一种模块化双翼式智能吸油船

1.本发明涉及一种水面溢油漏油回收技术，具体是基于疏水亲油吸附材料循环吸油并以太阳能为动力可智能自动运行的一种模块化双翼式智能吸油船，属于环境技术领域。


背景技术：

2.石油被誉为现代工业的血液，在人类生活和生产中占据着至关重要的位置。然而，频繁的海上勘探、运输、加工以及存储过程中均易发生油品泄漏等海洋污染事件。石油泄漏事故不仅污染河流、对生态系统造成极大的破坏，而且严重危害人类及动植物的健康与安全，给人类带来了不可挽回的经济损失。目前，对于海面漏油的主要处理方法有物理法、化学法和生物法，其中物理法是最为经济、高效、环保的方法。
3.目前的溢油回收装置以吸口式为主，利用浮力、电导率或人工监测油层情况，通过调节吸口位置及深度进行吸油，然而在水面波动较大，水文情况复杂的水域不仅智能检测准确度受到较大影响，而且溢油回收效率低需要进一步的油水分离工作(公开号cn215972012u)，增加了回收成本。陈浩等人的专利(公开号cn114367128a)公开了一种基于螺旋挤压和离心分离的溢油回收装置，通过吸油毯吸油然后在压辊作用下将油液挤压出来，最后通过离心分离机实现油液分离，将油收集，但由于溢油回收装置的固定方式为单船体前吊型或后拖型，因此，对船体结构件要求高，动力消耗较大，并且运行过程中油膜受水力影响大，船体航行灵活度受限。邓继祥的专利(公开号cn113152404a)公开了一种水面溢油清理方法和溢油清理船，利用环形的隔离件预先将溢油区域分割为多个小面积区域然后再进行吸油作业，虽然隔离件可以减少溢油的扩散，但操作繁琐、经济成本高且回收效率低。周春辉的专利(公开号cn114560048a)公开了一种基于智能吸口的溢油回收变体船，采用直板伸缩型的挡油板，利用机械力将油层聚集送入吸口，这种油层聚集方式会对船体行进过程造成较大的阻力，而且容易造成吸油处水力紊流，不利于提升吸油效率和整体装置运行的稳定性。此外，现有吸油装置的调整维度有限，吸油口或其它油回收装置的适应能力受阻，面对吸油场景差异较大时吸油效率受限。同时，吸油船单体的吸油能力固定，不具备现场灵活调整的能力，在面对不同程度油泄露事故时，需要对应使用不同数量和型号的吸油装置，造成了生产成本高，现场使用成本高。
4.鉴于此，有必要提供一种吸油船，解决现有油水分离设备运行条件受限大、吸油效果抗冲击性能差、船体运行受水力影响严重以及溢油回收效率低等不足。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的不足之处，本发明提供一种模块化双翼式智能吸油船。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种模块化双翼式智能吸油船，包括双翼式船体，循环吸油装置，多维度智能调节系统，溢油存储装置，太阳能动力系统以及水下分体式驱动装置。
7.循环吸油装置由四个轴承及相应的传输滚轮、多孔履带、吸油海绵、海绵原位再生
单元组成，所述轴承为一个主动轴，三个从动轴，四个轴承和相应的传输滚轮作为多孔履带和吸油海绵的主要驱动装置和支撑结构。主动轴通过变频电机旋转带动减速机转动，从而带动传输滚轮转动，减速机转速控制在45～120r/min，主动轴和从动轴之间通过多孔履带传动。吸油海绵置于多孔履带外表面与油水混合物接触吸附漏油。
8.优选的，所述轴承内部设置多孔导流板，将未收集的油导流进入油存储盒内。
9.优选的，所述四个传输滚轮成不等边梯形分布，沿船的行进方向为吸油段，该段履带的倾斜角度较小，倾斜角范围为20
°
～40
°
，经过海绵原位再生单元压榨后履带的倾斜角范围为40
°
～60
°
，其作用是增加吸油海绵与油层的接触面积和吸附时间，尤其是在海面存在风浪，水面波动较大时，与海面平行的吸油海绵难以保证100％与油层接触，因此将传输滚轮设置为不等边梯形分布不仅保证梯形的底边可以吸油而且侧面腰的位置也可以有效吸油，使海绵的吸油速率提高30％。所述四个传输滚轮均为304不锈钢材质且表面为环氧树脂防腐层，外侧包裹聚四氟乙烯(pdfe)疏油防滑材料，以增大滚轮与履带之间的摩擦力，保证履带平顺转动的同时减少油污粘附。
10.优选的，所述多孔履带采用疏油聚四氟乙烯材料，履带上孔径为2mm，孔间距(中心距)为3mm，且表面进行粗糙处理以带动吸油海绵运行。
11.优选的，所述吸油海绵是具有一定可压缩性能的弹性超疏水-超亲油材料，能吸附多种油品及有机溶剂，可以是但不限于经过疏水亲油改性的三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵、聚酰亚胺海绵、聚乙烯醇海绵、二氧化硅气凝胶、碳气凝胶、纤维素气凝胶、复合气凝胶等，通过卡扣安装在多孔履带上便于更换，所述吸油海绵只吸油不吸水，起到控制回收油品中含水率的作用，提高溢油回收率。
12.优选的，所述吸油海绵上方设置海绵原位再生单元，在浓缩和压榨脱附滚轮的作用下将被吸附的油品挤压至下方的油存储盒同时实现海绵的原位再生，进而继续循环吸油。两个滚轮的高度和挤压脱附力度可以根据漏油种类以及吸附回收情况通过可伸缩支架上的螺栓进行调节，使吸油海绵的吸附效率达到最高，其调节范围为吸油海绵厚度的10％～80％。浓缩和压榨脱附滚轮用中空十字支撑结构，降低滚轮质量，增强灵活性。滚轮外部为304不锈钢，确保在挤压过程中滚轮不会粘附大量油污，同时不损坏吸油海绵表面。
13.优选的，所述浓缩和压榨脱附滚轮上方均设有可调式刮油板，采用疏油聚四氟乙烯材料，与所述浓缩和压榨脱附滚轮相贴合，用于刮除浓缩和压榨脱附滚轮上粘附的油污。
14.优选的，所述整个循环吸油装置侧板采用厚度为1.5mm的304不锈钢，作为循环吸油装置的结构件与多维度智能调节系统相连接。
15.优选的，所述双翼式船体左右对称，由结构件栓接于吸油装置两侧，船舱内安装有船体自动运行控制器、船体驱动器、多维度调节系统动力装置，并且留有升级空间，可增大动力或安装其它智能控制传感器。
16.优选的，所述双翼船体在船尾位置对应两套水下驱动装置，可实现同时控制和分体控制，推动船体沿船身方向前进或转动，还可以减少对水面水文条件的影响进而降低对油层的扰动。
17.优选的，所述双翼船体在船头内侧设置自动开合的水面油膜聚集装置，所述水面油膜聚集装置采用开合最大角度与船头弧线相切的弧形板，沿船体方向总长度为船体的1/8，通过伸缩装置和铰链与船体相连，展开时可以利用水流动力将油层面积变窄，厚度提高，
使油层与吸油海绵接触时厚度增加2～3倍，水面油层流动平稳，更易保持为平流状态，同时增强船体运行时的稳定性。在循环吸油装置不作业时，水面油膜聚集装置收回，减少双翼船体在水中前进时的阻力。
18.优选的，所述水面油膜聚集装置外层弧形板采用金属板包裹，内部设有电导柱，可根据电导率的不同实时分辨油层厚度，进而根据油膜厚度及吸附速度自动调节开合角度，使浮油的收集更加高效。
19.优选的，所述溢油存储装置固定在船体支撑梁上，通过油回收管与循环吸油装置的油存储盒连接，且具有高度差，用于收集储存回收的浮油。所述油存储盒中收集的溢油在重力作用下可自流到溢油存储装置中，无需提供动力。所述溢油存储装置中设置压力式液位计，待液位到达指定高度后，控制整个循环吸油装置停止运行，吸油船按照指令返回卸油，进行下一次作业。
20.优选的，所述多维度智能调节系统通过轴承和螺栓连接在船体中间，用于固定船体和循环吸油装置，包含蜗杆式角度调节器、二维矢量调节器、圆形连接板、支撑结构件一和支撑结构件二，可以通过手动或自动实现吸油装置的上下、前后及不同角度的多维度调节，适应不同的吸油工况，进而增大吸油海绵与油层的接触角度和接触面积，同时在无作业任务的行进过程中通过调节角度降低行船阻力，节省能源。
21.优选的，所述太阳能动力系统采用三页式光伏板组成，中间的主光伏板通过前支撑杆和后支撑架分别固定在所述双翼船体和船体支撑梁上，前支撑杆为液压支撑，可以根据不同运行功率需求和日照条件自动进行角度调整，提高太阳能利用率。两块副光伏板通过主动液压杆和从动铰链固定于主光伏板两侧，可根据工作时不同的天气状态、光照强度通过光线传感器自动控制其展开与收回。在主光伏板下方设置储存锂电池，通过支架固定在主光伏板下方。
22.优选的，所述双翼式船体、多维度智能调节系统及循环吸油装置均为模块标准化设计，可根据漏油量及溢油面积的大小快速将2～4个模块进行串联拼装组合，不仅有效减少船体及动力系统的使用数量，而且可以增大作业强度和面积，大幅度增加现场作业的灵活性，此外，生产厂家不需要配备多种尺寸和规格的吸油船生产线，有效降低生产和维护成本。
23.本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
24.1、本发明采用双翼式船体，吸油装置位于两船体中间，可以提高吸油船在航行过程中的稳定性和灵活性，此外还可以有效降低船行进时的阻力；
25.2、本发明中双翼式船头内侧设置可自动展开与收回的弧形水面油膜聚集装置，在收回时可以降低船体行进的阻力，在展开时可以利用水流动力使油层厚度增加2～3倍，增大油层与吸油海绵的接触面积，水面油层流动平稳，更易保持为平流状态，同时增强船体运行时的稳定性，此外，还可以实时检测油层的厚度；
26.3、本发明中双翼式船体、多维度智能调节系统及循环吸油装置均采用模块标准化设计，不仅稳定性高，而且可根据溢油现场需求将多个模块串联进行拼装组合，在减少船体及动力系统使用数量的同时增大作业强度和面积，大幅度提高现场作业的灵活性，此外，生产厂家不需要配备多种尺寸和规格的吸油船生产线，有效降低生产和维护成本；
27.4、本发明自动化程度高、连续作业能力强，双翼式智能吸油船可以自航或遥控至
漏油区域，利用循环吸油装置中呈不等边梯形分布的传输滚轮带动吸油海绵对溢油进行接触吸附，增大吸油面积，使海绵的吸油速率提高30％，并通过浓缩和压榨脱附滚轮对吸油海绵进行挤压实现海绵原位再生进而循环吸油，使材料的利用率提高至99％以上，节约成本且环保；
28.5、本发明利用循环吸油装置多维度智能调节系统使吸油装置实现上下、前后及不同角度的多维度调节，从而调节吸油海绵与油层的接触角度和接触面积，同时在无作业任务的行进过程中可以通过调节角度降低行船阻力；
29.6、本发明设置可调式太阳能动力系统，根据不同运行功率需求和日照条件自动进行角度调整，为整个吸油船提供运行动力，同时设置锂电池，在阳光充足时储存电能，提高装置对天气的适应能力。
附图说明
30.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
31.图1是一种模块化双翼式智能吸油船的整体结构示意图；
32.图2是图1所示智能吸油船的俯视图；
33.图3是图1所示智能吸油船的主视图；
34.图4是图1所示智能吸油船中循环吸油装置的主视图；
35.图5是图4所示循环吸油装置的整体结构示意图；
36.图6是图1所示智能吸油船中多维度智能调节系统的整体结构示意图；
37.图7是图6所示多维度智能调节系统中蜗杆式角度调节器的a向视图和整体结构示意图；
38.图8是图6所示多维度智能调节系统中二维矢量调节器的结构示意图和b向视图；
39.图9是图6所示多维度智能调节系统中圆盘连接板的结构示意图；
40.图10是图5所示循环吸油装置中侧板的受力点分布图；
41.图11和12是图1所示智能吸油船中太阳能动力系统的整体结构示意图；
42.图13是图1所示智能吸油船中太阳能动力系统的主视图；
43.图14是图1所示智能吸油船中水面油膜聚集装置展开时油层的流向示意图(图中单箭头为溢油的流动方向，双箭头为水面油膜聚集装置展开与收回的方向)；
44.图15是图1所示双翼式智能吸油船在模块化组装前后的示意图。
45.附图标记：
46.1-左船体；
47.2-右船体；
48.3-水面油膜聚集装置；
49.4-循环吸油装置；41-变频电机；42-减速机；43-轴承；431-主动轴；432-从动轴；44-传输滚轮；45-多孔导流板；46-多孔履带；47-吸油海绵；48-海绵原位再生单元；481浓缩和压榨脱附滚轮；482-可伸缩支架；483-刮油板；49-油存储盒；
50.5-太阳能动力系统；
51.51-太阳能主光伏板；52-太阳能副光伏板；53-锂电池保护罩；54-锂电池；55-前支
撑杆；56-后支撑架；57-主动液压杆；58-从动铰链；
52.6-水下分体式驱动装置；
53.7-溢油存储装置；71-油回收管；
54.8-多维度智能调节系统；81-蜗杆式角度调节器；82-固定销；83-二维矢量调节器；84-圆形连接板；841-二维矢量调节器连接口；842-支撑构件连接口；85-支撑结构件一；86-支撑结构件二；
55.9-船体支撑梁。
具体实施方式
56.下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步详细说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对发明的限定。
57.实施例1
58.请参阅图1-14，本发明提供一种技术方案：一种模块化双翼式智能吸油船，包括双翼船体左船体1，右船体2，两船体呈左右对称结构，所述左船体和右船体在船尾位置对应两套水下分体式驱动装置6，推动船体沿船身方向前进或转动。两船体间通过船体支撑梁9连接，所述船体支撑梁下方设置溢油存储装置7，所述溢油存储装置通过油回收管71与循环吸油装置中的油存储盒49连接，用于收集储存回收的浮油。所述双翼船体中间设置循环吸油装置4和多维度智能调节系统8，所述循环吸油装置包含四个轴承43及相对应的传输滚轮44，所述轴承为一个主动轴431和三个从动轴432，所述主动轴通过变频电机41带动减速机42转动而发生旋转，从而带动传输滚轮转动，主动轴和从动轴之间通过多孔履带46传动，其转动速度可以通过减速机的转速进行调节，减速机的转速控制在45～120r/min。所述多孔履带外表面通过卡扣固定连接吸油海绵47，用于吸附漏油。所述吸油海绵上方设置海绵原位再生单元48，包括浓缩和压榨脱附滚轮481和可调式刮油板483，所述浓缩和压榨脱附滚轮对吸附饱和的吸油海绵进行压榨，将被吸附的油品挤压至下方的油存储盒49，实现吸油海绵的原位循环再生。所述浓缩和压榨脱附滚轮由可伸缩支架482固定，滚轮的高度和压榨脱附力度通过可伸缩支架上的螺栓同时或分别调整，压榨脱附高度可调节范围为吸油海绵厚度的10％～80％。所述浓缩和压榨脱附滚轮采用中空十字支撑结构，降低滚轮质量，增强灵活性，且滚轮外部为304不锈钢，确保在浓缩压榨过程中滚轮不大量挂油，不损坏吸油海绵表面。所述刮油板采用疏油聚四氟乙烯材料，与所述浓缩和压榨脱附滚轮相贴合，用于刮除浓缩和压榨脱附滚轮上粘附的油污。
59.所述整个循环吸油装置侧板采用厚度为1.5mm的304不锈钢，作为循环吸油装置的结构件与多维度智能调节系统相连接。
60.所述循环吸油装置中的四个传输滚轮成不等边梯形分布，如图4所示，沿船的行进方向为吸油段，该段履带的倾斜角度较小，倾斜角范围为20
°
～40
°
，经过海绵原位再生单元压榨后履带的倾斜角范围为40
°
～60
°
。本实施例中吸油段的履带倾斜角为40
°
，经过海绵原位再生单元压榨后履带的倾斜角50
°
。所述四个传输滚轮均为304不锈钢材质且表面为环氧树脂防腐层，外侧包裹聚四氟乙烯(pdfe)疏油防滑材料，以增大滚轮与履带之间的摩擦力，保证履带平顺转动的同时减少油污粘附。
61.所述循环吸油装置中的轴承内部设置多孔导流板45，将未收集的油导流进入油存
储盒内。
62.所述多孔履带采用疏油聚四氟乙烯材料，履带上孔径为2mm，孔间距(中心距)为3mm，且表面进行粗糙处理以带动吸油海绵转动。
63.所述吸油海绵是具有一定可压缩性能的弹性超疏水-超亲油材料，能吸附多种油品及有机溶剂，可以是但不限于经过疏水亲油改性的三聚氰胺海绵、聚氨酯海绵、聚酰亚胺海绵、聚乙烯醇海绵、二氧化硅气凝胶、碳气凝胶、纤维素气凝胶、复合气凝胶等，通过卡扣安装在多孔履带上便于更换。所述吸油海绵只吸油不吸水，起到控制回收油品中含水率的作用，提高溢油回收率。
64.所述多维度智能调节系统包括蜗杆式角度调节器81、二维矢量调节器83、圆形连接板84、支撑结构件一85和支撑结构件二86，如图6所示，所述蜗杆式角度调节器位于双翼船体内部，其中一侧设置有独立的电机驱动装置，驱动力作用于蜗杆上，通过水面油膜聚集装置内部的油层厚度传感器进行自动控制，同时蜗杆上部设置有手动调节盘，在工况条件简单的情况下可以通过手动固定一个角度正常运行，节省设备运行运算量。所述蜗杆式角度调节器带动循环吸油装置以固定销82的几何中心为轴线旋转(10
°
～35
°
)，如图7所示，从而调节吸油海绵与油层的接触角度和接触面积，同时在无作业任务的行进过程中通过调节角度降低行船阻力，节省能源。所述二维矢量调节器固定在船体外部，通过两个齿轮配合完成循环吸油装置的上下、前后运动，如图8所示。所述二维矢量调节器采用圆形连接板与循环吸油装置连接，增加多维度智能调节系统的活动范围，减少构件之间的相互干涉。所述圆形连接板上有二维矢量调节器连接口841和支撑构件连接口842，所述支撑构件连接口连接支撑结构件一和支撑结构件二，均采用自锁螺栓连接。所述连接支撑结构件一和支撑结构件二作为循环吸油装置和多维度智能调节系统的主要受力结构，采用q355钢材，并做镀锌、环氧树脂防腐处理。所述连接支撑结构件一和支撑结构件二通过自锁螺栓与循环吸油装置的侧板连接，其受力点如图10所示，循环吸油装置侧板上有对应的支撑结构件连接口，受力点中心与蜗杆式角度调节器轴心重合。
65.所述循环吸油装置上方设置太阳能动力系统5，包含太阳能主光伏板51和太阳能副光伏板52，呈三页式，可以根据光照强度和运行功率自动选择光伏板使用数量，将太阳能转化电能为吸油船提供动力。所述太阳能主光伏板通过前支撑杆55和后支撑架56分别固定在所述左右船体和船体支撑梁上，如图11-12。所述前支撑杆为液压支撑，具备上下调节功能，可以根据不同运行功率需求和光照条件自动将主光伏板倾斜角度调整为10
°
～35
°
，提高太阳能利用率。所述后支撑架与所述主光伏板采用铰链连接，从动配合主光伏板的角度。所述主光伏板与副光伏板间的连接为主动液压杆57和从动铰链58，可以根据不同的作业工况和光照强度通过光线传感器自动控制副光伏板的展开与收回。所述主光伏板下方设置锂电池54，通过支架固定在主光伏板下方。所述锂电池的前侧设置锂电池保护罩53。
66.所述双翼船体船头内侧设置自动开合的水面油膜聚集装置3，所述水面油膜聚集装置为开合最大角度与船头弧线相切的弧形板，如图14所示，通过伸缩装置和铰链与船体相连，沿船体方向总长度为船体的1/8，在展开时，利用水流动力将油层面积变窄，厚度提高，使油层与吸油海绵接触时厚度增加2～3倍，使浮油的收集速度更加高效，同时增强船体运行时的稳定性。在循环吸油装置不作业时，水面油膜聚集装置收回，减少双翼船体在水中前进时的阻力。所述弧形板外层采用金属板包裹，内部设有电导柱，根据电导率的不同实时
分辨油层厚度，进而根据油膜厚度及吸附速度自动调节开合角度。
67.所述溢油存储装置中设置压力式液位计，待液位到达指定高度后，控制整个循环吸油装置停止运行，吸油船按照指令返回卸油，进行下一次作业。
68.所述双翼式船体、多维度智能调节系统及循环吸油装置均为模块标准化设计，可根据漏油量的规模大小快速将多个模块进行串联拼装组合，如图15所示，不仅可以有效减少船体及动力系统的使用数量，而且可以增大作业强度和面积，大幅度增加现场作业的灵活性，此外，生产厂家不需要配备多种尺寸和规格的吸油船生产线，有效降低生产和维护成本。
69.实施例2
70.用于溢油漏油回收的模块化双翼式智能吸油船，其应用如下：需要处理的油水混合物中nacl浓度为3.5wt％，回收的目标油品分别为正己烷、甲苯、石油醚、大豆油、柴油、原油，选取的六种目标油品为常见的炼油产品和有机溶剂，含油率为20％，油层厚度≥0.1mm。采用实施例1中的模块化双翼式智能吸油船进行吸油试验，其中吸油船的前进速度为12m/min，油膜聚集装置的展开角度为30
°
，控制多孔履带和吸油海绵的主动轴的转速为80r/min，吸油海绵采用具有超疏水亲油特点的改性三聚氰胺海绵，太阳能动力系统仅采用主光伏板工作，副光伏板收回。双翼式智能吸油船运行一段时间后，检测溢油存储装置中收集的油量和含油率，结果如表1所示，六种目标油品的回收量为128～135l/h，回收效率(即含油率)均在99.0％以上，可见所述吸油船的溢油回收效率较高，连续运行稳定性较好。
71.表1不同油品的回收量与回收效率
72.