CN103308344A - 一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其包括从上至下依次固定连接的手柄杆、钻杆和旋转捕芯器；旋转捕芯器包括样品管和旋转刀片，样品管本体为一半圆形槽体；半圆形槽体的顶端设有用于与钻杆相连接的连接杆，半圆形槽体的底端外侧面上固设有钻头；旋转刀片的两端分别可转动地连接在所述半圆形槽体的顶端和底端上。本发明克服了现有机械沉积物采样器的缺点，提高了取样成功率和样品完整性，并通过可延长钻杆、加设重锤实现了不同深度水体和沼泽岩芯取样，大大简化了拆装环节，既有效的节约了时间，也满足了研究的需要。

Description

一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置

技术领域

本发明涉及一种水底沉积物采样器，特别涉及一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置。

背景技术

环境变化科学主要目的是通过对冰川、深海沉积物、黄土、冻土、湖泊沉积物、树轮、珊瑚等自然记录的研究来重现地球过去的气候、环境和生态历史，以了解地球系统的过去状况，认识地球环境变化规律(包括变化过程、变化幅度和变化速率)及其控制因素，为预测未来可能出现的全球变化提供必不可少的背景条件和类比模式。

科学钻探取样(芯)的基本要求是：无扰动、无变形、无污染；样品采取连续、完整，取心率达到95％以上；取芯位置准确。但钻探取样时，极易发生扰动、变形、丢样(芯)等现象。

目前，比较适用于湖泊取样的技术有：冰冻取样技术、重力取样技术和活塞取样技术等。然而，仍存在一些有待改进的地方，主要表现在：（1）采样时存在部分扰动，有时甚至会破坏沉积物层序；（2）采样方式单一，对不同采样环境的综合适应性较差，特别是无法满足不同环境条件下的采样工作；（3）沉积物取芯长度较短，对深水沉积物湖芯的采集多数只能达到40～50cm的厚度；（4）取样的成功率不高且造价昂贵，既不利于拆装，而且损坏后难以修复；（5）采样范围有限，无法应用于深水湖泊的连续采样；（6）不能适用于各种质地的湖泊沉积物，对于硬质沉积物，会发生无法钻进的问题，而对于软质沉积物会遇到样品泄露的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置。该装置克服了现有机械沉积物采样器的缺点，提高了取样成功率和样品完整性，并通过可延长钻杆、加设重锤实现了不同深度水体和沼泽岩芯取样，大大简化了拆装环节，既有效的节约了时间，也满足了研究的需要，同时有效地减少了旋转时沉积物对钻体的阻力，提高取样的成功率。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，所述的湖芯采样装置包括从上至下依次固定连接的手柄杆、钻杆和旋转捕芯器；

所述旋转捕芯器包括样品管和旋转刀片，所述样品管本体为一半圆形槽体；所述半圆形槽体的顶端设有用于与所述钻杆相连接的连接杆，该半圆形槽体的底端外侧面上固设有钻头；

所述旋转刀片的两端分别可转动地连接在所述半圆形槽体的顶端和底端上；该旋转刀片的一侧边凸设于所述半圆形槽体弧形壁的一侧边外，旋转刀片的另一侧边临接设置在所述半圆形槽体弧形壁的另一侧边内。

进一步的，所述旋转刀片的另一侧边可沿所述半圆形槽体的内侧壁转动。

进行采样时，通过转动手柄杆带动样品管及钻头旋转180度，即呈半圆形槽体的样品管从旋转刀片的一侧面翻转到旋转刀片的另一侧面，这时所采样品已充满于呈半圆形槽体的样品管中，同时旋转刀片挡在样品管的槽口处，起到挡板作用，可将样品管封闭，保证了所采样品的原位性，避免了软质沉积物泄露现象的发生。

进一步的，所述手柄杆和钻杆为滑配合连接结构，既钻杆可在手柄杆内匹配地滑动；所述手柄杆上设有第一通孔，所述钻杆上设有第一连接孔，所述第一通孔与第一连接孔通过螺栓固定；

所述半圆形槽体的顶端所设的连接杆套设在所述钻杆内，且该连接杆上设有第二通孔，所述钻杆上设有第二连接孔，所述第二通孔与第二连接孔通过螺栓固定。

这样设计的目的在于，可根据需要增加湖芯采样装置的长度，有利于进行连续深度的湖芯取样。

进一步的，所述手柄杆与所述钻杆之间通过一第一外套筒固定连接在一起；

所述手柄杆上设有第一通孔，所述第一外套筒上设有至少一个与所述第一通孔相匹配的第一固定孔，第一通孔与第一固定孔之间通过螺栓固定；

所述钻杆上设有第一连接孔；所述第一外套筒上设有至少一个与所述第一连接孔相匹配的第二固定孔，第一连接孔与第二固定孔之间通过螺栓固定。

进一步的，所述的湖芯采样装置包括至少两个钻杆，各钻杆之间通过连接套筒固定连接在一起；

所述连接套筒上设有至少两个连接固定孔，各钻杆上分别设有与所述连接固定孔相匹配对应的第三连接孔；所述第三连接孔与连接固定孔之间通过螺栓固定。

这样设计的目的在于，可根据需要增加钻杆的数量，在不同的采样深度进行组合，有利于进行连续深度的湖芯取样；需要增加湖芯采样装置的长度，即采用多根钻杆的时候，多根钻杆之间通过连接套筒固定连接在一起。

进一步的，所述连接杆与所述钻杆之间通过一第二外套筒固定连接在一起；

所述钻杆上设有第二连接孔；所述第二外套筒上设有至少一个与所述第二连接孔相匹配的第三固定孔，第二连接孔与第三固定孔之间通过螺栓固定；

所述连接杆上设有第二通孔，所述第二外套筒上设有至少一个与所述第二通孔相匹配的第四固定孔，所述第二通孔与第四固定孔之间通过螺栓固定。

进一步的，所述手柄杆的横向杆柄为中空的管状结构，该横向杆柄内套设有延长杆。在横向杆柄插入延长杆，可以增加旋转力矩，以便于在深度取样时旋转钻体。

进一步的，所述钻杆上设有重锤装置，所述重锤装置包括套设在钻杆上的重锤及固设在所述钻杆上用于承载重锤冲击力的承载限位板。

进一步的，所述的湖芯采样装置还包括支撑架，所述支撑架的顶部设有滑轮；该滑轮上套设有钢丝绳，所述钢丝绳的一端与所述重锤连接，该钢丝绳的另一端为自由端。

进一步的，所述样品管内径为70mm，外径为80mm，长度为100cm；管体材料为低碳合金钢。

本发明的工作原理如下：

通过下压手柄杆将旋转捕芯器中的样品管及旋转刀片垂直缓慢插入水中，接触到水—沉积物界面时，均匀用力，使样品管缓慢进入泥中，当取样很深时，可采用重锤加压，压入预定深度；

转动手柄杆带动样品管及钻头旋转180度，即呈半圆形槽体的样品管从旋转刀片的一侧面翻转到旋转刀片的另一侧面，这时所采样品已充满于样品管中，同时旋转刀片挡在样品管的槽口处，起到挡板作用，可将样品管封闭，保证了所采样品的原位性，避免了软质沉积物泄露现象的发生。

缓慢上提旋转捕芯器到采样平台，翻开旋转刀片，完整的所采样品沉积物柱芯即可从样品管中获取。

本发明在深水湖泊取样时加入了重锤装置和起重葫芦，重锤为中空同心圆结构，套设在钻杆上，用钢丝绳一端连接重锤，另一端绕过支撑架上的滑轮，由人力均匀拉动；重锤升起后在重力的作用下撞击承载限位板，有效地增加下压深度，这样可以在保证样品完整、无扰动的前提下，大大提高采样深度。而在上抬钻体的过程中，可将滑轮卸下，换上起重葫芦，用导链拴住钻杆或手柄杆，均匀上提，不仅仅大大节省了体力，而且最大限度的减小上抬过程中对沉积物样品的扰动。采用了这样的结构之后，本发明具有了实用、可拼装、操作简便的特点。

本发明与现有产品相比，具有如下积极有益的效果：

1、克服了现有机械沉积物采样器的缺点，提高了取样成功率和样品完整性，并通过可延长钻杆、加设重锤实现了不同深度水体和沼泽岩芯取样，大大简化了拆装环节，既有效的节约了时间，也满足了研究的需要，同时有效地减少了旋转时沉积物对钻体的阻力，提高取样的成功率。

2、进行采样时，通过转动手柄杆带动钻头旋转180度，即呈半圆形槽体的样品管从旋转刀片的一侧面翻转到旋转刀片的另一侧面，这时所采样品已充满于样品管中，同时旋转刀片挡在样品管的槽口处，起到挡板作用，可将样品管封闭，保证了所采样品的原位性，避免了软质沉积物泄露现象的发生。

3、在深水湖泊取样时加入了重锤装置和起重葫芦，重锤有效地增加下压深度，这样可以在保证样品完整、无扰动的前提下，大大提高采样深度。

而起重葫芦，不仅仅大大节省了体力，而且最大限度的减小上抬过程中对沉积物样品的扰动。

4、在横向杆柄插入延长杆，即可以增加旋转力矩，以便于在深度取样时旋转钻体。

5、本发明广泛适用于湖泊、水库、河流等不同水体，可进行连续钻探，获取比较深层的沉积物，可达10m沉积厚度；本发明适用于获取不同质地的水体沉积物，钻体选用的高强度材料对于硬质沉积物不会发生无法钻进的问题，而旋转刀片和样品管的组合避免了软质沉积物发生样品泄露的现象。

本发明结构简单，易操作，拆装方便，易搬运，造价低廉，可以有效地节省工作时间，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明第一实施例中湖芯采样装置的整体结构示意图。

图2为本发明第一实施例中旋转捕芯器主视结构示意图。

图3为本发明第一实施例中旋转捕芯器侧视结构示意图。

图4为本发明第一实施例中使用旋转捕芯器取样的流程俯视示意图。

图5为本发明第二实施例中手柄杆的结构示意图。

图6为本发明第二实施例中手钻杆的结构示意图。

图7为本发明第二实施例中旋转捕芯器的结构示意图。

图8为本发明第二实施例中手柄杆、钻杆及旋转捕芯器的整体连接结构示意图。

图9为本发明第三实施例中湖芯采样装置的结构示意图。

图10为本发明第三实施例中湖芯采样装置与支撑架的装配结构示意图。

图11为本发明第四实施例中湖芯采样装置的结构示意图。

图12为本发明第四实施例中湖芯采样装置与支撑架的装配结构示意图。

图13为本发明第五实施例中手柄杆、钻杆及旋转捕芯器的整体连接结构示意图。

图14为图13中A部放大结构示意图。

图15为图13中B部放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1：

如图1至4所示，一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，所述的湖芯采样装置包括从上至下依次通过焊接固定连接的手柄杆1、钻杆2和旋转捕芯器3；

所述旋转捕芯器3包括样品管31和旋转刀片32，所述样品管31本体为一半圆形槽体；所述半圆形槽体的顶端311设有用于与所述钻杆2相连接的连接杆4，该半圆形槽体的底端312外侧面上固设有钻头5；

所述旋转刀片32的两端321、322分别可转动地连接在所述半圆形槽体的顶端311和底端312上；该旋转刀片32的一侧边323凸设于所述半圆形槽体弧形壁的一侧边313外，旋转刀片32的另一侧边324临接于在所述半圆形槽体弧形壁的另一侧边314的内侧壁315。

所述旋转刀片32的另一侧324边可沿所述半圆形槽体的内侧壁315转动。所述手柄杆1的横向杆柄11为中空的管状结构，该横向杆柄11内套设有延长杆111。在横向杆柄11插入延长杆111，即可以增加旋转力矩，以便于在深度取样时旋转钻体。

所述样品管31内径为70mm，外径为80mm，长度为100cm；管体材料为低碳合金钢。

本实施例在具体使用中，通过下压手柄杆1将旋转捕芯器3中的样品管31及旋转刀片32垂直缓慢插入水中，接触到水—沉积物界面时，均匀用力，使样品管31缓慢进入泥中，转动手柄杆1带动样品管31及钻头5旋转180度，即呈半圆形槽体的样品管31从旋转刀片32的一侧面325翻转到旋转刀片32的另一侧面326，这时所采样品9已充满于样品管31中，同时旋转刀片32挡在样品管31的槽口处，起到挡板作用，可将样品管封闭，保证了所采样品9的原位性，避免了软质沉积物泄露现象的发生。

采样结束后，缓慢上提旋转捕芯器3到采样平台，翻开旋转刀片32，完整的所采样品9即沉积物柱芯即可从样品管31中获取。

实施例2：

如图5至8所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述手柄杆1和钻杆2为滑配合连接结构，既钻杆2可在手柄杆1内匹配地滑动；所述手柄杆1上设有第一通孔12，所述钻杆2上设有第一连接孔21，所述第一通孔12与第一连接孔21通过螺栓固定；

这样设计的目的在于，可根据需要增加湖芯采样装置的长度，有利于进行连续深度的湖芯取样。

所述半圆形槽体的顶端311所设的连接杆4套设在所述钻杆2内，且该连接杆4上设有第二通孔41，所述钻杆2上设有第二连接孔22，所述第二通孔41与第二连接孔22通过螺栓固定。

两处的连接方式均采用螺栓连接，保证了连接的可靠性，为深水湖泊提取湖芯样提供了便利。

实施例3：

如图9、10所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述钻杆2上设有重锤装置，所述重锤装置包括套设在钻杆2上的重锤6及固设在所述钻杆2上用于承载重锤6冲击力的承载限位板61。

所述的湖芯采样装置还包括支撑架7，所述支撑架7的顶部设有滑轮71；该滑轮71上套设有钢丝绳8，所述钢丝绳8的一端81与所述重锤6连接，该钢丝绳8的另一端82为自由端。

本实施例针对实施例1所述的湖芯采样装置结构，在深水湖泊取样时加入了重锤装置，重锤6为中空同心圆结构，套设在钻杆2上，用钢丝绳8一端81连接重锤6，另一端82绕过支撑架7上的滑轮71，由人力均匀拉动；重锤6升起后在重力的作用下撞击承载限位板61，有效地增加下压深度，便于将旋转捕芯器3压入预定深度；这样可以在保证样品完整、无扰动的前提下，大大提高采样深度。而在上抬钻体的过程中，可将滑轮71卸下，换上起重葫芦，用导链拴住钻杆2或手柄杆1，均匀上提，不仅仅大大节省了体力，而且最大限度的减小上抬过程中对沉积物样品的扰动。采用了这样的结构之后，本发明具有了实用、可拼装、操作简便的特点。

实施例4：

如图11、12所示，本实施例与实施例2的区别在于：所述钻杆2上设有重锤装置，所述重锤装置包括套设在钻杆2上的重锤6及固设在所述钻杆2上用于承载重锤6冲击力的承载限位板61。

所述的湖芯采样装置还包括支撑架7，所述支撑架7的顶部设有滑轮71；该滑轮71上套设有钢丝绳8，所述钢丝绳8的一端81与所述重锤6连接，该钢丝绳8的另一端82为自由端。

本实施例针对实施例2所述的湖芯采样装置结构，在深水湖泊取样时加入了重锤装置，重锤6为中空同心圆结构，套设在钻杆2上，用钢丝绳8一端81连接重锤6，另一端82绕过支撑架7上的滑轮71，由人力均匀拉动；重锤6升起后在重力的作用下撞击承载限位板61，有效地增加下压深度，便于将旋转捕芯器3压入预定深度；这样可以在保证样品完整、无扰动的前提下，大大提高采样深度。而在上抬钻体的过程中，可将滑轮71卸下，换上起重葫芦，用导链拴住钻杆2或手柄杆1，均匀上提，不仅仅大大节省了体力，而且最大限度的减小上抬过程中对沉积物样品的扰动。采用了这样的结构之后，本发明具有了实用、可拼装、操作简便的特点。

实施例5：

如图13、14、15所示，本实施例与实施例1或2的区别在于：所述手柄杆1与所述钻杆2之间通过一第一外套筒50固定连接在一起；所述手柄杆1上设有一个第一通孔12，所述第一外套筒50上设有一个与所述第一通孔12相匹配的第一固定孔51，第一通孔12与第一固定孔51之间通过螺栓固定；

所述钻杆2上设有三个第一连接孔21；所述第一外套筒50上设有一个与所述第一连接孔21相匹配的第二固定孔52，第一连接孔21与第二固定孔52之间通过螺栓固定。

所述连接杆4与所述钻杆2之间通过一第二外套筒100固定连接在一起；

所述钻杆2上设有两个第二连接孔22；所述第二外套筒100上设有一个与所述第二连接孔22相匹配的第三固定孔101，第二连接孔22与第三固定孔101之间通过螺栓固定；

所述连接杆4上设有两个第二通孔41，所述第二外套筒100上设有一个与所述第二通孔41相匹配的第四固定孔102，所述第二通孔41与第四固定孔102之间通过螺栓固定。

实施例6：

本实施例与实施例5的区别在于：本实施例中湖芯采样装置包括两个钻杆2，各钻杆2之间通过连接套筒固定连接在一起；所述连接套筒上设有两个连接固定孔，各钻杆2上分别设有与所述连接固定孔相匹配对应的连接孔；所述连接孔与连接固定孔之间通过螺栓固定。

这样设计的目的在于，可根据需要增加钻杆2的数量，在不同的采样深度进行组合，有利于进行连续深度的湖芯取样；需要增加湖芯采样装置的长度，即采用多根钻杆2的时候，多根钻杆2之间通过连接套筒60固定连接在一起。

本文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。

综上所述，本发明所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式，本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰；因此，本发明的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容，故凡依本发明的形状、构造及原理所做的等效变化，均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述的湖芯采样装置包括从上至下依次固定连接的手柄杆（1）、钻杆（2）和旋转捕芯器（3）；

所述旋转捕芯器（3）包括样品管（31）和旋转刀片（32），所述样品管（31）本体为一半圆形槽体；所述半圆形槽体的顶端（311）设有用于与所述钻杆（2）相连接的连接杆（4），该半圆形槽体的底端（312）外侧面上固设有钻头（5）；

所述旋转刀片（32）的两端（321、322）分别可转动地连接在所述半圆形槽体的顶端（311）和底端（312）上；该旋转刀片（32）的一侧边（323）凸设于所述半圆形槽体弧形壁的一侧边（313）外，旋转刀片（32）的另一侧（324）边临接设置在所述半圆形槽体弧形壁的另一侧边（314）内。

2.根据权利要求1所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述旋转刀片（32）的另一侧边（324）可沿所述半圆形槽体的内侧壁（315）转动。

3.根据权利要求1所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述手柄杆（1）和钻杆（2）为滑配合连接结构，既钻杆（2）可在手柄杆（1）内匹配地滑动；所述手柄杆（1）上设有第一通孔（12），所述钻杆（2）上设有第一连接孔（21），所述第一通孔（12）与第一连接孔（21）通过螺栓固定；

所述半圆形槽体的顶端（311）所设的连接杆（4）套设在所述钻杆（2）内，且该连接杆（4）上设有第二通孔（41），所述钻杆（2）上设有第二连接孔（22），所述第二通孔（41）与第二连接孔（22）通过螺栓固定。

4.根据权利要求1所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述手柄杆（1）与所述钻杆（2）之间通过一第一外套筒（50）固定连接在一起；

所述手柄杆（1）上设有第一通孔（12），所述第一外套筒（50）上设有至少一个与所述第一通孔（12）相匹配的第一固定孔（51），第一通孔（12）与第一固定孔（51）之间通过螺栓固定；

所述钻杆（2）上设有第一连接孔（21）；所述第一外套筒（50）上设有至少一个与所述第一连接孔（21）相匹配的第二固定孔（52），第一连接孔（21）与第二固定孔（52）之间通过螺栓固定。

5.根据权利要求1所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述的湖芯采样装置包括至少两个钻杆（2），各钻杆（2）之间通过连接套筒固定连接在一起；

所述连接套筒上设有至少两个连接固定孔，各钻杆（2）上分别设有与所述连接固定孔相匹配对应的连接孔；所述连接孔与连接固定孔之间通过螺栓固定。

6.根据权利要求1所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述连接杆（4）与所述钻杆（2）之间通过一第二外套筒（100）固定连接在一起；

所述钻杆（2）上设有第二连接孔（22）；所述第二外套筒（100）上设有至少一个与所述第二连接孔（22）相匹配的第三固定孔（101），第二连接孔（22）与第三固定孔（101）之间通过螺栓固定；

所述连接杆（4）上设有第二通孔（41），所述第二外套筒（100）上设有至少一个与所述第二通孔（41）相匹配的第四固定孔（102），所述第二通孔（41）与第四固定孔（102）之间通过螺栓固定。

7.根据权利要求1所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述手柄杆（1）的横向杆柄（11）为中空的管状结构，该横向杆柄（11）内套设有延长杆（111）。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述钻杆（2）上设有重锤装置，所述重锤装置包括套设在钻杆（2）上的重锤（6）及固设在所述钻杆（2）上用于承载重锤（6）冲击力的承载限位板（61）。

9.根据权利要求8所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述的湖芯采样装置还包括支撑架（7），所述支撑架（7）的顶部设有滑轮（71）；该滑轮（71）上套设有钢丝绳（8），所述钢丝绳（8）的一端（81）与所述重锤（6）连接，该钢丝绳（8）的另一端（82）为自由端。

10.根据权利要求9所述的一种用于不同水深湖泊沉积物的湖芯采样装置，其特征在于：所述样品管（31）内径为70mm，外径为80mm，长度为100cm；管体材料为低碳合金钢。

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