CN204939473U - 一种深海微生物保压转移系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深海微生物保压转移系统，包括带有阀门的连接单元，与连接单元连通的保压筒以及安装在保压筒内的取样单元，所述取样单元包括：取样筒，轴向活动安装，一端开放，开放端可伸出保压筒穿过连接单元进行取样；活塞，轴向滑动周向固定安装在取样筒内用于将保压筒内的物料推出开放端；第一驱动机构，包括第一动力源、丝杆以及与丝杆螺纹传动配合且轴向滑动的滑块；第二驱动机构，包括第二动力源、取样驱动杆以及与取样驱动杆轴向滑动周向固定连接的取样传动杆；本实用新型采用了并列双轴驱动的布置方案，简化了保压筒内部的结构，使结构更紧凑，降低制造成本，通过螺纹传动的方式传递轴向移动动力，稳定可靠且移动精度高。

Description

一种深海微生物保压转移系统

技术领域

本实用新型涉及深海探测及研究装备领域，特别涉及一种深海微生物保压转移系统。

背景技术

在国外，上个世纪70年代，美国的Scripps海洋研究所的Yayanos率先开展了深海微生物学的研究，设计了高压培养罐，并于1979年首次分离出深海嗜压菌。1990年，日本三菱重工和三洋公司，斥巨资为日本海洋科学技术中心研制深海微生物高温/高压培养系统。从20世纪后期开始，随着深海技术能力的提高，越来越多的国家投身于深海研究的前沿领域。目前国际上开展深海微生物研究的国家主要分布在欧洲、美洲及亚洲，其中美国、日本、德国和法国是深海微生物研究的主力军。

我国深海生物资源和基因资源的系统研究起步时间较晚,从本世纪初开始主要得到了国家科技部863计划和中国大洋专项的资助，成立了中国大洋生物基因研究开发基地,研制、配备了一批船载和实验室深海微生物培养专用设备。迄今为止，我国微生物的取样和培养均为相互独立的设备，没有一套设备可以解决样品如何从原位全程保压转移至培养釜内的问题，造成微生物研究的进展缓慢，有效性降低。因此，迫切需要研制一套全程保压的微生物取样-转移-培养一体化设备。

比如英国Geotek公司研制开发的PCATS系统(PressureCoreAnalysisandTransferSystem)采用的是基于机械臂的方法，在将取样器与之连接后，机械臂可将样品在保压腔内整个沿轴向拖动，压力腔内可进行样品切割、检测；当需要存储时，需要将取样器取下来，再将存储仓连接上去。PCATS设备对整个柱状样品操作，体积更大，占用实验空间大，结构更为复杂，设备成本高。

再比如，美国HYACINTH系统(DeploymentofHYACEtoolsInNewTestsonHydrates)在对子样品操作时，具有一个可90°旋转的切刀，利用相互嵌套的圆管和推杆，可使一部分样品经过圆管伸到切刀下，切刀旋转，刚好使部分子样品垂直落到下方的存储仓中，这一切同样在压力腔内完成。相较而言，这种结构在用推杆推送样品的时候已经进行了一次子取样，因此样品利用率比较低。

因此，迫切需要一种结构简单、使用方便，能够实现连续多次进行保压转移的深海微生物保压转移系统。

实用新型内容

本实用新型提供了一种深海微生物保压转移系统，采用双螺旋驱动，在压力腔内实现样品的子采样和转移，具有结构简单、子采样精度高以及样品利用率高的优点。

一种深海微生物保压转移系统，包括带有阀门的连接单元，与连接单元连通的保压筒以及安装在保压筒内的取样单元，连接单元一般为连接管，连接管上设有阀门，用于将本实用新型与样品容器或者收集容器(例如培养皿)连接。

所述取样单元包括：

取样筒，轴向活动安装，一端开放，开放端可伸出保压筒穿过连接单元进行取样；

活塞，轴向滑动周向固定安装在取样筒内用于将保压筒内的物料推出开放端；

第一驱动机构，包括第一动力源，由第一动力源驱动的丝杆，与丝杆螺纹传动配合且轴向滑动的滑块，所述滑块与取样筒轴向固定连接；

第二驱动机构，用于驱动所述活塞在取样筒内轴向滑动，包括第二动力源，由第二动力源驱动的取样驱动杆，以及与取样驱动杆轴向滑动周向固定连接的取样传动杆，所述取样传动杆的动力输出端与活塞螺纹传动配合，所述取样传动杆与取样筒轴向固定周向转动连接。

保压筒具有良好的密封性，通过增压设备(例如液压泵)使保压筒内部增压到需要的压力。

本实用新型采用了轴线分离的空间布置方案，即双轴(丝杆和取样驱动杆)双动力源并行驱动方式来分别驱动套筒结构的取样筒和活塞，从而实现套筒结构的运动、取样筒和活塞相对运动，进行样品的提取和转移。

通过本实用新型的取样单元的运动包括样品的提取和转移：

样品的提取包括以下步骤：

(1)连接单元连接样品容器，保压筒增加到需要的压力；

(2)启动第一动力源，第一动力源驱动丝杆转动，从而带动滑块轴向移动，滑块驱动取样筒轴向移动，同时取样筒通过带动取样传动杆轴向移动，从而使活塞同时轴向移动，取样筒伸出保压筒进入与连接单元连接的样品容器；

(3)待取样筒接触样品后，启动第二动力源，取样驱动杆带动取样传动杆转动，取样传动杆驱动活塞相对取样筒滑动，活塞与取样筒反向运动，活塞后退，从而使样品进入取样筒的开放端，完成取样；

(4)第二动力源停止，第一动力源反向驱动丝杆，使取样筒退出样品容器。

样品的转移包括以下步骤：

(5)连接单元连接培养皿，启动第一动力源，将取样筒的开放端移动至培养皿的进口位置；

(6)启动第二动力源，正向驱动取样驱动杆，取样驱动杆带动取样传动杆转动，驱动活塞前进，将样品推出取样筒，样品进入培养皿，完成转移。

为了提高本实用新型取样的便捷性，优选的，所述连接单元采用三通结构，包括分别与保压筒连通供取样筒伸出的取样口、与样品容器连通的样品口以及与培养皿连通的收集口，所述取样口与样品口相对布置，所述收集口位于取样口与样品口之间。

此时可以将样品容器连接样品口，培养皿连接收集口，待取样筒在样品容器中完成取样后，退至收集口，活塞推出样品，样品直接进入培养皿，方便快捷，使取样筒的工作长度始终在前端盖之外，即连接单元内，这段的压力是与样品容器最接近的也是温度波动最小的，所以能够很好的满足保压保温的要求。

为了方便制造和维护，避免因为保压筒内高压对设备运行性能产生不利影响，优选的，所述第一动力源和第二动力源均设在保压筒外。所述第一动力源和第二动力源输出转动动力，常见的可以采用电机。

为了延长提高本实用新型的运动稳定性，减小各部件轴向磨损，优选的，所述的丝杆采用止推轴承进行轴向固定。

为了方便制造和装配，优选的，所述取样筒的内壁与活塞通过滑键配合连接。

为了方便制造和装配，优选的，所述取样传动杆设有沿轴向布置的插孔，所述取样驱动杆伸入该插孔内并通过滑键配合连接。

为了简化结构，优选的，所述滑块与保压筒的内壁滑动配合。

为了保证连接单元内的压力与保压筒一致，优选的，所述样品口安装有取样阀。

优选的，所述收集口连接有过渡筒阀门，所述过渡筒阀门连接过渡筒，所述过渡筒连接培养皿阀门，所述过渡筒设有加压口。过渡筒阀门和培养皿阀门的设置，能够实现保压筒一次加压多次取样的效果，能够显著提高工作效率。

为了使本实用新型结构更紧凑，优选的，所述取样传动杆安装在取样筒内，所述取样筒的中部和远离活塞的端部分别设有轴向限位取样传动杆的限位件。限位件包括螺旋盖，所述螺旋盖与所述取样筒远离活塞的端部螺纹连接，方便安装；所述取样筒的中部的限位件为限位环，与取样传动杆上设置的环形限位台阶抵靠。

为了实现自动控制，优选的，所述取样单元还包括用于检测取样筒轴向压力的压力传感器。所述压力传感器可以安装在止推轴承和用于轴向定位的端盖之间。当取样筒和活塞到达样品表面后丝杠会受到来自样品的阻力，该阻力会通过滑块传递到丝杠上，丝杠上的轴向力会传到联接的止推轴承上，止推轴承和端盖之间的压力传感器检测到轴向力的突然升高判断处取样筒到达了样品表面，可以控制第二动力源启动。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用了并列双轴驱动的布置方案，简化了保压筒内部的结构，使结构更紧凑，降低制造成本，通过螺纹传动的方式传递轴向移动动力，稳定可靠且移动精度高。

附图说明

图1为本实用新型的剖视示意图。

图2为本实用新型的立体结构示意图。

图3为本实用新型内部的立体结构示意图。

图4为本实用新型的取样筒及其驱动部件的立体结构示意图。

图5为本实用新型的第二驱动机构的立体结构示意图。

图6为本实用新型的第一驱动机构的立体结构示意图。

图7为本实用新型的连接单元的剖视示意图。

具体实施方式

如图1～7所示，本实施例的深海微生物保压转移系统包括：前端盖1、保压筒2、取样筒3、活塞4、取样传动杆5、取样驱动轴键6、取样驱动杆7、螺旋盖8、滑块9、后端支撑盖O型密封圈10、小挡板11、小挡板螺栓12、电机固定架螺钉13、电机14-1，电机14-2、电机固定架15、联轴器16、联轴器端键17、后端盖螺钉18、后端盖19、止推轴承20、后端支撑盖21、后端支撑盖垫圈22、主螺旋杆O型密封圈23、丝杆24、活塞键25、前端支撑盖26、前端盖O型圈27、前端盖螺钉28、前端盖密封圈29。

活塞4通过活塞键25在取样筒3内的导槽里滑动，活塞4与取样筒3之有沿轴向的移动自由度；取样传动杆5与活塞4通过螺旋传动，取样传动杆5与取样筒3之间之有绕轴的转动自由度，取样传动杆5在取样筒3内是不能够轴向移动的。

螺旋盖8和取样筒3也通过螺旋联接，将取样传动杆5固定在螺旋盖8和取样筒3之间；取样驱动杆7与取样传动杆5通过取样驱动轴键6进行键连接。取样驱动杆7与联轴器16也是通过联轴器端键17进行键连接。联轴器16与电机14-2通过键连接。

小挡板11与螺旋盖8通过小挡板螺栓12进行螺栓联接，取样筒3被固定在滑块9上，丝杆24与滑块9通过螺纹传动。丝杆24通过止推轴承20与后端盖19联接。

前端盖1与保压筒2之间设置有前端盖密封圈29，进行密封。后端支撑盖21与保压筒2之间通过后端支撑盖垫圈22进行静密封。后端支撑盖21与丝杆24之间设置两道主螺旋杆O型密封圈23起到动密封的效果。取样驱动杆7与后端支撑盖21之间通过两道O型密封圈进行动密封。

本实施例的驱动采用了轴线分离的布置方案。

本实施例还包括三通连接器30，三通连接器30包括分别与保压筒2连通的取样口301、与样品容器31连通的样品口302以及与培养皿32连通的收集口303，取样口301与样品口302相对布置，收集口303位于取样口301与样品口302之间。

样品容器31与三通连接器30之间通过一个取样球阀33相连接，培养皿32与三通连接器30之间依次连接过渡筒球阀34、过渡筒35和培养皿球阀36，实现保压筒一次保压进行多次保压转移，保压转移系统和三通连接器30是直接相连接的。

本实施例采用纯螺旋传动的方式进行取样，可以提供可靠的位置信息和稳定的传动特性。

本实施例的各部件还具有以下连接特征，取样筒3与滑块9固定，取样驱动杆7和后端支撑盖21、丝杆24和后端支撑盖21之间均设有密封装置。所述的电机14-1和电机14-2均设在保压筒2外。丝杆24采用止推轴承20进行轴向固定，且设在保压筒2之外。止推轴承20的工作不会受保压筒2内的高压液体影响。取样筒3内壁设有方便活塞4沿筒壁轴向滑动的导向槽，活塞4上设有便于活塞沿筒壁轴向滑动的导向键。取样传动杆5内壁设有导向槽，取样驱动杆7上设有方便沿着取样传动杆5轴向滑动的导向键。

本实施例中联轴器采用十字滑块联轴器，方便电机和运动轴的对中。

止推轴承20与后端盖19之间刚上环形压力传感器，测得的压力数据传输到PLC中进行处理。电机14末端连上编码器，用来确定电机的启停、转向和转速。

本实施例的工作过程如下：

(1)将本实施例的前端盖1与三通连接器30的取样口301相连，将样品容器31与取样球阀33相连，再将取样球阀33与三通连接器30的样品口302相连，最后，将培养皿32与过渡筒35通过培养皿球阀36相连，将过渡筒35和三通连接器30的收集口303通过过渡筒球阀34相连。

(2)关闭取样球阀33、培养皿球阀36和过渡筒球阀34，将液压泵连接前端盖1上的加压孔，加压到保压筒2中的压力比样品容器31中压力稍高时停止加压，打开培养皿球阀36，将液压泵与过渡筒35的加压口连接，向培养皿32中加压至和保压筒2中同等压力时停止加压，打开过渡筒球阀35和取样球阀33。

(3)启动电机14-1正转(本实施例中，定义电机14-1正转驱动滑块9向左运动，反转向右运动)，电机14-1通过一个十字滑块联轴器带动丝杠24正转，丝杠24带动滑块9和取样筒3向样品容器方向运动，此时活塞4处于取样筒2的出口处，当活塞4到达样品表面后丝杠24会受到来自样品的阻力，该阻力会通过滑块9传递到丝杠24上，丝杠24上的轴向力会传到止推轴承20上，止推轴承20和后端盖19之间的压力传感器检测到轴向力的突然升高判断取样筒3到达了样品表面。

(4)判断取样筒3到达了样品表面后，启动电机14-2反转(本实施例中，定义电机14-2正转驱动活塞4向左运动，反转向右运动)，使活塞4保持样品表面位置不变，电机14-1继续保持正转，使取样筒3开始取样，当取样筒到达了需要取样长度的工位时，停转电机14-2，反转电机14-1，使取到样品的取样筒3朝着三通连接器30的收集口303方向移动。

(5)当取样筒3到达三通连接器的收集口303时，停转电机14-1，正转电机14-2，推动活塞4向取样筒3的出口前行，将样品推入收集口303，进入培养皿32中。

(6)关闭培养皿球阀36和过渡筒球阀34，取下培养皿32完成了一次取样和转移过程。

(7)重新将一个新的培养皿联接到培养皿球阀36上，打开培养皿球阀36，将液压泵连接到过渡筒35上的加压孔，向培养皿中加压到与保压筒2中压力相同时停止加压，打开过渡筒球阀34，重复(3)～(6)过程可以完成多次取样和转移。

综上所述，本实施例具有以下优点：

1)采用了并列双轴的布置方案，简化了保压筒内部的结构，利用螺旋传动的方式稳定可靠。

2)采用电机和轴承都外置的方案，避免应为保压筒内高压对设备运行性能产生不利影响。

3)可以采用全自动化和手动控制两种控制方案，以及无线传输的方式，使得设备更适合在条件恶劣的海上进行控制。

4)采用多个球阀配合进行压力控制，能够实现一次加压多次取样的效果，能够显著提高工作效率。

5)二次取样器的实际工作长度始终在前端盖之外，这段的压力是与取样器最接近的也是温度波动最小的，所以能够很好的满足保压保温的要求。

6)采用螺纹传动，轴向移动位置控制精度在5mm以内。

7)最大工作压力40Mpa、压力波动不大于10％。

Claims (10)

1.一种深海微生物保压转移系统，包括带有阀门的连接单元，与连接单元连通的保压筒以及安装在保压筒内的取样单元，其特征在于，所述取样单元包括：

取样筒，轴向活动安装，一端开放，开放端可伸出保压筒穿过连接单元进行取样；

活塞，轴向滑动周向固定安装在取样筒内用于将保压筒内的物料推出开放端；

第一驱动机构，包括第一动力源，由第一动力源驱动的丝杆，与丝杆螺纹传动配合且轴向滑动的滑块，所述滑块与取样筒轴向固定连接；

第二驱动机构，用于驱动所述活塞在取样筒内轴向滑动，包括第二动力源，由第二动力源驱动的取样驱动杆，以及与取样驱动杆轴向滑动周向固定连接的取样传动杆，所述取样传动杆的动力输出端与活塞螺纹传动配合，所述取样传动杆与取样筒轴向固定周向转动连接。

2.如权利要求1所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述连接单元采用三通结构，包括分别与保压筒连通供取样筒伸出的取样口、与样品容器连通的样品口以及与培养皿连通的收集口，所述取样口与样品口相对布置，所述收集口位于取样口与样品口之间。

3.如权利要求2所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述样品口安装有取样阀。

4.如权利要求3所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述收集口连接有过渡筒阀门，所述过渡筒阀门连接过渡筒，所述过渡筒连接培养皿阀门，所述过渡筒设有加压口。

5.如权利要求1～4任一权利要求所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述第一动力源和第二动力源均设在保压筒外。

6.如权利要求1～4任一权利要求所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述的丝杆采用止推轴承进行轴向固定。

7.如权利要求1～4任一权利要求所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述取样筒的内壁与活塞通过滑键配合连接。

8.如权利要求1～4任一权利要求所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述取样传动杆设有沿轴向布置的插孔，所述取样驱动杆伸入该插孔内并通过滑键配合连接。

9.如权利要求1～4任一权利要求所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述取样传动杆安装在取样筒内，所述取样筒的中部和远离活塞的端部分别设有轴向限位取样传动杆的限位件。

10.如权利要求1～4任一权利要求所述的深海微生物保压转移系统，其特征在于，所述取样单元还包括用于检测取样筒轴向压力的压力传感器。