CN105699129A - 一种全海深气密采样器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全海深气密采样器，包括气密采样筒、压力平衡式采样阀、多通路阀体和侧壁带有通孔的电路腔，本发明的采样器采用无刷直流电机方式来开启和关闭采样阀，电路腔充油，使电机及其控制部分和采样阀完全浸入油中，利用橡胶皮囊实现电路腔的内外压保持平衡的功能，从而可将电路腔设计更薄，减少质量。采样筒为气密不保压采样筒，使用透明材料作为采样筒便于观察采样状态，拉簧和压簧同时作用可完成采样以及压力释放的功能。多通路阀体可以将多个采样筒排列到一起，从而实现增大采样容积的功能。该全海深采样器的整体结构紧凑，总体质量轻，适合于全海深的海水采样作业。

Description

一种全海深气密采样器
技术领域
本发明涉及一种电动式全海深气密采样器，具体说是涉及一种利用电机驱动方式来控制采样阀进行取样的全海深气密采样器。
背景技术
深海是当今世界各国科学家热门研究重点之一，深海是地球上人类最不熟知的区域之一，而对于全海深的技术更是寥寥无几。全海探测历来是人类努力希望实现的一项工作。由于技术上的困难，使得这项工作远远不能满足科学研究发展的需求。对于海底，除了对它地理形态的了解之外，更要了解深海的水体、岩石与沉积物等的物理化学组成等内容。
国外在深海水体采样装置的研究方面研究较早，从其发展历程来看，大致可以分为三个不同的类型，第一种是非气密采样器，第二种为气密采样器，第三种为保压采样器。非气密采样器不具备气密性，不能用于研究分析溶解在热液中的挥发性和半挥发性气体成分。保压采样器需要耐压，设备重，一般样品容积都很小，不能满足海水中的低浓度溶解性气体的分析需求。
对于全海深环境及携带实验设备要求来看，单次采样容量越大、操作越简单、结构越紧凑、尺寸越小越好。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑、动作可靠、适合于全海深海水采集并具有气密性能的电机触发的全海深气密采样器。
本发明的全海深气密采样器，它包括：气密采样筒、压力平衡式采样阀、多通路阀体、两端呈法兰状的橡胶皮囊、侧壁带通孔的电路腔、具有外接水密电缆接口的电路腔端盖；皮囊装入电路腔中，皮囊的上端法兰作为电路腔与电路腔端盖的密封垫，皮囊的下端法兰作为电路腔与多通路阀体的密封垫，使得电路腔上下两端分别与电路腔端盖、多通路阀体密封固定形成腔体，腔体内充油，电路腔侧壁带通孔可以维持电路腔的内外压平衡，在腔体外的多通路阀体外圈连接多个气密采样筒，位于腔体内的多通路阀体内圈连接多个压力平衡式采样阀，压力平衡式采样阀由无刷直流电机驱动模块驱动；多通路阀体上开有进样口，进样口与每个气密采样筒之间各由一条通路连通，每条通路上由一个压力平衡式采样阀控制其通断。
所述的气密采样筒包括有机玻璃采样筒及分别固定于其上下端的上端盖和下端盖，有机玻璃采样筒内设有活塞，二者之间安装有活塞O型圈，下端盖与有机玻璃采样筒间安装下端盖O型圈，下端盖与多通路阀体连接，下端盖上开有阶梯孔，截止阀阀芯置于阶梯孔内，下端嵌有陶瓷球，支撑环、密封填料环、上压环依次套置在截止阀阀芯上，螺纹压帽与阀芯外端连接并与上端盖固定，上端盖上固定有两根平行的拉簧支撑柱，拉簧拉杆两端与两个拉簧支撑柱上端固定，两个拉簧一端勾在拉簧拉杆上，另一端穿过上端盖通过拉簧固定螺栓与活塞固定，两个压簧导向柱一端与活塞固定，另一端穿过上端盖并用螺母紧固用于限位，在压簧导向柱上各装有一只压簧。
所述的压力平衡式采样阀包括与多通路阀体相连接的一体式阀座、安装于阀座内的压力平衡一体式的阀芯、弹簧腔及第一压簧；弹簧腔一端压紧阀座，另一端通过螺纹与电机驱动模块连接，第一压簧用于拉紧阀芯，所述的弹簧腔侧壁上开有通孔，侧壁开孔用于电路腔充油后液体可以进入弹簧腔内以保持阀芯两端所受压力相同。
无刷电机驱动模块的具体结构可参见CN201510238714.0中图3驱动器壳体及其内部结构示意图中所描述的结构形式。
本发明的全海深气密采样器采用电机驱动方式来开启和关闭采样阀，触发机构结构简单，动作可靠性高。由于采用电路腔充油方式利用皮囊平衡外界与腔体内压力，使得电路腔、压力平衡式采样阀、多通路阀体、无刷电机驱动模块以及电路腔端盖可以不受海水深度的影响进而可以选用更薄的结构设计同时减轻整体的质量。其次气密采样筒采用有机玻璃作为采样筒即便于观察采样进度又能保证采样的气密性同时减轻质量。由一个气密采样筒、一个压力平衡式采样阀、多通路阀体中的一个阀体和一个无刷电机驱动模块组成的采样单元与其他采样单元相互独立且相互不受影响，将多个采样单元组合到一起减小了采样器的整体尺寸，增大了单次采样作业的采样容积。两端法兰结构的皮囊在除平衡内外压差功能外还使得电路腔两端省去了密封垫圈，增强了采样器的可靠性。此外，采样器还具有整体结构紧凑，外形尺寸小，质量轻等优点。
附图说明
图1是本发明全海深气密采样器的结构示意图；
图2是气密采样筒的结构示意图；
图3是压力平衡式采样阀的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1，本发明的全海深气密采样器，它包括：气密采样筒1、压力平衡式采样阀2、多通路阀体3、两端呈法兰状的橡胶皮囊5、侧壁带通孔的电路腔6、电路腔端盖7；皮囊5装入电路腔6中，皮囊5的上端法兰作为电路腔6与电路腔端盖7的密封垫，皮囊5的下端法兰作为电路腔6与多通路阀体3的密封垫，使得电路腔6上下两端分别与电路腔端盖7、多通路阀体3密封固定形成腔体，腔体内充油，在腔体外的多通路阀体3外圈连接多个气密采样筒1，位于腔体内的多通路阀体3内圈连接多个压力平衡式采样阀2，压力平衡式采样阀2由无刷直流电机驱动模块4驱动；多通路阀体3上开有进样口30，进样口30与每个气密采样筒1之间各由一条通路连通，每条通路上由一个压力平衡式采样阀2控制其通断。
参照图2，所述的气密采样筒1包括有机玻璃采样筒12及分别固定于其上下端的上端盖10和下端盖20，有机玻璃采样筒12内设有活塞22，二者之间安装有活塞O型圈11，下端盖20与有机玻璃采样筒12间安装下端盖O型圈13，下端盖20与多通路阀体连接，下端盖上开有阶梯孔，截止阀阀芯14置于阶梯孔内，下端嵌有陶瓷球19，支撑环18、密封填料环17、上压环16依次套置在截止阀阀芯14上，螺纹压帽15与阀芯外端连接并与上端盖固定，上端盖上固定有两根平行的拉簧支撑柱9，拉簧拉杆8两端与两个拉簧支撑柱9上端固定，两个拉簧23一端勾在拉簧拉杆8上，另一端穿过上端盖10通过拉簧固定螺栓24与活塞22固定，两个压簧导向柱25一端与活塞22固定，另一端穿过上端盖10并用螺母紧固用于限位，在压簧导向柱25上各装有一只压簧21。
每个气密采样筒1下端有外螺纹，并且端面开有内置O型圈的凹槽，与多通路阀体3其中的一个通道口的内螺纹拧紧配合，每个压力平衡式采样阀2的阀座28插入阀体3前，在其外周面安装两个用于周面密封的O型圈，此两O型圈用来隔离电路腔体与采样口里的海水，采样阀的弹簧腔26下端设有外螺纹与阀体3上阶梯孔开口处的内螺纹装配并压紧阀座28。
参照图3，本发明的压力平衡式采样阀2包括与多通路阀体相连接的一体式阀座28、安装于阀座内的压力平衡一体式的阀芯29、弹簧腔26及第一压簧27；弹簧腔26一端压紧阀座28，另一端通过螺纹与电机驱动模块4连接，第一压簧27用于拉紧阀芯29，所述的弹簧腔26侧壁上开有通孔。其具体结构以及无刷电机驱动模块4的具体结构均可参见CN201510238714.0中防水罩与阀盘形成的腔体内重复单元的结构。
本发明的采样器在电路腔侧壁上设有通孔，在腔体内充油，使电机及其控制部分和采样阀完全浸入油中，利用橡胶皮囊实现电路腔的内外压保持平衡的功能，从而可将电路腔设计更薄，减少质量。采样筒为气密不保压采样筒，使用透明材料作为采样筒便于观察采样状态，拉簧和压簧同时作用可完成采样以及压力释放的功能。多通路阀体可以将多个采样筒排列到一起，从而实现增大采样容积的功能。该全海深采样器的整体结构紧凑，总体质量轻，适合于全海深的海水采样作业。
将本发明的采样器用于11000米海水深度的工作时，分为三个过程：
1)采样器使用前，将皮囊内充满油，电路腔端盖利用螺栓固定好后，多通路阀体的端口利用管接头连接一个不锈钢管，不锈钢管另一头通过管接头连接至真空泵，将每个气密采样筒的螺纹压帽拧紧并将其截止阀阀芯利用工具打开一定开度，利用电机控制打开采样阀，打开真空泵将每个气密采样筒和阀体内的空间抽成真空，气密采样筒的活塞在外界大气压的作用下移动至底部，内部抽成真空后关闭采样阀，再关闭真空泵，卸掉连接多路阀阀体的管接头，将只有一端带有管接头的不锈钢管连接至多路阀阀体。
2)在采样过程中，一个电机驱动模块打开其控制的采样阀，待到了预定时间后关闭采样阀，完成单个采样筒的采样过程，下一个采样单元重复上述过程。
3)在采样完成后，用工具将每个气密采样筒的截止阀关闭并拧紧，再依次卸下单个采样筒，完成取样过程。

Claims (3)

1.一种全海深气密采样器，其特征在于，它包括：气密采样筒(1)、压力平衡式采样阀(2)、多通路阀体(3)、两端呈法兰状的橡胶皮囊(5)、侧壁带通孔的电路腔(6)、电路腔端盖(7)；皮囊(5)装入电路腔(6)中，皮囊(5)的上端法兰作为电路腔(6)与电路腔端盖(7)的密封垫，皮囊(5)的下端法兰作为电路腔(6)与多通路阀体(3)的密封垫，使得电路腔(6)上下两端分别与电路腔端盖(7)、多通路阀体(3)密封固定形成腔体，腔体内充油，在腔体外的多通路阀体(3)外圈连接多个气密采样筒(1)，位于腔体内的多通路阀体(3)内圈连接多个压力平衡式采样阀(2)，压力平衡式采样阀(2)由无刷直流电机驱动模块(4)驱动；多通路阀体(3)上开有进样口(30)，进样口(30)与每个气密采样筒(1)之间各由一条通路连通，每条通路上由一个压力平衡式采样阀(2)控制其通断。
2.根据权利要求1所述的全海深气密采样器，其特征在于，所述的气密采样筒(1)包括有机玻璃采样筒(12)及分别固定于其上下端的上端盖(10)和下端盖(20)，有机玻璃采样筒(12)内设有活塞(22)，二者之间安装有活塞O型圈(11)，下端盖(20)与有机玻璃采样筒(12)间安装下端盖O型圈(13)，下端盖(20)与多通路阀体连接，下端盖上开有阶梯孔，截止阀阀芯(14)置于阶梯孔内，下端嵌有陶瓷球(19)，支撑环(18)、密封填料环(17)、上压环(16)依次套置在截止阀阀芯(14)上，螺纹压帽(15)与阀芯外端连接并与上端盖固定，上端盖上固定有两根平行的拉簧支撑柱(9)，拉簧拉杆(8)两端与两个拉簧支撑柱(9)上端固定，两个拉簧(23)一端勾在拉簧拉杆(8)上，另一端穿过上端盖(10)通过拉簧固定螺栓(24)与活塞(22)固定，两个压簧导向柱(25)一端与活塞(22)固定，另一端穿过上端盖(10)并用螺母紧固用于限位，在压簧导向柱(25)上各装有一只压簧(21)。
3.根据权利要求1所述的全海深气密采样器，其特征在于，所述的压力平衡式采样阀(2)包括与多通路阀体相连接的一体式阀座(28)、安装于阀座内的压力平衡一体式的阀芯(29)、弹簧腔(26)及第一压簧(27)；弹簧腔(26)一端压紧阀座(28)，另一端通过螺纹与电机驱动模块(4)连接，第一压簧(27)用于拉紧阀芯(29)，所述的弹簧腔(26)侧壁上开有通孔。
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