CN108663235B - 实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，包括船体，在船体的船舷处设置有一用于对水面以下的表层水连续取样的装置，该装置包括一可沿船舷上下升降的支架，在支架上固定有一用于将表层水抽吸取样的取样管，以及用于驱动支架升降将取样管伸至表层水位置的液压缸，在支架上设置有避免因船体走航时海水产生持续阻力对取样管造成损坏的缓冲机构。深度传感器、控制器与液压缸的设置，不但有效保证能够准确取到表层水，而且在科考船航行过程中能够实现连续采集，缓冲机构不但有效避免了连续水流阻力作用在取样管轴向及径向导致取样管的损坏，而且能够实现对阻力的缓解，提高了取样装置的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及科考船技术领域，特别涉及一种实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船。
背景技术
微塑料，是一种直径小于5毫米的塑料颗粒，是一种造成污染的主要载体。微塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯等。微塑料体积小，这就意味着更高的比表面积(比表面积指多孔固体物质单位质量所具有的表面积)，比表面积越大，吸附的污染物的能力越强。首先，环境中已经存在大量的多氯联苯、双酚A等持久性有机污染物(这些有机污染物往往是疏水的，就是说它们不太容易溶解在水中，所以它们往往不能随着水流随意流动)，一旦微塑料和这些污染物相遇，正好聚集形成一个有机污染球体。微塑料相当于成为污染物的坐骑，二者可以在环境中到处游荡。
《环境署2014年年鉴》和《评估塑料的价值》报告指出,塑料污染威胁到了海洋生物的生存以及旅游业、渔业和商业的发展。引起了人们对微塑料的注意。
游荡的微塑料的粒径一般在5mm以内，很容易被海洋环境中的浮游动物、底栖生物、鱼类、贻贝等“低端”食物链生物误食，微塑料不能被消化掉，被生物摄入体内只能在胃里一直存在着，占据空间，导致动物生病甚至死亡；而如果是带着有机污染物的微塑料被吃掉，那对于这些浮游生物的伤害更是雪上加霜，污染物在生物体内酶的作用下释放出来，加剧它的病情。一方面可能会造成生物的死亡，影响生态系统稳定，另一方面可能会通过食物链传播，最后出现在人类的餐桌上。贻贝、浮游动物等处于食物链底端的生物会被上层动物吃掉，而微塑料，甚至微塑料和有机污染物都进入了上层动物体内，食物链一个特征是“富集”效应，也许在底层动物体内有害物质只有1％，但是到上层就变成了20％，这样会使大量的食用微塑料的生物生病或者死亡，食物链的顶端的生物是人类，人类在富集的作用下，会累积大量的微塑料在体内，这些难以消化的小颗粒对人产生难以预计的危害。微塑料犹如海洋中的PM2.5一般，威胁着海洋生物和人类的健康。动物实验发现塑料微粒由于粒径较小，可进入组织细胞，在动物脏器中蓄积，引起炎症反应，导致肝损伤和内分泌紊乱等。
要对海洋中的微塑料进行管控，第一步是要对这些微塑料的成分和含量进行检测，从而对污染的严重性和主要来源进行评判，对下一步的治理提供依据。目前对海洋微塑料颗粒的检测有PerkinElmer红外光谱及红外显微成像系统、变换显微红外光谱法等。PerkinElmer红外光谱及红外显微成像系统可为检测过程提供有力的支持。但微塑料检测的前提是首先要从海洋表层水中将微塑料颗粒取样并过滤才能获得。目前取样分为静态取样和动态的船尾或侧舷取样，静态取样比较容易操作，但需要停船作业，其不方便采集大量的数据对一定范围内的海域做评估，动态取样由于船的运行会使得海水对取样设备产生持续较大的阻力，这对取样设备提出了一个较高的要求。但是需要而且要想检测并通过检测结果评价一定范围内水域微塑料的污染状况，就需要对该片海域进行一个连续的平均的取样，也就说将该片海域的表层水取样面积越大，表征的数据越准确，这就需要进行一个持续的取样。例如多种我国自主研发的深海取样设备如多管、箱式、拖网等。
箱式一般在静态取样中使用，动态取样中，箱体在水下由于水的阻力其位置无法人为固定，容易与船体发生摩擦、撞击导致损坏，拖网的方法容易与水下物体缠绕，例如养殖区或者一些漂浮物，同样无法长时间稳定取样。目前科考船在走航连续取样方法，一般是在船舷上安装一只或多只采样管，将采样管伸入海水水面以下20～30cm，通过抽水设备通过采样管将该位置的表层海水采集到船上，但这个采样方法存在一些问题，第一，科考船在航行时具有一定速度，采样管在采集表层海水时会受到海水持续的阻力，会导致采样管产生向上的浮力，不但会影响采样管在水下的位置，而且采样管在船舷上难以固定；第二，传统的采样管即使牢固的固定在船舷上，由于科考船长期持续航行致使海水产生持续的阻力作用在采样管，会使得采样管发生弯曲，导致损坏；第三，目前采样管如何稳定的固定在船舷上仍然是个需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种适应动态取样方式，不但能够连续采集较大范围内水域的表层水数据，确保取样过程稳定，取样数据及所需水层的水样准确，而且不会耽误科考船的航行时间及其他海洋信息的采集的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，包括船体，其特征在于：在船体的船舷处设置有一用于对水面以下的表层水连续取样的装置，该装置包括一可沿船舷上下升降的支架，在支架上固定有一用于将表层水抽吸取样的取样管，以及用于驱动支架升降将取样管伸至表层水位置的液压缸；在支架上设置有避免因船体走航时海水产生持续阻力对取样管造成损坏的缓冲机构，所述缓冲机构包括设于支架上的缓冲室，该缓冲室包括一缓冲腔，在缓冲室上开设有一允许取样管穿过缓冲腔的安装孔，所述缓冲室内设置有一当海水连续阻力作用于取样管上时，允许取样管在安装孔径向及轴向范围内灵活移动的弹性支撑组件，在取样管的底端安装有用于检测取样管的进水口离水面距离的位置信号的深度传感器；还包括控制器，所述深度传感器检测到进水口的位置信号后发送至控制器，控制器接收位置信号后发送用于控制液压缸工作状态的信号至液压缸，液压缸推动支架将取样管的进水口置于表层水位置，取样结束后所述控制器发送停止信号至液压缸，液压缸带动支架收回，取样管离开水面。
上述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，所述弹性支撑组件包括沿海水阻力方向穿过取样管设置的用于将取样管固定在缓冲腔内的支撑杆，在支撑杆上安装有降低作用于取样管上海水连续阻力的缓冲弹簧，以及用于托持支撑杆的支撑弹簧。
上述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，所述取样管包括固定于缓冲室上的刚性浸入管，连接刚性浸入管的刚性输送管以及连接刚性输送管的将表层水抽吸至船上的柔性输出管，所述刚性浸入管与刚性输送管之间通过法兰盘连接。
上述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，沿取样管的径向开设有调整连接孔，调整连接孔的内径大于支撑杆的直径，所述支撑杆穿过调整连接孔并与缓冲室内壁固定。
上述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，所述安装孔的孔径大于取样管的外径。
上述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，所述液压缸设置两个，分别对称设于取样管的两侧并固定于船舷上。
上述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，所述刚性浸入管自上而下设置为直径逐渐缩小的阶梯形结构。
本发明实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船的优点是：深度传感器、控制器与液压缸的设置，不但有效保证能够准确取到表层水，而且在科考船航行过程中能够实现连续采集，缓冲机构不但有效避免了连续水流阻力作用在取样管轴向及径向导致取样管的损坏，而且能够实现对阻力的缓解，提高了取样装置的使用寿命，采用自动化控制方式，通过深度传感器的深度采集，能够通过信号实时调节取样管在表层水范围内的深度，实现了自动化采集表层水的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为取样装置的结构放大图；
图3为取样管与支撑管连接的结构放大图；
图4为缓冲机构的局部结构放大图；
图5为本发明的表层水采集过程状态图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
如图1、2、3、4、5所示，一种实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，包括船体1，在船体1的船舷2处设置有一用于对水面以下的表层水3连续取样的装置4，该装置4包括一可沿船舷2上下升降的支架5，在支架5上固定有一用于将表层水3抽吸取样的取样管6，以及用于驱动支架5升降将取样管6伸至表层水3位置的液压缸7，为了确保支架升降时足够稳定，本发明实施例中，液压缸7设置两个，分别对称设于取样管6的两侧并固定于船舷2上。液压缸7为现有技术常用的动力部件，在此不多作解释。在支架5上设置有避免因船体1走航时海水产生持续阻力对取样管6造成损坏的缓冲机构8，所述缓冲机构8包括设于支架5上的缓冲室9，该缓冲室9包括一缓冲腔10，在缓冲室9上开设有一允许取样管6穿过缓冲腔10的安装孔11，为了避免因海水阻力作用到取样管6上时，对取样管6造成刚性损坏，安装孔11的孔径大于取样管6的外径。在缓冲室9内设置有一当海水连续阻力作用于取样管6上时，允许取样管6在安装孔11的径向及轴向范围内灵活移动调整的弹性支撑组件，在取样管6的底端安装有用于检测取样管6的进水口离水面距离的深度传感器12，还包括控制器，所述深度传感器12检测到进水口的位置信号后发送至控制器，控制器接收位置信号后发送用于控制液压缸7工作状态的信号至液压缸7，液压缸7推动支架5将取样管6的进水口置于表层水3的位置，取样结束后所述控制器发送停止信号至液压缸7，液压缸7带动支架5收回，取样管6离开水面。一通常来说，表层水3的位置范围一般是水面向下20～30厘米。
本发明的弹性支撑组件包括沿海水阻力方向穿过取样管6设置的用于将取样管6固定在缓冲腔10内的支撑杆13，沿取样管6的径向开设有调整连接孔14，为了避免因海水阻力作用到取样管6上时，对取样管6造成刚性损坏，调整连接孔14的内径大于取样管6的直径，所述支撑杆13穿过调整连接孔14并与缓冲室9的内壁固定。在支撑杆13上安装有降低作用于取样管6上海水连续阻力的缓冲弹簧15，以及用于托持支撑杆13的支撑弹簧16。本发明取样管6包括固定于缓冲室9上的刚性浸入管17，连接刚性浸入管17的刚性输送管18以及连接刚性输送管18的将表层水3抽吸至船上的柔性输出管19，刚性浸入管17与刚性输送管18之间通过法兰盘20连接。鉴于取样管6的尺寸太大会增加海水阻力对取样管6的影响，所述刚性浸入管17自上而下设置为直径逐渐缩小的阶梯形结构。
由于船体在航行过程中，取样管6所承受的阻力基本来自于船体1航行方向海水所产生的，另外还有取样管6横向水流所带来的阻力，该阻力比较小，基本不会对取样管6造成实质性的影响，缓冲机构8不但能够减小航行方向海水产生的主要阻力，而且也能够对横向阻力起到良好的调节减缓作用，能够始终确保取样管6的位置处于稳定的状态。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，包括船体，其特征在于：在船体的船舷处设置有一用于对水面以下的表层水连续取样的装置，该装置包括一可沿船舷上下升降的支架，在支架上固定有一用于将表层水抽吸取样的取样管，以及用于驱动支架升降将取样管伸至表层水位置的液压缸；在支架上设置有避免因船体走航时海水产生持续阻力对取样管造成损坏的缓冲机构，所述缓冲机构包括设于支架上的缓冲室，该缓冲室包括一缓冲腔，在缓冲室上开设有一允许取样管穿过缓冲腔的安装孔，所述缓冲室内设置有一当海水连续阻力作用于取样管上时，允许取样管在安装孔径向及轴向范围内灵活移动的弹性支撑组件，在取样管的底端安装有用于检测取样管的进水口离水面距离的位置信号的深度传感器；还包括控制器，所述深度传感器检测到进水口的位置信号后发送至控制器，控制器接收位置信号后发送用于控制液压缸工作状态的信号至液压缸，液压缸推动支架将取样管的进水口置于表层水位置，取样结束后所述控制器发送停止信号至液压缸，液压缸带动支架收回，取样管离开水面。
2.根据权利要求1所述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，其特征是：所述弹性支撑组件包括沿海水阻力方向穿过取样管设置的用于将取样管固定在缓冲腔内的支撑杆，在支撑杆上安装有降低作用于取样管上海水连续阻力的缓冲弹簧，以及用于托持支撑杆的支撑弹簧。
3.根据权利要求1所述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，其特征是：所述取样管包括固定于缓冲室上的刚性浸入管，连接刚性浸入管的刚性输送管以及连接刚性输送管的将表层水抽吸至船上的柔性输出管，所述刚性浸入管与刚性输送管之间通过法兰盘连接。
4.根据权利要求2所述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，其特征是：沿取样管的径向开设有调整连接孔，调整连接孔的内径大于支撑杆的直径，所述支撑杆穿过调整连接孔并与缓冲室内壁固定。
5.根据权利要求1所述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，其特征是：所述安装孔的孔径大于取样管的外径。
6.根据权利要求1所述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，其特征是：所述液压缸设置两个，分别对称设于取样管的两侧并固定于船舷上。
7.根据权利要求3所述的实现走航过程对深海表层水连续取样的科考船，其特征是：所述刚性浸入管自上而下设置为直径逐渐缩小的阶梯形结构。
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