CN109187104B - 高通量深海海水采样及分级过滤系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋取样设备，具体地说是一种高通量深海海水采样及分级过滤系统，包括安装架及分别安装在安装架上的过滤装置、固定夹、流量计、控制与电源装置和集成深海泵，过滤装置包括上盖、导流机构、拉紧机构、底托和多级滤膜及支撑网，导流机构和多级滤膜及支撑网位于上盖与底托之间，通过拉紧机构连接成一密闭的腔体，上盖上设有与集成深海泵出水口相连通的进水口，底托上设有与流量计相连通的出水口；控制与电源装置通过水密线缆与集成深海泵连接，过滤装置放置了多层滤膜，以实现分级过滤；集成深海泵能够在深水原位进行工作。本发明可以在深海进行高通量原位分级过滤，具有节省船时、原位获取样品等优点。

Description

高通量深海海水采样及分级过滤系统

技术领域

本发明涉及海洋取样设备，具体地说是一种高通量深海海水采样及分级过滤系统。

背景技术

深海悬浮颗粒物(包括深海浮游微生物和痕量元素等)的研究具有重要意义，海洋中悬浮颗粒物是沉积物的主要来源，在特定的时间和给定的洋盆中，悬浮胶体是正在沉积的物质的真正代表；悬浮颗粒也是许多元素由表层水向底层水输送的主要载体，它在元素输送、循环和去除中充当着重要角色，是元素的一种赋存形态；大洋表层悬浮颗粒量影响着水的透明度和真光层的厚度，从而影响浮游生物的光合作用和初级生产力；悬浮颗粒物本身可作为微小生物的食物，而这些无机颗粒物和有机碎屑到达海底后成为底栖生物的主要食物来源；地震或浊流能引起大量沉积物的悬浮，使底层水密度大大增加，并常常改变底层水的温度和盐度。再比如深海浮游微生物是一种人类近年来认识的深海资源，它在生命的起源、新基因的发现、新药品的研制和环境保护等许多方面有着重要的研究意义，同时，海洋浮游微小生物不仅被用作环境污染的生物指示剂，也能够反映它们所居住的环境状况对人类健康的潜在影响。大洋颗粒物中痕量元素的研究也比较重要，大洋中的痕量元素对很多浮游植物金属蛋白的功能发挥具有重要作用；海洋中的一些痕量元素如汞和铅，则对海洋生物本身和其食用者都会有害。研究深海悬浮颗粒物(包括浮游微生物和痕量元素等)的首要条件是获取一定数量具有原位特性的悬浮颗粒物样本。传统方法主要是应用深海采水器采水，提升到船上实验室进行过滤后取得样本。由于大洋中大部分水域悬浮颗粒物或浮游生物群落或微生物的含量较低，为了开展其研究，有时候需要采水数百升到1000L，并且在大洋深处开展研究可能需要采集更多的水体样本，甚至达到4000L。而取样瓶容积有限，较难获得足够数量的样品和完整的生物群落组合来满足分析研究的需求；即，传统采样所得样本有时很难满足发展迅速的地球科学、环境科学、海洋生物学和海洋资源研究的样本需求。而且，有时候为了研究深海某个站位的悬浮颗粒物或海洋浮游微生物的情况，需要多次进行深水取样，而单次深海取水就需要数个小时，这样就大大延长了科考船的工作时间。而大洋科考船每小时费用在万元以上，同时深海采水器采水又需要多人协作，并且在船上实验室过滤也非常费时，这就极大的浪费了人力和财力。所以，针对深海悬浮颗粒物研究中获取样品的要求，需要研究发展一种简洁、高效和通用性强的原位取样方法与技术。

发明内容

为了开展深海悬浮颗粒物研究，满足大体量过滤深海海水样本的需求，本发明的目的在于提供一种高通量深海海水采样及分级过滤系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括安装架及分别安装在该安装架上的过滤装置、固定夹、流量计、控制与电源装置和集成深海泵，其中过滤装置包括上盖、导流机构、拉紧机构、底托和多级滤膜及支撑网，该导流机构和多级滤膜及支撑网位于所述上盖与底托之间，通过所述拉紧机构连接成一密闭的腔体，所述上盖上设有与集成深海泵出水口相连通的进水口，所述底托上设有与流量计进水口相连通的出水口；所述控制与电源装置通过水密线缆与集成深海泵连接、控制该集成深海泵工作，海水通过所述集成深海泵泵向过滤装置，经所述导流机构导流后通过多级滤膜及支撑网中的滤膜过滤，过滤后的海水由所述出水口流向流量计；

其中：所述导流机构的外围为分别与上盖和滤膜及支撑网中的支撑网密封连接的导流壳体，中间均匀开设有多个导流孔，所述导流壳体、滤膜及支撑网中的支撑网与上盖和底托通过拉紧机构相连；

所述滤膜及支撑网中的支撑网位于外围，滤膜位于中间，相邻的支撑网之间以及支撑网与底托之间、支撑网与导流机构之间均通过O型圈实现密封；

在最下面一级的滤膜及支撑网的下方设有安装在底托上的流式扩散机构；

所述拉紧机构包括拉紧螺栓及螺母，该拉紧螺栓由底托、滤膜及支撑网中的支撑网、导流机构、上盖穿过，通过所述螺母锁紧固定；

所述固定夹包括上压板、上夹板、转轴A、支撑杆、下夹板、下压板、转轴B及紧固螺丝，该支撑杆的两端分别通过转轴A与上压板的一端和下压板的一端铰接，所述上压板及下压板均可绕铰接处转动，该上压板或下压板安装在所述安装架上；所述下压板的另一端通过转轴B铰接有紧固螺丝，该紧固螺丝在所述上压板与下压板转动对合在一起后夹紧固定于上压板的另一端；所述上夹板及下夹板分别安装在上压板、下压板相对的一侧，该上夹板及下夹板分别随所述上压板、下压板的转动对合在一起，将缆线夹于中间；

所述控制与电源装置包括采集控制器、电源密封舱体及水密接插件，该密封舱体包括圆筒、左端盖、右端盖及牺牲阳极，所述圆筒的左右两端分别密封连接有左端盖和右端盖，该左端盖或右端盖上分别安装有水密接插件及牺牲阳极；所述采集控制器和电源分别安装于密封舱体内，该采集控制器与电源连接，并分别与所述水密接插件相连；

所述集成深海泵包括密封装置、直流电机、压力缓冲装置、连接轴、泵头及深海泵水密接插件，该密封装置包括深海泵圆筒及分别密封连接于所述深海泵圆筒左右两端的深海泵左端盖和深海泵右端盖，在密封装置内灌装有填充油，所述直流电机容置于该密封装置内，轴端与所述深海泵右端盖的内侧抵接，尾端与所述深海左端盖之间依次压有压垫及压盘；所述压力缓冲装置包括贯通杆、卡箍及胶管，该贯通杆为多个，密封安装在所述深海泵左端盖上，每个所述贯通杆的一端均位于深海泵左端盖外侧、并与该深海泵左端盖的外侧表面密封抵接，每个所述贯通杆的另一端均位于深海泵左端盖内侧，所述胶管浸于填充油中，两端分别通过卡箍安装于任意两个贯通杆的另一端上，该胶管的内部通过所述贯通杆与密封装置的外部相连通，保持所述密封装置内外具有相同的压强；所述连接轴密封安装在深海泵右端盖上，位于深海泵右端盖内的一端与安装在该深海泵右端盖上的所述直流电机的转轴相连，位于深海泵右端盖外的另一端连接有安装在深海泵右端盖上的泵头；所述深海泵水密接插件安装在深海泵左端盖上，并与所述直流电机电连接；

所述深海泵右端盖上设有骨架油封，所述连接轴由该骨架油封穿过，该连接轴通过骨架油封与深海泵右端盖密封连接，深海泵右端盖的外侧沿轴向设有用于固定泵头的泵头固定螺孔；

所述安装架包括支撑架体、固定板及安装卡，该支撑架体为矩形架体，所述固定板焊接固定在支撑架体的内侧；所述安装卡为“U”形，所述流量计、控制与电源装置和集成深海泵分别固定在该安装卡上。

本发明的优点与积极效果为：

1.效率高；本发明下放水下一次进行大体积采样，并分多级进行过滤，一次获取不同规格的样品。

2.保真性强；本发明能够水下原位取样与分级过滤，具有较强的保真性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中过滤装置的结构剖视图；

图3为图1中固定夹的结构示意图；

图4为图1中控制与电源装置的结构示意图；

图5为图1中集成深海泵的结构示意图；

图6为图1中安装架的结构示意图；

其中：1为过滤装置，101为进水口，102为上盖，103为导流机构，104为I级滤膜及支撑网，105为Ⅱ级滤膜及支撑网，106为Ⅲ级滤膜及支撑网，107为O型圈，108为拉紧机构，109为流式扩散机构，110为底托，111为出水口；

2为固定夹，201为上压板，202为上夹板，203为固定螺栓，204为转轴A，205为支撑杆，206为下夹板，207为下压板，208为转轴B，209为紧固螺栓，210为紧固螺母；

3为流量计；

4为控制与电源装置，401为采集控制器，402为电源，403为水密接插件，404为牺牲阳极，405为左端盖，406为定位螺栓，407为O型密封圈，408为圆筒，409为右端盖；

5为集成深海泵，501为深海泵水密接插件，502为贯通杆，503为深海泵O型圈A，504为深海泵左端盖，505为深海泵固定螺栓，506为深海泵O型圈B，507为卡箍，508为胶管，509为压盘，510为压垫，511为电机固定杆，512为深海泵圆筒，513为直流电机，514为填充油，515为定位销，516为深海泵右端盖，517为骨架油封，518为连接轴，519为泵头；

6为安装架，601为支撑架体，602为固定板，603为安装卡；

7为耐压水管，8为水管，9为水密线缆。

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6所示，本发明包括安装架6及分别安装在该安装架6上的过滤装置1、固定夹2、流量计3、控制与电源装置4和集成深海泵5，其中安装架6包括支撑架体601、固定板602及安装卡603，该支撑架体601为矩形架体，固定板602焊接固定在支撑架体601的内侧；安装卡603为多个、均为“U”形，流量计3、控制与电源装置4和集成深海泵5分别固定在该安装卡603上。集成深海泵5出水口与过滤装置1的进水口101通过耐压水管7相连，过滤装置1的出水口111通过水管8与流量计3的进水口相连。过滤装置1放置有多层滤膜，以实现分级过滤；控制与电源装置4集成在圆柱形的密封舱体内，并与集成深海泵5通过水密线缆9连接；集成深海泵5能够在深水原位进行工作。

如图2所示，过滤装置1包括上盖102、导流机构103、拉紧机构108、流式扩散机构109、底托110和多级滤膜及支撑网，该导流机构和多级滤膜及支撑网位于上盖102与底托110之间，通过拉紧机构108连接成一密闭的腔体，底托110固定在安装架6上；本实施例设置了上下叠放的三级滤膜及支撑网，分别为Ⅰ级滤膜及支撑网104、Ⅱ级滤膜及支撑网105和Ⅲ级滤膜及支撑网106；Ⅰ级滤膜及支撑网104中滤膜的孔径为10微米，Ⅱ级滤膜及支撑网105中滤膜的孔径为1微米，Ⅲ级滤膜及支撑网106中滤膜的孔径为0.22微米。导流机构103的外围为导流壳体，中间均匀开设有多个导流孔；三级滤膜及支撑网中的支撑网位于外围，滤膜位于中间；上盖102、导流壳体、三级滤膜及支撑网中的支撑网和底托110由上至下叠放在一起，通过拉紧机构108连接。拉紧机构108包括拉紧螺栓及螺母，该拉紧螺栓由底托110、三级滤膜及支撑网中的支撑网、导流壳体、上盖102穿过，通过螺母锁紧固定。导流壳体与上盖102之间、导流壳体与I级滤膜及支撑网104中的支撑网之间、三级滤膜及支撑网中的支撑网之间、Ⅲ级滤膜及支撑网106中的支撑网与底托110之间均通过O型圈107实现密封。在最下面一级的滤膜及支撑网(即Ⅲ级滤膜及支撑网106)的下方设有安装在底托110上的流式扩散机构109，该流式扩散机构109可为孔径为50微米的过滤网。进水口101拧在上盖102外侧，出水口111拧在底托110外侧。

如图3所示，固定夹2包括上压板201、上夹板202、固定螺栓203、转轴A204、支撑杆205、下夹板206、下压板207、转轴B208及紧固螺丝，上压板201或下压板207固定安装在安装架6上，本实施例是将下压板207固定在安装架6上；支撑杆205的两端分别通过转轴A204与上压板201的一端和下压板207的一端铰接，上压板201及下压板207均可绕铰接处转动，上夹板202通过固定夹固定螺栓203固定在上压板201上，下夹板206通过固定夹固定螺栓203固定在下压板207上，上夹板202及下夹板206分别安装在上压板201、下压板207相对的一侧。下压板207的另一端铰接有紧固螺丝，紧固螺丝包括紧固螺栓209及紧固螺母210，紧固螺栓209的一端与转轴B208铰接，另一端螺纹连接有紧固螺母210。上夹板202及下夹板206分别随上压板201、下压板207的转动对合在一起，将缆线夹于中间，紧固螺栓209在上压板201与下压板207转动对合在一起后转至上压板201另一端的凹槽中，再拧紧紧固螺母210，使上压板201、下压板207固定。

如图4所示，控制与电源装置4包括采集控制器401、电源402、密封舱体和水密接插件403，该密封舱体包括圆筒408、左端盖405、右端盖409、牺牲阳极404、定位螺栓406及O型密封圈407，密封舱体的外壳是由圆筒408以及圆筒408左右两端安装的左端盖405和右端盖409构成，左端盖405、右端盖409与圆筒408相结合的外侧壁上均分别挖切有密封槽，密封槽内放置O型密封圈407作为填料，使左端盖405和右端盖409分别与圆筒408进行密封，从而构成一个圆柱形密封舱体。左端盖405或右端盖409上分别安装有水密接插件403及牺牲阳极404，本实施例是在左端盖405上分别安装了水密接插件403及牺牲阳极404。本发明的采集控制器401为现有技术，该采集控制器401和电源402位于密封舱体内，采集控制器401与电源402连接，并分别与水密接插件403相连。

如图5所示，集成深海泵5包括密封装置、直流电机513、压力缓冲装置、连接轴518、泵头519及深海泵水密接插件501，该密封装置包括深海泵圆筒512及密封连接于该深海泵圆筒512左右两端的深海泵左端盖504、深海泵右端盖516，深海泵左端盖504及深海泵右端盖516分别通过深海泵固定螺栓505固接于深海泵圆筒512的左右两端，并分别通过深海泵O型圈B506与深海泵圆筒512的左右两端实现密封。在密封装置内灌装有填充油514，直流电机513通过电机固定杆511和定位销515容置于该密封装置内，轴端与深海泵右端盖516的内侧抵接，尾端与深海左端盖504之间依次压上压垫510及压盘509。压力缓冲装置包括贯通杆502、卡箍507及胶管508，该贯通杆502为多个(本实施例为两个)，分别通过深海泵O型圈A503密封安装在深海泵左端盖504上，每个贯通杆502的一端位于深海泵左端盖504外、并与该深海泵左端盖504的外侧表面密封抵接，每个贯通杆502的另一端位于深海泵左端盖504内侧，胶管508浸于填充油514中，两端分别通过卡箍507安装于两个贯通杆502的另一端上，该胶管508的内部通过贯通杆502与密封装置的外部相连通，保持密封装置内外具有相同的压强。连接轴518密封安装在深海泵右端盖516上，位于深海泵右端盖516内的一端与安装在该深海泵右端盖516上的直流电机513的转轴相连，位于深海泵右端盖516外的另一端连接有安装在深海泵右端盖516上的泵头519。深海泵水密接插件501安装在深海泵左端盖504上，并与直流电机513电连接。深海泵右端盖516上放有骨架油封517，骨架油封517内穿有连接轴518，使连接轴518通过骨架油封517与深海泵右端盖516密封连接，深海泵右端盖516的外侧沿轴向设有用于固定泵头519的泵头固定螺孔。

本发明的工作原理为：

控制与电源装置4控制集成深海泵5工作，海水通过集成深海泵5泵向过滤装置1，由进水口101进入后经导流机构103的导流孔导流，然后依次通过各级滤膜及支撑网中的滤膜过滤，过滤后的海水再进一步由流式扩散机构109过滤扩散，最后由出水口111流向流量计3。

本发明可以在深海进行高通量原位分级过滤，具有节省船时、原位获取样品等优点。

Claims (8)

1.一种高通量深海海水采样及分级过滤系统，其特征在于：包括安装架(6)及分别安装在该安装架(6)上的过滤装置(1)、固定夹(2)、流量计(3)、控制与电源装置(4)和集成深海泵(5)，其中过滤装置(1)固接在所述安装架(6)外表面上，该过滤装置(1)包括上盖(102)、导流机构(103)、拉紧机构(108)、底托(110)和多级滤膜及支撑网，该导流机构和多级滤膜及支撑网位于所述上盖(102)与底托(110)之间，通过所述拉紧机构(108)连接成一密闭的腔体，所述上盖(102)上设有与集成深海泵(5)出水口相连通的进水口(101)，所述底托(110)上设有与流量计(3)进水口相连通的出水口(111)；所述控制与电源装置(4)通过水密线缆(9)与集成深海泵(5)连接、控制该集成深海泵(5)工作，海水通过所述集成深海泵(5)泵向过滤装置(1)，经所述导流机构(103)导流后通过多级滤膜及支撑网中的滤膜过滤，过滤后的海水由所述出水口(111)流向流量计(3)；

所述导流机构(103)的外围为分别与上盖(102)和滤膜及支撑网中的支撑网密封连接的导流壳体，中间均匀开设有多个导流孔，所述导流壳体、滤膜及支撑网中的支撑网与上盖(102)和底托(110)通过拉紧机构(108)相连；

在最下面一级的滤膜及支撑网的下方设有安装在底托(110)上的流式扩散机构(109)。

2.根据权利要求1所述的高通量深海海水采样及分级过滤系统，其特征在于：所述滤膜及支撑网中的支撑网位于外围，滤膜位于中间，相邻的支撑网之间以及支撑网与底托(110)之间、支撑网与导流机构(103)之间均通过O型圈(107)实现密封。

3.根据权利要求1所述的高通量深海海水采样及分级过滤系统，其特征在于：所述拉紧机构(108)包括拉紧螺栓及螺母，该拉紧螺栓由底托(110)、滤膜及支撑网中的支撑网、导流机构(103)、上盖(102)穿过，通过所述螺母锁紧固定。

4.根据权利要求1所述的高通量深海海水采样及分级过滤系统，其特征在于：所述固定夹(2)包括上压板(201)、上夹板(202)、转轴A(204)、支撑杆(205)、下夹板(206)、下压板(207)、转轴B(208)及紧固螺丝，该支撑杆(205)的两端分别通过转轴A(204)与上压板(201)的一端和下压板(207)的一端铰接，所述上压板(201) 及下压板(207)均可绕铰接处转动，该上压板(201)或下压板(207)安装在所述安装架(6)上；所述下压板(207)的另一端通过转轴B(208)铰接有紧固螺丝，该紧固螺丝在所述上压板(201)与下压板(207)转动对合在一起后夹紧固定于上压板(201)的另一端；所述上夹板(202)及下夹板(206)分别安装在上压板(201)、下压板(207)相对的一侧，该上夹板(202)及下夹板(206)分别随所述上压板(201)、下压板(207)的转动对合在一起，将缆线夹于中间。

5.根据权利要求1所述的高通量深海海水采样及分级过滤系统，其特征在于：所述控制与电源装置(4)包括采集控制器(401)、电源(402)、密封舱体及水密接插件(403)，该密封舱体包括圆筒(408)、左端盖(405)、右端盖(409)及牺牲阳极(404)，所述圆筒(408)的左右两端分别密封连接有左端盖(405)和右端盖(409)，该左端盖(405)或右端盖(409)上分别安装有水密接插件(403)及牺牲阳极(404)；所述采集控制器(401)和电源(402)分别安装于密封舱体内，该采集控制器(401)与电源(402)连接，并分别与所述水密接插件(403)相连。

6.根据权利要求1所述的高通量深海海水采样及分级过滤系统，其特征在于：所述集成深海泵(5)包括密封装置、直流电机(513)、压力缓冲装置、连接轴(518)、泵头(519)及深海泵水密接插件(501)，该密封装置包括深海泵圆筒(512)及分别密封连接于所述深海泵圆筒(512)左右两端的深海泵左端盖(504)和深海泵右端盖(516)，在密封装置内灌装有填充油(514)，所述直流电机(513)容置于该密封装置内，轴端与所述深海泵右端盖(516)的内侧抵接，尾端与所述深海泵 左端盖(504)之间依次压有压垫(510)及压盘(509)；所述压力缓冲装置包括贯通杆(502)、卡箍(507)及胶管(508)，该贯通杆(502)为多个，密封安装在所述深海泵左端盖(504)上，每个所述贯通杆(502)的一端均位于深海泵左端盖(504)外侧、并与该深海泵左端盖(504)的外侧表面密封抵接，每个所述贯通杆(502)的另一端均位于深海泵左端盖(504)内侧，所述胶管(508)浸于填充油(514)中，两端分别通过卡箍(507)安装于任意两个贯通杆(502)的另一端上，该胶管(508)的内部通过所述贯通杆(502)与密封装置的外部相连通，保持所述密封装置内外具有相同的压强；所述连接轴(518)密封安装在深海泵右端盖(516)上，位于深海泵右端盖(516)内的一端与安装在该深海泵右端盖(516)上的所述直流电机(513)的转轴相连，位于深海泵右端盖(516)外的另一端连接有安装在深海泵右端盖(516)上的泵头(519)；所述深海泵水密接插件(501) 安装在深海泵左端盖(504)上，并与所述直流电机(513)电连接。

7.根据权利要求6所述的高通量深海海水采样及分级过滤系统，其特征在于：所述深海泵右端盖(516)上设有骨架油封(517)，所述连接轴(518)由该骨架油封(517)穿过，该连接轴(518)通过骨架油封(517)与深海泵右端盖(516)密封连接，深海泵右端盖(516)的外侧沿轴向设有用于固定泵头(519)的泵头固定螺孔。

8.根据权利要求1所述的高通量深海海水采样及分级过滤系统，其特征在于：所述安装架(6)包括支撑架体(601)、固定板(602)及安装卡(603)，该支撑架体(601)为矩形架体，所述固定板(602)焊接固定在支撑架体(601)的内侧；所述安装卡(603)为“U”形，所述流量计(3)、控制与电源装置(4)和集成深海泵(5)分别固定在该安装卡(603)上。

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