本发明涉及一种海面溢油收集器及海面溢油收集方法，该海面溢油收集器包括油水收集存储机构和风帆机构；油水收集存储机构包括：储油罐,储油罐的至少上部罐壁具有沿高度方向周向分布的多个筛孔；可升降挡板机构，用于沿高度方向逐步遮住部分或全部筛孔；储水罐，连接在储油罐的底部，储油罐和储水罐之间形成有多个油水分离通道；油水分离膜，设置在每个油水分离通道内，油水分离膜只允许水分子穿过；风帆机构设置在油水收集存储机构上，用于帮助海面溢油收集器实现在风的作用下完成自动寻找海面溢油的工作。本发明的海面溢油收集器可以在作业船投放后自动探测溢油区域并前往收集，且可在完成收集工作后自动返回，实现了海面溢油的智能化收集。
1.一种海面溢油收集器，其特征在于，包括油水收集存储机构(100)和风帆机构(200)；
储油罐(8),所述储油罐(8)的至少上部罐壁具有沿高度方向周向分布的多个筛孔(7)；
可升降挡板机构(300)，用于沿高度方向逐步遮住部分或全部所述筛孔(7)；
储水罐(10)，连接在所述储油罐(8)的底部，所述储油罐(8)和储水罐(10)之间形成有多个油水分离通道；
油水分离膜(20)，设置在每个所述油水分离通道内，所述油水分离膜(20)只允许水分子穿过；
所述风帆机构(200)设置在所述油水收集存储机构(100)上，用于帮助海面溢油收集器实现在风的作用下完成自动寻找海面溢油的工作；
滑车(1)，两个所述滑车(1)呈中心对称地滑动设置在所述导轨(13)上；
风帆(12)，横跨在所述顶盖(14)上且所述风帆(12)的两端分别可转动地连接在两个滑车(1)上；
风帆驱动电机(2)，通过风帆支撑架(3)固定在所述顶盖(14)内，所述风帆驱动电机(2)的输出轴与风帆(12)可转动地连接。
2.根据权利要求1所述的海面溢油收集器，其特征在于，所述可升降挡板机构(300)包括：挡板驱动电机(4)，所述挡板驱动电机(4)通过电机支撑架(19)固定在所述储油罐(8)内；
丝杆(5)，所述丝杆(5)的一端与所述挡板驱动电机(4)的输出轴连接，所述挡板驱动电机(4)的另一端与设置在所述储油罐(8)底部的轴承座(9)连接；
挡板(6)，所述挡板(6)设置在所述储油罐(8)内且与所述丝杆(5)形成旋转副。
3.根据权利要求2所述的海面溢油收集器，其特征在于，在所述储水罐(10)中设置有用于主动控制海面溢油收集器航向的喷射机构(400)，所述喷射机构(400)包括：喷射泵(22)，设置在所述储水罐(10)内部；
导流器(23)，至少三个所述导流器(23)沿周向均布在所述储水罐(10)上，且每一所述导流器(23)均通过管道和电磁阀与所述喷射泵(22)连接；
同时，在所述储水罐(10)上设置有带单向阀的进水口(21)。
4.根据权利要求3所述的海面溢油收集器，其特征在于，还包括叶轮降压机构(500)，所述叶轮降压机构(500)包括：叶轮驱动电机(17)，所述叶轮驱动电机(17)通过所述电机支撑架(19)固定在所述顶盖(14)内；
叶轮(15)，转动设置在所述顶盖(14)内并通过联轴器(16)与所述叶轮驱动电机(17)的输出轴连接。
5.根据权利要求1到4任一项所述的海面溢油收集器，其特征在于，在所述储油罐(8)的外壁上沿周向设置有多个吊耳(18)，用于海面溢油收集器的起吊；同时，在所述储水罐(10)的底部沿周向设置有多个脚架(11)，用于海面溢油收集器的支撑。
6.根据权利要求4所述的海面溢油收集器，其特征在于，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括依次连接的传感器单元、信号调理模块、ADC模块、单片机和ARM中央处理器；
其中，所述传感器单元主要由安装于所述储油罐(8)外壁的液面溢油荧光传感器、安装于所述风帆(12)顶部的风压/风向传感器以及安装于所述挡板(6)内壁的油水界面判别传感器组成，所述信号调理模块将所述传感器单元的模拟信号进行滤波后传输至所述ADC模块，所述ADC模块将获取的模拟信号转换成数字信号后传输给所述单片机，所述ARM中央处理器对所述单片机传输的数字信号进行处理，然后通过驱动芯片发出相应四路控制信号，分别传输至所述风帆机构(200)、可升降挡板机构(300)、喷射机构(400)和叶轮降压机构(500)，达到海面溢油收集器智能收集溢油的目的。
7.根据权利要求6所述的海面溢油收集器，其特征在于，所述智能控制系统发出的四路控制信号分别为：
1)所述智能控制系统根据所述风压/风向传感器判断出的海面风压/风向，并向所述风帆驱动电机(2)发出控制信号以控制所述风帆驱动电机(2)的转动，进而控制海面溢油收集器的寻油路径；
2)所述智能控制系统根据所述液面溢油荧光传感器和油水界面判别传感器分别判断出的海面溢油高度和储油罐(8)内油面高度，并向所述挡板驱动电机(4)发出控制信号以控制挡板驱动电机(4)的转动，进而控制挡板(6)的高度；
3)所述智能控制系统根据所述液面溢油荧光传感器判断出的海面油面厚度及油面宽度以及其他海面溢油收集器的寻油路径或回收路径，对当前海面溢油收集器的寻油路径或回收路径进行规划；并根据规划的寻油路径或回收路径向所述喷射机构(400)中的电磁阀和所述喷射泵(22)发出控制信号，进而调节所述喷射机构(400)的喷射方向和控制所述喷射泵(22)的喷射速度；
4)所述智能控制系统根据所述液面溢油荧光传感器判断出的海面油面厚度及油面宽度，并向所述叶轮驱动电机(17)发出控制信号控制所述叶轮(15)的转速以调节海面溢油收集器内部压力，进而控制海面溢油进入海面溢油收集器的速度。
8.一种海面溢油收集方法，采用如权利要求6或7所述的海面溢油收集器，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：作业船将多个海面溢油收集器顺序投放至溢油泄露的海上区域，并对每个海面溢油收集器进行编队；
步骤二：作业船通过无线通信实现多个海面溢油收集器智能规划寻油路径，并在智能控制系统控制下协同进行收集溢油作业；
步骤三：单个海面溢油收集器完成集油作业后与作业船通信，规划回收路径并依靠自身的风帆机构(200)和/或喷射机构(400)返回作业船；
步骤四：作业船将完成作业的海面溢油收集器回收至作业船，作业人员将海面溢油收集器收集的溢油回收至作业船储油舱，至此完成了单次回收溢油作业。
9.根据权利要求8所述的海面溢油收集方法，其特征在于，还包括步骤五：海面溢油收集器卸载完收集的溢油后，作业船又将多个海面溢油收集器投入作业区域，进行反复的溢油收集作业。
一种海面溢油收集器及海面溢油收集方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种浮油清理装置，尤其是关于一种海面溢油收集器及海面溢油收集方法。
背景技术
[0002] 多年来，国内外频繁的海上石油泄漏事故对海洋生态系统和海洋环境带来巨大的破坏。为应对大规模、大范围的海上石油泄漏事故，现有的溢油处理方法主要包括吸油毡吸附或喷洒化学试剂中和等，但存在成本高、效率低的缺陷；亦有点燃溢油的措施，但在清理海面的同时不仅对生态环境带来严重的二次破坏及污染，而且也会浪费日益短缺的能源。
发明内容
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种海面溢油收集器及海面溢油收集方法，其利用所携带的风帆机构和喷射机构提供动力，在作业船投放后自动探测溢油区域并前往收集，且可在完成收集工作后自动返回。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海面溢油收集器，包括油水收集存储机构和风帆机构；所述油水收集存储机构包括：储油罐,所述储油罐的至少上部罐壁具有沿高度方向周向分布的多个筛孔；可升降挡板机构，用于沿高度方向逐步遮住部分或全部所述筛孔；储水罐，连接在所述储油罐的底部，所述储油罐和储水罐之间形成有多个油水分离通道；油水分离膜，设置在每个所述油水分离通道内，所述油水分离膜只允许水分子穿过；所述风帆机构设置在所述油水收集存储机构上，用于帮助海面溢油收集器实现在风的作用下完成自动寻找海面溢油的工作。
[0005] 所述的海面溢油收集器，优选的，所述风帆机构包括：顶盖，连接在储油罐的上部；导轨，设置在所述顶盖的上沿；滑车，两个所述滑车呈中心对称地滑动设置在所述导轨上；
风帆，横跨在所述顶盖上且所述风帆的两端分别可转动地连接在两个滑车上；风帆驱动电机，通过风帆支撑架固定在所述顶盖内，所述风帆驱动电机的输出轴与风帆可转动地连接。
[0006] 所述的海面溢油收集器，优选的，所述可升降挡板机构包括：挡板驱动电机，所述挡板驱动电机通过电机支撑架固定在所述储油罐内；丝杆，所述丝杆的一端与所述挡板驱动电机的输出轴连接，所述挡板驱动电机的另一端与设置在所述储油罐底部的轴承座连接；挡板，所述挡板设置在所述储油罐内且与所述丝杆形成旋转副。
[0007] 所述的海面溢油收集器，优选的，在所述储水罐中设置有用于主动控制海面溢油收集器航向的喷射机构，所述喷射机构包括：喷射泵，设置在所述储水罐内部；导流器，至少三个所述导流器沿周向均布在所述储水罐上，且每一所述导流器均通过管道和电磁阀与所述喷射泵连接；同时，在所述储水罐上设置有带单向阀的进水口。
[0008] 所述的海面溢油收集器，优选的，还包括叶轮降压机构，所述叶轮降压机构包括：叶轮驱动电机，所述叶轮驱动电机通过所述电机支撑架固定在所述顶盖内；叶轮，转动设置在所述顶盖内并通过联轴器与所述叶轮驱动电机的输出轴连接。
[0009] 所述的海面溢油收集器，优选的，在所述储油罐的外壁上沿周向设置有多个吊耳，用于海面溢油收集器的起吊；同时，在所述储水罐的底部沿周向设置有多个脚架，用于海面溢油收集器的支撑。
[0010] 所述的海面溢油收集器，优选的，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括依次连接的传感器单元、信号调理模块、ADC模块、单片机和ARM中央处理器；其中，所述传感器单元主要由安装于所述储油罐外壁的液面溢油荧光传感器、安装于所述风帆顶部的风压/风向传感器以及安装于所述挡板内壁的油水界面判别传感器组成，所述信号调理模块将所述传感器单元的模拟信号进行滤波后传输至所述ADC模块，所述ADC模块将获取的模拟信号转换成数字信号后传输给所述单片机，所述ARM中央处理器对所述单片机传输的数字信号进行处理，然后通过驱动芯片发出相应四路控制信号，分别传输至所述风帆机构、可升降挡板机构、喷射机构和叶轮降压机构，达到海面溢油收集器智能收集溢油的目的。
[0011] 所述的海面溢油收集器，优选的，所述智能控制系统发出的四路控制信号分别为：
[0012] 1)所述智能控制系统根据所述风压/风向传感器判断出的海面风压/风向，并向所述风帆驱动电机发出控制信号以控制所述风帆驱动电机的转动，进而控制海面溢油收集器的寻油路径；
[0013] 2)所述智能控制系统根据所述液面溢油荧光传感器和油水界面判别传感器分别判断出的海面溢油高度和储油罐内油面高度，并向所述挡板驱动电机发出控制信号以控制挡板驱动电机的转动，进而控制挡板的高度；
[0014] 3)所述智能控制系统根据所述液面溢油荧光传感器判断出的海面油面厚度及油面宽度以及其他海面溢油收集器的寻油路径或回收路径，对当前海面溢油收集器的寻油路径或回收路径进行规划，并根据规划的寻油路径或回收路径向所述喷射机构中的电磁阀和所述喷射泵发出控制信号，进而调节所述喷射机构的喷射方向和控制所述喷射泵的喷射速度；
[0015] 4)所述智能控制系统根据所述液面溢油荧光传感器判断出的海面油面厚度及油面宽度，并向所述叶轮驱动电机发出控制信号控制所述叶轮的转速以调节海面溢油收集器内部压力，进而控制海面溢油进入海面溢油收集器的速度。
[0016] 一种海面溢油收集方法，采用上述的海面溢油收集器，包括以下步骤：
[0017] 步骤一：作业船将多个海面溢油收集器顺序投放至溢油泄露的海上区域，并对每个海面溢油收集器进行编队；
[0018] 步骤二：作业船通过无线通信实现多个海面溢油收集器智能规划寻油路径，并在智能控制系统控制下协同进行收集溢油作业；
[0019] 步骤三：单个海面溢油收集器完成集油作业后与作业船通信，规划回收路径并依靠自身的风帆机构和/或喷射机构返回作业船；
[0020] 步骤四：作业船将完成作业的海面溢油收集器回收至作业船，作业人员将海面溢油收集器收集的溢油回收至作业船储油舱，至此完成了单次回收溢油作业。
[0021] 所述的海面溢油收集方法，优选的，还包括步骤五：海面溢油收集器卸载完收集的溢油后，作业船又将多个海面溢油收集器投入作业区域，进行反复的溢油收集作业。
[0022] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明的海面溢油收集器利用所携带的风帆机构和喷射机构提供动力，在作业船投放后自动探测溢油区域并前往收集，且可在完成收集工作后自动返回，实现了海面溢油的智能化收集。
附图说明
[0023] 图1为本发明海面溢油收集器的整体结构剖视图；
[0024] 图2为本发明海面溢油收集器的整体结构爆炸图；
[0025] 图3为本发明油水收集存储机构的结构示意图；
[0026] 图4为本发明风帆机构的结构示意图；
[0027] 图5为本发明可升降挡板机构和叶轮降压机构的结构示意图；
[0028] 图6为本发明智能控制系统的结构框图；
[0029] 图7为本发明方法的海上作业示意图。
具体实施方式
[0030] 以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
[0031] 如图1到图3所示，本发明提供的海面溢油收集器包括油水收集存储机构100和风帆机构200。其中，油水收集存储机构100包括：储油罐8,储油罐8的至少上部罐壁具有沿高度方向周向分布的多个筛孔7，该筛孔7是海面溢油进入储油罐8内的通道；可升降挡板机构300，用于沿高度方向逐步遮住部分或全部筛孔7；储水罐10，连接在储油罐8的底部，储油罐
8和储水罐10之间形成有多个油水分离通道；油水分离膜20，设置在每个油水分离通道内，该油水分离膜20只允许水分子穿过。
[0032] 如图4所示，风帆机构200包括：顶盖14，呈两端敞口的圆筒形并连接在储油罐8的上部；导轨13，设置在顶盖14的上沿；滑车1，两个滑车1呈中心对称地滑动设置在导轨13上；风帆12，横跨在顶盖14上且风帆12的两端分别可转动地连接在两个滑车1上；风帆驱动电机
2，通过风帆支撑架3固定在顶盖14内，风帆驱动电机2的输出轴与风帆12可转动地连接。由于海面溢油会随着风向扩散，风帆机构200主要帮助海面溢油收集器实现在风的作用下完成自动寻找海面溢油的工作。随着风帆驱动电机2的转动，风帆13两端的滑车1也在导轨13上滑行。当海面溢油收集器作业时，风帆13与海平面垂直；当海面溢油收集器处于非作业状态时，则允许风帆13旋转90°，此时风帆13与海平面平行。
[0033] 在上述实施例中，优选的，如图5所示，可升降挡板机构300包括：挡板驱动电机4，挡板驱动电机4通过电机支撑架19固定在储油罐8内；丝杆5，丝杆5的一端与挡板驱动电机4的输出轴连接，挡板驱动电机4的另一端与设置在储油罐8底部的轴承座9连接；挡板6，挡板6设置在储油罐8内且与丝杆5形成旋转副。由此，通过控制挡板驱动电机4的转动，进而控制挡板6的高度以逐步遮住部分或全部筛孔7，既能保证海面溢油顺利进入储油罐8，又能保证储油罐8内收集的溢油不再二次溢出。
[0034] 在上述实施例中，优选的，如图1、图3所示，在储水罐10中设置有用于主动控制海面溢油收集器航向的喷射机构400，该喷射机构400包括：喷射泵22，设置在储水罐10内部；导流器23，至少三个导流器23沿周向均布在储水罐10上，且每一导流器23均通过管道和电磁阀与喷射泵22连接；同时，在储水罐10上设置有带单向阀的进水口21。由此，喷射机构一方面可以将油水分离后的水从储水罐10中排出，另一方面可以为主动控制海面溢油收集器的航向提供动力，并且当储水罐10中水量不足可以控制进水口21将海水主动导入储水罐
10。
[0035] 在上述实施例中，优选的，如图5所示，该海面溢油收集器还包括叶轮降压机构500，该叶轮降压机构500包括：叶轮驱动电机17，叶轮驱动电机17通过电机支撑架19固定在顶盖14内；叶轮15，转动设置在顶盖14内并通过联轴器16与叶轮驱动电机17的输出轴连接。
由此，当海面溢油收集器开始收集溢油时，叶轮15旋转可提供一定负压，驱动储油罐8侧壁面处的原油进入储油罐8内。
[0036] 在上述实施例中，优选的，如图1、图3所示，在储油罐8的外壁上沿周向设置有多个吊耳18，用于海面溢油收集器的起吊；同时，在储水罐10的底部沿周向设置有多个脚架11，用于海面溢油收集器的支撑。
[0037] 在上述实例中，优选的，如图6所示，本发明还包括智能控制系统，该智能控制系统包括依次连接的传感器单元、信号调理模块、ADC模块、单片机和ARM中央处理器。其中，传感器单元主要由安装于储油罐8外壁的液面溢油荧光传感器(为基于荧光法测量原理的激光传感器)、安装于风帆12顶部的风压/风向传感器以及安装于挡板6内壁的油水界面判别传感器组成，信号调理模块将传感器单元的模拟信号进行滤波后传输至ADC模块，ADC模块将获取的模拟信号转换成数字信号后传输给单片机，ARM中央处理器对单片机传输的数字信号进行处理，然后通过驱动芯片发出相应四路控制信号，分别传输至风帆机构200、可升降挡板机构300、喷射机构400和叶轮降压机构500，达到海面溢油收集器智能收集溢油的目的。
[0038] 在上述实例中，优选的，智能控制系统还包括ARM中央处理器连接的存储器和无线通信模块，存储器作为数据存储单元，备份传感器单元采集的数据。同时在海面溢油收集器上亦设置有无线通信模块，海面溢油收集器通过无线通信模块与作业船控制器连接，同时每个海面溢油收集器之间也能通过无线通信模块相互通信，实现协同作业。
[0039] 在上述实例中，优选的，智能控制系统发出的四路控制信号分别为：
[0040] 1)智能控制系统根据风压/风向传感器判断出的海面风压/风向，向风帆驱动电机2发出控制信号以控制风帆驱动电机2的转动，进而控制海面溢油收集器的寻油路径；
[0041] 2)智能控制系统根据液面溢油荧光传感器和油水界面判别传感器分别判断出的海面溢油高度和储油罐8内油面高度，向挡板驱动电机4发出控制信号以控制挡板驱动电机4的转动，进而控制挡板6的高度；
[0042] 3)智能控制系统根据液面溢油荧光传感器判断出的海面油面厚度及油面宽度以及其他海面溢油收集器的寻油路径或回收路径，对当前海面溢油收集器的寻油路径或回收路径进行规划，并根据规划的寻油路径或回收路径向喷射机构400中的电磁阀和喷射泵22发出控制信号，进而调节喷射机构400的喷射方向和控制喷射泵22的喷射速度；
[0043] 4)智能控制系统根据液面溢油荧光传感器判断出的海面油面厚度及油面宽度，并向叶轮驱动电机17发出控制信号控制叶轮15的转速以调节海面溢油收集器内部压力，进而控制海面溢油进入海面溢油收集器的速度。
[0044] 如图7所示，基于上述实施例提供的海面溢油收集器，本发明还提出了一种海面溢油收集方法，包括以下步骤：
[0045] 步骤一：作业船通过吊机将多个海面溢油收集器顺序投放至溢油泄露的海上区域，并对每个海面溢油收集器进行编队；
[0046] 步骤二：作业船通过无线通信实现多个海面溢油收集器智能规划寻油路径，并在智能控制系统控制下协同进行收集溢油作业；
[0047] 步骤三：单个海面溢油收集器完成集油作业后与作业船通信，规划回收路径并依靠自身的风帆机构200和/或喷射机构400返回作业船(亦有可能集结等待作业船)；
[0048] 步骤四：作业船再通过吊机将完成作业的海面溢油收集器回收至作业船，作业人员将海面溢油收集器收集的溢油回收至作业船储油舱，至此完成了单次回收溢油作业。
[0049] 在上述实例中，优选的，该海面溢油收集方法还可以包括步骤五：海面溢油收集器卸载完收集的溢油后，作业船又通过吊机将多个海面溢油收集器投入作业区域，进行反复的溢油收集作业。
[0050] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
