CN106769186A - 一种膜片控制浮筒式振动取样方法、系统及浮筒总成 - Google Patents

一种膜片控制浮筒式振动取样方法、系统及浮筒总成 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种膜片控制浮筒式振动取样方法、系统及浮筒总成，属于海底取样技术领域，其系统包括膜片式拉力和位移控制装置、位移和压力控制绞盘、浮筒总成、振动器、取样管和底座等，压力控制绞盘固定在浮筒总成上，钢丝绳B穿过压头导套，经底座滑轮、压头滑轮、到底座另一端滑轮和压头另一端压头导套，再与膜片式拉力控制装置相联，通过控制钢丝绳B的收放速度和拉力来控制作用于取样管的钻孔压力；同样位移控制绞盘固定在浮筒总成上，钢丝绳A穿过固定在振动器上的滑轮，再与膜片式位移控制装置相联，通过控制丝绳A的收放速度和长度来控制取样管的钻孔深度。本发明提供方案是取样管的收放速度、钻孔压力和钻孔深度可控可调，结构简单、性能可靠、使用方便。

Description

一种膜片控制浮筒式振动取样方法、系统及浮筒总成
技术领域
本发明涉及一种海底取样技术，具体地说是一种膜片控制浮筒式振动取样方法、系统及浮筒总成。
背景技术
现有的海底取样设备主要有重力式、振动式、浮球式。
重力式是在取样器配重和自重作用下克服海水的浮力和阻力, 其下端的取样管靠动能贯入地层，其结构简单、工作可靠；但其取样长度短、取样效率低，主要用于淤泥质及软土质海底取样,不适用于硬质海底。
振动式是由振动器、取样管组成，利用共振破坏沉积物的粘结力, 进而使沉积物产生“液化现象”，降低钻具的侧面摩擦阻力以控制钻进深度和钻进速率, 提高采集样品的成功率和取样效率，但其取样角度、取样长度不易控制。
浮球式是由浮球组、底盘、振动器、取样管组成，浮球组是由多个空心球相互连接组成，浮球组与质量较大的底盘间通过两根钢丝绳相互连接,钢丝绳在底盘重力和浮球组浮力的相互作用下在垂直方向始终处于绷紧状态, 振动器和取样管在钢丝绳的扶正作用下基本处于垂直方向，取样效率高，装运方便,但浮球式取样设备的钢丝绳固定在底盘和浮球组之间，且钢丝绳之间是平行的，在潮汐海浪的作用下钢丝绳的拉力和位置变化较大，导向性差，其取样深度和取样力不易控制。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种膜片控制浮筒式振动取样方法、系统及浮筒总成。旨在解决现有海底取样设备取样管钻孔压力不足，在潮汐海浪的作用下钢丝绳的拉力和位置变化较大，导向性差，钻孔取样深度和取样力不易控制的问题，提高钻孔取样质量和取样效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种膜片控制浮筒式振动取样方法，该方法是基于：
一个用膜片作为密封件的膜片式拉力控制装置，
一个用膜片作为密封件的膜片式位移控制装置，
一个与膜片式位移控制装置配合使用的位移控制绞盘，
一个与膜片式拉力控制装置配合使用的压力控制绞盘，
一个用以安装膜片式拉力控制装置、膜片式位移控制装置、位移控制绞盘和压力控制绞盘的浮筒总成，
一个取样管，
一个振动器，
一个底座，
一根钢丝绳A和一根钢丝绳B，
取样管和振动器连接并通过钢丝绳A和钢丝绳B设置在浮筒总成和底座之间，
所述振动取样方法是通过压力控制绞盘伺服电机控制钢丝绳B的收放速度和拉力来控制作用于取样管的钻孔压力，通过位移控制绞盘伺服电机控制丝绳A的收放速度和长度来控制取样管的钻孔深度，减少潮汐海浪对钢丝绳的拉力和取样管压力的影响，从而到达取样目的。
进一步地，所述钢丝绳B在浮筒总成和底座之间穿过压头导套并产生拉力，且呈掐腰W形，钢丝绳A穿过固定在振动器密封罩上的滑轮，最终与铰接在浮筒总成上的膜片式位移控制装置相联，钢丝绳A在浮筒总成和振动器密封罩上的滑轮之间产生拉力，且呈V形,均可稳定地起到导向作用，防止取样管歪斜。
一种膜片控制浮筒式振动取样系统，包括浮筒总成、膜片式拉力控制装置、膜片式位移控制装置、位移控制绞盘、压力控制绞盘、振动器、压头、取样管和底座。压力控制绞盘固定在浮筒总成机架上，钢丝绳B穿过压头导套，再经过底座滑轮、压头滑轮、回到底座另一端的滑轮和压头另一端的压头导套，最终与铰接在浮筒总成上的膜片式拉力控制装置相联，钢丝绳B呈掐腰W形，通过压力控制绞盘伺服电机控制钢丝绳B的收放速度和拉力来控制作用于取样管的钻孔压力，呈掐腰W形的钢丝绳B有利于取样管的导向和稳定；同样位移控制绞盘固定在浮筒总成机架上，钢丝绳A穿过固定在振动器密封罩上的滑轮，最终与铰接在浮筒总成上的膜片式位移控制装置相联，钢丝绳A呈V形,通过位移控制绞盘伺服电机控制丝绳A的收放速度和长度来控制取样管的钻孔取样深度，钢丝绳A呈V形，减少潮汐海浪对钢丝绳的拉力、取样管压力和取样管位置的影响，有利于取样管的导向和稳定。
进一步地，所述膜片式拉力控制装置包括吊耳螺栓、拉力传感器、膜片。吊耳螺栓通过壳体、膜片与拉力传感器相联接，再与浮筒总成机架上的吊耳座及钢丝绳B相联接，使拉力传感器通过膜片检测作用于钢丝绳B上的拉力，并通过膜片使膜片式拉力控制装置密封，以防海水侵蚀。
进一步地，所述膜片式位移控制装置包括外筒、下位接近开关、上位接近开关、上膜片、导向筒、导轴、弹簧、下膜片。外筒铰接在浮筒上，下位接近开关、上位接近开关固定在外筒内，导轴由两个圆螺母将导向筒、弹簧与下膜片固定在一起；下膜片外缘紧固在外筒下端，上膜片外缘紧固在外筒上端，形成一个密封腔；导轴在钢丝绳A的拉力和弹簧的弹力共同作用下在外筒内上下移动，由上、下位接近开关控制导轴的位置，再通过钢丝绳A来控制取样管的位置；上、下膜片既可保证导轴能在外筒内上下移动，又可保证膜片式位移控制装置密封，以防海水侵蚀。
进一步地，所述振动器包括变频电机、密封罩、密封盖、振动器箱体、偏心块、轴、锁销。密封罩和密封盖均固定在振动器箱体上形成上、下腔，上腔将变频电机密封在内，下腔将偏心块、轴、锁销、齿轮等组成的两个振动单元密封在内；两个圆螺母通过轴将两个偏心块、一个锁销紧固在一起。两个振动单元的齿轮相啮合，偏心方向相对，在变频电机、V形带、皮带轮的驱动下形成激振力；通过调整变频电机的转速来调整振频；通过调整两个偏心块的夹角，用锁销定位，再用两个圆螺母将两个偏心块压紧在轴上来调整偏心量。
进一步地，所述浮筒总成包括浮筒、机架、浮筒扎带、膜片式位移控制装置铰支座、膜片式拉力控制装置吊耳座。膜片式位移控制装置铰支座和膜片式拉力控制装置吊耳座分别与膜片式位移控制装置和膜片式拉力控制装置联接；浮筒是由薄不锈钢板巻制，通过浮筒扎带固定在机架上，浮筒的固定位置可根据需要沿轴向调整。
本发明的一种膜片控制浮筒式振动取样方法、系统及浮筒总成与现有技术相比所产生的有益效果是：
1）本发明采用压力控制绞盘伺服电机控制钢丝绳B的收放速度和长度及拉力来控制作用于取样管的钻孔压力，采用位移控制绞盘伺服电机控制丝绳A的收放速度和长度来控制取样管的钻孔取样深度；通过控制钢丝绳B的收放速度和拉力来钻孔深度，取样管的收放速度、钻孔压力和钻孔深度可控可调，减少潮汐海浪对钢丝绳的拉力、取样管压力和位置的影响，结构简单、性能可靠、使用方便。
2）本发明采用浮筒总成、振动器、取样管压头和底座结构，钢丝绳B在浮筒总成和底座之间穿过取样管压头导套并产生拉力，且呈掐腰W形；钢丝绳A在浮筒总成和振动器密封罩上的滑轮之间产生拉力，且呈V形，减少潮汐海浪对钢丝绳的拉力和取样管位置的影响，均可稳定地起到导向作用，防止取样管歪斜。
附图说明
附图1为本发明的膜片控制浮筒式振动取样系统示意图；
附图2为图1的部分左视结构示意图；
附图3为本发明的膜片式拉力控制装置示意图；
附图4为本发明的膜片式位移控制装置示意图；
附图5为本发明振动器的主视结构示意图；
附图6为图5的俯视结构示意图；
附图7为图5的右视结构示意图；
附图8为本发明浮筒总成的主视结构示意图。
附图9为图8的俯视结构示意图。
附图10为图8的左视结构示意图。
图中，1、浮筒总成，2、膜片式拉力控制装置，3、位移控制绞盘，4、膜片式位移控制装置，5、压力控制绞盘，6、钢丝绳A，7、钢丝绳B，8、滑轮，9、振动器，10、压头，11、压头导套，12、压头滑轮，13、锁销，14、取样管，15、导套，16、底座滑轮，17、底座，18、配重块，19、吊耳螺栓，20、拉力传感器，21、膜片，22、外筒，23、下位接近开关，24、上位接近开关，25、上膜片，26、导向筒，27、导轴，28、弹簧，29、下膜片，30、变频电机，31、密封罩，32、密封盖，33、振动器箱体，34、偏心块，35、轴，36、锁销，37、齿轮副，38、皮带轮，39、浮筒，40、机架，41、浮筒扎带，42、膜片式位移控制装置铰支座，43、膜片式拉力控制装置吊耳座。
具体实施方式
下面结合附图1-5对本发明的一种膜片控制浮筒式振动取样方法、系统及及浮筒总成作以下详细说明。
如附图1、2所示，本发明的一种膜片控制浮筒式振动取样系统，包括浮筒总成1、膜片式拉力控制装置2、压力控制绞盘5、膜片式位移控制装置4、移控制绞盘3、振动器9、压头10、取样管14和底座17等。压力控制绞盘5固定在浮筒总成1上，钢丝绳B穿过取样管压头导套11，再经过底座滑轮16、取样管压头滑轮12、回到底座另一端的滑轮和取样管压头另一端的压头导套，最终与铰接在浮筒总成1上的膜片式拉力控制装置2相联，通过压力控制绞盘5的伺服电机控制钢丝绳B的收放速度和长度及拉力来控制作用于取样管14的钻孔压力；同样位移控制绞盘3固定在浮筒总成1上，钢丝绳A6穿过固定在振动器密封罩31上的滑轮8，最终与铰接在浮筒总成1上的膜片式位移控制装置4相联，通过位移控制绞盘3的伺服电机控制丝绳A6的收放速度和长度来控制取样管14的钻孔取样深度，减少潮汐海浪对钢丝绳的拉力和取样管压力的影响，。
如附图3所示，上述膜片式拉力控制装置2包括吊耳螺栓19、拉力传感器20、膜片21等。吊耳螺栓19通过壳体、膜片21与拉力传感器20相联接，再与浮筒总成1上的吊耳支座及钢丝绳B相联接，使拉力传感器20通过膜片21检测作用于钢丝绳B7上的拉力，并通过膜片21使膜片式拉力控制装置2密封，以防海水侵蚀。
如附图4所示，上述膜片式位移控制装置4包括外筒22下位接近开关23、上位接近开关24、上膜片25、导向筒26、导轴27、弹簧28、下膜片29。外筒22铰接在浮筒总成1上，下位接近开关23和上位接近开关24固定在外筒22内，导轴27由两个圆螺母将导向筒26、弹簧28与下膜片29固定在一起；下膜片29外缘紧固在外筒22下端，上膜片25外缘紧固在外筒22上端，形成一个密封腔；导轴27在钢丝绳A的拉力和弹簧28的弹力共同作用下在外筒22内上下移动，由上位接近开关24，下位接近开关23控制导轴27的位置，再通过钢丝绳A来控制取样管14的位置；上、下膜片既可保证导轴27能在外筒22内上下移动，又可保证膜片式位移控制装置4的密封，以防海水侵蚀。
如附图5-7所示，上述振动器9包括变频电机30、密封罩31、密封盖32、振动器箱体33、偏心块34、轴35、锁销36、齿轮37等。密封罩31和密封盖32均固定在振动器箱体33上形成上、下腔，将变频电机30密封在振动器上腔，将偏心块34、轴35、锁销36、齿轮副37等组成的两个振动单元密封在振动器下腔；两个圆螺母通过轴35将两个偏心块34、一个锁销36紧固在一起。两个振动单元的齿轮37相啮合，偏心方向相对，在变频电机30、V形带、皮带轮38的驱动下形成激振力；通过调整变频电机30的转速来调整振频；通过调整两个偏心块34的夹角，用锁销36定位，再用两个圆螺母将两个偏心块34压紧在轴35上来调整偏心量。
如附图8-10所示，上述浮筒总成1包括浮筒39、机架40、浮筒扎带41、膜片式位移控制装置铰支座42、膜片式拉力控制装置吊耳座43。膜片式位移控制装置铰支座42和膜片式拉力控制装置吊耳座43分别与膜片式位移控制装置4和膜片式拉力控制装置2联接；位移控制绞盘3和压力控制绞盘5通过螺栓固定在浮筒机架40上；浮筒39是由薄不锈钢板巻制，通过浮筒扎带41固定在机架40上，浮筒的固定位置可根据需要沿轴向调整。
在上述结构的基础上，采用浮筒总成1、振动器9、取样管压头10和底座17结构，钢丝绳B7在浮筒总成1和底座17之间穿过压头导套11并产生拉力，且呈掐腰W形；钢丝绳A6在浮筒总成1和振动器上的滑轮8之间产生拉力，且呈V形，减少潮汐海浪对钢丝绳的拉力和取样管位置的影响，均可稳定地起到导向作用，防止取样管14歪斜。

Claims (10)

1.一种膜片控制浮筒式振动取样方法，其特征在于，该方法基于：
一个用膜片作为密封件的膜片式拉力控制装置，
一个用膜片作为密封件的膜片式位移控制装置，
一个与膜片式位移控制装置配合使用的位移控制绞盘，
一个与膜片式拉力控制装置配合使用的压力控制绞盘，
一个用以安装膜片式拉力控制装置、膜片式位移控制装置、位移控制绞盘和压力控制绞盘的浮筒总成，
一个取样管，
一个振动器，
一个底座，
一根钢丝绳A和一根钢丝绳B，
取样管和振动器连接并通过钢丝绳A和钢丝绳B设置在浮筒总成和底座之间，
所述振动取样方法是通过压力控制绞盘伺服电机控制钢丝绳B的收放速度和拉力来控制作用于取样管的钻孔压力，通过位移控制绞盘伺服电机控制钢丝绳A的收放速度和长度来控制取样管的钻孔深度，减少潮汐海浪对钢丝绳的拉力和取样管压力的影响，从而到达取样目的。
2.根据权利要求1所述的一种膜片控制浮筒式振动取样方法，其特征在于,所述钢丝绳B在浮筒总成和底座之间穿过压头导套并产生拉力，且呈掐腰W形，钢丝绳A穿过固定在振动器密封罩上的滑轮，最终与铰接在浮筒总成上的膜片式位移控制装置相联，钢丝绳A在浮筒总成和振动器密封罩上的滑轮之间产生拉力，且呈V形,均可稳定地起到导向作用，防止取样管歪斜。
3.一种膜片控制浮筒式振动取样系统，包括浮筒总成、膜片式拉力控制装置、膜片式位移控制装置、位移控制绞盘、压力控制绞盘、振动器、取样管压头、取样管和底座，其特征在于，所述压力控制绞盘固定在浮筒总成上，钢丝绳B穿过取样管压头导套，再经过底座滑轮、压头滑轮、回到底座另一端的滑轮和压头另一端的压头导套，最终与铰接在浮筒总成上的膜片式拉力控制装置相联，通过压力控制绞盘伺服电机控制钢丝绳B的收放速度和拉力来控制作用于取样管的钻孔压力；同样位移控制绞盘固定在浮筒总成上，钢丝绳A穿过固定在振动器密封罩上的滑轮，最终与铰接在浮筒总成上的膜片式位移控制装置相联，通过位移控制绞盘伺服电机控制钢丝绳A的收放速度和长度来控制取样管的钻孔深度，减少潮汐海浪对钢丝绳的拉力和取样管压力的影响。
4.根据权利要求3所述的一种膜片控制浮筒式振动取样系统，其特征在于, 所述膜片式拉力控制装置的吊耳螺栓通过壳体、膜片与拉力传感器相联接，再与浮筒总成上的膜片式拉力控制装置吊耳座及钢丝绳B相联接；钢丝绳B在浮筒总成和底座之间穿过压头导套并产生拉力，且呈掐腰W形，同样位移控制绞盘固定在浮筒总成机架上，钢丝绳A穿过固定在振动器密封罩上的滑轮，最终与铰接在浮筒总成上的膜片式位移控制装置相联，钢丝绳A在浮筒总成和振动器密封罩上的滑轮之间产生拉力，且呈V形,均可稳定地起到导向作用，防止取样管歪斜，减少潮汐海浪对钢丝绳和取样管位置的影响。
5.根据权利要求3所述的一种膜片控制浮筒式振动取样系统，其特征在于, 所述膜片式位移控制装置的外筒铰接在浮筒机架上，下位接近开关、上位接近开关固定在外筒内，导轴由两个圆螺母将导向筒、弹簧与下膜片固定在一起；下膜片外缘紧固在外筒下端，上膜片外缘紧固在外筒上端，形成一个密封腔；导轴在钢丝绳A的拉力和弹簧的弹力共同作用下在外筒内上下移动，经上位接近开关、下位接近开关控制导轴的位置，再通过钢丝绳A来控制取样管的位置；上膜片、下膜片既可保证导轴能在外筒内上下移动，又可保证膜片式位移控制装置密封。
6.根据权利要求3所述的一种膜片控制浮筒式振动取样系统，其特征在于, 所述振动器密封罩和密封盖均固定在振动器箱体上形成上、下腔，上腔将变频电机密封在内，下腔将偏心块、轴、锁销、齿轮组成的两个振动单元密封在内；两个圆螺母通过轴将两个偏心块、一个锁销紧固在一起；两个振动单元的齿轮相啮合，偏心方向相对，在变频电机、V形带、皮带轮的驱动下形成激振力；通过调整变频电机的转速来调整振频；通过调整两个偏心块的夹角，用锁销定位，再用两个圆螺母将两个偏心块压紧在轴上来调整偏心量。
7.根据权利要求3所述的一种膜片控制浮筒式振动取样系统，其特征在于, 所述膜片式位移控制装置铰支座和膜片式拉力控制装置吊耳座分别与膜片式位移控制装置和膜片式拉力控制装置铰接；位移控制绞盘和压力控制绞盘均通过螺栓固定在浮筒机架上。
8.根据权利要求3所述的一种膜片控制浮筒式振动取样系统，其特征在于, 所述浮筒总成的浮筒是由薄不锈钢板巻制而成，通过浮筒扎带固定在机架上，浮筒的固定位置根据需要沿轴向调整。
9.一种膜片控制浮筒式振动取样系统的浮筒总成，其特征在于，包括浮筒、机架、浮筒扎带、膜片式位移控制装置铰支座、膜片式拉力控制装置吊耳座，所述浮筒是由薄不锈钢板巻制而成，通过浮筒扎带固定在机架上。
10.根据权利要求9所述的一种膜片控制浮筒式振动取样系统的浮筒总成，其特征在于，所述浮筒的固定位置根据需要沿轴向调整。
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