CN104390807B - 一种自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器，包括采样器主体、自动封底装置和采样管。采样器主体包括座体、绳索连接杆、自动封闭挂钩、支撑杆8和采样管封口阀。自动封底装置包括橡胶带、胶球和尼龙绳，橡胶带两端与绳索的两端连接，胶球连接在绳索的中段，绳索挂在自动封闭挂钩上，两端分别穿过两支撑杆的开孔，橡胶带穿过绳索连接杆上的绳索连接孔。本发明可以解决普通沉积物采样器采样深度小、不可更换采样管、不能自动封闭、破坏沉积物形态等问题，使用本发明可以得到包括有上覆水的完整柱状沉积物样品。

Description

一种自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器

技术领域

本发明属于污水污泥处理技术领域，具体涉及一种水底沉积物的采集装置。

背景技术

沉积物是水体的一个重要组成部分，对海洋、湖泊沉积物的分析，对研究水体形成过程，大气历史条件，分析水体矿物质以及有机质含量，尤其是引起水华爆发的营养盐和具有生物毒性的重金属等，具有重要的意义。当今，水体富营养化已经是世界面临的重要的环境问题，当外源性营养盐的输入得到有效控制后，沉积物中营养盐的释放就成为了水体中营养盐的主要来源，这就需要对沉积物的性质，沉积物—水界面的迁移转化规律进行研究，故使用一个可以采集包括有上覆水的完整柱状沉积物样品的沉积物采样器是十分必要的。

现有的沉积物采样器存在以下几种缺点，使之难以满足科学研究的要求：

（1）没有封闭装置

柱状沉积物采样器，尤其是深水沉积物采样器，较难解决采集沉积物后采样管封闭的问题。采用封闭不全或者不封闭的装置，可能导致样品流失或样品破坏。

（2）样品干扰大

部分沉积物采样器在采样过程中破坏了沉积物样品的原有形态，例如抓斗式沉积物采样器，采集到的沉积物已经松散垮塌，且无法得到清晰的沉积物—水界面。

（3）采样深度小

为保证沉积物采样器采样后能封闭采样管，部分采样器采用了手动装置，但是这种设计要求由控制杆连接采样器，一般控制杆长度有限，便限制了该种采样器只能采集到浅层沉积物，无法满足深层湖泊或者海洋沉积物的采集要求。

（4）采样效率低

部分沉积物采样器的设计中只有一套样品保存装置，这样只能得到一个样品或者现场处理后进行下一次采样，难以满足所需样品数量较多时的采样需求。

发明内容

本发明旨在满足沉积物研究中对样品的要求，提出了一种自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器，使之可以在有效采集样品后自动封闭，且得到具有上覆水的未被破坏形态的沉积物样品。

本发明的技术方案如下：

一种自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器，其包括采样器主体、自动封底装置和采样管 ；其具体结构如下：

所述采样器主体包括座体、绳索连接杆、自动封闭挂钩、支撑杆 和采样管封口阀；所述座体为筒状，由一段大圆筒和一段小圆筒构成，大圆筒段为安装采样管 的接头，其筒壁上设有偏心出水孔，小圆筒段内装有绳索连接杆，绳索连接杆的上端有绳索连接孔，靠下端斜向上设置自动封闭挂钩，自动封闭挂钩从座体小圆筒段中部设置的斜孔中穿出；在大圆筒段上平行于采样管 安装至少两根支撑杆，支撑杆的顶端超过或与采样管的底部管口，在支撑杆 顶端设有开孔；所述采样管封口阀设置座体内，其导向杆部位于小圆筒段内，阀板部位于大圆筒段内，其直径大于小圆筒段内径和采样管管口直径，可以在重力作用下封住管口。

所述自动封底装置包括橡胶带、胶球和绳索，橡胶带两端与绳索的两端连接，胶球连接在绳索的中段；所述绳索挂在自动封闭挂钩上，两端分别穿过两支撑杆的开孔，橡胶带穿过绳索连接杆上的绳索连接孔。

进一步，还可以在采样管封口阀的阀板部的端面设置有与采样管管口配合的封口橡胶垫。在所述支撑杆上安装采样管固定螺丝，径向顶住采样管。还可以在所述支撑杆上套增重钢环。

本沉积物采样器的工作过程是：

（1）将采样管安装在采样器本体中并固定，设置自动封底装置，将采样器竖直放入水面下后，释放绕线器，采样器在重力作用下快速下沉，下沉过程中水流通过采样管并由上端的偏心孔射出，使采样器产生旋转，由于物体具有旋转稳定性，可保证采样器的下沉方向，防止采样器插入沉积物时产生偏斜而破坏沉积物样品。

（2）采样器插入沉积物后，绳子拉力消失，绳索连接杆1由于重力的作用沿小圆筒下落，触动封闭装置，自动封闭挂钩2缩进筒内，挂在自动封闭挂钩2上的绳索9被脱掉，胶球在橡胶带的拉力下封住采样管的下端，同时采样管封口阀在重力作用下封住采样管上端，此时再将采样器缓慢拉出水面。卸掉胶球后使用橡胶塞将采样管下端封闭，之后将采样管取出，使用橡胶塞将采样管上端封闭，即可得到一个完整的沉积物样品。

（3）将装有样品的采样管放入采样管支架，在采样器上安装另一个采样管，并设置好自动封闭装置即可下一次操作。

本发明的优点如下

（1）自动封闭功能

该沉积物采样器在到达沉积物层后自动释放封闭装置，保证了样品在采集过程中不受影响和破坏，并且该采样器仅需要一根绳子即可完成自动封闭功能，操作简单。

（2）采集到的样品形状完整，干扰小

采样管的管状结构可以采集到柱状沉积物样品，其长度足够采集到沉积物及其上覆水，现场实际操作证明，该采样器可以保证采集到的样品具有清晰的沉积物—水界面。

（3）旋转稳定

采样器采用了偏心的出水口设计，使其在下沉过程中垂直于轴线防线产生旋转，由于旋转物体的定轴性，其方向不易产生偏移，即能保证采样器下沉时的竖直状态，也能促使其扎入更深更致密的不透水层，得到完整的沉积物样品。

（4）采样深度大

不同于部分沉积物采样器的操作杆连接方式，该沉积物采样器可以用一根绳子完成自动封闭装置的封闭功能，基本不受长度的限制，故该采样器可以适用于深水湖泊、海洋。

（5）采样效率高

部分沉积物采样器的设计中只有一套样品保存装置，这样只能得到一个样品或者现场处理后进行下一次采样，难以满足所需样品数量较多时的采样需求。该沉积物采样器与采样管分离，安装、拆卸方便，可以配备更多的采样管，如15孔采样管支架，可在一次工作中采集多个样品。

附图说明

图1为自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器的采样器本体的平面结构图；

图2为自动封底装置的结构示意图；

图3为自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器的采样器本体的剖面结构图；

图4为自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器在未封口状态的示意图；

图5为自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器在封口状态的示意图。

图中：1——绳索连接杆； 2——自动封闭挂钩； 3——连接螺杆； 4——座体；41——上圆筒段；42——下圆通段； 5——采样管；6——采样管固定螺丝；7——增重钢环；8——支撑杆； 9——绳索； 10——胶球； 11——橡胶带； 12——采样管封口阀； 13——封口橡胶垫；14——支撑杆开孔；15——偏心出水孔。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的结构及工作方式：

自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器包括采样器主体、自动封底装置和采样管。采样器主体部分是采样器的结构框架，是采样器各个部件的安装主体。

参见图1和图3，采样器主体部分包括座体4、绳索连接杆1、自动封闭挂钩2、连接螺杆3、支撑杆 8和采样管封口阀12等。

座体4为筒状，由一段大圆筒和一段小圆筒构成，大圆筒段42作为安装采样管 5的接头，有机玻璃采样管且可以便捷拆卸。大圆筒段和小圆筒段为可拆卸结构，通过连接螺杆3连接固定。

大圆筒段42筒壁上设有偏心出水孔15，即出水方向并非垂直于采样器轴心，使采样器在水流的推力下产生旋转。

小圆筒段42内装有绳索连接螺杆1，绳索连接杆1的上端有绳索连接孔，靠下端斜向上设置自动封闭挂钩2，自动封闭挂钩2从座体小圆筒段中部设置的斜孔中穿出。

在大圆筒段上平行于采样管 5并对称安装两根支撑杆8，支撑杆8的顶端超过或与采样管 5的底部管口齐平，在支撑杆 8顶端设有开孔14。

采样管封口阀12设置在座体4内，其导向杆部位于小圆筒段41内，阀板部位于大圆筒段42内，阀板部直径大于小圆筒段内径和采样管管口直径，可以在重力作用下封住采样管管口。采样管封口阀的阀板部的端面设置有与采样管管口配合的封口橡胶垫13，采集得到样品后用于封闭采样管。

另外，在支撑杆8上安装有采样管固定螺丝6，径向顶住采样管。支撑杆8上最好设置增重钢环，采样管固定螺丝6也可以安装在增重钢环上。

参见图2，自动封底装置用于安装于采样器主体部分上，包括橡胶带11、胶球10和绳索9（如尼龙绳），橡胶带11两端与绳索9的两端连接，胶球10连接在绳索9的中段，所述绳索9挂在自动封闭挂钩2上，两端分别穿过两支撑杆的开孔14，橡胶带11穿过绳索连接杆1上的绳索连接孔。

以下进一步说明工作方式：

1、自动封闭过程：

参见图4和图5，自动封底装置安装于采样器主体部分上，其中，尼龙绳挂在自动封闭挂钩2上，橡胶带11穿过在绳索连接杆1上，连接胶球的尼龙绳穿过支撑杆开孔14。绳索连接杆1也是绳子（绕线器和绳子是另外的设施，绕线器用于缠绕绳子，在下放采样器的时候保证其重力产生足够的下降速率），与采样器的连接部分，同时与自动封闭挂钩2为一个整体，此设计的作用是，在释放采样器下沉的过程中，由于绳子的拉力，绳索连接杆1保持上拉状态，在采样器扎入沉积物后，绳子拉力消失，在绳索连接杆1的重力和橡胶带11的拉力作用下，绳索连接杆1下垂，同时自动封闭挂钩2松开绳索9，自动封底装置触发，胶球10被拉至采样管底部，完成封底过程。另外，在沉积物采集完成后，采样管封口阀12在重力作用下封住采样管顶部，并有封口橡胶垫13加强密封效果，完成封顶过程。封闭采样管保证了回收采样器过程中采样管中的样品不受干扰，也保持采样管内压力，减小底部封闭胶球的承受力。

2、旋转稳定：

在采样器快速下沉过程中，由于采样管未封闭底部，水会进入采样管，并顶开采样管封口阀，从偏心出水孔15冲出，类似“风车”的原理，设置的4个偏心出水孔形成4股水流推动采样器绕自身轴线旋转，类似“陀螺”的定轴性原理，在没有外力矩作用时，使采样器的自转轴指向保持稳定不变，尽量保证采样器的下沉方向为垂直方向。

3、更换采样管：

采样管固定螺丝6穿过增重钢环7将采样管固定。一次采样过程结束后，仅需松开采样管固定螺丝即可将采样管取出，更换采样管并旋紧螺丝即可固定。

与本发明配套的采样管支架可以用于放置多个有机玻璃采样管，方便批量携带采样管。用取样棍配套取样管，可将取样管中样品推出，可对采集到的样品进行抽样、分样。

Claims (5)

1.一种自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器，其包括采样器主体、自动封底装置和采样管；其特征在于：

所述采样器主体包括座体（4）、绳索连接杆（1）、自动封闭挂钩（2）、支撑杆（8）和采样管封口阀（12）；所述座体为筒状，由一段大圆筒和一段小圆筒构成，大圆筒段（42）作为安装采样管（5）的接头，其筒壁上设有偏心出水孔（15），小圆筒段（41）内装有绳索连接杆（1），绳索连接杆的上端有绳索连接孔，靠绳索连接杆的下端设置自动封闭挂钩(2)，自动封闭挂钩设置成斜向上的形状,从座体小圆筒段中部设置的斜孔中穿出；在大圆筒段上平行于采样管并对称安装两根支撑杆(8)，支撑杆的顶端超过或与采样管 的底部管口齐平，在支撑杆顶端设有开孔(14)；所述采样管封口阀(12)设置在座体内，其导向杆部位于小圆筒段内，阀板部位于大圆筒段内，阀板部直径大于小圆筒段内径和采样管底部管口直径，可以在重力作用下封住采样管管口；

所述自动封底装置包括橡胶带(11)、胶球(10)和绳索（9），橡胶带两端与绳索的两端连接，胶球连接在绳索的中段；所述绳索挂在自动封闭挂钩（2）上，两端分别穿过两支撑杆的开孔（14），橡胶带（11）穿过绳索连接杆（1）上的绳索连接孔。

2.根据权利要求1所述的自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器，其特征在于：在采样管封口阀的阀板部的端面设置有与采样管管口配合的封口橡胶垫（13）。

3.根据权利要求1所述的自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器，其特征在于：所述支撑杆上安装有采样管固定螺丝（6），径向顶住采样管。

4.根据权利要求1所述的自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器，其特征在于：所述座体的大圆筒段和小圆筒段为可拆卸结构，通过连接螺杆（3）连接固定。

5.根据权利要求1所述的自动封闭旋转稳定式深层沉积物采样器，其特征在于：所述支撑杆上套增重钢环（7）。