一種油水分界面升降位置監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】一種油水分界面升降位置監(jiān)測裝置，由界面隨動標識浮體(7)和護筒(11)組成。界面隨動標識浮體(7)由界面浮筒(8)、標識桿(9)和標識盤(10)組成，同軸套裝在護筒(11)內(nèi)，垂直懸浮在油水分離箱的油水混合物中。護筒(11)由外筒(12)和上界限盤(15)、下界限盤(14)和信號開關(16)組成，與油水分離箱壁固連，上界限盤(15)和下界限盤(14)同軸設置在外筒(12)內(nèi)，分別平行于標識盤(10)的上、下方。信號開關(16)安裝在上界限盤(15)、下界限盤(14)與標識盤(10)相對的一面。本發(fā)明適用于比重不同且互不相容的兩種液體分界面位置的監(jiān)測。
【專利說明】一種油水分界面升降位置監(jiān)測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測油水分界面升降位置的裝置。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的海洋溢油回收分離裝置如圖1所示，一般都把油水一起送入油水分離箱。由于油的比重比水輕且油水互不相容，油上浮集中在上層，形成油水分層，且在油水之間存在油水分界面。隨著溢油回收的進程，油水分離箱中積集的油層不斷增厚，不含油的水從水箱底部的出水口排出，油水分界面隨 之不斷下降；當水面的油層達到一定厚度時，需把油從油水分離箱中排出；隨著排油的進程，水面的油層不斷變薄，而油水分界面不斷上升，當油層薄到一定程度時，需要停止排油。為了確定排油和停止排油時刻，以及防止水與油一起排出，需監(jiān)測油水分界面的升降位置。中國專利201210073954.6利用油與海水導電性能的差異，采用電極探針法監(jiān)測油水分界面的升降。這種方法存在如下缺點:首先是電極在海水中通電時存在電解過程，會不斷產(chǎn)生電化學反應，電極表面腐蝕、易沉積一些不導電的物質(zhì)，且油水分離箱上層的泡沫狀油水氣混合物易積集在電極表面，這些因素嚴重影響了電極探針監(jiān)測的靈敏度和實時性；其次，這種方法不能監(jiān)測油水分界面升降的全過程，也不適用于不導電的水(如湖水和河水)與油分界面的監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提出一種基于浮體穩(wěn)定平衡原理監(jiān)測油水分界面升降位置的裝置。
[0004]本發(fā)明裝置主要由界面隨動標識浮體和護筒組成，界面隨動標識浮體同軸套裝在護筒內(nèi)。本發(fā)明裝置垂直豎立在油水分離箱的油水混合物中，且與油水分離箱的箱壁固連。所述的界面隨動標識浮體由界面浮筒、標識桿和標識盤組成，界面浮筒、標識桿和標識盤同軸套裝在護筒內(nèi)。所述的界面浮筒為軸對稱的浮筒，其上、下底面封閉，比如圓筒形浮筒。界面浮筒內(nèi)的下半部填有附加物，附加物的密度為水或海水密度的數(shù)倍，以降低界面浮筒的重心，使界面隨動標識浮體的重心低于浮心，垂直懸浮在油水分離箱的油水混合物中。當未積集油時，界面浮筒的上底面與水面齊平，界面浮筒完全浸入水或海水中的浮力等于界面隨動標識浮體的重量。所述的標識桿為中空的細直桿，同軸垂直固定在界面浮筒的上底面，且與界面浮筒連結為一體。標識桿與界面浮筒內(nèi)腔連通，以便通過從標識桿向界面浮筒內(nèi)填加附加物的方法，準確地調(diào)整界面浮筒的浮力，使界面浮筒完全浸入水或海水中的浮力等于界面隨動標識浮體的重量；標識桿的橫截面面積Sb小于界面浮筒的橫截面面積Sf，界面浮筒的橫截面面積Sf與標識桿的橫截面面積Sb之比kl = Sf/Sb?l，一般為80~200。所述的標識盤為一圓形盤片，同軸套裝在標識桿上且盤片的平面與標識桿軸線垂直，標識盤可沿標識桿軸線上下移動定位且定位后可方便地固定，以便調(diào)整它在標識桿的垂向位置。
[0005]所述的護筒由外筒、界限盤以及信號開關組成，護筒同軸套裝在界面隨動標識浮體的外面且與油水分離箱的箱壁固連。外筒為上、下開口的管筒，外筒的下段垂直浸入水中，外筒的內(nèi)徑比界面隨動標識浮體的外徑略大，界面隨動標識浮體同軸套裝在外筒中，可上下自由浮動。外筒的壁面開有多個通孔，使護筒內(nèi)外的液體自由連通均壓，并對護筒外的液體因流動而推壓護筒內(nèi)界面隨動標識浮體有阻隔作用，從而保護界面隨動標識浮體能夠平穩(wěn)地隨油水分界面的升降而升降浮動。所述的界限盤是一個圓形盤片，圓形盤片的中心開有孔，且孔的直徑略大于標識桿外徑，界限盤設置在外筒內(nèi)，與外筒同軸，界限盤的盤面與外筒的軸線垂直，界限盤可沿外筒的軸垂直上下移動定位，且定位后可方便地固定。界限盤共兩片，即上界限盤和下界限盤，上界限盤和下界限盤分別設置于標識桿上標識盤的上方和下方，構成標識桿上升、下降的界限。在界限盤上與標識盤相對的一面設置有信號開關，標識盤、界限盤和信號開關與控制系統(tǒng)連接。當標識盤升降壓迫界限盤上所述的信號開關時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號供控制用。信號開關可以是微動開關、輕觸開關；標識盤和界限盤也可以都是導電金屬盤。當標識盤上升至與上界限盤接觸并開啟上界限盤上的信號開關時，控制系統(tǒng)發(fā)出標識盤上升至上界限的信號；當標識盤下降至與下界限盤接觸并開啟下界限盤上的信號開關時，控制系統(tǒng)發(fā)出標識盤下降至下界限的信號。同時可用肉眼觀測標識桿及標識盤的升降，監(jiān)測油水分界面的升降過程。上、下界限盤之間的垂直距離根據(jù)控制的需要而定。
[0006]本發(fā)明油水分界面升降位置監(jiān)測裝置監(jiān)測油水分界面升降的過程如下:
[0007]油水分離箱內(nèi)未積集油時，界面浮筒的上底面與水面齊平，即界面隨動標識浮體的重量等于界面浮筒完全浸入水或海水中的浮力。當油水分離箱水面上積集有厚度為Hl的油層時，由于油層的重力作用將迫使油水分界面下降H3的高度，
[0008]H3 = Hl/k2,
[0009]其中，k2為水或海水密度與油密度之比，且k2 = P s/p y>l，P y為油的密度，P s為水或海水的密度。
[0010]此時，懸浮于油水分離箱中的界面隨動標識浮體也隨之下降，按浮體穩(wěn)定原理達到新的平衡。達到新的平衡后，標識桿靠近界面浮筒上底面的長為Ly的部分浸于油中，標識桿受到的浮力為Fy，
[0011]Fy = Ly.Sb.P y.g
[0012]其中:g為重力加速度。
[0013]然而，此時界面隨動標識浮體的重量沒有變化，而標識桿的浮力有所增加，界面浮筒受到的浮力勢必減小。因而，界面浮筒上底面將偏離油水分界面而浸入到水面上的油層中，從而使界面浮筒浮力的減小量等于標識桿浮力的增加量，即:
[0014]H2.Sf.( P S- P y).g = Fy = Ly.Sb.P y.g,
[0015]H2 = Hl-Ly = Hl/[kl (k2_l) +1]
[0016]上式中:H2為界面浮筒浸入油層的垂直高度；Λ H = Η3-Η2為界面隨動標識浮體跟隨油水分界面下降而下降的高度。
[0017]界面隨動標識浮體下降的高度Λ H略小于油水分界面下降的高度Η3，兩者相差Η2 ；Η2表征了界面隨動標識浮體跟隨監(jiān)測標識實際油水分界面位置的偏差，而且總是負偏差，與油層的厚度成正比。
[0018]Η2/Η3 = k2/[kl (k2_l)+l]表征了界面隨動標識浮體監(jiān)測標識實際油水分界面位置的偏差度。偏差H2和偏差度H2/H3均與kl、k2成反比，由于一般取kl = Sf/Sb = 80?200，k2 = P s/P y>l，所以，這兩值都是很小的。
[0019]實用中，在初始時刻油水分離箱內(nèi)未積集油時的水面高度位置或略低的位置Hs設置上界限盤，在未積集油時的水面高度位置往下Λ H = Η3-Η2的位置設置下界限盤。隨著油層厚度的增加，油水界面下降，標識桿及其上的標識盤隨油水分界面的下降而下降；當油層厚度為Hl時，標識盤降到下界限盤的位置，壓迫其上的信號開關，控制系統(tǒng)發(fā)出排油信號。隨著油的排出，油層變薄，油水界面上升；當標識盤上升到上界限盤的位置，壓迫其上的信號開關時，控制系統(tǒng)發(fā)出停止排油信號。如此反復，標識桿及其上的標識盤隨油水分界面的升降而升降，通過控制系統(tǒng)控制油水分離箱排油的過程，同時還可以用肉眼從標識桿及其上的標識盤的升降監(jiān)測油水分界面的升降過程。
[0020]本發(fā)明裝置采用浮體穩(wěn)定平衡原理實現(xiàn)了油及與其不相容的導電和非導電液體，如海水和湖水，之間分界面的隨動監(jiān)測，不需在海水中通電，更加安全可靠。通過設定合適的界面浮筒橫截面面積與標識桿橫截面面積之比，提高控制過程的靈敏度和精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1油水分離箱示意圖，圖中:1油水分離箱，2油水入口，3海水，4油，5油水分界面，6水出口 ；
[0022]圖2油水分界面升降監(jiān)測裝置示意圖，圖中:7界面隨動標識浮體，11護筒，12外筒，13孔，14下界限盤，15上界限盤，16信號開關；
[0023]圖3界面隨動標識浮體示意圖，圖中:3水或海水，5油水分界面，即未積集油時的水面，7界面隨動標識浮體，8界面浮筒，9標識桿，10標識盤；
[0024]圖4界面隨動標識浮體工作過程示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明由界面隨動標識浮體7和護筒11組成，垂直豎立在油水分離箱內(nèi)。界面隨動標識浮體7同軸套裝在護筒11內(nèi)，界面隨動標識浮體7垂直懸浮在油水混合物中，可沿垂直方向上下自由浮動。護筒11由外筒12、上界限盤15、下界限盤14以及信號開關16組成，護筒11同軸套裝在界面隨動標識浮體7的外面，與油水分離箱的箱壁固連，且其下段垂直浸入海水中。
[0027]護筒11的外筒12為上、下開口的管筒，其下段垂直浸入海水中。外筒12的內(nèi)徑比界面隨動標識浮體7的外徑略大。外筒12的壁面開有多個通孔13。上界限盤15和下界限盤14是圓形盤片，同軸設置在外筒12內(nèi)，盤片的平面與外筒12的軸線垂直，并可沿外筒12的軸垂直上下移動定位，且定位后可方便地固定；上界限盤15設置于標識桿9上的標識盤10的上方，構成標識桿9的上界限；下界限盤14設置于標識桿9上的標識盤10的下方，構成標識桿9的下界限；在上界限盤15和下界限盤14上與標識盤10相對的一面設置有信號開關16，標識盤10、界限盤和信號開關16與控制系統(tǒng)連接。當標識盤10上升或下降壓迫界限盤上的信號開關16時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，供控制排油之用。上界限盤15和下界限盤14之間的垂直距離根據(jù)控制的需要而定。[0028]如圖3所示，界面隨動標識浮體7由界面浮筒8、標識桿9和標識盤10組成，總質(zhì)量為1.63kg,界面隨動標識浮體7垂直懸浮在海水3中；標識桿9的直徑Db = 8mm,高hb=400mm ；Sf/Sb = (Df/Db) 2 = kl = 156 ;標識盤 10 的外徑 Dj = 80_。界面浮筒 8 的直徑Df = 100mm,高hf = 200mm,界面浮筒8的內(nèi)下部充填鐵砂，以保證其重心B低于浮心A ；界面浮筒8完全浸沒在海水的浮力等于其排水量，為1.63*9.8 = 15.974N，未積油時的水面5與界面浮筒8的上底面齊平。
[0029]如圖4所示，界面隨動標識浮體7置于海水中，當油水分離箱內(nèi)未積集油時，由于界面浮筒8的排水量恰好等于界面隨動標識浮體7的重量，所以界面浮筒8的上底面與海水表面齊平。隨著溢油回收的進程，油水分離箱中積集的油層不斷增厚至Hl = 80mm，下層海水密度 Ps = 1040kg/m3,上層油密度 Py = 860kg/m3, k2 = P s/ P y = 1.209。水面上的油層所壓致使油水分界面下降H3 = k2.Hl = 66mm。標識桿9靠近界面浮筒8上底面的一部分浸入油中，產(chǎn)生部分附加浮力，致使界面浮筒8的上表面從油水分界面上升H2 =Hl/[kl (k2-l)+l] = 2.3mm。水面上油層厚度為80mm時,實際油水分界面下降H3 = 66mm,而界面隨動標識浮體7指示的位置下降為Λ H = 63.7mm,界面隨動標識浮體7所標識油分界面位置與實際的油水分界面位置偏差H2 = 2.3mm，相對偏差為H2/H3 = 0.034。
[0030]為了設定排油和停止排油的控制信號，按如下辦法設置界限盤與標識盤10的相對位置:在油層厚度為80mm時，調(diào)整標識盤10與下界限盤14上的信號開關16接觸，控制系統(tǒng)發(fā)出排油的信號，即在油層積集至80mm時排油；油層厚度20mm時，調(diào)整標識盤10的位置使其與上界限盤15的信號開關16接觸，控制系統(tǒng)發(fā)出停止排油信號。如此設置可控制油水分離箱的油層在20?80mm之間進行排油與停止排油之間切換，不會把海水與油一起排出。
[0031]本發(fā)明裝置無需在液體中通電，適用于油與其不相容的導電和非導電液體之間分界面的實時監(jiān)測。
【權利要求】
1.一種油水分界面升降位置監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的監(jiān)測裝置主要由界面隨動標識浮體(7)和護筒(11)組成，垂直豎立在油水分離箱內(nèi)；界面隨動標識浮體(7)由界面浮筒(8)、標識桿(9)和標識盤(10)組成，界面隨動標識浮體(7)同軸套裝在護筒(11)內(nèi)，界面隨動標識浮體(7)的重心低于浮心，界面隨動標識浮筒(7)垂直懸浮在油水分離箱的液體中且沿垂直方向上下自由浮動；標識桿(9)同軸垂直固定在界面浮筒(8)的上底面，且與界面浮筒(8)連結為一體；標識桿(9)的橫截面面積Sb小于界面浮筒(8)的橫截面面積Sf，且界面浮筒(8)的橫截面面積Sf與標識桿(9)的橫截面面積Sb之比為k1;
ki = Sf/Sb?l ； 標識盤(10)同軸套裝在標識桿(9)上；界面隨動標識浮體(7)的重量等于界面浮筒(8)完全浸入水或海水中的浮力；界面隨動標識浮體(7)在未有油的情況下浸入所述液體中時，界面浮筒(8)的上底面與所述液體的液面齊平。
2.按照權利要求1所述的油水分界面升降位置監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的界面浮筒(8)是上、下底面封閉的軸對稱的浮筒；標識桿(9)是中空的細直桿，與界面浮筒(8)的內(nèi)腔連通；標識盤(10)是圓形盤片，盤片的平面與標識桿(9)的軸線垂直，能夠沿標識桿(9)的軸線上下移動定位，定位后能方 便地固定；界面浮筒(8)內(nèi)的下半部填有附加物，附加物的密度為水或海水密度的數(shù)倍；界面浮筒(8)的橫截面面積Sf與標識桿(9)的橫截面面積Sb之比Ii1 一般為80~200。
3.按照權利要求1所述的油水分界面升降位置監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的護筒(11)由外筒(12)、上界限盤(15)、下界限盤(14)和信號開關(16)組成；外筒(12)為上、下開口的管筒，外筒(12)的壁面開有多個通孔(13)，外筒(12)的內(nèi)徑比界面隨動標識浮體(7)的外徑略大，外筒(12)同軸套裝在界面隨動標識浮體(7)的外面，且與油水分離箱的箱壁固連；上界限盤(15)和下界限盤(14)為開有中心孔的圓形盤片，同軸設置在外筒(12)內(nèi)；上界限盤(15)和下界限盤(14)分別設置于標識盤(10)的上方和下方，上界限盤(15)和下界限盤(14)的盤面與外筒(12)的軸線垂直，且能夠沿外筒(12)的軸垂直上下移動定位，定位后能夠方便固定；上界限盤(15)和下界限盤(14)的中心孔的直徑略大于標識桿(9)的外徑。
4.按照權利要求3所述的油水分界面升降位置監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的信號開關(16)安裝在上界限盤(15)和下界限盤(14)與標識盤(10)相對的一面；標識盤(10)、上界限盤(15)、下界限盤(14)和信號開關(16)與控制系統(tǒng)連接；當標識盤(10)升降壓迫上界限盤(15)或下界限盤(14)上的信號開關(16)時，控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號；當標識盤(10)上升與上界限盤(15)接觸并開啟信號開關(16)時，控制系統(tǒng)發(fā)出標識盤(10)升達上界限的信號；當標識盤(10)下降與下界限盤(14)接觸并開啟信號開關(16)時，控制系統(tǒng)發(fā)出標識盤(10)下降至下界限的信號；上界限盤(15)和下界限盤(14)之間的垂直距離根據(jù)控制需要而定。
5.按照權利要求3所述的油水分界面升降位置監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的信號開關(16)為微動開關或輕觸開關；所述的標識盤(10)、上界限盤(15)和下界限盤(14)為導電金屬盤。
6.按照權利要求1所述的油水分界面升降位置監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的監(jiān)測裝置監(jiān)測油水分界面升降的過程如下:油水分離箱內(nèi)未積集油時，所述的界面浮筒(8)的上底面恰好與水面齊平；油水分離箱水面上積集有厚度為Hl的油層時，由于油層的重力作用將迫使油水分界面(5)下降H3的高度，
H3 = HlA2 其中:k2為水或海水的密度與油密度之比，且k2 = Ps/Py>l， P y為油密度，P s水或海水的密度； 所述的界面隨動標識浮體(7)也隨之下降，并按浮體穩(wěn)定原理達到新的平衡:標識桿(9)靠近界面浮筒(8)上底面高度為Ly的部分浸于油中，產(chǎn)生浮力Fy:
Fy = Ly.Sb.Py_g
其中g為重力加速度； 界面浮筒(8)的上底面偏離油水分界面(5)浸入到水面上的油層中，使界面浮筒(8)浮力的減小量等于標識桿(9)浮力的增加量，即:
H2.Sf.( P s_ P y).g = Fy = Lr Sb.P y.g,
H2 = Hl-Ly = Hl/[kl(k2_l)+1] H2為界面浮筒(8) 浸入油層中的垂直高度；
Δ H = H3-H2 Λ H為界面隨動標識浮體(J)跟隨油水分界面(5)下降的高度； Η2表征了界面隨動標識浮體(7)跟隨監(jiān)測標識實際油水分界面(5)位置的偏差，Η2/Η3 = k2/[kl (k2-l)+l]表征了界面隨動標識浮體(7)監(jiān)測標識實際油水分界面(5)位置的偏差度；偏差H2和偏差度H2/H3均與kl、k2成反比。
【文檔編號】G01F23/30GK103954331SQ201410193309
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權日:2014年5月8日
【發(fā)明者】趙凌志, 彭愛武, 沙次文, 李然, 劉保林, 李建, 夏琦, 劉江瑾 申請人:中國科學院電工研究所