CN104198222B - 一种可拆装式深水底泥采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可拆装式深水底泥采样器，包括定向组件、重量控制件和采样筒，定向组件、重量控制件和采样筒由上至下依次螺纹连接；采样筒上部设有上密封组件，采样筒底部设有下密封组件。本可拆装式深水底泥采样器采用导向尾翼设计，可以保证采样器与底泥面垂直接触，最大程度上保护样品的垂直分布特性和样品的整体性；在原有定向组件重量基础上，增设了配置可调的重量控制件，增加采样器下潜加速度，可实现深水采样及不同底泥厚度采样需求；在采样筒两端分别设置密封组件，根据水流方向及样品重力作用控制两个密封组件的开合，提高密封性能；整体结构简明，可根据实际环境拆装，便携性好，操控性强。

Description

一种可拆装式深水底泥采样器

技术领域

本发明涉及河流、湖泊环境监测中的深水底泥采样技术领域，特别涉及一种可拆装式深水底泥采样器。

背景技术

在河流或湖泊中，底泥通常是黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物，经过长时间的物理、化学、生物等作用及水流传输而沉积于水体环境底部所形成的，也是生态环境系统的重要组成部分。当地表水体污染较重时，水中的部分污染物会通过沉淀或者由颗粒物吸附而蓄存于底泥中，同时，河道底泥中污染物的再释放会对河流水体产生二次污染，因此对水体环境底泥的环境监测及研究工作刻不容缓。

底泥采样是水体环境底泥监测研究的前提工作，申请号为200910026017.3的专利申请公开了一种抓斗式底泥取样装置，包括固定抓斗、活动抓斗、活动杆、延长杆和手柄，通过拉簧控制活动抓斗进行工作。其主要优点是操作简单，但同时也存在以下主要缺陷：①根据先插入、再抓取的“二步”取样，在整个操作过程中，对底泥扰动较大，且抓斗内难以完全抓满底泥样本，在抓斗上提时，斗内样本容易受水流作用发生混合扰动，样本整体性差，难以取得分层样本；②受底泥厚度限制的现象明显，对底泥厚度小且含水率较高的表层底泥，抓取时容易受水流影响发生溢出，底泥抓取成功率低等。

目前，柱状采样器是另一种常用的底泥取样装置，柱状腔体插入底泥后，通过铰链或绳索控制密封，这样弥补了抓斗式取样装置采集样本整体性差的不足，但对于采集深度较大的水体环境底泥，受插入深度的限制，取样量有时难以满足监测或研究需求，同时通过专用铰链或绳索控制的密封装置容易受长度限制，实际操作性差，一定程度上影响了取样成功率及取样效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可拆装式深水底泥采样器，该采样器可根据需要调整配重以配合不同深度的底泥采样，操作简单、使用方便。

本发明的技术方案为：一种可拆装式深水底泥采样器，包括定向组件、重量控制件和采样筒，定向组件、重量控制件和采样筒由上至下依次螺纹连接；采样筒上部设有上密封组件，采样筒底部设有下密封组件。

其中，采样筒可设计为以下2种结构形式：

(1)采样筒为组合式结构，所述采样筒包括相连接的采样段和上密封段，上密封段底部设有外螺纹，采样段顶部设有内螺纹，采样段和上密封段之间螺纹连接；上密封段包括依次连接的上连接段、中部支撑导柱和下连接段，上连接段顶部与重量控制件连接，下连接段底部与采样段连接，上连接段和下连接段之间设置多个中部支撑导柱，各中部支撑导柱上套有凹形钢片；凹形钢片和上密封段组成上密封组件。

(2)采样筒为一体式结构，所述采样筒包括相连接的采样段和上密封段，采样段和上密封段为一体结构；上密封段包括上连接段和中部支撑导柱，上连接段顶部与重量控制件连接，上连接段底部通过多个中部支撑导柱与采样段连接，各中部支撑导柱上套有凹形钢片；凹形钢片和上密封段组成上密封组件。

上述2中结构的采样筒中，所述凹形钢片的直径大于采样筒的直径，凹形钢片中部下凹，凹形钢片外周分布有多个通孔，通孔数量与中部支撑导柱的数量相等，凹形钢片通过各通孔与相应的中部支撑导柱连接。通过各通孔与中部支撑导柱的配合，凹形钢片在水流的推动下可沿着中部支撑导柱上下滑动，实现对采样段顶部进行密封或开启。

所述凹形钢片底面设有密封圈，密封圈的直径与采样段的直径相等或相接近；密封圈可采用橡胶圈，固定于凹形钢片底面，使凹形钢片下滑至采样段时，其密封效果更好。

所述采样筒上，采样段的内壁上设有内凸螺纹；通过增设螺纹，当底泥进入采样筒后，可增加底泥与采样筒腔体壁内侧的摩擦力，使底泥在采样筒内尽量保持原生态结构。

下密封组件可采用以下2种结构形式：

(1)所述下密封组件包括2个半圆形的不锈钢片，2个不锈钢片呈对开形式设于采样筒底部，各不锈钢片通过导向轴与采样筒铰接；各不锈钢片的直径小于采样筒的直径。

采样筒底部的外侧壁可带有倒角，该倒角是通过在筒口外侧作适当打磨加工减小筒壁厚度而形成的，其目的为了减小底部筒口与底泥接触时的摩擦。

该结构的下密封组件组成部件较少，易于加工。

(2)所述下密封组件包括多个翻转件、活动销和底盖，底盖与采样筒底部螺纹连接，多个翻转件设于底盖与采样筒的相接处；沿着采样筒的圆周方向，采样筒底面设有活动孔，各翻转件分别通过活动销与采样筒铰接，各活动销两端置于活动孔内；底盖为两端连通的中空结构。

所述底盖为一体式结构，包括相连接的圆筒段和锥形段，圆筒段内壁设有与采样筒相连接用的内螺纹，圆筒段与锥形段的相接处设有内凸圆环。

其中，翻转件的个数可根据采样器的尺寸大小进行调整，一般为4个或6个；翻转件向采样筒内的翻转角度小于90°，取下底盖后，翻转件向采样筒外的翻转角度可达180°；在底盖上设置内凸圆环，其主要目的是在采样器的使用过程中限制翻转件向外翻转，保证密封效果；将底盖下段设计为锥形段，其主要目的是为了减小采样器插入底泥时的阻力。

该结构的下密封组件结构灵活，底部通过底盖连接，其密封效果更好，可减少密封组件与采样筒之间的缝隙，并且采样后可拆下底盖，翻转件向外翻转打开，迅速取下泥样。

所述重量控制件为实心的不锈钢块；重量控制件可制作成多种形状和多种不同重量的规格，根据采样的实际深度需要，选择相应规格的重量控制件作为配重与定向组件和采样筒进行组装即可。

所述定向组件包括中心体、定向尾翼和绳索连接件，中心体底部与重量控制件螺纹连接，中心体的外侧面上设置多个定向尾翼，中心体顶部设置绳索连接件。多个定向尾翼的设置，可保证采样器与底泥面垂直接触，最大程度上保护样品的垂直分布特性和样品的整体性；绳索连接件用于外接人工操作用的绳索。

作为一种优选方案，所述定向组件中，定向尾翼有4个，均匀分布于中心体的外圆柱面上。

本可拆装式深水底泥采样器使用时，其原理是：通过更换重量控制件的规格，可使采样器快速而准确的进入所需深度的深水底泥上；在采样筒中，采样器下沉的过程中，上升的水流顶起凹形钢片，各中部支撑导柱之间形成水流通孔，可减小采样器下沉的阻力，在采样器上升的过程中，向下的水流垂直作用在凹形钢片上，保持凹形钢片下压密封采样段，保证采样段内的泥水形成负压，增加样品采集的成功率；下密封组件位于采样筒下端，在采样器下沉的过程中，上升水流顶开密封组件并保持其开启状态，使采样段及上密封组件内形成连续的水流空间，减小采样器下沉的阻力，采样器提升的过程中，采集的泥样受重力和水流压力向下作用于下密封组件上，使其实现自动关合，从而保证样品的成功采集。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本可拆装式深水底泥采样器采用导向尾翼设计，可以保证采样器与底泥面垂直接触，最大程度上保护样品的垂直分布特性和样品的整体性。

2、本可拆装式深水底泥采样器在原有定向组件重量基础上，增设了配置可调的重量控制件，增加采样器下潜加速度，可实现深水采样及不同底泥厚度采样需求。

3、本可拆装式深水底泥采样器在采样筒两端分别设置密封组件，根据水流方向及样品重力作用控制两个密封组件的开合，提高密封性能；其中，上密封组件和下密封组件均可根据实际需要选择相应的结构使用，使用方便而灵活，不仅可制作成实验设备进行推广，也可制作成不同规格在工业上大量推广。

4、本可拆装式深水底泥采样器整体结构简明，可根据实际环境拆装，便携性好，操控性强。

附图说明

图1为本可拆装式深水底泥采样器实施例1的结构示意图。

图2为本可拆装式深水底泥采样器中下密封组件的结构示意图。

图3为本可拆装式深水底泥采样器中凹形钢片的结构示意图。

图4为本可拆装式深水底泥采样器实施例2的结构示意图。

图5为本可拆装式深水底泥采样器实施例3的结构示意图。

图6为图5中A方向上，各翻转件闭合时采样筒底面的结构示意图。

图7为图5中B方向上，各翻转件闭合时采样筒底面的结构示意图。

图8为图5中B方向上，各翻转件向内翻转打开时采样筒底面的结构示意图。

图9为图5中B方向上，各翻转件向外翻转打开时采样筒底面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种可拆装式深水底泥采样器，其结构如图1所示，包括定向组件、重量控制件和采样筒，定向组件、重量控制件和采样筒由上至下依次螺纹连接；采样筒上部设有上密封组件，采样筒底部设有下密封组件。

其中，采样筒为组合式结构，采样筒包括相连接的采样段1和上密封段，上密封段底部设有外螺纹，采样段顶部设有内螺纹，采样段和上密封段之间螺纹连接；上密封段包括依次连接的上连接段2、中部支撑导柱3和下连接段4，上连接段顶部与重量控制件5连接，下连接段底部与采样段连接，上连接段和下连接段之间设置多个中部支撑导柱，各中部支撑导柱上套有凹形钢片6；凹形钢片和上密封段组成上密封组件。

如图3所示，凹形钢片的直径大于采样筒的直径，凹形钢片中部下凹，凹形钢片外周分布有多个通孔6-1，通孔数量与中部支撑导柱的数量相等，凹形钢片通过各通孔与相应的中部支撑导柱连接。通过各通孔与中部支撑导柱的配合，凹形钢片在水流的推动下可沿着中部支撑导柱上下滑动，实现对采样段顶部进行密封或开启。

凹形钢片底面设有密封圈(图中未示出)，密封圈的直径与采样段的直径相等或相接近；密封圈可采用橡胶圈，固定于凹形钢片底面，使凹形钢片下滑至采样段时，其密封效果更好。

采样筒上，采样段的内壁上设有内凸螺纹1-1；通过增设螺纹，当底泥进入采样筒后，可增加底泥与采样筒腔体壁内侧的摩擦力，使底泥在采样筒内尽量保持原生态结构。

采样筒上，采样段底部的外侧壁带有倒角1-2，该倒角是通过在筒口外侧作适当打磨加工减小筒壁厚度而形成的，其目的为了减小底部筒口与底泥接触时的摩擦。

如图1或图2所示，下密封组件包括2个半圆形的不锈钢片7，2个不锈钢片呈对开形式设于采样筒底部，各不锈钢片通过导向轴8与采样筒铰接；各不锈钢片的直径小于采样筒的直径。

重量控制件5为实心的不锈钢块；重量控制件可制作成多种形状和多种不同重量的规格，根据采样的实际深度需要，选择相应规格的重量控制件作为配重与定向组件和采样筒进行组装即可。

定向组件包括中心体9、定向尾翼10和绳索连接件11，中心体底部与重量控制件螺纹连接，中心体的外侧面上设置多个定向尾翼，中心体顶部设置绳索连接件。多个定向尾翼的设置，可保证采样器与底泥面垂直接触，最大程度上保护样品的垂直分布特性和样品的整体性；绳索连接件用于外接人工操作用的绳索。

定向组件中，定向尾翼有4个，均匀分布于中心体的外圆柱面上。

本可拆装式深水底泥采样器使用时，其原理是：通过更换重量控制件的规格，可使采样器快速而准确的进入所需深度的深水底泥上；在采样筒中，采样器下沉的过程中，上升的水流顶起凹形钢片，各中部支撑导柱之间形成水流通孔，可减小采样器下沉的阻力，在采样器上升的过程中，向下的水流垂直作用在凹形钢片上，保持凹形钢片下压密封采样段，保证采样段内的泥水形成负压，增加样品采集的成功率；下密封组件位于采样筒下端，在采样器下沉的过程中，上升水流顶开密封组件并保持其开启状态，使采样段及上密封组件内形成连续的水流空间，减小采样器下沉的阻力，采样器提升的过程中，采集的泥样受重力和水流压力向下作用于下密封组件上，使其实现自动关合，从而保证样品的成功采集。

实施例2

本实施例一种可拆装式深水底泥采样器，如图4所示，与实施例1相比较，其不同之处在于：

采样筒为一体式结构，采样筒包括相连接的采样段和上密封段，采样段和上密封段为一体结构；上密封段包括上连接段和中部支撑导柱，上连接段顶部与重量控制件连接，上连接段底部通过多个中部支撑导柱与采样段连接，各中部支撑导柱上套有凹形钢片；凹形钢片和上密封段组成上密封组件。

凹形钢片底面设有密封圈(图中未示出)，密封圈的直径与采样段的直径相等或相接近；密封圈可采用橡胶圈，固定于凹形钢片底面，使凹形钢片下滑至采样段时，其密封效果更好。

实施例3

本实施例一种可拆装式深水底泥采样器，如图5～9所示，与实施例1相比较，其不同之处在于：

下密封组件包括多个翻转件12、活动销13和底盖14，底盖与采样筒底部螺纹连接，多个翻转件设于底盖与采样筒的相接处；沿着采样筒的圆周方向，采样筒底面设有活动孔，各翻转件分别通过活动销与采样筒铰接(各翻转件背面通过固定条与活动销连接)，各活动销两端置于活动孔内；底盖为两端连通的中空结构。

底盖为一体式结构，包括相连接的圆筒段和锥形段，圆筒段内壁设有与采样筒相连接用的内螺纹，圆筒段与锥形段的相接处设有内凸圆环(图中未示出)。

其中，翻转件的个数可根据采样器的尺寸大小进行调整，本实施例中为4个；翻转件向采样筒内的翻转角度小于90°(如图8所示)，取下底盖后，翻转件向采样筒外的翻转角度可达180°(如图9所示)；在底盖上设置内凸圆环，其主要目的是在采样器的使用过程中限制翻转件向外翻转，保证密封效果；将底盖下段设计为锥形段，其主要目的是为了减小采样器插入底泥时的阻力。

该结构的下密封组件结构灵活，底部通过底盖连接，其密封效果更好，可减少密封组件与采样筒之间的缝隙，并且采样后可拆下底盖，翻转件向外翻转打开，迅速取下泥样。

实施例4

本实施例一种可拆装式深水底泥采样器，与实施例3相比较，其不同之处在于：

采样筒为一体式结构，采样筒包括相连接的采样段和上密封段，采样段和上密封段为一体结构；上密封段包括上连接段和中部支撑导柱，上连接段顶部与重量控制件连接，上连接段底部通过多个中部支撑导柱与采样段连接，各中部支撑导柱上套有凹形钢片；凹形钢片和上密封段组成上密封组件；凹形钢片底面设有密封圈密封圈的直径与采样段的直径相等或相接近。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (16)

1.一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，包括定向组件、重量控制件和采样筒，定向组件、重量控制件和采样筒由上至下依次螺纹连接；采样筒上部设有上密封组件，采样筒底部设有下密封组件；

所述采样筒包括相连接的采样段和上密封段，上密封段底部设有外螺纹，采样段顶部设有内螺纹，采样段和上密封段之间螺纹连接；上密封段包括依次连接的上连接段、中部支撑导柱和下连接段，上连接段顶部与重量控制件连接，下连接段底部与采样段连接，上连接段和下连接段之间设置多个中部支撑导柱，各中部支撑导柱上套有凹形钢片；凹形钢片和上密封段组成上密封组件。

2.根据权利要求1所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述凹形钢片的直径大于采样筒的直径，凹形钢片中部下凹，凹形钢片外周分布有多个通孔，通孔数量与中部支撑导柱的数量相等，凹形钢片通过各通孔与相应的中部支撑导柱连接。

3.根据权利要求1所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述凹形钢片底面设有密封圈，密封圈的直径与采样段的直径相等。

4.根据权利要求3所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述采样筒上，采样段的内壁上设有内凸螺纹。

5.根据权利要求1所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述下密封组件包括2个半圆形的不锈钢片，2个不锈钢片呈对开形式设于采样筒底部，各不锈钢片通过导向轴与采样筒铰接；各不锈钢片的直径小于采样筒的直径。

6.根据权利要求1所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述下密封组件包括多个翻转件、活动销和底盖，底盖与采样筒底部螺纹连接，多个翻转件设于底盖与采样筒的相接处；沿着采样筒的圆周方向，采样筒底面设有活动孔，各翻转件分别通过活动销与采样筒铰接，各活动销两端置于活动孔内；底盖为两端连通的中空结构。

7.根据权利要求6所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述底盖为一体式结构，包括相连接的圆筒段和锥形段，圆筒段内壁设有与采样筒相连接用的内螺纹，圆筒段与锥形段的相接处设有内凸圆环。

8.根据权利要求1所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述重量控制件为实心的不锈钢块；

所述定向组件包括中心体、定向尾翼和绳索连接件，中心体底部与重量控制件螺纹连接，中心体的外侧面上设置多个定向尾翼，中心体顶部设置绳索连接件。

9.一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，包括定向组件、重量控制件和采样筒，定向组件、重量控制件和采样筒由上至下依次螺纹连接；采样筒上部设有上密封组件，采样筒底部设有下密封组件；

所述采样筒包括相连接的采样段和上密封段，采样段和上密封段为一体结构；上密封段包括上连接段和中部支撑导柱，上连接段顶部与重量控制件连接，上连接段底部通过多个中部支撑导柱与采样段连接，各中部支撑导柱上套有凹形钢片；凹形钢片和上密封段组成上密封组件。

10.根据权利要求9所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述凹形钢片的直径大于采样筒的直径，凹形钢片中部下凹，凹形钢片外周分布有多个通孔，通孔数量与中部支撑导柱的数量相等，凹形钢片通过各通孔与相应的中部支撑导柱连接。

11.根据权利要求9所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述凹形钢片底面设有密封圈，密封圈的直径与采样段的直径相等。

12.根据权利要求11所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述采样筒上，采样段的内壁上设有内凸螺纹。

13.根据权利要求9所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述下密封组件包括2个半圆形的不锈钢片，2个不锈钢片呈对开形式设于采样筒底部，各不锈钢片通过导向轴与采样筒铰接；各不锈钢片的直径小于采样筒的直径。

14.根据权利要求9所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述下密封组件包括多个翻转件、活动销和底盖，底盖与采样筒底部螺纹连接，多个翻转件设于底盖与采样筒的相接处；沿着采样筒的圆周方向，采样筒底面设有活动孔，各翻转件分别通过活动销与采样筒铰接，各活动销两端置于活动孔内；底盖为两端连通的中空结构。

15.根据权利要求14所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述底盖为一体式结构，包括相连接的圆筒段和锥形段，圆筒段内壁设有与采样筒相连接用的内螺纹，圆筒段与锥形段的相接处设有内凸圆环。

16.根据权利要求9所述一种可拆装式深水底泥采样器，其特征在于，所述重量控制件为实心的不锈钢块；

所述定向组件包括中心体、定向尾翼和绳索连接件，中心体底部与重量控制件螺纹连接，中心体的外侧面上设置多个定向尾翼，中心体顶部设置绳索连接件。