CN105043813A - 一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，包括上部释放自浮机构与下部抛载配重机构，所述释放自浮机构包括一扁圆柱形浮力块，所述浮力块圆周均匀设置至少两个垂直向下延伸的套筒；浮力块中心下方固定连接一固定座，所述固定座下方固定连接有至少一个夹持套筒，所述夹持套筒下方连接取样管；取样管与夹持套筒顶壁之间设置缓冲弹簧；所述抛载配重机构包括一抛载配重块，所述抛载配重块上方设置导向稳定柱；固定座中心下方设置机械释放机构。本发明解决了现有海底取样器搭载困难、构造复杂、造价昂贵等问题，取样后抛载配重块并自主上浮，无需额外动力、不需绞缆，2-3人即可完成所有布放回收流程，且装置结构简单、可靠、维护方便。

Description

一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置

技术领域

本发明所属深海资源勘探开发设备技术领域，具体地说，涉及一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置。

背景技术

海洋占地球总面积的70.78%，在大洋深处广泛覆盖着一层神秘但十分具有研究价值的海底沉积物，海底沉积物对于认识地球环境变迁、揭示地球环境系统之间的内在联系和预测未来气候长期变迁等有着重要意义。对海底沉积物取样并进行深入研究可以使人类在海洋科学研究、海洋环境研究、海洋资源勘探、海洋工程勘探等领域获取到十分重要得科学价值，对于人类认识地球、开发海洋具有重要的战略性意义。

但是目前海底取样尤其是深海取样的技术手段十分有限，与发达国家相比，我国海底勘探的手段单一、海底取样设备落后。目前广泛采用的重力式取样器结构简单，但重量、长度均过重过大，无论是吊放还是回收均相当困难，尤其是应用于深海甚至是全海深的情况，对布放重力取样器的绞缆系统要求十分严格，海上复杂的海况也增加了布放的难度，经常出现由于绞缆系统故障而进行截缆的情况，造成重大的损失。

还有一种经常用于地质探测的振动沉积物取样器能够对硬质沉积物取样，但其整体框架大而笨重，而且当取样深度较大时，能量供应较麻烦，对布放船只的要求也比较高。

静水压力沉积物取样器利用海水的静水压力能以冲击取样管的方式对沉积物进行取样，其能对硬质沉积物进行有效取样，但该装置存在结构复杂，海上维护困难、海上作业周期长、造价昂贵、效率不高等缺点。

因此，研究和开发功能强大、操作方便的海底取样器，是我国新一轮海底资源大勘查、海底地质结构研究和海洋环境研究急需解决的课题。

鉴于上述问题，本发明提出了一种小型全海深的海底取样器，装置无需额外动力（电力或液压）源，加载配重进行下潜，依靠重力冲击触底取样，装置采用独特的机械式触发释放机构，取完样后抛载机构利用其配置的大深度浮力材料产生的浮力自主上浮，不需绞缆布放系统，节省造价；维护整套装置进行小型化设计，2-3人即可完成所有的布放回收全流程，减少不必要的人力、设备浪费，提高工作效率，装置机构简单、可靠、易维护；整套装置采用通用性、模块化设计，海上可进行拆装、组装，可实现大批量加工，具有制造简单，生产成本低、安装简便、效率高效、安全可靠。目前，国内还未见相关装置的报道。

发明内容

为了解决现有海底取样器结构复杂、造价昂贵、搭载及作业困难等现实问题，本发明提出一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其具体的技术方案如下：

一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，包括上部释放自浮机构与下部抛载配重机构，所述释放自浮机构包括一扁圆柱形浮力块，所述浮力块圆周均匀设置至少两个垂直向下延伸的套筒；浮力块中心下方固定连接一固定座，与所述固定座下方固定连接有至少一个夹持套筒，所述夹持套筒下方连接取样管，取样管与夹持套筒顶壁之间设置缓冲弹簧；所述抛载配重机构包括一抛载配重块，所述抛载配重块上方设置与浮力块套筒数量、位置匹配的导向稳定柱；固定座中心下方设置机械释放机构，所述机械释放机构包括上部的连接端与下方的挂钩，连接端通过一楔形弹性开关与下部的挂钩连接，所述挂钩通过一连接柱与抛载配重块固定连接；所述固定座中心与抛载配重块之间设置圆柱弹簧。

进一步地，所述机械释放机构的连接端设置一回收槽；所述楔形弹性开关通过一弹性件连接至连接端，当挂钩脱离楔形弹性开关后，楔形弹性开关收缩至连接端的回收槽内。

进一步地，所述取样管下方设置瓣形爪簧，所述瓣形爪簧设置单向进入口，用于实现海底样品由瓣形入口单向进入取样管。

作为优选方案，所述浮力块上方还设置有吊钩。

作为优选方案，还包括与一根与吊钩连接的直径2mm的万米细缆，所述细缆另一端连接船体。

作为优选方案，所述细缆为高强度的凯夫拉缆。

作为优选方案，所述套筒与导向稳定柱的数量为4个。

作为优选方案，所述抛载配重块为水泥块。

本发明所提供的一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，具有以下优点：

第一、解决原有取样器“大而重”的问题，通常的海底取样装置（如重力柱）非常笨重（几百公斤甚至上吨重），需要专门的大型绞车及吊车进行布放，作业效率低下且存在较大作业风险。本装置基于小型化、便携式的特点，相较于目前通用的“大而重”的海底取样装置独创性的提出了小型化的设计策略，整套装置总重在50kg以下，2-3人即可完成整套作业流程，减少不必要人力、设备浪费，既提高了工作效率，又减少了设备维护难度和作业风险；

第二、为便于工厂化大批量生产及海上维护，独创性的采用了分体式模块化设计策略，装置由上下两部分组装而成，每部分便于加工制造，维护时便于更换，装置下部抛载配重机构其配重采用水泥块配重，从而大大节约了制造成本，便于大批量的使用；

第三、无需外部电力或液压等动力源，即可实现自主上浮，取样装置提出了一种机械式触发释放机构，上部释放自浮机构挂钩采用楔形弹片设计，挂入简单，当触底后下部抛载配重机构挂钩受到冲击向上运动从而脱出上部弹性挂钩，由于上部采用楔形的弹性挂钩，当脱钩后弹片自动回位至回收槽中，使得下挂钩不能再次挂入，从而上下部分分离，上部释放自浮机构在浮力材料的浮力下自主完成上浮；

第四：装置搭配凯夫细缆使用，可以在全海深海底进行取样作业，回收得到保障，大大增加了作业范围，可广泛应用于各种海底深渊科学探测，将大大促进深渊科学探测技术的发展。

附图说明

图1本发明一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置正视结构剖面图；

图2本发明一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置立体结构示意图；

图3本发明一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置机械释放机构结构示意图；

图4本发明一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置分体后结构示意图。

【主要部件符号说明】

1:吊钩；2：浮力块；3：圆柱弹簧；4：缓冲弹簧；5：抛载配重块；6：瓣形爪簧；7：取样管；8：机械释放机构；801：连接端；802：楔形弹性开关；803：挂钩；9：夹持套筒；10：导向稳定柱。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置进一步详细的说明。

从图1、图2、中可以看出，本发明一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，包括上部释放自浮机构与下部抛载配重机构，所述释放自浮机构包括一扁圆柱形浮力块2，所述浮力块圆周均匀设置至少两个垂直向下延伸的套筒；浮力块2中心下方固定连接一固定座，与所述固定座下方固定连接有至少一个夹持套筒9，所述夹持套筒9下方连接取样管7，所述取样管下方设置瓣形爪簧，所述瓣形爪簧设置单向进入口，用于实现海底样品由瓣形入口单向进入取样管。取样管7与夹持套筒顶壁之间设置缓冲弹簧4；所述抛载配重机构包括一抛载配重块5，所述抛载配重块5上方设置与浮力块套筒数量、位置匹配的导向稳定柱10；

从图3中可以看出，固定座中心下方设置机械释放机构8，所述机械释放机构8包括上部的连接端801与下方的挂钩803，连接端801通过一楔形弹性开关802与下部的挂钩803连接，所述挂钩803通过一连接柱与抛载配重块固定连接；所述固定座中心与抛载配重块之间设置圆柱弹簧3。所述机械释放机构的连接端801设置一回收槽；所述楔形弹性开关802通过一弹性件连接至连接端，当挂钩脱离楔形弹性开关后，楔形弹性开关收缩至连接端的回收槽内。

此外，所述浮力块上方还设置有吊钩1，还包括与一根与吊钩连接的直径2mm的万米细缆，所述细缆另一端连接船体，所述细缆优选为高强度的凯夫拉缆。作为其中的优选方案，所述套筒与导向稳定柱的数量为4个、所述抛载配重块5为水泥块。

工作流程：

下水前，进行全海深自浮式取样装置的组装工作，将上部释放自浮机构和下部抛载配重机构进行组装，挂入两端挂钩，利用下部抛载配重机构的自身配重对装置释放圆柱弹簧3进行预压缩。随后进行系统检测，主要是对触底后触发机械释放机构8、缓冲弹簧4、导向稳定柱10进行检查，检查确认符合运行条件后，进行布放工作。

布放过程，全海深自浮式取样装置上端有吊钩1，条件允许时可以用小型船载吊机进行布放工作，将全海深自浮式取样装置吊入海中并释放，全海深自浮式取样装置依靠自身重力进行下潜。若不具备条件也可由2-3人将全海深自浮式取样装置用绳子抬起，缓慢送入水中。

当到达海底触底后，海底材料样品经瓣形爪簧单向进入取样管7，同时，下部抛载配重机构的挂钩803收到冲击向上运动从而脱出楔形弹性开关802，由于上部采用楔形的弹片，当脱钩后弹片自动回位至回收槽中，使得挂钩803不能再次挂入，从而上下部分分离，参照图4，上部释放自浮机构在浮力块2的浮力下自主完成上浮，上浮过程中，样品由于受到的瓣簧的阻挡而留在取样管7中。下部的抛载配重机构沉入海底。

回收过程，全海深自浮式取样装置的吊钩还连接有一根直径2mm的万米细缆，细缆采用高强度凯夫拉缆，该缆不参与装置布放过程，主要作用为当上部释放自浮机构上浮到水面时，通过该细缆将上浮的机构收回，必要时若取样器触底未能自主上浮也可紧急将全海深自浮式取样装置拉回。

上部释放自浮机构收回至甲板后，取出取样管7，将采取的样品进行处理、实验、研究。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其特征在于：包括上部释放自浮机构与下部抛载配重机构；所述释放自浮机构包括一扁圆柱形浮力块，所述浮力块圆周均匀设置至少两个垂直向下延伸的套筒；浮力块中心下方固定连接一固定座，所述固定座下方固定连接有至少一个夹持套筒；所述夹持套筒下方连接取样管，取样管与夹持套筒顶壁之间设置缓冲弹簧；所述抛载配重机构包括一抛载配重块，所述抛载配重块上方设置与浮力块套筒数量、位置匹配的导向稳定柱；固定座中心下方设置机械释放机构，所述机械释放机构包括上部的连接端与下方的挂钩，连接端通过一楔形弹性开关与下部的挂钩连接，所述挂钩通过一连接柱与抛载配重块固定连接；所述固定座中心与抛载配重块之间设置圆柱弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其特征在于：所述机械释放机构的连接端设置一回收槽；所述楔形弹性开关通过一弹性件连接至连接端，当挂钩脱离楔形弹性开关后，楔形弹性开关收缩至连接端的回收槽内。

3.根据权利要求1所述的一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其特征在于：所述取样管下方设置瓣形爪簧，所述瓣形爪簧设置单向进入口，用于实现海底样品由瓣形入口单向进入取样管。

4.根据权利要求1所述的一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其特征在于：所述浮力块上方还设置有吊钩。

5.根据权利要求4所述的一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其特征在于：还包括与一根与吊钩连接的直径2mm的万米细缆，所述细缆另一端连接船体。

6.根据权利要求5所述的一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其特征在于：所述细缆为高强度的凯夫拉缆。

7.根据权利要求1－6任一所述的一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其特征在于：所述套筒与导向稳定柱的数量为4个。

8.根据权利要求1－6任一所述的一种全海深小型自浮式直通冲击取样装置，其特征在于：所述抛载配重块为水泥块。