CN115403112A - 针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，包括过滤盘、转轴、滤泵和水下摄像头等，多个过滤盘依次叠加卡设在转轴上，并随转轴同步转动，沿过滤盘的圆周方向均匀设置有多个通孔，上下多个过滤盘的通孔相对应，且从上至下过滤盘的通孔内安装有孔径逐渐减小的滤膜，滤泵连接与通孔相对的连通管对海水进行抽滤，在最上方滤膜处设置有压力传感器。本方案通过一次布放可对不同层位的海水进行大体积原位抽滤，获取不同类型、不同粒径大小的悬浮颗粒物，同时通过水下摄像头对过滤的悬浮物浓度进行监控，并结合压力传感器有效保护滤膜的完整性，对于常规海洋环境地质调查与监测及海洋生态环境的综合研究具有重要的创新意义和实用价值。

Description

针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置

技术领域

本发明属于海水过滤技术领域，具体涉及一种针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置。

背景技术

海洋中的悬浮颗粒物主要指含生物残骸及壳体等的有机组份和含碎屑矿物及次生矿物等的无机组份，是海水的重要组成成分。海洋悬浮体的含量、传输及沉降过程不但会直接影响海洋生态环境，而且会深刻的改变海底地形及地貌特征。因此，如何快速、精准的采集海水中不同类型的悬浮颗粒物是开展现代海洋地质及海洋生态环境调查与研究的前提。

当前从海水中获取悬浮颗粒物主要遵循传统的物理海洋环境调查思路，主要通过以下两种方法进行采集：1)甲板采水抽滤：通过常规CTD采水器(Seabird 911plus)或者是海底锚系装置获取不同层位的海水，在实验室利用海水抽滤装置进行抽滤得到海水悬浮物；2)固定层位原位抽滤：通过原位抽滤采集设备(如Maclane大体积抽滤装置)在海水中的固定深度层位处进行抽滤获取海水悬浮物。当前来看，现有的获取海水悬浮物的方法存在一定的缺点和不足：

1)无法解决采集的悬浮物样品之间的交叉感染：这是由于常规的获取海水悬浮物主要是利用装有固定孔径的滤膜过滤器对海水进行过滤获取，因此不同类型、不同粒径的悬浮物都会混合在一起，造成样品间的交叉污染，无法满足后期的精细研究工作；

2)无法解决一次性布放获取不同海水层位中不同类型、不同粒径的悬浮物：无论是甲板采水抽滤亦或是固定层位原位抽滤都是通过多次布放回收获取海水中的悬浮物，这即费时又耗力；

3)在悬浮物浓度含量较高的河口及陆架区，利用传统的抽滤方法，仅抽取少量海水后滤膜器上的滤膜就会覆盖较厚的悬浮物，尤其采用水下原位装置抽滤时会导致滤膜器上的滤膜发生破裂，导致取样失败。

因此，当前亟需研制一种高效的海水大体积抽滤装置，获取海水中不同类型、不同粒级的悬浮颗粒物，以便为海洋环境调查与监测及后续的科学研究提供更加精准的基础材料。

发明内容

本发明针对现有抽滤设备只能针对固定层位悬浮体进行抽滤，且采集的悬浮物样品之间易交叉感染等缺陷，提出一种可针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，实现通过一次布放可对不同层位的海水进行原位抽滤，获取不同类型、不同粒径大小的悬浮颗粒物。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于，包括本体、顶板、过滤盘、固定台、电机、转轴和滤泵；顶板安装在本体的顶部，本体的侧面设置有多个漏水槽，所述过滤盘、固定台、电机、转轴和滤泵均设置在本体内；

所述电机安装在本体的底部，固定台位于电机的上方，转轴与电机的输出轴相连，多个过滤盘依次叠加卡设在转轴上，并在电机驱动下随转轴同步转动；

沿过滤盘的圆周方向均匀设置有多个通孔，上下多个过滤盘的通孔相对应，从上至下，通孔内安装有过滤孔径依次减小的滤膜，上下对应的通孔为一组采样通孔；最下面的过滤盘的下表面设置有限位凹槽，固定台上设置有与所述限位凹槽对应的限位凸块；且限位凹槽或限位凸块的数量与过滤盘上通孔的数量一致；

所述滤泵固定设置在本体的底部一侧，滤泵通过连通管向上延伸，并与过滤盘的某一通孔相对；切换不同层位水深时，通过电机驱动转轴带动过滤盘水平旋转，切换至下一组采样通孔进行过滤采样，且此时当前采样通孔与连通管相对，并且当前采样通孔位置再次受限位凹槽与限位凸块的限位。

进一步的，所述固定台内侧设置有内侧凹台，最下面的过滤盘与固定台之间还设置有下密封环，下密封环与固定台的内侧凹台之间设置有第二弹簧。

进一步的，所述最上面的过滤盘上设置有上限位环，上限位环通过第一弹簧与顶板连接。

进一步的，最上方过滤盘的通孔内安装的滤膜处还设置有压力传感器，压力传感器用以检测最上层滤膜的压力，该层颗粒粒径较大，易对最上方滤膜造成损害，通过压力传感器对滤膜压力进行检查，以有效保护滤膜免受损害。

进一步的，所述顶板上还设置有与连通管相对的水下摄像头，以观察悬浮体抽滤情况。

进一步的，所述连通管入水口处设置有密封圈，用以实现抽滤时连通管与最下面过滤盘的通孔之间的密封，且在第二弹簧作用下，实现对不同层位海水抽滤切换后的密封性。

进一步的，所述顶板的下表面设置有多个固定柱，固定柱的下方末端为向外凸起的卡扣，本体的顶部内侧壁上设置有与卡扣对应的固定槽，卡扣卡设在固定槽内实现顶板与本体的固定连接。

进一步的，为了增加顶板与本体的固定效果，在顶板上还设置有多个与固定柱平行的限位柱，本体的顶部设置有多个与固定柱对应的限位槽，通过限位柱与限位槽的配合，实现顶板与本体更好的固定。

进一步的，所述最下方过滤盘的通孔内安装有机玻璃容水瓶，有机玻璃容水瓶位于滤膜的下方，用以收集过滤后的溶解无机氮、磷等化合物，以用于营养盐和溶存气体含量分析。

进一步的，最上层过滤盘内安装的滤膜采用孔径较大的非金属过滤网，下面几层滤膜采用微米级别不同孔径的滤膜，以依次过滤更小粒径海水悬浮物。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明方案利用改进后的海水悬浮物分级采集装置，有效的避免传统方法耗时耗力及样品间交叉感染的弊端，通过多个过滤盘叠加设计，以获取不同类型、不同粒径大小的悬浮颗粒物，并在电机驱动下同步旋转，实现通过一次布放可对不同层位的海水进行原位抽滤，同时通过压力和光学微型相机对滤膜的悬浮物浓度进行监控，进而更加准确的控制水下抽滤的时间，不但节约电量还能保护了滤膜的完整性，该设计对于海洋环境地质调查与监测及海洋生态环境的综合研究具有重要的创新意义和实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例过滤装置的正视结构示意图；

图2为本发明实施例过滤装置的正面剖切示意图；

图3为图2中A处结构的放大示意图；

图4为图2中B处结构的放大示意图；

图5为本发明实施例本体、过滤盘、顶板、固定柱、水下摄像头、第一弹簧和上限位环的结构示意图；

图6为本发明实施例过滤装置的侧面剖切示意图；

图7为本发明实施例电机、离合筒、转轴、滤泵、连通管、固定台、限位凸块、第二弹簧、下密封环、滤膜和密封圈的正面分离结构示意图；

图8为本发明实施例电机、离合筒、转轴、滤泵、连通管、固定台、限位凸块、第二弹簧、下密封环、滤膜和密封圈的正面仰视分离结构示意图；

图9为本发明实施例四个过滤盘的结构示意图；

图10为本发明实施例容水瓶的立体结构示意图；

其中：1、本体；2、漏水槽；3、过滤盘；4、顶板；5、固定柱；51、限位柱；52、限位槽；6、水下摄像头；7、第一弹簧；8、电机；9、离合筒；10、转轴；11、滤泵；12、连通管；13、固定台；131、内侧凹台；14、限位凸块；15、第二弹簧；16、下密封环；17、限位凹槽；18、通孔；19、滤膜；20、固定槽；21、上限位环；22、压力传感器；23、密封圈；25、安装槽；26、容水瓶；261、橡胶圈；262、漏水孔。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。其中，“上下”等位置关系以图示方向为准，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

本实施例公开一种针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，通过一次下放即可获取不同层位海水中不同类型、不同粒级的悬浮颗粒物，如图1和图2所示，所述分层过滤装置包括本体1、顶板4、过滤盘3、固定台13、电机8、转轴10和滤泵11，顶板4卡设在本体1的顶部，所述过滤盘3、固定台13、电机8、转轴10和滤泵11均设置在本体1内，本体1的侧面设置有多个漏水槽2，电机8固定设置在本体1的底部，转轴10通过离合器9与电机8的输出轴相连，转轴10穿过固定台13以及过滤盘3的中心向上延伸，多个过滤盘3依次叠加卡设在转轴10上，并在电机驱动下随转轴10同步转动，沿过滤盘3的圆周方向均匀设置有多个通孔18(相邻通孔18之间的夹角α相等)，上下多个过滤盘3的通孔相对应，上下对应的通孔为一组采样通孔，滤泵11设置在本体1的底部，滤泵11通过连通管12向上延伸且连通管12的入水口与过滤盘3的某一通孔18相对，在连通管12的入水口处设置有密封圈23，密封圈23用以保证抽滤时，采样通孔及连通管12之间的密封性，最下面的过滤盘3与固定台13之间还设置有下密封环16，最上面的过滤盘3上设置有上限位环21，上限位环21通过第一弹簧7与顶板4连接；在下密封环16与固定台13的内侧凹台131之间还设置有第二弹簧15；最下面的过滤盘3的下表面上设置有限位凹槽17，固定台13上设置有与所述限位凹槽17对应的限位凸块14，且限位凹槽17或限位凸块14的数量与过滤盘3上通孔18的数量一致，以保证每旋转一定角度，对当前采样通孔进行限位，保证采样过滤的顺利进行。

在切换不同层位水深时，滤泵11及连通管12所在位置固定，通过电机8驱动转轴10带动过滤盘3旋转，切换至下一组采样通孔进行过滤采样，且此时当前采样通孔与连通管12相对，并且当前采样通孔位置同时受限位凹槽17与限位凸块14的限位，同理，进行下一层位过滤采样时，采用同样的方式通过电机8驱动转轴10带动过滤盘3旋转特定角度，使当前采样通孔与连通管12位置相对应即可。

如图7、图8和图9所示，多个过滤盘3依次卡接在转轴10的外表面，本实施例优选通孔18的数量为6个(可以根据需要设置4-8个，即可采集4-8个层位的水深悬浮体)，通孔18的孔径大小为150mm左右，从上至下，通孔18内安装的滤膜19的孔径依次减小，用于过滤不同直径的海水悬浮物。

本实施例中优选四个过滤盘，当然可以根据实际需要选择过滤盘的数量或孔径的大小，在此不做具体限定。比如，最上方一层的滤膜19采用孔径为2cm的非金属过滤网(如玻璃纤维、尼龙等)，用以过滤较大的动植物有机体残骸；第二层过滤盘3的通孔内安装63μm孔径的滤膜19，该层主要是过滤海水中石英、泥沙和碳酸盐等碎屑矿物；第三层过滤盘3的通孔内安装20-25μm孔径的滤膜19，该层主要是过滤海水中的细颗粒的黏土矿物等；第四层过滤盘3的通孔内安装0.45μm孔径的滤膜19，该层主要是过滤海水中的极微小细菌和病毒等，便于开展微生物学分析，其中，本实施例中，所述过滤盘采用可渗漏石英过滤盘。

另外，在顶板4上还设置有与连通管12相对的水下摄像头，以观察悬浮体抽滤情况；最上方过滤盘3的通孔18内安装的滤膜19处还设置有压力传感器22，压力传感器22用以检测最上层滤膜19的压力，孔径颗粒比较大，以免对最上方滤膜19造成损害。

根据需要可以在最下面过滤盘3的通孔18内安装有机玻璃容水瓶26，主要收集不同层位过滤后海水中溶解的化学组分，以用于营养盐和溶存气体等含量分析，如图2、4、10所示，有机玻璃容水瓶26外表面固定连接有橡胶圈261，橡胶圈261上设置有漏水孔262，橡胶圈261从每个通孔18的底部向上卡进通孔18的内部，利用被挤压后的橡胶圈261复位卡进安装槽25内部，完成对有机玻璃容水瓶26的安装和拆卸，漏水孔262则是提供水分向下通过的通道。

如图5和图6所示，所述顶板4的下表面设置有多个固定柱5，固定柱5的下方末端为向外凸起的卡扣(顶板4的上表面设置有多个吊环，吊装下放使用)，本体1的顶部内侧壁上设置有与卡扣对应的固定槽20，卡扣卡设在固定槽20内实现顶板4与本体1的固定连接；另外，继续参考图5，为了增加顶板4与本体1的固定效果，在顶板4上还设置有多个与固定柱5平行的限位柱51，本体1的顶部设置有多个与固定柱51对应的限位槽52，通过限位柱51与限位槽52的配合，实现顶板4与本体1更好的固定。

下面结合具体的工作原理对本发明进行详细的介绍：

首先，安装过滤盘，对过滤装置进行组装，并通过吊环下放指定深度；

在四个过滤盘3的通孔18内安装对应尺寸的滤膜19，最上面第一个过滤盘3的通孔18中安装的滤膜采用非金属过滤网，四个过滤盘3依次卡接在转轴10的外表面，使限位凸块14卡进限位凹槽17中，如图2所示，最下面的过滤盘3的底部与下密封环16限位接触，向下按压顶板4，上限位环21与最上方过滤盘3的顶部接触，在第一弹簧7的作用下，下密封环16被压缩，固定柱5卡接进入固定槽20的内部，并在第一弹簧7的回弹力作用下，实现对卡扣在固定槽20内的限位固定，完成过滤盘3的安装，将装置下放至海水中的指定深度，使海水通过漏水槽2迅速灌满本体1的内腔。

然后，对不同层位海水悬浮体进行采集；

(1)当过滤装置到达海水中预定工作深度时，连通管12对准其中一组通孔18进行抽滤，启动滤泵11并通过连通管12对海水进行抽吸，如图2所示，与连通管12竖直正对四个滤膜19，使得同一海水深度的不同直径海水悬浮体被过滤在四个滤膜19的顶部，工作人员可通过水下摄像头6观察最上方通孔18中的滤膜，用以观察悬浮物量是否足够达标，达标时可关闭滤泵11，该深度悬浮体采样完成；

(2)完整某一深度抽滤采样后，将过滤装置切换至下一采样深度，同时，启动电机驱动转轴带动过滤盘转动，切换至下一组采样通孔；

启动电机8并带动离合筒9和转轴10转动，转轴10转动的同时带动过滤盘3转动，在转动的过程中，最下面的过滤盘3由于限位凸块14和限位凹槽17的限位，限位凸块14逐渐离开限位凹槽17的内部，因此，过滤盘3的底部便被限位凸块14顶起，第二弹簧15由于过滤盘3的上移向上舒展一定程度并带动下密封环16始终与最下面的过滤盘3的底部保持限位接触，同时，上限位环21也被过滤盘3向上推动，第一弹簧7被压缩，此时，位于最下面的过滤盘3的底部与密封圈23不发生接触，直至过滤盘3转动60°后(因为本实施例优选6个通孔设置，相邻通孔之间的夹角为60度)，限位凸块14重新卡进限位凸块14的内部(这里，对于限位凹槽或限位凸块的作用主要是在切换不同采样通孔对不同层位海水进行抽滤采样时，考虑到密封圈23的设置，通过限位凸块在不与限位凹槽配合时对过滤盘起向上顶起的作用，保证过滤盘的顺利旋转，实现不同层位采样通孔的顺利切换，并同时保证切换后抽滤的密封性，具体也可采用其他形式设置，比如，改变限位凹槽或限位凸块的相互位置，或者是采用其他形式的限位结构)，过滤盘3向下复位，使得与密封圈23正对着的通孔18与密封圈23重新保持密封接触；再次打开滤泵11进行步骤(1)所述抽滤采样；

同理，依次完整多组不同层位深度的海水悬浮体的过滤。

最后，在采集完所有深度的海水悬浮体后，将装置拉回地面，对两个左右分布的固定柱5向内侧施压，使固定柱5底部的外侧挂钩逐渐脱离与固定槽20内壁顶部接触，在第一弹簧7的作用下，带动顶板4和固定柱5向上移动并完成拆卸，然后将过滤盘3依次拿出来，提取过滤到的海水悬浮体。

综上可知，本方案通过设置第一弹簧7、上限位环21、固定台13、限位凸块14、第二弹簧15和下密封环16实现提高过滤精度的目的，通过设置有电机8带动转轴10发生转动，其中，转轴10外表面的左右两端分别设有相同的凸起，通过与凸起适配的离合筒9顶部的凹槽完成转轴10在自由转动的功能，然后带动四个过滤盘3同步转动60°，在转动的过程中，通过设置有限位凸块14与其适配的限位凹槽17，在过滤盘3转动的过程中将过滤盘3整体往上顶起，使转动中的过滤盘3的底部不与连通管12顶部的密封圈23发生挤压摩擦式损伤，同时，通过设置有第二弹簧15在过滤盘3上移的过程中带动下密封环16始终对位于最下面的过滤盘3的底部进行密封挤压，使未与连通管12竖直正对的通孔18被上限位环21和下密封环16上下两个方向进行全方位密封防护，避免海水对已过滤提取的海水悬浮体产生提取精度的影响，提高了装置的过滤精度。

通过设置有固定柱5、第一弹簧7和上限位环21实现对过滤盘3的快速拆卸功能，通过设置有两个左右分布的固定柱5利用与本体1顶部内侧边缘处施压，使得固定柱5在安装无需任何外力便能卡进固定槽20的内部，然后通过被压缩的第一弹簧7向上对顶板4的底部施压，带动固定柱5向上移动并与固定槽20卡接，完成快速安装，同时，也能通过向内侧按压固定柱5使其发生向内侧方向的弯曲形变，然后迅速脱离固定槽20的内部，最终在第一弹簧7的作用下完成拆卸，从而实现了过滤盘3的快速拆装，提高了海水悬浮体在过滤后的提取效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于，包括本体(1)、顶板(4)、过滤盘(3)、固定台(13)、电机(8)、转轴(10)和滤泵(11)；所述顶板(4)安装在本体(1)的顶部，本体(1)的侧面设置有多个漏水槽(2)，过滤盘(3)、固定台(13)、电机(8)、转轴(10)和滤泵(11)均设置在本体(1)内；

所述电机(8)安装在本体(1)的底部，固定台(13)位于电机(8)的上方，转轴(10)与电机(8)的输出轴相连，多个过滤盘(3)依次叠加卡设在转轴(10)上，并在电机(8)驱动下随转轴(10)同步转动；

沿过滤盘(3)的圆周方向均匀设置有多个通孔(18)，上下多个过滤盘(3)的通孔(18)相对应，从上至下，通孔(18)内安装有过滤孔径依次减小的滤膜(19)，上下对应的通孔(18)为一组采样通孔；最下面的过滤盘(3)的下表面设置有限位凹槽(17)，固定台(13)上设置有与所述限位凹槽(17)对应的限位凸块(14)；且限位凹槽(17)的数量与过滤盘(3)上通孔(18)的数量一致；

所述滤泵(11)固定设置在本体(1)的底部一侧，滤泵(11)通过连通管(12)向上延伸，并与过滤盘(3)的某一组采样通孔相对；切换不同层位水深时，通过电机(8)驱动转轴(10)带动过滤盘(3)旋转，切换至下一组采样通孔进行过滤采样，且此时当前采样通孔与连通管(12)相对，并且当前采样通孔位置再次受限位凹槽(17)与限位凸块(14)的限位。

2.根据权利要求1所述的针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于：所述固定台(13)内侧设置有内侧凹台(131)，最下面的过滤盘(3)与固定台(13)之间还设置有下密封环(16)，下密封环(16)与固定台(13)的内侧凹台(131)之间设置有第二弹簧(15)。

3.根据权利要求1所述的针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于：所述最上面的过滤盘(3)上设置有上限位环(21)，上限位环(21)通过第一弹簧(7)与顶板(4)连接。

4.根据权利要求1所述的针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于：最上方过滤盘(3)上安装的滤膜(19)处还设置有压力传感器(22)，压力传感器(22)用以检测最上方滤膜(19)的压力。

5.根据权利要求4所述的针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于：所述顶板(4)上还设置有与连通管(12)相对的水下摄像头(6)。

6.根据权利要求2所述的针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于：所述连通管(12)入水口处设置有密封圈(23)，以实现抽滤时连通管(12)与最下面过滤盘(3)的通孔(18)之间的密封。

7.根据权利要求1所述的针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于：所述最下方过滤盘(3)的通孔(18)内安装有机玻璃容水瓶(26)，有机玻璃容水瓶(26)位于滤膜(19)的下方。

8.根据权利要求3所述的针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于：所述顶板(4)的下表面设置有多个固定柱(5)，固定柱(5)的下方末端为向外凸起的卡扣，本体(1)的顶部内侧壁上设置有与卡扣对应的固定槽(20)，卡扣卡设在固定槽(20)内实现顶板(4)与本体(1)的固定连接。

9.根据权利要求8所述的针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置，其特征在于：所述顶板(4)上还设置有多个与固定柱(5)平行的限位柱(51)，本体(1)的顶部设置有多个与固定柱(51)对应的限位槽(52)。

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