CN110208029B - 可保压转移的深渊沉积物保压取样装置 - Google Patents

可保压转移的深渊沉积物保压取样装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及深渊沉积物取样技术，旨在提供一种可保压转移的深渊沉积物保压取样装置。该装置中管状蜗轮蜗杆箱的底端连接保压筒，其末端设置球阀；蜗轮蜗杆箱中设有丝杠，丝杠中部套装同轴的蜗轮，蜗轮与横向设置的蜗杆啮合；蜗轮蜗杆箱通过金属硬管连接至蓄能器，蓄能器中设置活塞；蓄能器活塞的一侧通过金属硬管和蜗轮蜗杆箱与海水直接接触，其另一侧充注氮气；保压筒的内部设置取样活塞和取样筒；取样筒位于取样活塞与球阀之间，且与取样活塞末端固定连接，取样活塞另一端与丝杠末端固定连接。本发明中电机在各种深度运行时的密封都是无压差的动密封，容易实现；操作方便，安全可靠，可以实现无压差的样品保压转移。

Description

可保压转移的深渊沉积物保压取样装置
技术领域
本发明涉及深渊沉积物取样技术，具体涉及一种可保压转移的深渊沉积物保压取样装置。
背景技术
研究海洋生态环境、海洋地质、生物地球化学循环、全球环境和古环境等科学的先决条件是获取可靠的深海沉积物样品。通过开展深海保压取样技术的研究与设备研制，可以为相关课题的研究提供高质量的保压样品，因此近年来各国对深海沉积物取样技术的研究越来越重视。但是，如何获取保压的沉积物样品以及对该样品进行保压转移是这项技术的重点和难点所在。
目前对该项技术的研究有很多，主要有国际大洋钻探计划(ODP)采用的活塞取样器APC、保压取芯器PCS(Pressure Core Sampler)，国际深海钻探计划(DSDP)采用的保压取样筒PCB(Pressure Core Barrel)、HYACE的HRC、及日本研制的PTCS和浙江大学研制的重力活塞式取样器。但是，这些取样器大多数是机械和液压控制的，机械控制在进行取样时具有一定的不确定性，液压控制需要母船提供液压油源，同时采集的样品在进行无压差转移时操作不便，可能会导致内部压强的减小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种可保压转移的深渊沉积物保压取样装置。
为解决现有技术中存在的问题，本发明是通过如下技术方案实现：
提供一种可保压转移的深渊沉积物保压取样装置，包括取样筒；该装置还包括竖向的管状蜗轮蜗杆箱，其底端连接保压筒；在保压筒的末端设置球阀，球阀的阀杆接至球阀电机的输出端；
在蜗轮蜗杆箱中设有丝杠，丝杠中部套装同轴的蜗轮，蜗轮与横向设置的蜗杆啮合；蜗杆的另一端接至蜗轮蜗杆电机的输出轴，蜗轮蜗杆电机设于密封的电机舱中；蜗轮蜗杆箱通过金属硬管连接至蓄能器，蓄能器中设置活塞；蓄能器活塞的一侧通过金属硬管和蜗轮蜗杆箱与海水直接接触，其另一侧充注氮气；
保压筒的内部设置取样活塞和取样筒；取样筒位于取样活塞与球阀之间，且与取样活塞末端固定连接，取样活塞另一端与丝杠末端固定连接；
该装置还包括一个密封舱，密封舱内设有通过导线相连的电池组和控制电路板，控制电路板通过水密接线缆分别连接蜗轮蜗杆电机和球阀电机。
本发明中，在蓄能器活塞两侧的壁上分别设置连接口，其中一个用于充入氮气，另一个用于连接金属硬管。
本发明中，所述蜗轮内部中空且带有螺纹，蜗轮与丝杠通过螺纹连接并由螺钉固定。
本发明中，所述述丝杠的上端活动套设限位装置，限位装置装在蜗轮蜗杆箱内部的限位槽中，使丝杠只能绕轴转动。
本发明中，所述蜗轮蜗杆电机固定安装在电机舱中，电机舱通过其端部的螺纹固定安装在蜗轮蜗杆箱的侧面，两者的对接端面之间设置O型密封圈。
本发明中，所述保压筒上端与蜗轮蜗杆箱底端通过螺钉连接，其对接端面之间设置O型密封圈。
本发明中，蜗轮和蜗杆分别通过角接触球轴承固定安装在蜗轮蜗杆箱中。
本发明中，所述取样筒上下端的内壁设有螺纹，上端螺纹用于连接取样活塞，下端螺纹用于安装单向挡板机构；单向挡板机构包括花瓣式挡板和阀座，花瓣式挡板安装在阀座中。
本发明中，所述球阀和保压筒是一体式结构。
本发明中，所述蜗轮蜗杆箱、保压筒、球阀电机、密封舱、电机舱和蓄能器均固定安装在机架上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过将蜗轮蜗杆电机整体装入电机舱中，再将电机舱与蜗轮蜗杆箱通过螺纹连接，使得电机舱压力始终与蜗轮蜗杆箱内部的压力相等，这样电机在各种深度运行时的密封都是无压差的动密封，比较容易实现；
(2)球阀和保压筒设计为一个整体，减少了它们之间的密封，可有效减小密封效果不好引起的泄露；
(3)本发明在取出样品时无需将取样管筒从保压筒中单独取出。在球阀关闭的情况下，整个装置是完全密封的，内部的压力保持不变；在进行保压转移时，只需要将球阀与常规的保压转移装置进行对接，驱动蜗轮蜗杆电机的转动即可实现取样筒的上下移动，将取样筒及样品转移到保压转移装置中；因此，本发明的装置操作方便，安全可靠，可以实现无压差的样品保压转移。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是沿蜗轮蜗杆电机轴向的剖视图。
图3是沿取样筒轴向的剖视图。
图中：1蜗轮蜗杆箱，2蜗轮蜗杆电机舱，3密封舱，4保压筒，5球阀电机，6蓄能器，7金属硬管，8水密接线缆，9机架，11金属硬管接头，12丝杠，13蜗轮，14蜗杆，15角接触球轴承，16蜗轮蜗杆电机，21取样活塞，22取样筒。
具体实施方式
本发明中，控制电路板用于实现对蜗轮蜗杆电机和球阀电机的控制，因属常规技术，故本发明对其实现方式不再赘述。
下面结合附图，下面通过具体的实施方案对本发明进行详细说明。
如图1-3所示，可保压转移的深渊沉积物保压取样装置，包括竖向管状的蜗轮蜗杆箱1，其底端通过螺钉连接保压筒4，两者对接端面之间设置O型密封圈。
在保压筒4的末端设置球阀，球阀和保压筒4是一体式结构。球阀的阀杆接至球阀电机5的输出端；
在蜗轮蜗杆箱1中设有丝杠12，其上端活动套设限位装置，限位装置装在蜗轮蜗杆箱1内部的限位槽中，使丝杠12只能绕轴转动。丝杠12中部套装同轴的蜗轮13，蜗轮13内部中空且带有螺纹，蜗轮13与丝杠12通过螺纹连接并由螺钉固定。蜗轮13与横向设置的蜗杆14啮合，蜗轮13和蜗杆14分别通过角接触球轴承15固定安装在蜗轮蜗杆箱1中。蜗杆14的另一端接至蜗轮蜗杆电机16的输出轴，蜗轮蜗杆电机16固定安装在密封的电机舱中，电机舱通过其端部的螺纹固定安装在蜗轮蜗杆箱1的侧面，两者的对接端面之间设置O型密封圈。蜗轮蜗杆箱1通过金属硬管7连接至蓄能器6，蓄能器6中设置活塞；蓄能器6活塞的一侧通过金属硬管7和蜗轮蜗杆箱1与海水直接接触(蜗轮蜗杆箱1底部与取样活塞21、取样筒22和球阀是相连通的)，活塞的另一侧充注氮气；为此，在蓄能器6活塞两侧的壁上分别设置连接口，一个用于充入氮气，另一个用于连接金属硬管7，后者通过金属硬管接头11接至蜗轮蜗杆箱1。
该装置中，蜗轮蜗杆电机16和球阀电机5均使用充油电机。充油电机的处理方法：在市售电机外部设置密封壳体，然后向壳体内部充装液压油，并从排气孔排出空气后用堵头堵上，最后将充油电机装进电机舱中。
保压筒4内设置取样活塞21和取样筒22，取样活塞21与丝杠12末端固定连接，取样筒22位于取样活塞21和球阀之间；取样筒22上下端的内壁设有螺纹，上端螺纹用于连接取样活塞21，下端螺纹用于安装单向挡板机构；单向挡板机构包括花瓣式挡板和阀座，花瓣式挡板安装在阀座中。
该装置还包括一个密封舱3，密封舱3内设有通过导线相连的电池组和控制电路板，控制电路板还通过水密接线缆8分别连接蜗轮蜗杆电机2和球阀电机5。
蜗轮蜗杆箱1、密封舱3、保压筒4、球阀电机5、电机舱和蓄能器6均固定安装在机架9上。
本发明装置的使用方法：
(1)将各部件固定在机架9上，并进行连接。
(2)使用前先利用打压泵通过蓄能器6的充气口充入适量的氮气，使得蓄能器6的活塞移向最左端。
(3)将整个保压取样装置固设于深海探测着落器上，跟随着落器缓慢降落到海底。到达海底时，控制电路板检测到振动传感器或压感传感器的信号后，触发蜗轮蜗杆电机16的开关，通过密封舱3内部的电池组驱动其转动，进而带动蜗轮13和蜗杆14转动。由于蜗轮13固定安装在丝杠12上，且丝杠12的上端设有限位装置，使其只能实现上下的往复运动；丝杠12上下位移取样器的上下移动，使得取样器可以向下实现取样和回收。
(4)取样时丝杠12通过取样活塞21将取样筒22顶出至外部，进行深渊沉积物的取样。球阀电机5的开关在完成取样后触发并关闭球阀，实现整个装置内部的密封。在回收至船面上的过程中，蓄能器6内部活塞随压力变化进行移动，补偿蜗轮蜗杆箱1的内部因体积膨胀和少量的泄露而引起的压力下降。
(5)在回收取样装置后，需对采集到的样品进行保压转移。将球阀外端与常规的保压转移装置进行对接，打开球阀。因为整个装置内部是完全密封的，蜗轮蜗杆电机16整体装在电机舱中，与蜗轮蜗杆箱1通过螺纹对接。因此，蜗轮蜗杆电机16在陆地上可以实现无压差的动密封转动。通过蜗轮蜗杆电机16将取样器中的样品保压转移至保压转移装置用于研究，该过程也是无压差的。
该过程中，蜗轮蜗杆电机16驱动丝杠12动作，将取样筒22顶出至外部，用保压转移装置将取样筒中的单向挡板机构(如花瓣结构)打开，由于重力的作用和振荡的效果，沉积物会自动转移到保压转移装置中去。因为在船面常压下进行转移时存在很高的内外压差，很难实现电机旋转运动时的旋转密封，采用本发明所述保压取样装置可以有效避免旋转密封难以实现的问题。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。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 (3)

1.一种可保压转移的深渊沉积物保压取样装置，包括取样筒；其特征在于，该装置还包括竖向的管状蜗轮蜗杆箱，其底端连接保压筒；在保压筒的末端设置球阀，球阀的阀杆接至球阀电机的输出端；
在蜗轮蜗杆箱中设有丝杠，丝杠中部套装同轴的蜗轮，蜗轮与横向设置的蜗杆啮合；蜗杆的另一端接至蜗轮蜗杆电机的输出轴，蜗轮蜗杆电机设于密封的电机舱中；蜗轮蜗杆箱通过金属硬管连接至蓄能器，蓄能器中设置活塞；蓄能器活塞的一侧通过金属硬管和蜗轮蜗杆箱与海水直接接触，其另一侧充注氮气；
保压筒的内部设置取样活塞和取样筒；取样筒位于取样活塞与球阀之间，且与取样活塞末端固定连接，取样活塞另一端与丝杠末端固定连接；
该装置还包括一个密封舱，密封舱内设有通过导线相连的电池组和控制电路板，控制电路板通过水密接线缆分别连接蜗轮蜗杆电机和球阀电机；
所述取样筒上下端的内壁设有螺纹，上端螺纹用于连接取样活塞，下端螺纹用于安装单向挡板机构；单向挡板机构包括花瓣式挡板和阀座，花瓣式挡板安装在阀座中；
所述球阀和保压筒是一体式结构；
在蓄能器活塞两侧的壁上分别设置连接口，其中一个用于充入氮气，另一个用于连接金属硬管；
所述蜗轮内部中空且带有螺纹，蜗轮与丝杠通过螺纹连接并由螺钉固定；
所述丝杠的上端活动套设限位装置，限位装置装在蜗轮蜗杆箱内部的限位槽中，使丝杠只能绕轴转动；
所述蜗轮蜗杆电机固定安装在电机舱中，电机舱通过其端部的螺纹固定安装在蜗轮蜗杆箱的侧面，两者的对接端面之间设置O型密封圈；
所述保压筒上端与蜗轮蜗杆箱底端通过螺钉连接，其对接端面之间设置O型密封圈。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，蜗轮和蜗杆分别通过角接触球轴承固定安装在蜗轮蜗杆箱中。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述蜗轮蜗杆箱、保压筒、球阀电机、密封舱、电机舱和蓄能器均固定安装在机架上。
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