CN112113792A - 一种多点位海底表层沉积物取样器 - Google Patents

一种多点位海底表层沉积物取样器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多点位海底表层沉积物取样器,其特征是:包括取样管总成、保压装置总成、挤样转移装置和固定架;所述的保压装置总成固定安装在固定架上;所述的保压装置总成包括保压筒和压力补偿装置,压力补偿装置和保压筒底部连通,所述的取样管总成的取样管能插在保压筒内,取样管尾部与保压筒顶部开口处密封连接;保压筒连接挤样转移装置。本发明作业一次可以实现海底不同点位的沉积物多次保压取样,作业方便、结构简单、紧凑、易于加工制造、可靠性高,本发明显著的提升了海底作业的经济性;有效的提升了海底沉积物取样的作业效率和取样的丰富性,同时降低的取样失败的成本。

Description

一种多点位海底表层沉积物取样器
技术领域
本发明涉及一种海底表层沉积物取样装置,尤其是涉及一种多点位海底表层沉积物取样器。
背景技术
海底表层沉积物是液-固两相交界的区域,在液-固界面上时刻发生着物理、化学和生物变化的过程,其中蕴藏了极其丰富的矿产资源,包括石油、可燃冰、多金属结核、富钻结壳、热液硫化物、海洋生物、天然气水合物以及黏土矿物等,这些资源对认识海洋的形成和演变具有重要意义。目前大部分海底表层沉积物取样装置都是搭载在潜水器上作业,每次只能够完成单次取样,获取的沉积物样品很单一,而且对取样装置的可靠性要求很高,如需获取多点位的沉积物样品,则需潜水器下潜多次,这样成本高且时间周期长。为了提升经济性和取样的丰富性,一次下潜能取多点位的沉积物对研究海底沉积物的分布也尤为重要。因此,研究可靠高效的海底表层沉积物多点位取样器可弥补现有取样的单一性,提升了对海底表层范围性的沉积物分布研究,同时也可提高了单次下海的取样率。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种操作方便、结构简单、紧凑、易于加工制造、可靠性高的多点位海底表层沉积物取样器。
本发明采用的技术方案:一种多点位海底表层沉积物取样器,包括取样管总成、保压装置总成、挤样转移装置和固定架;所述的保压装置总成固定安装在固定架上;所述的保压装置总成包括保压筒和压力补偿装置,压力补偿装置和保压筒底部连通,所述的取样管总成的取样管能插在保压筒内,取样管尾部与保压筒顶部开口处密封连接;保压筒连接挤样转移装置。
上述的多点位海底表层沉积物取样器中,所述的保压装置总成包括保压筒和压力补偿装置,所述的保压筒的内孔设为台阶孔,台阶面上设有多个与保压筒轴线平行的盲孔,盲孔内设有弹簧,弹簧上端安装有密封活动件,密封活动件侧壁设有密封圈,与保压筒密封配合;保压筒上端设有多个止推杆孔,多个止推杆孔位于同一水平面内,止推杆孔沿着保压筒径向设置,止推杆孔内安装有止推结构止推结构包括止推杆、弹簧、拉杆和外罩;所述的外罩固定安装在保压筒侧壁上,外罩上设有拉杆孔,拉杆穿过拉杆孔与止推杆连接,拉杆上套装有弹簧,弹簧的两端分别与外罩和止推杆连接;所述的止推杆上设有键槽,键槽内固定安装有键;键置于止推杆孔侧壁上的导向键槽内;保压筒底部通过高压连接管和压力补偿器连通。
上述的多点位海底表层沉积物取样器中,取样管总成包括手柄、连接杆、气密件和取样管;所述的手柄通过连接杆固定在气密件上端,所述的取样管螺接在气密件底部,取样管上部侧壁上开有多个排水孔;所述的气密件上部为圆柱形,下部为圆锥形,下部侧面上设有密封圈;止推杆孔和密封活动件实现与气密件的密封连接。
上述的多点位海底表层沉积物取样器中,所述的挤样转移装置包括针阀、阀连接管、挤样活塞和卸样阀,气密件上设有通孔,通孔上端经过阀连接管与针阀连通,下端与取样管连通;取样管内设有挤样活塞,挤样活塞侧壁上设有密封槽,密封槽内设有密封圈,保压筒下端开孔并通过阀连接管与卸样阀连通。
上述的多点位海底表层沉积物取样器中,所述的保压筒总成在固定架上的排列方式为五边形排列。
上述的多点位海底表层沉积物取样器中,所述的固定架上设有取样管夹紧装置和刮泥环;所述的刮泥环上设有U形槽,刮泥环与取样管间隙配合;所述的取样管夹紧装置包括两个弹性机构,弹性机构包括弹力座、弹簧及夹紧轴,弹力座上设有导向孔,夹紧轴插装在导向孔内,弹簧的两端连接弹力座和夹紧轴;两个弹性机构分别安装在刮泥环U形槽的两侧,两个弹性机构的夹紧轴相对设置且同轴;取样管未取样时置于刮泥环中,通过取样管夹紧装置夹紧。
与现有技术相比,本发明的技术效果是:
(1)本发明操作方便、结构简单、紧凑、易于加工制造、可靠性高,特别适合于如载人潜水器、无人潜水器、ROV等水下作业装备进行海底表层沉积物的取样。
(2)本发明能实现取样器一次下海多次多点位取样并保压,显著的提升了海底作业的经济性;有效的提升了海底沉积物取样的作业效率和取样的丰富性,同时降低的取样失败的成本。
(3)本发明空间布局合理,有效兼容,相对降低了容器质量和体积。
附图说明
图1是本发明的等角轴测视图。
图2是本发明的单个取样器装配示意图。
图3是本发明的保压装置中保压筒的正视图。
图4是本发明的保压装置中保压筒总成的半剖视图。
图5是本发明的保压装置总中止推结构的剖视图。
图6是本发明的压力补偿器的半剖视图。
图7是本发明的取样管总成的结构示意图。
图8是本发明的固定架的俯视图。
图9是本发明取样完成后的装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-2所示,本发明包括取样管总成1、保压筒总成2、压力补偿器3、转移阀4,针阀5、固定架6、刮泥环7及取样管夹紧装置8。所述的取样管总成1、保压筒总成2固定在固定架6内,取样管总成1呈正五边形排列。保压筒总成2底部开孔并通过高压连接管302和压力补偿器3连通,压力补偿器3顶部开孔并通过阀连接管301与针阀5连通,高压连接管302和阀连接管301两头都采用压紧螺母303与相对应的部件连接,保压筒总成2底部开孔并通过转移阀连接管401与转移阀4连通,转移阀连接管401两头经压紧螺母402连接保压筒总成2与转移阀4。
所述的刮泥环7上设有U形槽,刮泥环7与取样管总成1的取样管间隙配合。所述的取样管夹紧装置8包括两个弹性机构,弹性机构包括弹力座、弹簧及夹紧轴,弹力座上设有导向孔,夹紧轴插装在导向孔内,弹簧的两端连接弹力座和夹紧轴;两个弹性机构分别安装在刮泥环U形槽的两侧,两个弹性机构的夹紧轴相对设置且同轴。所述的取样管总成1未取样时,安置在保压筒总成2外侧的刮泥环7的U形槽中,取样管总成1的取样管与U形槽间隙配合;通过取样管夹紧装置8夹紧,通过操控机械手能将取样管总成1从取样管夹紧装置8取出时能实现刮泥功效。
如图3-4所示,所述的保压筒总成2包括止推结构9、保压筒201、密闭活动件202和弹簧204;保压筒201内孔设为台阶孔,台阶面上设有四个与保压筒201轴线平行的盲孔,盲孔内设有弹簧204,密封活动件202安置在弹簧204上。密封活动件202侧壁设有密封圈203,与保压筒201密封配合,密封活动件202内孔顶部为锥形孔。保压筒201上端设有多个止推杆孔,多个止推杆孔位于密封活动件202上方的同一水平面内,止推杆孔沿着保压筒201的径向设置。止推结构9经内六角螺钉205固定在止推杆孔内,有一定的收缩性,止推结构9和密封活动件202可与取样管总成1形成密封连接,进行保压,保压筒201底部开有两孔,分别用于连通压力补偿器3和转移阀4。
如图5所示,本发明所述的止推结构9包括止推杆901、弹簧902、拉杆903、键904和外罩905;所述的外罩905固定安装在保压筒201侧壁上,外罩905上设有拉杆孔,拉杆903穿过拉杆孔与止推杆901连接,拉杆903上套装有弹簧902,弹簧902的两端分别与外罩905和止推杆901连接;所述的止推杆901上设有键槽,键槽内固定安装有键904;键904置于止推杆孔侧壁上的导向键槽内。
如图6所示,本发明所述的压力补偿器3包括压力补偿罐304、活塞305和补偿端盖306;压力补偿罐304一端开口,另一端开有与针阀5连通的连接孔307,连接孔307通过阀连接管301与针阀5连通。所述的补偿端盖306螺接在压力补偿罐304的开口处,补偿端盖306上设有与保压筒201连通的连接孔308,连接孔308通过高压连接管302与保压筒201连接;所述的活塞305安置于压力补偿罐304内,活塞305将压力补偿器3分为A腔和B腔,A腔通过阀连接管301与针阀5连通,B腔通过高压连接管302与保压筒201连通。
如图7所示,本发明所述的取样管总成1包括手柄101、连接杆102、气密件103、取样管104和针阀5;所述的手柄101通过连接杆102固定在气密件103上端,用于机械手的夹持。气密件103之中开有细孔经阀连接管105与针阀5连通,下部连通取样管104,所述的取样管104螺接在气密件103底部,取样管104侧壁径向上开有多个排水孔107,排水孔107用于取样过程中排出取样管104内部的海水。
本发明的使用方法,包括如下步骤:
(1)将多个取样管总成1、保压筒总成2安装在固定架6上,保证阀连接管301、高压连接管302、转移阀连接管401之间不相互交错,阀开关可自由转动,不受干扰,再将以上设备经内六角螺钉固定在固定底板10上。
(2)在多点位海底表层沉积物取样器下水之前,通过针阀501向多个压力补偿器3的A腔内预充一定的惰性气体,使得压力补偿3器内的活塞向B腔移动,最终到达B腔底部位置,并关闭针阀501。
(3)在多点位海底表层沉积物取样器下放至海底的过程中,在海水的压力下,压力补偿器3中A腔内的惰性气体被压缩,活塞将向B腔移动,直达装置中的压力达到平衡。
(4)在到达取样地点后,利用水下机器人的机械手抓取取样管总成1的手柄101,将取样管总成1移动到垂直于海底表层沉积物表面的位置。
(5)操控机械手下压的速度为5-10mm/s,将取样管104缓慢压入海底表层沉积物中,直到取样管104全部压入海底沉积物表层为止,取样管104内的海水通过取样管104顶部径向开设的多个排水孔107向外排出。
(6)取样完成后,操控机械手将取样管总成1缓慢从海底表层沉积物中拔出。
(7)操控机械手,将取样管总成1的取样管104对准保压筒总成2缓慢插入保压筒201中,当取样管总成1的气密件103的下部的锥形面接触到密封活动件202的锥形孔侧壁后,在机械手的压力下,压迫密封活动件202向下移动,使得气密件103和密封活动件202锥面之间将通过密封圈106形成密封,当气密件103继续向下移动滑过止推杆901后,止推杆901在弹簧902的作用下弹出并卡住气密件103的上端面,此时机械手停止下插动作。
(8)重复动作(4)-(7),直至所有单体取样器取样完成。
(9)在将多点位海底表层沉积物取样器从海底回收至海面的过程中,由于海水的压力逐渐减小,保压筒201将受到一定的膨胀变形,此时压力补偿器3中A腔的惰性气体将推动活塞305向B腔移动,迫使B腔内的海水经高压连接管302向保压筒201中流动,从而补偿由于保压筒201膨胀变形而导致保压筒201内部压力的损失。

Claims (6)

1.一种多点位海底表层沉积物取样器,其特征是:包括取样管总成、保压装置总成、挤样转移装置和固定架;所述的保压装置总成固定安装在固定架上;所述的保压装置总成包括保压筒和压力补偿装置,压力补偿装置和保压筒底部连通,所述的取样管总成的取样管能插在保压筒内,取样管尾部与保压筒顶部开口处密封连接;保压筒连接挤样转移装置。
2.根据权利要求1所述的多点位海底表层沉积物取样器,其特征在于:所述的保压装置总成包括保压筒和压力补偿装置,所述的保压筒的内孔设为台阶孔,台阶面上设有多个与保压筒轴线平行的盲孔,盲孔内设有弹簧,弹簧上端安装有密封活动件,密封活动件侧壁设有密封圈,与保压筒密封配合;保压筒上端设有多个止推杆孔,多个止推杆孔位于同一水平面内,止推杆孔沿着保压筒径向设置,止推杆孔内安装有止推结构止推结构包括止推杆、弹簧、拉杆和外罩;所述的外罩固定安装在保压筒侧壁上,外罩上设有拉杆孔,拉杆穿过拉杆孔与止推杆连接,拉杆上套装有弹簧,弹簧的两端分别与外罩和止推杆连接;所述的止推杆上设有键槽,键槽内固定安装有键;键置于止推杆孔侧壁上的导向键槽内;保压筒底部通过高压连接管和压力补偿器连通。
3.根据权利要求2所述的多点位海底表层沉积物取样器,其特征在于:取样管总成包括手柄、连接杆、气密件和取样管;所述的手柄通过连接杆固定在气密件上端,所述的取样管螺接在气密件底部,取样管上部侧壁上开有多个排水孔;所述的气密件上部为圆柱形,下部为圆锥形,下部侧面上设有密封圈;止推杆孔和密封活动件实现与气密件的密封连接。
4.根据权利要求3所述的多点位海底表层沉积物取样器,其特征在于:所述的挤样转移装置包括针阀、阀连接管、挤样活塞和卸样阀,气密件上设有通孔,通孔上端经过阀连接管与针阀连通,下端与取样管连通;取样管内设有挤样活塞,挤样活塞侧壁上设有密封槽,密封槽内设有密封圈,保压筒下端开孔并通过阀连接管与卸样阀连通。
5.根据权利要求1所述的多点位海底表层沉积物取样器,其特征在于:所述的保压筒总成在固定架上的排列方式为五边形排列。
6.根据权利要求1所述的多点位海底表层沉积物取样器,其特征在于:所述的固定架上设有取样管夹紧装置和刮泥环;所述的刮泥环上设有U形槽,刮泥环与取样管间隙配合;所述的取样管夹紧装置包括两个弹性机构,弹性机构包括弹力座、弹簧及夹紧轴,弹力座上设有导向孔,夹紧轴插装在导向孔内,弹簧的两端连接弹力座和夹紧轴;两个弹性机构分别安装在刮泥环U形槽的两侧,两个弹性机构的夹紧轴相对设置且同轴;取样管未取样时置于刮泥环中,通过取样管夹紧装置夹紧。
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Inventor after: Liu Guangping

Inventor after: Tang Wenbo

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