CN107966321A - 基于rov的深海原位流体高通量采样器及其取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于ROV的深海原位流体高通量采样器及其取样方法，外壁的上下两端分别螺纹连接有外部固定尼龙、共同形成存储舱体，单向油缸安装在上端的外部固定尼龙上，往返刚体的一端容置于单向油缸内，另一端与容置于存储舱体内的滑动体相连；上端的外部固定尼龙上开有进水口，下端的外部固定尼龙开设有平衡孔，平衡孔内安装有泄压开关或单向阀，下端的外部固定尼龙上通过变径转换头连接有进水开关阀，进水开关阀与T把手内部的内衬管的一端相连通，内衬管的另一端与安装在T把手的硬性刚体下端的过滤器相连通。本发明流体样品进行由外到内交换，受取样深度影响小，且耐腐蚀性能强，工作灵活稳定，并可快速、有效地获取转运保真样品。
Description
技术领域
本发明涉及深海大洋海底样品取样设备，具体地说是一种基于ROV的深海原位流体高通量采样器及其取样方法。
背景技术
目前，正在使用的用于深海的流体取样瓶，一般是和温盐深测量仪器配套使用的，外型使用长筒型状，两端加装带O圈的密封端盖；其内部样品存储容积1.7L到10L不等，重量在2.7KG到8.0KG之间，材质为PVC(聚氯乙烯)材质，附带有塑料空气阀门、出水口塑料阀门；初始状态为开启状态，在水下使用触发式关闭模式完成大容积流体取样。因触发方式需要简易，无法加装保险机构，在整个的工作过程中，需要无扰动作业，使用精准作业时其操作难度很大，经常因为水流扰动误触发，完成关盖动作。而且，传统流体取样瓶外形为直筒结构，其取样时为直立或者平放取样，获取的流体样品非单点流体而是长筒型状体积下的样品，在传统意义上海上温盐深测量作业时可以忽略其影响，但在深海海底特殊点位ROV单点作业时，其对流体测量的影响就比较大，特别是冷泉热液区域尤为明显。同时，传统采样器无法插入生物层内部，不能获取生物层多层序原位流体样品。以上情况特性决定了在深海压力复杂变化环境下，保证获得单点、多层序稳定的流体样品，需要开发一种全新的基于ROV的深海原位流体高通量采样器以克服以上困难。
发明内容
针对上述传统深流体采样器所存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于ROV的深海原位流体高通量采样器及其取样方法，保障获得单点、多层序稳定的流体样品，在深海压力复杂变化环境下使用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的采样器包括单向油缸、往返刚体、外部固定尼龙、外壁、滑动体、单向阀、泄压开关、变径转换头、进水开关阀、T把手及过滤器，其中外壁的上下两端分别螺纹连接有外部固定尼龙、共同形成存储舱体，所述单向油缸安装在上端的所述外部固定尼龙上，所述往返刚体的一端容置于单向油缸内，另一端与容置于存储舱体内的滑动体相连，该滑动体与所述外壁的内表面密封滑动抵接；上端的所述外部固定尼龙上开有与存储舱体内部连通的进水口，下端的所述外部固定尼龙开设有平衡孔，该平衡孔内安装有泄压开关或排出流体平衡压力的单向阀，下端的所述外部固定尼龙上连接有变径转换头，该变径转换头的一端与下端的所述外部固定尼龙相连，另一端连接有进水开关阀，所述进水开关阀通过进水管路与所述T把手内部的内衬管的一端相连通，所述内衬管的另一端与安装在所述T把手的硬性刚体下端的过滤器相连通；
其中：所述采样器为多个，各采样器的所述进水开关阀分别连通至多通阀，该多通阀再通过进水管路与所述T把手内部的内衬管的一端相连通；
所述往返刚体的长度与滑动体在存储舱体内的移动距离相等；
所述滑动体圆周外表面开设有密封凹槽，该密封凹槽中装有O形密封圈，所述滑动体通过该O形密封圈与外壁的内表面实现密封；
本发明基于ROV的深海原位流体高通量采样器的取样方法为：
步骤一，岸基端整体拆解清洗；
步骤二，深海取样，初始状态排空所述存储舱体的流体，使用ROV机械手抓取T把手，使得硬性刚体插入到观察点进行精确取样，打开进水开关阀，对单向油缸提供液压油路，使得滑动体在往返刚体的带动下向外移动，存储舱体内部形成负压导致流体通过过滤器进入内衬管中，再通过进水管路、进水开关阀及变径转换头进入到存储舱体内，直至所述采样器完成取样，关闭所述进水开关阀；
步骤三，岸基端取样，将所述采样器回收到甲板后，使用橡胶管接入泄压开关，启动单向油缸，往返刚体带动滑动体向内移动，排出存储舱体内的流体，获得深海保真流体样品；
其中：所述采样器为多个，各采样器的所述进水开关阀分别连通至多通阀，该多通阀再通过进水管路与所述T把手内部的内衬管的一端相连通；在一个所述采样器完成取样后，使用同样的操作将各采样器依次完成取样，再进行步骤三；
深海取样前，在作业范围内使用ROV对所述单向油缸提供液压油路，使所述往返刚体在存储舱体内进行至少三次的往返运动，完成存储舱体内部水的重复冲洗和置换，减少误差；
在回收的过程中，外部压力随水深的升高而减少，所述存储舱体内的压力高于外部压力，通过所述单向阀排出流体平衡压力。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明无流体样品进行由外到内交换，受取样深度影响小，且耐腐蚀性能强，工作灵活稳定，并可快速、有效地获取转运保真样品。
2.本发明结构小巧紧凑，转动平稳运行误差小，并可适用于多种深度、温度及洋流环境下的复杂海底环境，可广泛应用于需要严格保真的大洋深海取样。
附图说明
图1为本发明深海原位流体高通量采样器单体的结构示意图；
图2为本发明多个深海原位流体高通量采样器的结构示意图；
图3为本发明深海原位流体高通量采样器中驱动机构的内部结构剖视图；
图4为本发明深海原位流体高通量采样器中样品存储机构的内部结构剖视图；
其中：1为驱动油缸，2为往返刚体，3为固定底盘，4为固定螺栓，5为进水口，6为外部固定尼龙，7为密封凹槽，8为外壁，9为滑动体，10为存储舱体，11为平衡孔，12为单向阀，13为泄压开关，14为变径转换头，15为进水开关阀，16为四通阀，17为进水管路，18为T把手，19为硬性刚体，20为内衬管，21为过滤器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图3及图4所示，本发明的深海原位流体高通量采样器包括单向油缸1、往返刚体2、固定底盘3、外部固定尼龙6、外壁8、滑动体9、单向阀12、泄压开关13、变径转换头14、进水开关阀15、T把手18及过滤器21，其中外壁8的上下两端分别螺纹连接有外部固定尼龙6，两端的外部固定尼龙6与外壁8共同形成了存储舱体10；单向油缸1的下端通过固定底盘3与位于上端的外部固定尼龙6用固定螺栓4固接，往返刚体2的一端容置于单向油缸1内，另一端与容置于存储舱体10内的滑动体9相连，往返刚体2的长度与滑动体9在存储舱体10内的移动距离相等，用于保障存储舱体10内部获取的流体样品为观测点的原位真实样品。滑动体9圆周外表面开设有密封凹槽7，该密封凹槽7中装有O形密封圈，避免水交换，滑动体9通过该O形密封圈与外壁8的内表面密封滑动抵接。
上端的外部固定尼龙6上开有与存储舱体10内部连通的进水口5，下水后滑动体9内外两侧都为海水，其目的是保持滑动体9内外侧压力平衡，保障可以进行有效抽取。下端的外部固定尼龙6开设有多个平衡孔11，该平衡孔11内安装有泄压开关13或排出流体平衡压力的单向阀12；下端的外部固定尼龙6上还连接有变径转换头14，该变径转换头14的一端与下端的外部固定尼龙6相连，另一端连接有进水开关阀15，进水开关阀15通过进水管路17与T把手18内部的内衬管20的一端相连通，内衬管20的另一端与安装在T把手18的硬性刚体19下端的过滤器21相连通。
本发明的采样器还可为多个，各采样器的进水开关阀15分别连通至多通阀，该多通阀再通过进水管路17与T把手18内部的内衬管20的一端相连通。如图2所示，本实施例的采样器为三个，每个采样器中的进水开关阀15分别通过管路接至四通阀16，四通阀16再通过进水管路17与T把手18内部的内衬管20的一端相连通。
本发明的外壁8、滑动体9及内衬管20均可采用PVC制成。
本发明基于ROV的深海原位流体高通量采样器的取样方法，包括以下步骤：
步骤一，需要对采样器在岸基端整体进行分解拆卸，然后进行仔细清洗；
步骤二，深海取样，在作业范围内使用ROV对单向油缸1提供液压油路，使往返刚体2在存储舱体10内进行至少三次的往返运动，完成存储舱体10内部水的重复冲洗和置换，减少误差；初始状态排空存储舱体10的流体，使用ROV机械手抓取T把手18，使得硬性刚体19插入到观察点进行精确取样，打开进水开关阀15，对单向油缸1提供液压油路，使得滑动体9在往返刚体2的带动下向外移动，存储舱体10内部形成负压导致流体通过过滤器21进入内衬管20中，再通过进水管路17、进水开关阀15及变径转换头14进入到存储舱体10内，直至采样器完成取样，关闭进水开关阀15；
步骤三，岸基端取样，在回收的过程中，外部压力随水深的升高而减少，存储舱体10内的压力高于外部压力，通过单向阀12排出流体平衡压力；将采样器回收到甲板后，使用橡胶管接入泄压开关13，启动单向油缸1，往返刚体2带动滑动体9向内移动，排出存储舱体10内的流体，获得深海保真流体样品。
采样器可多个使用，各采样器的进水开关阀15分别连通至多通阀，该多通阀再通过进水管路17与T把手18内部的内衬管20的一端相连通；在一个采样器完成取样后，使用同样的操作将各采样器依次完成取样，再进行步骤三。
本发明的工作原理为：
单向油缸1、往返刚体2、固定底盘3为采样器的驱动机构，进水口5、外部固定尼龙6、密封凹槽7、外壁8、滑动体9、存储舱体10为采样器的样品存储机构，平衡孔11、单向阀12、泄压开关13、变径转换头14、进水开关阀15为采样器的样品甲板取样机构，四通阀16、进水管路17、T把手18、硬性刚体19、PVC内衬管20、过滤器21为采样器的样品获取机构。
以三个采样器为例，如图1、图3及图4所示，在排空存储舱体10的流体情况下，使用ROV机械手抓取T把手18，使得硬性刚体19插入到观察点进行精确取样；此时可以进行分层插取或直接插入热液流体喷口内部，在打开进水开关阀15之后，对驱动油缸1提供液压油路，使得滑动体9向外缓慢进行移动，存储舱体10内部形成负压导致流体通过过滤器21进入到内衬管20中，进一步流向进水管路17，依次通过四通阀16、进水开关阀15、变径转换头14进入存储舱体10，直至单舱体完成取样，关闭进水开关阀15，完成单个取样。此时进入存储舱体10的是外界经过充分混合和交换的流体样品，同时在作业过程中硬性刚体19和过滤器21不能移动位置，如此就获得了真实的深海保真流体样品。
本发明的采样器可以通过ROV深海摄像观测获取泥水界层、生物内层的流体样品。整个采样器都使用非金属硬质材料完成，避免样品的污染和分子介质交换。本发明结构小巧紧凑，耐腐蚀性能强，转动平稳运行误差小，并可适用于多种深度、温度及洋流环境下的复杂海底环境，可广泛应用于需要严格保真的大洋深海取样，并可快速、有效地转运流体样品。
Claims (8)
1.一种基于ROV的深海原位流体高通量采样器，其特征在于：包括单向油缸(1)、往返刚体(2)、外部固定尼龙(6)、外壁(8)、滑动体(9)、单向阀(12)、泄压开关(13)、变径转换头(14)、进水开关阀(15)、T把手(18)及过滤器(21)，其中外壁(8)的上下两端分别螺纹连接有外部固定尼龙(6)、共同形成存储舱体(10)，所述单向油缸(1)安装在上端的所述外部固定尼龙(6)上，所述往返刚体(2)的一端容置于单向油缸(1)内，另一端与容置于存储舱体(10)内的滑动体(9)相连，该滑动体(9)与所述外壁(8)的内表面密封滑动抵接；上端的所述外部固定尼龙(6)上开有与存储舱体(10)内部连通的进水口(5)，下端的所述外部固定尼龙(6)开设有平衡孔(11)，该平衡孔(11)内安装有泄压开关(13)或排出流体平衡压力的单向阀(12)，下端的所述外部固定尼龙(6)上连接有变径转换头(14)，该变径转换头(14)的一端与下端的所述外部固定尼龙(6)相连，另一端连接有进水开关阀(15)，所述进水开关阀(15)通过进水管路(17)与所述T把手(18)内部的内衬管(20)的一端相连通，所述内衬管(20)的另一端与安装在所述T把手(18)的硬性刚体(19)下端的过滤器(21)相连通。
2.根据权利要求1所述基于ROV的深海原位流体高通量采样器，其特征在于：所述采样器为多个，各采样器的所述进水开关阀(15)分别连通至多通阀，该多通阀再通过进水管路(17)与所述T把手(18)内部的内衬管(20)的一端相连通。
3.根据权利要求1或2所述基于ROV的深海原位流体高通量采样器，其特征在于：所述往返刚体(2)的长度与滑动体(9)在存储舱体(10)内的移动距离相等。
4.根据权利要求1或2所述基于ROV的深海原位流体高通量采样器，其特征在于：所述滑动体(9)圆周外表面开设有密封凹槽(7)，该密封凹槽(7)中装有O形密封圈，所述滑动体(9)通过该O形密封圈与外壁(8)的内表面实现密封。
5.一种权利要求1所述基于ROV的深海原位流体高通量采样器的取样方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，岸基端整体拆解清洗；
步骤二，深海取样，初始状态排空所述存储舱体(10)的流体，使用ROV机械手抓取T把手(18)，使得硬性刚体(19)插入到观察点进行精确取样，打开进水开关阀(15)，对单向油缸(1)提供液压油路，使得滑动体(9)在往返刚体(2)的带动下向外移动，存储舱体(10)内部形成负压导致流体通过过滤器(21)进入内衬管(20)中，再通过进水管路(17)、进水开关阀(15)及变径转换头(14)进入到存储舱体(10)内，直至所述采样器完成取样，关闭所述进水开关阀(15)；
步骤三，岸基端取样，将所述采样器回收到甲板后，使用橡胶管接入泄压开关(13)，启动单向油缸(1)，往返刚体(2)带动滑动体(9)向内移动，排出存储舱体(10)内的流体，获得深海保真流体样品。
6.根据权利要求5所述的取样方法，其特征在于：所述采样器为多个，各采样器的所述进水开关阀(15)分别连通至多通阀，该多通阀再通过进水管路(17)与所述T把手(18)内部的内衬管(20)的一端相连通；在一个所述采样器完成取样后，使用同样的操作将各采样器依次完成取样，再进行步骤三。
7.根据权利要求5或6所述的取样方法，其特征在于：深海取样前，在作业范围内使用ROV对所述单向油缸(1)提供液压油路，使所述往返刚体(2)在存储舱体(10)内进行至少三次的往返运动，完成存储舱体(10)内部水的重复冲洗和置换，减少误差。
8.根据权利要求5或6所述的取样方法，其特征在于：在回收的过程中，外部压力随水深的升高而减少，所述存储舱体(10)内的压力高于外部压力，通过所述单向阀(12)排出流体平衡压力。
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