CN101509844B

CN101509844B - 液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统

Info

Publication number: CN101509844B
Application number: CN 200910096264
Authority: CN
Inventors: 王春生; 杨俊毅; 钱鑫炎; 陈家旺; 顾临怡; 李世伦; 刘敬彪
Original assignee: Second Institute of Oceanography SOA
Current assignee: Second Institute of Oceanography SOA
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: CN101509844A

Abstract

本发明涉及样品采集装置，旨在提供一种液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统。该系统包括框架和至少一个拖网，拖网的网底设置取样器；框架内设拖网支撑杆，每个拖网均配备两个并列设置的摆动网杆；所述取样器包括一个位于中空的保压筒内的网底管，保压筒入口端和出口端分设相互独立的密封组件，密封组件包括阀门和阀门控制机构；入口端密封组件的阀门与拖网的网底相连。本发明既能在水层中进行垂直分层采样，又能在近海底进行水平分段拖曳采样，可大幅度提高采集生物样品的范围。直接在水中让拖网网底的采样管与拖网本体分离，并准确进入保压筒内保压，这种方法可大幅度提高捕获到的海底生物样品的成活率。

Description

液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统

技术领域

本发明涉及样品采集装置，更具体的说，是涉及一种液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统。

背景技术

对于海底生物的研究，最常用的方法还是从海底取回样本到科学考察船上进行研究。传统的取样方法主要是利用海底拖网、取样器或者抓斗获取生物样本，近年来随着深海潜水器的出现，国外普遍采用一体化的探测、过滤与取样技术，利用深海作业的机械手通过虹吸式取样器捕获生物样品。但是，这种一体化的探测、过滤与取样技术只能在采样前设定好采样的深度，预设采样条件进行工作，也就是说，不能实时在线进行监控，不能实时观察采样的具体情景，也不能对海下复杂的环境进行应变。

基于海底拖曳的生物采样系统还很难在海底生物样品取样方面得到良好应用，其主要原因有：(1)不能保持在海底的原位压力，导致所采集的生物样品出水面时已几乎全部死亡；(2)只能在拖体前进方向上捕获到网口范围以内的生物样品，很难获得完整的海底生物样品群落；(3)没有精确控制取样水深，很难区分各类不同海底生物样品生活的实际水深。而捕获到的海底生物样品的成活率、群落的完整性与层次性对海底生物样品取样系统来说至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统。为实现发明目的，本发明是通过如下技术方案实现：

该液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统，包括框架和至少一个拖网，拖网的网底设置取样器；框架内设拖网支撑杆，每个拖网均配备两个并列设置的摆动网杆；摆动网杆通过网杆连接头分别与相互独立的液压缸的活塞杆对应连接，液压缸动作时摆动网杆以网杆支撑轴为轴心转动；拖网的网口固定于两个摆动网杆上形成两个相邻的固定边，网口其余部分为活动边，其中间位置设一定位点连接于拖网支撑杆上；所述取样器包括一个位于中空的保压筒内的网底管，保压筒入口端和出口端分设相互独立的密封组件，密封组件包括阀门和阀门控制机构；入口端密封组件的阀门与拖网的网底相连。

作为一种改进，所述液压缸分别与相互独立的液压控制机构连接，液压缸并列安装于液压缸支撑轴上。

作为一种改进，所述保压管上连接一个蓄能器。

作为一种改进，所述阀门控制机构包括液压转角油缸和液压管路，液压转角油缸与阀杆相连。

作为一种改进，所述阀门包括阀体、球面密封件、球形阀芯和阀杆。

作为一种改进，所述阀门的球面密封件与球形阀芯之间设有浮动阀座，保压筒两端分别与密封组件的浮动阀座相连。

作为一种改进，所述框架由内框架和外框架组成，内框架活动安装在外框架内部，在使用拉出以扩展拖网的使用空间。

作为一种改进，所述框架前端设置导流罩。

作为一种改进，所述框架上设置水下摄像系统。

作为一种改进，所述水下摄像系统包括云台、水下摄像机和水下照明系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中海底生物样品拖曳采样系统既能在水层中进行垂直分层采样，又能在近海底进行水平分段拖曳采样，可大幅度提高采集生物样品的范围。

(2)本发明提出了直接在水中让拖网网底的采样管与拖网本体分离，并准确进入保压筒内保压，这种方法可大幅度提高捕获到的海底生物样品的成活率。

附图说明

图1是液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统整体结构示意图；

图2是自动选网组件开闭装置结构示意图之一；

图3是自动选网组件开闭装置结构示意图之二；

图4是自动选网组件开闭装置结构示意图之三；

图5是自动选网组件开闭装置结构示意图之四；

图6是自动选网组件的结构布置示意图(取样前网口关闭状态)；

图7是自动选网组件的结构布置示意图(取样时网口打开状态)；

图8是取样开始前网口的关闭状态示意图；

图9是取样进行时网口的张开状态示意图；

图10是取样结束时网口的关闭状态示意图。

图11是取样器结构示意图；

图12取样器的密封组件的结构示意图。

具体实施方式

结合附图，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

本具体实施例中的该液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统，包括一个框架，其前端设置导流罩103。框架采用热轧等边角钢焊接而成，由内框架101和外框架102组成，内框架101通过导轨活动安装在外框架102的内部构成伸缩式框架。外框架102主要是用来安装自动开闭装置、液压系统的各个部件以及导流罩103等等，内框架主要用来安装保压取样系统。取样工作时内框架101可以伸出外框架102，取样结束后内框架101可以缩回外框架102，这种结构使可以扩展拖网2的使用空间，使得拖网2工作更灵活，还可以有效减少框架放置在甲板上的占地面积。

框架上还设置水下摄像系统，包括云台、水下摄像机和水下照明系统。运用云台技术使水下照明灯与摄像头能够旋转，既可俯视拖体下方，以免在近底拖曳时拖体触底，又可直视拖体前方。

框架内设拖网支撑杆1和并列安设的三个拖网2，拖网2的网底设置取样器3。每个拖网2均配备并列设置的摆动网杆4和摆动网杆5，摆动网杆4和摆动网杆5通过网杆连接头6下端螺纹孔内的销轴分别与相互独立的液压缸7的活塞杆对应连接，液压缸7并列安装于液压缸支撑轴8上，液压缸支撑轴8固定在拖曳采样系统的外框架102上。液压缸7分别与相互独立的液压控制机构连接，该液压控制机构是远程控制的电动阀门组件，可通过信号线连接至远端控制中心；也可以在本地电动阀门组件中内置控制程序软件模块，根据预设的时间、压力或温度等条件实现液压缸自动动作。本实施例中采用六联阀箱来控制12个液压缸。

摆动网杆4和摆动网杆5通过插孔固定在网杆支撑轴上，相互之间通过隔套隔开液压缸7动作时摆动网杆4和摆动网杆5以网杆支撑轴9为轴心转动；本实施例中，第一个拖网2的网口固定于摆动网杆4和摆动网杆5上，形成两个相邻的固定边，网口其余部分为活动边，其中间位置设一定位点连接于拖网支撑杆1上，拖网支撑杆1平行于网杆支撑轴9设置并固定在拖曳采样系统的外框架102上。

本实例中自动选网组件的三套拖网2可以先后独立工作，互不影响。

下面结合附图介绍本实施例的拖网工作的实现步骤：

(1)第一个拖网2的网口采样前，摆动网杆4和摆动网杆5贴合，为关闭状态(如图5和图7所示)，位于网底的取样器3的进口端和出口端的密封组件均为开启状态；

(2)采样开始后，与摆动网杆4对应的液压缸7开启，控制摆动网杆4以网杆支撑轴9为轴心转动，使摆动网杆4与摆动网杆5形成合适的夹角(通常为90度角时打开最大)，拖网2的网口打开(如图6和图8所示)。此时随着拖网2在水中的移动，海底生物样品可以进入拖网2内部，并最终进入取样器3；

(3)采样结束时，与摆动网杆5对应的液压缸7开启，控制摆动网杆5以网杆支撑轴9为轴心转动，直至摆动网杆4和摆动网杆5贴合使拖网2的网口关闭(如图9所示)，同时取样器3进口端和出口端密封组件关闭，海底生物样品进入取样器3；

(4)依次重复上述过程即可对另外两个拖网2进行海底生物样品拖网采样；

(5)采样结束后，12个液压缸可以进行复位，以便下次采样。

取样器3包括一个中空的保压筒11，保压筒11是用来对网底管采集到的海底生物样品进行保压的容器，分为入口端和出口端。有一网底管12位于保压筒11内，用来对拖网采集到的海底生物样品进行过滤，使海底生物样品与海水分离。保压筒11两端分设相互独立的密封组件，密封组件包括阀门和阀门控制机构。阀门包括阀体23、球面密封件26、球形阀芯25和阀杆22；球面密封件26与球形阀芯之25间设有浮动阀座24，球形阀芯25通过阀杆22固定在阀体23上，受压时球形阀芯25不产生移动；球形阀芯25受压时，压力使浮动阀座24产生移动，使球面密封件26紧压在球形阀芯25上，以保证密封。保压筒11两端分别与密封组件的浮动阀座24相连，入口端的浮动阀座24与拖网尾端相连。阀门控制机构包括液压转角油缸21和液压管路，液压转角油缸21与阀杆22相连，液压转角油缸21转动带动阀杆22转动，进而带动球形阀芯25转动，实现阀门开闭。阀门控制机构通过信号线与远程控制中心连接，接收到开关阀门的信号后进行开关阀门的操作。保压筒11上还连接一个蓄能器13，以补充由于保压筒11体变形、密封件形状变化以及渗漏等引起的压力下降。

拖网采集的海水和海底生物样品经过进口端的密封组件进入保压筒11，海水经保压筒11内部的网底管12过滤后由保压筒的出口端排出，海底生物样品留在保压筒11内部，采样结束后进口端和出口端密封组件关闭，采集到的海底生物样品进入保压状态。

阀门密封采用球形阀芯25的双密封结构，即球形阀芯25与浮动阀座24两端配合，表面均有球体密封件26(例如密封圈)。

本具体实例中采样前保压筒11进口端和出口端的阀门都是处于开启状态，海水可以顺利地通过整个保压筒11；采样开始后，拖网采集的海底生物样品和海水一起经过保压筒11进口端的阀门进入保压筒11，经过保压筒11内的网底管12过滤后海底生物样品留在保压筒11内部，海水经保压筒11出口端的阀门流出。采样完成后，控制信号发出，控制液压转角油缸21转动，带动阀杆2连接的球形阀芯25转动关闭保压筒11进口端和出口端的阀门，对海底生样品进行保压；与保压筒11直接相连的蓄能器13在海底生物样品采样系统从海底提升至海面的过程中对保压筒11进行压力补偿，使采样后的海底生物样品更加接近采样点的原始压力。

海底生物样品采样后，绝大多数的海底生物样品都集中在拖网底部，采用在水中让原有拖网的尾部网底管12与拖网本体分离，并使得样品准确进入保压筒11内保压的方式，可以最小的代价提高海底生物样品的成活率，不仅减小了保压筒11和密封系统的体积和重量，同时也节约了大量的能耗。

整个系统采用液压驱动。蓄电池作为电源，油缸作为执行器。为了解决耐压和密封的问题，本发明把油源各部件集成在一起，外接蓄能器对整个油源进行压力补偿。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种液压驱动的海底生物样品拖曳采样及密封系统，包括框架和至少一个拖网，拖网的网底设置取样器，其特征在于：

框架内设拖网支撑杆，每个拖网均配备两个并列设置的摆动网杆；摆动网杆通过网杆连接头分别与相互独立的液压缸的活塞杆对应连接，液压缸动作时摆动网杆以网杆支撑轴为轴心转动；拖网的网口固定于两个摆动网杆上形成两个相邻的固定边，网口其余部分为活动边，活动边的中间位置设一定位点连接于拖网支撑杆上；

所述取样器包括一个位于中空的保压筒内的网底管，保压筒入口端和出口端分设相互独立的密封组件，密封组件包括阀门和阀门控制机构；入口端密封组件的阀门与拖网的网底相连。

2.根据权利要求1所述的拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述液压缸分别与相互独立的液压控制机构连接，液压缸并列安装于液压缸支撑轴上。

3.根据权利要求1所述的拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述保压管上连接一个蓄能器。

4.根据权利要求1所述的拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述阀门控制机构包括液压转角油缸和液压管路，液压转角油缸与阀杆相连。

5.根据权利要求1所述的拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述阀门包括阀体、球面密封件、球形阀芯和阀杆。

6.根据权利要求5所述的拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述阀门的球面密封件与球形阀芯之间设有浮动阀座，保压筒两端分别与密封组件的浮动阀座相连。

7.根据权利要求1至6所述的任意一种拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述框架由内框架和外框架组成，内框架活动安装在外框架内部，在使用拉出以扩展拖网的使用空间。

8.根据权利要求1至6所述的任意一种拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述框架前端设置导流罩。

9.根据权利要求1至6所述的任意一种拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述框架上设置水下摄像系统。

10.根据权利要求9所述的任意一种拖曳采样及密封系统，其特征在于，所述水下摄像系统包括云台、水下摄像机和水下照明系统。