CN203824784U - 一种水下振动取样装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水下振动取样装置，包括：振动头、取样管、支撑座、弹簧电缆、承载电缆、活塞、逆向终止部件、切削部件，取样管为中空管状，振动头固定于取样管顶部，支撑座自上而下套在取样管外部，能够沿着取样管外壁上下移动，逆向终止部件固定于取样管的底部，切削部件与逆向终止部件固定相连，切削部件为中空结构，活塞位于取样管内部，能够在管内上下移动，承载电缆的分别与活塞的上端及承载船相连；弹簧电缆安装在取样管的内部，分别与振动头及活塞连接。本实用新型克服了传统取样装置结构复杂、操作繁琐、对协同作业船只要求高等缺点，能够提高取样的效率，降低作业的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种水下振动取样装置。
背景技术
海底取样主要是对海底沉积物或土层的取样，是研究海洋地质，寻找矿产及能源资源，进行大陆架工程地质勘察以及完成其他海运基本建设任务时，必不可少的主要技术方法。
海底沉积物的取样主要是利用船只将取样装置沉入海底，取样装置靠自身能量或利用船只上的能量在指定位置贯入或钻入海底沉积物中，完成一次性取样。海底取样的基本要求是：取样管尽可能深地钻(贯)入海底地层；有较高的芯样采取率，并对所取土(岩)样的扰动程度最小。根据海底沉积物颗粒之间的胶结情况，可将海底沉积物分为海底土层，岩层；根据沉积物的颗粒粒径大小，海底土层又可分为淤泥，淤泥质土，粘土，粉土，粉砂，细砂，中砂，粗砂，砾砂，砾石和卵石。
目前获取海底淤泥沉积物等样品的取样装置按工作原理可分有抓斗式、箱式、重力式、锤击式、冲击式和浅钻等。
上述取样装置取样时容易对沉积物产生扰动即保真度不高，取样深度或是很有限，或是取样装置操作复杂，设备庞大，费用高，取样的海底沉积物种类有一定局限，或者零部件精度要求较高。例如抓斗式和箱式，只能取海底0.3米到0.4米深的浅表层土样，取样深度极其有限。现有的重力式取样装置，主要用于海底淤泥及软土中取样，其中有简单式重力取样装置和活塞式重力取样装置，由于靠自身重力贯入取样，取样长度也相当有限，一旦遇到砂层取样深度更小，且投放无法保证垂直插入土层。冲击式取样装置，有气动式和液压式两种，取样深度通常为3米到6米之间，且所用压力水管难布设，不适用于较深海域。锤击式取样装置，简单锤击式靠锤击打入取样装置，但仅能用于浅水域的软土和松砂，在海水较深或有风浪情况下均无法使用。浅层钻探，取样深度客观，但需要用到海底钻机，整套设备规模庞大，繁杂，操作起来耗时耗力。
变频振动取样装置，该振动取样装置是一种利用激振器产生垂直振动力使取样管钻进沉积中获取柱状样的取样装备。其海底支架庞大，与取样深度正比变化，且下放和回收操作复杂缓慢，效率低；
变频振动取样装置，该振动取样装置是一种利用激振器产生垂直振动力使取样管钻进沉积中获柱状样的取样装备。其海底支架庞大，放置和运输都不易。设备体积与取样深度正比变化，取样深度达到6米时，整体支架和底座已相当庞大；而且下放和回收操作复杂，取样过程缓慢，效率低下；取得的样品长度由辅助支架大小以及取样时间决定。由于其是低频振荡器，故而取样时间较长，在海上作业中是个极不利因素，因为可能伴有海上风浪的影响，使得船只需高度配合，增加了船只的配合难度。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种水下振动取样装置，体积小巧轻便，取样效率高，操作简单，且对船只配合要求低。
本实用新型实施例采用以下技术方案：
本实用新型实施例提供了一种水下振动取样装置，包括：
振动头、取样管、支撑座、弹簧电缆、承载电缆、活塞、逆向终止部件、切削部件；
所述取样管为中空管状，所述振动头固定于取样管顶部，所述支撑座自上而下套在取样管的外部，所述支撑座能够沿着取样管外壁上下移动；
所述逆向终止部件固定于取样管的底部，所述切削部件与逆向终止部件固定相连，所述切削部件为中空结构，所述逆向终止部件允许物体通过切削部件的中空部分从外部进入取样管、同时避免管中的物体泄露；
所述活塞位于取样管内部，能够在管内上下移动；
所述承载电缆的一端与活塞的上端固定连接，另一端与承载船相连；
所述弹簧电缆安装在取样管的内部，一端连接振动头，另一端与活塞连接。
所述取样装置还包括：测控部件，用于控制振动头的启动、停止、以及振动频率。
所述测控部件位于活塞内。
所述测控部件位于取样管外部，通过承载电缆与振动头相连。
所述承载电缆包括电力介质和通信介质。
所述逆向终止部件为单向阀或花瓣类卡簧片组。
所述切削部件的外缘具有向外突出部分，所述突出部分阻止支撑座从取样管底部滑出。
所述取样管包括外取样管和内取样管，内取样管贴合地套在外取样管的内部。
所述支撑座包括支撑座套筒、支撑座连杆、支撑座支腿，三者通过转动轴两两相连，支撑座套筒套在取样管外部，当收起或放下支撑座连杆时，支撑座支腿相应地收起或展开。
本实用新型实施例提出的技术方案克服了传统取样装置结构复杂、操作繁琐、应用时对协同作业船只要求高等缺点，能够极大提高水底取样的效率，同时，其简单的结构及操作方式也降低了勘察取样作业的费用和时间成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的具体实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型具体实施例一所述的水下振动取样装置的结构图；
其中1为振动头、2为取样管、3为弹簧电缆、4为承载电缆、5为活塞、6为支撑座、7为逆向终止部件、8为切削部件；
图2是本实用新型具体实施例二所述的水下振动取样装置的结构图；
其中1为振动头；21为外取样管；22为内取样管、3为弹簧电缆、4为承载电缆、5为活塞、61为支撑座、7为逆向终止部件、8为切削部件；
图3是本实用新型具体实施例二所述的水下振动取样装置的收缩存放状态示意图；
图4是本实用新型具体实施例二所述的水下振动取样装置的展开准备工作状态示意图；
图5是本实用新型具体实施例二所述的水下振动取样装置的取样工作状态示意图；
图6是本实用新型具体实施例二所述的水下振动取样装置的取样完成状态示意图。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
图1是本实施例所述的水下振动取样装置的结构框图，如图1所示，本实施例所述的水下振动取样装置包括：振动头1、取样管2、弹簧电缆3、承载电缆4、活塞5、支撑座6、逆向终止部件7、切削部件8。
所述取样管2为中空管状，所述振动头1固定于取样管顶部，所述支撑座6自上而下套在取样管2的外部，能够沿着取样管2外壁上下移动；所述逆向终止部件7固定于取样管2的底部，所述切削部件8与逆向终止部件7固定相连，切削部件8为中空结构，所述逆向终止部件7允许物体通过切削部件8的中空部分从外部进入取样管2、同时避免管中的物体泄露出来；所述活塞5位于取样管内部，能够在管内上下移动；所述承载电缆的一端与活塞的上端固定连接，另一端与承载船相连；所述弹簧电缆安装在取样管的内部，一端连接振动头，另一端与活塞连接。
其中，所述振动头用于产生高频周期性激振力，激振力通过取样管传递到切削部件再作用到海底沉积物或土层上。相对于传统的旋紧和冲击方式而言，采用这种振动方式能够快速钻进到海底，而且可以达到可观的取样深度。
所述取样管可以包括内外嵌套的外取样管和内取样管，外取样管为硬度较强的材料如钢铁制成的管材，用于传递贯入力并保持取样管竖直，内取样管为普通管材如塑料，用于储存样品。此外，所述取样管也可以仅为一层结构的管，兼具所述外取样管和内取样管的功能，通常采用较硬的材料制成，内壁光滑与活塞接触。
所述弹簧电缆安装在取样管的内部，一端连接振动头，一端与活塞连接，弹簧缆的作用是为振动头提供电能供应。承载电缆的电能供应到达活塞后，通过弹簧电缆供应至振动头。取样过程中，活塞在取样管内部上下移动，与振动头也会产生相对运动，采用弹簧缆可以保证在这种相对运动的过程中电能供应的可靠性。
另外，所述承载电缆除了为取样装置的下放和回收提供承载力之外，还包括电力介质和通信介质，为取样装置提供电能供应，同时也为整个取样装置提供通讯介质。
所述逆向终止部件允许样品从底部进入取样管中储存，但不允许样品从取样管中向下移动而脱出，结构可以是花瓣类卡簧片组，也可以是板阀，如一个单向阀，样品只进不出。
所述切削部件除了用于实现切削功能的刃部之外，其外缘还具有向外突出部分，所述突出部分用于阻止支撑座从取样管底部滑出。
所述取样装置还可以包括测控部件，用于在承载船上操作人员的控制下实现振动头的启动/停止、以及控制振动头的振动频率。该测控部件可位于活塞内，随活塞一起移动，受活塞外壳的保护；另外还可以位于取样管外部(图中未示出)，例如位于作业船只上，仅通过承载电缆与振动头相连。
所述支撑座用于将整个取样装置稳定的坐落于海底，防止取样装置在软泥中下陷。
本申请所述的取样装置在承载船上安装时，活塞内部的卡瓦可伸出，使得活塞与取样装置的切削部件抱紧在一起，用于在整个取样装置下放过程中将承载电缆的提拉力传递到取样装置的所有部件。
实施例二
图2是本实施例所述的水下振动取样装置的结构框图，如图2所示，本实施例所述的水下振动取样装置包括：振动头1、外取样管21、内取样管22、弹簧电缆3、承载电缆4、活塞5、支撑座套筒61、支撑座连杆62、支撑座支腿63、逆向终止部件7、切削部件8。
所述取样管可以包括内外嵌套的外取样管和内取样管，外取样管为硬度较强的材料如钢铁制成的管材，用于传递贯入力并保持取样管竖直，内取样管为普通管材如塑料，用于储存样品。
支撑座套筒61、支撑座连杆62、支撑座支腿63三者通过转动轴两两相连，支撑座套筒套在取样管外部，可以沿着取样管上下移动，切削部件的外缘突出部分阻挡套筒从取样管底部脱落；在支撑座连杆的作用下，支腿可以收回，类似于伞的结构，当收起或放下支撑座连杆时，支撑座支腿相应地收起或展开。例如，当取样装置在承载船舷边与海平面平行放置时，通过人工操作可以收回支腿，减少对空间的占用并容易实现收放；当取样装置下放呈竖直状态时，支腿打开，讲取样装置稳定在水底作业面上。
以上详细描述了本实用新型具体实施例所述的水下振动取样装置的具体结构，下面结合图3-图6进一步描述该水下振动取样装置的具体工作过程。
图3-图6是本实用新型具体实施例所述的水下振动取样装置的工作过程示意图。如图所示，该水下振动取样装置的整个工作过程如下：
当整个取样装置收起(收缩)时，如下图3所示。可在承载船舷边与海平面平行放置。当准备工作时，可人工将取样装置打开如下图4所示，并提吊起来缓慢下放到海中。下放过程中，在海水中取样装置仍如下图4所示情形，只是承载电缆会绷紧。
当取样装置下放到达海底后，停止下放，此时取样装置情形还是如上图4所示，取样装置通过展开的支腿固定在海底作业面上，准备开始工作。一切准备工作就绪后，由承载船上人员通过测控单元启动振动头开始振动，由于沉积物的振动液化，取样管会慢慢插入沉积物中，而活塞在承载电缆的提拉作用下几乎保持稳定不动，因此取样管以及切削部件等会相对于活塞向下运动，如图5所示，正在取样进行中。另外，在取样管的下插同时还有活塞的抽吸作用下，沉积物样品会进入取样管并被逆向终止部件卡住保留于取样管内；当单次取样完成后(通过检测活塞到达取样管的上端设定位置，如上图6所示情形)，即可停止振动头的振动，并立即启动船上的绞车对整个取样装置提升，直到出水为止。当取样管插入沉积物过深而造成提升力过大时，还可以继续保持振动头振动，以帮助起拔。但取样管完全脱离沉积物时必须立即关闭振动头振动。
至此即完成一次海底沉积物的取样，将整个取样装置提升到承载船上后，将样品取出后，可保持支腿展开状态再次进行下放取样操作，重复上述取样操作直至整个作业结束，然后收起取样装置支腿。
本申请涉及的海底振动取样装置相对其他形式的取样装置来讲，结构简单且小巧，不需要规模庞大的辅助支架或设备，仅需吊放入海底即可立即操作水下高频振动头振动即可实现快速钻进取样，再上吊提升回收样品即可。该设备操作方便、结构简单，可被广泛运用，不仅可做海洋地质调查，近海水域调查也可用在其他水域沉积物取样场合，如江河湖泊，水库等，可做环境保护取样，农业土壤取样地质调查等；而且，该设备适用地层范围也很广，可在各种覆盖层，如砂土，粉砂土，粘土，砾石，粗砾，漂砾，碎石堆，垃圾堆积物(包括木头，混凝土，沥青)和软基岩，如砂岩，灰岩，页岩，板岩等，可有效采集连续样品。岩土或沉积物样品保真度好，即保证采集到不被扰动的样品。该取样装置体积小巧，取样效率高，操作简单，且对船只配合要求不高。由于其有水下高频振动头进行钻进，而不是传统的旋紧和冲击方式，能够快速钻进到海底土层可达到可观的取样深度。而其专门设计的伞状底座可收起或展开，使得易于放置占地空间小，便于运输和携带。
本实用新型实施例提出的技术方案克服了传统取样装置结构复杂、操作繁琐、应用时对协同作业船只要求高等缺点，能够极大提高水底取样的效率，同时，其简单的结构及操作方式也降低了勘察取样作业的费用和时间成本。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种水下振动取样装置，其特征在于，包括：
振动头、取样管、支撑座、弹簧电缆、承载电缆、活塞、逆向终止部件、切削部件；
所述取样管为中空管状，所述振动头固定于取样管顶部，所述支撑座自上而下套在取样管的外部，所述支撑座能够沿着取样管外壁上下移动；
所述逆向终止部件固定于取样管的底部，所述切削部件与逆向终止部件固定相连，所述切削部件为中空结构，所述逆向终止部件允许物体通过切削部件的中空部分从外部进入取样管、同时避免管中的物体泄露；
所述活塞位于取样管内部，能够在管内上下移动；
所述承载电缆的一端与活塞的上端固定连接，另一端与承载船相连；
所述弹簧电缆安装在取样管的内部，一端连接振动头，另一端与活塞连接。
2.如权利要求1所述的水下振动取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括：测控部件，用于控制振动头的启动/停止、以及振动频率。
3.如权利要求2所述的水下振动取样装置，其特征在于，所述测控部件位于活塞内。
4.如权利要求2所述的水下振动取样装置，其特征在于，所述测控部件位于取样管外部，通过承载电缆与振动头相连。
5.如权利要求1所述的水下振动取样装置，其特征在于，所述承载电缆包括电力介质和通信介质。
6.如权利要求1所述的水下振动取样装置，其特征在于，所述逆向终止部件为单向阀或花瓣类卡簧片组。
7.如权利要求1所述的水下振动取样装置，其特征在于，所述切削部件的外缘具有向外突出部分，所述突出部分阻止支撑座从取样管底部滑出。
8.如权利要求1所述的水下振动取样装置，其特征在于，所述取样管包括外取样管和内取样管，内取样管贴合地套在外取样管的内部。
9.如权利要求1所述的水下振动取样装置，其特征在于，所述支撑座包括支撑座套筒、支撑座连杆和支撑座支腿，三者通过转动轴两两相连，支撑座套筒套在取样管外部，当收起或放下支撑座连杆时，支撑座支腿相应地收起或展开。
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