CN110617985A - 一种用于深渊沉积物保压转移的系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于深海装备技术领域，涉及一种用于深渊沉积物保压转移的系统装置。包括固设于实验台支架上并通过管路依次连接的液压动力单元、转移桶和培养釜；培养釜包括培养釜桶体，培养釜桶体顶端设有培养釜端盖，内部设有培养釜活塞；转移桶包括转移桶桶体，转移桶桶体内设有竖向的螺旋送料杆；螺旋送料杆与转移桶桶体内壁间设有转移桶活塞，螺旋送料杆底部上设有搅拌叶片，底端与固设在转移桶底部端盖上的联轴器顶端连接；转移桶桶体下方与电机相连。本发明将节省大量的成本。同时，保压转移装置在深渊样品中的应用将对海洋领域有着推动作用，从而促进这些行业的发展，为海底微生物的保真培养提供技术手段，为我国生物工程研究提供技术保障。

Description

一种用于深渊沉积物保压转移的系统装置

技术领域

本发明属于深海装备技术领域，涉及一种用于深渊沉积物保压转移的系统装置。

背景技术

当前，深渊装备技术正在成为国际海洋科技竞争的焦点，代表着深海工程技术领域中的顶级挑战，体现了一个国家的深海工程技术水平，目前我国各类研究计划对深渊科学与技术的研究几近空白。

西方国家在海洋探索技术的研究开始的比较早,因此在海洋探索技术方面也相对其他国家更成熟。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公司所研制的一些列保真取样、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，对其进行研究是我国占领国际海洋科学研究制高点的重要机会，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，提供一种用于深渊沉积物保压转移的系统装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于深渊沉积物保压转移的系统装置，包括固设于实验台支架上并通过管路依次连接的液压动力单元、转移桶和培养釜；

培养釜包括桶状的培养釜桶体，培养釜桶体顶端设有培养釜端盖，内部设有培养釜活塞；

转移桶包括转移桶桶体，转移桶桶体底端设有转移桶底部端盖，转移桶桶体内设有竖向的螺旋送料杆；螺旋送料杆与转移桶桶体内壁间设有转移桶活塞，螺旋送料杆底部上设有搅拌叶片，底端与固设在转移桶底部端盖上的联轴器顶端连接；转移桶桶体下方与电机仓桶体相连，电机仓桶体内设有电机，电机活塞杆与联轴器底端连接，电机仓桶体底部设有电机仓底部端盖。

作为一种改进，电机是可承受高压的充油电机。

作为一种改进，转移桶桶体顶端与抱箍相连，用于连接沉积物保真取样器；沉积物保真取样器容积≥150ml，高度≥100mm。

作为一种改进，管路上还设有安全阀。

本发明的原理为：本发明涉及的沉积物保压转移装置是用来将海底沉积物取样器里样品转移到实验室用培养釜中。装置的运行流程包括三部分，首先是高压容器打压过程，这个过程要考虑排出空气、打压时间、打压升高的温度、进口安装及连接问题；其次是将沉积物从取样桶转移到转移桶的过程，这个过程要考虑将取样桶里的花瓣结构打开，且样品可以顺利推送至搅拌腔，同时，搅拌器能够在高压环境下正常工作；最后是将沉积物混合物转移至培养釜中，培养釜一腔受到压力推动活塞前进，则另一端压力增大，溢流阀发挥作用，将另一端压力维持在100Mpa，完成样品的转移且压力恒定不变。

本发明主要由增压系统与转移系统组成。先将从海底取上来的装置与转移装置进行对接，并将其固定于特定的支架上。在进行保压转移之前，先通过注水排出装置中的空气，循环数次，使其内部空气完全排出。排气过程结束后，进行实验装置的增压过程，此时，通过气动增压泵将两个容器的四个腔，都增压至100Mpa，增压过程不分先后顺序。待压力稳定后，打开取样桶球阀，进行样品的转移过程。转移时，一方面取样桶内部活塞向下驱动使沉积物下移，另一方面转移桶内的电机开启，螺旋结构转动，将沉积物输送至转移桶内，同时，电机轴上安装的搅拌叶片工作，将沉积物与容腔内的液体混合均匀。最后是样品的转移过程，给容器的上端继续注水增压，利用压差将活塞向下移动，从而使得下腔内的样品转移至培养釜样品腔中，该腔压力增大推动培养釜内活塞前移，多余的液体通过溢流阀排出，从而维持装置内部压力为100Mpa。转移完成后，关闭培养釜各个通道，将培养釜取下送至实验室进行研究。

液压动力单元用来给系统提供所需的压力，沉积物取样器与保压转移装置对接后，利用金属薄片将取样器开关打开，电机驱动螺旋送料机构将沉积物送至转移桶中，经过搅拌，将沉积物与纯净水混合均匀，利用压差推动活塞下移将样品转移至培养釜中。本发明装置主要包括液压动力单元，转移模块，高压充油电机模块，培养釜装置以及用来连接这些模块的管路及阀门。

液压动力单元是采用美国气动增压技术，参照相关标准，研制的一种液压试验设备。动力单元使用压缩空气为驱动气源，以气动泵为压力源，输出水压与驱动气压成正比。通过驱动气调压阀对驱动气压进行调整，就可以实现对输出水压进行无级调节。当输出水压与驱动气压平衡时，气动泵便停止动作，输出水压稳定在预期值上，此时能耗为零。此外，通过调节驱动气球阀开度的大小可以控制驱动气源的进气量，进而调节泵的动作频率，最终实现控制动力单元输出流量的目的。

整个动力单元具有输出压力和流量可调，安全可靠，操作简单，体积小，重量轻等优点。并且可以自动保压，无论何种原因造成保压回路压力下降，增压泵都将自动启动，补充压力损失，保持回路压力恒定。采用国外先进技术和进口元器件，性能优异稳定，噪音小。管路系统用不锈钢管，有效防止锈蚀污染，降低运维成本。结构紧凑，操作安全简单。

沉积物取样器是浙江大学研制的用于万米海底沉积物的活塞式取样器，该取样器可以实现样品的保温保压，且可以与本套装置完美对接。其中，活塞杆可以推动样品下移，与螺旋送料结构结合一起完成样品的转移。

转移模块主要是由转移桶及其内部结构组成，是样品一次转移后的终点，也是二次转移的起点，转移桶由两个腔体组成，一个是控压腔，另一个是搅拌腔，主要负责将沉积物样品与纯净水混合搅拌均匀，两个腔体中间用可以往复运动的活塞隔开，同时，转移桶内部还包括螺旋送料结构，搅拌桨叶以及联轴器端部。

高压充油电机模块作为搅拌器和螺旋送料结构的驱动模块，是本发明的一个重大突破，电机选用进口的maxon电机，逐步增压确定其耐压性能，增压介质选用矿物油，并对电机进行保压仓的设计，通过连接凸台将电机与转移桶端盖连接在一起，并保持同心，联轴器穿过转移桶端盖，将轴端伸进转移桶带动搅拌叶片和螺旋送料机构进行搅拌。

培养釜装置主要用来分装转移桶中的样品，可以实现保压培养的功能。培养釜由两个独立的腔体组成，中间用活塞隔开，活塞受到压差可以往复运动，培养釜主要由容器端盖、容器筒体和活塞组成，转移过程中利用压差推动活塞移动，从而使得样品进入而多余的水被排出。

本发明中，液压动力单元和管路阀门类等一些常规配件可以直接采用市售的产品。培养釜和储水器主要采用17-4ph材料加工，这样可以减小容器壁厚，增强容器耐腐蚀性和密封性。为于不造成微生物培养过程中的污染，培养液箱处于密封环境，用来装微生物培养液。

本发明的有益效果是：

本发明根据目前国家大力发展海洋战略提出，具有明确的项目共性关键技术和产品导向性。据相关产品市场价格分析，该项目研制成功并在合作企业投入生产后，按目前中国购置一套英国的保压转移装置2000万元计算，将节省大量的成本。

同时，保压转移装置在深渊样品中的应用将对海洋领域有着推动作用，从而促进这些行业的发展，为海底微生物的保真培养提供技术手段，为我国生物工程研究提供技术保障。

附图说明

图1为本发明装置中转移桶结构剖视图。

图2为本发明装置中培养釜结构剖视图。

图3为本发明装置的总体示意图。

图中：1-电机仓底部端盖；2-电机仓桶体；3-电机；4-转移桶底部端盖；5-联轴器；6-转移桶桶体；7-转移桶活塞；8-转移桶顶部端盖；9-抱箍；10-螺旋送料杆；11-搅拌叶片；12-电机固定套；13-水密接插件；14-培养釜桶体；15-培养釜端盖；16-培养釜活塞；17-活塞端盖；18-液压动力单元；19-实验台支架；20-培养釜；21-管路；22-安全阀；23-转移桶。

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。

一种用于深渊沉积物保压转移的系统装置，包括固设于实验台支架19上并通过管路21依次连接的液压动力单元18、转移桶和培养釜；

图1所示为转移桶23结构示意图，转移桶23包括转移桶桶体6，转移桶桶体6底端设有转移桶底部端盖4，转移桶桶体6内设有竖向的螺旋送料杆10。螺旋送料杆10与转移桶桶体6内壁间设有转移桶活塞7，螺旋送料杆10底部上设有搅拌叶片11，底端与固设在转移桶底部端盖4上的联轴器5顶端连接。转移桶桶体6下方与电机仓桶体相连，电机仓桶体2内设有电机3，电机3活塞杆与所述联轴器5底端连接，电机仓桶体2底部设有电机仓底部端盖1。

活塞7将转移桶23分为两个腔体，上腔体作为调节活塞的压力腔，主要通过控制充入压力的大小来控制活塞7的上下运动，从而控制下腔体容积的改变，以达到样品的转移过程。而转移桶23下腔的沉积物与纯净水主要是通过电机3驱动搅拌叶片11转动，将两者混合均匀。活塞7是自主设计的，活塞7是内外皆装可承受高压的开式密封结构且带有导向和防尘环的环状结构。

在转移桶23的整个结构中，开有很多进液口和排气口以及传感器的接入口，这些接口主要是为了配合转移过程的顺利进行。

图2所示为培养釜20的结构示意图，培养釜20包括桶状的培养釜桶体14，培养釜桶体14顶端设有培养釜端盖15，内部设有培养釜活塞16。培养釜20是样品转移的最终点，因此培养釜的结构设计要考虑样品的顺利进入以及顺利取出，后期培养的操作以及培养结果的取出也要考虑，而培养釜中的活塞16主要是由下腔控制其移动，在转移过程中，培养釜20中的活塞只能向上移动，因为来自转移桶23的压力会直接进入培养釜20的下腔，从而将上腔中的液体排出去，这样，样品就全部进入了培养釜20的下腔。

图3所示，本发明装置共用到三种类型的管路21，一是用于输送纯净水的四分之一管道，二是输送泥水混合物的十六分之九管道，其次是用来输送油的四分之一管道。主管道布置在管路板上，共分为四个通道，分为通往容器的四个腔，副管路直接连接容器与容器，不方便安装在主管路板上，因此单独布置。管路21上还设有安全阀22。

本套设备中会用到针阀、高压球阀、溢流阀，主要用来控制管路21开关及稳压。针阀作为一种常用的控制开关，在本套系统中发挥着管路21开闭的重要作用，在容器各开口处都要安装一个对应尺寸的针阀，并根据合理的布置选择直通、直角、三通或者四通的针阀。当增压到所需的压力后，关闭针阀，停止继续注水。溢流阀的主要作用是在转移过程中维持系统压力不变，因此溢流阀要安装在培养釜20排水腔，这样在转移过程中由于活塞的前移造成排水腔的压力增大就通过溢流阀泄露出去，从而使得压力维持不变。沉积物样品从取样器中转移到保压转移设备时，需要一个能够承受100Mpa的高压且内径为40mm的高压球阀用来当做保压转移设备与取样设备的开关，同时密度较大的沉积物颗粒需要从此处经过降落至搅拌容器中，因此需用内径较大的球阀以保证样品能够正常通过不会发生堵塞，球阀的一端与取样桶打开机构以抱箍9形式进行连接，另一端以抱箍9形式与高压搅拌容器进行连接。

图3为沉积物保压转移系统总体示意图，主要由液压动力单元18、实验台支架19、培养釜20、管路21、阀类以及转移桶23组成。主管路及阀门类布放在板上，这样复杂的管路图就清清晰可见且操作起来相对比较明了。转移桶23与培养釜20布放在实验台上，保持连接口在同一水平位置。液压动力单元18与电机仓以及控制柜则布放在实验台架的下层。

下面结合附图介绍本实施例的工作步骤：

(1)将取样装置与保压转移设备通过抱箍9连接在一起；

(2)将管路21连接在容器上对应的接口，打开注水泵，打开排气口，直到液体从排气口中流出，则完成装置的排气过程。

(3)关闭排气口，打开液压动力单元18，继续往容器中注水，将装置增压与取样桶相同的压力后，保留转移桶23上腔的增压口打开，其他口全部关闭。

(4)打开取样桶与转移装置之间的球阀，打开电机3开关，将取样桶的样品转移至转移桶23下腔，并同时进行搅拌。

(5)继续给转移桶23上腔增压，打开转移桶23与培养釜20之间的阀门，打开培养釜20上腔的排气口。

(6)此时由于压差的存在，活塞下移，转移桶23的样品进入培养釜20下腔，培养釜20中活塞下移，培养釜20上腔的液体则被排出，直至样品全部充满培养釜20下腔。

(7)转移完成后，关闭所有阀门，接入另一只培养釜20，重复上述过程，直至转移桶23中的样品全部被转移至培养釜20中。

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 (4)

1.一种用于深渊沉积物保压转移的系统装置，其特征在于，包括固设于实验台支架上并通过管路依次连接的液压动力单元、转移桶和培养釜；

所述培养釜包括桶状的培养釜桶体，培养釜桶体顶端设有培养釜端盖，内部设有培养釜活塞；

所述转移桶包括转移桶桶体，转移桶桶体底端设有转移桶底部端盖，转移桶桶体内设有竖向的螺旋送料杆；螺旋送料杆与转移桶桶体内壁间设有转移桶活塞，螺旋送料杆底部上设有搅拌叶片，底端与固设在转移桶底部端盖上的联轴器顶端连接；转移桶桶体下方与电机仓桶体相连，电机仓桶体内设有电机，电机活塞杆与所述联轴器底端连接，电机仓桶体底部设有电机仓底部端盖。

2.根据权利要求1所述的深渊沉积物保压转移装置，其特征在于，所述电机是充油电机。

3.根据权利要求1所述的深渊沉积物保压转移装置，其特征在于，所述转移桶桶体顶端与抱箍相连，用于连接沉积物保真取样器。

4.根据权利要求1所述的深渊沉积物保压转移装置，其特征在于，所述管路上还设有安全阀。