CN113029700A - 一种基于水下rov含上覆水的沉积物保真取样装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深海取样装置领域，更具体涉及一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置。包括筒状的取样筒，取样筒内部设有活塞从而将取样筒分成上下两个部分；取样筒顶端设有端部密封盖，取样筒上部分和端部密封盖形成了一个封闭的腔体，端部密封盖中心开孔，液压油缸固设于端部密封盖上，液压油缸伸缩杆穿过孔至取样筒内部并与设于取样筒内部的活塞相连；取样筒上部分的侧壁上开设通孔，分别用于安装快拆密封接头、上覆水转移阀门和液压管，取样筒底端设有刀筒，取样筒底端与球阀相连，球阀上设有球阀液压开关；蓄能器与取样筒相连。本发明能够同时取沉积物和上覆水，提高了采样效率同时减小了搭配的ROV的工作量。

Description

一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置
技术领域
本发明涉及的是一种深海沉积物(含上覆水)的保压取样装置，更具体涉及一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置。
背景技术
海水-沉积物界面的甲烷渗漏是天然气水合物勘探的重要依据和海洋环境变化的国际研究热点，但相关的保真取样、测试技术和地质环境系统演化研究相对薄弱。开发海底保真采样系统及测试技术，从多学科角度研究甲烷渗漏及其对海洋环境的影响及机理，是国家能源和环境重大战略的迫切需求。国际上关于该界面的甲烷渗漏研究主要基于定点长期监测，但针对区域性甲烷渗漏的探测相对缺乏，究其原因是该界面的移动探测和高保真采样技术相对匮乏，相关的转移和测试技术也较薄弱。常规取样常导致样品气相组份散失、微生物死亡、氧化态改变和有机组份分解，极大的限制了甲烷渗漏区通量计算和地质环境系统演化的深入研究。因此，开发避免压力波效应冲散表层絮凝状沉积物，实现稳定缓慢地取样、现场保真保存、样品原位封装，同时避免取样器内上覆水和沉积物混合扰动的低污染、低扰动的原位保真采样技术将为精确的了解区域甲烷渗漏通量及其对海洋环境的影响机理提供必要的技术手段。
发明内容
本发明专利提供了一种借助ROV的海底表层沉积物(含上覆水)低扰动原位封装、保压、气密、防止取样器内上覆水和沉积物混合的保真取样装置及取样方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供了一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，包括液压装置、取样器和蓄能器；
取样器包括筒状的取样筒，取样筒内部设有活塞从而将取样筒分成上下两个部分；取样筒顶端设有端部密封盖，取样筒上部分和端部密封盖形成了一个封闭的腔体，端部密封盖中心开孔，液压油缸固设于端部密封盖上，液压油缸伸缩杆穿过孔至取样筒内部并与设于取样筒内部的活塞相连；取样筒上部分的侧壁上开设三个通孔，分别用于安装快拆密封接头、上覆水转移阀门和液压管，快拆密封接头通过上覆水取样阀门连接上覆水取样管；取样筒底端设有刀筒，取样筒底端与球阀相连，球阀上设有球阀液压开关；
蓄能器通过液压管与取样筒相连。
作为一种改进，取样器端部密封盖上设有压力传感器。
作为一种改进，蓄能器外部的蓄能器壳体，蓄能器壳体内通过活塞分为氮气腔室和液体腔室。
作为一种改进，球阀液压开关包括内部密封腔室，内部密封腔室上设有两个液压接口，内部封闭腔室内在两个液压接口间设有活动挡板，活动挡板与球阀阀体刚性连接。
作为一种改进，取样筒为双层筒体结构，包括通过螺栓相连的取样器内筒和取样器外筒。
作为一种改进，蓄能器和取样器之间通过抱箍固定连接。
作为一种改进，上覆水取样阀门为单向阀。
作为一种改进，蓄能器的端部使用密封盖通过螺钉实现密封，蓄能器和液压管之间通过阀门连接，液压管和取样器之间也采用阀门连接。
本发明中，单向阀门、上覆水转移阀门、液压导管、液压油缸、压力传感器、O形密封圈可以从市面销售产品里采购。蓄能器、取样器内外筒、刀筒、取水管、上部端盖、球阀、球阀液压阀门等则按照实际需要进行加工即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)取样器能够同时取沉积物和上覆水，将本来由两个采样装置完成的工作集成到一个装置上，提高了采样效率同时减小了搭配的ROV的工作量。
(2)取样器取到的上覆水里不含有提前注入的去离子水或者非采样位置的海水。
(3)能够将沉积物和上覆水之间完全隔开，实现了取样器回收过程中两者之间的零干扰掺混。
(4)下部球阀通过液压的方式关闭，减轻了机械臂的负担，能够为后续的保压转移工作提供快速的对接和转移，并在转移之后对取样器进行再次密封。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图(虚线为内部结构)；
图2是取样器取上覆水之前的结构示意图；
图3是取样器取上覆水之后的结构示意图；
图4是实现球阀转动的液压开关结构示意图；
图5是蓄能器的剖视图。
图中：1-液压油缸；2-压力传感器；3-端部密封盖；4-上覆水取样阀门；5-活塞；6-上覆水转移阀门；7-取样器外筒；8-上覆水取样管；9-球阀液压开关；10-刀筒；11-球阀；12-取样器内筒；13-液压管；14-抱箍；15-蓄能器；16-快拆密封接头；17-液压接口A；18-液压接口B；19-内部密封腔室；20-活动挡板；21-转动轴。
具体实施方式
结合附图，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，包括液压装置、取样器和蓄能器15。
取样器包括筒状的取样筒，取样筒为双层筒体结构，包括通过螺栓相连的取样器内筒12和取样器外筒7。取样筒内部设有活塞从而将取样筒分成上下两个部分。取样筒顶端设有端部密封盖3，取样筒上部分和端部密封盖3形成了一个封闭的腔体，端部密封盖3中心开孔，液压油缸1固设于端部密封盖3上，液压装置为液压油缸1，固设于端部密封盖3上伸缩杆穿过所述孔至取样筒内部并与设于取样筒内部的活塞5相连。取样筒上部分的侧壁上开设三个通孔，分别用于安装快拆密封接头16、上覆水转移阀门6和液压管，快拆密封接头16通过上覆水取样阀门4连接上覆水取样管8，上覆水取样阀门4为单向阀。取样筒底端设有刀筒10，刀筒10是取样器与沉积物接触的第一个部分，其下部的壁厚较薄，能够大大减小入土时的阻力同时减小对沉积物的扰动。取样筒底端与球阀11相连，球阀11上设有球阀液压开关9。
蓄能器15通过液压管13与取样筒相连并通过抱箍14将二者固定，如图5所示，蓄能器15包括蓄能器壳体，蓄能器壳体内通过活塞分为氮气腔室和液体腔室。
球阀液压开关9包括内部密封腔室19，内部密封腔室19上设有两个液压接口17、18，内部封闭腔室19内在两个液压接口17、18间设有活动挡板20，活动挡板20与球阀11阀体刚性连接。挡板20能在两边液压的作用下转动，从而带动球阀11的转动。
蓄能器15的端部使用密封盖通过螺钉实现密封，蓄能器15和液压管13之间通过阀门连接，液压管13和取样器之间也采用阀门连接。
下面结合附图2、3介绍本发明的具体工作步骤：
(1)在取样器下水之前，通过蓄能器15上部的阀门往蓄能器内部充入一定压力的氮气，并关闭上覆水转移阀门6，将上覆水取样管8通过快拆密封接头16连接到上覆水取样阀门4。使用液压管13将蓄能器15和采样内筒12和外筒7连接，并将取样器安装到ROV上。再接着将ROV上的液压供给系统连接到液压油缸1，并拉动活塞5到其顶部位置，见图2中活塞的位置。同时将ROV上的液压供给系统通过液压管连接到球阀液压开关9，驱动开关将球阀11打开。液压球阀开关9的开关动作见图4。
(2)取样器的准备工作完成之后，取样器随着ROV一同下放到海底指定取样位置。由于球阀11处在开启位置，取样器内部与海水相连，在取样器下放到海底的过程中蓄能器15内部活塞在海水压力作用下向氮气腔室移动从而使蓄能器15的压力达到海底的压力。到达取样位置之后，通过ROV调整取样器的姿态，使取样管8紧贴沉积物表层。接着控制ROV液压供给系统给取样器液压油缸1供油，液压油缸1推动活塞5的向下运动。由于活塞向下运动将导致活塞5与上端密封盖3之间形成的空腔内部的压力小于取样器外部压力，在该压力的作用下上覆水通过取样管8并通过上覆水取样单向阀4进入取样器内部。待活塞5到达上覆水容腔底部位置时，见图3中活塞的位置，上覆水的采集完成。由于上覆水取样单向阀4的单向导通作用，故上覆水在取样器上部容腔内保存。
(3)上覆水的取样工作完成之后，使用ROV的机械臂并通过快拆密封接头16将上覆水取样管8拆卸，防止在入土采集沉积物时损坏取样管8。
(4)接下来进行沉积物的采集，通过ROV上的整体下降将取样器缓慢地插入到沉积物中。沉积物通过环刀10，并通过球阀11进入取样器内筒14。当取样器插入到预先计算好的位置时，通过ROV液压供给系统驱动球阀液压开关9使得球阀11关闭。到这里，沉积物和上覆水的采集工作已经完成。
(5)由于蓄能器15内部的压力在到达海底时已经达到了相应压力，故取样器在密封的状态下，可以通过蓄能器15来保证取样器回收到海面过程中内部的压力始终为海底的压力。
(6)取样器回收完成之后，可以通过将保压转移装置与上覆水转移阀门6连接，从而将上覆水转移。通过保压装置将取样器下部包裹住，将保压装置与取样器外筒7之间密封，再通过球阀液压开关9将球阀11打开，从而实现沉积物到保压装置的转移。
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 (7)

1.一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，其特征在于，包括取样器、蓄能器和液压装置；
所述取样器包括筒状的取样筒，取样筒内部设有活塞从而将取样筒分成上下两个部分；取样筒顶端设有端部密封盖，取样筒上部分和端部密封盖形成了一个封闭的腔体，端部密封盖中心开孔，液压装置固设于端部密封盖上并穿过所述孔至取样筒内部与设于取样筒内部的活塞相连；取样筒上部分的侧壁上开设三个通孔，分别用于安装快拆密封接头、上覆水转移阀门和液压管，快拆密封接头通过上覆水取样阀门连接上覆水取样管；所述取样筒底端设有刀筒，取样筒底端与球阀相连，球阀上设有球阀液压开关；
所述蓄能器通过所述液压管与取样筒相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，其特征在于，所述蓄能器包括蓄能器壳体，蓄能器壳体内通过活塞分为氮气腔室和液体腔室。
3.根据权利要求1所述的一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，其特征在于，所述球阀液压开关包括内部密封腔室，内部密封腔室上设有两个液压接口，内部封闭腔室内在两个液压接口间设有活动挡板，活动挡板与所述球阀阀体刚性连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，其特征在于，所述取样筒为双层筒体结构，包括通过螺栓相连的取样器内筒和取样器外筒。
5.根据权利要求1所述的一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，其特征在于，所述蓄能器和取样器之间通过抱箍固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，其特征在于，所述上覆水取样阀门为单向阀。
7.根据权利要求1所述的一种基于水下ROV含上覆水的沉积物保真取样装置，其特征在于，所述取样器端部密封盖上设有压力传感器。
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