CN114451365B - 基于深海潜水器的推杆密封式宏生物诱捕保压取样器 - Google Patents

基于深海潜水器的推杆密封式宏生物诱捕保压取样器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及深海生物保压取样装置，旨在提供一种基于深海潜水器的推杆密封式宏生物诱捕保压取样器。该取样器包括中空的保压筒体；在保压筒体相对的两个侧壁上分别设有开孔，一根能沿轴向位移的圆筒形取样推杆贯穿设于两个开孔中；在取样推杆的两端分别设有限位端盖，在靠近其底部限位端盖的位置设有长形槽孔，在其顶部限位端盖上装有把手；在保压筒体的至少一个开孔处设有锁紧装置，在与锁紧装置同侧的限位端盖上设有锁紧部位，两者组配用于限定取样推杆的轴向位移，并以取样推杆封堵住保压筒体的两个开孔使其内腔被密封。密封机构重量小、操作简便、能定点准确采样；减小了机械手操作难度，可避免非采样深度的生物在下放过程中进入取样器内部。

Description

基于深海潜水器的推杆密封式宏生物诱捕保压取样器
技术领域
本发明涉及深海生物保压取样装置，特别涉及一种基于深海潜水器机械手操作的推杆密封式的宏生物诱捕保压取样器。
背景技术
目前在深海环境获取深渊宏生物样品，大多数的取样方法都是非保真的。此种方式会导致大多数生物被回收至海面后由于温压环境的变化遭到严重的破坏，无法进行下一步生物活体的观测和研究。
也有少数可以获取原位压力下深渊宏生物样品的保压取样器，但基本都是利用采样口的大口径的球阀或者蝶阀形成密封。这导致设备重量大、操作复杂，且其开口布放方式很容易使得非目标取样点的生物进入取样器中，导致无效采样。
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，提供一种基于深海潜水器的推杆密封式宏生物诱捕保压取样器。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种基于深海潜水器的推杆密封式宏生物诱捕保压取样器，包括中空的保压筒体；在保压筒体相对的两个侧壁上分别设有开孔，一根能沿轴向位移的圆筒形取样推杆贯穿设于两个开孔中；在取样推杆的两端分别设有限位端盖，在靠近其底部限位端盖的位置设有长形槽孔，在其顶部限位端盖上装有把手；在保压筒体的至少一个开孔处设有锁紧装置，在与锁紧装置同侧的限位端盖上设有锁紧部位，两者组配用于限定取样推杆的轴向位移，并以取样推杆封堵住保压筒体的两个开孔使其内腔被密封。
作为本发明的优选方案，所述取样推杆的长形槽孔的开孔位置或长度应满足以下至少一个条件；(1)如以顶部限位端盖上的锁紧部位与锁紧装置组配，长形槽孔与顶部限位端盖之间的距离应大于保压筒体两个开孔之间的距离；(2)如以底部限位端盖上的锁紧部位与锁紧装置组配，长形槽孔的长度应小于保压筒体两个开孔之间的距离。
作为本发明的优选方案，保压筒体上的开孔至少有两对，每对开孔中设有一根取样推杆。
作为本发明的优选方案，所述取样推杆与保压筒体的开孔之间为密封配合；在开孔的周向设有开槽，槽中装有O形密封圈。
作为本发明的优选方案，所述把手为T形把手，其竖向杆件的底部固定在顶部限位端盖的表面中央。
作为本发明的优选方案，所述锁紧装置是沿保压筒体上开孔周向设置的环形的锁紧卡盘，取样推杆活动装配于其中；在锁紧卡盘的侧缘上均匀布置至少3组卡槽，开槽与锁紧卡盘的外表面之间设斜向的导向口；所述锁紧部位是限位插销，其数量、尺寸和位置与导向口及卡槽匹配。
作为本发明的优选方案，所述锁紧部位设于限位端盖的侧缘，限位端盖的尺寸略小于锁紧卡盘的内径；当锁紧卡盘与锁紧部位组配后，限位端盖位于锁紧卡盘内侧。
作为本发明的优选方案，所述锁紧装置是设于保压筒体上开孔处的能自解锁的卡扣结构，所述锁紧部位是与其配合的卡扣组件。
作为本发明的优选方案，所述长形槽孔是非贯通开槽或贯通开孔，其数量为1-5个；当数量大于1个时，沿取样推杆的周向均匀布置。
作为本发明的优选方案，所述保压筒体具有下述至少一项特征：(1)保压筒体呈立方体或圆筒形结构；(2)保压筒体上设有端盖，并以螺钉实现固定；(3)保压筒体上设有观察窗，以螺钉将带孔盖板和蓝宝石玻璃依次固定在开孔上构成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提出闭口布放、推杆密封的宏生物诱捕保压取样器，与传统技术相比，具有密封机构重量小、操作简便、能定点准确采样等优点。
(2)传统深海宏生物捕获装置通常通过机械抓手抓取或者泵吸容易对生物造成伤害，且不能够实现保压获取。本发明通过轴线运动的取样推杆不仅可以完成大生物的无外力二次伤害的获取，还能够提供一个封闭的腔体来实现大生物的保压取样。
(3)本发明的取样推杆通过限位装置只能沿轴线往复直线运动和绕轴线旋转运动，减小了水下深海潜水器机械手的操作难度。
(4)取样装置整体在未到达采样深度前为密封状态，可以避免非采样深度的生物在装置下放过程中进入取样器内部。
(5)取样推杆式密封机构在内压条件下受力平衡，避免了大口径高压阀体如球阀、蝶阀等机构的设计，简化装置结构，减轻重量，方便海上部署。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是锁紧卡盘及限位插销示意图；
图3是取样前装置剖面示意图；
图4是取样时装置剖面示意图；
图5是取样后装置整体示意图。
图中：1保压筒端盖；2保压筒体；3取样推杆；4限位插销；5顶部限位端盖；6T型把手；7蓝宝石玻璃；8盖板；9长形槽孔；10底部限位端盖；11锁紧卡盘；12导向口；13卡槽；14密封圈一；15密封圈二。
具体实施方式
本申请中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本发明所述基于深海潜水器的推杆密封式宏生物诱捕保压取样器，包括中空的保压筒体2；保压筒体具有下述至少一项特征：(1)保压筒体2呈立方体(如图1所示)或圆筒形结构；(2)保压筒体2上设有保压筒端盖1，并以螺钉实现固定；(3)保压筒体上设有观察窗，是以螺钉将带孔的盖板8和蓝宝石玻璃7依次固定在开孔上构成。
在保压筒体2相对的两个侧壁上分别设有开孔，能沿轴向位移的圆筒形取样推杆3贯穿设于两个开孔中；保压筒体2上的开孔可设一对或多对，每对开孔中设有一根取样推杆3。取样推杆3与开孔之间为密封配合，在开孔的周向设有开槽，槽中装有O形的密封圈一14和密封圈二15(O型密封圈也可以安装在取样推杆3上，如图3所示)。
在取样推杆3的两端分别设有限位端盖，在靠近其底部限位端盖10的位置设有长形槽孔9，长形槽孔9可选是非贯通开槽或贯通开孔(如图所示)，其数量为1-5个；当数量大于1个时，沿取样推杆3的周向均匀布置。在顶部限位端盖5上装有把手；所述把手可选为T形把手6，其竖向杆件的底部固定在顶部限位端盖5的表面中央。
在保压筒体2的至少一个开孔处设有锁紧装置，在与锁紧装置同侧的限位端盖上设有锁紧部位，两者组配用于限定取样推杆3的轴向位移，并以取样推杆3封堵住保压筒体1的两个开孔使其内腔被密封。取样推杆3的长形槽孔9的开孔位置或长度应满足以下至少一个条件；(1)如以顶部限位端盖5上的锁紧部位与锁紧装置组配，长形槽孔9与顶部限位端盖5之间的距离应大于保压筒体1上两个开孔之间的距离；(2)如以底部限位端盖10上的锁紧部位与锁紧装置组配，长形槽孔9的长度应小于保压筒体3上两个开孔之间的距离。
锁紧装置可选是沿保压筒体2上的开孔周向设置的环形的锁紧卡盘11，取样推杆3活动装配于其中；在锁紧卡盘11的侧缘上均匀布置至少3组卡槽13，开槽13与锁紧卡盘11的外表面之间设斜向的导向口12；锁紧部位可选是限位插销4，其数量、尺寸和位置与导向口12及卡槽13匹配。锁紧部位设于限位端盖的侧缘，限位端盖的尺寸略小于锁紧卡盘11的内径；当锁紧卡盘11与锁紧部位组配后，限位端盖位于锁紧卡盘11内侧。或者，所述锁紧装置可选是设于保压筒体2上开孔处的能自解锁的卡扣结构，所述锁紧部位是与其配合的卡扣组件。
以上结构中，观察窗的蓝宝石玻璃7通过O型密封圈、盖板8、螺钉与保压筒体2之间实现端面密封及连接；保压筒端盖1与保压筒体2之间通过O型密封圈及螺钉实现密封及连接。锁紧卡盘11为限位装置，通过螺钉与保压筒体2固定连接，每个锁紧卡盘11上2开有方便限位插销4进入卡槽13的导向口12，卡槽13用来约束取样推杆3上的限位插销4，从而约束取样推杆3的轴向位移。
取样推杆3可选地设计为一段中空且侧壁开有长形槽孔9，当取样推杆3位移至保压筒体2适当位置时，海底生物可以长形槽孔9和保压筒体2开孔为通道进入保压筒的内腔。取样推杆3的另一段为实心结构，可选在保压筒体2侧壁两处开孔安装O型密封圈实现径向密封。取样推杆3的两端分别为底部限位端盖10及顶部限位端盖5，底部限位端盖10可选为环形板，且通过螺钉与取样推杆3连接，顶部限位端盖5与取样推杆3可以加工为整体；限位插销4通过螺钉等间距固定在顶部限位端盖5的侧壁，限位插销4通过与锁紧卡盘11配合实现取样推杆3轴向位移的约束；T型把手6通过螺纹固定在顶部限位端盖5的中轴位置。利用深海潜水器的机械手可以抓持T型把手6，实现取样推杆3的轴向位移及绕轴线旋转运动。
如图1所示，该取样器包括保压筒，以及安装保压筒体2上的两套相同的取样推杆3。每个锁紧卡盘11上开有四个导向口12和四个卡槽13，顶部限位端盖5的侧壁上，四个限位插销4通过螺钉等间距地固定在顶部限位端盖5侧壁上，限位插销4与锁紧卡盘11配合，用来约束取样推杆3的轴向位移。如图3所示，在取样推杆3侧壁上安装两处O型密封圈(密封圈一14、密封圈二15)，用于与保压筒体2的开孔之间实现径向密封。
保压筒体2的密封方式有两种方式可选，例如可以分别在保压筒体2的两个开孔处设锁紧卡盘11，分别利用顶部限位端盖5和底部限位端盖10上的限位插销4进行组配。如图4中所示，可以在底部限位端盖10上设置限位插销4与锁紧卡盘11组配，此时长形槽孔9的长度小于保压筒体3上两个开孔之间的距离，以保证密封。或者，如图5中所示，以顶部限位端盖5上的限位插销4与锁紧卡盘11组配，此时长形槽孔9与顶部限位端盖5之间的距离应大于保压筒体1上两个开孔之间的距离，以保证密封。
本发明的使用过程示例如下：
如图3所示，在取样器下水前以人工操作的方式，通过T型把手6将取样推杆3插入保压筒2中。该过程中，逆时针旋转T型把手6使取样推杆3上的限位插销4通过锁紧卡盘11上的导向口12进入卡槽13中，对取样推杆3进行轴向位移约束(如图2所示)。此时，取样推杆3侧壁上的两处O型密封圈(密封圈一14、密封圈二15)与保压筒实现径向密封。这样可以保证装置在下水过程中的密封，避免非采样深度的生物进入取样装置内部。
装置达到指定采样深度后，利用深海潜水器上机械手抓持T型把手6，顺时针旋转将限位插销4从卡槽13中脱扣。由于取样推杆3在轴向方向没有约束且没有内外压差引起的轴向力的作用，取样推杆3能够被机械手拉到指定位置。将取样推杆3从保压筒体2中抽出一定距离，使取样推杆3上的长形槽孔9部分地进入保压筒体2中。此时保压筒体2通过其侧壁开孔和长形槽孔9和底部限位端盖10上的开孔与外部海水连通，取样水深的生物利用该通道可进入保压筒体2内部。深海潜水器上的摄像头可通过观察窗7观察生物进入情况。
完成生物取样后，机械手抓持T型把手6将取样推杆3推入保压筒2中(如图5所示)。该过程中，取样推杆3上的限位插销4通过锁紧卡盘11上的导向口12进入卡槽13中，并逆时针旋转T型把手6将取样推杆3的轴向位移约束(如图2所示)。此时，取样推杆3侧壁上的两处O型密封圈(密封圈一14、密封圈二15)与保压筒实现径向密封，以此实现装置在回收过程中的密封保压。
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，还可以有很多变形。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 (8)

1.一种基于深海潜水器的推杆密封式宏生物诱捕保压取样器，包括中空的保压筒体；其特征在于，在保压筒体相对的两个侧壁上分别设有开孔，一根能沿轴向位移的圆筒形取样推杆贯穿设于两个开孔中；
在取样推杆的两端分别设有限位端盖，在靠近其底部限位端盖的位置设有长形槽孔，在其顶部限位端盖上装有把手；
取样推杆的长形槽孔的开孔位置或长度应满足以下至少一个条件；
（1）如以顶部限位端盖上的锁紧部位与锁紧装置组配，长形槽孔与顶部限位端盖之间的距离应大于保压筒体两个开孔之间的距离；
（2）如以底部限位端盖上的锁紧部位与锁紧装置组配，长形槽孔的长度应小于保压筒体两个开孔之间的距离；
在保压筒体的至少一个开孔处设有锁紧装置，在与锁紧装置同侧的限位端盖上设有锁紧部位，两者组配用于限定取样推杆的轴向位移，并以取样推杆封堵住保压筒体的两个开孔使其内腔被密封；
所述锁紧装置是沿保压筒体上开孔周向设置的环形的锁紧卡盘，取样推杆活动装配于其中；在锁紧卡盘的侧缘上均匀布置至少3组卡槽，开槽与锁紧卡盘的外表面之间设斜向的导向口；所述锁紧部位是限位插销，其数量、尺寸和位置与导向口及卡槽匹配。
2.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，保压筒体上的开孔至少有两对，每对开孔中设有一根取样推杆。
3.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，所述取样推杆与保压筒体的开孔之间为密封配合；在开孔的周向设有开槽，槽中装有O形密封圈。
4.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，所述把手为T形把手，其竖向杆件的底部固定在顶部限位端盖的表面中央。
5.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，所述锁紧部位设于限位端盖的侧缘，限位端盖的尺寸略小于锁紧卡盘的内径；当锁紧卡盘与锁紧部位组配后，限位端盖位于锁紧卡盘内侧。
6.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，所述锁紧装置是设于保压筒体上开孔处的能自解锁的卡扣结构，所述锁紧部位是与其配合的卡扣组件。
7.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，所述长形槽孔是非贯通开槽或贯通开孔，其数量为1-5个；当数量大于1个时，沿取样推杆的周向均匀布置。
8.根据权利要求1至7任意一项中所述的取样器，其特征在于，所述保压筒体具有下述至少一项特征：
（1）保压筒体呈立方体或圆筒形结构；
（2）保压筒体上设有端盖，并以螺钉实现固定；
（3）保压筒体上设有观察窗，是以螺钉将带孔盖板和蓝宝石玻璃依次固定在开孔上构成。
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