CN107991133A - 一种基于rov的储能式保真取样钢瓶及其取样方法 - Google Patents

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栾振东
连超
李超伦
阎军
杜增丰
丛石磊
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Abstract

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的储能式保真取样钢瓶及其取样方法，取样器进气端盖和取样器进样端盖上分别连接有进气针阀和进样针阀，主舱体内部分别设有储气室端盖及清洗室端盖，储气室端盖和清洗室端盖分别与主舱体内壁密封抵接，并可相对主舱体滑动，储气室端盖与取样器进气端盖之间为储气室，储气室端盖与清洗室端盖之间为清洗室，清洗室端盖与取样器进样端盖之间为样品室；进气针阀进口与预充气源相连通，进气针阀出口与储气室相连通；进样针阀进口与外界深海环境相连通，进样针阀出口与样品室相连通。本发明保真保压时间长且稳定，受取样深度影响小，耐腐蚀性能强，并可快速、有效地转运流体和气体样品。

Description

一种基于ROV的储能式保真取样钢瓶及其取样方法
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的储能式保真取样钢瓶及其取样方法。
背景技术
目前，正在使用的用于深海的保真取样钢瓶，其内部样品存储容积最大为150ML，在从深海到岸基转运的过程中，其保压效果受到针阀与保真取样钢瓶本体螺纹间隙公差的影响很大，很难完成真正的保压效果。究其原因，是由于流体的压力、温度、体积之间的关系复杂，具有独特的状态方程。传统意义上的保真取样钢瓶是假设针阀在关闭状态下，保真取样钢瓶的容积不发生变化，两端针阀不发生任何的位移；但在针阀和保真取样钢瓶实际加工的过程中是不可能的，针阀和保真取样钢瓶在长时间使用的过程中，也会发生磨损和微变形。当从深海缓慢上升到海面的过程中，其钢瓶内部压力远大于外部压力，针阀会受到来自于保真样品的内压，导致针阀和保真取样钢瓶有微量的位移，确切的说是体积发生微量变大，但对保真样品的自身压力的影响是极大的。以上情况特性决定了在深海压力复杂变化环境下，保证获得压力稳定的流体样品，需要开发一种全新的基于ROV(遥控水下机器人)的储能式保真取样钢瓶以克服内部位移导致样品压力的变化影响。
发明内容
针对上述传统深海用保真取样钢瓶所存在的不足，本发明的目的在于提供一种保障取样样品压力稳定、在深海压力复杂变化环境下使用的基于ROV的储能式保真取样钢瓶及其取样方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的基于ROV的储能式保真取样钢瓶包括主舱体及分别密封连接于该主舱体两端的取样器进气端盖和取样器进样端盖，该取样器进气端盖和取样器进样端盖上分别连接有进气针阀和进样针阀；所述主舱体内部分别设有储气室端盖及清洗室端盖，该储气室端盖和清洗室端盖分别与主舱体内壁密封抵接，并可沿主舱体的长度方向相对主舱体滑动，所述储气室端盖与取样器进气端盖之间为储气室，所述储气室端盖与清洗室端盖之间为清洗室，所述清洗室端盖与取样器进样端盖之间为样品室；所述进气针阀的进气针阀进口与预充气源相连通，进气针阀出口与所述储气室相连通、在取样前向该储气室充入气体储能；所述清洗室在取样前预充有液体；所述进样针阀的进样针阀进口与外界深海环境相连通，进样针阀出口与所述样品室相连通；
其中：所述清洗室内设有舱体连接器，该清洗室被所述舱体连接器分为两部分，这两部分通过该舱体连接器上设置的通舱管相连通；所述主舱体分为储气室舱壁及清洗室舱壁，该储气室舱壁的一端与所述取样器进气端盖密封螺纹连接，另一端与所述舱体连接器的一端密封螺纹连接；所述清洗室舱壁的一端与取样器进样端盖密封螺纹连接，另一端与所述舱体连接器的另一端密封螺纹连接；
所述储气室端盖的外圆周表面及清洗室端盖的外圆周表面均开设有容置O型密封圈的密封凹槽，该储气室端盖及清洗室端盖分别通过各自密封凹槽内的O型密封圈与所述主舱体内壁密封接触；
本发明基于ROV的储能式保真取样钢瓶的取样方法为：
步骤一，岸基端整体拆解清洗；
步骤二，向所述清洗室中加装液体，通过所述进气针阀向储气室预装储能气体；
步骤三，深海取样，所述保真取样钢瓶进入深海环境中，打开进样针阀，外部流体利用水压作用压入样品室，样品室通过清洗室端盖利用密封凹槽密封方式把压力传递给清洗室，同理清洗室通过储气室端盖把相同压力传递给储气室，气体的压缩率比液体高，随着进样的增多，样品室和储气室的压力达到平衡，此时关闭进样针阀，完成取样；
步骤四，岸基端取样，连接取样器与进样针阀的进样针阀进口，打开进样针阀，样品室内的样品因为压力的缘故迅速流出，进入取样器，如此就获得了深海保真样品；
其中：所述清洗室设有舱体连接器，该清洗室被所述舱体连接器分为两部分；所述主舱体分为储气室舱壁及清洗室舱壁，该储气室舱壁的一端与所述取样器进气端盖密封螺纹连接，另一端与所述舱体连接器的一端密封螺纹连接；所述清洗室舱壁的一端与取样器进样端盖密封螺纹连接，另一端与所述舱体连接器的另一端密封螺纹连接；在步骤一中，需要对保真取样钢瓶整体进行分解拆卸，然后进行清洗；
在步骤二中，需要对所述清洗室加装的液体为防止气体分子渗透的超纯水，分离储气室舱壁、清洗室舱壁、舱体连接器之后，在超纯水槽中将所述储气室舱壁、清洗室舱壁及舱体连接器进行组装，使得通舱管两侧的清洗室均充满超纯水；然后晾干加载到高温烘干机中进行高温烘干，之后打开进气针阀，利用进气针阀进口向所述储气室内加装氮气储能。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明保真钢瓶结构简单，设计合理，保真保压时间长且稳定，受取样深度影响小，且耐腐蚀性能强，并可快速、有效地转运流体和气体样品。
2.本发明取样方法易于操作。
附图说明
图1为本发明保真取样钢瓶储能室预充氮气的结构剖视图；
图2为本发明保真取样钢瓶样品室获取样品的结构剖视图；
其中：1为进气针阀，2为进气针阀进口，3为进气针阀出口，4为取样器进气端盖，5为储气室仓壁，6为储气室，7为密封凹槽，8储气室端盖，9为通舱管，10为舱体连接器，11为清洗室，12为清洗室舱壁，13为清洗舱端盖，14为样品室，15为取样器进样端盖，16为进样针阀，17为进样针阀出口，18为进样针阀进口。
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2所示，本发明的保真取样钢瓶包括主舱体及分别密封连接于该主舱体两端的取样器进气端盖4和取样器进样端盖15，该取样器进气端盖4和取样器进样端盖15上分别连接有进气针阀1和进样针阀16；进气针阀1的一端为预充氮气的进气针阀进口2、与预充气源相连通，另一端为进气针阀出口3，该进气针阀出口3通过1/4螺纹连接于取样器进气端盖4、并与储气室6相连通，在取样前气体正是通过进气针阀出口3进入储气室6，作为压力保持装置。进样针阀16的一端为与外界深海环境相连通的进样针阀进口18，另一端为进样针阀出口17，该进样针阀出口17通过1/4螺纹连接于取样器进样端盖15、并与样品室14相连通。
主舱体内部分别设有储气室端盖8及清洗室端盖13，该储气室端盖8和清洗室端盖13分别与主舱体内壁密封抵接，并可沿主舱体的长度方向相对主舱体滑动，储气室端盖8与取样器进气端盖4之间为储气室6，储气室端盖8与清洗室端盖13之间为清洗室11，清洗室端盖13与取样器进样端盖15之间为样品室14。
清洗室11内设有舱体连接器10，该清洗室11被舱体连接器10分为两部分，这两部分通过舱体连接器10上设置的通舱管9相连通，完成液体一体化流动目的。主舱体分为储气室舱壁5及清洗室舱壁12，该储气室舱壁5的一端与取样器进气端盖4密封螺纹连接，另一端与舱体连接器10的一端密封螺纹连接。清洗室舱壁12的一端与取样器进样端盖5密封螺纹连接，另一端与舱体连接器10的另一端密封螺纹连接。
储气室端盖8的外圆周表面及清洗室端盖13的外圆周表面均开设有容置O型密封圈的密封凹槽7，该储气室端盖8及清洗室端盖13分别通过各自密封凹槽7内的O型密封圈与储气室舱壁5和清洗室舱壁12进行滑动压力密封的。储气室端盖8、清洗舱端盖13在整个主舱体内部是滑动的，利用密封凹槽7这种方式密封，隔断储气室5、清洗室11、样品室14三者之间的联系，形成独立舱室。储气室端盖8和清洗舱端盖13是随预充气体的压力和取样深度的不同而进行移动的，最终达到一种平衡。
本发明基于ROV的储能式保真取样钢瓶的取样方法为：
步骤一，需要对保真取样钢瓶在岸基端整体进行分解拆卸，然后进行仔细清洗；
步骤二，向清洗室11中加装液体(本发明的液体为超纯水)，防止气体分子渗透；分离储气室舱壁5、清洗室舱壁12、舱体连接器10之后，在超纯水槽中将储气室舱壁5、清洗室舱壁12及舱体连接器10进行组装，使得通舱管9两侧的清洗室11均充满超纯水；然后晾干加载到高温烘干机中进行高温烘干；之后，打开进气针阀1，利用进气针阀进口2向储气室6内加装氮气储能；
步骤三，深海取样，保真取样钢瓶进入深海环境中，打开进样针阀16，外部流体利用水压作用压入样品室14，样品室14通过清洗室端盖13利用密封凹槽7密封方式把压力传递给清洗室11，同理清洗室11通过储气室端盖8把相同压力传递给储气室6，因气体的压缩率要比液体高得多，随着进样的增多，样品室14和储气室6的压力达到平衡，此时关闭进样针阀16，完成取样；
步骤四，岸基端取样，连接取样器与进样针阀16的进样针阀进口18，直接打开进样针阀16，样品室14内的样品因为压力的缘故迅速流出，进入取样器，如此就获得了深海保真样品。
本发明保真取样钢瓶的进气针阀1、储气室仓壁5、清洗室舱壁12、进样针阀16为外部承压部件，其中储能气体通过进气针阀1进入主舱体内部，样品通过进样针阀16进入主舱体内部。取样器进气端盖4、储气室6、储气室端盖8、舱体连接器10、清洗室11、清洗舱端盖13、样品室14、取样器进样端盖15为本发明保真钢瓶的内部保压、清洗和取样的部件。
在打开进样针阀16过程中，流体快速进入到样品室14，通过与样品室14相连的清洗舱端盖13、储气室端盖8，把作用压力传递到储气室6，形成对预充储能气体的外压，如外压大于预充气体压力，根据理想气体状态方程，可以计算稳定后气体的压缩比和最终的气体压力。取得样品之后进行样品的回收，其过程是一个缓慢的过程，温度和外界压力都有一些变化，根据状态方程可以发现，温度和体积的微小变化对气体压力影响不大，同时压力影响通过储气室端盖8、清洗舱端盖13传递到样品室14，使得样品室14的流体样品压力保持不变，最终完成保真保压取样工作。
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压保真的大洋深海取样，并可快速、有效地转运流体和气体样品。

Claims (7)

1.一种基于ROV的储能式保真取样钢瓶，其特征在于：包括主舱体及分别密封连接于该主舱体两端的取样器进气端盖(4)和取样器进样端盖(15)，该取样器进气端盖(4)和取样器进样端盖(15)上分别连接有进气针阀(1)和进样针阀(16)；所述主舱体内部分别设有储气室端盖(8)及清洗室端盖(13)，该储气室端盖(8)和清洗室端盖(13)分别与主舱体内壁密封抵接，并可沿主舱体的长度方向相对主舱体滑动，所述储气室端盖(8)与取样器进气端盖(4)之间为储气室(6)，所述储气室端盖(8)与清洗室端盖(13)之间为清洗室(11)，所述清洗室端盖(13)与取样器进样端盖(15)之间为样品室(14)；所述进气针阀(1)的进气针阀进口(2)与预充气源相连通，进气针阀出口(3)与所述储气室(6)相连通、在取样前向该储气室(6)充入气体储能；所述清洗室(11)在取样前预充有液体；所述进样针阀(16)的进样针阀进口(18)与外界深海环境相连通，进样针阀出口(17)与所述样品室(14)相连通。
2.根据权利要求1所述基于ROV的储能式保真取样钢瓶，其特征在于：所述清洗室(11)内设有舱体连接器(10)，该清洗室(11)被所述舱体连接器(10)分为两部分，这两部分通过该舱体连接器(10)上设置的通舱管(9)相连通。
3.根据权利要求2所述基于ROV的储能式保真取样钢瓶，其特征在于：所述主舱体分为储气室舱壁(5)及清洗室舱壁(12)，该储气室舱壁(5)的一端与所述取样器进气端盖(4)密封螺纹连接，另一端与所述舱体连接器(10)的一端密封螺纹连接；所述清洗室舱壁(12)的一端与取样器进样端盖(5)密封螺纹连接，另一端与所述舱体连接器(10)的另一端密封螺纹连接。
4.根据权利要求1所述基于ROV的储能式保真取样钢瓶，其特征在于：所述储气室端盖(8)的外圆周表面及清洗室端盖(13)的外圆周表面均开设有容置O型密封圈的密封凹槽(7)，该储气室端盖(8)及清洗室端盖(13)分别通过各自密封凹槽(7)内的O型密封圈与所述主舱体内壁密封接触。
5.一种权利要求1至4任一权利要求所述基于ROV的储能式保真取样钢瓶的取样方法，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，向所述清洗室(11)中加装液体，通过所述进气针阀(1)向储气室(6)预装储能气体；
步骤三，深海取样，所述保真取样钢瓶进入深海环境中，打开进样针阀(16)，外部流体利用水压作用压入样品室(14)，样品室(14)通过清洗室端盖(13)利用密封凹槽(7)密封方式把压力传递给清洗室(11)，同理清洗室(11)通过储气室端盖(8)把相同压力传递给储气室(6)，气体的压缩率比液体高，随着进样的增多，样品室(14)和储气室(6)的压力达到平衡，此时关闭进样针阀(16)，完成取样；
步骤四，岸基端取样，连接取样器与进样针阀(16)的进样针阀进口(18)，打开进样针阀(16)，样品室(14)内的样品因为压力的缘故迅速流出，进入取样器，如此就获得了深海保真样品。
6.根据权利要求5所述的取样方法，其特征在于：所述清洗室(11)设有舱体连接器(10)，该清洗室(11)被所述舱体连接器(10)分为两部分；所述主舱体分为储气室舱壁(5)及清洗室舱壁(12)，该储气室舱壁(5)的一端与所述取样器进气端盖(4)密封螺纹连接，另一端与所述舱体连接器(10)的一端密封螺纹连接；所述清洗室舱壁(12)的一端与取样器进样端盖(5)密封螺纹连接，另一端与所述舱体连接器(10)的另一端密封螺纹连接；在步骤一中，需要对保真取样钢瓶整体进行分解拆卸，然后进行清洗。
7.根据权利要求6所述的取样方法，其特征在于：在步骤二中，需要对所述清洗室(11)加装的液体为防止气体分子渗透的超纯水，分离储气室舱壁(5)、清洗室舱壁(12)、舱体连接器(10)之后，在超纯水槽中将所述储气室舱壁(5)、清洗室舱壁(12)及舱体连接器(10)进行组装，使得通舱管(9)两侧的清洗室(11)均充满超纯水；然后晾干加载到高温烘干机中进行高温烘干，之后打开进气针阀(1)，利用进气针阀进口(2)向所述储气室(6)内加装氮气储能。
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