CN113281110A - 水下气体保温保压取样装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水下取样装置技术领域，具体涉及水下气体保温保压取样装置。包括气体收集机构、密封机构、气体存储机构和保温机构。所述密封机构设置于气体收集机构和气体存储机构之间，所述保温机构设置于气体存储机构的外壁上，用于气体存储机构的保温。所述保温机构包括保温罩体和液压气罐组件，所述保温罩体包括设置于保温罩体内壁上的液压气体通道，所述液压气体通道上设置有进气口和出气口。所述液压气罐组件包括液压气罐和液压气管，所述液压气罐通过液压气罐与进气口连通。所述密封机构包括密封舱体、密封堵块组件和高压密封组件。本发明水下气体保温保压取样装置体积小、封装和保温稳定，适用于ARV等小型水下遥控潜器。

Description

水下气体保温保压取样装置
技术领域
本发明涉及水下取样装置技术领域，具体涉及水下气体保温保压取样装置。
背景技术
ARV是一种新型的水下遥控潜器，该类型潜器类似于遥控水下机器人(ROV)，但与ROV不同的是其采用水下自容供电。
水下气体保温保压取样装置，主要用于深海冷泉喷口的水合物样品采集，由于水下潜器装备的机械手性能限制，无法完成精密的封舱保压工作。现有的取样装置多采用液压驱动的多连杆结构进行封舱保压，借助冰袋及保温材料进行保温。现有的水下气体保温保压取样装置主要存在以下几个问题：①水下封装过程中由于连杆装置的配合间隙及结构变形等原因容易造成封装气体泄漏。②样品到达水面后须进行泄压开舱取出样品，再进行二次加压封装转运，该过程会导致样品内部结构出现变化，失去研究分析价值。③现有装置整体体积较大，且需要液压驱动，只适用于大型的ROV适用，无法适配ARV等小型深潜器。④现有装置采用冰袋及保温材料进行样品保温，在潜器上浮过程中样品温度不稳定。
因此，为了解决现有水下气体保温保压取样装置存在的上述问题，现在亟需研发设计一种新型的水下气体保温保压取样装置。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了水下气体保温保压取样装置。
本发明的技术方案为：
水下气体保温保压取样装置，包括气体收集机构、密封机构、气体存储机构和保温机构。所述密封机构设置于气体收集机构和气体存储机构之间，所述保温机构设置于气体存储机构的外壁上，用于气体存储机构的保温。所述保温机构包括保温罩体和液压气罐组件，所述保温罩体包括设置于保温罩体内壁上的液压气体通道，所述液压气体通道上设置有进气口和出气口。所述液压气罐组件包括液压气罐和液压气管，所述液压气罐通过液压气罐与进气口连通。所述密封机构包括密封舱体、密封堵块组件和高压密封组件。所述密封堵块组件设置在密封舱体内用于进样口和出样口的封堵，所述密封舱体上设置有密封气体进气口，所述高压密封组件包括高压气罐和进气管，所述高压气罐通过进气管与密封气体进气口连接。
进一步的，所述气体收集机构包括异形喇叭口结构的收集口和与收集口固定连接的第一法兰盘，所述进样口设置在第一法兰盘且与密封舱体连通。
进一步的，所述密封舱体设置为两端开口内部中空的圆柱状结构，所述密封舱体的底端设置有与气体收集机构连接的第二法兰盘，所述密封舱体的顶端设置有与气体存储机构连接的第三法兰盘。
更进一步的，所述密封舱体内设置有第一压力传感器。
进一步的，所述密封堵块组件包括转轴、上堵块、下堵块、回位机构、驱动机构和限位机构，所述转轴固定在密封舱体内，所述上堵块与下堵块之间通过弹簧连接且与转轴可旋转连接，所述回位机构设置于下堵块或上堵块的一端，所述限位机构设置在密封舱体内用于上堵块和下堵块封堵后的限位，所述驱动机构与上堵块或下堵块连接。
更进一步的，所述回位机构设置为电磁铁，所述驱动机构设置为微型绞车，所述限位机构设置为限位板。
进一步的，所述气体存储机构包括储气罐，所述储气罐的底部设置有第四法兰盘，所述第四法兰盘上设置有密封圈，所述出样口设置在第四法兰盘上，所述第四法兰盘的中部设置有转轴套筒。
更进一步的，所述储气罐上设置有温度传感器和第二压力传感器。
进一步的，还包括机械手夹持机构，所述机械手夹持机构包括固定卡箍、气罐固定部和机械手把手，所述固定卡箍通过螺栓固定在密封舱体的外壁上，所述气罐固定部凸出与固定卡箍，所述液压气罐和高压气罐的固定在气罐固定部上，所述气罐固定部上还固定有液压气罐和高压气罐控制阀组，所述机械手把手与气罐固定部连接。
进一步的，所述水下气体保温保压取样装置适用于ARV。
本发明所达到的有益效果为：
1、本发明中的水下气体保温保压取样装置，通过密封机构和气体存储机构之间的配合设置，并通过高压密封组件进行密封，避免了封装气体泄漏。
2、本发明中的水下气体保温保压取样装置，当装置到达水面后储气罐和密封机构可直接作为转运装置，转运装置整体储存在低温环境中，同时外接气体为高压气罐持续补充压力，样品到达实验室后可直接进行分析工作。无需再进行二次加压封装转运，解决现有技术泄压开舱的转运方案导致样品物理化学性质改变的问题。
3、本发明中的水下气体保温保压取样装置，体积小，装置的保温及密封动力由自带的气罐提供，无需液压驱动，不仅适用于大型的ROV潜水器的使用，而且也适用于ARV等小型深潜器。
4、本发明中的水下气体保温保压取样装置，高压液化气体气化为制冷源的保温装置，解决原有装置保温不稳定，并且本发明的保温机构可以实现保温温度的调节。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明中气体收集机构整体结构示意图。
图3是本发明中密封机构结构示意图。
图4是本发明中密封机构底部结构示意图。
图5是本发明中密封机构的俯视图。
图6是本发明中密封堵块组件结构示意图。
图7是本发明中密封堵块组件另一角度结构示意图。
图8是本发明中气体存储机构结构示意图。
图9是本发明中保温罩体外部结构示意图。
图10是本发明中保温罩体截面结构示意图。
图11是本发明中机械手夹持机构、高压密封组件和液压气罐组件结构示意图。
图中，1、保温机构；11、螺杆通孔；12、出气口；13、保温罩体；14、液压气体通道；15、进气口；2、液压气罐组件；21、液压气罐；22、液压气管；3、机械手夹持机构；31、机械手把手；32、高压气罐控制阀组；33、固定卡箍；4、高压密封组件；41、高压气罐；42、进气管；5、气体收集机构；51、收集口；52、进样口；53、第一法兰盘；6、密封机构；61、第二法兰盘；62、密封舱体；63、第三法兰盘；64、转轴；65、密封堵块组件；651、上堵块；652、弹簧；653、下堵块；66、电磁铁；67、微型绞车；68、限位板；7、气体收集机构；71、固定螺杆；72、储气罐；73、第四法兰盘上；74、转轴套筒；75、出样口；76、密封圈。
具体实施方式
为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1-11所示，水下气体保温保压取样装置，本水下气体保温保压取样装置题解小，适用于ARV等小型深潜器。具体的，本实施例中的水下气体保温保压取样装置，包括气体收集机构5、密封机构6、气体存储机构和保温机构1。所述密封机构6设置于气体收集机构5和气体存储机构之间，用于通过气体收集机构5收集的气体进入气体存储机构之间的密封，避免封装气体的泄露。所述保温机构1设置于气体存储机构的外壁上，用于气体存储机构的保温。
所述气体收集机构5包括异形喇叭口结构的收集口51和与收集口51固定连接的设置有进样口52的第一法兰盘53。所述进样口52设置为扇面状结构，所述进样口52与收集口51连通。
所述密封机构6包括密封舱体62、密封堵块组件65和高压密封组件4。所述密封舱体62设置为两端开口内部中空的圆柱状结构，所述密封舱体62的底端设置有与气体收集机构5上的第一法兰盘53结构相同的的第二法兰盘61，所述第一法兰盘53与第二法兰盘61通过螺栓连接。所述密封舱体62的顶端设置有与气体存储机构连接的第三法兰盘63。
所述密封堵块组件65设置在密封舱体62内用于进样口52和出样口75的封堵。所述密封堵块组件65包括转轴64、上堵块651、下堵块653、回位机构、驱动机构和限位机构，所述转轴64固定在密封舱体62的第二法兰盘61上，用于上堵块651和下堵块653的定轴旋转。所述上堵块651与下堵块653上下通过弹簧652连接且与转轴64可旋转连接。通过弹簧652弹性连接的作用是，当密封舱体62内填充满密封气体后，通过气压驱动上堵块651和下堵块653分别向上和向下运动，进行进样口52和出样口75的密封封堵。后续通过弹簧652连接便于后续封堵后的上下回位。采用气压作为封堵的压紧力，相对机械连杆结构，上堵块651和下堵块653受力更加均匀，不容易出现密封结构受力变形导致密封失效的问题。
所述回位机构用于封堵之后的回位。本实施例中，所述回位机构设置为电磁铁66，所述电磁铁66设置在下堵块653的一端。通过电磁铁66的吸附作用帮助上堵块651和下堵块653的开封。所述限位机构设置为限位板68，所述限位板68设置在密封舱体62内用于上堵块651和下堵块653封堵后的限位。所述驱动机构设置为微型绞车67，所述微型绞车67上的缆绳与上堵块651连接。具体的阿，样品采集结束后，密封舱体62中电磁铁66松开下堵块653，微型绞车67工作，通过缆绳将下堵块653拉至进样口52位置，在弹簧652的作用下，上堵块651和下堵块653分别堵住进样口52和出样口75。
所述密封舱体62上设置有密封气体进气口15，所述高压密封组件4包括高压气罐41和进气管42，所述高压气罐41通过进气管42与密封气体进气口15连接。将高压气罐41的控制阀打开，密封舱体62内升压，压紧上堵块651和下堵块653，实现密封。高压气罐41内压力满足在完成充气后密封舱体62内压力高于工作位置水压。
所述保温机构1包括保温罩体13和液压气罐组件2，所述保温罩体13包括设置于保温罩体13内壁上的液压气体通道14，所述液压气体通道14上设置有进气口15和出气口12。所述出气口12设置于保温罩体13的顶部且周向设置于若干个。
所述液压气罐组件2包括液压气罐21和液压气管22，所述液压气罐21通过液压气罐21与进气口15连通。保温机构1工作时，液压气罐21阀门打开，液压气罐21内气体通过进气管42进入保温罩体13内壁，最后通过顶部出气口12排出到海水中。根据潜器工作水深的不同，选择不同气化压力的无害气体，如液态氮气、液态氦气、液态氧气等(气体选择需匹配外界海水压力)。保温罩体13通过液态气体气化制冷，低温气体通过保温罩体13时与储气罐72进行热交换，通过对阀组气体通量的限制达到控温的目的。液压气罐21内使用的液态气体的气化压力临界点应高于工作位置的水压。
所述气体存储机构包括储气罐72，所述储气罐72的底部设置有第四法兰盘，所述第四法兰盘上73设置有密封圈76，所述出样口75设置在第四法兰盘上73，所述第四法兰盘的中部设置有转轴套筒74。所述转轴套筒74与转轴64连接。所述储气罐72的顶部设置有固定螺杆71，所述保温罩体13的顶部设置有与固定螺杆71匹配的螺杆通孔11，所述储气罐72和保温罩体13通过固定螺杆71和固定螺母固定连接。储气罐72中装有温度传感器，用以监控样品温度，并可通过调整保温机构1稳定样品温度。储气罐72及密封舱体62内都安装压力传感器，用以实时监控两舱间的压力差，确认密封状态。
还包括机械手夹持机构3，所述机械手夹持机构3包括固定卡箍33、气罐固定部和机械手把手31，所述固定卡箍33通过螺栓固定在密封舱体62的外壁上，所述气罐固定部凸出与固定卡箍33，所述液压气罐21和高压气罐41的固定在气罐固定部上，所述气罐固定部上还固定有液压气罐21和高压气罐控制阀组32，所述机械手把手31与气罐固定部连接。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.水下气体保温保压取样装置，其特征在于：包括气体收集机构(5)、密封机构(6)、气体存储机构和保温机构(1)；所述密封机构(6)设置于气体收集机构(5)和气体存储机构之间，所述保温机构(1)设置于气体存储机构的外壁上，用于气体存储机构的保温；所述保温机构(1)包括保温罩体(13)和液压气罐组件(2)，所述保温罩体(13)包括设置于保温罩体(13)内壁上的液压气体通道(14)，所述液压气体通道(14)上设置有进气口(15)和出气口(12)；所述液压气罐组件(2)包括液压气罐(21)和液压气管(22)，所述液压气罐(21)通过液压气罐(21)与进气口(15)连通；所述密封机构(6)包括密封舱体(62)、密封堵块组件(65)和高压密封组件(4)；所述密封堵块组件(65)设置在密封舱体(62)内用于进样口(52)和出样口(75)的封堵，所述密封舱体(62)上设置有密封气体进气口(15)，所述高压密封组件(4)包括高压气罐(41)和进气管(42)，所述高压气罐(41)通过进气管(42)与密封气体进气口(15)连接。
2.根据权利要求1所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：所述气体收集机构(5)包括异形喇叭口结构的收集口(51)和与收集口(51)固定连接的第一法兰盘(53)，所述进样口(52)设置在第一法兰盘(53)上且与密封舱体(62)连通。
3.根据权利要求1所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：所述密封舱体(62)设置为两端开口内部中空的圆柱状结构，所述密封舱体(62)的底端设置有与气体收集机构(5)连接的第二法兰盘(61)，所述密封舱体(62)的顶端设置有与气体存储机构连接的第三法兰盘(63)。
4.根据权利要求3所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：所述密封舱体(62)内设置有第一压力传感器。
5.根据权利要求1所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：所述密封堵块组件(65)包括转轴(64)、上堵块(651)、下堵块(653)、回位机构、驱动机构和限位机构，所述转轴(64)固定在密封舱体(62)内，所述上堵块(651)与下堵块(653)之间通过弹簧(652)连接且与转轴(64)可旋转连接，所述回位机构设置于下堵块(653)或上堵块(651)的一端，所述限位机构设置在密封舱体(62)内用于上堵块(651)和下堵块(653)封堵后的限位，所述驱动机构与上堵块(651)或下堵块(653)连接。
6.根据权利要求5所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：所述回位机构设置为电磁铁(66)，所述驱动机构设置为微型绞车(67)，所述限位机构设置为限位板(68)。
7.根据权利要求1所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：所述气体存储机构包括储气罐(72)，所述储气罐(72)的底部设置有第四法兰盘，所述第四法兰盘上(73)设置有密封圈(76)，所述出样口(75)设置在第四法兰盘上(73)，所述第四法兰盘的中部设置有转轴套筒(74)。
8.根据权利要求7所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：所述储气罐(72)上设置有温度传感器和第二压力传感器。
9.根据权利要求1所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：还包括机械手夹持机构(3)，所述机械手夹持机构(3)包括固定卡箍(33)、气罐固定部和机械手把手(31)，所述固定卡箍(33)通过螺栓固定在密封舱体(62)的外壁上，所述气罐固定部凸出与固定卡箍(33)，所述液压气罐(21)和高压气罐(41)的固定在气罐固定部上，所述气罐固定部上还固定有液压气罐(21)和高压气罐控制阀组(32)，所述机械手把手(31)与气罐固定部连接。
10.根据权利要求1所述的水下气体保温保压取样装置，其特征在于：所述水下气体保温保压取样装置适用于ARV。
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