CN103323289B - 水库淤积物低扰动切削式取样刀头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水库淤积物低扰动切削式取样刀头，由圆锥式切割器、底座、偏转片、滑动盘组成，其圆锥式切割器通过转接管与带有衬管的取样管连接，圆锥式切割器内腔是一上宽下窄中间有内凸台的圆锥式切割器、内凸台上固定有底座、底座上连接有若干偏转片、偏转片上连接有滑动盘；底座上沿周线设有若干圆孔，滑动盘上设有槽孔，偏转片两端上下面分别设有销钉，偏转片一端下面销钉作为转动轴插入底座的圆孔内、另一端上面销钉插入滑动盘的槽孔内。本发明通过滑动盘的转动，使偏转片向中心逐渐伸出呈叠状圆环并收拢环口关闭取样管口；保持取出样品原状特性，为准确分析淤积物的物理化学特性提供数据；为准确分析水库淤积物的变化规律提供技术支撑。

Description

水库淤积物低扰动切削式取样刀头

技术领域:

本发明涉及一种水下取样设备的关键部件，尤其涉及一种水库淤积物低扰动切削式取样刀头。

背景技术：

目前，获取水下淤泥质沉积物的取样器有抓斗式、箱式、冷冻式、重力式等取样设备。这些取样器主要存在两大问题：取样时对样品的扰动问题和取样时样品泄漏问题。抓斗式取样器在目前河道取样中应用较为广泛，但其存在取样深度浅、成功率低和样品扰动性大等缺点，其运用范围受到了极大限制；随着技术的不断进步，在海洋上出现了电视抓斗深海取样器和箱式取样器，前者的抓斗上装有海底电视摄像头，通过船上的监控设备找到目标后操控抓斗进行取样，程振波, 吴永华等著有.“深海新型取样仪器—电视抓斗及使用方法”[J]. 海岸工程, 2011, 30(1): 51-54；后者取样箱为四方体，依靠重力使取样箱插入海底沉积物中并驱动铲刀臂转动以采集样品，耿雪樵, 徐行等所著“我国海洋取样设备的现状与发展趋势” 地质装备, 2009, 10(4): 11-16，这两种取样器工作水深较大，但对样品扰动较大；冰冻式取样器取样质量较高，其工作原理是在取样头内装冷冻液，作业时样品冻结在内腔室，从而获得低扰动沉积物的柱状原状样品和界面水，李国民, 刘宝林, 等所著“冰冻取样器的结构设计”[J]. 探矿工程, 2003, (Suppl.): 179-182.及 郭威, 孙友宏, 陈晨所著“FPCS型天然气水合物孔底冷冻保压取样器的设计”[J]. 机械设计与制造, 2011, (1): 24-26.，但是其操作复杂、设备庞大，取样成本较高；重力式取样器原理是取样器在自身重力作用贯入水底取得柱状样品，取样厚度取决于底质硬度和设备结构形状与配重，在海洋沉积物取样方面已有运用。总体而言，采用重力式取样器是目前综合性价比较高的技术手段。

对此，近年来黄河水利科学研究院借鉴深海淤积物保真取样原理，改造并研制出基于重力式活塞技术的低扰动柱状深水库区取样设备：杨勇, 张庆霞, 陈豪, 郑军所著“深水水库低扰动取样设备设计及性能分析[C]”. 第五届黄河国际论坛论文, 2012.09； 杨勇, 郑军, 陈豪所著“深水水库低扰动取样器机械设计”. 水利水电科技进展, 2012, 32(S2): 18-19：设计的取样器内径90mm、管长10m，主要由导流装置、触发装置、取样装置等部分组成。当取样器下放到距离河底还有一段距离时，平衡重块先触及河床，杠杆失去平衡，触发释放机构动作，取样管主体自由下落，在自重和惯性的作用下插入淤积物中，取样管下端采用爪簧结构来切断并托住淤积物。由于活塞产生的吸力使取样管内壁与样品之间的摩擦力平衡抵消，这样，在取样管内便充满了低扰动的淤积样品。在三门峡库区进行的深水取样初步试验表明，对于硬质河床淤积泥沙达到稳定干容重，能够取得厚度3m以上的柱状样品；但是，对于黄河软质淤积泥沙层，重力式活塞取样器存在两方面的问题：1）爪簧装置的干扰问题。为了使取出的样品在提升过程中不脱落，往往在取样管底部增加爪簧以支撑沉积物。如果泥质太软，对爪簧密封片的推力有限，爪簧无法保证处于张开状态，会对样品造成较大扰动。因此，必须设计合理的机械结构，使抓簧在下扎时保持张开状态，而在提升样品时，及时闭合，完成取样动作。2）泄露问题。爪簧簧片之间以及爪簧和衬管之间存在间隙，软质泥沙相对更容易从间隙中泄露，由于库区船只一般相对较小，取样器更加容易产生摆动、打转，这些动作都会加剧样品的流失。中国专利CN2083189公开了一种“水下泥沙原状样取样器”其基本结构是有数个侧通槽的锯齿形环刀与簧片管滑动配合，管内有若干个簧片起承托泥沙作用，簧片管，两半合管、弃土管、中接头、重锤套管、上接头依次螺纹联接，中接头下部有球阀，两半合管内壁装土样筒，该取样器虽然拆卸方便，但也存在以下不足：1、需要使用钻杆先伸入水下，如果水深较大，尤其水深超过60米，需要操纵连接钻杆，增加购买钻杆的费用和连接钻杆的时间，成本较高；2、如果水深较大，锤击工作费时费力，通过锤击取样，对样品产生较大扰动，难以保证样品原状性；3、簧片始终向内收缩用力剐蹭样品，样品表面受扰动较大，尤其难以获得较稀软样品；4、取出样品在铁皮桶内，无法用肉眼辨别样品分层、颜色和性状，不易切割分层分析样品。

发明内容：

为了解决获取水库淤泥质沉积物的低扰动样品困难问题，本发明目的就是提供一种设计合理、结构简单、易操作和取样效率高的水库淤积物低扰动切削式取样刀头，从而为准确分析水库淤积物物理化学特性提供技术支撑。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：

一种水库淤积物低扰动切削式取样刀头，由圆锥式切割器、底座、偏转片、滑动盘组成，其圆锥式切割器通过转接管与带有衬管的取样管连接，圆锥式切割器内腔是一上宽下窄中间有内凸台的圆锥式切割器、内凸台上固定有底座、底座上连接有若干偏转片、偏转片上连接有滑动盘；底座上沿周线设有若干圆孔，滑动盘上设有槽孔，偏转片两端上下面分别设有销钉，偏转片一端下面销钉作为转动轴插入底座的圆孔内、偏转片另一端上面销钉插入滑动盘的槽孔内随着滑动盘的转动而转动封闭取样管口。

在滑动盘上焊接有一滑块，滑块外接一拉动滑块带动滑动盘转动的拉动钢丝。

偏转片形状为半圆环形。

偏转片为弹簧钢薄片，偏转片至少为六片。

转接管上与取样管之间、下与滑动盘之间设有橡胶调整片。

圆锥式切割器的外径小于或等于155毫米。

圆锥式切割器下半部内径小于或等于90毫米。

偏转片上下两面的销钉直径小于6毫米。

本发明的积极效果是：

1、本发明配合安装在取样设备上使用，取样时样品直接进入取样衬管中，对样品扰动小；通过滑动盘的转动，位于滑动盘槽孔内的销钉从槽孔外端向内滑动，偏转片向内逐渐伸出，若干偏转片旋转呈叠状圆环，环口逐渐收拢，直至关闭密封取样管管口，避免取样过程减少样品的泄漏；尽可能保持了取出样品原状特性，为准确分析淤积物的物理化学特性提供数据；有利于开展水库淤积物低扰动取样工作，能够补充并完善黄河泥沙实测资料，从而为准确分析掌握水库淤积物的淤积变化规律提供了技术支撑。

2、只使用取样器，不需要钻杆，大大节约成本且稳定可靠；取样器上端用钢缆连接，下放入水中；只要有足够钢缆，可以适应不同水深取样要求；下放、提升时间较快，节约时间成本，提高水库底部淤积物取样效率。

3、不使用锤击，利用切割器自重力使其尖下端插入水库底部淤积物，进行取样，利用活塞的吸力抵消样品进入衬管的摩擦力，对样品扰动小；活塞不需要耗费燃料动力，节省费用和时间成本。

4、衬管是透明PC管，能用肉眼清晰辨别取出样品分层、颜色和性状，易于切割分段进行样品分析。

附图说明：

图1为本发明的剖面结构示意图。

图2为偏转片结构示意图。

图3为偏转片关闭、封闭取样管管口的工作状态示意图。

图4为偏转片打开、取样管取样时的工作状态示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1、图2、图3、图4可以看出：本水库淤积物低扰动切削式取样刀头，由圆锥式切割器1、底座2、偏转片3、滑动盘4组成，其圆锥式切割器1通过转接管5与带有衬管7的取样管6连接，圆锥式切割器1内腔是一上宽下窄中间有内凸台的圆锥式切割器1、内凸台上固定有底座2、底座2上连接有若干偏转片3、偏转片3上连接有滑动盘4；底座2上沿周线设有若干圆孔，滑动盘4上设有的槽孔10，偏转片3两端上下面分别设有销钉（8、9），偏转片一端下面销钉9作为转动轴插入底座2的圆孔内、偏转片另一端上面销钉8插入滑动盘4的槽孔10内随着滑动盘的转动而转动封闭取样管口。

由图1还可以看出：在滑动盘4上焊接有一滑块，滑块外接一拉动滑块带动滑动盘转动的拉动钢丝。

由图1——图4还可以看出：偏转片3用很薄的弹簧钢薄片制成，偏转片3形状为半圆环形。

由图3、图4还可以看出：偏转片3至少为六片。

转接管5上与取样管6之间、下与滑动盘4之间设有橡胶调整片。

圆锥式切割器的外径小于或等于155毫米。

圆锥式切割器下半部内径小于或等于90毫米。

偏转片上下两面的销钉（8、9）直径小于6毫米。

本发明的操作程序：

取样器在开启取样状态时，偏转片是打开状态，将取样器向水下插入淤积沉积物中，沉积物样品顺利通过切割器内部，取样器取样完毕后拉动钢丝，钢丝连接着滑块，拉动滑块带动滑动盘转动，滑动盘转动带动偏转片旋转，逐渐关闭取样管管口，防止样品泄漏，最后将取样器上升，低扰动样品顺利从水库底部取出。

Claims (8)

1.一种水库淤积物低扰动切削式取样刀头，由圆锥式切割器（1）、底座（2）、偏转片（3）、滑动盘（4）组成，其特征在于：圆锥式切割器（1）通过转接管（5）与带有衬管（7）的取样管（6）连接，圆锥式切割器（1）内腔是一上宽下窄中间有内凸台的圆锥式切割器（1）、内凸台上固定有底座（2）、底座（2）上连接有若干偏转片（3）、偏转片（3）上连接有滑动盘（4）；底座（2）上沿周线设有若干圆孔，滑动盘（4）上设有槽孔（10），偏转片（3）两端上下面分别设有销钉（8、9），偏转片一端下面销钉（9）作为转动轴插入底座（2）的圆孔内、偏转片另一端上面销钉（8）插入滑动盘（4）的槽孔（10）。

2.根据权利要求1所述的水库淤积物低扰动切削式取样刀头，其特征在于：在滑动盘（4）上焊接有一滑块，滑块外接一拉动滑块带动滑动盘转动的拉动钢丝。

3.根据权利要求2所述的水库淤积物低扰动切削式取样刀头，其特征在于：偏转片（3）形状为半圆环形。

4.根据权利要求3所述的水库淤积物低扰动切削式取样刀头，其特征在于：偏转片（3）为弹簧钢薄片，偏转片（3）至少为六片。

5.根据权利要求4所述的水库淤积物低扰动切削式取样刀头，其特征在于：转接管（5）上与取样管（6）之间、下与滑动盘（4）之间设有橡胶调整片。

6.根据权利要求5所述的水库淤积物低扰动切削式取样刀头，其特征在于：圆锥式切割器的外径小于或等于155毫米。

7.根据权利要求6所述的水库淤积物低扰动切削式取样刀头，其特征在于：圆锥式切割器下半部内径小于或等于90毫米。

8.根据权利要求7所述的水库淤积物低扰动切削式取样刀头，其特征在于：偏转片上下两面的销钉（8、9）直径小于6毫米。