CN102108331A - 一种深海微生物多级膜取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海机械装置，具体是指一种用于深海微生物的取样装置。本发明中包括伸缩采集头，三柱塞海水泵和多级膜过滤保压取样筒，直流无刷电机与柱塞海水泵连接，三柱塞海水泵的进口处连接有采集头吸管、出口处连接六通转接管；六通转接管的五个出口分别连接一组两级膜过滤保压筒，每组过滤保压筒的进口连接有单向阀、过滤保压筒的出口连接有电磁单向阀，电磁阀直通海水。本发明的优点是可以准确的控制时间；柱塞泵流量的稳定，工作压力高，可以适应多级过滤膜的过滤系统；可以保护采集头，又可以实现定点取样。本发明在海洋研究、采集业可广泛使用。

Description

一种深海微生物多级膜取样装置

技术领域

本发明涉及一种深海机械装置，具体是指一种用于深海微生物的取样装置。

技术背景

对于海底微生物的研究，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。浓缩取样的采样方式，就是利用设备的抽吸和过滤设计使海水进入取样器进行采样，即属于主动取样。

目前海底微生物取样器一般是单级过滤系统，取得的微生物样品杂质较多，对研究和分析产生很大影响，因此有必要采用多级膜过滤系统。

利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的泵称为柱塞泵，和其他泵相比，柱塞泵具有的优点有：容积效率高，运转平稳，流量均匀性好，噪声低，工作压力高。在深海微生物的过滤采样中，过滤膜的孔隙很小，需要较大的过滤压差，另外深海微生物浓度很低，往往需要过滤较多的水量才能获取需要的量，因此流量的确定对研究其浓度很重要。这些都可以通过柱塞泵得到解决。

采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的电机称为直流无刷电机。直流无刷电机相比普通电机优点有：转速可调范围大，闭式控制的电机转速稳定，受负载影响很小。

取样器随框架下放到深海以后，需要将采集头吸管伸出到框架外进行采样，而在下放过程中为了保护采集头吸管，要将采集头吸管收入框架内，因此设计可以伸缩的采集头对于深海取样器来说也有必要。

采样结束后，保压取样筒会在缆绳的作用下随框架一起被提回海平面，而在这个上升的过程中，保压筒外面的压力在不断降低，每上升100m则会降1MPa，最终当保压筒提到海平面后，保压筒外面的压力降为零，但其内部仍然保持了取样点的原位压力。保压筒体在内压的作用会由于弹性变形产生体积膨胀，再加上其他弹性体(如密封件等)的变形，系统很难达到预期的保压效果，因此还需要通过增加压力补偿装置来实现半主动保压。

深海微生物生活环境压力很高，取样获得的样品要保持在高压的环境下，否则就会因为失压死亡，如何在高压的条件下转移微生物到后续的培养或其他设备中也是比较困难的一个问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出了一种深海微生物多级膜取样装置。

为了解决以上问题，本发明是通过如下技术方案实现：

一种深海微生物多级膜取样装置，包括伸缩采集头，三柱塞海水泵和多级膜过滤保压取样筒，其特征在于：

直流无刷电机与柱塞海水泵连接，三柱塞海水泵的进口处连接有采集头吸管、出口处连接六通转接管；六通转接管的五个出口分别连接一组两级膜过滤保压筒，每组过滤保压筒的进口连接有单向阀、过滤保压筒的出口连接有电磁单向阀，电磁阀直通海水；深海作业一直是人类艰难涉及的领域，为了能实现深液作业的良好的效果，必须通过机械方式实现。本发明为了能在深液采集到相应的微生物，必须设计一种特定的装置，可以在深海长时间运行。所以本发明设置有多个采集头吸管，这样可以在深海作业更长时间；否则在装置下到深海、以及从深海回到海面都需要好多个小时，浪费更多的时间；为此，本发明设计五组过滤保压筒，可以更经济；但若再多的设置过滤保压筒，则从经济角度、动力配置等不具有可靠性。同时，为了在深海更好地采集到微生特，需要不断过滤海水，首先把海水中的较精杂质去除，即通过一级过滤保压筒，其中的过滤膜孔径较大，一般第一级膜的平均孔径为5毫米，过滤较大颗粒的深海悬浮物；第二级膜的平均孔径为1.5～2.5毫米，用于过滤微生物，当然，在本装置中，若为了采集更为特殊的微生物，也可以调整其中的膜孔径。

作为优选，上述装置中的采集头和柱塞海水泵都与直流无刷电机连接，在深海采集微生物，为了取得足够的量，需要较长的时间，需要不断对海水进行过滤，把微生特截留下来，而采用柱塞海水泵等在运行过程中较为平稳，有利于微生物不受损伤。

作为优选，上述装置中五组过滤保压筒、柱塞泵和伸缩采集头使用单独的框架固定，泵与过滤保压筒、泵和伸缩采集头的吸管之间均采用软管连接，在深海具有很大的压力，一般的装置都无法在深海正常运行，为了确保装置的安全，所以在装置中都单独设置了框架固定确保装置能正常使用。

作为优选，上述装置中两级过滤膜之间连接有三通截止阀，截止阀上留有一个接口，此处的截止阀是一个可开闭的接口，可以用于将样品更方便的转移。

作为优选，上述装置中每组过滤保压筒都与一个蓄能器连接，由于深海的压力很大，本发明中所采集的微生物一般也是都生存在深液的状态中的，为了确保微生物的存活，所以在采集过程中、中采集之后都需要给微生物提供一个适合其生存的环境，而本发明的装置的压力控制也是非常关键；若在采集过程中、或在采集后离开海面之后，因压力变化超过10％等环境因素很可能会导致微生物的死亡；所以本发明中，与过滤保压筒都连接一个蓄能器，可以随时调节过滤保压筒的压力与深海的压力相当，确保微生物的环境变化不大。

作为优选，上述装置中每组保压筒的进口、出口处分别与单向阀、电磁单向阀连接，可以实现样品的密封，可以实现样品的密封。

本明中的阀门包括阀体、球面密封件、球形阀芯和阀杆。

有益效果是：

(1)本发明提出了使用闭环控制的直流无刷电机进行驱动的系统，可以准确的控制电机的转速，并根据转速合理设定需要运转的时间。

(2)本发明提出了利用柱塞泵抽取海水样品，由于柱塞泵流量的稳定，工作压力高，可以适应多级过滤膜的过滤系统，并且可以根据电机的转速和运转时间确定通过的流量。

(3)本发明提出了由两级保压筒进行多级膜过滤，第一级膜可以过滤无用的杂质颗粒，第二级膜可以过滤出较纯净的微生物，可以解决微生物样品含杂质的问题。

(4)本发明提出了多组保压筒并联的取样方式，结合电磁单向阀的控制，可以实现在不同的水深取不同的样品。

(5)本发明提出了可伸缩的采集头吸管，既可以保护采集头，又可以实现定点取样。

附图说明

图1是本发明的可伸缩采集头吸管收回状态示意图。

图2是可伸缩采集头吸管伸出状态示意图。

图3是直流无刷电机和柱塞泵安装在框架内的示意图。

图4是五组取样保压筒安装在框架内的示意图。

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。

实施例1

一种深海微生物多级膜取样装置，包括伸缩采集头2，三柱塞海水泵3和多级膜过滤保压筒5，直流无刷电机1与三柱塞海水泵3连接，三柱塞海水泵3的进口处连接有采集头2、出口处连接六通转接管8；六通转接管8的五个出口分别连接一组两级膜过滤保压筒5，每组过滤保压筒5的进口连接有单向阀4、过滤保压筒5的出口连接有电磁单向阀6，电磁阀直通海水。三通截止阀7组成的过滤保压筒5和一个六通转接管8，每组过滤保压筒5与一个蓄能器9连接。

采集头2上有6根吸管，其中一只吸管的末端通过软管和三柱塞海水泵3的进口连接，三柱塞海水泵3的出口通过软管连接到六通转接管8，形成整个系统。

采集头2由直流无刷电机1带动的丝杠驱动，从收回状态开始运动，运动到伸出状态，为了防止行进到极限位置卡死，通过设定电机的转速和运转时间来控制采集头的运动行程。

采集头2伸出到指定位置后，打开五个电磁单向阀6中的一个，然后开启驱动泵的直流无刷电机1，抽取海水进行取样。通过设定电机的转速和运转时间，可以控制通过系统的海水的流量，进而可以知道深海微生物被浓缩的程度。

需要更换位置进行采样时，有两种方式可以选择：第一种是不关闭三柱塞海水泵3的方式，先打开需要取样的那组过滤保压筒5的电磁单向阀6，再关闭不需要取样的那组过滤保压筒5即可；第二种是两次取样的地点或时间差距较大，取样器需要随框架拖动到下一取样点的方式，此时需要先关闭三柱塞海水泵3和正在取样的那组过滤保压筒5的电磁单向阀6，再将采集头2收回至框架内，待到了下一个取样点之后，重复第一次取样的动作。

取样完成后，关闭三柱塞海水泵3，过滤保压筒5的电磁单向阀6，收回采集头2，取样过程结束，取样器可以随框架被提出海面。上升的过程中，随着外界环境压力的降低，过滤保压筒5内部的压力高于外界压力，过滤保压筒5发生变形导致筒内压力降低，此时蓄能器9会向保压筒5内输送补压水，使保压筒5内的压力维持在许可的范围内。

取出样品的办法是：将电磁单向阀6的出口连接高压泵，三通截止阀7的接口用毛细管连接到其他的设备，利用高压泵通过电磁单向阀6向高压筒内充入蒸馏水，微生物的样品在蒸馏水的冲击下会从三通截止阀7的出口处，随着水流流进后续的设备中，以供其他研究。

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。例如串联的过滤膜的数量可以是三个或更多，并联的保压筒可以是四组或其他数量，泵的柱塞可以是单个或其他数量。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 (7)

1.一种深海微生物多级膜取样装置，包括伸缩采集头(2)，三柱塞海水泵(3)和多级膜过滤保压筒(5)，其特征在于：

直流无刷电机(1)与三柱塞海水泵(3)连接，三柱塞海水泵(3)的进口处连接有采集头(2)吸管、出口处连接六通转接管(8)；六通转接管(8)的五个出口分别连接一组两级膜过滤保压筒(5)，每组过滤保压筒(5)的进口连接有单向阀(4)、过滤保压筒(5)的出口连接有电磁单向阀(6)，电磁单向阀(6)直通海水。

2.根据权利要求1所述的一种深海微生物多级膜取样装置，其特征在于，所述采集头(2)和三柱塞海水泵(3)都与直流无刷电机(1)连接。

3.根据权利要求1所述的一种深海微生物多级膜取样装置，其特征在于，所述五组过滤保压筒(5)、三柱塞海水泵(3)和伸缩采集头(2)使用单独的框架固定，三柱塞海水泵(3)与过滤保压筒(5)、三柱塞海水泵(3)与伸缩采集头(2)的吸管之间均采用软管连接。

4.根据权利要求1所述的一种深海微生物多级膜取样装置，其特征在于所述过滤保压筒(5)的过滤采用两级过滤膜串联的方式，过滤膜的通过孔径不同，第一级膜的平均孔径为5毫米，第二级膜的平均孔径为1.5～2.5毫米。

5.根据权利要求4所述的一种深海微生物多级膜取样装置，其特征在于两级过滤膜之间连接有三通截止阀(7)，三通截止阀(7)上留有一个接口。

6.根据权利要求1所述的一种深海微生物多级膜取样装置，其特征在于所述每组过滤保压筒(5)都与一个蓄能器(9)连接。

7.根据权利要求6所述的一种深海微生物多级膜取样装置，其特征在于所述每组保压筒(5)的进口、出口处分别与单向阀(4)、电磁单向阀(6)连接。

Images