CN102537348B - 多通道水下进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于进样装置技术领域，公开了一种多通道水下进样装置，该装置包括转筒基座部分和电机部分，转筒基座部分和电机部分以键进行连接。本发明的进样装置结构简洁，可靠性高；本发明的进样装置适应各种水下作业深度，首先与传统的密封电机比较，克服了单侧旋转密封的困难；当电机处于深水高压环境时，外界压力通过隔膜传递到内部的绝缘液体上，通过压缩内部的绝缘液体来升高内部的压力，保证外界的水和内部的液体在压力上达到平衡，各部分密封体在这种绝对压力高，压力差小的情况下可靠性非常高，提高了密封性能和耐压表现，软管扣紧装置能够根据深度环境自动调整压紧力，使其适应于不同深度的作业环境。

Description

多通道水下进样装置

技术领域

本发明属于进样装置技术领域，涉及一种多通道水下进样装置。

背景技术

随着海底原位分析仪器研制的不断深入，经常需要进行一些复杂进样切换。传统水下进样装置多采用常压内腔结构，需要做比较复杂的密封结构，并且使用深度受到很大的限制，可靠性也不高。近年来出现了一些充油电机，多采用活塞结构作为其补偿装置，这种结构在深海使用时补偿活塞内壁受到腐蚀或者污染时将有可能出现故障，并且随着深度的变化需要调整活塞的大小，否则就会非常笨重，显得不够简便。而且面对复杂的进样时序要求，经常需要几个甚至几十个进样装置，大大增加了系统结构的复杂性。上述结构使得水下进样装置在深度适应性、结构合理性、结构效率、可靠性方面有很大的提升空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种能适应各种作业水深，多进样通道、结构简单、可靠性高的多通道水下进样装置。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种多通道水下进样装置，该装置包括转筒基座部分和电机部分，转筒基座部分和电机部分以键进行连接。

所述的转筒基座部分包括转筒基座、聚四氟乙烯后轴座、聚四氟乙烯前轴座、锁紧轴、垫圈、轴套、转轴、软管、弹簧锁扣、软管锁扣和转筒；转筒位于转筒基座内，转筒基座一端的中央圆孔连接聚四氟乙烯前轴座，另一端中央圆孔连接聚四氟乙烯后轴座，聚四氟乙烯前轴座和聚四氟乙烯后轴座由螺栓固定在转筒基座上，轴套用螺栓固定于转筒中央通孔，软管锁扣、垫圈间隔地依次套在转轴上，转轴的两端用螺母固定于转筒基座上；弹簧锁扣依次套在锁紧轴上，锁紧轴的两端用螺母固定在转筒基座上，软管位于软管锁扣与转筒之间，用弹簧锁扣固定。

所述的转筒基座前半部分为圆柱形，后半部分呈方形，圆柱中心以及相应延伸点设有圆孔，圆孔周围设有小通孔，用以安装固定聚四氟乙烯前轴座和聚四氟乙烯后轴座，方形部分端面设有4个通孔，用以连接拉紧底部锁扣，圆柱部分端面内部设有环形凸台，以此作为轴向拉紧限位，转筒基座轴座孔同一水平面上两侧各设有一个通孔，用以安装软管锁扣的转轴和锁紧轴。

所述的转筒截面呈正六角形，六个棱角倒圆，截面中央设有中央孔，穿入轴套，通过螺栓将轴套与转筒连接固定。

所述的软管锁扣呈半圆环形，中央刻有沟槽，一端设有孔与转轴连接，另一端设有翘耳。

所述的弹簧锁扣包括螺栓、螺母、垫片和弹簧，连接方式是螺栓通过软管锁扣翘耳的U形槽从下往上穿过，垫片、弹簧、垫片依次套过螺栓压住翘耳，螺母压住垫片。

所述的电机部分包括直流电机定子、直流电机转子、直流电机转轴、第一轴承、第二轴承、电机外壳、前端盖、前端盖基座、水密电气连接座、隔膜、保护罩、底部锁扣和连杆；

第一轴承位于电机外壳后端轴承基座内，直流电机定子固定在电机外壳上，水密电气连接座加上密封件之后通过螺纹副与电机外壳连接固定，并与直流电机定子形成电气连接，直流电机转轴与直流电机转子连接固定，前端通过第二轴承固定在前端盖基座上，前端盖加上密封件后通过四个螺栓固定于前端盖基座上，前端盖基座加上密封件后固定于电机外壳内，直流电机转轴位于第一轴承的轴承内圈；隔膜边缘凸起嵌入电机外壳凹槽内，位于电机外壳的底部中央，隔膜另外一端边缘凸起嵌入保护罩相应的凹槽内，底部锁扣压紧保护罩边缘，底部锁扣通过4个连杆与转筒基座连接。

所述的多通道水下进样装置上部为方形，下部为圆柱形。

所述的电机外壳内部填充绝缘液体。

所述的电机外壳呈杯状，内腔为圆柱空间，设置台阶为安装轴承，与前端盖基座属于间隙配合连接；台阶后部留有空间，用以进行压力补偿；电机外壳底部断面有截面为三角形的凹槽，为了与隔膜之间形成密封，并防止隔膜滑脱；电机外壳靠近端部外圆周面设有4个尖角凸起，为了限制电机与转筒基座之间的旋转位移，尖角凸起末端设有台阶。

所述的隔膜为圆形薄膜，正反面圆周边缘设有截面为三角形的凸起，为了嵌入电机外壳及保护罩的凹槽。

所述的保护罩为圆球形凸面，边缘设有截面为三角形的凹面，对应隔膜凸起的安装固定，球面上设有孔。

所述的底部锁扣为圆环形附加4个锁紧耳的薄板，圆环部分压紧保护罩，4个锁紧耳的薄板中央设有通孔，通过连杆与转筒基座相应的4个孔连接拉紧。

所述的前端盖为圆柱形，中央设有圆孔，与直流电机转轴形成间隙配合，下部设有密封件安装槽，装入密封件后与直流电机转轴形成旋转密封，端面设有4个沉孔，用以与前端盖基座锁紧固定。

所述的前端盖基座为镜像密封封头形式，下部较小直径外圆周面设有密封件凹槽，与电机外壳端口形成径向密封，上部圆柱中间设有一个圆柱形槽，与前端盖的圆柱面形成间隙配合，圆柱形槽的底面有4个螺纹孔，用以连接前端盖，圆柱形槽底部中央设有通孔，与直流电机转轴形成间隙配合。

当水下进样装置处于深水中时，外界水压通过隔膜作用在绝缘液体上。此时隔膜包括电机空隙内的绝缘液体会受到压缩，由帕斯卡定律可知，最后的平衡状态时，囊体内部的压力与外界海水的压力相等。而所有的密封体两面由于受到的压力几乎总是相同，当电机运行时电机内部压力会比外界压力高一些，这两种情况下都不可能使得外界的水进入深水电机的内部，所以都保证了水下电机能自适应各种深度。转筒部分的软管受到水压的情况下会缩小，准确的讲是软管会变薄，长度方向伸长，这导致转筒与软管锁扣之间的间隙变大，此时锁扣弹簧会自动调节间隙，整个装置仍能正常运行。软管锁扣中央刻有较浅沟槽以达到进一步调整输送压力的目的，防止在流路进样阻力较大的情况下发生脱管的意外。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明的进样装置适应各种水下作业深度，首先与传统的密封电机比较，克服了单侧旋转密封的困难；当电机处于深水高压环境时，外界压力通过隔膜传递到内部的绝缘液体上，通过压缩内部的绝缘液体来升高内部的压力，保证外界的水和内部的液体在压力上达到平衡，各部分密封体在这种绝对压力高，压力差小的情况下可靠性非常高，提高了密封性能和耐压表现，软管扣紧装置能够根据深度环境自动调整压紧力，使其适应于不同深度的作业环境。

2、本发明的进样装置结构简洁，可靠性高；整个水下电机与普通电机在体积上增大的地方在于电机外壳1的补偿部分，事实上由于内部空隙油体积很小，高压下压缩的绝对体积是很小的，通过隔膜的凹凸运动便能够补偿不同的压力环境，按照这个体积来做结构显得非常紧凑达到最优，与活塞作为油压补偿的方式相比，隔膜补偿的可靠性更高，活塞补偿的内壁必须考虑腐蚀导致的密封公差超限，以至于密封失效，或者生物附着导致的活塞卡死，造成内部压力无法释放的危险。而隔膜补偿这种方式结构相当简洁，只要皮囊不破坏它的油压补偿性能将是持久和可靠的。

3、本发明的进样装置能够满足复杂的进样切换要求，按照本发明的结构，原则上可以负载很多通道的进样，通过正反向的管路安装可以组成复杂的进样方案。

附图说明

图1为本发明的多通道水下进样装置主结构主视图。

图2为本发明的多通道水下进样装置主结构主视图的A-A向视图。

图3为本发明的多通道水下进样装置的电机外壳俯视图。

图4为本发明的多通道水下进样装置的电机外壳主视图。

图5为本发明的多通道水下进样装置的前端盖俯剖视图。

图6为本发明的多通道水下进样装置的前端盖主视图。

图7为本发明的多通道水下进样装置的隔膜主视图。

图8为本发明的多通道水下进样装置的隔膜俯视图。

图9为本发明的多通道水下进样装置的保护罩主视图。

图10为本发明的多通道水下进样装置的保护罩俯视图。

图11为本发明的多通道水下进样装置的转筒基座主视图。

图12为本发明的多通道水下进样装置的转筒基座俯视图。

图13为本发明的多通道水下进样装置的软管锁扣俯视图。

图14为本发明的多通道水下进样装置的软管锁扣主视图。

图15为本发明的多通道水下进样装置的转筒主视图。

图16为本发明的多通道水下进样装置的转筒俯视图。

图17为本发明的多通道水下进样装置的底部锁扣主视图。

图18为本发明的多通道水下进样装置的底部锁扣俯视图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图1所示，图1为本发明的多通道水下进样装置主结构主视图。一种多通道水下进样装置，包括转筒基座部分和电机部分，转筒基座部分和电机部分以键进行连接。

转筒基座部分包括转筒基座14、聚四氟乙烯后轴座15、聚四氟乙烯前轴座18、锁紧轴17、垫圈16、轴套19、转轴20、软管22、弹簧锁扣23、软管锁扣24和转筒21；

如图2所示，图2为本发明的多通道水下进样装置主结构主视图的A-A向视图。转筒21位于转筒基座14内，转筒基座14一端的中央圆孔连接聚四氟乙烯前轴座18，另一端中央圆孔连接聚四氟乙烯后轴座15，聚四氟乙烯前轴座18和聚四氟乙烯后轴座15由螺栓固定在转筒基座14上，轴套19用螺栓固定于转筒21中央通孔，软管锁扣24、垫圈16间隔地依次套在转轴20上，转轴20的两端用螺母固定于转筒基座14上；

弹簧锁扣23依次套在锁紧轴17上，锁紧轴17的两端用螺母固定在转筒基座14上，软管22位于软管锁扣24与转筒21之间，用弹簧锁扣23固定。

图11为本发明的多通道水下进样装置的转筒基座主视图；图12为本发明的多通道水下进样装置的转筒基座俯视图。转筒基座14前半部分为圆柱形，后半部分呈方形，圆柱中心以及相应延伸点设有圆孔，圆孔周围设有小通孔，用以安装固定聚四氟乙烯前轴座18和聚四氟乙烯后轴座15，方形部分端面设有4个通孔，用以连接拉紧底部锁扣9，圆柱部分端面内部设有环形凸台，以此作为轴向拉紧限位，转筒基座14轴座孔同一水平面上两侧各设有一个通孔，用以安装软管锁扣24的转轴20和锁紧轴17。

图15为本发明的多通道水下进样装置的转筒主视图；图16为本发明的多通道水下进样装置的转筒俯视图。转筒21截面呈正六角形，六个棱角倒圆，截面中央设有中央孔，穿入轴套19，通过螺栓将轴套19与转筒21连接固定。

图13为本发明的多通道水下进样装置的软管锁扣俯视图；图14为本发明的多通道水下进样装置的软管锁扣主视图。所述的软管锁扣24中央刻有沟槽，以达到进一步调整输送压力的目的，防止在流路进样阻力较大的情况下发生脱管的意外。软管锁扣24呈半圆环形，一端设有孔与转轴20连接，另一端设有翘耳，弹簧锁扣23包括螺栓、螺母、垫片和弹簧，连接方式是螺栓通过软管锁扣24翘耳的U形槽从下往上穿过，垫片、弹簧、垫片依次套过螺栓压住翘耳，螺母压住垫片。

电机部分包括直流电机定子2、直流电机转子3、直流电机转轴7、第一轴承5、第二轴承4、电机外壳1、前端盖12、前端盖基座13、水密电气连接座11、隔膜6、保护罩8、底部锁扣9和连杆10；

第一轴承5位于电机外壳1(图3为本发明的多通道水下进样装置的电机外壳俯视图；图4为本发明的多通道水下进样装置的电机外壳主视图。)后端轴承基座内，直流电机定子2固定在电机外壳1上，水密电气连接座11加上密封件之后通过螺纹副与电机外壳1连接固定，并与直流电机定子2形成电气连接，直流电机转轴7与直流电机转子3连接固定，前端通过第二轴承4固定在前端盖基座13上，前端盖12加上密封件后通过四个螺栓固定于前端盖基座13上，前端盖基座13加上密封件后固定于电机外壳1内，直流电机转轴7位于第一轴承5的轴承内圈；

图7为本发明的多通道水下进样装置的隔膜主视图；图8为本发明的多通道水下进样装置的隔膜俯视图。隔膜6边缘凸起嵌入电机外壳1凹槽内，位于电机外壳1的底部中央，隔膜6另外一端边缘凸起嵌入保护罩8相应的凹槽内，底部锁扣9压紧保护罩8边缘，底部锁扣9通过4个连杆10与转筒基座14连接。

多通道水下进样装置上部为方形，下部为圆柱形；电机外壳1内部填充绝缘液体。

电机外壳1呈杯状，内腔为圆柱空间，设置台阶为安装轴承，与前端盖基座13属于间隙配合连接；台阶后部留有空间，用以进行压力补偿；电机外壳1底部断面有截面为三角形的凹槽，为了与隔膜6之间形成密封，并防止隔膜6滑脱；电机外壳1靠近端部外圆周面设有4个尖角凸起，为了限制电机与转筒基座14之间的旋转位移，尖角凸起末端设有台阶。

隔膜6为圆形薄膜，正反面圆周边缘设有截面为三角形的凸起，为了嵌入电机外壳1及保护罩8的凹槽。

图9为本发明的多通道水下进样装置的保护罩主视图；图10为本发明的多通道水下进样装置的保护罩俯视图。保护罩8为圆球形凸面，边缘设有截面为三角形的凹面，对应隔膜6凸起的安装固定，球面上设有孔。

图17为本发明的多通道水下进样装置的底部锁扣主视图；图18为本发明的多通道水下进样装置的底部锁扣俯视图。底部锁扣9为圆环形附加4个锁紧耳的薄板，圆环部分压紧保护罩8，4个锁紧耳的薄板中央设有通孔，通过连杆10与转筒基座14相应的4个孔连接拉紧。

图5为本发明的多通道水下进样装置的前端盖俯剖视图。图6为本发明的多通道水下进样装置的前端盖主视图。前端盖12为圆柱形，中央设有圆孔，与直流电机转轴7形成间隙配合，下部设有密封件安装槽，装入密封件后与直流电机转轴7形成旋转密封，端面设有4个沉孔，用以与前端盖基座13锁紧固定。

前端盖基座13为镜像密封封头形式，下部较小直径外圆周面设有密封件凹槽，与电机外壳1端口形成径向密封，上部圆柱中间设有一个圆柱形槽，与前端盖12的圆柱面形成间隙配合，圆柱形槽的底面有4个螺纹孔，用以连接前端盖12，圆柱形槽底部中央设有通孔，与直流电机转轴7形成间隙配合。

其安装方式：

转筒基座部分：将转筒21放入转筒基座14相应位置，先在转筒基座14一端中央圆孔嵌入一个聚四氟乙烯前轴座18，由螺栓固定在转筒基座14上，轴套19穿入转筒21中心后用螺栓固定，在转筒基座14另一端中央圆孔嵌入一个聚四氟乙烯后轴座15，由螺栓固定在转筒基座14上。

电机部分：将直流电机定子2装入电机外壳1中，将水密电气连接座11通过螺纹安装到电机外壳1上，连接直流电机定子2与水密电气连接座11之间的连接线并预留出直流电机转子3的线头。安装下部第一轴承5，装入直流电机转子3，焊接直流电机转子3与水密电气连接座11之间的电器连接线。前端盖基座13上安装密封件以及第二轴承4后，推入电机外壳1端口内。前端盖12加入密封件后推入前端盖基座13，并用螺栓拧紧。

将转筒基座部分倒置，电机部分也倒置，直流电机转轴7插入轴套19，通过键连接传动。4根连杆10穿入转筒基座14孔内，并用螺母限位。往电机内部灌入绝缘液体，放上隔膜6，放上保护罩8，放上底部锁扣9并连接拧紧4个连杆10。拧下电机外壳1预留的灌液孔堵头，进行去泡操作，完毕后安装上堵头。

本发明的工作过程：

当多通道水下进样装置处于深水中时，外界水压通过隔膜作用在绝缘液体上。此时隔膜包括电机空隙内的绝缘液体会受到压缩，由帕斯卡定律可知，最后的平衡状态时，电机内部的压力与外界海水的压力相等。而所有的密封体两面由于受到的压力几乎总是相同，当电机运行时电机内部压力会比外界压力高一些，这两种情况下都不可能使得外界的水进入深水电机的内部。电机定子轴将动力传给轴套，轴套带动转筒旋转，转筒与软管锁扣互相挤压软管，将样品输送出去。采用的弹簧锁紧装置让进样装置能适应各种压力环境，通过管路的正反接入及时序设置可以衍生出各种复杂的进样方案。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多通道水下进样装置，其特征在于：该装置包括转筒基座部分和电机部分，转筒基座部分和电机部分以键进行连接；

所述的转筒基座部分包括转筒基座（14）、聚四氟乙烯后轴座（15）、聚四氟乙烯前轴座（18）、锁紧轴（17）、垫圈（16）、轴套（19）、转轴（20）、软管（22）、弹簧锁扣（23）、软管锁扣（24）和转筒（21）；

转筒（21）位于转筒基座（14）内，转筒基座（14）一端的中央圆孔连接聚四氟乙烯前轴座（18），另一端中央圆孔连接聚四氟乙烯后轴座（15），聚四氟乙烯前轴座（18）和聚四氟乙烯后轴座（15）由螺栓固定在转筒基座（14）上，轴套（19）用螺栓固定于转筒（21）中央通孔，软管锁扣（24）、垫圈（16）间隔地依次套在转轴（20）上，转轴（20）的两端用螺母固定于转筒基座（14）上；弹簧锁扣（23）依次套在锁紧轴（17）上，锁紧轴（17）的两端用螺母固定在转筒基座（14）上，软管（22）位于软管锁扣（24）与转筒（21）之间，用弹簧锁扣（23）固定；

所述的电机部分包括直流电机定子（2）、直流电机转子（3）、直流电机转轴（7）、第一轴承（5）、第二轴承（4）、电机外壳（1）、前端盖（12）、前端盖基座（13）、水密电气连接座（11）、隔膜（6）、保护罩（8）、底部锁扣（9）和连杆（10）；

第一轴承（5）位于电机外壳（1）后端轴承基座内，直流电机定子（2）固定在电机外壳（1）上，水密电气连接座（11）加上密封件之后通过螺纹副与电机外壳（1）连接固定，并与直流电机定子（2）形成电气连接，直流电机转轴（7）与直流电机转子（3）连接固定，前端通过第二轴承（4）固定在前端盖基座（13）上，前端盖（12）加上密封件后通过四个螺栓固定于前端盖基座（13）上，前端盖基座（13）加上密封件后固定于电机外壳（1）内，直流电机转轴（7）位于第一轴承（5）的轴承内圈；

隔膜（6）边缘凸起嵌入电机外壳（1）凹槽内，位于电机外壳（1）的底部中央，隔膜（6）另外一端边缘凸起嵌入保护罩（8）相应的凹槽内，底部锁扣（9）压紧保护罩（8）边缘，底部锁扣（9）通过4个连杆（10）与转筒基座（14）连接。

2.根据权利要求1所述的多通道水下进样装置，其特征在于：所述的转筒基座（14）前半部分为圆柱形，后半部分呈方形，圆柱中心以及相应延伸点设有圆孔，圆孔周围设有小通孔，用以安装固定聚四氟乙烯前轴座（18）和聚四氟乙烯后轴座（15），方形部分端面设有4个通孔，用以连接拉紧底部锁扣（9），圆柱部分端面内部设有环形凸台，以此作为轴向拉紧限位，转筒基座（14）轴座孔同一水平面上两侧各设有一个通孔，用以安装软管锁扣（24）的转轴（20）和锁紧轴（17）。

3.根据权利要求1所述的多通道水下进样装置，其特征在于：所述的转筒（21）截面呈正六角形，六个棱角倒圆，截面中央设有中央孔，穿入轴套（19），通过螺栓将轴套（19）与转筒（21）连接固定；所述的软管锁扣（24）呈半圆环形，中央刻有沟槽，一端设有孔与转轴（20）连接，另一端设有翘耳；所述的弹簧锁扣（23）包括螺栓、螺母、垫片和弹簧，连接方式是螺栓通过软管锁扣（24）翘耳的U形槽从下往上穿过，垫片、弹簧、垫片依次套过螺栓压住翘耳，螺母压住垫片。

4.根据权利要求2所述的多通道水下进样装置，其特征在于：所述的多通道水下进样装置上部为方形，下部为圆柱形；所述的电机外壳（1）内部填充绝缘液体；电机外壳（1）呈杯状，内腔为圆柱空间，设置台阶为安装轴承，与前端盖基座（13）属于间隙配合连接；台阶后部留有空间；电机外壳（1）底部断面有截面为三角形的凹槽；电机外壳（1）靠近端部外圆周面设有4个尖角凸起，尖角凸起末端设有台阶；所述的隔膜（6）为圆形薄膜，正反面圆周边缘设有截面为三角形的凸起。

5.根据权利要求2所述的多通道水下进样装置，其特征在于：所述的保护罩（8）为圆球形凸面，边缘设有截面为三角形的凹面，对应隔膜（6）凸起的安装固定，球面上设有孔。

6.根据权利要求2所述的多通道水下进样装置，其特征在于：所述的底部锁扣（9）为圆环形附加4个锁紧耳的薄板，圆环部分压紧保护罩（8），4个锁紧耳的薄板中央设有通孔，通过连杆（10）与转筒基座（14）相应的4个孔连接拉紧。

7.根据权利要求2所述的多通道水下进样装置，其特征在于：所述的前端盖（12）为圆柱形，中央设有圆孔，与直流电机转轴（7）形成间隙配合，下部设有密封件安装槽，装入密封件后与直流电机转轴（7）形成旋转密封，端面设有4个沉孔，用以与前端盖基座（13）锁紧固定。

8.根据权利要求2所述的多通道水下进样装置，其特征在于：所述的前端盖基座（13）为镜像密封封头形式，下部较小直径外圆周面设有密封件凹槽，与电机外壳（1）端口形成径向密封，上部圆柱中间设有一个圆柱形槽，与前端盖（12）的圆柱面形成间隙配合，圆柱形槽的底面有4个螺纹孔，用以连接前端盖（12），圆柱形槽底部中央设有通孔，与直流电机转轴（7）形成间隙配合。