CN2572386Y - 浅层易扰动沉积物的冰冻取样器 - Google Patents

Abstract

一种浅层易扰动沉积物的冰冻取样器，由冰冻机构、导正机构和吊环等组成，利用加重块的抗浮和稳定叶片的导正作用，以及取样头的楔形中空结构，使用冰冻方法解决浅水域(小于20米)易扰动浅层沉积物(如泥状或泥水混合状)的非扰动取样问题，为近现代环境变化研究提供最直接、有效的研究对象。

Description

浅层易扰动沉积物的冰冻取样器

本实用新型涉及一种取样器，更具体地说是一种浅层易扰动沉积物的冰冻取样器。

由于近年来我国很多重要的江河、湖泊出现了程度不同的污染，许多大中城市环境恶化、水源水质污染等问题已经引起各级政府的高度重视，将花大力和巨资开展现代(近几百至几十年)环境变化方面的研究。研究现代环境变化最直接、有效的对象是浅水域易扰动沉积物——记录着环境变化的过程。目前国内还没能设计生产出这类浅层易扰动沉积物的非扰动取样装置，而国外的如活塞取样器等也都不能解决这类取样问题。

本实用新型的目的是研制一种冰冻取样器，使用冰冻方法解决浅水域(小于20米)易扰动浅层沉积物(如泥状或泥水混合状)的非扰动取样问题。为近现代环境变化研究提供最直接、有效的研究对象。

为达到上述目的，本实用新型主要由冰冻机构、导正机构和吊环等组成。其工作原理如下：取样器的重心在导正杆的轴线上，下放取样器时，利用加重块的抗浮和稳定叶片的导正作用，使取样器能平稳垂直地下入水中。取样头的取样面为铅垂面，其顶角很小(一般为5°-10°)，以减小对被取样侧沉积物的干扰。用冰冻方法保证取得的样品不发生扰动。冰冻取样器的取样头外形为楔形，内部接近中空，其它部分为筒状结构，内部中空。冰冻剂放入取样头内，当取样器下至指定水深时，冰冻剂气化带走热量通过导正杆、转换短接、通气管进入大气层，在取样头外表面逐渐附着上一层冰状样品，这样采取的冰状样品具有良好的原状层次，扰动很小。

使用冰冻取样器时还应注意以下三点，以确保取样质量和效果。(1)需配简单的绞车(手动或电动均可)，以保证取样器在下放和提升过程中的稳定性；(2)冰冻取样器在被下放至预定采样深度之前保持一段时间静止状态，以确保取样器稳定后(即冰冻取样器不发生摆动或转动等)再将其缓缓下至所需水深处；(3)该冰冻取样器适宜在水深小于20米的水域取样。因为水深增加，通气管(塑料或橡胶管)的静水压力也增加，通气孔将逐渐减小直至关闭；(4)在环境温度较低时使用，其冰冻效果会更好。

本实用新型的优点是：(1)结构简单，组装、操作和更换冰冻剂等十分简便；(2)取样器的结构能保证取样头垂直插入沉积物，使取到的沉积物样品扰动很小；(3)重量轻，只需配简单的手动绞车就可完成取样的操作程序；(4)投资小、成本低，能为施工单位或研究机构带来较大的经济效益。

下面结合本实用新型实施例作进一步详细的描述。

图1是本实用新型浅层易扰动沉积物的冰冻取样器主剖视图。

图2是本实用新型浅层易扰动沉积物的冰冻取样器的冰冻机构剖视图。

图3是本实用新型浅层易扰动沉积物的冰冻取样器的导正机构剖视图。

由图1可以看出，冰冻取样器主要由冰冻机构、导正机构和吊环等组成。

由图2可以看出，冰冻机构主要由取样头1、安装螺栓螺母2、橡胶垫3、密封螺母4、密封垫5、取样头压盖6、导正杆8、密封垫11、提引接头12、转换短接13和通气管14等组成。取样头1通过取样头压盖6用安装螺栓螺母2与导正杆8的一端相联接；通气管14通过转换短接13用丝扣与提引接头12相联接；提引接头12与导正杆8的另一端用丝扣连接。冰冻原理：取样头内放有冰冻剂(如干冰加少量酒精)，取样器下至指定水深时打开通气管上部封口，冰冻剂在环境温度压力条件下开始气化通过导正杆8、转换短接13、通气管14构成的输气通道进入大气层，气化带走的热量致使取样头温度下降，一段时间后取样头的外表面将附着一层冰状沉积物样品。这种冰冻方法能维持沉积物的原有状态。

为提高取样的有效性、尽可能减小对沉积物的扰动，取样头1采用楔形空心结构，即空心的长方体被沿对角线的平面切开后的结构。下放取样器时，取样头的尖角端朝下，与取样头压盖6装配的一端为正方形，与取样头压盖6垂直的长方形面即为取样面，其尺寸大小主要由取样目的决定，一般为80-120mm×500-1000mm。取样头的尖角(或称顶角)大小至关重要：既要保证取样头有足够的空间装放冰冻剂，又要尽可能地减小倾斜面挤排水时对取样一侧的扰动。取样头的顶角小内部空间越小，顶角大对取样面一侧沉积物的扰动也越大。所以，顶角一般取5°-10°为宜。

为保证取样器的冰冻效果，气化通道零件之间需要可靠地密封。在装配完取样器后一般需做密封效果测试。简单有效的方法如自来水灌入实验：将具有两个大气压的自来水从通气管上部灌入取样器5分钟，若无漏水现象，可认为密封可靠。为提高密封的可靠性、简化安装程序，可将取样头压盖6与导正杆8焊接在一起，同时省去密封螺母4和密封垫5。

由图3可以看出，导正机构由取样头压盖6、导正杆8、加重块7和稳定叶片9等组成。导正机构的作用主要是保证取样器在下放过程中的铅垂方向和稳定性。导正杆8的轴线不通过取样头压盖6的几何中心，导正杆8偏心安装在取样头压盖6上，前者的轴线与后者的安装面垂直，其目的是为了使取样器的重心落在导正杆的轴线上。这样，取样器的铅垂方向与取样头的垂直取样(即取样面与水平面垂直)具有一致性。加重块7套在导正杆8上，并靠自重坐落在取样头压盖6上；稳定叶片9通过固紧螺栓10固定在导正杆8上。

加重块7主要有抗浮和协助稳定功用，其形状为中空的圆柱状，重量主要取决于取样头的体积和取样头压盖的大小。稳定叶片9主要有导正(保持取样器沿铅垂方向下放)和稳定(防止下放过程中取样器的不良转动和漂移)功效。稳定叶片9一般由3-6片叶片组成，每片叶片的面积一般不小于600cm²。因此，当下放取样器时，利用加重块的抗浮和稳定叶片的导正作用，使取样器在水中能平稳垂直地下入到指定深度。

取样器的吊环15是取样器连接提引绳索的重要环节。绞车卷动提引绳索，完成取样器的提升和下放工序。在取样器的吊环15与提引绳索之间应装有吊钩，以防止转换短接13可能出现的松扣现象，同时也减少了绞车和绳索作用对取样器可能产生的不良转动。

冰冻取样器的安装过程：先用密封螺母4将取样头压盖6固定在导正杆8上，再将装有冰冻剂的取样头1用安装螺母2与取样头压盖6相连，依次往导正杆上安装加重块7、稳定叶片9和带吊环的提引接头12等，最后在提引接头12公扣侧拧上带通气管14的转换短接13。当完成第一次取样后，只需取下样品，卸下取样头，往取样头内装入冰冻剂后用安装螺栓螺母2装到取样头压盖上即可。

Claims (6)

1.一种浅层易扰动沉积物的冰冻取样器，其特征在于：冰冻取样器的结构主要由冰冻机构、导正机构和吊环等组成；冰冻取样器的取样头(1)外形为楔形，内部接近中空，其它部分为筒状结构，内部中空，冰冻剂放在取样头内；导正杆(8)、转换短接(13)、通气管(14)均为筒状，内部中空；取样头压盖(6)通过安装螺母(2)与取样头(1)连为一体后，用密封螺母(4)将其固定在导正杆(8)上，然后往导正杆(8)上套装加重块(7)，再用固紧螺栓(10)将稳定叶片(9)固定在导正杆(8)上，带吊环(15)的提引接头(12)与导正杆(8)之间用丝扣连接，在提引接头(12)公扣侧拧上带通气管(14)的转换短接(13)。

2.按照权利要求1所述的浅层易扰动沉积物的冰冻取样器，其特征在于：其冰冻机构中取样头(1)通过取样头压盖(6)用安装螺栓螺母(2)与导正杆(8)的一端相联接，通气管(14)通过转换短接(13)用丝扣与提引接头(12)相联接，提引接头(12)与导正杆(8)的另一端用丝扣连接。

3.按照权利要求1所述的浅层易扰动沉积物的冰冻取样器，其特征在于：取样头外形为楔形内部为空心结构，可存放冰冻剂；与取样头压盖(6)装配一端为正方形，与取样头压盖(6)垂直的长方形面即为取样面，其尺寸一般为80-120mm×500-1000mm，另一端为尖端，其顶角一般为5°-10°为宜。

4.按照权利要求1所述的浅层易扰动沉积物的冰冻取样器，其特征在于：冰冻剂由干冰和少量酒精组成。

5.按照权利要求1所述的浅层易扰动沉积物的冰冻取样器，其特征在于：导正机构中导正杆(8)轴线不通过取样头压盖(6)的几何中心，导正杆(8)偏心安装在取样头压盖(6)上，前者的轴线与后者的安装面垂直，其目的是为了使取样器的重心落在导正杆的轴线上；加重块(7)套在导正杆(8)上，并靠自重坐落在取样头压盖(6)上；稳定叶片(9)通过固紧螺栓(10)固定在导正杆(8)上。

6.按照权利要求1所述的浅层易扰动沉积物的冰冻取样器，其特征在于：稳定叶片一般由3-6片叶片组成，每片叶片的面积一般不小于600cm²。

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