CN108535043B - 一种活塞转移式深海沉积物保压取样器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活塞转移式深海沉积物保压取样器，包括机械结构部分及样品转移保压部分；机械结构部分主要包括保压筒、采样筒、推杆，电机驱动推杆带动采样筒采样，保压筒上端与采样筒间通过密封圈密封，下端通过设置斜面及楔形块，采用电机丝杆驱动楔形块沿斜面运动实现对保压筒下端密封，样品转移保压部分主要包括高压泵、两只球阀，保压筒、两只球阀及培养釜顺次连接，通过高压泵向各空间内注入与采样筒内等压的高压水，最终实现在压力维持下将样品转移至培养釜中。本发明能搭载于深海潜水器上并进行原位沉积物采样，通过自身独特的结构设计实现样品的保压转移，不需要额外转移机构进行复杂配合，节约成本，同时可提高样品转移效率。

Description

一种活塞转移式深海沉积物保压取样器
技术领域
本发明属于深海取样技术领域，涉及一种保压取样器，尤其涉及一种活塞转移式深海沉积物保压取样器，该装置可实现深海沉积物的保压取样以及样品的保压转移。
背景技术
随着我国在深海探测开发上投入，为使国内科研人员获得高保真沉积物样品，以进行检测分析，研发具有保压取样并且能够进行保压转移的沉积物采样器显得尤为重要。但当前的一些能够实现保压获取的采样器往往由于体积、重量过大，将沉积物样品泄压之后取出部分进行检测分析，不能保证保压样品的原位特性。或是需要通过二次保压沉积物取样器进行连接配合来进行二次取样，增加系统的复杂性和提高了整套系统的成本，同时中间转接过程的增加也会使压力维持变得不稳定，不利于研究人员准确地获取沉积物的原位性质。因此，有必要提供一种新的活塞转移式深海沉积物保压取样器，能够进行保压获取样品同时利用自身移动活塞实现对样品的保压转移，实现海底功能集成化和设备轻量化。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种活塞转移式深海沉积物取样器。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种活塞转移式深海沉积物保压取样器，包括机械结构部分及样品转移保压部分；
所述的机械结构部分包括保压筒、采样筒、推杆；保压筒上、下端盖均呈环状，采样筒设于保压筒内，采样筒下端开放，其上端封闭并伸入保压筒上端盖的环内，通过密封圈进行密封，推杆下端与采样筒上端固定，由电机驱动推杆带动采样筒上下运动；在保压筒的下端盖内开有斜面槽并设有楔形块和电机丝杆，楔形块固定于丝杆滑座上，由电机丝杆驱动楔形块沿斜面槽滑动，对保压筒下端进行密封；在保压筒下端盖上还开有T型通孔将斜面槽、下端盖内环面、及下端盖下表面连通，在保压筒的上端盖上开有与采样筒相通的节流口，外接第四截止阀；
所述的样品转移保压部分包括高压泵、两只球阀，保压筒下端盖出口、第一球阀、第二球阀、培养釜的入口分别通过机械法兰顺次连接，第一、二球阀间形成封闭的第四空间，高压泵通过管路向T型通孔、第四截止阀、及第四空间通入与采样筒内等压的高压水，实现在压力维持下将样品转移至培养釜。
上述技术方案中，采样筒内自上而下分隔为第一、二、三空间，第一、二空间之间设置液控单向阀，在第二、三空间之间设置移动活塞，移动活塞上设有向上开通的单向阀，采样筒下端内壁设置挡圈。
所述的取样器还包括体积置换器，设于保压筒外，通过保压筒上开设的节流口与采样筒第一空间连通。所述的体积置换器内设置有活塞。
进一步的，所述的斜面槽其斜面角度为自锁角。
进一步的，所述的样品转移保压部分还包括三个截止阀、节流阀、两个溢流阀、两个二位二通电磁阀；高压泵从水箱抽水后分为四路，一路经第一截止阀、节流阀接入第四截止阀，节流阀与第四截止阀间设有压力表，第二路经第二截止阀接入第四空间，第二截止阀与第四空间之间设有第一二位二通电磁阀和第一溢流阀均接入水箱，第三路经第三截止阀接入T型通孔，二者之间设有第二二位二通电磁阀接入水箱，第四路经第二溢流阀接入水箱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够搭载于深海潜水器上并进行原位沉积物采样，获取适量的保压沉积物样品，并通过独特的结构设计可实现样品的保压转移，帮助研究人员对深海沉积物进行原位检测分析，有利于后续的海底沉积物勘测和开发。
附图说明
图1为本发明取样器的机械结构示意图；
图2为本发明取样器的转移系统压力回路图。
图中：1挡圈，2采样筒，3保压筒，4节流口，5截止阀，6密封圈，7推杆，8体积置换器，8.1活塞，8.2端盖，8.3连接头9液控单向阀，9.1阀芯，9.2推杆，10移动活塞，10.1密封圈，11单向阀，12滤网，13螺栓，14密封圈，15下端盖，16密封圈，17密封圈，18楔形块，19T型通孔，20电机丝杆，21固定块，25水箱， 26过滤器，27高压泵，28压力表，29第一截止阀，30节流阀，31 压力表，33第一球阀，34第二球阀，35培养釜，36第一溢流阀，37 第一二位二通电磁阀，38第二二位二通电磁阀，39第二溢流阀，40 第二截止阀，41第三截止阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的活塞转移式深海沉积物保压取样器，包括机械结构部分及样品转移保压部分；
机械结构部分包括保压筒3、采样筒2、推杆7；保压筒3上、下端盖均呈环状，采样筒2设于保压筒3内，采样筒2下端开放，其上端封闭并伸入保压筒3上端盖的环内，通过密封圈进行密封，推杆 7下端与采样筒2上端固定，由电机驱动推杆7带动采样筒2上下运动；在保压筒3的下端盖15内开有斜面槽并设有楔形块18和电机丝杆20，斜面角度为自锁角，楔形块18固定于丝杆滑座上，由电机丝杆20驱动楔形块18沿斜面槽滑动，对保压筒3下端进行密封；在保压筒3下端盖15上还开有T型通孔19将斜面槽、下端盖内环面、及下端盖下表面连通，在保压筒3的上端盖上开有与采样筒2相通的节流口4，外接第四截止阀5；所述的采样筒2内自上而下分隔为第一、二、三空间，第一、二空间之间设置液控单向阀9，在第二、三空间之间设置移动活塞10，移动活塞10上设有向上开通的单向阀11，单向阀11下方装有金属滤网12；采样筒2下端内壁设置挡圈1，在保压筒3外还设有体积置换器8，通过保压筒2上开设的节流口与采样筒2第一空间连通，用于在取样筒取样后回升过程中转移采样筒内多余海水。
所述的样品转移保压部分
所述的样品转移保压部分包括高压泵27、两只球阀，还包括三个截止阀、节流阀30、两个溢流阀、两个二位二通电磁阀；保压筒下端盖出口、第一球阀33、第二球阀34、培养釜35的入口分别通过机械法兰顺次连接，第一、二球阀间形成封闭的第四空间，高压泵 27从水箱抽水后分为四路，一路经第一截止阀29、节流阀30接入第四截止阀5，节流阀30与第四截止阀5间设有压力表，第二路经第二截止阀40接入第四空间，第二截止阀40与第四空间之间设有第一二位二通电磁阀37和第一溢流阀36均接入水箱，第三路经第三截止阀41接入T型通孔，二者之间设有第二二位二通电磁阀38接入水箱，第四路经第二溢流阀39接入水箱，通过高压泵27向T型通孔19、第四截止阀5、及第四空间通入与采样筒2内等压的高压水，实现在压力维持下将样品转移至培养釜。
具体的工作时：
取样阶段，楔形块18处于斜面底端位置，使得整个保压筒下端开放，移动活塞10位于挡圈1位置，电机带动推杆7推动采样筒2 向下运动采集沉积物，沉积物随着采样筒2的下降逐渐进入采样筒2，采样筒2上部的海水依次通过移动活塞中的单向阀11、液控单向阀9、节流口4，并最后沿着保压筒3上端口内环表面排出；而且，沉积物由于受到液控单向阀9所形成的负压吸附力而不至于掉落，电机驱动推杆7带动采样筒2回升，挤压保压筒3上部海水从上端口内环表面排出，当采样筒2上端开始接触保压筒3上端内表面时，多余海水被挤压至体积置换器8中，海水流入体积置换器推动活塞8.1，最后将整个体积置换器8充满，采样筒2完全进入至保压筒3中，取样完成。
保压密封阶段，采样筒2上端通过密封圈6与保压筒上端盖内环表面贴合，起到密封作用，截止阀5关闭，体积置换器8中的移动活塞8.1挤压至体积置换器8上部；保压筒3下端外围通过螺栓13与下端盖15密封，保压筒下端盖内，楔形块18随丝杆20转动斜向上滑动直至封堵保压筒下端口，楔形块与保压筒间设置密封圈进行完全密封。
样品转移阶段，在进行样品转移前，先进行采样器和容腔的压力平衡，通过压力表31测得采样筒内压力，打开第二截止阀40和第三截止阀41，将二位二通阀38和37置于左位，通过第一溢流阀39设定系统压力为采样器内部压力，接通高压泵27直至压力表28示数到达预定值，关闭高压泵27，关闭第二截止阀40和第三截止阀41；打开两只球阀33,34，打开丝杆电机移动楔形块至斜面底端，打开第一截止阀29，第四截止阀5，打开高压泵27，移动活塞10向下移动推动沉积物进入培养釜35中，调节节流阀30可以控制移动活塞10的移动速度，如此完成样品的无压降转移。

Claims (5)

1.一种活塞转移式深海沉积物保压取样器，其特征在于，包括机械结构部分及样品转移保压部分；
所述的机械结构部分包括保压筒（3）、采样筒（2）、推杆（7）；保压筒（3）上、下端盖均呈环状，采样筒（2）设于保压筒（3）内，采样筒（2）下端开放，其上端封闭并伸入保压筒（3）上端盖的环内，通过密封圈进行密封，推杆（7）下端与采样筒（2）上端固定，由电机驱动推杆（7）带动采样筒（2）上下运动；在保压筒（3）的下端盖（1 5）内开有斜面槽并设有楔形块（1 8）和电机丝杆（2 0），楔形块（1 8）固定于丝杆滑座上，由电机丝杆（2 0）驱动楔形块（1 8）沿斜面槽滑动，对保压筒（3）下端进行密封；在保压筒（3）下端盖（1 5）上还开有T型通孔（1 9）将斜面槽、下端盖内环面、及下端盖下表面连通，在保压筒（3）的上端盖上开有与采样筒（2）相通的节流口（4），外接第四截止阀（5）；
所述的样品转移保压部分包括高压泵（2 7）、第一球阀（3 3）、第二球阀（3 4），保压筒下端盖出口、第一球阀（3 3）、第二球阀（3 4）、培养釜（3 5）的入口分别通过机械法兰顺次连接，第一、二球阀间形成封闭的第四空间，高压泵（2 7）通过管路向T型通孔（1 9）、第四截止阀（5）、及第四空间通入与采样筒（2）内等压的高压水，实现在压力维持下将样品转移至培养釜；
所述的样品转移保压部分还包括第一截止阀（2 9）、第二截止阀（4 0）、第三截止阀（41）、节流阀（3 0）、第一溢流阀（3 6）、第二溢流阀（3 9）、第一二位二通电磁阀（3 7）、第二二位二通电磁阀（3 8）；高压泵（2 7）从水箱抽水后分为四路，一路经第一截止阀（2 9）、节流阀（3 0）接入第四截止阀（5），节流阀（3 0）与第四截止阀（5）间设有压力表，第二路经第二截止阀（4 0）接入第四空间，第二截止阀（4 0）与第四空间之间设有第一二位二通电磁阀（37）和第一溢流阀（3 6）均接入水箱，第三路经第三截止阀（4 1）接入T型通孔，二者之间设有第二二位二通电磁阀（3 8）接入水箱，第四路经第二溢流阀（3 9）接入水箱。
2. 根据权利要求1所述的活塞转移式深海沉积物保压取样器，其特征在于，所述的采样筒（2）内自上而下分隔为第一、二、三空间，第一、二空间之间设置液控单向阀（9），在第二、三空间之间设置移动活塞（1 0），移动活塞（1 0）上设有向上开通的单向阀（1 1），采样筒（2）下端内壁设置挡圈（1）。
3.根据权利要求2所述的活塞转移式深海沉积物保压取样器，其特征在于，所述的取样器还包括体积置换器（8），设于保压筒（3）外，通过保压筒（3）上开设的节流口与采样筒（2）第一空间连通。
4.根据权利要求3所述的活塞转移式深海沉积物保压取样器，其特征在于，所述的体积置换器（8）内设置有活塞。
5.根据权利要求1所述的活塞转移式深海沉积物保压取样器，其特征在于，所述的斜面槽其斜面角度为自锁角。
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