两前后竖直平行设置的导轨，在导轨右侧的支座上对应各导轨分别设有一立柱，在导轨和立柱之间的支座中部设有一第三伺服电机，在第三伺服电机外部左侧的支座上方设有一转轴，在转轴上设有一大带轮和一小带轮，所述小带轮通过同步带与第三伺服电机的输出轴相连，在大带轮上方的导轨顶部设有一与大带轮上下对应设置的从动轮，在大带轮和从动轮之间沿导轨高度方向设有一输送带，在输送带上设有一沿输送带宽度方向设置的夹板，在夹板右侧底部对应各导轨分别设有一套设于导轨外部的套筒，在夹板左侧的两顶角处分别设有一外部照明灯，在外部照明灯之间的夹板上设有一摄像机，在导轨与立柱之间设有一拖链，所述拖链的一端与套筒底端的右侧相连，所述拖链的另一端设于立柱上；在摄像机上方的导轨顶部左侧通过一挂杆设有一限位开关，在摄像机下方的主体水槽底部右侧壁上设有一与挂杆上挂设的限位开关对应设置的下方限位开关，所述各限位开关为红外感应开关，所述红外感应开关与控制器相连。

在喷射器顶端左侧和主体水槽顶壁之间设有一刻度尺；在主体水槽内顶部设有一支撑杆，在支撑杆上挂设若干个与控制器相连的内部照明灯；在主体水槽内顶部设有与控制器相连的液位报警开关；在主体水槽内的顶端设有高位溢流口；在与喷射器相对应的主体水槽前侧壁上设有一人孔。

所述主体水槽为透明亚克力主体水槽。

本实用新型的有益效果是：该海底溢油的垂向模拟装置的注油单元能精确控制油污量，便于试验过程中对溢油溢出量及溢出速度的控制。可升降高速摄像机系统通过在两导轨之间的输送带上由夹板设置一摄像机，能够对由喷射器喷射的油雾的整个变化状态及扩散情况进行全程快速、连续监测拍照，便于后续研究人员深入分析海底溢油的实际状况。主体水槽内刻度尺的设置，便于观察由喷射器喷射的油雾的上升及扩散高度和面积，保证该垂向模拟装置提供实验数据的精确、准确与全面。主体水槽内顶部的照明灯设置，避免了主体水槽内光线较弱造成的观察及拍摄效果下降，进一步提升了模拟实验效果的清晰度。注油单元下方设置的注气单元，能进一步保证由喷射器喷射出来的油污呈油雾状，便于观察油污喷射后的扩散状况。该设计科学合理，工艺路线简单、高效，为后续正确模拟水下溢油的实际状况提供了基础，实现了更为有效的为海洋溢油及其他污染物的应急处置决策提供一定的技术支持。

(四)附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型注油单元的结构示意图；

图4为本实用新型消油剂喷射单元的结构示意图；

图5可升降高速摄像机系统左视结构示意图；

图6为图1或图2中A-A剖向结构示意图；

图7为图5中C-C剖向结构示意图。

图中，1固定底盘，2主体水槽，3支撑架，4喷射器，5消油剂喷嘴，6激光粒子仪，7进水管，8排水管，9油污存储舱，10第一柱塞式计量泵，11第一电磁阀，12第一管路，13第二管路，14第一计量柱塞，15第一滚珠丝杠，16第一联轴器，17第一伺服电机，18第一高压管路，19第二电磁阀，20消油剂存储舱，21第二柱塞式计量泵，22第四电磁阀，23第四管路，24第五管路,25第二计量柱塞，26第二滚珠丝杠，27第二联轴器，28第二伺服电机，29第二高压管路，30支座，31导轨，32立柱，33第三伺服电机，34大带轮，35小带轮，36同步带，37输送带，38夹板，39套筒，40摄像机，41外部照明灯，42挂杆，43拖链，44限位开关，45刻度尺，46支撑杆，47内部照明灯，48液位报警开关，49高位溢流口，50人孔，51第三管路，52第三电磁阀。

(五)具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。

实施例1

如附图1、3、4、5、6和7所示，该海底溢油的垂向模拟装置包括一底部设有一固定底盘1的主体水槽2，在主体水槽2内底部设有一支撑架3，在支撑架3上设有一喷射器4，在支撑架3右侧的上方设有一消油剂喷嘴5，在消油剂喷嘴5上方主体水槽1的中部侧壁上设有一激光粒子仪6；在主体水槽2外部的左侧设有一与喷射器4进口相连的注油单元，在注油单元上方的主体水槽2外部的左侧设有一与消油剂喷嘴5进口相连的消油剂喷射单元，在主体水槽2外部的右侧设有一可升降高速摄像机系统；所述激光离子仪6、注油单元、消油剂喷射单元和可升降高速摄像机系统均与一控制器相连；在主体水槽2左侧壁底部设有一进水管7，在固定底盘1上设有一与主体水槽2底端相连通的排水管8。

所述注油单元包括油污存储舱9和第一柱塞式计量泵10，在油污存储舱9上端连接一设有一第一电磁阀11的第一管路12，所述第一管路12的出口与油污存储舱9上端进口相连，所述第一管路12的进口与气源相连；在油污存储舱9下端出口连接一设有一单向阀的第二管路13，所述油污存储舱9通过第二管路13与第一柱塞式计量泵10的计量缸进口相连，在第一柱塞式计量泵10的第一计量柱塞14外端连接一第一滚珠丝杠15，所述第一滚珠丝杠15的外端通过一第一联轴器16连接一第一伺服电机17，在第一柱塞式计量泵10的计量缸出口通过一第一高压管路18与喷射器4的进口相连，在第一高压管路18上设有一第二电磁阀19。

所述消油剂喷射单元包括消油剂存储舱20和第二柱塞式计量泵21，在消油剂存储舱20上端连接一设有一第四电磁阀22的第四管路23，所述第四管路23的出口与消油剂存储舱上端20进口相连，所述第四管路23的进口与气源相连；在消油剂存储舱20下端出口连接一设有一单向阀的第五管路24，所述消油剂存储舱20通过第五管路24与第二柱塞式计量泵21的计量缸进口相连，在第二柱塞式计量泵21的第二计量柱塞25外端连接一第二滚珠丝杠26，所述第二滚珠丝杠26的外端通过一第二联轴器27连接一第二伺服电机28，在第二柱塞式计量泵21的计量缸出口通过一第二高压管路29与消油剂喷嘴5的进口相连，在第二高压管路29上设有一单向阀。

所述可升降高速摄像机系统包括一设于主体水槽2外部右侧的支座30，在支座30上靠近主体水槽2一侧设有两前后竖直平行设置的导轨31，在导轨31右侧的支座30上对应各导轨31分别设有一立柱32，在导轨31和立柱32之间的支座30中部设有一第三伺服电机33，在第三伺服电机33外部左侧的支座30上方设有一转轴，在转轴上设有一大带轮34和一小带轮35，所述小带轮35通过同步带36与第三伺服电机33的输出轴相连，在大带轮34上方的导轨顶部设有一与大带轮34上下对应设置的从动轮，在大带轮34和从动轮之间沿导轨高度方向设有一输送带37，在输送带37上设有一沿输送带宽度方向设置的夹板38，在夹板38右侧底部对应各导轨31分别设有一套设于导轨31外部的套筒39，在夹板38左侧的两顶角处分别设有一外部照明灯41，在外部照明灯41之间的夹板38上设有一摄像机40，在导轨31与立柱32之间设有一拖链43，所述拖链43的一端与套筒39底端的右侧相连，所述拖链43的另一端设于立柱32的中部；在摄像机40上方的导轨顶部左侧通过一挂杆42设有一限位开关44，在摄像机40下方的主体水槽2底部右侧壁上设有一与挂杆42上挂设的限位开关对应设置的下方限位开关，所述各限位开关为红外感应开关，所述红外感应开关与控制器相连。

在喷射器4顶端喷嘴的左侧和主体水槽2上部之间设有一刻度尺45；在主体水槽2内顶部设有一支撑杆46，在支撑杆46上挂设若干个与控制器相连的内部照明灯47；在主体水槽2内顶部设有与控制器相连的液位报警开关48；在主体水槽2内的顶端设有高位溢流口49；在与喷射器4相对应的主体水槽2前侧壁上设有一人孔50。

所述主体水槽2为透明亚克力主体水槽。

该海底溢油的垂向模拟装置的模拟方法的工作步骤为：

(1)通过进水管7向主体水槽2内注入试验用水，同时将油污注入注油单元的油污存储舱内9、将消油剂注入消油剂存储舱20内；

(2)通过控制器在线控制，打开内部照明灯47，启动注油单元的第一伺服电机17复位，拉动油污第一计量柱塞14后移，第一电磁阀11通电，给油污存储仓9加压，第二管路13上的单向阀开启，油污经第二管路13充满计量缸，启动喷射器4的喷射开关，第二电磁阀19通电打开，第一伺服电机17正转带动第一计量柱塞14伸出，油污被推出计量缸并经第一高压管路18进入喷射器4，按控制器设定的参数完成油污喷射任务；与上述油雾喷射动作一同进行的还有消油剂喷射动作，其过程为：控制器启动消油剂喷射单元的第二伺服电机复28位，拉动油污第二计量柱塞25后移，第四电磁阀22通电，给消油剂存储仓20加压，第五管路24上的单向阀开启，消油剂经第五管路24充满第二柱塞式计量泵21的计量缸，启动消油剂喷嘴开关，第二高压管路29上的单向阀开启，第二伺服电机33正转带动第二计量缸柱塞25伸出，消油剂被推出第二柱塞式计量泵的计量缸并经第二高压管路29进入消油剂喷嘴5，按控制器设定的参数与喷射器4的油污一同完成喷射任务，油污混合消油剂后会迅速分化扩散；

(3)在油污和消油剂喷射的同时，控制器启动激光粒子仪6和第三伺服电机、及摄像机工作，开启摄像机上方的外部照明灯，第三伺服电机33带动输送带37沿导轨31向上滑动，在滑动上升过程中，输送带37上的夹板38带动摄像机40完成对油污喷射后在水体中的上升及扩散过程的全程拍摄。当摄像机40向上运行至导轨31顶部的限位开关44时，触发该上方限位开关44以使第三伺服电机33停止，进而使输送带37停止运作。当油雾喷射过程结束，通过控制器控制第三伺服电机33反转带动输送带37向下输送，输送带37带动夹板38沿导轨31向下移动，当摄像机40向下运行至主体水槽2外右侧壁底部的限位开关44时，触发该下方限位开关以使第三伺服电机33停止，摄像机40回复原位。

在夹板底座42与立柱32之间连接的拖链43内安装有分别连接摄像机40、外部照明灯41和控制器的电缆，该电缆在拖链43内随输送带37一同运动，拖链43具有一定的保护作用。

实施例2

如附图2-6所示，如实施例1的海底溢油的垂向模拟装置，所不同的是，还包括一注气单元，所述注气单元包括在第一高压管路18下方设置的一第三管路51，所述第三管路51的出口与喷射器4底端进口相连，所述第三管路51的进口与气源相连；在第三管路51上设有一第三电磁阀52，所述第三电磁阀52通过控制器控制。

该海底溢油的垂向模拟装置的工作过程如实施例1海底溢油的垂向模拟装置的工作过程，所不同的是，由于在喷射器4底端连接一与注油单元的第一管路12相连通的第三管路51，在第三管路51上设有一通过控制器控制的第三电磁阀52，可保证注油单元在进行油雾喷射时，同时通过将与第三管路51相连通的气源由喷射器底端向喷射器内部向上喷入，进一步推动油污从喷射器4的喷嘴喷出，油污从喷射器4的喷嘴出来后，与消油剂混合形成雾化油雾，更便于模拟实验效果的呈现。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种海底溢油的垂向模拟装置，其特征是：包括一底部设有一固定底盘的主体水槽，在主体水槽内底部设有一支撑架，在支撑架上设有一喷射器，在支撑架右侧的上方设有一消油剂喷嘴，在消油剂喷嘴上方主体水槽的中部侧壁上设有一激光粒子仪；在主体水槽外部的左侧设有一与喷射器进口相连的注油单元，在注油单元上方的主体水槽外部的左侧设有一与消油剂喷嘴进口相连的消油剂喷射单元，在主体水槽外部的右侧设有一可升降高速摄像机系统；所述激光离子仪、注油单元、消油剂喷射单元和可升降高速摄像机系统均与一控制器相连；在主体水槽左侧壁底部设有一进水管，在固定底盘上设有一与主体水槽底端相连通的排水管。

2.根据权利要求1所述的一种海底溢油的垂向模拟装置，其特征是：所述注油单元包括油污存储舱和第一柱塞式计量泵，在油污存储舱上端连接一设有一第一电磁阀的第一管路，所述第一管路的出口与油污存储舱上端进口相连，所述第一管路的进口与气源相连；在油污存储舱下端出口连接一设有一单向阀的第二管路，所述油污存储舱通过第二管路与第一柱塞式计量泵的计量缸进口相连，在第一柱塞式计量泵的第一计量柱塞外端连接一第一滚珠丝杠，所述第一滚珠丝杠的外端通过一第一联轴器连接一第一伺服电机，在第一柱塞式计量泵的计量缸出口通过一第一高压管路与喷射器的进口相连，在第一高压管路上设有一第二电磁阀。

3.根据权利要求2所述的一种海底溢油的垂向模拟装置，其特征是：还包括一注气单元，所述注气单元包括在第一高压管路下方设置的一第三管路，所述第三管路的出口与喷射器底端进口相连，所述第三管路的进口与气源相连；在第三管路上设有一第三电磁阀，所述第三电磁阀通过控制器控制。

4.根据权利要求1所述的一种海底溢油的垂向模拟装置，其特征是：所述消油剂喷射单元包括消油剂存储舱和第二柱塞式计量泵，在消油剂存储舱上端连接一设有一第四电磁阀的第四管路，所述第四管路的出口与消油剂存储舱上端进口相连，所述第四管路的进口与气源相连；在消油剂存储舱下端出口连接一设有一单向阀的第五管路，所述消油剂存储舱通过第五管路与第二柱塞式计量泵的计量缸进口相连，在第二柱塞式计量泵的第二计量柱塞外端连接一第二滚珠丝杠，所述第二滚珠丝杠的外端通过一第二联轴器连接一第二伺服电机，在第二柱塞式计量泵的计量缸出口通过一第二高压管路与消油剂喷嘴的进口相连，在第二高压管路上设有一单向阀。

5.根据权利要求1所述的一种海底溢油的垂向模拟装置，其特征是：所述可升降高速摄像机系统包括一设于主体水槽外部右侧的支座，在支座上靠近主体水槽一侧设有两前后竖直平行设置的导轨，在导轨右侧的支座上对应各导轨分别设有一立柱，在导轨和立柱之间的支座中部设有一第三伺服电机，在第三伺服电机外部左侧的支座上方设有一转轴，在转轴上设有一大带轮和一小带轮，所述小带轮通过同步带与第三伺服电机的输出轴相连，在大带轮上方的导轨顶部设有一与大带轮上下对应设置的从动轮，在大带轮和从动轮之间沿导轨高度方向设有一输送带，在输送带上设有一沿输送带宽度方向设置的夹板，在夹板右侧底部对应各导轨分别设有一套设于导轨外部的套筒，在夹板左侧的两顶角处分别设有一外部照明灯，在外部照明灯之间的夹板上设有一摄像机，在导轨与立柱之间设有一拖链，所述拖链的一端与套筒底端的右侧相连，所述拖链的另一端设于立柱上；在摄像机上方的导轨顶部左侧通过一挂杆设有一限位开关，在摄像机下方的主体水槽底部右侧壁上设有一与挂杆上挂设的限位开关对应设置的下方限位开关，所述各限位开关为红外感应开关，所述红外感应开关与控制器相连。

6.根据权利要求4所述的一种海底溢油的垂向模拟装置，其特征是：在喷射器顶端左侧和主体水槽上部之间设有一刻度尺；在主体水槽内顶部设有一支撑杆，在支撑杆上挂设若干个与控制器相连的内部照明灯；在主体水槽内顶部设有与控制器相连的液位报警开关；在主体水槽内的顶端设有高位溢流口；在与喷射器相对应的主体水槽前侧壁上设有一人孔。

7.根据权利要求1所述的一种海底溢油的垂向模拟装置，其特征是：所述主体水槽为透明亚克力主体水槽。