CN100386614C - 一种手持式深海气密性等压热液采样器 - Google Patents

Abstract

本发明的手持式深海气密性等压热液采样器包括采样阀、采样与蓄能装置和温度探测装置。该深海气密性等压采样器结构简单，气密性好，不需要深潜器提供电源或其他动力源，利用采样器系统内外压力差进行采样，利用蓄能腔内的压缩氮气补偿压力，可维持样品的压力基本保持不变，通过改变设置在采样腔和蓄能腔之间的节流孔的孔径，可以调节采样速度，最大限度地减少热液中的海水夹层，保持原始采集信息，同时样品等压转移方便。本发明的深海气密性等压采样器的最大采样深度可达水下7000米，可直接对温度高达400℃的热液进行采样。

Description

一种手持式深海气密性等压热液采样器

技术领域

本发明涉及一种手持式深海气密性等压热液采样器，具体说是采用压力自补偿技术实现深海热液保压采样的装置。

背景技术

当前在海洋资源探测工作中，国际海洋界已经开展了对深海热液采样技术的研究。但国内外目前已有的采样器难以维持样品压力，所采集到的热液样品因温度、压力、光照等条件的变化，其原始成分与状态已发生变化，不能为科学家提供热液的原位信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合于深海热液采集并保持原始采集信息的手持式气密等压热液采样器。

本发明的手持式深海气密性等压热液采样器包括以下部件：

a)采样阀：包括带底的推杆套筒和阀体，推杆套筒内置有复位弹簧、圆锥体和推杆，圆锥体的小头有环形凸台，环形凸台和圆锥体的大头与推杆套筒滑动配合，推杆的一端与圆锥体的大头固定，并伸出推杆套筒外，复位弹簧的一端与圆锥体小头的环形凸台相抵，另一端与推杆套筒的底部相抵；

阀体与推杆套筒紧固，其轴线与推杆套筒的轴线垂直，阀体内置有阀套，阀套中自上而下依次有顶杆、阀芯和中部具有限位凸环面的十字弹簧座，阀芯是中部有凸环平面的圆柱体，阀芯的上端与顶杆的下端相接触，阀芯的下端与十字弹簧座伸入阀套端相接触，顶杆的上端伸入推杆套筒筒壁的孔中与圆锥体外壁接触，在十字弹簧座的限位凸环面与拧接在阀体底部的弹簧压帽之间有阀芯复位弹簧，在阀体上开有垂直于阀体轴线的进液口和出液口，阀套壁上设有与进液口相通的孔和与出液口相通的孔，阀体的进液口与热液吸管连通；

b)采样和蓄能装置：包括具有中心孔和外螺纹的圆柱形联结器，联结器的中心孔中安装有控制流速的节流孔，联结器的两端分别拧接有筒状壳体，形成与联结器同轴线的采样腔和蓄能腔，采样腔内设有第一活塞，蓄能腔内设有第二活塞，采样腔通过管子与阀体的出液口连通，蓄能腔通过管子与充气阀相连通；

c)温度探测装置：包括封闭式壳体形成的电路腔，电路腔内置有电路板和电池，壳体上装置有第一水密接插件和第二水密接插件，第一水密接插件和第二水密接插件的一端分别与热液温度探头和ICL(Inductively Coupled Link，非接触式耦合连接)线圈相连，第一水密接插件和第二水密接插件的另一端分别与电路板的输出端相连；

上述的采样阀、采样和蓄能装置及温度探测装置由固定板固定成一体，在固定板上固定有机械手夹持用的手柄。

本发明的手持式深海气密等压热液采样器结构简单，气密性好，不需要深潜器提供电源或其他动力源，利用采样器系统内外压力差进行采样，该采样器利用蓄能腔内的压缩氮气补偿压力，可维持样品的压力基本保持不变，通过采用不同孔径的节流孔可调节采样速度以减少热液中的海水夹层，保持原始采集信息，本发明的手持式深海气密等压热液采样器，其最大采样深度可达水下7000米(最高保持压力为70MPa)，可直接对温度高达400℃的深海热液进行采样。

附图说明

图1是手持式深海气密性等压热液采样器的结构示意图；

图2是采样阀的放大图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1，图2，手持式深海气密性等压热液采样器包括以下部件：

a)采样阀2：包括带底的推杆套筒2-3和阀体2-6，推杆套筒2-3内置有复位弹簧2-1、圆锥体2-2和推杆2-4，圆锥体2-2的小头有环形凸台，环形凸台和圆锥体的大头与推杆套筒滑动配合，推杆2-4的一端与圆锥体2-2的大头固定，并伸出推杆套筒2-3外，复位弹簧2-1的一端与圆锥体小头的环形凸台相抵，另一端与推杆套筒2-3的底部相抵；

阀体2-6与推杆套筒2-3紧固，其轴线与推杆套筒2-3的轴线垂直，阀体2-6内置有阀套2-7，阀套2-7中自上而下依次有顶杆2-5、阀芯2-13和中部具有限位凸环面的十字弹簧座2-10，阀芯2-13是中部有凸环平面的圆柱体，阀芯的上端与顶杆2-5的下端相接触，阀芯的下端与十字弹簧座2-10伸入阀套端相接触，顶杆2-5的上端伸入推杆套筒2-3筒壁的孔中与圆锥体外壁接触，在十字弹簧座2-10的限位凸环面与拧接在阀体底部的弹簧压帽2-12之间有阀芯复位弹簧2-11，在阀体2-6上开有垂直于阀体轴线的进液口2-14和出液口2-15，阀套2-7壁上设有与进液口2-14相通的孔2-8和与出液口2-15相通的孔2-9，阀体的进液口2-14与热液吸管1连通；

图例中，阀体的进液口2-14具有内螺纹，热液吸管1与进液口2-14以螺纹方式连接。为增强热液吸管1的强度，使热液吸管1支撑固定在推杆套筒2-3的底部，图中采用将热液吸管1从推杆套筒2-3底部的径向穿越，与推杆套筒2-3固定。阀体的出液口2-15同样具有与管子螺纹连接的内螺纹。

为了方便拆装阀芯，可采用将阀体内的阀套2-7自上而下依次由相贴合的第一阀套、支撑套和第二阀套构成，将与进液口2-14相通的孔2-8设在第一阀套壁上，与出液口2-15相通的孔2-9设在支撑套壁上。

b)采样和蓄能装置20：包括具有中心孔和外螺纹的圆柱形联结器8，联结器的中心孔中安装有控制流速的节流孔18，联结器的两端分别拧接有筒状壳体，形成与联结器同轴线的采样腔16和蓄能腔6，采样腔16内设有第一活塞17，蓄能腔6内设有第二活塞7，采样腔16通过管子与阀体2-6的出液口2-15连通，蓄能腔6通过管子与充气阀5相连通；

图例中，在第一活塞17和第二活塞7的中心分别具有便于拆装的螺纹盲孔。

c)温度探测装置19：包括封闭式壳体形成的电路腔9，电路腔内置有电路板11和电池10，壳体上装置有第一水密接插件12和第二水密接插件13，第一水密接插件12和第二水密接插件13的一端分别与热液温度探头15和ICL线圈14相连，第一水密接插件12和第二水密接插件13的另一端分别与电路板11的输出端相连；

上述的采样阀2、采样和蓄能装置20及温度探测装置19由固定板3固定成一体，在固定板3上固定有机械手夹持用的手柄4。

为了耐高温高压，手持式深海气密性等压热液采样器中的阀体、阀套、蓄能腔、采样腔、活塞、联结器等选择TC4钛合金制成，采样阀的阀芯选择高性能工程塑料PEEK制成。

手持式深海气密性等压热液采样器的工作原理如下：

在船上时，采样腔16中的第一活塞17位于腔体左端，蓄能腔6中的第二活塞7也位于腔体左端，采样腔内充满海水，充气阀5向蓄能腔内充氮气，使氮气的压力达到被采样热液压力的10％，关闭充气阀5。然后把采样器置于深潜器的采样篮中，当深潜器到达热液口进行采样时，深潜器上的机械手夹持采样器，把热液吸管1和热液温度探头15对准热液喷口，电路腔9内的电路板11通过ICL线圈14把温度通过无线通讯方式传回深潜器内实时显示，当测得的热液口温度达到采样要求时，深潜器内的工作人员操作机械手上安装的触发缸，施加一定大小的推力作用在推杆2-5上，通过圆锥体2-2和顶杆2-5之间的相互作用，传递一定的力作用在阀芯2-13上，打开采样阀，被采集的热液从热液吸管1经过进液口2-14进入采样阀，再从出液口2-15进入采样腔16。在压力差的作用下，热液推动第一活塞17向右端运动，采样腔内的海水经过节流孔18进入蓄能腔6，此时蓄能腔6内第二活塞7向右端运动，氮气被压缩，从而压力增高，当压力达到平衡时采样停止。采样完成后，机械手上的触发缸卸载，阀芯2-13在阀芯复位弹簧2-11的作用下回复原位，推杆2-4在推杆复位弹簧2-1的作用下回复原位，采样阀2关闭。此时，采样腔16内第一活塞17和蓄能腔6内第二活塞7都处于动态平衡状态，维持着蓄能腔6和采样腔16的压力平衡。取样时，将高压液相色谱泵连接充气阀5，并打开充气阀5，再开启采样阀2，热液从热液吸管1取出，实现样品的等压转移。

Claims (7)

1.一种手持式深海气密性等压热液采样器，其特征在于它包括以下部件：

a)采样阀(2)：包括带底的推杆套筒(2-3)和阀体(2-6)，推杆套筒(2-3)内置有复位弹簧(2-1)、圆锥体(2-2)和推杆(2-4)，圆锥体(2-2)的小头有环形凸台，环形凸台和圆锥体的大头与推杆套筒滑动配合，推杆(2-4)的一端与圆锥体(2-2)的大头固定，并伸出推杆套筒(2-3)外，复位弹簧(2-1)的一端与圆锥体小头的环形凸台相抵，另一端与推杆套筒(2-3)的底部相抵；

阀体(2-6)与推杆套筒(2-3)紧固，其轴线与推杆套筒(2-3)的轴线垂直，阀体(2-6)内置有阀套(2-7)，阀套(2-7)中自上而下依次有顶杆(2-5)、阀芯(2-13)和中部具有限位凸环面的十字弹簧座(2-10)，阀芯(2-13)是中部有凸环平面的圆柱体，阀芯的上端与顶杆(2-5)的下端相接触，阀芯的下端与十字弹簧座(2-10)伸入阀套端相接触，顶杆(2-5)的上端伸入推杆套筒(2-3)筒壁的孔中与圆锥体外壁接触，在十字弹簧座(2-10)的限位凸环面与拧接在阀体底部的弹簧压帽(2-12)之间有阀芯复位弹簧(2-11)，在阀体(2-6)上开有垂直于阀体轴线的进液口(2-14)和出液口(2-15)，阀套(2-7)壁上设有与进液口(2-14)相通的孔(2-8)和与出液口(2-15)相通的孔(2-9)，阀体的进液口(2-14)与热液吸管(1)连通；

b)采样和蓄能装置(20)：包括具有中心孔和外螺纹的圆柱形联结器(8)，联结器(8)的中心孔中安装有控制流速的节流孔(18)，联结器的两端分别拧接有筒状壳体，形成与联结器同轴线的采样腔(16)和蓄能腔(6)，采样腔(16)内设有第一活塞(17)，蓄能腔(6)内设有第二活塞(7)，采样腔(16)通过管子与阀体(2-6)的出液口(2-15)连通，蓄能腔(6)通过管子与充气阀(5)相连通；

c)温度探测装置(19)：包括封闭式壳体形成的电路腔(9)，电路腔内置有电路板(11)和电池(10)，壳体上装置有第一水密接插件(12)和第二水密接插件(13)，第一水密接插件(12)和第二水密接插件(13)的一端分别与热液温度探头(15)和ICL线圈(14)相连，第一水密接插件(12)和第二水密接插件(13)的另一端分别与电路板(11)的输出端相连；

上述的采样阀(2)、采样和蓄能装置(20)及温度探测装置(19)由固定板(3)固定成一体，在固定板(3)上固定有机械手夹持用的手柄(4)。

2.根据权利要求1所述的手持式深海气密性等压热液采样器，其特征在于阀体的进液口(2-14)具有内螺纹，热液吸管(1)与进液口(2-14)以螺纹方式连接。

3.根据权利要求1所述的手持式深海气密性等压热液采样器，其特征在于所说的热液吸管(1)支撑固定在推杆套筒(2-3)的底部。

4.根据权利要求3所述的手持式深海气密性等压热液采样器，其特征在于热液吸管(1)从推杆套筒(2-3)底部的径向穿越，与推杆套筒(2-3)固定。

5.根据权利要求1所述的手持式深海气密性等压热液采样器，其特征在于阀体的出液口(2-15)具有内螺纹，连通采样腔(16)的管子与出液口(2-15)以螺纹方式连接。

6.根据权利要求1所述的手持式深海气密性等压热液采样器，其特征在于阀体内的阀套(2-7)自上而下依次由相贴合的第一阀套、支撑套和第二阀套构成，与进液口(2-14)相通的孔(2-8)设在第一阀套壁上，与出液口(2-15)相通的孔(2-9)设在支撑套壁上。

7.根据权利要求1所述的手持式深海气密性等压热液采样器，其特征是在第一活塞(17)和第二活塞(7)的中心分别具有螺纹盲孔。

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