CN104154261A - 深海海底取样控制球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海海底取样控制球阀，包括有阀体总成、球体组合件和取样筒体，所述的取样筒体上设置有与取样筒体同步升降配合的主动传动件，所述的球体组合件的支撑轴上同轴联合转动设置有被动传动件，所述的主动传动件驱动被动传动件转动，且所述的取样筒体在其处于远离球体方向的最大限位行程处时，主动传动件驱动被动传动件使球体处于完全关闭状态，所述取样筒体在其靠近球体方向的最大限位行程处时，主动传动件驱动被动传动件使球体处于完全导通状态。本发明的优点是缆绳向海底放收过程中自动完成开关动作，且密封可靠性好。

Description

深海海底取样控制球阀

技术领域

本发明属于阀门领域，具体是指一种深海海底取样控制球阀。

背景技术

深海海底资源丰富，为了研究深海海底的物质，需要将深海海底的物质保压取样，以便人们进行科学研究。深海海底物质取样一般是通过缆绳将深海海底取样装置下沉到深海海底后，抽取海底含生物的淤泥等物质。一般取样装置的控制阀为止回阀，当取样装置快速下沉时，止回阀的阀瓣在海水介质力的作用下开启，取样后向上提升取样装置时，在介质力的作用下止回阀阀瓣关闭。采用止回阀作为控制阀存在技术问题，当取样装置提升时，止回阀阀瓣关闭，此时如果阀座密封面有淤泥则不能保证止回阀的密封性能。另外，止回阀的密封性能较差，不能确保取样装置的保压取样。因此，希望采用密封更加可靠的阀门作为深海海底取样装置的控制阀。

深海海底取样，由于海洋很深，甚至可达上万米，通常只能采用缆绳来收放深海海底取样装置，没有任何的电动、气动或液动控制机构，因此，取样控制阀的开关控制不能依靠外界的动力，在缆绳向海底收放取样装置过程中控制阀自动完成开关动作，而且要求密封可靠，因此，深海海底取样控制阀的结构设计难度很高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种在缆绳向海底放收过程中自动完成开关动作，且密封可靠性好的深海海底取样控制球阀。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有阀体总成、球体组合件和取样筒体，阀体总成内设置有阀道，该阀道的一端开口构成取样口，该阀道的内端设置有阀座，所述阀体总成包括有阀体，所述的球体组合件包括有中部开有通孔的球体、以及对称固定于球体轴向两侧的支撑轴，所述的支撑轴转动设置于阀体内，该球体在其转动的过程中其内的通孔与阀道构成导通或关闭配合，且该球体的一端与阀座密封配合，所述阀体相对球体的另一端外侧滑移设置有取样筒体，且阀体组件上设置有对该取样筒体的滑移行程进行上下限位的限位机构，该取样筒体内设置有取样腔，球体处于导通状态下其内的通孔与取样筒体的内端开口相连通，所述取样筒体的取样腔内滑移设置有取样活塞，该取样活塞上联动固定有活塞杆，所述的取样筒体的外端部设置有活塞杆导向孔，所述的活塞杆与活塞杆导向孔导向密封配合且活塞杆的外端伸出于活塞杆导向孔之外， 所述的取样筒体上设置有与取样筒体同步升降配合的主动传动件，所述的球体组合件的支撑轴上同轴联合转动设置有被动传动件，所述的主动传动件驱动被动传动件转动，且所述的取样筒体在其处于远离球体方向的最大限位行程处时，主动传动件驱动被动传动件使球体处于完全关闭状态，所述取样筒体在其靠近球体方向的最大限位行程处时，主动传动件驱动被动传动件使球体处于完全导通状态，进一步设置是所述的主动传动件为固定设置于取样筒体两侧下端部的主动齿条，所述的被动传动件为同轴固定于球体组合件的支撑轴上上的被动齿轮，该主动齿条与被动齿轮传动啮合，所述的主动齿条与取样筒体为一体固定结构。

本发明的工作原理和取样过程介绍：

当本申请的深海海底取样控制球阀（下文简称取样控制阀）处于开启状态下(参见图1)，在海面通过释放缆绳，该缆绳与活塞杆的外端相连，将本发明的取样控制阀装置保持图1中的垂直状态快速下沉到海底，直至取样控制阀的下端部插入到海底淤泥中，此时收取缆绳，随着缆绳的上拉，活塞杆带动取样活塞向上运动，当取样活塞运动到取样筒体的上端时，受取样活塞的限位，取样筒体与取样活塞不再做相对运动，取样活塞在取样筒体内向上运动时，海底的淤泥、微生物等需要取样的介质被抽取到取样筒体的取样腔中。此时，继续收取缆绳时，取样筒体随取样活塞及活塞杆同时向上运动，此时，由于阀体插在海底淤泥中，因此，取样筒体在阀体内向上滑动，与取样筒体固定连接的主动传动件随取样筒体一起向上运动，由于主动传动件与被动传动件传动配合，因此，主动传动件向上运动带动被动传动件进而使得球体，使得球体从开启状态做关闭运动，当取样筒体运动到最上端限位处时，球体正好旋转到完全关闭位置。继续收取缆绳，在缆绳力的作用下，阀体从淤泥中拔出，直至整个取样控制阀从海底提升到海面。由于取样控制阀处在关闭位置，能够确保取样筒体中的样品保持在海底的压力下，确保海底物质的保压取样。

另外，本设置，取样筒体和主动齿条为一体设置，使得二者加工效率高，成本低，简化后续产品装配，另外，主动齿条和被动齿轮之间的传动配合使得取样筒体的升降动作与球体的启闭动作连接更加稳定可靠，而且二者的装配定位比较方便。

进一步设置是所述的阀体总成包括固定于阀体下端的阀座支撑座和固定于阀体上端的阀体端盖，所述的阀道设置于阀座支撑座的内部。通过本设置，便于设置于阀体总成内的球体、取样筒体等各部件的装配。

进一步设置是所述的阀座支撑座的内端与阀体的内腔壁之间设置有阀座滑移腔，所述阀座滑移设置于该阀座滑移腔上，且阀座的上端面内侧角构成与球体密封配合的密封副，所述的阀座对应于阀座支撑座顶面的下端部开设有弹簧安装盲孔，该弹簧安装盲孔内设置有预紧弹簧，该预紧弹簧的下端与阀座支撑座顶面作用抵接。通过本设置，实现了弹簧力对阀座的预紧效果，提高了阀座与球体之间的密封性。

进一步设置是阀座的上方设置有与取样筒体的取样腔相通的高压腔，所述的阀座与阀体的内腔壁之间设置可供介质进入阀座滑移腔内并对对阀座的下端实施抵压的第一间隙，所述的阀座的相对于第一间隙的侧壁设置有用于防止杂质从第一间隙通过的第一挡圈。通过本设置，高压腔中介质压力通过该第一间隙作用于阀座上，使得阀座与球体之间的密封性大为提高，极大地保障了二者之间的密封性，进而使得取样腔内所取样的海底物质保持其原始压力。

进一步设置是所述的阀座支撑座的内侧壁上设置有第一台阶部，所述的阀座上设置有与第一台阶部形状互补且纵向滑移适配的第二台阶部，所述的第一台阶部和第二台阶部相互配合构成台阶部第一间隙、台阶部中间腔和台阶部第二间隙，所述的台阶部第一间隙的上端与阀座滑移腔相通，从第一间隙进入到阀座滑移腔的介质继续通过该台阶部第一间隙进入到台阶部中间腔并对阀座的下端进行抵压，所述的台阶部中间腔内设置有用于密封隔绝台阶部第一间隙和台阶部第二间隙的台阶部密封圈，所述的阀座的相对于台阶部第二间隙的侧壁设置有用于防止杂质从台阶部第二间隙进入到台阶部中间腔的第二挡圈，该台阶部第二间隙的下端与阀道相通。通过本设置，进一步提高介质压力对阀座的预紧密封，保障了球体和阀座之间的密封性。

进一步设置是所述阀座的密封副内固定设置有与球体密封配合的阀座密封圈。本设置，提高了球体和阀座之间的密封性。

进一步设置是阀座支撑座的外侧壁与阀体的内壁之间设置有O型密封圈。本设置保障了阀座支撑座的外侧壁与阀体的内壁之间的密封性。

进一步设置是所述的活塞杆与取样活塞联接的端部外侧设置环形凸部，所述的活塞杆导向孔的内壁上设置有该环形凸部嵌配的环形嵌槽，所述的环形凸部的侧壁内设置有O型密封圈，该O型密封圈在环形凸部与环形嵌槽嵌配定位时用于二者的密封。通过本设置，保障了活塞杆与取样筒体的活塞杆导向孔之间的密封性，以实现保压取样。

进一步设置是所述的限位机构包括有上限位机构和下限位机构，所述的上限位机构包括有凸起设置于取样筒体外侧壁的上限位台肩、以及与上限位台肩的限位配合的阀体端盖下端面，所述的下限位机构为凸起设置于阀体内壁上并位于球体和取样筒体下端面之间的下限位凸台，该下限位凸台与其上端的取样筒体下端面限位配合。通过本设置，实现了对取样筒体的滑移行程的上下限位。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。

附图说明

图1 本发明球体处于导通状态的结构示意图；

图2 为图1的A-A剖视放大图；

图3 为图1的I部放大图。

图4 为图1的II部放大图。

具体实施方式

    下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

如图1-4所示的本发明的具体实施方式，包括有阀体总成1、球体组合件2和取样筒体3，阀体总成1内设置有阀道14，该阀道14的下端开口构成取样口141，该阀道14的内端设置有阀座4，所述阀体总成1包括有阀体11、固定于阀体11下端的阀座支撑座12和固定于阀体11上端的阀体端盖13，所述的阀道14设置于阀座支撑座12的内部，所述的球体组合件2包括有中部开有通孔211的球体21、以及对称固定于球体轴向两侧的支撑轴22，所述的支撑轴22转动设置于阀体11内，本实施例在通过在阀体对支撑轴的侧部开设阀体通孔，并在该阀体通孔内可拆卸固定有阀体侧端盖16，实现球体组合件2在阀体内的转动安装。

另外，本实施例该球体21在其转动的过程中其内的通孔211与阀道14构成导通或关闭配合，且该球体21的下端与阀座4密封配合，所述阀体11相对球体21的上端外侧滑移设置有取样筒体3，且阀体组件1上设置有对该取样筒体3的滑移行程进行上下限位的限位机构，本实施例该限位机构包括有上限位机构和下限位机构，所述的上限位机构包括有凸起设置于取样筒体3外侧壁的上限位台肩31、以及与上限位台肩31的限位配合的阀体端盖下端面131，所述的下限位机构为凸起设置于阀体11内壁上并位于球体21和取样筒体3下端面之间的下限位凸台111，该下限位凸台111与其上端的取样筒体3下端面32限位配合。

本实施例该取样筒体3内设置有取样腔33，球体21处于导通状态下其内的通孔211与取样筒体3的内端开口331相连通，所述取样筒体的取样腔33内滑移设置有取样活塞34，该取样活塞34上联动固定有活塞杆35，所述的取样筒体3的外端部设置有活塞杆导向孔36，所述的活塞杆35与活塞杆导向孔36导向密封配合且活塞杆35的外端伸出于活塞杆导向孔36之外，该活塞杆35在实际取样操作时与缆绳37连接，本实施例所述的活塞杆35与取样活塞34联接的端部外侧设置环形凸部351，所述的活塞杆导向孔36的内壁上设置有该环形凸部嵌配的环形嵌槽361，所述的环形凸部351的侧壁内设置有O型密封圈352，该O型密封圈352在环形凸部351与环形嵌槽361嵌配定位时用于二者的密封，从而保持取样腔33的密封性。

此外，本实施例所述的取样筒体3上设置有与取样筒体同步升降配合的主动传动件38，所述的球体组合件2的支撑轴22上同轴联合转动设置有被动传动件23，所述的主动传动件38驱动被动传动件23转动，且所述的取样筒体3在其处于远离球体方向的最大限位行程处时，主动传动件38驱动被动传动件23使球体处于完全关闭状态，所述取样筒体3在其靠近球体方向的最大限位行程处时，主动传动件38驱动被动传动件23使球体处于完全导通状态，本实施例所述的主动传动件38为固定设置于取样筒体两侧下端部的主动齿条，所述的被动传动件23为同轴固定于球体组合件的支撑轴上的被动齿轮，该主动齿条与被动齿轮传动啮合。当然本发明该主动传动件38和被动传动件23还可以采用其他形式的机械传动组合进行设计。本实施例主动齿条与取样筒体一体固定结构，如图4所示。

另外本实施例所述的阀座支撑座12的内端与阀体的内腔壁之间设置有阀座滑移腔121，所述阀座4滑移设置于该阀座滑移腔121上，且阀座4的上端面内侧角构成与球体21密封配合的密封副41，本实施例该密封副41内固定设置有与球体密封配合的阀座密封圈42。另外，所述的阀座4对应于阀座支撑座12顶面的下端部开设有弹簧安装盲孔43，该弹簧安装盲孔内设置有预紧弹簧44，该预紧弹簧44的下端与阀座支撑座12顶面作用抵接。

本实施例为了进一步保障阀座4与球体21阀座的密封，所述的阀座4上方设置有与取样筒体3的取样腔33相同的高压腔B，所述的阀座4与阀体11的内腔壁之间设置可供介质进入阀座滑移腔内并对对阀座4的下端实施抵压的第一间隙112，所述的阀座的相对于第一间隙的侧壁设置有用于防止杂质从第一间隙112通过的第一挡圈113，本实施例该第一挡圈113采用柔性石墨制成。

另外，所述的阀座支撑座12的内侧壁上设置有第一台阶部122，所述的阀座4上设置有与第一台阶部形状互补且纵向滑移适配的第二台阶部46，所述的第一台阶部122和第二台阶部46相互配合构成台阶部第一间隙47、台阶部中间腔48和台阶部第二间隙49，所述的台阶部第一间隙47的上端与阀座滑移腔121相通，从第一间隙112进入到阀座滑移腔121的介质继续通过该台阶部第一间隙47进入到台阶部中间腔48并对阀座4的下端进行抵压，所述的台阶部中间腔48内设置有用于密封隔绝台阶部第一间隙47和台阶部第二间隙49的台阶部密封圈481，所述的阀座4的相对于台阶部第二间隙49的侧壁设置有用于防止杂质从台阶部第二间隙49进入到台阶部中间腔48的第二挡圈491，该第二挡圈491采用柔性石墨制成，所述台阶部第二间隙49的下端与阀道相通。

本实施例介质压力对阀座的辅助密封的原理是：当取样控制阀处在海底的时候，取样控制阀的内外压力是相同的，当取样控制阀关闭后在海底往海面提升时，取样装置内部高压腔B保持海底的压力，而取样控制球体外的阀道14压力逐渐减小，此时，取样控制阀内高压腔B的介质压力通过第一挡圈113（仅仅挡脏，不起压力密封作用）以及第一间隙112、以及台阶部第一间隙47进入到阀座滑移腔121和台阶部中间腔48内，该介质压力使阀座密封圈42与球体21紧密贴合密封，从而实现了介质压力对阀座和球体的辅助密封。当取样控制阀提升至海面时，取样控制阀内外（高压腔B与阀座14之间）的压差达到最大，此时，介质压力对阀座下端的密封作用力达到最大，能完全保障阀座4与球体11之间的密封，从而确保取样装置的保压取样。

另外，本实施例阀座支撑座12的外侧壁与阀体11的内壁之间设置有O型密封圈114。

Claims (9)

1.一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：包括有阀体总成、球体组合件和取样筒体，阀体总成内设置有阀道，该阀道的一端开口构成取样口，该阀道的内端设置有阀座，所述阀体总成包括有阀体，所述的球体组合件包括有中部开有通孔的球体、以及对称固定于球体轴向两侧的支撑轴，所述的支撑轴转动设置于阀体内，该球体在其转动的过程中其内的通孔与阀道构成导通或关闭配合，且该球体的一端与阀座密封配合，所述阀体相对球体的另一端外侧滑移设置有取样筒体，且阀体组件上设置有对该取样筒体的滑移行程进行上下限位的限位机构，该取样筒体内设置有取样腔，球体处于导通状态下其内的通孔与取样筒体的内端开口相连通，所述取样筒体的取样腔内滑移设置有取样活塞，该取样活塞上联动固定有活塞杆，所述的取样筒体的外端部设置有活塞杆导向孔，所述的活塞杆与活塞杆导向孔导向密封配合且活塞杆的外端伸出于活塞杆导向孔之外， 所述的取样筒体上设置有与取样筒体同步升降配合的主动传动件，所述的球体组合件的支撑轴上同轴联合转动设置有被动传动件，所述的主动传动件驱动被动传动件转动，且所述的取样筒体在其处于远离球体方向的最大限位行程处时，主动传动件驱动被动传动件使球体处于完全关闭状态，所述取样筒体在其靠近球体方向的最大限位行程处时，主动传动件驱动被动传动件使球体处于完全导通状态，所述的主动传动件为固定设置于取样筒体两侧下端部的主动齿条，所述的被动传动件为同轴固定于球体组合件的支撑轴上上的被动齿轮，该主动齿条与被动齿轮传动啮合，所述的主动齿条与取样筒体为一体固定结构。

2.根据权利要求1所述的一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：所述的阀体总成包括固定于阀体下端的阀座支撑座和固定于阀体上端的阀体端盖，所述的阀道设置于阀座支撑座的内部。

3.根据权利要求2所述的一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：所述的阀座支撑座的内端与阀体的内腔壁之间设置有阀座滑移腔，所述阀座滑移设置于该阀座滑移腔上，且阀座的上端面内侧角构成与球体密封配合的密封副，所述的阀座对应于阀座支撑座顶面的下端部开设有弹簧安装盲孔，该弹簧安装盲孔内设置有预紧弹簧，该预紧弹簧的下端与阀座支撑座顶面作用抵接。

4.根据权利要求3所述的一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：阀座的上方设置有与取样筒体的取样腔相通的高压腔，所述的阀座与阀体的内腔壁之间设置可供介质进入阀座滑移腔内并对对阀座的下端实施抵压的第一间隙，所述的阀座的相对于第一间隙的侧壁设置有用于防止杂质从第一间隙通过的第一挡圈。

5.根据权利要求3所述的一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：所述的阀座支撑座的内侧壁上设置有第一台阶部，所述的阀座上设置有与第一台阶部形状互补且纵向滑移适配的第二台阶部，所述的第一台阶部和第二台阶部相互配合构成台阶部第一间隙、台阶部中间腔和台阶部第二间隙，所述的台阶部第一间隙的上端与阀座滑移腔相通，从第一间隙进入到阀座滑移腔的介质继续通过该台阶部第一间隙进入到台阶部中间腔并对阀座的下端进行抵压，所述的台阶部中间腔内设置有用于密封隔绝台阶部第一间隙和台阶部第二间隙的台阶部密封圈，所述的阀座的相对于台阶部第二间隙的侧壁设置有用于防止杂质从台阶部第二间隙进入到台阶部中间腔的第二挡圈，该台阶部第二间隙的下端与阀道相通。

6.根据权利要求3所述的一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：所述阀座的密封副内固定设置有与球体密封配合的阀座密封圈。

7.根据权利要求3所述的一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：所述阀座支撑座的外侧壁与阀体的内壁之间设置有O型密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：所述的活塞杆与取样活塞联接的端部外侧设置环形凸部，所述的活塞杆导向孔的内壁上设置有该环形凸部嵌配的环形嵌槽，所述的环形凸部的侧壁内设置有O型密封圈，该O型密封圈在环形凸部与环形嵌槽嵌配定位时用于二者的密封。

9.根据权利要求3所述的一种深海海底取样控制球阀，其特征在于：所述的限位机构包括有上限位机构和下限位机构，所述的上限位机构包括有凸起设置于取样筒体外侧壁的上限位台肩、以及与上限位台肩的限位配合的阀体端盖下端面，所述的下限位机构为凸起设置于阀体内壁上并位于球体和取样筒体下端面之间的下限位凸台，该下限位凸台与其上端的取样筒体下端面限位配合。