CN104155137A - 一种深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切割设备技术领域，旨在提供一种深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置。本发明包括盖箱、压力平衡装置、齿轮杆、齿轮盘、外端盖、连接管、弹簧、螺栓、刀头和内端盖；所述内端盖、外端盖、连接管与盖箱同轴，且外端盖与盖箱之间为螺栓连接，连接管与外端盖之间为螺栓连接，内端盖嵌套于盖箱内；所述压力平衡装置包括平衡盖、压杆和平衡基座，且平衡盖、平衡基座与压杆同轴，平衡盖和平衡基座均设有同轴螺纹孔。本发明的有益效果是：耐高压切割装置的密封设计能适应密封较高水压，有效的防止切割过程中压力泄露，保证保压二次取样在保压的环境中完成，减少因环境变化对深海沉积物造成的干扰。

Description

一种深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置

技术领域

本发明涉及切割设备技术领域，具体涉及一种深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置。

背景技术

深海沉积物采样是深海环境与资源调查的基本手段之一，经过几十年的发展实践，已形成了多种有效的沉积物采样方式，但是采样之后的保压取样转移设备，一直发展缓慢。

目前，用于采样的装置主要包括以下几类：多管采样器，利用重力采集海底表层沉积物及其上覆水；深海拖曳式采样器，用于采集悬浮颗粒物；电视抓斗式采样器，用于采集沉积物和表层矿物。通过以上采样装置采集的海底沉积物样品，由于压力、温度、光照等条件的变化，易造成气相溶解成分散失、固态成分气化、有机成分分解等问题，使实验数据难以准确反映沉积物的原始成分及状态。

近年来，保真采样越来越受到国际海洋界的重视，尤其是沉积物中的天然气水合物，俗称“可燃冰”，是一种优质高效的燃料，可作为优质能源。天然气水合物的形成需要在一定条件下形成，要求有合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等，在大洋中，天然气水合物在沉积物中稳定在0～1000m深度。中国现有的深海沉积物取样器可以在深海取到沉积物、水、气和天然气水合物等样品并进行保压，为了更好的研究天然气水合物的物理性质，样品在保持深海高压的情况下由原位转移到实验室，需要全程保压，但是国内暂无二次保压取样转移的设备，关键环节的缺乏导致研究效果不理想。因此，研制一套与保压取样装置对接的保压取样转移装置，将推动我国天然气水合物保压取样转移的研究发展。该研究成果不仅可以应用于水合物项目，还可以有效地推广到其他综合性海洋调查项目，是现代海洋调查研究领域向更高、更精确探测的重要手段，具有十分广阔的应用和推广前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置，包括盖箱、压力平衡装置、齿轮杆、齿轮盘、外端盖、连接管、弹簧、螺栓、刀头和内端盖；所述内端盖、外端盖、连接管与盖箱同轴，且外端盖与盖箱之间为螺栓连接，连接管与外端盖之间为螺栓连接，内端盖嵌套于盖箱内；所述压力平衡装置包括平衡盖、压杆和平衡基座，且平衡盖、平衡基座与压杆同轴，平衡盖和平衡基座均设有同轴螺纹孔；所述平衡基座安装在盖箱的螺纹孔中，且平衡基座与盖箱之间为螺纹连接，平衡盖与平衡基座之间为螺纹连接，所述压杆依次贯穿通过平衡盖螺纹孔和平衡基底螺纹孔连接到盖箱内部；

嵌套于盖箱内部的内端盖呈上下两端锥面平行的圆环体结构，且内端盖的上下两端锥面分别与压杆底端、刀头末端滑动接触；所述齿轮盘与外端盖同轴且为螺纹连接，齿轮杆一端位于盖箱的开孔中，另一端位于外端盖的开孔中，从而固定齿轮杆位置，齿轮杆通过其中间的齿轮与齿轮盘相啮合；所述齿轮盘上开设有若干个十字槽，刀头底座轴向嵌于齿轮盘的十字槽中，螺栓贯穿通过齿轮盘的凸缘上的开孔与刀头螺纹连接，且在螺栓与齿轮盘的凸缘之间设有弹簧，处于压缩状态，用于收缩刀头，当外置电机带动齿轮杆旋转时，齿轮盘则会带动刀头轴向旋转，从而切割样品管。

本发明中，所述齿轮盘上开设有四个十字槽，所述四个刀头以齿轮盘的轴心为原点对称，分别嵌于对应的十字槽中。

本发明中，所述平衡基座、齿轮杆、外端盖、连接管分别通过O型圈与盖箱密封连接，压杆、平衡盖分别通过O型圈与平衡基座密封连接，齿轮杆通过O型圈与外端盖密封连接。

本发明中，所述盖箱呈圆柱体中空结构，且盖箱、齿轮盘、外端盖、连接管、内端盖、平衡基座横截面均为圆环形。

本发明中，所述压杆下端开设有导流孔，压杆上端横截面为圆形。

本发明中，所述内端盖的上下两端平行锥面与水平面呈45°角。

本发明的深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置的工作过程如下：

样品管到达耐高压切割装置所在位置且停下时，此时打开外置电机，电机带动齿轮杆旋转，从而齿轮盘旋转并带动四个固定在齿轮盘的十字槽中的刀头旋转；再人工用扳手拧动压杆旋转下压，作用在内端盖的锥面上，使内端盖向刀头方向移动并通过锥面使刀头下压。此时，刀头旋转且下压，作用于样品管上，从而可以轴向切割样品管，随着刀头的不断下压，先切断样品管，再切断其中的深海沉积物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.耐高压切割装置的密封设计能适应密封较高水压，有效的防止切割过程中压力泄露，保证保压二次取样在保压的环境中完成，减少因环境变化对深海沉积物造成的干扰。

2.耐高压切割装置的压力平衡部分能有效平衡高水压作用在压杆位于盖箱内末端的作用力，从而使人工可以省力的扳动压杆旋转下压，有效减少驱动刀头下压切割的作用力。

3.耐高压切割装置的齿轮杆、齿轮盘及分布在齿轮盘的十字槽中的刀头组合后，可由外部电机驱动齿轮杆旋转带动刀头轴向旋转，从而可以有效地轴向切割样品管。

附图说明

图1为本发明耐高压切割装置的剖面示意图；

图2为本发明耐高压切割装置的压力平衡装置的剖面示意图；

图3为本发明耐高压切割装置的结构示意图；

图4为本发明耐高压切割装置的齿轮部分的结构示意图；

图中，1.盖箱、2.O型圈、3.平衡盖、4.压杆、5.平衡基座、6.齿轮杆、7.齿轮盘、8.外端盖、9.连接管、10.弹簧、11.螺栓、12.刀头、13.内端盖。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

图1～4所示，本发明提供一种深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置的具体实施例，如图1所示，本发明中的适用于深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置，包括盖箱1、O型圈2、平衡盖3、压杆4、平衡基座5、齿轮杆6、齿轮盘7、外端盖8、连接管9、弹簧10、螺栓11、刀头12和内端盖13，所述盖箱1内部均充满30MPa的高压水；盖箱1与外端盖8的螺纹连接处、盖箱1与连接管9的连接处、盖箱1与平衡基座5的连接处、盖箱1与齿轮杆6连接处都设有O型圈2密封；平衡基座5与压杆4的连接处、平衡基座5与平衡盖3的连接处也设有O型圈2密封，齿轮杆6与外端盖8的连接处也设有O型圈2密封，这样能够保证30Mpa高压水在耐高压切割装置内不会泄漏。

如图3所示，盖箱1外形为圆柱形，外端盖8与盖箱1同轴且为螺栓连接，连接管9与外端盖8同轴且为螺栓连接。平衡基座5与盖箱1螺纹连接，且安装于盖箱1的螺纹孔上，平衡盖3与平衡基座5螺纹连接，压杆4置于平衡盖3的螺纹孔内，平衡盖3、平衡基座5、压杆4三者同轴。内端盖13位于盖箱1内部且截面为圆环形，内端盖13的两端呈45°平行锥面分别与压杆4底端、刀头12末端滑动接触。齿轮盘7与外端盖8同轴且为螺纹连接，齿轮杆6一端位于盖箱1的开孔中，另一端位于外端盖8的开孔中，从而固定齿轮杆6位置，与齿轮盘7啮合。

如图2所示，压杆4中开孔，将高压水引至平衡盖3与平衡基座5的空隙间，此时高压水既作用在压杆4位于盖箱1内部的末端上，也作用于压杆4中部开孔处的截面上，高压水作用在压杆4的压力从而相互抵消，减轻旋转压杆4下压所需的作用力。平衡基座5与压杆4连接处，平衡基座5与平衡盖3连接处，也设有O型圈2密封，保证无论静止还是旋转下压时，盖箱1内部的高压水都不会从压杆4处泄漏，保证了耐高压切割装置的保压性能。

如图4所示，四个刀头12以齿轮盘7的轴心为原点对称，轴向嵌于齿轮盘7的十字槽中。螺栓11与刀头12的前端螺纹连接，弹簧10位于螺栓11与齿轮盘7的凸缘之间处于压缩状态，用于收起刀头，当外置电机带动齿轮杆6旋转时，齿轮盘7则会带动四个刀头12轴向旋转，从而切割样品管。

本发明的深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置的工作过程如下：

样品管到达耐高压切割装置所在位置且停下时，此时打开外置电机，电机带动齿轮杆6旋转，从而齿轮盘7旋转并带动四个固定在齿轮盘7的十字槽中的刀头12旋转；再人工用扳手拧动压杆4旋转下压，作用在内端盖13的锥面上，使内端盖13向刀头12方向移动并通过锥面使刀头12下压。此时，刀头12旋转且下压，作用于样品管上，从而可以轴向切割样品管，随着刀头12的不断下压，先切断样品管，再切断其中的深海沉积物。其中，外置电机为本发明工作应用过程中的配套技术工具，其具体的型号有步进电机SS2302A42E(山社牌)，可根据所切割样品管材料、厚度等因素自行选定。

因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。

Claims (6)

1.一种深海沉积物保压取样转移的耐高压切割装置，包括盖箱，其特征在于，还包括压力平衡装置、齿轮杆、齿轮盘、外端盖、连接管、弹簧、螺栓、刀头和内端盖；

所述内端盖、外端盖、连接管与盖箱同轴，且外端盖与盖箱之间为螺栓连接，连接管与外端盖之间为螺栓连接，内端盖嵌套于盖箱内；所述压力平衡装置包括平衡盖、压杆和平衡基座，且平衡盖、平衡基座与压杆同轴，平衡盖和平衡基座均设有同轴螺纹孔；所述平衡基座安装在盖箱的螺纹孔中，且平衡基座与盖箱之间为螺纹连接，平衡盖与平衡基座之间为螺纹连接，所述压杆依次贯穿通过平衡盖螺纹孔和平衡基底螺纹孔连接到盖箱内部；

嵌套于盖箱内部的内端盖呈上下两端平行锥面的圆环体结构，且内端盖的上下两端锥面分别与压杆底端、刀头末端滑动接触；所述齿轮盘与外端盖之间同轴且为螺纹连接，齿轮杆一端位于盖箱的开孔中，另一端位于外端盖的开孔中，齿轮杆通过其中间的齿轮与齿轮盘相啮合；所述齿轮盘上开设有若干个十字槽，刀头底座轴向嵌于齿轮盘的十字槽中，螺栓贯穿通过齿轮盘的凸缘上的开孔与刀头螺纹连接，且在螺栓与齿轮盘的凸缘之间设有弹簧，用于收缩刀头。

2.根据权利要求1中所述的耐高压切割装置，其特征在于，所述齿轮盘上开设有四个十字槽，所述四个刀头以齿轮盘的轴心为原点对称，分别嵌于对应的十字槽中。

3.根据权利要求1中所述的耐高压切割装置，其特征在于，所述平衡基座、齿轮杆、外端盖、连接管分别通过O型圈与盖箱密封连接，压杆、平衡盖分别通过O型圈与平衡基座密封连接，齿轮杆通过O型圈与外端盖密封连接。

4.根据权利要求1中所述的耐高压切割装置，其特征在于，所述盖箱呈中空圆柱体结构，且盖箱、齿轮盘、外端盖、连接管、内端盖、平衡基座横截面均为圆环形。

5.根据权利要求1中所述的耐高压切割装置，其特征在于，所述压杆下端开设有导流孔，压杆上端横截面为圆形。

6.根据权利要求1中所述的耐高压切割装置，其特征在于，所述内端盖的上下两端平行锥面与水平面呈45°角。