CN2360587Y - 长岩芯重力活塞取样器 - Google Patents

Abstract

一种新型的重力活塞取样器,由样管、释放系统、提管重物、刀口联合式全封闭管口封、带可调压限压阀球阀门式活塞等部分组成,结构简单、使用方便,能取得长而完整的海底沉积物岩芯,可以广泛应用于海洋地质调查中海底沉积物取样。

Description

长岩芯重力活塞取样器

本实用新型所涉及的长岩芯重力活塞取样器是一种新型的重力活塞取样器，属一般工程技术领域，用于海洋地质调查的海底沉积物取样。

重力活塞取样器是海洋沉积柱状取样的常规设备。重力活塞取样器结构简单，主要由样管、释放系统、提管重物、刀口、管口封及活塞等部分组成。其中，提管重物和样管由法兰接牢，刀口和管口封安装在样管下端，活塞放置在样管内下端，吊缆取一定位置由释放系统的夹板夹牢，余段穿过提管重物和样管内部与活塞联接。其工作原理是：当取样器下放到距离海底还有一定距离时，释放系统的附重锤先着底，杠杆失去平衡，释放提管重物和样管等，使其“自由”降落，取样器依靠自身重量将样管贯入到沉积物中；同时，活塞被吊缆牵拉而停止降落，而样管继续贯入并使活塞产生抽吸力；当贯入结束提拔样管时，管口封将管口封闭，与活塞的抽吸力一起防止管内样品丢失。显然，重力活塞取样器取样的根本动力是其自身的重量，单纯增加取样器的重量非常容易，而取样器重量在使用时却受调查船、起吊设备等条件的限制。因此，重力活塞取样器的主要技术含量体现在其取样效率上，即利用有限的自身重量取得尽可能长和完整的柱状岩芯样品。这就要求取样器在下放、下冲、贯入时，尽量减少水和沉积物产生的阻力，并使沉积物尽量多、完整地进入样管而又不丢失。

重力活塞取样器的管口封和活塞是影响取样效率的关键部件。管口封安装在样管下端，其作用是在沉积物样品进入样管后封闭样管下端管口，防止样品丢失。其理想功能应当是：当取样器下冲和样管贯入时，完全打开，水和沉积物都不产生阻力；当提拔时，它能将管口完全封闭，防止样品丢失。活塞设在样管内与吊缆连接，先位于下端，后受吊缆牵拉而相对样管向上运动产生抽吸作用，防止柱状岩芯的压缩扰动，实现长岩芯柱状取样。其理想功能应当是：在取样器下放和样管下冲过程中，它内部应相通，以减少水的阻力；在样管贯入过程中，它应封闭而产生抽吸作用；在样管全部贯入到沉积物中而提拔时，它又密闭而产生一定的抽吸力以减少管内岩芯对管口封的压力，协助管口封防止管内样品丢失。

现有重力活塞取样器的管口封和活塞都存在一些问题，至今尚未解决好，影响沉积物取样效率。

现有重力活塞取样器的管口封有花瓣式和刀口联合式等。由于刀口联合式不能完全封闭管口，现仍然采用花瓣式。花瓣式管口封由尖端朝上并具有一定弹性的数片金属花瓣组成，由刀口固定在样管内下端。获取长的柱状岩芯要求金属花瓣的强度和弹性大，而花瓣的强度和弹性大，则样管贯入时产生的阻力就大，对上层沉积物样品的扰动就重；如果金属花瓣的强度和弹性小，则花瓣会受管内沉积物压迫而倒转，从而使管口封完全失去作用。

现有重力活塞取样器的活塞有密闭式、球阀门式、水流差式、管外制动式等，普遍存在功能不可靠的问题。有的在样管贯入时内部水流不通畅、水阻力大，使样管不能全部贯入沉积物中或者使上层沉积物样品扰动重；有的内部抽吸力过大，样管提拔时能拉断岩芯或吸入假岩芯。

针对现有重力活塞取样器存在的技术问题，本实用新型的目的是推出一种采用刀口联合式全封闭管口封和带可调压限压阀球阀门式活塞的长岩芯重力活塞取样器，使样管的管口封开启和封闭效果好，使活塞抽吸力适宜，以提高沉积物取样效率，实现海底沉积物长岩芯取样。

本实用新型所涉及的长岩芯重力活塞取样器由样管、释放系统、提管重物、尾舵、刀口联合式全封闭管口封、带可调压限压阀球阀门式活塞组成。样管为硬金属圆管，上部由法兰与提管重物接牢。提管重物为重金属块，保证取样器样管贯入沉积物时，快速并有冲力。尾舵呈流线型，对海水中下落的取样器起到稳定作用。样管下端安装刀口联合式全封闭管口封。带可调压限压阀球阀门式活塞在样管内部的下端，位于刀口联合式全封闭管口封之上。带可调压限压阀球阀门式活塞与穿过样管和提管重物内部的吊缆连接。吊缆在适当位置由释放系统的夹板夹牢，留有余量，并与提管重物吊环连接。释放系统由夹板、杠杆和附重锤构成。附重锤由绳索连在杠杆的长端，低于取样器最下端的刀口联合式管口封。杠杆的短端钩住提管重物上部的吊环。杠杆的支点固定在夹板上，夹板夹牢留有余量的吊缆。

刀口联合式全封闭管口封安装在样管下端，由刀口上体、刀口下体、金属花瓣和花瓣轴组成，均为金属材料制成。刀口上体呈外径上大下小的圆管状。刀口上体上部较粗，由内螺丝与样管配接。刀口上体下部略细，四周有8个均布的方孔，方孔的横向中线处开两个轴孔。刀口下体上部为圆管状，套在刀口上体下部的里面，成松动配合。刀口下体下部为锥形环口。刀口下体上部有8个均布的长方形孔，位置与刀口上体下部的8个方孔相对应。花瓣轴为金属短棒，两端焊接在刀口上体下部方孔的轴孔中。每个方孔各有一个花瓣轴。金属花瓣的扇部成近似三角形。金属花瓣的扇部位于刀口下体上部的里面，金属花瓣的底部穿过刀口下体长方形孔联接在刀口上体方形孔内的花瓣轴上并成转动配合。金属花瓣扇部与底部呈弧形，其弧度与刀口下体上部内径相同。刀口下体上部内壁有8个预留的凹陷空位，在刀口下体上移时，金属花瓣扇部贴在凹陷空位中，金属花瓣扇部尖端朝上。金属花瓣扇部投影面积为刀口下体上部内截面面积的1/8。在金属花瓣扇部从贴在刀口下体内壁凹陷空位翻转下来时，8个金属花瓣扇部将刀口下体内部截面封闭。

带可调压限阀球阀门式活塞放置在样管内下端，其外部有皮碗和样管内壁密封接触，内部由球阀门和限压阀双向阀门组成，球阀门内有球型活塞，可调压限压阀安装在球阀门一侧，限压阀可随着活塞内部抽吸力的大小即活塞上下压力差的大小而自动启开和关闭。带可调压限压阀球阀门式活塞的工作过程：当取样器下放和样管下冲时，球阀门开启，活塞内部水流可通，减少了水的阻力；当样管被提拔时，球阀门关闭，活塞受吊缆牵引而产生抽吸力，减少了样品的扰动，提高了取样效率；当抽吸力即样管内活塞上下压力差过大时，限压阀自动开启，释放了活塞多余的抽吸力，避免拉断岩芯样品或吸入假岩芯；当释放过量而抽吸力过小时，限压阀又自动关闭。限压阀启开和关闭的自动控制，使活塞抽吸力始终适宜。

实施例1，长岩芯重力活塞取样器整体结构，见图1。长岩芯重力活塞取样器由样管(5)、提管重物(7)、尾舵(8)、释放系统、刀口联合式全封闭管口封(4)、带可调压限压阀球阀门式活塞(6)组成。样管为硬金属圆管，上部由法兰与提管重物接牢，下部装有带可调压限压阀球阀门式活塞。样管下端固定安装刀口联合式全封闭管口封。带可调压限压阀球阀门式活塞由吊缆(9)连接，吊缆(9)穿过样管和提管重物的内部与提管重物上部的吊环连接。吊缆留有余量后由释放系统的夹板(1)夹牢。释放系统由夹板(1)、杠杆(2)和附重锤(3)构成。附重锤由绳索连在杠杆的长端。杠杆的支点固定在夹板上，杠杆的短端钩住提管重物的吊环。

实施例2，刀口联合式全封闭管口封的构成。该管口封由刀口上体、刀口下体、8个金属花瓣和8个花瓣轴组成，均为金属材料制成。刀口上体(图3)为外径上下大小的圆柱状，下部四周均布着8个方孔(图3-15)。刀口下体(图4)上部(图4-16)为圆管状，下部(图4-18)为锥形环口。刀口下体上部有8个均布的长方形孔(图4-17)。刀口上体下部和刀口下体上部套在一起(图2)，刀口上体(10)在外，刀口下体(11)在里。金属花瓣的扇部为近似三角形，见图5。金属花瓣扇部(图5-19)的投影面积为刀口下体上部内截面面积的1/8。金属花瓣底部(图5-20)穿过刀口下体长方形孔联接在刀口上体方孔内的花瓣轴上，并成转动配合，见图6。当刀口下体上移并使其上部完全套在刀口上体下部的里面时，金属花瓣的扇部就翻转向上，并贴在刀口下体上部内壁的凹陷空位上，金属花瓣扇部尖端朝上，见图6。当刀口上体上移，则8个金属花瓣就翻转下，花瓣扇部同时封闭刀口下体内部截面。

实施例3，带可调压限压阀球阀门式活塞位于样管内下端，其上部与从提管重物吊环引下来并穿过提管重物和样管内部的吊缆连接。带可调压限压阀球阀门式活塞(图7)由带球型活塞(图7-22)的球阀门和可调压限压阀(图7-23)组成。可调压限压阀在球阀门一侧，在样管(5)内形成垂直的二条压力通道。球阀门开启时，活塞内部水流也可通。

图1为长岩芯重力活塞取样器结构示意图。图中，1-夹板，2-杠杆，3-附重锤，4-刀口联合式全封闭管口封，5-样管，6-带可调压限压阀球阀门式活塞，7-提管重物，8-尾舵，9-吊缆。

图2为刀口联合式全封闭管口封。图中，10-刀口上体，11-刀口下体，12-金属花瓣。

图3为刀口上体。图中，13-刀口上体上部，14-刀口上体下部，15-方孔。

图4为刀口下体。图中，16-刀口下体上部，18-刀口下体下部，17-长方形孔。

图5为金属花瓣。图中，19-花瓣扇部，20-花瓣底部。

图6为金属花瓣贴在刀口下体内壁的示意图。图中，17-长方形孔，19-花瓣扇部，20-花瓣底部，21-花瓣轴。

图7为带可调压限压阀球阀门式活塞结构示意图。图中，5-样管，22-球型活塞，23-可调压限压阀。

本实用新型涉及的长岩芯重力活塞取样器用于海洋调查船上进行海底沉积物柱状取样。使用时，取样器由船弦绞车慢慢放于海中，当下放到距海底尚了一定距离时，释放系统的附重锤先着海底，杠杆就失去平衡，杠杆短端与提管重物吊环脱钩，提管重物和样管就被释放并“自由”降落下冲。这时，球阀门开启，活塞内部水流可通。样管下端刀口联合式全封闭管口封触海底后向海底沉积物中贯入，刀口下体受沉积物阻力而上移，使金属花瓣都贴在刀口下体内壁预留的凹陷空位。在吊缆“余量”用完时，活塞受牵拉而停止降落，样管继续贯入，球阀门关闭而产生抽吸力，在样管贯入的同时沉积物岩芯能顺利进入样管中。贯入结束时，样管上提，刀口下体外围受阻而下拉，使金属花瓣将管口完全封闭，同时活塞上提产生抽吸力并在限压阀调节下使抽吸力适宜。最后，内含岩芯的样管慢慢由吊缆吊起并移到船上，完成整个取样过程。

本实用新型所涉及的长岩芯重力活塞取样器结构简单，使用方便，能取得长而完整的海底沉积物岩芯，可以广泛应用于海洋地质调查中海底沉积物取样。

Claims (4)

1、一种重力活塞取样器，其特征在于由样管、释放系统、提管重物、尾舵、刀口联合式全封闭管口封和带可调压限压阀球阀门式活塞构成，提管重物和样管由法兰联接，刀口联合式全封闭管口封安装在样管下端，带可调压限压阀球阀门式活塞放置于样管内下端并由穿过提管重物和样管的吊缆与释放系统相连。

2、按权利要求1所述的的重力活塞取样器，其特征在于刀口联合式全封闭管口封由刀口上体、刀口下体、8个金属花瓣和8个花瓣轴构成，刀口上体呈上大下小的圆管状，刀口上体上部由内螺丝与样管配接，刀口上体下部与刀口下体上部套在一起成松动配合，刀口上体下部有8个均布的方孔，刀口下体上部有8个长方孔，刀口下体内壁有放置金属花瓣的凹陷空位。

3、按权利要求1和权利要求2所述的重力活塞取样器，其特征在于金属花瓣扇部呈近似三角性，金属花瓣扇部与花瓣底部呈弧形，其弧度与刀口下体内径相同，金属花瓣扇部三角形投影面积为刀口下体内径截面积的1/8，金属花瓣底部穿过刀口下体的长方孔伸入到刀口上体下部的方孔内，与两端插入刀口上体下部方孔横向中线处轴孔中的花瓣轴转动配合。

4、按权利要求1所述的重力活塞取样器，其特征在于带可调压限压阀球阀门式活塞放置在样管内下端，由球阀门和可调压限压阀组成，可调压限压阀在球阀门一侧，球阀门内有球型活塞。

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