CN107356456B - 一种重力滑移式深部流体采集装置、定位投放装置及其投放方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重力滑移式深部流体采集装置、定位投放装置及其投放方法。装置包括一筒体，在筒体的上端设置有顶盖，在筒体的下端设置有一底盖；一带密封圈的活塞，将筒体内腔分隔成上、下两个空腔，带密封圈的活塞的上端与一穿过顶盖的活塞杆连接，在底盖上还设置有一当带密封圈的活塞向上运动时，将水样吸入筒体内并防止倒流的底孔；带密封圈的活塞上方设有弹性阻尼器，用于调节带密封圈的活塞与筒体发生相对位移的速度，平衡筒体在重力作用下的过快滑移，使水可以缓慢均匀地从底盖孔中流入筒体内。定位投放装置用于控制所述重力滑移式深部流体采集装置在狭小空间内的定点投放，其结构简单，易于操作。

Description

一种重力滑移式深部流体采集装置、定位投放装置及其投放 方法

技术领域

本发明属于地下水科学与工程、水文与水资源环境、环境工程、岩土工程等技术领域，尤其是一种重力滑移式深部流体采集装置。

背景技术

在重力滑移式水样采集器采集水样过程中，水样是依靠采集器筒体的重力作用发生筒体与带密封圈的活塞之间的相对位移，从而因真空原理发生进水过程。

但在带密封圈的活塞与筒体发生相对位移时，筒体重力过大或过小都将影响采样质量。筒体重力过小，带密封圈的活塞与筒体的相对位移不能发生；筒体重力过大，筒体与带密封圈的活塞之间的相对位移速度过大，也影响采样质量。为此，需要调整带密封圈的活塞与筒体之间的摩擦阻力，使摩阻力与筒体重力相当，筒体与带密封圈的活塞之间的重力滑移速度才能均匀。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种重力滑移式深部流体采集装置，在传统的气缸/油缸带密封圈的活塞运动和覆杯原理基础上增加弹簧阻力构件，平衡筒体在重力作用下的过快滑移。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种重力滑移式深部流体采集装置，包括：

一筒体，在筒体的上端设置有顶盖，在筒体的下端设置有一底盖；

一带密封圈的活塞，将筒体内腔分隔成上、下两个空腔，带密封圈的活塞的上端与一穿过顶盖的活塞杆连接，在底盖上还设置有一当带密封圈的活塞向上运动时，将水样吸入筒体内并防止倒流的底孔；

弹性阻尼器，用于调节带密封圈的活塞与筒体发生相对位移的速度，包括：至少一个设置于筒体上部空腔内与带密封圈的活塞同步运动的弹性支撑件配体，弹性支撑件配体上设有沿筒体径向均匀布置的弹性支撑件，所述弹性支撑件与筒体内壁之间弹性支撑连接。

所述弹性阻尼器与带密封圈的活塞为一体式结构。

所述弹性支撑件为弹簧，所述弹性支撑件配体具有一中心杆轴、以及设置在中心杆轴外部沿垂直筒体筒壁方向布置的环形腔室，所述中心杆轴与活塞杆固定连接，环形腔室内沿筒体径向均匀布置有若干根与筒体内壁弹性支撑连接的弹簧。

所述弹性支撑件配体由两个半圆形的配体单元组合而成，中心杆轴的轴壁上设有供弹簧插接的弹簧孔。

所述的底孔内侧设置有一钢球。

一种定位投放装置，用于控制所述重力滑移式深部流体采集装置的投放，包括：一长管体和一短管体，其中，所述长管体和短管体之间平行固定连接以形成两个相互独立并且上、下开口的平行通道；

一U形勾杆的开口端伸入所述平行通道内，并且，所述U形勾杆的U形开口端具有一长边段和一短边段，所述长边段设置在所述长管体内并且伸出长管体，所述短边段设置在所述短管体内并且伸出短管体；

一牵引绳，其一端通过连接件固定连接在长管体和短管体之间的外管壁上，另一端上穿设有一撞击滑块；

一撞击头，设置于所述U形勾杆长边段的端部，并且撞击头的外径大于长管体的管径；

连接线，一端与所述U形勾杆的短边段套接，另一端与重力滑移式深部流体采集装置固定连接。

所述短管体的一端与所述长管体端部平行，另一端设有一与管体轴线斜交的开口，所述U形勾杆的短边段伸出所述与管体轴线斜交的开口的杆壁上套接所述连接线。

所述长管体的外管壁上位于短管体的上部设有一设置在U形勾杆短边段的上端外部的隔套。

所述隔套为直径与短管体相同的管体。

所述定位投放装置的投放方法，首先将装置整体通过牵引绳放入先前已经打设好的钻孔或水井中，慢慢向下投放，同时保持撞击滑块在地面以上，此时，由于重力滑移式深部流体采集装置的重力作用，连接线将U形勾杆的短边段于短管体的内壁之间实现紧接触，由于摩擦力的存在，U形勾杆的短边段与短管体的管壁之间不发生相对移动；

当放到设计深度时，固定牵引绳，将撞击滑块向下自由落下，撞击滑块与U形勾杆的撞击头撞击，撞击力超过U形勾杆短边段与短管体管壁之间的摩擦力，此时，U形勾杆的短边段与短管体的管壁之间发生相对移动，当U形勾杆的短边段移至短管体内部时，套接于U形勾杆短边段上的连接线与U形勾杆短边段分离，重力滑移式深部流体采集装置被投放。

本发明的有益效果是：

本发明重力滑移式深部流体采集装置，筒体的内壁加工成象油缸一样光滑，带密封圈的活塞安装了密封圈后即将筒体内部分割成上、下两个个空间。

当采样器到达规定水深后，筒体在筒体自身重力的作用下，筒体与带密封圈的活塞发生相对位移，带密封圈的活塞向上运动并通过底孔吸入水，弹簧的两端分别与筒体的内壁和弹性支撑件配体的轴接触，弹簧有一定的压缩以使带密封圈的活塞和筒体发生相对位移时弹簧与筒体的内壁之间产生一定的摩擦力，平衡筒体在重力作用下的过快滑移，使水可以缓慢均匀地从底孔中流入筒体内，当带密封圈的活塞滑动到筒体顶部时，下部腔体内就全部充满水，避免因带密封圈的活塞与筒体内壁之间滑移速度过快而发生水装不满的情况。

本发明还公开了一种定位投放装置，用于控制所述重力滑移式深部流体采集装置的在狭小空间内的定点投放，其结构简单，易于操作。

附图说明

图1为本发明重力滑移式深部流体采集装置的结构示意图；

图2为筒体顶盖结构示意图；

图3为筒体底盖结构示意图；

图4为弹性支撑件配体的的平面结构示意图；

图5为本发明一种控制狭小空间内定位投放的装置的结构示意图；

图6为撞击滑块的结构示意图；

其中，1为活塞杆；2为筒体；3为弹簧；4为弹性支撑件配体；5为密封圈；6为带密封圈的活塞；7为底孔；8为弹簧孔；9为短管体；10为长管体；11为连接件；12为牵引绳；13为U形勾杆；14为撞击头；15为连接线；16为待投放物；17为撞击滑块；18为顶盖；19为底盖；20为隔套。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明重力滑移式深部流体采集装置的技术方案作进一步详细说明。

本发明重力滑移式深部流体采集装置由带密封圈的活塞6、活塞杆1、筒体2、弹簧3和弹性支撑件配体4组成。

弹簧3和弹性支撑件配体4安装在带密封圈的活塞6的上方，与带密封圈的活塞6构成一个刚性整体。

筒体2被带密封圈的活塞6分隔成上、下不通气的两个空腔，筒体2的顶盖18和底盖19各有一个通孔。活塞杆1一端安装在带密封圈的活塞6的顶面，另一端从筒体的顶盖18上的通孔穿出。

如图1~3所示，在筒体2内装有带密封圈的活塞6，带密封圈的活塞6的顶面垂直安装有活塞杆1，弹性支撑件配体4中央具有一中心杆轴，活塞杆1与中心杆轴垂直连接，中心杆轴的外壁上设有环形空腔，环形空腔内沿垂直筒体筒壁的方向安装有4根弹簧3，弹簧3的一端与筒体2的内壁连接，另一端和弹性支撑件配体4的中心杆轴接触；弹簧3有一定的压缩以使带密封圈的活塞6和筒体2发生相对位移时，弹簧3与筒体2的内壁之间产生一定的摩擦力，平衡筒体2在重力作用下的过快滑移。

作为本发明重力滑移式深部流体采集装置技术方案的进一步优选，所述弹性支撑件配体4由2个半圆形组成，4个弹簧孔以90°的间隔均匀分布在弹性支撑件配体4上，且在弹性支撑件配体4的厚度中央，4根弹簧分别插入4个弹簧孔中。

作为本发明重力滑移式深部流体采集装置技术方案的进一步优选，所述筒体2采用不锈钢材料，不锈钢材料的筒体2内壁加工成象油缸一样光滑，带密封圈的活塞6安装后即将筒体分割成上、下2个不通气的独立空间。

当重力滑移式深部流体采集装置被放到设计深度时，固定活塞杆1，筒体2在重力作用下与带密封圈的活塞6发生相对位移，带密封圈的活塞6向上运动并通过底孔7吸入水，同时通过弹簧3与筒体2的摩阻力控制相对位移，使水可以缓慢均匀地从底孔7中流入筒体2内。待带密封圈的活塞6滑动到筒体2顶部时，下部腔体内就全部充满水。

筒体2的底孔7应尽量小，根据覆杯原理，是可以做到不流水出来；或在筒体的下部腔体内放一颗小钢珠，用小钢珠堵住小孔，这样在采集器提升过程中更不会漏水。

实施例：

第一步，材料购买与加工：

需要购买的材料有：不锈钢缸筒，内壁达到镜面级，长度根据需要确定；

不锈钢粗棒，直径与不锈钢缸筒的外径一致，用来加工不锈钢缸筒的顶盖和底盖，以及加工带密封圈的活塞及弹性支撑件配体。带密封圈的活塞的顶面中央加工一个深10mm的螺纹孔，用以与活塞杆连接。

带密封圈的活塞的外侧面中央加工密封圈槽。

顶盖和底盖中央各加工一个孔，顶盖孔可以大些，底盖孔尽量小；

弹簧剪成若干截小段，每截小段的长度根据摩阻力大小的需要确定；

不锈钢细棒，直径10mm左右，用以加工活塞杆1，长度根据需要确定。活塞杆1的一端加工有螺纹，用以与带密封圈的活塞6固定；

弹性支撑件配体按图3所示结构进行加工，所述弹性支撑件配体具有一中心杆轴、以及设置在中心杆轴外部沿垂直筒体2筒壁方向布置的环形腔室，所述中心杆轴与活塞杆1固定连接，环形腔室内沿筒体2径向均匀布置有若干根与筒体2内壁弹性支撑连接的弹簧。

所述弹性支撑件配体由两个半圆形的配体单元组合而成，中心杆轴的轴壁上设有供弹簧插接的弹簧孔。

第二步，组装：

（1）将底盖装在不锈钢缸筒的底部；

（2）将活塞杆与带密封圈的活塞之间螺纹连接；

（3）将弹簧插入弹性支撑件配体的4个弹簧孔内后，将弹性支撑件配体固定在活塞杆上；

（4）将步骤（2）中安装有密封圈、活塞杆和弹性支撑件配体及弹簧的整体装入不锈钢缸筒内；

（5）将顶盖装在不锈钢缸筒的顶部。

本发明还公开了一种定位投放装置，用于控制所述重力滑移式深部流体采集装置的投放，包括：一长管体和一短管体，其中，所述长管体和短管体之间平行固定连接以形成两个相互独立并且上、下开口的平行通道；

一U形勾杆的开口端伸入所述平行通道内，并且，所述U形勾杆的U形开口端具有一长边段和一短边段，所述长边段设置在所述长管体内并且伸出长管体，所述短边段设置在所述短管体内并且伸出短管体；

一牵引绳，其一端通过连接件固定连接在长管体和短管体之间的外管壁上，另一端上穿设有一撞击滑块；

一撞击头，设置于所述U形勾杆长边段的端部，并且撞击头的外径大于长管体的管径；

连接线，一端与所述U形勾杆的短边段套接，另一端与重力滑移式深部流体采集装置固定连接。

所述U形勾杆的短边段伸出所述与管体轴线斜交的开口的杆壁上套接所述连接线。

作为本发明定位投放装置技术方案的进一步优化，所述长管体的外管壁上位于短管体的上部设有一设置在U形勾杆短边段的上端外部的隔套。所述隔套为直径与短管体相同的管体。

作为本发明定位投放装置技术方案的进一步优化，所述长管体的直径和短管体的管径相同，均为5mm~15mm。

所述定位投放装置的投放方法，首先将装置整体通过牵引绳放入先前已经打设好的钻孔或水井中，慢慢向下投放，同时保持撞击滑块在地面以上，此时，由于重力滑移式深部流体采集装置的重力作用，连接线将U形勾杆的短边段于短管体的内壁之间实现紧接触，由于摩擦力的存在，U形勾杆的短边段与短管体的管壁之间不发生相对移动；

当放到设计深度时，固定牵引绳，将撞击滑块向下自由落下，撞击滑块与U形勾杆的撞击头撞击，撞击力超过U形勾杆短边段与短管体管壁之间的摩擦力，此时，U形勾杆的短边段与短管体的管壁之间发生相对移动，当U形勾杆的短边段移至短管体内部时，套接于U形勾杆短边段上的连接线与U形勾杆短边段分离，重力滑移式深部流体采集装置被投放。

实施例

如图1所示，长管体和短管体均采用304不锈钢圆管，外径10mm、内径6mm；将直径10mm的不锈钢圆管加工两段，其中一段在中下部斜切开形成短管体和隔套。

连接件3采用304不锈钢实心圆柱，直径10mm；

牵引绳采用包皮直径3mm的钢丝绳；

U形勾杆由直径5mm的304不锈钢细棒弯制而成，长的一端加工螺纹，用于与M5的螺母连接，M5的螺母作为撞击头；

所述连接线7采用直径1mm的钢丝；

所述撞击滑块由直径30mm 的304不锈钢棒加工而成。

第二步，组装：

（1）将直径均为10mm的304不锈钢圆管和不锈钢实心圆柱平行焊接在一起；

（2）将U形勾杆插入两个304不锈钢圆管中，再将M5的螺母拧在U形勾杆的长端头作为撞击头；

（3）将钢丝绳与304不锈钢柱连接；

（4）将撞击滑块套入钢丝绳上；

（5）将直径1mm的钢丝与待投放物连接，并使U形勾杆呈上部位置。

Claims (8)

1.一种定位投放装置，用于控制一重力滑移式深部流体采集装置的投放，所述重力滑移式深部流体采集装置，包括：

一筒体，在筒体的上端设置有顶盖，在筒体的下端设置有一底盖；

一带密封圈的活塞，将筒体内腔分隔成上、下两个空腔，带密封圈的活塞的上端与一穿过顶盖的活塞杆连接，在底盖上还设置有一当带密封圈的活塞向上运动时，将水样吸入筒体内并防止倒流的底孔；

弹性阻尼器，用于调节带密封圈的活塞与筒体发生相对位移的速度，包括：至少一个设置于筒体上部空腔内与带密封圈的活塞同步运动的弹性支撑件配体，弹性支撑件配体上设有沿筒体径向均匀布置的弹性支撑件，所述弹性支撑件与筒体内壁之间弹性支撑连接；

其特征在于，定位投放装置包括：一长管体和一短管体，其中，所述长管体和短管体之间平行固定连接以形成两个相互独立并且上、下开口的平行通道；

一U形勾杆的开口端伸入所述平行通道内，并且，所述U形勾杆的U形开口端具有一长边段和一短边段，所述长边段设置在所述长管体内并且伸出长管体，所述短边段设置在所述短管体内并且伸出短管体；

一牵引绳，其一端通过连接件固定连接在长管体和短管体之间的外管壁上，另一端上穿设有一撞击滑块；

一撞击头，设置于所述U形勾杆长边段的端部，并且撞击头的外径大于长管体的管径；

连接线，一端与所述U形勾杆的短边段套接，另一端与重力滑移式深部流体采集装置固定连接；

所述短管体的一端与所述长管体端部平行，另一端设有一与短管体轴线斜交的开口，所述U形勾杆的短边段伸出所述与短管体轴线斜交的开口的杆壁上套接所述连接线。

2.根据权利要求1所述的定位投放装置，其特征在于，所述弹性阻尼器与带密封圈的活塞为一体式结构。

3.根据权利要求1所述的定位投放装置，其特征在于，所述弹性支撑件为弹簧，所述弹性支撑件配体具有一中心杆轴、以及设置在中心杆轴外部沿垂直筒体筒壁方向布置的环形腔室，所述中心杆轴与活塞杆固定连接，环形腔室内沿筒体径向均匀布置有若干根与筒体内壁弹性支撑连接的弹簧。

4.根据权利要求1所述的定位投放装置，其特征在于，所述弹性支撑件配体由两个半圆形的配体单元组合而成，中心杆轴的轴壁上设有供弹簧插接的弹簧孔。

5.根据权利要求1所述的定位投放装置，其特征在于，所述的底孔内侧设置有一钢球。

6.根据权利要求1所述的定位投放装置，其特征在于，所述长管体的外管壁上位于短管体的上部设有一设置在U形勾杆短边段的上端外部的隔套。

7.根据权利要求6所述的定位投放的装置，其特征在于，所述隔套为直径与短管体相同的管体。

8.一种基于权利要求1所述定位投放装置的投放方法，其特征在于，首先将装置整体通过牵引绳放入先前已经打设好的钻孔或水井中，慢慢向下投放，同时保持撞击滑块在地面以上，此时，由于重力滑移式深部流体采集装置的重力作用，连接线将U形勾杆的短边段于短管体的内壁之间实现紧接触，由于摩擦力的存在，U形勾杆的短边段与短管体的管壁之间不发生相对移动；

当放到设计深度时，固定牵引绳，将撞击滑块向下自由落下，撞击滑块与U形勾杆的撞击头撞击，撞击力超过U形勾杆短边段与短管体管壁之间的摩擦力，此时，U形勾杆的短边段与短管体的管壁之间发生相对移动，当U形勾杆的短边段移至短管体内部时，套接于U形勾杆短边段上的连接线与U形勾杆短边段分离，重力滑移式深部流体采集装置被投放。