多功能海上溢油回收器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種多功能海上溢油回收器，包括吸油器和集油器，所述的集油器設置在船上，集油器與吸油器之間設有用于將吸油器伸長至海面和收回至船上的機械臂；所述的吸油器的兩側連接有可折疊、可調節角度的圍油臂；所述的機械臂的伸縮、圍油臂的折疊、圍油臂與海面的夾角，均由控制器控制。本發明利用機械臂，自動控制機械臂將吸油器伸出到有溢油的海面，并且通過機械臂控制吸油器的角度，以滿足不同的海況對收油的影響以及不同油層厚度的吸收，保證惡劣海況下溢油回收的準確性和高效率；利用圍油臂將溢油圍住，將分散的溢油集中到一起，增加油層厚度，經圍油臂圍住的溢油在流動慣性作用下流進吸油器，提高了溢油回收的速率。
【專利說明】
多功能海上溢油回收器
技術領域
[0001] 本發明涉及海事環保領域，具體涉及一種多功能海上溢油回收器。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著國家戰略重心向海洋轉移，海洋環境保護已充分引起了公眾重視。溢 油污染治理是海洋環境保護的重要課題，而機械溢油回收技術作為目前較為理想的溢油回 收技術，它的發展仍不夠成熟。目前，我國在海上溢油事故處理主要依靠圍油欄、吸油氈與 消油劑等傳統溢油事故處理方法。在處理海上溢油事故時，只是將處理工具簡單放置到收 油船舶上，在進行人工溢油回收。此外，針對惡劣海況下以及大規模溢油回收沒有開發出高 效率產品。
[0003] 目前應對海上漏油事故的各類方法中，物理處理法運用比較普遍，但易受海面油 膜的分布情況及海況等各種因素干擾，影響油污回收效果。另外，現有基于物理方法應急產 品重量大，運移困難，布置工作繁瑣，撇油器的收集效率還不高，相關操作人員工作量大，操 作人員需要專門培訓等問題，直接制約了物理處理法的應急處置效率。
[0004] 化學方法是一種運用較早的海洋漏油事故處理方法，最大的不足在于其會導致二 次危害，現有的化學處置方法幾乎都存在二次污染的危險，其使用受到很大的制約。另外在 應用方法方面，化學劑的布撒有效性和反應快速性上存在不足，影響使用效果。
[0005] 現階段，溢油回收器大多存在回收效率低、結構復雜、適應環境有限等不足。同時 針對不同粘度的溢油無法高效回收，對于大規模溢油以及惡劣海況下溢油回收效率和速率 極低。這種方式消耗了大量的人力物力，嚴重污染海洋環境，缺乏自動化智能化控制。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是：提供一種多功能海上溢油回收器，提高惡劣海況下 溢油回收的速率和效率。
[0007] 本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種多功能海上溢油回收器， 包括吸油器和集油器，其特征在于:所述的集油器設置在船上，集油器與吸油器之間設有用 于將吸油器伸長至海面和收回至船上的機械臂；
[0008] 所述的吸油器的兩側連接有可折疊、可調節角度的圍油臂;所述的機械臂的伸縮、 圍油臂的折疊、圍油臂與海面的夾角，均由控制器控制。
[0009] 按上述方案，所述的吸油器包括依次連接的進油口、由電動機帶動的嚙合齒輪、儲 油室和出氣口，其中進油口與外界連通用于進入海面溢油，電動機用于帶動嚙合齒輪旋轉 使進油口產生吸力。
[0010] 按上述方案，它還包括調溫裝置;調溫裝置包括設置在進油口的溫度傳感器、用于 將采集到的溫度與預設溫度范圍比較的比較器、用于根據比較器輸出的信號加溫或降溫的 加溫降溫裝置，加溫降溫裝置設置在所述的嚙合齒輪和儲油室之間。
[0011]按上述方案，它還包括與吸油器連接的浮球。
[0012] 本發明的有益效果為：
[0013] 1、利用機械臂，自動控制機械臂將吸油器伸出到有溢油的海面，并且通過機械臂 控制吸油器的角度，以滿足不同的海況對收油的影響以及不同油層厚度的吸收，保證惡劣 海況下溢油回收的準確性和高效率;利用圍油臂將溢油圍住，將分散的溢油集中到一起，增 加油層厚度，經圍油臂圍住的溢油在流動慣性作用下流進吸油器，提高了溢油回收的速率。
[0014] 2、利用水力學中的伯努利效應，根據不同海況與溢油性質自動調整電動機的功 率，從而調整吸油器內外壓力差，進而控制吸油速率與流量，進一步提高溢油回收的效率。
[0015] 3、增加調溫裝置，通過檢測溢油溫度來得知溢油的粘度，根據溢油回收器吸附材 料對溢油粘度的要求，自動調節加溫降溫裝置，溢油經進油口流入暫儲室進行加溫或者降 溫處理以改變溢油的粘度，從而提高了溢油粘度回收的范圍，同時因粘度的改變也提高了 溢油回收的效率。
[0016] 4、通過增加浮球設計，吸油器在浮球的作用下時刻保持浮在海面上與油接觸，無 需機械臂調整吸油器的高度，簡單可靠。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明一實施例的結構不意圖。
[0018] 圖2為本發明一實施例中吸油器的結構示意圖。
[0019] 圖3為吸油器速度分布矢量圖以及壓力分布圖。
[0020] 圖中：1-掃油臂，2-吸油器，3-機械臂，4-集油器，2-1-進油口，2-2-嚙合齒輪，2-3-加溫裝置，2-4-降溫裝置，2-5-儲油室。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合具體實例和附圖對本發明做進一步說明。
[0022] 本發明提供一種多功能海上溢油回收器，包括吸油器和集油器，集油器設置在船 上，集油器與吸油器之間設有用于將吸油器伸長至海面和收回至船上的機械臂；所述的吸 油器的兩側連接有可折疊、可調節角度的圍油臂;所述的機械臂的伸縮、圍油臂的折疊 、圍 油臂與海面的夾角，均由控制器控制。
[0023] 優選的，如圖2所示，所述的吸油器包括依次連接的進油口 2-1、由電動機帶動的嚙 合齒輪2-2、儲油室2-5和出氣口，其中進油口 2-1與外界連通用于進入海面溢油，電動機用 于帶動嚙合齒輪2-2旋轉使進油口 2-1產生吸力。
[0024] 進一步優選的，它還包括調溫裝置;調溫裝置包括設置在進油口的溫度傳感器、用 于將采集到的溫度與預設溫度范圍比較的比較器、用于根據比較器輸出的信號加溫或降溫 的加溫降溫裝置，本實施例中，加溫降溫裝置包括加溫裝置2-3和降溫裝置2-4，設置在所述 的嚙合齒輪2-2和儲油室2-5之間。
[0025] 優選的，它還包括與吸油器連接的浮球，本實施例中浮球安裝于吸油器底端，與海 水相接觸。實時隨波浪上下浮動，以維持吸油器吸油高度不變，提高風浪下吸油的穩定性。
[0026] 本實施例中，所述的機械臂為六自由度機械臂，連接船體與吸油器，機械臂由360° 旋轉機械手、剛性臂、自動負反饋調節系統組成，機械臂上還設有攝像裝置。采用六自由度 可拆卸式機械臂控制與航行器（即船體)相連的吸油器來完成溢油回收作業中吸油器的多 方位旋轉，以滿足不同的海況對收油的影響以及不同油層厚度的吸收。此系統上方安裝有 一個高分辨率的攝像裝置對海面油污進行識別，經圖像處理后獲取數據，再由單片機來控 制六自由度旋轉式機械臂，機械臂控制吸油器的高度和角度，來進行不同油層厚度和海況 的收油作業，可實現定點定距離溢油回收，保證溢油回收的準確性和高效率，實現溢油事件 的應急處理。更進一步細化的，根據攝像裝置獲取的圖像，得到溢油軌跡變化，自動負反饋 調節系統根據預先設計好的函數(該函數為實驗分析溢油流向軌跡計算出分析出的函數） 進行信號分析處理，進而控制360°旋轉機械手的旋轉角度以及剛性臂的伸展長度以及深 度，調節到適合溢油事故現場回收的最佳高度和長度(最佳高度和長度為預設值），實現定 點定距溢油回收，可更有針對性進行溢油回收，避免了因海浪、洋流變化導致溢油迅速擴展 不能及時回收的難題，同時提高了溢油回收效率。
[0027] 本實施例中，圍油臂為安裝在吸油器兩側的可折疊式V型圍油臂，可折疊式V型圍 油臂可在0°-120°范圍內進行變化，根據不同航速進行適當的角度調節。當進行溢油回收 工作時，圍油臂進行圍油，將分散的溢油集中到一起，增加油層厚度，實現不同油層厚度的 回收，提高了溢油回收的速率。
[0028] 吸油器利用電動機作為動力，在接通電源時，電動機帶動嚙合齒輪高速旋轉，前方 空氣粒子密度增加，壓力增加，而后方空氣密度減少，產生壓力降，從而產生吸氣的作用。這 時，位于嚙合齒輪2-2前端進油口 2-1的空氣，源源不斷地補充到嚙合齒輪2-2中，形成了進 油口 2-1內瞬時真空，使吸油器內與外界產生很高的負壓差，即形成了空氣吸力。在空氣吸 力作用下，圍油臂內油水混合物流速加快，壓力減少。根據伯努利效應，油水混合物會通過 吸油口，在強大壓力作用下進入吸油器內的儲油室內，從而解決惡劣海況下溢油無法回收 問題，同時提高了溢油回收速率，減少因油污擴散帶來的巨大海洋污染。
[0029]溢油回收器吸油技術的原理基于水力學中的伯努利效應，滿足伯努利方程中壓力 與流速的關系。當流體速度加快時，物體與流體接觸面上的壓力會減小，反之壓力會增加。 伯努利效應適用于包括溢油在內的一切流體。對于不可壓縮的理想流體，密度不隨時間發 生變化的定常流，滿足方程
[0030]
[0031]式中：Z-位置尚度，P-靜壓力，V-流體速度，γ -流體重度，g-重力加速度，C一 常量。
[0032] 由此分析出伯努利方程在流線上的位置水頭、速度水頭和壓力水頭三者之和(稱 為總水頭)保持不變。式中每一項表示單位重量流體的勢能、壓力能和動能可以相互轉化， 但三者之和(稱為總機械能)沿流線保持不變。對于海上溢油這種在同一水平面內流動的流 體，由于其位置高度相同，此時伯努利方程可以簡化為方程
[0033]
[0034]此式反應出溢油壓力與速度的關系。
[0035]對于溢油這種粘性流體，因受海表面風、海流、海浪共同作用，溢油的瞬時速度和 瞬時壓力隨時間變化的，還需考慮因粘性引起的流動阻力，消耗溢油的部分機械能。
[0036] 伯努利效應已經被應用于吸塵器、河道清淤機、挖泥船等設備中，但仍未在溢油回 收器中得以應用。自主研發的基于伯努利效應的新型高效溢油回收器能提高溢油回收效率 和使用規模。
[0037] 根據收油器傳送帶的轉動速度以及出油口、出水口的總流量、壓力賦予初值，對吸 油器模型利用ansys軟件進行數值仿真，假設出油口流量為80m 3/h、出水口流量40m3/h，得出 吸油口流量為120m3/h。進行數值仿真，得到吸油器速度分布矢量圖以及壓力分布圖，如圖3 所示。根據速度分布矢量圖以及壓力分布圖，以及定常一元流伯努利方程以及連續性方程；
[0038] V1A1=V2A2
[0039] 式中，VI為進油口流速，A1為進油口流量，V2為出油口流速，A2為出油口流量。
[0040] 可分析出吸油器吸油流速與流量只與壓強有關，因此，吸油器可根據不同海況與 溢油性質自動調整壓力差，進而控制吸油速率與流量。
[0041] 因此，與現有技術相比，本發明引進六自由度機械臂，可實現定點定距溢油回收， 提高溢油回收速度；圍油臂的引進可以提高溢油的厚度，達到對不同油層厚度吸收目的；調 溫裝置可實現不同粘度的溢油高效回收;基于伯努利效應自主設計的溢油回收器提高復雜 海況下的溢油回收速度和回收量;結合浮動式回收器（即吸油器+浮球設計），解決水面溢油 隨水面波動難以回收難題。
[0042] 以上實施例僅用于說明本發明的設計思想和特點，其目的在于使本領域內的技術 人員能夠了解本發明的內容并據以實施，本發明的保護范圍不限于上述實施例。所以，凡依 據本發明所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種多功能海上溢油回收器，包括吸油器和集油器，其特征在于:所述的集油器設置 在船上，集油器與吸油器之間設有用于將吸油器伸長至海面和收回至船上的機械臂； 所述的吸油器的兩側連接有可折疊、可調節角度的圍油臂;所述的機械臂的伸縮、圍油 臂的折疊、圍油臂與海面的夾角，均由控制器控制。2. 根據權利要求1所述的一種多功能海上溢油回收器，其特征在于:所述的吸油器包括 依次連接的進油口、由電動機帶動的嚙合齒輪、儲油室和出氣口，其中進油口與外界連通用 于進入海面溢油，電動機用于帶動嚙合齒輪旋轉使進油口產生吸力。3. 根據權利要求2所述的一種多功能海上溢油回收器，其特征在于：它還包括調溫裝 置；調溫裝置包括設置在進油口的溫度傳感器、用于將采集到的溫度與預設溫度范圍比較 的比較器、用于根據比較器輸出的信號加溫或降溫的加溫降溫裝置，加溫降溫裝置設置在 所述的嚙合齒輪和儲油室之間。4. 根據權利要求1至3中任意一項所述的一種多功能海上溢油回收器，其特征在于：它 還包括與吸油器連接的浮球。
【文檔編號】E02B15/10GK105951697SQ201610303438
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】文元橋, 邱鋮鋮, 劉俊國
【申請人】武漢理工大學