CN107328606A - 一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于深海取样装置技术领域，公开了一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置，包括深水泵总成、与深水泵总成连接的第一两位三通电磁阀、与第一两位三通电磁阀连接的取样筒、与取样筒另一端连接的第二两位三通电磁阀、阀块组件和蓄能器，取样筒包括密封舱筒体、可在密封舱筒体内移动的前活塞杆、推动或限制前活塞杆移动的恢复弹簧、海洋生物滤膜组件和密封舱筒体内不可移动的后活塞杆，前后活塞杆中心开有通孔。本技术方案可实现深海生物的原位、浓缩、保压采样。

Description

一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置
技术领域
本发明专利涉及取样装置技术领域，尤其涉及一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置。
背景技术
浩瀚的海洋水体孕育着多种多样的海洋生物，不同水层环境中的生物拥有不同的生活习性。生活在深海水层中的海洋生物对高压、低温、黑暗的特殊环境具有很强的适应性，也造就了其独特的生命特性，研究深海生物对人类认识深海资源、研究生命起源、发现新基因、研制新药品和保护环境等有着深远的意义。
深层海水中海洋生物含量低，受取样瓶容积及保压性能的限制，现有取样装置单次取样获取样品的数量较少且不能保证所取样品的原位特性，已逐渐不能满足深海生物研究的需求。取样器在投放到指定水深前，取样容器内可能已经充满空气或其它水层的海洋生物，采集的样本易受污染，样品不能准确反映海水的原始成分与状态。高压容器的密封端盖一般采用螺栓连接，要保证螺纹孔的强度及加工余量要求，需增大容器的壁厚尺寸，造成保压容器的整体重量增加，增加了取样器下放、回收的成本。因此，提供一种新型的深海生物的原位、浓缩、保压采样的取样装置是很有必要的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种深海生物的原位、浓缩、保压采样的取样装置，为解决上述技术问题，具体技术方案如下：
一种基于双活塞自适应压力平衡法的深海压力补偿取样装置，包括深水泵总成、与深水泵总成连接的第一两位三通电磁阀、与第一两位三通电磁阀连接的取样筒、与取样筒另一端连接的第二两位三通电磁阀、阀块组件和蓄能器，取样筒包括密封舱筒体、可在密封舱筒体内移动的前活塞杆、推动或限制前活塞杆移动的恢复弹簧、海洋生物滤膜组件和密封舱筒体内不可移动的后活塞杆，前后活塞杆中心开有通孔，分别形成取样筒的进水口和出水口。
取样筒还包括前活塞、后活塞、前挡块、后挡块、前端盖、后端盖，后活塞由后挡块和筒体内台阶限位，海洋生物滤膜组件固定在后活塞上。取样装置为双活塞挡环式连接方式，活塞杆一端与活塞采用固定螺母组件连接，另一端穿过端盖连接高压软管，高压软管连接深水泵总成。，端盖与挡环相配合的式连接方式，能够充分利用材料的剪切及强度极限，避免采用大直径螺栓，有效减小筒体壁厚和容器重量。前活塞与第一两位三通电磁阀、深水泵总成依次串联，后活塞与蓄能器、阀块组件、第二两位三通电磁阀串联，从而实现蓄能器与取样筒的贯通。第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀的闭合或打开使取样筒与蓄能器形成封闭或与外界贯通的可调空间。恢复弹簧安装在前活塞和后活塞之间。
前活塞、后活塞与密封舱筒体之间设有密封圈，前活塞杆和后活塞杆端面和轴向均设有密封圈。
密封圈为格莱圈或O形密封圈。实现装置的可靠密封。
海洋生物滤膜组件包括海洋生物滤膜、海洋生物滤膜支架和海洋生物滤膜压紧盖。海洋生物滤膜安装在海洋生物滤膜支架上，海洋生物滤膜支架固定在后活塞上，深水泵总成将海水吸入取样筒流经海洋生物滤膜时，海洋生物在海洋生物滤膜上被过滤，过滤后的海水经后活塞杆出水口流出取样筒，实现对海水中生物的截留，从而达到浓缩取样的目的。
本技术方案可实现深海生物的原位、浓缩、保压采样。装置通过取样筒的双活塞自适应压力平衡机构，保证获得的样品全部为所指定水层的海洋生物，避免样品被其他海水层的海洋生物污染；通过深水泵装置的不间断工作，借助取样筒的过滤机构实现深海生物的截留，实现浓缩采样；蓄能器的保压特性能够实现样品的保压，保证样品的原位特性。
附图说明
图1：本发明一种基于双活塞自适应压力平衡法的深海压力补偿取样装置结构图；
图2：本发明一种基于双活塞自适应压力平衡法的深海压力补偿取样装置取样筒内部结构图。
其中：1.深水泵总成；2.第一两位三通电磁阀1；3.取样筒；4.第二两位三通电磁阀；5.阀块组件；6.蓄能器；7.高压软管；8.前活塞杆；9.前端盖；10.前挡块；11.前活塞；12.密封舱筒体；13.海洋生物滤膜；14.活塞导向圈；15.格莱圈；16.后挡块；17.活塞杆端面O形密封圈；18.后活塞杆；19.后端盖；20.后活塞；21.滤膜架固定螺钉；22.海洋生物滤膜支架；23.海洋生物滤膜压紧盖；24.恢复弹簧；25.活塞杆固定螺母组件；26.活塞杆轴向O形密封圈。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-2所示，一种基于双活塞自适应压力平衡法的深海压力补偿取样装置，包括深水泵总成1、与深水泵总成1连接的第一两位三通电磁阀2、与第一两位三通电磁阀2连接的取样筒3、与取样筒3另一端连接的第二两位三通电磁阀4、阀块组件5和蓄能器6，取样筒3包括密封舱筒体12、可在密封舱筒体12内移动的前活塞杆8、推动或限制前活塞杆8移动的恢复弹簧24、海洋生物滤膜组件和密封舱筒体12内不可移动的后活塞杆18，前活塞杆8和后活塞杆18中心均开有通孔，分别形成取样筒3的进水口和出水口。
取样筒3还包括前活塞11、后活塞20、前挡块10、后挡块16、前端盖9、后端盖19，后活塞20由后挡块16和筒体内台阶限位，海洋生物滤膜组件固定在后活塞20上。取样装置为双活塞挡环式连接方式，活塞杆一端与活塞采用固定螺母组件连接，另一端穿过端盖连接高压软管7，高压软管7连接第一两位三通电磁阀2及深水泵总成1。端盖与挡环相配合的式连接方式，能够充分利用材料的剪切及强度极限，避免采用大直径螺栓，有效减小筒体壁厚和容器重量。前活塞11与第一两位三通电磁阀2、深水泵总成1依次串联，后活塞20与蓄能器6、阀块组件5、第二两位三通电磁阀4串联，从而实现蓄能器6与取样筒3的贯通。第一两位三通电磁阀2和第二两位三通电磁阀4的闭合或打开使取样筒3与蓄能器6形成封闭或与外界贯通的可调空间。恢复弹簧24安装在前活塞11和后活塞20之间。
取样装置操作过程主要包括下放、取样和回收三个阶段，具体如下：
（1）下放：装置下放到指定水层之前，预先将深水泵总成1与取样筒3的腔内及进出水管道中（简称泵腔）充满纯净水。在下放过程中，第一两位三通电磁阀2和第二两位三通电磁阀4处于常闭状态，即取样筒3与蓄能器6处在同一密闭环境之中，装置可通过自适应平衡机构调节内外压力的平衡，当外界海水压力超过蓄能器6的预充压力时，蓄能器6开启并开始蓄能，从而保证取样筒3、蓄能器6、外界海水三者始终处于同一压力。由于水的体积弹性模量很大，泵腔内纯净水因压力变化而产生的体积变形微乎其微，可以认为外界海水不能进入泵腔，这样可以保证装置在下放过程中泵腔内不会受到外界海水污染。
下放过程中外界海水压力逐渐增加，当作用在取样筒3上的外界海水压力大于取样筒内3恢复弹簧24的预紧力时，取样筒3进水口侧活塞被推动，取样筒3存储空间被压缩，实现内外压力的平衡，从而保证蓄能器6在正常蓄能的情况下，其它水层海水不会进入取样筒造成之后所取样品的污染。
（2）取样：当装置下放到取样深度时，两位三通电磁阀打开，海水由进水口流入取样筒内，取样筒3、蓄能器6、外界海水三者联通。在恢复弹簧24的作用下，进水侧活塞恢复到初始位置，取样筒3储存空间恢复到最大体积，从而实现自适应平衡的功能。随后，电机启动，深水泵总成1开始工作，外界含有海洋生物的海水被吸入取样筒3。当深水泵总成1工作时间达到预设值，深水泵总成1和两位三通电磁阀关闭，完成取样过程。
（3）回收：在装置回收过程中，两位三通电磁阀仍处于关闭状态，样品被密封在取样筒3内与蓄能器6所围成的密闭空间之中。在蓄能器6的保压作用下，取样筒3中的样品始终保持在取样水层的海水压力，不会随外界海水压力的变化而变化，从而保证了样本的原位特性。
实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其进行任何限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置，其特征在于：包括深水泵总成、与深水泵总成连接的第一两位三通电磁阀、与第一两位三通电磁阀连接的取样筒、与取样筒另一端连接的第二两位三通电磁阀、阀块组件和蓄能器，取样筒包括密封舱筒体、可在密封舱筒体内移动的前活塞杆、推动或限制前活塞杆移动的恢复弹簧、海洋生物滤膜组件和密封舱筒体内不可移动的后活塞杆，前后活塞杆中心开有通孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置，其特征在于：取样筒还包括前活塞、后活塞、前挡块、后挡块、前端盖、后端盖，后活塞由后挡块和筒体内台阶限位，海洋生物滤膜组件固定在后活塞上。
3.根据权利要求2所述的一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置，其特征在于：前活塞、后活塞与密封舱筒体之间设有密封圈，前活塞杆和后活塞杆端面和轴向均设有密封圈。
4.根据权利要求3所述的一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置，其特征在于：密封圈为格莱圈或O形密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种基于双活塞自适应压力平衡的深海压力补偿取样装置，其特征在于：海洋生物滤膜组件包括海洋生物滤膜、海洋生物滤膜支架和海洋生物滤膜压紧盖。
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