CN1554934A - 一种手持式深海热液保真采样器 - Google Patents

Abstract

本发明的手持式深海热液保真采样器包括固定成一体的控制腔、采样筒、蓄能器和电路腔，在控制腔设有吸水管和卸压口，轴向有弹簧、锥阀、控制阀芯和一端露于腔体外并绕有ICL线圈的采样触发螺钉，采样筒内装有活塞和活塞杆，其通过单向阀与控制腔连通，蓄能器有一路经单向阀直接通海水，另有一路经单向阀、截止阀与采样筒相连通，电路腔上装有用于探测热液温度的热液探头，腔内电路板的信号输出端与ICL线圈相连。该保真采样器利用载人深潜器机械手上的触发缸触发采样。它强度高、重量轻、既保压又保温，其最大采样深度可达水下7000米，最高保持压力为70MPa，可直接对温度高达400℃的深海热液进行采样，大大扩大了保真采样器的适用范围。

Description

一种手持式深海热液保真采样器

                          技术领域

本发明涉及一种手持式深海热液保真采样器，具体说是采用压力自补偿技术实现深海热液保真采样的装置。

                          背景技术

当前在海洋资源探测工作中，国际海洋界已经开展了对深海热液采样技术的研究。但国内外目前已有的采样器既不保温也不保压，所采集到的热液样品因温度、压力、光照等条件的变化，其原始成分与状态已发生变化，不能为科学家提供热液的原位信息。

                          发明内容

本发明的目的是提供一种适合于深海热液采集的手持式深海热液保真采样器。

本发明的手持式深海热液保真采样器包括由前固定板和后固定板固定成一体的控制腔、采样筒、蓄能器和电路腔，在前固定板和后固定板间固定有夹持手柄，在控制腔的壳体上设有吸水管和卸压口，在控制腔内部的轴向从前固定板至后固定板依次装有第一弹簧、锥阀、第二弹簧、控制阀芯和采样触发螺钉，采样触发螺钉的一端露于壳体外并绕有电磁耦合(ICL)线圈，在控制腔壳体上设有由锥阀控制启闭的管道，该管道与采样筒相连通，在管道上安装有控制采样筒中的采样热液不会倒流出去的第一单向阀，在采样筒靠近前固定板的一端装有第一截止阀，另一端的筒壁上装有第二截止阀，采样筒内装有活塞和活塞杆，活塞杆一端伸出采样筒与套筒相连，在套筒上设有使活塞杆返回动作的拉簧，在筒壁的径向设有垂直于活塞杆滑动的止口销，活塞杆的径向有与止口销相配的凹槽，蓄能器的出口端分三路，其中一路安装有压力表，另一路接第二单向阀的出口端，第二单向阀的入口端直接通海水，第三路与第三单向阀的入口端相连，第三单向阀的出口端与第三截止阀一端相连，第三截止阀的另一端与溢流阀、毛细管和第一单向阀的连接处相连，毛细管的另一端与采样筒相连通，电路腔上装有用于探测热液温度的热液探头，电路腔内置有电路板，电路板的信号输出端与ICL线圈相连。

为了提高保真采样器的强度、耐腐蚀性、耐高压性、耐高温性、减轻重量，上述的控制腔、采样筒、电路腔、前固定板、后固定板、夹持手柄、锥阀、控制阀芯、拉杆、活塞杆和活塞可选择TC4钛合金制成。在需要耐高温高压处的密封材料选择碳化硅等耐高温的密封材料。

为进一步提高采样筒的保温性，通常，在采样筒的外壁涂氧化锆陶瓷隔热涂层。

本发明的手持式深海热液保真采样器不需要深潜器提供电源或其他动力源，利用载人深潜器机械手上的触发缸触发采样。该保真采样器利用蓄能器的压力自补偿，可实现采样过程中压力基本保持不变。通过在保真采样筒外壁涂隔热涂层可实现该保真采样筒的被动保温。克服了当前现有的热液采样器既不能保压又不能保温的缺点，其最大采样深度可达水下7000米(最高保持压力为70MPa)，可直接对温度高达400℃的深海热液进行采样，这大大扩大了该保真采样器的适用范围。

                         附图说明

图1是手持式深海热液保真采样器的构成原理图；

图2是手持式深海热液保真采样器一种具体结构示意图。

                       具体实施方式

以下结合原理图1及结构示意图2进一步说明本发明。

参照附图，手持式深海热液保真采样器包括由前固定板6和后固定板2固定成一体的控制腔24、采样筒16、蓄能器4和电路腔3。在前固定板6和后固定板2间固定有夹持手柄23，便于深潜器上机械手的夹持与操作。在控制腔24的壳体上设有吸水管19和卸压口21，在控制腔24内部的轴向从前固定板6至后固定板2依次装有第一弹簧18、锥阀20、第二弹簧22、控制阀芯25和采样触发螺钉27，采样触发螺钉27的一端露于壳体外，以便于深潜器机械手上触发缸触发启动采样，在采样触发螺钉27上绕有ICL线圈26，在控制腔24壳体上设有由锥阀20控制启闭的管道17。在触发螺钉27未被触发时，管道17被锥阀20的阀芯左端挡住而关闭，使得由吸水管19吸取的液体由卸压口21排出，当触发螺钉27被触发推动锥阀20左移时，管道17打开而与吸水管19相通，而原来与吸水管19相通的卸压口21被左移的锥阀20的右部阀芯挡住关闭。该管道17与采样筒16相连通，在管道17上安装有使得采样筒中采取的热液不会从吸水管19倒流出去的第一单向阀14。在采样筒16靠近前固定板6的一端装有第一截止阀15，另一端的筒壁上装有第二截止阀34，筒体内依次装有活塞33和活塞杆32，图例中，活塞杆32伸出采样筒16的一端，置入套筒30内，与套筒相连，套筒30上设有拉簧31，利用该拉簧可使活塞杆32返回动作，在筒壁的径向设有垂直于活塞杆32滑动的止口销28，活塞杆32的径向有与止口销28相配的凹槽29。当触发螺钉27被触发后，控制阀芯25和锥阀20左移，止口销28上弹，采样筒16内的活塞33在拉簧31的作用下右移，使得采样筒可以采集热液。而在未采样时，止口销28固定于控制阀芯25和活塞杆32之间，起限位固定作用，使得活塞33、活塞杆32不能移动。蓄能器4的出口端分三路，其中一路安装有压力表9，另一路与第二单向阀8的出口端相连，第二单向阀8的入口端直接通海水，第三路与第三单向阀10的入口端相连，第三单向阀10的出口端与第三截止阀11一端相连，第三截止阀11的另一端与溢流阀12、毛细管13和第一单向阀14的连接处相连，毛细管13的另一端与采样筒16相连通，以便于蓄能器4沿着毛细管13对采样筒16中的热液进行补压。电路腔3上装有用于探测热液温度的热液探头7，电路腔3内置有电路板5，该电路板5可采用通用的温度检测电路板，电路板5的信号输出端从水密接插件1伸出，通过缆线连接在触发螺钉27右端的ICL线圈26上。

本发明采样器的工作原理如下：

在船上时，手持式深海热液保真采样器置于深潜器的采样篮中，此时活塞33在采样筒16的最左端位置，拉簧31处于被压缩状态，控制腔24上的触发螺钉27未被触发，管道17被锥阀20左端阀芯挡住而关闭，当深潜器下潜到海水中一定深度、海水压力大于蓄能器4的预压力时，连接于蓄能器4上的第二单向阀8打开，对蓄能器4进行冲压，达到海底压力。此时，采样筒16左边的第一截止阀15是打开的，采样筒上的第二截止阀34是关闭的。到海底时，机械手伸出，将采样器的吸水管19和热液探头7对准热液的喷口，机械手手臂上的触发液压缸对准采样触发螺钉27，在触发螺钉27动作之前，从吸水管19进入控制腔的热液从卸压口21排放掉。电路板5的温度输出信号通过ICL传送给深潜器，当热液探头7测得热液温度超过预设值时，深潜器发出指令，机械手臂上的触发液压缸顶出触发螺钉27，其结果是产生了两个动作：一是锥阀20向左移动，卸压口21关闭，此时热液通过吸水管19、管道17和第一单向阀14进入采样筒16中；二是起限位作用的止口销28上弹，活塞33在拉簧31的作用下迅速右移，将热液样品吸入采样筒16中。采样结束时，机械手手臂上的触发液压缸缩回，控制腔24中的阀芯25和锥阀20又回到初始位置。当采样筒16中的热液压力有所降低时，第一单向阀14关闭，以防液体泄漏，蓄能器4上的第三单向阀10打开，给采样筒16补压，以保证采样筒中热液压力不会下降很多，溢流阀12在补压过程中起卸荷保护作用。当上船后取样品时，关闭第一截止阀15和第三截止阀11，卸掉蓄能器4和电路腔3等部分，将分析装置连接于第一截止阀15上，打开第一截止阀15，将泵接于采样筒另一端的第二截止阀34上，打开第二截止阀34并用泵加压就可取出样品。

Claims (4)

1.一种手持式深海热液保真采样器，其特征在于它包括由前固定板(6)和后固定板(2)固定成一体的控制腔(24)、采样筒(16)、蓄能器(4)和电路腔(3)，在前固定板(6)和后固定板(2)间固定有夹持手柄(23)，在控制腔(24)的壳体上设有吸水管(19)和卸压口(21)，在控制腔(24)内部的轴向从前固定板(6)至后固定板(2)依次装有第一弹簧(18)、锥阀(20)、第二弹簧(22)、控制阀芯(25)和采样触发螺钉(27)，采样触发螺钉(27)的一端露于壳体外并绕有电磁耦合线圈(26)，在控制腔(24)壳体上设有由锥阀(20)控制启闭的管道(17)，该管道(17)与采样筒(16)相连通，在管道(17)上安装有控制采样筒中的采样热液不会倒流出去的第一单向阀(14)，在采样筒(16)靠近前固定板(6)的一端装有第一截止阀(15)，另一端的筒壁上装有第二截止阀(34)，采样筒内装有活塞(33)和活塞杆(32)，活塞杆(32)一端伸出采样筒(16)与套筒(30)相连，在套筒(30)上设有使活塞杆(32)返回动作的拉簧(31)，在筒壁的径向设有垂直于活塞杆(32)滑动的止口销(28)，活塞杆(32)的径向有与止口销(28)相配的凹槽(29)，蓄能器(4)的出口端分三路，其中一路安装有压力表(9)，另一路接第二单向阀(8)的出口端，第二单向阀(8)的入口端直接通海水，第三路与第三单向阀(10)的入口端相连，第三单向阀(10)的出口端与第三截止阀(11)一端相连，第三截止阀(11)的另一端与溢流阀(12)、毛细管(13)和第一单向阀(14)的连接处相连，毛细管(13)的另一端与采样筒(16)相连通，电路腔(3)上装有用于探测热液温度的热液探头(7)，电路腔(3)内置有电路板(5)，电路板(5)的信号输出端与ICL线圈(26)相连。

2.根据权利要求1所述的手持式深海热液保真采样器，其特征是所说的后固定板(2)、电路腔(3)、前固定板(6)、采样筒(16)、锥阀(20)、夹持手柄(23)、控制腔(24)、控制阀芯(25)、活塞杆(32)和活塞(33)均用TC4钛合金制成。

3.根据权利要求1所述的手持式深海热液保真采样器，其特征是在采样筒(16)的外壁涂有氧化锆陶瓷涂层。

4.根据权利要求1所述的手持式深海热液保真采样器，其特征是在电路腔(3)的导线引出端为水密接插件(1)。