CN109799109B - 推动式深渊沉积物保压转移系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深渊装备技术，具体涉及一种推动式深渊沉积物保压转移系统装置。包括保压筒，保压筒为横置的圆筒结构，底部开有电线孔，引出内部直线电机的电线，侧部开通气孔，通过导气管与空压机相连；保压筒右侧加工法兰盘，用于连接取样桶入口端；取样桶出口端连接高压球阀；三通球阀与培养釜顶部端口连接，三通球阀上开设进泥口、进气口以及进液口；进泥口通过90°弯管与高压球阀相连，进气口与空压机相连，进液口与外接的培养液箱相连。本发明将大幅提升相关技术装备的国产化水平，推动我国深海装备技术发展与产业化进程，满足和支撑国家海洋高科技事业发展的需求。
Description
技术领域
本发明涉及深渊装备技术，具体涉及一种推动式深渊沉积物保压转移系统装置。
背景技术
深渊科学在国际上已有50多年的历史，然而在我国还是一个空白。目前，深渊科学的研究主要集中在美国、英国、日本等少数发达国家，美国的“海神”号和日本的“海沟”号均可以到达万米海深，先进的探测潜器为保压转移装置的研制提供了极大的动力。也为深渊生物的研究提供了技术保障。
近些年来,我国的海洋勘探也开始慢慢纳入国家战略方向。但是在技术方面与国外差距还有不小的差距。在保压转移技术方面，国内外都有相应的研究。国外主要有Geotek公司所研制的一系列保真取样、转移、检测设备，已经有了较成功的应用，国内以浙江大学为主的科研单位所研制的保压转移设备目前仍然还处在实验阶段，但是这些设备均采用保压-切割的方式进行转移，一方面结构较为复杂、体积较大，另一方面装置所能承载的压力有限，达不到100Mpa。
深渊科学问题代表了海洋科学发展的最前沿阵地之一，深渊装备的研制是海洋科学研究的基础，因此，研制一套深渊沉积物保压转移装置对于深渊科学的保真研究具有极其重要的意义，对我国海洋科学事业的发展乃至国家整体科学创新实力的提高均有着重要的推动作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种推动式深渊沉积物保压 转移系统装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的解决方案是：
提供一种推动式深渊沉积物保压转移系统装置，包括保压筒，还包括空压机、取样桶、高压球阀以及培养釜。
保压筒为横置的圆筒结构，底部开有电线孔，引出内部直线电机的电线，侧部开通气孔，通过导气管与空压机相连；保压筒内通过安装座固设有直线电机，底部沿筒体方向设有磁轨，磁轨上通过滑块安装有推杆，推杆与直线电机动子相连，从而能实现推杆沿磁轨方向的运动，直线电机的原理就是将电能直接转化成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，直线电机动子是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的，磁轨是把磁铁固定在钢上，使得整体结构简单，节省空间。推杆固定在直线电机动子上，随动子的运动而运动；保压筒右侧加工法兰盘，用于连接取样桶入口端；
取样桶出口端连接高压球阀；
三通球阀与培养釜顶部端口连接，三通球阀上开设进泥口、进气口以及进液口；进泥口通过90°弯管与高压球阀相连，进气口与空压机相连，进液口与外接的培养液箱相连。
作为一种改进，空压机上配设有冷却器。
作为一种改进，保压筒材料为钛合金，壁厚15mm。
作为一种改进，该取样桶容积≥150ml；深度≥100mm。
作为一种改进，导气管上设有压力仪表。
作为一种改进，直线电机为管式耐高压直线电机。
保压回路是指利用空压机完成气体充压，充压路径主要有两条，一条是给保压筒充压，此时位于保压筒和取样桶之间的高压球阀关闭，使保压筒内压力达到与取样桶内压力一样为止；另一条是给取样桶右侧系列装置充压，主要是从培养釜封口三通高压球阀处为进气口，给培养釜及与之相连的弯管内部充压至与取样桶内部压力一直为止。
本发明中，空压机可以直接采用市售的产品。取样桶为两端开口的筒体结构，内部装有活塞弹簧，活塞弹簧前端连接活塞，后端连接取样花瓣；取样桶两端设有内螺纹，用于连接法兰与高压球阀。
该取样桶样品容积≥150ml；沉积物保压取芯深度≥100mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明为深渊微生物的保真研究提供技术支持，基于本发明，并结合已有的国际一流的全海深科考流动实验室、高压培养技术以及高压酶学技术，最大程度地确保了样品中深渊微生物的原位状态，使深渊微生物研究在国内外深海、深渊研究中处于领先水平；此外，本套装置将大幅提升相关技术装备的国产化水平，推动我国深海装备技术发展与产业化进程，满足和支撑国家海洋高科技事业发展的需求。这对于加速我国海洋科学研究、资源开发和环境科学考察，参与国际海底竞争、维护我国国际海洋权益、建设海洋强国具有重要的现实意义和战略意义。
附图说明
图1为深渊沉积物保压转移系统总体示意图。
图2为保压筒结构示意图。
图3为培养釜结构示意图。
图4为取样桶结构示意图。
图中：1-空压机、2-压力仪表、3-磁轨、4-保压筒、5-直线电机动子、6-推杆、7- 安装座、8-端盖、9-法兰、10-安装螺母、11-取样桶、12-高压球阀、13-高压球阀开关、 14-90°弯管、15-三通球阀、16-培养釜、17-三通球阀开关、18-连接螺母、19-进液口、 20-进泥口、21-进气口。
具体实施方式
以下结合附图及实施方式，对本发明专利做进一步的详细说明。
如图1所示为一种推动式深渊沉积物保压转移系统装置，包括保压筒4，还包括空压机1、取样桶11、高压球阀12以及培养釜16。
图2所示为保压筒4结构示意图，保压筒4为横置的圆筒结构，保压筒4材料为钛合金，壁厚15mm。保压筒4外径160mm，壁厚15mm，K＝外径/内径＜1.5，应按薄壁圆筒计算耐压强度。材料选钛合金Tc4，抗拉强度σb＝895Mpa,屈服强度σs＝830Mpa,按照第三强度理论：
[σ]＝PD/4S (1)
[σ]--许用应力Mpa，P--压强Mpa，D-材料外径，S-材料壁厚
[σ]＝σb/nb＝895/2＝447.5Mpa，nb取2
[σ]＝σs/ns＝830/2＝415Mpa，ns取2
取上述二者中较小值作为材料许用应力，由公式(1)可得，
P＝[σ]4S/D＝155.625Mpa
故保压筒4可以承受最高压力为155.625Mpa，满足用于深渊沉积物的保压转移实验中的要求。底部开有电线孔，引出内部直线电机的电线，侧部开通气孔，通过导气管与空压机1相连。导气管上设有压力仪表2。空压机1上配设有冷却器。
保压筒4内通过安装座7固设有直线电机，底部通过沿筒体方向设有磁轨3，磁轨 3上通过滑块安装有推杆6，推杆6与直线电机动子5相连，从而能实现推杆6沿磁轨3 方向的运动，直线电机的原理就是将电能直接转化成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，直线电机动子5是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的，磁轨 3是把磁铁固定在钢上，使得整体结构简单，节省空间。推杆6固定在直线电机动子5 上，随动子的运动而运动。保压筒4右侧连接法兰9，法兰9端面上通过安装螺母10 进行固定。用于连接取样桶11入口端。
取样桶11出口端连接高压球阀12。
图3所示为培养釜16结构示意图，三通球阀15通过连接螺母18与培养釜16顶部端口连接，三通球阀15上开设进泥口20、进气口21以及进液口19。进泥口20通过90°弯管14与高压球阀12相连，进气口21与空压机1相连，进液口19与外接的培养液箱相连。
下面结合附图介绍本实施例的工作步骤：
(1)用真空泵抽空培养釜16中的空气，并充入氮气，循环几次，使之处于厌氧环境。
(2)打开进液口19，在常压下往培养釜16中加入适量培养液，关闭进液口19。打开进气口21，利用空压机1加压，培养釜16增压至110Mpa，关闭进气口21，接通保压筒4与空压机1，给保压筒4增压至110Mpa。
(3)打开高压球阀开关13，接通直线电机电源与控制器，此时推杆6工作，按照设定量推出定量泥至培养釜16中。
(4)培养釜16中装入定量泥以后，关闭培养釜阀门开关，关闭取样桶高压球阀阀门开关13。
(5)移走当前培养釜16，接入另一个培养釜，重复上述步骤，直至取样桶11里的样品取空。
最后需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种推动式深渊沉积物保压转移系统装置，包括保压筒，其特征在于，还包括空压机、取样桶、高压球阀以及培养釜；
所述保压筒为横置的圆筒结构，底部开有电线孔，引出内部直线电机的电线，侧部开通气孔，通过导气管与空压机相连；保压筒内通过安装座固设有直线电机，底部通过沿筒体方向设有磁轨，磁轨上通过滑块安装有推杆，推杆与直线电机动子相连，从而能实现推杆沿磁轨方向的运动；保压筒右侧加工法兰盘，用于连接取样桶入口端；
所述取样桶出口端连接高压球阀；
三通球阀与培养釜顶部端口连接，三通球阀上开设进泥口、进气口以及进液口；进泥口通过90°弯管与高压球阀相连，进气口与空压机相连，进液口与外接的培养液箱相连；工作时，进液口用于常压下往培养釜中加入培养液，进气口能通过空压机对培养釜增压，空压机将保压筒增压至与培养釜相同的压力；高压球阀开关被打开，接通直线电机驱动推杆工作，按照设定量推出定量泥至培养釜中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空压机上配设有冷却器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保压筒材料为钛合金，壁厚15mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导气管上设有压力仪表。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直线电机为管式耐高压直线电机。
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