CN113358415A - 水利工程用深水定点分层取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水利工程用深水定点分层取样方法，包括以下步骤：两艘船体在宽度方向上左右并排设置在指定取样点的水面上；在两艘船体上设置垂直下放导向装置和若干个取样箱；将垂直下放导向装置的活动部分沿垂直方向下放到水面下；将深水取样装置沿垂直下放导向装置的活动部分内部潜入到水面下；启动深水取样装置将不同深度的水体对应抽取到不同的取样箱内。本发明采用两个船体在水面上作为水质取样的支撑，对水体的任何深度进行分层取样，取样深度精确度高。本发明具有较高的安全可靠性，由于支撑定位锥筒的设置，在取样钢丝绳与取样泵分离后，也可确保取样泵不再会丢失。

Description

水利工程用深水定点分层取样方法

技术领域

本发明属于水利工程环保检测技术领域，尤其涉及一种水利工程用深水定点分层取样方法。

背景技术

随着国家对环境保护的日益重视，在对河流、湖泊进行水利施工时首先要对水质进行检测，水质检测通常需要对不同深度的水分别进行取样，取样后在实验室内对水质进行检测，浅水容易取样，对深水区进行取样难度较大，目前，深水取样通常采用潜水员潜入水下进行取样的方式，如果水底地形复杂，对潜水员存在一定的危险，也难以达到对水体精确深度位置进行取样。也有采用取样泵沉入到水体内进行取样，由于水面下还会有水流动力，会带动取样泵沿水流方向移动，因此取样泵在水体内的位置和深度也难以确定，对于水流湍急的河流，取样的深度误差更大，而且取样泵容易被冲走而丢失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水利工程用深水定点分层取样方法，其安全性高、可靠性强、可对水体某一位置下的任意深度进行精确取样，特别适用于水流湍急的河流的水质取样。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：水利工程用深水定点分层取样方法，包括以下步骤：

（1）两艘船体在宽度方向上左右并排设置在指定取样点的水面上，两艘船体之间具有100-200cm的间隙，船体的长度方向为前后方向；

（2）在两艘船体上设置垂直下放导向装置和若干个取样箱；

（3）垂直下放导向装置包括固定部分和活动部分，在船体上设置垂直下放导向装置的固定部分，将垂直下放导向装置的活动部分沿垂直方向下放到水面下；

（4）将深水取样装置沿垂直下放导向装置的活动部分内部潜入到水面下；

（5）启动深水取样装置将不同深度的水体对应抽取到不同的取样箱内。

垂直下放导向装置包括支撑连接盘和四台下放卷扬机，其中两台下放卷扬机分别设置在左侧船体的前侧和后侧，另两台下放卷扬机分别设置在左侧船体的前侧和后侧，左侧船体的左前侧部及左后侧部、右侧船体的右前侧部及右后侧部均设有上导轮和下导轮，每台下放卷扬机上缠绕的下放钢丝绳的牵拉端均依次绕过邻近的上导轮、下导轮与支撑连接盘上表面连接，支撑连接盘为圆盘结构，支撑连接盘中心开设有圆孔，支撑连接盘上表面通过法兰及螺栓组件同中心线连接有下导管，下导管中心孔直径与圆孔内径相等，支撑连接盘下表面沿圆周方向均匀设有若干个泥沙搅拌机构，下导管上端口同轴线螺纹连接有若干节标准导管，标准导管穿过两个船体之间形成的间隙，在两个船体在间隙上方设有用于夹持标准导管的管道定位夹持器，两个船体之间在间隙的下方设有用于导向标准导管的导向组件，标准导管和下导管的内径相同，标准导管和下导管的管壁开设有若干个取样小孔。

泥沙搅拌机构包括搅拌筒、搅拌电机和支撑定位锥筒，搅拌筒竖向设置，搅拌筒上端和搅拌电机顶部均固定连接在支撑连接盘下表面，搅拌筒下端口设有防护滤网板，搅拌电机位于搅拌筒内，搅拌电机的主轴同轴线连接在搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌叶片，搅拌筒朝向支撑连接盘中心线的一侧开设有内外通透的弧形孔，支撑定位锥筒为下尖上粗的圆锥筒结构，支撑定位锥筒的中心线与支撑定位锥筒的中心线重合，支撑定位锥筒上端固定连接在若干个泥沙搅拌机构的防护滤网板内侧下表面，支撑定位锥筒上设有若干个透水孔。

深水取样装置包括左支架、右支架和取样卷扬机，左支架设置在左侧的船体上，右支架设置在右侧的船体上，左支架和右支架的上端设有位于所述间隙正上方的平台，取样卷扬机设置在平台上，取样卷扬机的取样钢丝绳牵拉端连接有沿标准导管和下导管内壁向上或向下移动的取样泵。

取样泵包括自上而下依次连接且同中心线设置的上泵盖、上圆筒泵壳、上环板、圆锥筒泵壳、下环板、下圆筒泵壳和下泵盖，上圆筒泵壳内同轴线设有上空心轴电机，上空心轴电机的空心轴同轴线固定连接有粗内螺旋管，下圆筒泵壳内同轴线设有下空心轴电机，下空心轴电机的空心轴同轴线固定连接有细内螺旋管，圆锥筒泵壳为上粗下细的圆锥筒结构，粗内螺旋管上端外圆通过第一轴承及第一密封圈与上泵盖内圆转动且密封连接，粗内螺旋管下端外圆通过第二轴承及第二密封圈与上环板内圆转动且密封连接，细内螺旋管上端外圆通过第三轴承及第三密封圈与下环板内圆转动且密封连接，细内螺旋管下端外圆通过第四轴承及第四密封圈与下泵盖内圆转动且密封连接，粗内螺旋管内壁设有上内螺旋叶片，细内螺旋管内壁设有下内螺旋叶片；上泵盖上表面沿圆周方向均匀设有四个吊环，上泵盖上表面设有与粗内螺旋管上端口连通的管接头；

上泵盖通过第一螺钉与上圆筒泵壳固定连接，上圆筒泵壳下端通过第二螺钉与上环板上表面外圆周固定连接，下环板下表面外圆通过第三螺钉与下圆筒泵壳上端固定连接，下泵盖上表面外圆通过第四螺钉与下圆筒泵壳下端固定连接，上环板内圆与圆锥筒泵壳上端焊接为一体，下环板内圆与圆锥筒泵壳下端焊接为一体。

上圆筒泵壳下部外圆和下圆筒泵壳上部外圆之间设有橡胶圈，橡胶圈的上端边缘向内水平折弯形成上垫圈被夹持在上圆筒泵壳下端面和上环板上端面之间，橡胶圈的下端边缘向内水平折弯形成下垫圈被夹持在下圆筒泵壳上端面和下环板下端面之间；

下环板和上环板之间设有四个用于驱动橡胶圈径向扩张的径向膨胀驱动机构；四个径向膨胀驱动机构沿圆锥筒泵壳的外圆周均匀布置，径向膨胀驱动机构包括设置在下环板上的支座，支座上水平设有电动推杆，电动推杆的轴向沿圆锥筒泵壳的径向方向设置，电动推杆的动力驱动端设有弧形推板，弧形推板的外圆沿橡胶圈的圆周方向与橡胶圈内圆表面贴合，弧形推板的外圆沿高度方向为中间向外凸出的弧面结构。

下泵盖下表面同轴线固定设有上下通透的限位筒，限位筒外圆开设有若干个抽吸小孔；

上圆筒泵壳和下圆筒泵壳的外圆均设有结构相同的滚动导向组件；上圆筒泵壳上的滚动导向组件包括圆环杆，圆环杆同轴线套在上圆筒泵壳外部，圆环杆内圆通过若干根短杆与上圆筒泵壳外圆固定连接，圆环杆上转动设有若干个滚轮。滚轮沿圆环杆的圆周方向均匀布置；

导向组件包括四根水平杆和一个中心导筒，其中两根水平杆的左端通过法兰螺栓组件固定连接在左侧船体的右侧面，另两根水平杆的右端通过法兰螺栓组件固定连接在右侧船体的左侧面，中心导筒的中心线沿竖向设置，左侧两根水平杆的右端均固定连接在中心导筒的外圆左侧表面，右侧两根水平杆的左端均固定连接在中心导筒的外圆右侧表面，中心导筒下端口为下粗上细的喇叭口导向结构；

下导管外圆固定设有可充气膨胀的胎囊。

步骤（3）中将垂直下放导向装置的活动部分沿垂直方向下放到水面下的具体过程为：

①、先将一节标准导管下端连接下导管上端，操控四个下放卷扬机使下放钢丝绳放松相同的长度，将四根下放钢丝绳的牵拉端连接支撑连接盘，然后将连接为一体的标准导管、下导管、支撑连接盘缓慢放到两个船体之间的水面下，使该节标准导管上端对准中心导筒下端口的喇叭口导向结构，操控四个下放卷扬机同时向上提升，使标准导管向上穿过中心导筒和管道定位夹持器，同时也检查四根下放钢丝绳的张紧度，确保四根下放钢丝绳同时牵拉支撑连接盘；

②、启动管道定位夹持器夹紧最下部一节标准导管，在最下部一节标准导管上螺纹连接上一节标准导管；

③、松开管道定位夹持器，同时启动四个下放卷扬机使下放钢丝绳同时下放，支撑连接盘和泥沙搅拌机构向下移动，标准导管沿中心导筒向下移动；

④、当第二节标准导管上端下移到邻近管道定位夹持器，停止四个下放卷扬机，启动管道定位夹持器夹紧第二节标准导管，在第二节标准导管上安装第三节标准导管；

⑤、重复步骤③和④，直到支撑定位锥筒扎入到水底的泥沙内。

步骤（4）的具体过程为：取样卷扬机的钢丝绳吊挂取样泵的上泵盖上的四个吊环，取样泵沿着标准导管内孔向下移动，上圆筒泵壳和下圆筒泵壳外圆的滚动导向组件的最大直径稍小于标准导管的孔径，圆环杆上的滚轮沿标准导管的内圆向下滑动，取样钢丝绳上标注有刻度，对下放的取样泵距离水面的深度进行监测。

步骤（5）的具体过程为：

A、取样泵在标准导管内自上而下进行取样，取样泵的上泵盖上表面上的管接头连接有抽水管，当取样泵下移到指定的取样深度时，启动取样泵内部的电动推杆，使电动推杆伸长，弧形推板驱动橡胶圈径向向外膨胀，使橡胶圈外圆顶压标准导管内圆，从而使取样泵固定到标准导管内部，在取样泵在抽水取样作业时，减轻取样钢丝绳对取样泵的牵拉力，确保取样泵在标准导管内稳定工作；

B、接着驱动取样泵的上空心轴电机和下空心轴电机，上空心轴电机驱动粗内螺旋管旋转，下空心轴电机驱动细内螺旋管旋转，上空心轴电机内壁的上内螺旋叶片也高速旋转，下空心轴电机内壁的下内螺旋叶片也高速旋转，下内螺旋叶片先将细内螺旋管下端口的水向上抽，在该取样深度的水由标准导管上的取样小孔进入到标准导管内，经圆锥筒泵壳进入到粗内螺旋管，上内螺旋叶片将水向上输送，并进一步增压，最后通过抽水管将取样水输送到该深度的取样箱内；

C、该深度的取样水抽取完成后，关闭上空心轴电机和下空心轴电机，电动推杆缩短，橡胶套脱离标准导管内圆，继续启动取样卷扬机，取样钢丝绳继续下放取样泵，到一定深度后停止，电动推杆伸长，驱动橡胶套固定到标准导管内壁，重复步骤B；

D、多次重复步骤C，对不同深度的水样进行取样；

E、最后取样泵下移到下导管内，直到下泵盖下表面的限位筒下端与支撑定位锥筒接触时，取样泵不再下移，此时下部的滚动导向组件还位于下导管内；

F、启动所有的搅拌电机，搅拌电机带动搅拌轴和搅拌叶片转动，搅拌叶片对水底的泥沙进行搅拌，同时重复步骤B，泥浆通过弧形孔、限位筒上的抽吸小孔和支撑定位锥筒上的透水孔进入到限位筒内，取样泵将搅拌后的泥浆抽到对应深度的取样箱内。

E、取样完成后，先操控取样卷扬机将取样泵向上提出，再操控四台下放卷扬机将标准导管逐节向上提，与管道定位夹持器配合，将标准导管取下，使用取样卷扬机的取样钢丝绳绑扎或连接最下部一节标准导管、支撑连接盘一起从导向组件的前侧或后侧向上提到船体上进行拆卸。

采用上述技术方案，本发明采用四台下放卷扬机同时作业，且转速相同。四条下放钢丝绳可以保障下导管在下放过程中下导管和标准导管的中心线保持竖向状态。上导轮和下导轮的轮架上均设有防脱绳结构。下导管与最下部一节标准导管的连接均在船体上进行操作，在连接后可使用取样卷扬机的取样钢丝绳吊挂后下放的水面，再调整标准导管上端与中心导管下端喇叭口导向结构对应，取下取样钢丝绳，操控四台下放卷扬机，通过四根下放钢丝绳向上提起支撑连接盘，使最下部一根标准导管向上穿过中心导管和管道定位夹持器，这样方便安装下一节标准导管。

在支撑连接盘底部设置若干个泥沙搅拌机构，在对水底取样时，可将水底沉积的泥沙搅拌起来，使取样更加精确。支撑定位锥筒下端尖锐部可扎入到水底的泥沙内，起到良好的定位作用。搅拌筒的设置，首先对搅拌电机、搅拌叶片和搅拌轴起到保护作用，同时搅拌筒底部设置的防护滤网板也与泥沙接触，与支撑定位锥筒一同起到支撑作用，泥沙透过防护滤网板和支撑定位锥筒上的若干个透水孔向上进入到支撑定位锥筒上方，同时泥沙和水也可以通过相邻两个搅拌筒之间的间隙进入到支撑定位锥筒内。

为了减轻四条下放钢丝绳的牵拉力，在支撑连接盘下放到一定深度时，可向胎囊内充入高压空气，胎囊膨胀，增加浮力，抵消一部分标准导管、下导管、支撑连接盘的重力。

限位筒起到限定取样泵在下导管内下移的位置，确保下圆筒泵壳外部的滚动导向组件还位于下导管内，方便取样泵在下导管和标准导管内向上移动。

左支架、右支架上端的平台和下部的导向组件还具有连接两个船体的作用。

当需要在标准导管内将取样泵固定，减轻取样钢丝绳的牵拉力，可以将电动推杆通电，电动推杆的推杆伸长，推杆驱动弧形推板沿圆锥筒泵壳的径向方向向外移动，弧形推板将橡胶圈向外推，橡胶圈径向膨胀后与标准导管内壁压接，从而将取样泵固定在标准导管内，确保在某一深度进行稳定地抽水工作。若不将取样泵与标准导管压接固定，在取样泵工作时，取样泵会与标准导管的管壁之间产生摩擦或撞击，影响到内部上空心轴电机和下空心轴电机的使用寿命。

橡胶圈上端边缘向中心折弯的上垫圈和下端边缘向中心折弯的下垫圈，具有密封连接的作用，并且确保橡胶圈固定牢靠稳定性。

取样泵的结构采用分体组装的上泵盖、上圆筒泵壳、上环板、圆锥筒泵壳、下环板、下圆筒泵壳和下泵盖，其上环板、圆锥筒泵壳、下环板采用焊接为一体，在分体连接及转动连接处采用若干垫圈进行密封，不仅便于制造，而且安装便捷，密封性强，确保上空心轴电机、下空心轴电机和径向膨胀驱动机构在无水的空间内正常稳定工作。

取样泵采用两级压差式工作原理，大大提高了扬程，为提高抽水效率，设有细内螺旋管和粗内螺旋管两级内螺杆，其转速通过上空心轴电机和下空心轴电机来调节，该两级压差式高效取样泵在使用过程中，粗内螺旋管和细内螺旋管转速差由负逐渐转为正，即开始时粗内螺旋管和细内螺旋管排量相同，而后粗内螺旋管的排量逐渐大于细内螺旋管的排量，形成向上抽水的负压差，从而主动提高抽水速度和抽水效率；该两级压差式高效取样泵由于内部的螺旋管/排水通道上下贯通，可在标准导管内任意放置，有利于实现对不同深度的水进行取样。在向一个取样箱内注入一个深度后的水样后，接着将取样泵下移到下一个采样深度，由于抽水管内还尚存上一个深度是水样，因此，可先启动取样泵将抽水管内的水抽放到水面上，然后再将取样水抽到取样箱内。这样可以确保在一个深度下取样的水样准确度。

本发明中的取样泵、搅拌电机的供电线、胎囊的供气管均通过标准导管逐节下放。

综上所述，本发明采用两个船体在水面上作为水质取样的支撑，先将垂直下放导向装置下放到水底，再将取样泵沿垂直下放导向装置的管道内壁下移，取样泵可停驻在管道内壁的任意位置，这样可对水体的任何深度进行分层取样，取样深度精确度高，在对水底进行取样时，可将水底的泥沙搅拌后再抽取水样，提高取样的真实可靠性。本发明具有较高的安全可靠性，由于支撑定位锥筒的设置，在取样钢丝绳与取样泵分离后，也可确保取样泵不再会丢失；水流不会对取样泵产生作用力，取样的定点精确度大大提高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中两个船体的俯视图；

图3是图1中A处的放大图；

图4是图3中B-B剖视图；

图5是图1中取样泵的轴向剖视图；

图6是图5中上圆筒泵壳外部滚动导向组件的俯视图；

图7是图1中导向组件的俯视图。

具体实施方式

如图1-图7所示，本发明的水利工程用深水定点分层取样方法，包括以下步骤：

（1）两艘船体1在宽度方向上左右并排设置在指定取样点的水面上，两艘船体1之间具有100-200cm的间隙，船体1的长度方向为前后方向；

（2）在两艘船体1上设置垂直下放导向装置和若干个取样箱2；

（3）垂直下放导向装置包括固定部分和活动部分，在船体上设置垂直下放导向装置的固定部分，将垂直下放导向装置的活动部分沿垂直方向下放到水面下；

（4）将深水取样装置沿垂直下放导向装置的活动部分内部潜入到水面下；

（5）启动深水取样装置将不同深度的水体对应抽取到不同的取样箱2内。

垂直下放导向装置包括支撑连接盘3和四台下放卷扬机4，其中两台下放卷扬机4分别设置在左侧船体1的前侧和后侧，另两台下放卷扬机4分别设置在左侧船体1的前侧和后侧，左侧船体1的左前侧部及左后侧部、右侧船体1的右前侧部及右后侧部均设有上导轮5和下导轮6，每台下放卷扬机4上缠绕的下放钢丝绳7的牵拉端均依次绕过邻近的上导轮5、下导轮6与支撑连接盘3上表面连接，支撑连接盘3为圆盘结构，支撑连接盘3中心开设有圆孔，支撑连接盘3上表面通过法兰及螺栓组件同中心线连接有下导管8，下导管8中心孔直径与圆孔内径相等，支撑连接盘3下表面沿圆周方向均匀设有若干个泥沙搅拌机构，下导管8上端口同轴线螺纹连接有若干节标准导管9，标准导管9穿过两个船体1之间形成的间隙，在两个船体1在间隙上方设有用于夹持标准导管9的管道定位夹持器10（此为现有设备，可采用液压夹持，具体结构不再赘述），两个船体1之间在间隙的下方设有用于导向标准导管9的导向组件，标准导管9和下导管8的内径相同，标准导管9和下导管8的管壁开设有若干个取样小孔14。

泥沙搅拌机构包括搅拌筒11、搅拌电机12和支撑定位锥筒13，搅拌筒11竖向设置，搅拌筒11上端和搅拌电机12顶部均固定连接在支撑连接盘3下表面，搅拌筒11下端口设有防护滤网板15，搅拌电机12位于搅拌筒11内，搅拌电机12的主轴同轴线连接在搅拌轴16，搅拌轴16上设有搅拌叶片17，搅拌筒11朝向支撑连接盘3中心线的一侧开设有内外通透的弧形孔18，支撑定位锥筒13为下尖上粗的圆锥筒结构，支撑定位锥筒13的中心线与支撑定位锥筒13的中心线重合，支撑定位锥筒13上端固定连接在若干个泥沙搅拌机构的防护滤网板15内侧下表面，支撑定位锥筒13上设有若干个透水孔19。

深水取样装置包括左支架20、右支架21和取样卷扬机22，左支架20设置在左侧的船体1上，右支架21设置在右侧的船体1上，左支架20和右支架21的上端设有位于所述间隙正上方的平台23，取样卷扬机22设置在平台23上，取样卷扬机22的取样钢丝绳24牵拉端连接有沿标准导管9和下导管8内壁向上或向下移动的取样泵25。

取样泵25包括自上而下依次连接且同中心线设置的上泵盖26、上圆筒泵壳27、上环板28、圆锥筒泵壳29、下环板30、下圆筒泵壳31和下泵盖32，上圆筒泵壳27内同轴线设有上空心轴电机33，上空心轴电机33的空心轴同轴线固定连接有粗内螺旋管34，下圆筒泵壳31内同轴线设有下空心轴电机35，下空心轴电机35的空心轴同轴线固定连接有细内螺旋管36，圆锥筒泵壳29为上粗下细的圆锥筒结构，粗内螺旋管34上端外圆通过第一轴承及第一密封圈与上泵盖26内圆转动且密封连接，粗内螺旋管34下端外圆通过第二轴承及第二密封圈与上环板28内圆转动且密封连接，细内螺旋管36上端外圆通过第三轴承及第三密封圈与下环板30内圆转动且密封连接，细内螺旋管36下端外圆通过第四轴承及第四密封圈与下泵盖32内圆转动且密封连接，粗内螺旋管34内壁设有上内螺旋叶片37，细内螺旋管36内壁设有下内螺旋叶片38；上泵盖26上表面沿圆周方向均匀设有四个吊环39，上泵盖26上表面设有与粗内螺旋管34上端口连通的管接头53；

上泵盖26通过第一螺钉与上圆筒泵壳27固定连接，上圆筒泵壳27下端通过第二螺钉与上环板28上表面外圆周固定连接，下环板30下表面外圆通过第三螺钉与下圆筒泵壳31上端固定连接，下泵盖32上表面外圆通过第四螺钉与下圆筒泵壳31下端固定连接，上环板28内圆与圆锥筒泵壳29上端焊接为一体，下环板30内圆与圆锥筒泵壳29下端焊接为一体。

上圆筒泵壳27下部外圆和下圆筒泵壳31上部外圆之间设有橡胶圈40，橡胶圈40的上端边缘向内水平折弯形成上垫圈被夹持在上圆筒泵壳27下端面和上环板28上端面之间，橡胶圈40的下端边缘向内水平折弯形成下垫圈被夹持在下圆筒泵壳31上端面和下环板30下端面之间；

下环板30和上环板28之间设有四个用于驱动橡胶圈40径向扩张的径向膨胀驱动机构；四个径向膨胀驱动机构沿圆锥筒泵壳29的外圆周均匀布置，径向膨胀驱动机构包括设置在下环板30上的支座41，支座41上水平设有电动推杆42，电动推杆42的轴向沿圆锥筒泵壳29的径向方向设置，电动推杆42的动力驱动端设有弧形推板43，弧形推板43的外圆沿橡胶圈40的圆周方向与橡胶圈40内圆表面贴合，弧形推板43的外圆沿高度方向为中间向外凸出的弧面结构。

下泵盖32下表面同轴线固定设有上下通透的限位筒44，限位筒44外圆开设有若干个抽吸小孔45；

上圆筒泵壳27和下圆筒泵壳31的外圆均设有结构相同的滚动导向组件；上圆筒泵壳27上的滚动导向组件包括圆环杆46，圆环杆46同轴线套在上圆筒泵壳27外部，圆环杆46内圆通过若干根短杆47与上圆筒泵壳27外圆固定连接，圆环杆46上转动设有若干个滚轮48。滚轮48沿圆环杆46的圆周方向均匀布置；

导向组件包括四根水平杆50和一个中心导筒49，其中两根水平杆50的左端通过法兰螺栓组件固定连接在左侧船体1的右侧面，另两根水平杆50的右端通过法兰螺栓组件固定连接在右侧船体1的左侧面，中心导筒49的中心线沿竖向设置，左侧两根水平杆50的右端均固定连接在中心导筒49的外圆左侧表面，右侧两根水平杆50的左端均固定连接在中心导筒49的外圆右侧表面，中心导筒49下端口为下粗上细的喇叭口导向结构51；

下导管8外圆固定设有可充气膨胀的胎囊52。

步骤（3）中将垂直下放导向装置的活动部分沿垂直方向下放到水面下的具体过程为：

①、先将一节标准导管9下端连接下导管8上端，操控四个下放卷扬机4使下放钢丝绳7放松相同的长度，将四根下放钢丝绳7的牵拉端连接支撑连接盘3，然后将连接为一体的标准导管9、下导管8、支撑连接盘3缓慢放到两个船体1之间的水面下，使该节标准导管9上端对准中心导筒49下端口的喇叭口导向结构51，操控四个下放卷扬机4同时向上提升，使标准导管9向上穿过中心导筒49和管道定位夹持器10，同时也检查四根下放钢丝绳7的张紧度，确保四根下放钢丝绳7同时牵拉支撑连接盘3；

②、启动管道定位夹持器10夹紧最下部一节标准导管9，在最下部一节标准导管9上螺纹连接上一节标准导管9；

③、松开管道定位夹持器10，同时启动四个下放卷扬机4使下放钢丝绳7同时下放，支撑连接盘3和泥沙搅拌机构向下移动，标准导管9沿中心导筒49向下移动；

④、当第二节标准导管9上端下移到邻近管道定位夹持器10，停止四个下放卷扬机4，启动管道定位夹持器10夹紧第二节标准导管9，在第二节标准导管9上安装第三节标准导管9；

⑤、重复步骤③和④，直到支撑定位锥筒13扎入到水底的泥沙内。

步骤（4）的具体过程为：取样卷扬机22的钢丝绳吊挂取样泵25的上泵盖26上的四个吊环39，取样泵25沿着标准导管9内孔向下移动，上圆筒泵壳27和下圆筒泵壳31外圆的滚动导向组件的最大直径稍小于标准导管9的孔径，圆环杆46上的滚轮48沿标准导管9的内圆向下滑动，取样钢丝绳24上标注有刻度，对下放的取样泵25距离水面的深度进行监测。

步骤（5）的具体过程为：

A、取样泵25在标准导管9内自上而下进行取样，取样泵25的上泵盖26上表面上的管接头53连接有抽水管，当取样泵25下移到指定的取样深度时，启动取样泵25内部的电动推杆42，使电动推杆42伸长，弧形推板43驱动橡胶圈40径向向外膨胀，使橡胶圈40外圆顶压标准导管9内圆，从而使取样泵25固定到标准导管9内部，在取样泵25在抽水取样作业时，减轻取样钢丝绳24对取样泵25的牵拉力，确保取样泵25在标准导管9内稳定工作；

B、接着驱动取样泵25的上空心轴电机33和下空心轴电机35，上空心轴电机33驱动粗内螺旋管34旋转，下空心轴电机35驱动细内螺旋管36旋转，上空心轴电机33内壁的上内螺旋叶片37也高速旋转，下空心轴电机35内壁的下内螺旋叶片38也高速旋转，下内螺旋叶片38先将细内螺旋管36下端口的水向上抽，在该取样深度的水由标准导管9上的取样小孔14进入到标准导管9内，经圆锥筒泵壳29进入到粗内螺旋管34，上内螺旋叶片37将水向上输送，并进一步增压，最后通过抽水管将取样水输送到该深度的取样箱2内；

C、该深度的取样水抽取完成后，关闭上空心轴电机33和下空心轴电机35，电动推杆42缩短，橡胶套脱离标准导管9内圆，继续启动取样卷扬机22，取样钢丝绳24继续下放取样泵25，到一定深度后停止，电动推杆42伸长，驱动橡胶套固定到标准导管9内壁，重复步骤B；

D、多次重复步骤C，对不同深度的水样进行取样；

E、最后取样泵25下移到下导管8内，直到下泵盖32下表面的限位筒44下端与支撑定位锥筒13接触时，取样泵25不再下移，此时下部的滚动导向组件还位于下导管8内；

F、启动所有的搅拌电机12，搅拌电机12带动搅拌轴16和搅拌叶片17转动，搅拌叶片17对水底的泥沙进行搅拌，同时重复步骤B，泥浆通过弧形孔18、限位筒44上的抽吸小孔45和支撑定位锥筒13上的透水孔19进入到限位筒44内，取样泵25将搅拌后的泥浆抽到对应深度的取样箱2内。

E、取样完成后，先操控取样卷扬机22将取样泵25向上提出，再操控四台下放卷扬机4将标准导管9逐节向上提，与管道定位夹持器10配合，将标准导管9取下，使用取样卷扬机22的取样钢丝绳24绑扎或连接最下部一节标准导管9、支撑连接盘3一起从导向组件的前侧或后侧向上提到船体1上进行拆卸。

本发明采用四台下放卷扬机4同时作业，且转速相同。四条下放钢丝绳7可以保障下导管8在下放过程中下导管8和标准导管9的中心线保持竖向状态。上导轮5和下导轮6的轮架上均设有防脱绳结构。下导管8与最下部一节标准导管9的连接均在船体1上进行操作，在连接后可使用取样卷扬机22的取样钢丝绳24吊挂后下放的水面，再调整标准导管9上端与中心导管下端喇叭口导向结构51对应，取下取样钢丝绳24，操控四台下放卷扬机4，通过四根下放钢丝绳7向上提起支撑连接盘3，使最下部一根标准导管9向上穿过中心导管和管道定位夹持器10，这样方便安装下一节标准导管9。

在支撑连接盘3底部设置若干个泥沙搅拌机构，在对水底取样时，可将水底沉积的泥沙搅拌起来，使取样更加精确。支撑定位锥筒13下端尖锐部可扎入到水底的泥沙内，起到良好的定位作用。搅拌筒11的设置，首先对搅拌电机12、搅拌叶片17和搅拌轴16起到保护作用，同时搅拌筒11底部设置的防护滤网板15也与泥沙接触，与支撑定位锥筒13一同起到支撑作用，泥沙透过防护滤网板15和支撑定位锥筒13上的若干个透水孔19向上进入到支撑定位锥筒13上方，同时泥沙和水也可以通过相邻两个搅拌筒11之间的间隙进入到支撑定位锥筒13内。

为了减轻四条下放钢丝绳7的牵拉力，在支撑连接盘3下放到一定深度时，可向胎囊52内充入高压空气，胎囊52膨胀，增加浮力，抵消一部分标准导管9、下导管8、支撑连接盘3的重力。

限位筒44起到限定取样泵25在下导管8内下移的位置，确保下圆筒泵壳31外部的滚动导向组件还位于下导管8内，方便取样泵25在下导管8和标准导管9内向上移动。

左支架20、右支架21上端的平台23和下部的导向组件还具有连接两个船体1的作用。

当需要在标准导管9内将取样泵25固定，减轻取样钢丝绳24的牵拉力，可以将电动推杆42通电，电动推杆42的推杆伸长，推杆驱动弧形推板43沿圆锥筒泵壳29的径向方向向外移动，弧形推板43将橡胶圈40向外推，橡胶圈40径向膨胀后与标准导管9内壁压接，从而将取样泵25固定在标准导管9内，确保在某一深度进行稳定地抽水工作。若不将取样泵25与标准导管9压接固定，在取样泵25工作时，取样泵25会与标准导管9的管壁之间产生摩擦或撞击，影响到内部上空心轴电机33和下空心轴电机35的使用寿命。

橡胶圈40上端边缘向中心折弯的上垫圈和下端边缘向中心折弯的下垫圈，具有密封连接的作用，并且确保橡胶圈40固定牢靠稳定性。

取样泵25的结构采用分体组装的上泵盖26、上圆筒泵壳27、上环板28、圆锥筒泵壳29、下环板30、下圆筒泵壳31和下泵盖32，其上环板28、圆锥筒泵壳29、下环板30采用焊接为一体，在分体连接及转动连接处采用若干垫圈进行密封，不仅便于制造，而且安装便捷，密封性强，确保上空心轴电机33、下空心轴电机35和径向膨胀驱动机构在无水的空间内正常稳定工作。

取样泵25采用两级压差式工作原理，大大提高了扬程，为提高抽水效率，设有细内螺旋管36和粗内螺旋管34两级内螺杆，其转速通过上空心轴电机33和下空心轴电机35来调节，该两级压差式高效取样泵25在使用过程中，粗内螺旋管34和细内螺旋管36转速差由负逐渐转为正，即开始时粗内螺旋管34和细内螺旋管36排量相同，而后粗内螺旋管34的排量逐渐大于细内螺旋管36的排量，形成向上抽水的负压差，从而主动提高抽水速度和抽水效率；该两级压差式高效取样泵25由于内部的螺旋管/排水通道上下贯通，可在标准导管9内任意放置，有利于实现对不同深度的水进行取样。在向一个取样箱2内注入一个深度后的水样后，接着将取样泵25下移到下一个采样深度，由于抽水管内还尚存上一个深度是水样，因此，可先启动取样泵25将抽水管内的水抽放到水面上，然后再将取样水抽到取样箱2内。这样可以确保在一个深度下取样的水样准确度。

以上实施例说明了本发明的基本原理和特点，但上述仅仅说明了本发明的较优实施例，并不受所述实施例的限制。本领域的普通技术人员在本专利的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式变形和改进，这些均属于本发明的保护范围之内。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。

Claims (10)

1.水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）两艘船体在宽度方向上左右并排设置在指定取样点的水面上，两艘船体之间具有100-200cm的间隙，船体的长度方向为前后方向；

（2）在两艘船体上设置垂直下放导向装置和若干个取样箱；

（3）垂直下放导向装置包括固定部分和活动部分，在船体上设置垂直下放导向装置的固定部分，将垂直下放导向装置的活动部分沿垂直方向下放到水面下；

（4）将深水取样装置沿垂直下放导向装置的活动部分内部潜入到水面下；

（5）启动深水取样装置将不同深度的水体对应抽取到不同的取样箱内。

2.根据权利要求1所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：垂直下放导向装置包括支撑连接盘和四台下放卷扬机，其中两台下放卷扬机分别设置在左侧船体的前侧和后侧，另两台下放卷扬机分别设置在左侧船体的前侧和后侧，左侧船体的左前侧部及左后侧部、右侧船体的右前侧部及右后侧部均设有上导轮和下导轮，每台下放卷扬机上缠绕的下放钢丝绳的牵拉端均依次绕过邻近的上导轮、下导轮与支撑连接盘上表面连接，支撑连接盘为圆盘结构，支撑连接盘中心开设有圆孔，支撑连接盘上表面通过法兰及螺栓组件同中心线连接有下导管，下导管中心孔直径与圆孔内径相等，支撑连接盘下表面沿圆周方向均匀设有若干个泥沙搅拌机构，下导管上端口同轴线螺纹连接有若干节标准导管，标准导管穿过两个船体之间形成的间隙，在两个船体在间隙上方设有用于夹持标准导管的管道定位夹持器，两个船体之间在间隙的下方设有用于导向标准导管的导向组件，标准导管和下导管的内径相同，标准导管和下导管的管壁开设有若干个取样小孔。

3.根据权利要求2所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：泥沙搅拌机构包括搅拌筒、搅拌电机和支撑定位锥筒，搅拌筒竖向设置，搅拌筒上端和搅拌电机顶部均固定连接在支撑连接盘下表面，搅拌筒下端口设有防护滤网板，搅拌电机位于搅拌筒内，搅拌电机的主轴同轴线连接在搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌叶片，搅拌筒朝向支撑连接盘中心线的一侧开设有内外通透的弧形孔，支撑定位锥筒为下尖上粗的圆锥筒结构，支撑定位锥筒的中心线与支撑定位锥筒的中心线重合，支撑定位锥筒上端固定连接在若干个泥沙搅拌机构的防护滤网板内侧下表面，支撑定位锥筒上设有若干个透水孔。

4.根据权利要求2或3所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：深水取样装置包括左支架、右支架和取样卷扬机，左支架设置在左侧的船体上，右支架设置在右侧的船体上，左支架和右支架的上端设有位于所述间隙正上方的平台，取样卷扬机设置在平台上，取样卷扬机的取样钢丝绳牵拉端连接有沿标准导管和下导管内壁向上或向下移动的取样泵。

5.根据权利要求4所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：取样泵包括自上而下依次连接且同中心线设置的上泵盖、上圆筒泵壳、上环板、圆锥筒泵壳、下环板、下圆筒泵壳和下泵盖，上圆筒泵壳内同轴线设有上空心轴电机，上空心轴电机的空心轴同轴线固定连接有粗内螺旋管，下圆筒泵壳内同轴线设有下空心轴电机，下空心轴电机的空心轴同轴线固定连接有细内螺旋管，圆锥筒泵壳为上粗下细的圆锥筒结构，粗内螺旋管上端外圆通过第一轴承及第一密封圈与上泵盖内圆转动且密封连接，粗内螺旋管下端外圆通过第二轴承及第二密封圈与上环板内圆转动且密封连接，细内螺旋管上端外圆通过第三轴承及第三密封圈与下环板内圆转动且密封连接，细内螺旋管下端外圆通过第四轴承及第四密封圈与下泵盖内圆转动且密封连接，粗内螺旋管内壁设有上内螺旋叶片，细内螺旋管内壁设有下内螺旋叶片；上泵盖上表面沿圆周方向均匀设有四个吊环，上泵盖上表面设有与粗内螺旋管上端口连通的管接头；

上泵盖通过第一螺钉与上圆筒泵壳固定连接，上圆筒泵壳下端通过第二螺钉与上环板上表面外圆周固定连接，下环板下表面外圆通过第三螺钉与下圆筒泵壳上端固定连接，下泵盖上表面外圆通过第四螺钉与下圆筒泵壳下端固定连接，上环板内圆与圆锥筒泵壳上端焊接为一体，下环板内圆与圆锥筒泵壳下端焊接为一体。

6.根据权利要求5所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：上圆筒泵壳下部外圆和下圆筒泵壳上部外圆之间设有橡胶圈，橡胶圈的上端边缘向内水平折弯形成上垫圈被夹持在上圆筒泵壳下端面和上环板上端面之间，橡胶圈的下端边缘向内水平折弯形成下垫圈被夹持在下圆筒泵壳上端面和下环板下端面之间；

下环板和上环板之间设有四个用于驱动橡胶圈径向扩张的径向膨胀驱动机构；四个径向膨胀驱动机构沿圆锥筒泵壳的外圆周均匀布置，径向膨胀驱动机构包括设置在下环板上的支座，支座上水平设有电动推杆，电动推杆的轴向沿圆锥筒泵壳的径向方向设置，电动推杆的动力驱动端设有弧形推板，弧形推板的外圆沿橡胶圈的圆周方向与橡胶圈内圆表面贴合，弧形推板的外圆沿高度方向为中间向外凸出的弧面结构。

7.根据权利要求6所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：下泵盖下表面同轴线固定设有上下通透的限位筒，限位筒外圆开设有若干个抽吸小孔；

上圆筒泵壳和下圆筒泵壳的外圆均设有结构相同的滚动导向组件；上圆筒泵壳上的滚动导向组件包括圆环杆，圆环杆同轴线套在上圆筒泵壳外部，圆环杆内圆通过若干根短杆与上圆筒泵壳外圆固定连接，圆环杆上转动设有若干个滚轮，滚轮沿圆环杆的圆周方向均匀布置；

导向组件包括四根水平杆和一个中心导筒，其中两根水平杆的左端通过法兰螺栓组件固定连接在左侧船体的右侧面，另两根水平杆的右端通过法兰螺栓组件固定连接在右侧船体的左侧面，中心导筒的中心线沿竖向设置，左侧两根水平杆的右端均固定连接在中心导筒的外圆左侧表面，右侧两根水平杆的左端均固定连接在中心导筒的外圆右侧表面，中心导筒下端口为下粗上细的喇叭口导向结构；

下导管外圆固定设有可充气膨胀的胎囊。

8.根据权利要求7所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：步骤（3）中将垂直下放导向装置的活动部分沿垂直方向下放到水面下的具体过程为：

①、先将一节标准导管下端连接下导管上端，操控四个下放卷扬机使下放钢丝绳放松相同的长度，将四根下放钢丝绳的牵拉端连接支撑连接盘，然后将连接为一体的标准导管、下导管、支撑连接盘缓慢放到两个船体之间的水面下，使该节标准导管上端对准中心导筒下端口的喇叭口导向结构，操控四个下放卷扬机同时向上提升，使标准导管向上穿过中心导筒和管道定位夹持器，同时也检查四根下放钢丝绳的张紧度，确保四根下放钢丝绳同时牵拉支撑连接盘；

②、启动管道定位夹持器夹紧最下部一节标准导管，在最下部一节标准导管上螺纹连接上一节标准导管；

③、松开管道定位夹持器，同时启动四个下放卷扬机使下放钢丝绳同时下放，支撑连接盘和泥沙搅拌机构向下移动，标准导管沿中心导筒向下移动；

④、当第二节标准导管上端下移到邻近管道定位夹持器，停止四个下放卷扬机，启动管道定位夹持器夹紧第二节标准导管，在第二节标准导管上安装第三节标准导管；

⑤、重复步骤③和④，直到支撑定位锥筒扎入到水底的泥沙内。

9.根据权利要求8所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：步骤（4）的具体过程为：取样卷扬机的钢丝绳吊挂取样泵的上泵盖上的四个吊环，取样泵沿着标准导管内孔向下移动，上圆筒泵壳和下圆筒泵壳外圆的滚动导向组件的最大直径稍小于标准导管的孔径，圆环杆上的滚轮沿标准导管的内圆向下滑动，取样钢丝绳上标注有刻度，对下放的取样泵距离水面的深度进行监测。

10.根据权利要求9所述的水利工程用深水定点分层取样方法，其特征在于：步骤（5）的具体过程为：

A、取样泵在标准导管内自上而下进行取样，取样泵的上泵盖上表面上的管接头连接有抽水管，当取样泵下移到指定的取样深度时，启动取样泵内部的电动推杆，使电动推杆伸长，弧形推板驱动橡胶圈径向向外膨胀，使橡胶圈外圆顶压标准导管内圆，从而使取样泵固定到标准导管内部，在取样泵在抽水取样作业时，减轻取样钢丝绳对取样泵的牵拉力，确保取样泵在标准导管内稳定工作；

B、接着驱动取样泵的上空心轴电机和下空心轴电机，上空心轴电机驱动粗内螺旋管旋转，下空心轴电机驱动细内螺旋管旋转，上空心轴电机内壁的上内螺旋叶片也高速旋转，下空心轴电机内壁的下内螺旋叶片也高速旋转，下内螺旋叶片先将细内螺旋管下端口的水向上抽，在该取样深度的水由标准导管上的取样小孔进入到标准导管内，经圆锥筒泵壳进入到粗内螺旋管，上内螺旋叶片将水向上输送，并进一步增压，最后通过抽水管将取样水输送到该深度的取样箱内；

C、该深度的取样水抽取完成后，关闭上空心轴电机和下空心轴电机，电动推杆缩短，橡胶套脱离标准导管内圆，继续启动取样卷扬机，取样钢丝绳继续下放取样泵，到一定深度后停止，电动推杆伸长，驱动橡胶套固定到标准导管内壁，重复步骤B；

D、多次重复步骤C，对不同深度的水样进行取样；

E、最后取样泵下移到下导管内，直到下泵盖下表面的限位筒下端与支撑定位锥筒接触时，取样泵不再下移，此时下部的滚动导向组件还位于下导管内；

F、启动所有的搅拌电机，搅拌电机带动搅拌轴和搅拌叶片转动，搅拌叶片对水底的泥沙进行搅拌，同时重复步骤B，泥浆通过弧形孔、限位筒上的抽吸小孔和支撑定位锥筒上的透水孔进入到限位筒内，取样泵将搅拌后的泥浆抽到对应深度的取样箱内；

E、取样完成后，先操控取样卷扬机将取样泵向上提出，再操控四台下放卷扬机将标准导管逐节向上提，与管道定位夹持器配合，将标准导管取下，使用取样卷扬机的取样钢丝绳绑扎或连接最下部一节标准导管、支撑连接盘一起从导向组件的前侧或后侧向上提到船体上进行拆卸。

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