CN109632373A - 一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器 - Google Patents
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Abstract
一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器，属于海洋工程领域。该重力式采样器还包括螺旋桨式导流罩，导流罩位于驱动铅盘上部的尾舵上。螺旋桨导流罩位于提管头下方，固接在尾舵上。螺旋桨导流罩包括薄壁圆筒、螺旋桨叶片、桨毂。螺旋桨叶片与桨毂采用轴承式连接，并通过桨毂固定在尾舵上，螺旋桨叶片外围与薄壁圆筒内侧面固接，用于防止桨叶与释放缆绳接触缠绕，防止“绞缆”现象，螺旋桨叶片倾斜角不大于50°。本发明可保持重力式采样器在流体中下落时的整体稳定性，减小采样器的倾斜角，从而更加适用于深海勘测作业。本发明具有结构简单、造价低廉、便于安装及拆卸、可操作性强等优点，适用于深海采样、实验等作业。
Description
技术领域
本发明属于海洋工程领域，涉及一种附加螺旋桨式导流罩的重力式采样器，适用于深海勘测采样作业。
背景技术
当前，国内外学者的目光逐渐聚焦到海洋工程，对于海底土质的研究越来越成为一个热点科研问题。因此，在复杂的海况下，研究如何高效率获取海底土样具有非常重要的意义。获取海底土样的方法很多，其中重力式采样器因为具有结构简单、操作方便以及取样成本较低等优点，成为获取海底土样的常用方法。
重力式采样器即取样器主要用于海底沉积物的取样，其基本原理是取样器依靠自身的重力作用贯入海底，取得近似于贯入深度的海底沉积物样品，贯入深度取决于海底的硬度和取样器的结构形状及配重。随着国家对海底探测力度加大和重力取样的技术推广，因此有必要对重力式采样器的结构进行优化。
各类取样器工作原理基本一致，作业时首先在甲板上对取样器进行组装，然后让测量船处于漂泊状态，开启门吊和绞车，挂上取样器，门吊吊臂伸出船外，操纵绞车，释放缆绳将取样器放置海底，待取样器贯入海底后，回收缆绳，收回取样器。
但是在取样过程中，海流及船舶漂移对取样器下落姿态影响较大，从而影响取样效果。由于海况的不可预测性，从业人员一直努力探索一种促使重力式采样器下落姿态更加稳定的结构，从而逐渐把目光聚焦到重力式采样器的结构优化上。
发明内容
本发明针对上述重力式采样器在下落过程中遇到的不利情况，提供一种附加螺旋桨式导流罩的重力式采样器。其中导流罩原理在于会使水流沿桨叶的流线均匀分流，改善导流罩附近流场分布，目的在于促进重力式采样器取样过程更加稳定，从而提高取样效率。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器，包括采样管7、驱动铅盘5、尾舵3、接管头6、螺旋桨导流罩4。
所述的采样管7属于土样采取设备，采样管7顶端与接管头6连接，采取无透水措施处理；采样管7底部设有刀口9，刀口9用于切割泥土，减小入土阻力。
所述的驱动铅盘5为层片状圆环结构，作为施重主体，可通过调节铅盘数量调节配重以满足不同的采样需求。驱动铅盘5下部通过接管头6与采样管7连接，连接处采取无缝处理。
所述的尾舵3属于传统平衡器，呈圆柱状，其顶部通过提管头2与钢缆卡具1连接，通过钢缆与船舶上动力设备相连，底部与驱动铅盘5连接。所述尾舵3宜采用刚度大，密度小的材料制成，避免触底重锤使之变形。
所述的螺旋桨导流罩4位于提管头2下方，固接在尾舵3上(具体位置可根据铅盘配重调节)，用于减小水流的扰动影响，从而保持采样器的稳定性。所述的螺旋桨导流罩包括薄壁圆筒10、倾斜设置的螺旋桨叶片11、桨毂12；所述螺旋桨叶片11与桨毂12采用轴承式连接，并通过桨毂12固定在尾舵3上，螺旋桨叶片11外围与薄壁圆筒10内侧面固接，用于防止桨叶与释放缆绳接触缠绕，在水流作用下螺旋桨叶片11可自由旋转，从而产生自升力保持采样器的稳定性。
所述的螺旋桨叶片11的倾斜角不大于50°，薄壁圆筒10的直径为0.2m～0.5m，高度为10cm～25cm，侧斜设置对复合材料螺旋桨水动力性能具有较大影响，充分发挥导流罩在流场中抗扰动的优势，维持采样器整体稳定性。
所述的螺旋桨叶片11采用新型复合材料，此材料耐腐蚀、抗冲击，且密度相对于传统螺旋桨叶片所用的钢材密度小很多。其中，新型复合材料采用酚醛环氧材料。
进一步的，所述的重力式采样器还可以在采样管7底端固接弹簧花瓣8，弹簧花瓣8安装在刀口9上部，用于防止采集的样品流失。
进一步的，所述的螺旋桨叶片11的片数不小于3片，优选为6片。
与现有的采样器以及传统采样设备相比，本发明的有益效果为：
本发明制造简单、安装方便、成本低，且结构形式新颖、能有效减小传统采样器易倾斜的弊端，适合于采样器的广泛应用。
附图说明
图1为本发明整体结构三维示意图。
图2为本发明结构图。
图3本发明的螺旋桨导流罩结构图。
图中：1钢缆卡具，2提管头，3尾舵，4螺旋桨导流罩，5驱动铅盘，6连接法兰(接管头)，7采样管，8弹簧花瓣，9刀口，10薄壁圆筒，11螺旋桨叶片，12桨毂。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
参见图1～3本发明设有取样管7、弹簧花瓣8、驱动铅盘5(施重主体)、尾舵3和螺旋桨导流罩4。弹簧花瓣8安装在刀口9的上部，将采集的样品封在取样管中，防止其流失，取样管和弹簧花瓣用不锈钢螺丝固定(或用焊接技术固定)。驱动铅盘5内部为层片状圆环结构，便于调节配重块数量。尾舵3下部与驱动铅盘5相连，上部与提管头2用螺栓固定。螺旋桨导流罩4位于提管头2下方，与传统形式的尾舵3采取轴承式连接。
参见图1～2，螺旋桨叶片11固定于桨毂12上，侧斜角为20°，桨叶数为6片(不限于6片)，直径为30cm,外围薄壁圆筒10高度为15cm，厚度为0.2cm在水流的作用下导流罩自动旋转，从而产生自升力以维持采样器整体稳定性。
取样管管身内径设置为8cm,外径设置为10cm,取样管长度设置为5m,驱动铅盘设置为400kg。
一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器的工作过程：
第一步，下放过程:
附重锤链条与钢缆卡具相连，可根据采样深度需要，首先调整附重锤链条长度及释放高度(释放高度为附重锤链条长度减去采样器全长)，并计算附重锤重量，留足活塞钢缆长度余量。当船上钢丝绳下放时，释放器左边附重锤提供牵拉力使释放器杠杆挂紧右边的取样器，保证采样器安全下放。
第二步，自由下落过程:
在采样器即将到达海底时，附重锤首先接触海底，杠杆上附重锤的牵拉力消失，释放器失去平衡，触发释放器释放，整个取样器在设定的释放高度脱钩释放，螺旋桨式尾翼在海流作用下发生转动，从而改变采样器附近的流场，从而使采样器自由落体在螺旋桨式尾翼的作用下平稳下落。
第三步，取样过程:
取样管依靠下落过程中获得的动能贯入海底，同时取样器内的活塞锁定在沉积物与水分界面的位置处，而取样管在惯性作用下贯入沉积物完成取样。
第四步，取样完成后提回:
取样完成后，利用钢丝绳提拉活塞将整个取样器提起，完成一次取样过程。全封闭刀口联合式封口可以防止样品在提起时脱落。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器，包括采样管(7)、驱动铅盘(5)、尾舵(3)、接管头(6)，其特征在于，所述的重力式采样器还包括螺旋桨导流罩(4)；
所述的驱动铅盘(5)为层片状圆环结构，作为施重主体，可通过调节铅盘数量调节配重以满足不同的采样需求；驱动铅盘(5)下部通过接管头(6)与采样管(7)连接，连接处采取无缝处理，驱动铅盘(5)上部设有尾舵(3)；所述尾舵(3)属于传统平衡器，其顶部通过提管头(2)与钢缆卡具(1)连接，通过钢缆与船舶上动力设备相连；
所述的螺旋桨导流罩(4)位于提管头(2)下方，固接在尾舵(3)上，具体位置可根据铅盘配重调节，用于减小水流的扰动影响，保持采样器的稳定性；所述的螺旋桨导流罩包括薄壁圆筒(10)、倾斜设置的螺旋桨叶片(11)、桨毂(12)；所述螺旋桨叶片(11)与桨毂(12)采用轴承式连接，并通过桨毂(12)固定在尾舵(3)上，螺旋桨叶片(11)外围与薄壁圆筒(10)内侧面固接，防止桨叶与释放缆绳接触缠绕，在水流作用下螺旋桨叶片(11)可自由旋转，从而产生自升力保持采样器的稳定性；
所述的螺旋桨叶片(11)的片数不小于3片；
所述的螺旋桨叶片(11)的倾斜角不大于50°，薄壁圆筒(10)的直径为0.2m～0.5m，高度为10cm～25cm。
2.根据权利要求1所述的一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器，其特征在于，所述的重力式采样器还可以在采样管(7)底端固接弹簧花瓣8，弹簧花瓣8安装在采样管(7)底部的刀口9上部，用于防止采集的样品流失。
3.根据权利要求1或2所述的一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器，其特征在于，所述的螺旋桨叶片(11)采用酚醛环氧材料。
4.根据权利要求1或2所述的一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器，其特征在于，所述的螺旋桨叶片(11)的片数优选为6片。
5.根据权利要求3所述的一种附加螺旋桨导流罩的重力式采样器，其特征在于，所述的螺旋桨叶片(11)的片数优选为6片。
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