CN101699250A - 深水床沙采样器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深水床沙采样器，带击发扳机(26)和受击发扳机控制的采样管(7)的采样体(3)通过固定环(5)固定在支架(4)上，在支架上安装有配重负载(6)，位于支架上的吊环(2)用于连接提升整个采样器的钢缆，击发绳(1)的一端与采样体(3)上的击发扳机(26)连接。本发明水深可不受限制、采样深度可调。可从天然河床(或海床)上采集泥沙(或矿物)标本。

Description

深水床沙采样器

技术领域：

本发明涉及一种床沙采样设备，特别涉及的是深水床沙采样器，主要解决长江三峡库区等深水河段河床(或海床)的泥沙(或矿物)采样问题。

背景技术：

床沙是停留在河床床面和床面以下一定深度的泥沙，是在特定的水流泥沙条件下所形成的河床物质。为了解河床泥沙的特性、来源、数量及其时空变化等，必须开展泥沙测验工作，系统地搜集泥沙资料，为流域的开发和国民经济建设提供可靠的依据。

泥沙淤积河道，使河床逐年抬高，容易造成河流的泛滥；水库的淤积，降低了工程的防洪、灌溉、发电能力；泥沙还加剧水力机械和水工建筑物的磨损、缩短工程寿命、增加工程建设和维修费用等。因此，研究泥沙测验问题对控制泥沙淤积、保护水利设施安全和控制水土流失等都具有重大现实意义。

对床沙进行采样，需要使用专门的床沙采样器。床沙采样器应能取得河床表层一定深度范围内的沙样，仪器向上提起时里面的沙样不得流失。国内目前使用的沙质河床的床沙采样器有挖斗式采样器、园锥式采样器、钻头式采样器、悬锤式采样器等。挖斗式采样器由挖斗、限定挖斗位置的卡爪以及铅鱼壳体等构成。采样器下放至河底时，接触杆抬升带动一套联动装置，使挖斗的限位卡爪松开，随后收绞起重索，缠绕在挖斗轴上的钢丝绳受力带动挖斗旋转，挖取河床泥沙。这种采样器常常挖不到沙样，且挖斗口门关闭不全，使小粒径样品被水流冲走而失去样品的完整性，另一方面结构复杂，操作困难。圆锥式、钻头式和悬锤式采样器均利用仪器自身重量把采样管压入河床，常常多次取不到样，即使取到一些，也没有代表性(无法采集河床一定深度范围的泥沙样品)。

对于深水库区河床泥沙进行采样是一个非常棘手的问题，特别是要求在不破坏河床泥沙淤积层次结构的情况下，对一定深度的河床泥沙进行原样采集非常困难。长江三峡工程建成蓄水后，水库水深可达175米。目前还没有专门深水床沙采样设备或仪器。

发明内容：

本发明的目的是为了提供一种水深可不受限制、采样深度可调。从天然河床(或海床)上采集泥沙(或矿物)标本的深水床沙采样器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明深水床沙采样器，带击发板机26和受击发扳机控制的采样管7的采样体3通过固定环5固定在支架4上，在支架上安装有配重负载6，位于支架上的吊环2用于连接提升整个采样器的钢缆，击发绳1的一端与采样体3上的击发扳机26连接。

上述的采样体3中有管体32、位于管体内与管体第一端套合的活塞管31，活塞管31第一端有端盖8、与端盖8相配合的制动环9，活塞10通过活塞环30与活塞管31配合，活塞10的第一端螺纹连接有采样管7，弹膛29螺纹连接在活塞管31第二端，弹膛与活塞管之间装有垫圈28，无弹头子弹13装在弹膛29内，机头体14套合装在管体32第二端上，机头体14第二端装有复进簧17和法兰盖18，复进簧17第二端与法兰盖18相配合，尾管盖20螺纹连接在管体32第二端外周上且将法兰盖18固定，撞针15安装在机头体14的撞针腔内，撞针15的尾部有扣环21，扣环21与尾管盖20之间装有击发簧19，击发簧19用于驱动撞针15撞击位于弹膛29内子弹13，击发扳机26通过销27铰接在管体32相对机头体位置，扳机固件22通过螺钉24安装在管体32上，拉簧23一端与扳机固件22相连而另一端与击发扳机26相连，撞针15上有径向孔35，解脱销压簧16和解脱销25依次装在径向孔35中，击发扳机26尾部作用于解脱销25一端。

上述的机头体14上有与解脱销25配合的轴向导向槽34和与解脱销上的锁止部37配合的锁止孔36。

上述的活塞管31螺纹连接有手栓12，管体32上开有手栓锁止槽38，手动拉动手栓可使活塞管31后退，进而迫使机头体14及撞针15压缩复进簧17和击发簧19后退，当手栓12进入手栓锁止槽38锁止时，解脱销25的一端与击发扳机尾部接触，使其处于待击发状态。

上述的采样管7与活塞10螺纹连接，活塞10上开有排水孔11，用来排出采样时聚集在采样管内的水、空气。

上述的采样管7入口安装有含锥形弹簧片的锥形防漏倒刺33、且在其前端开有刃口以减小采样管进入河床泥沙时的阻力，采样管7插入河床时，河床泥沙胀开防漏倒刺33的锥形弹簧片进入采样管7，上提采样器时，防漏倒刺33的锥形弹簧片收紧阻止采样管7内的泥沙样本漏出。

上述的支架4底部有三脚支撑39。

本采样器作业现场实施时，将采样器安装在水文测验船上，当采样器上弹等准备工作做好以后，通过系在支架吊环上的缆绳将采样器放到待取样的河床上，同时，击发绳也随同采样器一起释放，当到达预定位置后，拉动击发绳，利用子弹的爆炸力推动把采样管打入河床泥沙中，采集泥沙样品，完成后将采样器提到甲板上，取出采样管中的泥沙样品，送实验室分析、计算等。

根据采样河床区域环境的不同及采集泥沙多少的要求，可配备不同长度的采样管，子弹大小及装药量按需改变，配重负载大小亦可随之改变，从而实现不同的采样深度。

本发明与现有技术相比，有以下优点：

1、利用子弹的爆炸力推动活塞运动，把采样管打入河床泥沙中，在不破坏河床泥沙淤积层次结构的情况下，河床泥沙按原样进入采样管。采样完成后，将采样器提出水面，卸下采样管，取出泥沙样品，即可以进行相应的分析。此采样器可用于深水河床(或海床)的泥沙(或矿物)标本采样问题。

2、采用火药作为动力源，通过选用不同型号(装药量)的子弹可以获得不同的动力，以适应不同的采样管尺寸和工况(采样深度)。通过击发绳对击发扳机施加力而击发，结构更简单、可靠。采用火药推动与其他驱动方式相比，使整体结构更简单、紧凑，制造成本大大降低。

3、采样管通过螺纹连接在活塞上，拆卸、更换方便。同时，可在不破坏天然样品的情况下采集到具有代表性深度(0～1米)的样品，且样品在采样器上提中不丢失。

4、整个系统结构简单，制造容易，使用维护方便，寿命长。

附图说明：

图1是本发明采样器总体结构示意图。

图2是采样体结构示意图。

图3是解脱销和解脱销压簧局部剖视图。

图4为图3的A向视图。

图5是手栓与管体局部视图。

具体实施方式：

参见图1，采样体3通过固定环5固定在支架4上，支架底部有三脚支撑39，在支架上安装有配重负载6。

参见图2，管体32与活塞管31套合，活塞管31第一(左)端攻有内螺纹，用以连接端盖8，与端盖8相配合装有制动环9，活塞10通过活塞环30与活塞管31配合，在其第一(左)端通过螺纹连接有采样管7，在采样管7第一(左)端通过螺纹连接有防漏倒刺33，弹膛29通过螺纹连接在活塞管31第二(右)端，二者之间装有垫圈28，无弹头子弹13装在弹膛29内，机头体14套合装在管体32右端，机头体14第二(右)端装有复进簧17，复进簧17第二(右)端与法兰盖18相配合，法兰盖18则通过尾管盖20固定，尾管盖18与管体32之间采用螺纹连接。撞针15安装在机头体14的撞针腔内。撞针15的尾部有扣环21，扣环21与尾管盖18之间装有击发簧19。击发簧19用于驱动撞针15撞击位于弹膛29内子弹13。击发扳机26通过销27与管体32铰连，扳机固件22通过螺钉24安装在管体32上，拉簧23一端与扳机固件22相连，另一端与击发扳机26相连。

参见图3、图4，撞针15上开有径向孔35，其内装有解脱销压簧16和解脱销25。机头体14上开有与解脱销25相配合的导向槽34和锁止孔36。击发扳机尾部作用于解脱销25的小端。当解脱销25的大端在解脱销压簧16的作用下进入锁止孔36时，撞针15被锁止，撞针15不能在机头体14上的撞针孔内运动。

参见图1～图4，扳机26上安装有击发绳1，拉动击发绳1使击发扳机26尾部施力于解脱销25的小端并压缩解脱销压簧16，使解脱销25的大端离开机头体14的锁止孔36而压入撞针15的径向孔35内而释放撞针15。击发簧19驱动撞针15向左运动，撞击位于弹膛29内子弹13的尾部，使子弹13爆炸。

参见图2，撞针15尾部装有扣环21，撞针15在击发簧19驱动向左运动时，通过法兰盖18对扣环21的阻止，从而对撞针15的运动进行限位。

参见图2、图5，活塞管31上安装有螺纹连接的手栓12，管体32上开有手栓止锁槽38，手动拉动手栓可使活塞管31后退，进而迫使机头体14及撞针15压缩复进簧17和击发簧19后退，当手栓12进入手栓止锁槽38锁止时，解脱销25的小端与击发扳机尾部接触，使其处于待击发状态。端盖8与制动环9配合，用来限制活塞的极限位移，且制动环9为橡胶材料，具有较强的缓冲作用。

参见图2，活塞10的端部开有排水孔11，用来排出采样时聚集在采样管内的水、空气。

参见图2，采样管7入口安装的防漏倒刺33为锥形弹簧片形式，且在其前端开有刃口以减小采样管进入河床泥沙时的阻力，采样管7插入河床时，河床泥沙胀开防漏倒刺33的锥形弹簧片进入采样管7，上提采样器时，防漏倒刺33的锥形弹簧片收紧阻止采样管7内的泥沙样本漏出。这样可在不破坏天然河床的情况下采集到具有代表性深度(如0～1米)的样品。

具体工作原理如下：

使用前，首先前推手栓12，将活塞管31连同弹膛29推至左端极限位置，将子弹13装入弹膛29的弹腔内。撞针15和机头体14分别在击发簧19和复进簧17作用下向左运动，当撞针15上的扣环21与法兰盖18接触，撞针15静止不动，而机头体14在复进簧17作用下继续向左运动，当机头体14上的锁止孔36与解脱销25相对时，解脱销25的大端在解脱销压簧16的作用下进入锁止孔36，机头体14与撞针15被锁在一起，由于法兰盖18对撞针15的阻挡限位，进而对机头体14的左向运动进行限位。

子弹装填完毕，向右拉手栓12，使活塞管31后退，并迫使机头体14及撞针15压缩复进簧17和击发簧19后退，当手栓12进入手栓槽38锁止时，解脱销25的小端与击发扳机尾部接触，使其处于待击发状态。采样器就准备好了。

然后，通过连接在采样器支架4的吊环2上的缆绳把采样器放入河床(或海床)上，拉动击发绳1对击发扳机26施力，击发扳机26把解脱销25向内压，使解脱销25的大端离开机头体14的锁止孔36而压入撞针15的径向孔35内而释放撞针15。击发簧19驱动撞针15撞击位于弹膛29内子弹13的尾部，使子弹13爆炸。子弹13爆炸推力驱动活塞10及采样管7向前运动，采样管7被打入河床(或海床)泥沙中。河床上的泥沙样本经防漏倒刺33进入采样管7，采样管7中原有的空气或水经活塞10上的孔11排出，再经采样管7与端盖8和制动环9之间的间隙排出采样体外。采样完毕，将采样器提到测量船甲板上，卸下采样管7，取出采样管7中的泥沙样品，送实验室分析计算等。

上述实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

Claims (7)

1.深水床沙采样器，其特征在于带击发板机(26)和受击发扳机控制的采样管(7)的采样体(3)通过固定环(5)固定在支架(4)上，在支架(4)上安装有配重负载(6)，支架(4)上的吊环(2)用于连接提升采样器的钢缆，击发绳(1)的一端与采样体(3)上的击发扳机(26)连接。

2.根据权利要求书1所述的深水床沙采样器，其特征在于采样体(3)中有管体(32)、位于管体内与管体第一端套合的活塞管(31)，活塞管(31)第一端有端盖(8)、与端盖(8)相配合的制动环(9)，活塞(10)通过活塞环(30)与活塞管(31)配合，活塞(4)的第一端螺纹连接有采样管(7)，弹膛(29)螺纹连接在活塞管(31)第二端，弹膛与活塞管间装有垫圈(28)，无弹头子弹(13)装在弹膛(29)内，机头体(14)套合装在管体(32)第二端上，机头体(14)第二端装有复进簧(17)和法兰盖(18)，复进簧(17)第二端与法兰盖(18)相配合，尾管盖(20)螺纹连接在管体(32)第二端外周上且将法兰盖(18)固定，撞针(15)安装在机头体(14)的撞针腔内，撞针(15)的尾部有扣环(21)，扣环(21)与尾管盖(20)之间装有击发簧(19)，击发簧(19)用于驱动撞针(15)撞击位于弹膛(29)内子弹(13)，击发扳机(26)通过销(27)铰接在管体(32)相对机头体位置，扳机固件(22)通过螺钉(24)安装在管体(32)上，拉簧(23)一端与扳机固件(22)相连而另一端与击发扳机(26)相连，撞针(15)上有径向孔(35)，解脱销压簧(16)和解脱销(25)依次装在径向孔(35)中，击发扳机(26)尾部作用于解脱销(25)一端。

3.如权利要求2所述的深水床沙采样器，其特征在于机头体(14)上有与解脱销配合的轴向导向槽(34)和与解脱销上的锁止部(37)配合的锁止孔(36)。

4.根据权利要求书2或3所述的深水床沙采样器，其特征在于活塞.管(31)螺纹连接有手栓(12)，管体(32)上开有手栓锁止槽(38)，手动拉动手栓可使活塞管(31)后退，进而迫使机头体(14)及撞针(15)压缩复进簧(17)和击发簧(19)后退，当手栓(12)进入手栓锁止槽(38)锁止时，解脱销(25)的一端与击发扳机(26)尾部接触，使其处于待击发状态。

5.根据权利要求书2或3所述的深水床沙采样器，其特征在于采样管(7)与活塞(10)螺纹连接，活塞(10)上开有排水孔(11)，用来排出采样时聚集在采样管内的水、空气。

6.根据权利要求书1或2或3所述的深水床沙采样器，其特征在于采样管(7)入口安装有含锥形弹簧片的锥形防漏倒刺(33)、且在其前端开有刃口以减小采样管进入河床泥沙时的阻力，采样管(7)插入河床时，河床泥沙胀开防漏倒刺(33)的锥形弹簧片进入采样管(7)，连接在支架(4)上的吊环(2)上的钢缆上提采样器时，防漏倒刺(33)的锥形弹簧片收紧阻止采样管(7)内的泥沙样本漏出。

7.根据权利要求书1或2或3所述的深水床沙采样器，其特征在于支架(4)底部有三脚支撑(39)。

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