CN2880917Y - 悬浮泥沙现场自动采样装置 - Google Patents

Abstract

一种用于水下的悬浮泥沙现场自动采样装置。包括采水装置、电缆与相连接含有软件的中央控制装置及其承载的载体，该载体分别由提杆与钢缆连接于上部的浮体，其特征是它还包括载体两侧分别设置的尾翼和导流罩，在载体的下方设置一个由锚链相连接的锚，并以锚与锚链为配重物与浮体联合作用而达到需要的水深，实现半潜式全自动采样，从而可以适应大风浪恶劣海况条件下的工作环境，上述采水装置包括有上部的密封电缆连接与控制的电磁阀，电磁阀下部的通过连接螺栓连接的受控的采水装置，和采水装置之下的采水瓶，是一个常闭结构的采水密封装置，且用两级减压的方式开启采样瓶。一次采样24瓶水样，采样准确，可靠性好，样品无污染、无泄漏。

Description

悬浮泥沙现场自动采样装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种用于水下半潜式全天候作业的悬浮泥沙现场自动采样装置。

背景技术

悬浮泥沙水样采集是海洋和水利行业中科研及工程设计领域的一项重要的基础工作，尤其是恶劣海况(气象)条件下的悬浮泥沙深度资料，对科学研究和工程设计及灾害预测是十分重要的。目前，国内外相关部门先后开发了多种多样的悬浮泥沙采样装置，但大多存在以下缺陷：已有采水器采用的均为常开式机械采水结构，采样过程需要通过诸如“锤击”等人工机械动作来完成，这在流速大的水域往往无法正常完成采样动作；由于采用人工方式操作，使用现有的采水器采样时需要人工量取水深，一次操作只能采集一个水样，而且在两次采样的间隔中，人员往往要现场值班，因而劳动强度大，工作效率也很低；又由于采用常开式结构设计，在采水器由水面下放到目标深度的过程中，采样瓶中一直有水样交换，这样必然会在到达预定采样位置之前在采样瓶内混有一定量的水样，从而给水样造成一定程度的污染，下放时间越长，污染就越严重；另外，由于已有采水器采样人工收放或船舶拖拽式操作，必然不能适应恶劣海况条件下的采样工作，从而难以获得恶劣海况条件下的水样资料，而恶劣海况下的样品和资料恰恰是最重要的。即或有自动中央控制装置，也是由常开状态转化为闭合。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种悬浮泥沙现场自动采样装置，以弥补已有技术的不足。

本实用新型包括采水装置、电缆与相连接含有软件的中央控制装置及其承载的载体，该载体分别由提杆与钢缆连接于上部的浮体，其特征是它还包括载体两侧分别设置的尾翼和导流罩，尾翼为一个长方形平板状构件，导流罩为一个四棱锥状构件，它们与方形框架状载体之间分别由紧固螺栓连接。

考虑到半潜于水中采样的需要，在载体的下方设置一个由锚链相连接的锚，并以锚与锚链为配重物与浮体联合作用而达到需要的水深。

上述采水装置包括有上部的密封电缆连接与控制的电磁阀，电磁阀下部的通过连接螺栓连接的受控的采水装置，和采水装置之下的采样瓶，其特征是上述采水装置是一个常闭结构的采水密封装置，且用两级减压的方式开启采样瓶。上述采水装置可以分多行多列排列在中央控制装置的周围并以电缆连接。

上述采水装置由减压密封件、导向连接件和采样瓶口密封件三部分组成。

上述减压密封件是被导向连接件限定的上部为螺杆，下部为一个短圆柱形挡块，且该挡块的下部的圆形凹槽内有一个圆形密封垫；上述导向连接件是一个顶部有一个圆孔、筒壁上至少有两个圆周均布的排气孔的圆筒形结构件，并与密封件连接成一体；而密封件是一个中心轴上有贯通的圆孔的三级凸台状构件，上部为减压密封口，下部的圆环状凹槽内有一个圆环形密封垫。

本实用新型的电缆是一种由新型水下电缆密封构件和普通电缆构成的密封电缆，包括首尾两个快速接头及与之相连接的密封细软管和其内的电缆，其特征是它还包括一对变径快速接头及其间的粗软管内的插头与插座，且变径快速接头间由密封粗软管相套接。以实现电缆在密封粗软管内穿行，以及其电缆上的电缆插头与插座在其内相插接。

本实用新型专门设计的作为水下电缆的密封接插件的变径快速接头，来实现容纳电缆上的插头与插座。

上述变径快速接头的实质是由两端分别旋有小螺帽和大螺帽的小密封嘴与大密封嘴的快速接头。

本实用新型的特点是：第一，浮体和锚协的调配置可保证整个装置在水中垂向和横向的稳定，并能保持本装置在水面与水底之间实现半潜式作业，从而可以适应大风浪恶劣海况条件下的工作环境；第二，本装置由单片机控制，可实现水下全自动采样，且一次采样数量多，一次投放最多可采得24瓶水样，采样准确，可靠性好，样品无污染、无泄漏。；第三，新型密封电缆使用、维修简便，成本低廉，可靠性好。

附图说明

图1本实用新型的总体结构示意图。

图2本实用新型的软件流程示意图。

图3本实用新型的采水装置总体结构示意图。

图4本实用新型的电磁阀主要功能部件示意图。

图5本实用新型的采水密封装置结构示意图。

图6本实用新型的采水瓶结构示意图。

图7本实用新型的采水装置工作过程示意图。

图8本实用新型的密封电缆总体结构示意图。

图9本实用新型的密封电缆变径快速接头连接结构分解示意图。

图10本实用新型的采水装置与中央控制装置连接示意图。

其中，1浮体，2钢缆，3提杆，4载体，5尾翼，6导流罩，7采水装置，8电缆，9中央控制装置，10锚链，11锚，12电磁阀端子，13电磁阀，14螺栓，15采水密封装置，16采水瓶，17弹簧，18动磁铁，19减压密封件，20导向连接件，21密封件，22采水瓶口，23采水瓶体，24放水口，25连接线，26快速接头，27细软管，28变径快速接头，29粗软管，30电缆插头，31电缆插座，32小密封帽，33小锥形密封嘴，34大锥形密封嘴，35大密封螺帽。

具体实施方式

如图1、图3和图10，本实用新型包括采水装置7、电缆8与相连接含有软件的中央控制装置9及其承载的载体4，该载体4分别由提杆3与钢缆2连接于上部的浮体1，其特征是它还包括载体4两侧分别设置的尾翼5和导流罩6。上述尾翼5为一个长方形平板状构件，导流罩6为一个四棱锥状构件，它们与方形框架状载体4之间分别由紧固螺栓连接即可。

在载体4的下方设置一个由锚链10相连接的锚11，并以锚11与锚链10为配重物与浮体联合作用而达到需要的水深。实现半潜式作业。

上述采水装置7包括有上部的密封电缆8连接与控制的电磁阀13，电磁阀13下部通过螺栓14连接的受控的采水密封装置15，和采水密封装置15之下的采水瓶16组成的一个常闭结构的采水密封装置，且用两级减压的方式开启采水瓶16，并分多行多列排列固定在中央控制装置9的周围并以电缆8连接。采水装置为新型常闭式电动采水装置，由电磁阀、两端带螺纹的连接螺栓、采水密封装置和采水瓶四部分构成，该装置最上部的电磁阀端子12与其下的电磁阀13连接；电磁阀下部为采水密封装置15，通过电磁阀中动磁铁18下部的螺孔和采水密封装置上部的减压密封件19罗纹连接；采水密封装置15之下为采水瓶16，它与电磁阀之间通过连接螺栓14相连。其中，减压密封件上部螺纹与动磁铁18下部的螺孔配合，本实用新型的采水装置7分四行六列排列固定在中央控制装置9的周围并以电缆8连接。本实用新型的采水装置7可多达24个。

如图5，上述采水密封装置15由减压密封件19、导向连接件20和采样瓶口密封件21三部分组成。

上述减压密封件19是被导向连接件20限定的、上部为螺杆，下部为凹槽内有一个圆形密封垫N的短圆柱形挡块；上述导向连接件20是顶部有圆孔、筒壁上至少有两个圆周均布的排气孔M的圆筒形结构件，并与密封件21连接成一体；而密封件21是一个中心轴上有通孔的三级凸台状构件，下部的圆环状凹槽内有一个环形密封垫P。

本实用新型的最上部为空心圆球形浮体1，其下为提杆3，以上二者之间有钢缆2相连；提杆之下为承载采水装置7和中央控制装置9的方形框架状载体4；中央控制装置9位于载体的中央，采水装置7分四行六列排列在中央控制装置的周围，中央控制装置9与采水装置7之间由密封电缆8相连；提杆3、采水装置7、中央控制装置9与载体4之间分别由螺栓连接(其中螺栓连接图省略)；载体两侧分别为尾翼5和导流罩6，尾翼为一个长方形平板状构件，导流罩为一个四棱锥状构件，它们与载体之间分别也使由紧固螺栓连接；装置最下部为锚11，它与载体之间由锚链10连接。

该采水装置的工作原理是：采样前，在电磁阀中弹簧17处于压缩状态，其推力自上而下通过动磁铁18、减压密封件19传递到采水瓶口密封件21，依靠21下部的圆环形密封垫压紧采水瓶口22实现采水瓶的密封；采样时，电磁阀通电吸合，动磁铁18首先拉动减压密封件19向上运动，外界的水体与采水瓶内的空气通过导向连接件上的圆孔实现交换，从而破坏采水瓶内外的压力差；然后，动磁铁通过减压密封件下部的挡块拉动整个采水密封装置离开采水瓶口22，使水样进入采水瓶体23内；采样结束后，采水密封装置恢复到采样前的状态，依靠弹簧17的推力实现采水瓶的密封，从而可以实现在采样前和采样后的采水瓶内外环境的隔绝，避免了样品的污染和泄漏。如果不使用这种采水密封装置，由于作用在采水瓶口密封盖上的压力很大，小功率电磁阀根本无法实现上述采样动作。

如图8、图9，本实用新型中的采用的电缆8是一种由新型水下电缆密封构件和普通连接线构成的新型密封电缆，它包括连接线25、快速接头26、细软管27、变径快速接头28、粗软管29、普通电缆插头30和普通电缆插座31。除插头和插座外，每条密封电缆中的上述各构件均为成对的两个，两个快速接头26的一端分别与本装置中的中央控制装置9和采样装置的电磁阀13焊接在一起，另一端和变径快速接头28之间由细软管27相连，通过小密封螺帽32压紧插在小锥形密封嘴33上的细软管实现密封；两个变径快速接头之间由粗软管29连接，通过大密封螺帽35压紧插在大锥形密封嘴34上的粗软管实现密封；普通电缆25分别依次通过一组变径快速接头、细软管和快速接头引入中央控制装置和电磁阀，电缆插头30、插座31对接后存放于粗软管29中，从而实现电缆与外界水体的隔绝。该密封电缆的特征是：结构简单，安装、维修和更换操作简便，成本低廉。另外，由于在使用时软管承受的为外压，所以水压的增加对电缆的密封性能基本没有影响，从而保证了水下密封电缆的可靠性。

如图2，使用时，将本装置通过通讯电缆与计算机连接，并启动控制软件，中央控制装置9将首先进行初始化，并显示联机提示，若联机不成功，则需要退出控制程序，检查通讯电缆联接是否正确，确认无误后再重复上述过程；联机成功后，进行存储器自检，若存储器正常，则进行参数设置，输入预设的采样设置指令(采样开始时间、采样时间间隔、采样延续时间、采样数量)，发送参数并确认返回信息正确后，将中央控制装置密封后投放到预定工作地点，本装置将按照预设的采样开始时间、采样间隔和采样数量进行自动采样，即：当到达设定的采样时刻时，由中央控制装置发出预设的采样开始指令，接通指定编号采样装置的电源，驱动该采样装置上的电磁阀打开采水瓶；采水瓶装满后，中央控制装置发出预设的采样结束指令，切断指定编号采样装置的电源，电磁阀的动作部件自动恢复，将采水瓶密封；在工作过程中，中央控制装置将采样数量记录(采样设置时刻、采样序号、采样瓶号、采样开始时间、采样时间间隔和采样结束时间)自动存储到其存储器中。当预定采样工作全部中央控制装置上的通讯接口将采样数据回放到计算机。

本实用新型最适用于200m浅水区的悬浮泥沙现场自动采样，可采用半潜式作业，也可以将其悬挂在水体中的固定物体(如浮标)上使用，特别适合水下长期自动采样和恶劣海况条件下的水下采样作业，从而可以获得常规采水装置无法取得的宝贵资料。单台装置一次投放可采集24瓶悬浮泥沙水样，采样间隔可在5min-999h之间自由选择，单瓶采样数量可根据需要自由调整，并且采用了常闭式采样机构和新型密封电缆，最大限度地降低了样品污染，成本低廉，可靠性好，维修简便、快捷。

按照作业方法，本装置主要有以下三种实施方式：

1 单台装置独立使用：将单台本装置投放到某一作业地点的指定深度，进行单层水样的定点采集；

2 垂向剖面观测：将多台本装置投放到某一作业地点的不同深度，进行多层水样的同步定点采集；

3 横向剖面观测：将多台本装置投放到多个采样地点的指定深度，进行单层或多层水样的同步定点采集。

Claims (5)

1、一种悬浮泥沙现场自动采样装置，包括采水装置(7)、电缆(8)与相连接含有软件的中央控制装置(9)及其承载的载体(4)，该载体(4)分别由提杆(3)与钢缆(2)连接于上部的浮体(1)，其特征是它还包括载体(4)两侧分别设置的尾翼(5)和导流罩(6)，上述尾翼(5)为一个长方形平板状构件，导流罩(6)为一个四棱锥状体，它们与方形框架状载体(4)之间分别由螺栓紧固连接。

2、如权利要求1所述的悬浮泥沙现场自动采样装置，其特征是在载体(4)的下方设置一个由锚链(10)相连接的锚(11)，并以锚(11)与锚链(10)为配重物与浮体(1)联合作用而达到半潜的水深。

3、如权利要求1所述的悬浮泥沙现场自动采样装置，其特征是上述采水装置(7)包括有上部的密封电缆(8)连接与控制的电磁阀(13)，电磁阀(13)下部通过螺栓(14)连接的受控的采水密封装置(15)，和采水密封装置(15)之下的采水瓶(16)组成的一个常闭结构的采水密封装置，且用两级减压的方式开启采水瓶(16)，并分多行多列排列固定在中央控制装置(9)的周围并以电缆(8)连接。

4、如权利要求3所述的悬浮泥沙现场自动采样装置，其特征是上述采水密封装置(15)由减压密封件(19)、导向连接件(20)和采水瓶口密封件(21)三部分组成。

5、如权利要求1所述的悬浮泥沙现场自动采样装置，其特征是上述电缆(8)是它包括普通电缆(25)、快速接头(26)、细软管(27)、变径快速接头(28)、粗软管(29)、普通电缆插头(30)和普通电缆插座(31)。

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