CN101034042A - 一种深海热液序列采样器 - Google Patents

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本发明公开的深海热液序列采样器包括一个控制单元和多个采样单元，控制单元主要包括电磁耦合线圈、电路腔以及温度探头，每个采样单元包括一个采样阀和一个采样筒，采样阀的进液口连接采样管，出液口连接采样筒，并通过水密线缆与电路腔相连。采样筒由串连在一起的采样腔和蓄能腔组成，可保持样品的压力，进行样品的等压转移。采样阀采用单次触发的驱动机构，可大大降低系统的功耗，使序列采样器具有长期布置的能力。序列采样器各采样单元之间相互独立，可根据需要进行任意配置，大大提高了采样器的可靠性和适用性。

Description

一种深海热液序列采样器
技术领域
本发明涉及一种深海水体采样装置，具体说涉及一种可采集多个样品的深海热液序列采样装置。
背景技术
深海热液口是海底最显著的特征之一，热液口附近不但蕴藏有大量的金属硫化物等矿产资源，而且孕育了极端环境下独特的生物群落，具有重要的深海资源勘查和科学研究价值。国内外已经展开了对深海热液采样技术的研究，但目前已有的采样器大多只能采集单个样品，不能反映热液随时间的变化规律，而一些一次能采集多个样品的采样器由于采用泵来抽取热液，系统功耗较大，难于实现海底的长期布置。
发明内容
本发明的目的是提供一种功耗低，适合于海底长期布置并能获取保压样品的深海热液序列采样器。
本发明的深海热液序列采样器，包括一个控制单元和多个采样单元，控制单元包括电路腔及与电路腔相连的电磁耦合线圈和温度探头，每个采样单元包括一个采样阀和一个采样筒，所说的采样阀包括同轴线装置的阀体和密封腔体，阀体内设有孔径相等的左右两个阀套和，两阀套之间有一支撑环，阀套内有阀芯，阀芯的一端依次有第一弹簧座、复位弹簧和与阀体固定的弹簧压帽，阀体上开有与采样管相连的进液口和与采样筒相连的出液口，密封腔体具有与阀芯相通的中心轴孔，密封腔体内设有驱动弹簧，驱动弹簧的两端分别与阀芯推杆和第二弹簧座抵住，阀芯推杆的顶部圆柱体置入密封腔体的中心轴孔中，阀芯推杆的锥体部分位于密封腔体中，在阀芯推杆的锥体上套有内表面与锥面吻合的第一触发环，第一触发环的端面抵住密封腔体的端面，密封腔体的端盖和第二弹簧座分别具有轴向通孔，第二弹簧座的一端置入端盖的轴向通孔中，在第二弹簧座上套有第二触发环，第二触发环的两个端面分别与第二弹簧座的台阶面和密封腔体的端盖抵住，端盖的外端面装置有封住端盖轴向通孔的弹性膜片，第一触发环和第二触发环各自包括4个沿直径方向分开的等分环，4个等分环由线圈环绕固定为一个整体，所说的线圈由不锈钢丝和尼龙线连接构成，其中尼龙线缠绕在电阻上，电阻的两端与连接电路腔的水密线缆相连；采样筒包括采样腔和蓄能腔，采样腔和蓄能腔分别固定在连接器的两端，连接器内设有连通采样腔和蓄能腔的节流器，在采样腔和蓄能腔内分别设有活塞，蓄能腔的端部接有充气阀，采样腔的进液口与采样阀的出液口相连。
本发明的深海热液序列采样器采用模块化的结构设计，采样单元的个数可根据实际需要进行任意配置，各个采样单元之间相互独立，从而提高了采样器的可靠性和适用性。采样阀采用单次触发的驱动原理，用高强力的尼龙线来约束触发环，由于尼龙线熔点低，能通过电阻的发热迅速烧断，使得触发动作迅速，采样阀只在打开和关闭的瞬间消耗一点电能，而在采样过程中无需电能，从而大大降低了系统的功耗，使采样器可长期布置于海底，获取时序的热液样品。采样筒由串连在一起的采样腔和蓄能腔组成，可保持样品的压力，进行样品的等压转移。
附图说明
图1是深海热液序列采样器的原理示意图；
图2是采样阀的一种结构示意图；
图3是一种触发环的结构示意图，其中，图a是触发环的轴向剖面图，图b是俯视图，图c是线圈缠绕在电阻上的示意图；
图4是采样筒的一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1，本发明的深海热液序列采样器，包括一个控制单元和多个采样单元，控制单元包括电路腔7、电磁耦合线圈6和温度探头2，温度探头2通过水密线缆5与电路腔7连接，电磁耦合线圈6与电路腔7相连。每个采样单元包括一个采样阀3和一个采样筒8，所说的采样阀3如图2所示，包括同轴线装置的阀体35和密封腔体22，阀体35内设有孔径相等的左右两个阀套25和28，两阀套之间有一支撑环27，阀套内有阀芯33，阀芯33的一端依次安有第一弹簧座32、复位弹簧31和与阀体35固定的弹簧压帽30。为了耐高温耐腐蚀，阀体35、两个阀套25和28、支撑环27、第一弹簧座32及弹簧压帽30均由钛合金制成，而阀芯33由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成，通常，阀芯33与阀套25之间使用锥面密封，从而达到良好的密封效果。
在阀体35上开有与采样管1相连的进液口34和与采样筒8相连的出液口26，图示实例中，在采样管的末端设有一单向阀9，以便于在采样前利用热液的喷发对采样管进行冲洗。密封腔体22具有与阀芯33相通的中心轴孔，密封腔体22内设有驱动弹簧36，驱动弹簧36的两端分别与阀芯推杆24和第二弹簧座21抵住，阀芯推杆24的顶部圆柱体置入密封腔体22的中心轴孔中，阀芯推杆24的锥体部分位于密封腔体22中，在阀芯推杆24的锥体上套有内表面与锥面吻合的第一触发环23，第一触发环23的端面抵住密封腔体22的端面，密封腔体22的端盖37和第二弹簧座21分别具有轴向通孔，第二弹簧座21的一端置入端盖37的轴向通孔中，在第二弹簧座21上套有第二触发环20，第二触发环20的两个端面分别与第二弹簧座21的台阶面和密封腔体22的端盖37抵住，端盖37的外端面装置有封住端盖轴向通孔的弹性膜片38，第一触发环23和第二触发环20(见图3)各自包括4个沿直径方向分开的等分环45，4个等分环由线圈41环绕固定为一个整体，所说的线圈41由不锈钢丝和高强力尼龙线连接构成，其中高强力尼龙线有一段缠绕在电阻42上，电阻42的两端与连接电路腔7的水密线缆4相连。采样筒8如图4所示，包括采样腔57和蓄能腔52，采样腔57和蓄能腔52分别固定在连接器55的两端，连接器55内设有连通采样腔57和蓄能腔52的节流器54，用于调节采样速度，在采样腔57和蓄能腔52内分别设有活塞58和53，蓄能腔52的端部接有充气阀51，采样腔57的进液口59与采样阀3的出液口26相连。
采样前，使采样阀的密封腔体充满硅油密封，与外界压力相平衡。密封腔体中的驱动弹簧36处于压缩状态，第一、第二两个触发环都被线圈所约束，使得第二弹簧座21和阀芯推杆24不能移动；采样筒的蓄能腔和采样腔中的活塞53和58分别处于各腔的右端(图4)，在采样腔的活塞58与连接器55之间的腔体内充满蒸馏水，通过充气阀51向蓄能腔52内充入氮气，使氮气的压力达到预采样热液压力的10％并关闭充气阀51。
采样时，首先由电路腔7通过水密线缆4给第一触发环23通电，第一触发环上的电阻迅速升温，缠绕在电阻上的尼龙线被烧断，4个等分环失去约束而散开，阀芯推杆24向右移动推动阀芯33，采样阀3打开；热液从采样管1经过进液口34进入采样阀3，再从采样阀的出液口26进入采样筒的采样腔57。在压力差的作用下，热液推动活塞58向左运动，采样腔57内的预充蒸馏水经过节流器54进入蓄能腔52，并推动活塞53向左运动，氮气被压缩，从而压力增高，当压力达到平衡时采样停止。采样结束后，电路腔7给第二触发环20通电，第二触发环上的电阻迅速升温，缠绕在电阻上的尼龙线被烧断，4个等分环失去约束而散开，第二弹簧座21由于4个等分环的散开而向左移动，使驱动弹簧36完全恢复到自由状态，阀芯33在复位弹簧31的作用下重新与阀套25密封，采样阀3关闭。
深海热液序列采样器中采样单元的个数可根据实际需要进行配置，采样器可长时间布置于海底，根据预设的时间间隔进行时序采样，也可以通过电磁耦合线圈由上位机进行控制采样。

Claims (3)

1.一种深海热液序列采样器，其特征在于它包括一个控制单元和多个采样单元，控制单元包括电路腔(7)及与电路腔(7)相连的电磁耦合线圈(6)和温度探头(2)，每个采样单元包括一个采样阀(3)和一个采样筒(8)，所说的采样阀(3)包括同轴线装置的阀体(35)和密封腔体(22)，阀体(35)内设有孔径相等的左右两个阀套(25)和(28)，两阀套之间有一支撑环(27)，阀套内有阀芯(33)，阀芯(33)的一端依次有第一弹簧座(32)、复位弹簧(31)和与阀体(35)固定的弹簧压帽(30)，阀体(35)上开有与采样管(1)相连的进液口(34)和与采样筒(8)相连的出液口(26)，密封腔体(22)具有与阀芯(33)相通的中心轴孔，密封腔体(22)内设有驱动弹簧(36)，驱动弹簧(36)的两端分别与阀芯推杆(24)和第二弹簧座(21)抵住，阀芯推杆(24)的顶部圆柱体置入密封腔体(22)的中心轴孔中，阀芯推杆(24)的锥体部分位于密封腔体(22)中，在阀芯推杆(24)的锥体上套有内表面与锥面吻合的第一触发环(23)，第一触发环(23)的端面抵住密封腔体(22)的端面，密封腔体(22)的端盖(37)和第二弹簧座(21)分别具有轴向通孔，第二弹簧座(21)的一端置入端盖(37)的轴向通孔中，在第二弹簧座(21)上套有第二触发环(20)，第二触发环(20)的两个端面分别与第二弹簧座(21)的台阶面和密封腔体(22)的端盖(37)抵住，端盖(37)的外端面装置有封住端盖轴向通孔的弹性膜片(38)，第一触发环(23)和第二触发环(20)各自包括4个沿直径方向分开的等分环(45)，4个等分环由线圈(41)环绕固定为一个整体，所说的线圈(41)由不锈钢丝和尼龙线连接构成，其中尼龙线缠绕在电阻(42)上，电阻(42)的两端与连接电路腔(7)的水密线缆(4)相连；采样筒(8)包括采样腔(57)和蓄能腔(52)，采样腔(57)和蓄能腔(52)分别固定在连接器(55)的两端，连接器(55)内设有连通采样腔(57)和蓄能腔(52)的节流器(54)，在采样腔(57)和蓄能腔(52)内分别设有活塞(58)和(53)，蓄能腔(52)的端部接有充气阀(51)，采样腔(57)的进液口(59)与采样阀(3)的出液口(26)相连。
2.根据权利要求1所述的深海热液序列采样器，其特征在于采样阀的阀体(35)、两个阀套(25)和(28)、支撑环(27)、弹簧压帽(30)以及第一弹簧座(32)均由钛合金制成，阀芯(33)由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成。
3.根据权利要求1所述的深海热液序列采样器，其特征在于采样管的末端设有一单向阀(9)。
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