一種深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，包括保壓筒以及采樣裝置，還設有連接器以及主球閥，所述連接器內(nèi)開設有相互連通的取樣通道和出樣通道，所述保壓筒通過主球閥與取樣通道對接；所述采樣裝置包括：位于保壓筒內(nèi)的取樣筒，該取樣筒具有經(jīng)主球閥延伸出取樣通道的取樣工作位以及處在連接器內(nèi)的出樣工作位；用于驅(qū)動取樣筒的多級伸縮機構(gòu)；位于取樣筒內(nèi)的活塞，用于在取樣筒處于出樣工作位時將樣品推離取樣筒進入出樣通道。本實用新型采用全新的子采樣方案，即利用多次伸縮機構(gòu)，在壓力腔內(nèi)實現(xiàn)樣品的子采樣和轉(zhuǎn)移，解決了現(xiàn)有技術(shù)體積較大、樣品利用率不高的缺陷。
【專利說明】一種深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及深海探測及研究裝備領(lǐng)域，具體涉及一種深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋工程是一個不太成熟的【技術(shù)領(lǐng)域】，深海沉積物采樣是深海環(huán)境與資源調(diào)查的基本手段之一，經(jīng)過幾十年的調(diào)查實踐，已經(jīng)形成了多種行之有效的沉積物采樣方式，但用于采樣設備的開發(fā)卻一直發(fā)展比較緩慢。
[0003]目前，用于采樣的裝置主要包括以下幾類:
[0004]多管采樣器，利用重力采集海底表層沉積物及其上覆水；
[0005]深海拖曳式采樣器，用于采集懸浮顆粒物；
[0006]電視抓斗式采樣器，用于采集沉積物和表層礦物。
[0007]然而，通過上述的采樣裝置采集的海底沉積物樣品，由于壓力、光照等條件的變化，氣相溶解組分的散失、變價離子氧化態(tài)改變、有機組分分解以及嗜壓型微生物的大量死亡，使得分析數(shù)據(jù)難以準確反映沉積物的原始成分及狀態(tài)。
[0008]近年來，保真采樣技術(shù)越來越受到全世界海洋學界的重視，保真采樣器不僅可以為海洋資源環(huán)境研究提供最真實的樣本，還可以通過深海生物研究發(fā)現(xiàn)大自然新的特性。為了將深海沉積物，特別是其中的微生物樣品在保持深海高壓的情況下由原位轉(zhuǎn)移到實驗室，需要全程保壓。目前，國內(nèi)雖然做取樣器的比較多，也有開發(fā)的極端環(huán)境微生物培養(yǎng)設備，但是缺乏一整套系統(tǒng)，特別是沒有將樣品從取樣器保壓轉(zhuǎn)移到微生物培養(yǎng)設備中的裝置。關(guān)鍵環(huán)節(jié)的缺失導致研究效果不理想，而這一技術(shù)的提供主要由國外公司壟斷。
[0009]比如英國Geotek 公司研制開發(fā)的 PCATS 系統(tǒng)(Pressure Core Analysis andTransfer System)采用的是基于機械臂的方法,在將取樣器與之連接后,機械臂可將樣品在保壓腔內(nèi)整個沿軸向拖動，壓力腔內(nèi)可進行樣品切割、檢測；當需要存儲時，需要將取樣器取下來，再將存儲倉連接上去。PCATS設備對整個柱狀樣品操作，體積更大，占用實驗空間大，結(jié)構(gòu)更為復雜，設備成本高。
[0010]再比如，美國HYACINTH 系統(tǒng)(Deployment of HYACE tools In New Tests onHydrates)在對子樣品操作時，具有一個可90°旋轉(zhuǎn)的切刀，利用相互嵌套的圓管和推桿，可使一部分樣品經(jīng)過圓管伸到切刀下，切刀旋轉(zhuǎn)，剛好使部分子樣品垂直落到下方的存儲倉中，這一切同樣在壓力腔內(nèi)完成。相較而言，這種結(jié)構(gòu)在用推桿推送樣品的時候已經(jīng)進行了一次子采樣，因此樣品利用率比較低。
實用新型內(nèi)容
[0011]本實用新型提供了一種深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，采用全新的子采樣方案，即利用多次伸縮機構(gòu)，在壓力腔內(nèi)實現(xiàn)樣品的子采樣和轉(zhuǎn)移，解決了現(xiàn)有技術(shù)體積較大、樣品利用率不高的缺陷。[0012]本實用新型公開了一種深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，包括保壓筒以及采樣裝置，還設有連接器以及主球閥，所述連接器內(nèi)開設有相互連通的取樣通道和出樣通道，所述保壓筒通過主球閥與取樣通道對接；
[0013]所述采樣裝置包括:
[0014]位于保壓筒內(nèi)的取樣筒，該取樣筒具有經(jīng)主球閥延伸出取樣通道的取樣工作位以及處在連接器內(nèi)的出樣工作位；
[0015]用于驅(qū)動取樣筒的多級伸縮機構(gòu)；所述的多級伸縮機構(gòu)可根據(jù)實際需要確定級數(shù)，所述的級數(shù)至少為兩級。
[0016]位于取樣筒內(nèi)的活塞，用于在取樣筒處于出樣工作位時將樣品推離取樣筒進入出樣通道。
[0017]連接器用于連通原樣品取樣器和子樣品儲存?zhèn)}，作為優(yōu)選，所述連接器為三通結(jié)構(gòu)，所述取樣通道沿直線延伸，所述出樣通道垂直連通在取樣通道的中部；
[0018]所述的原樣品取樣器上設有第一球閥，取樣通道與原樣品取樣器連接的一端通過第一球閥連通；
[0019]所述出樣通道的出口連接有子樣品存儲倉；作為優(yōu)選，所述的子樣品存儲倉上設有第三球閥，所述出樣通道的出口依次通過串聯(lián)的第二球閥、過渡筒和第三球閥與子樣品存儲倉連通，以保證保壓效果的穩(wěn)定。
[0020]所述連接器的側(cè)壁設有觀察鏡，所述觀察鏡處在取樣通道與出樣通道的銜接部位。
[0021]所述多級伸縮機構(gòu)包括:
[0022]后電機，固定在保壓筒背向連接器的一端；
[0023]套筒，滑動安裝在保壓筒內(nèi)，且所述取樣筒以及活塞均處在套筒內(nèi)；
[0024]后絲杠螺母機構(gòu)，用于后電機與套筒之間的聯(lián)動；
[0025]前電機，安裝在套筒內(nèi)；
[0026]前絲杠螺母機構(gòu)，用于前電機與所述取樣筒之間的聯(lián)動。
[0027]所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備還設有蓄能器，蓄能器可減少設備內(nèi)部的壓力波動。所述的蓄能器通過兩個三通截止閥分別與保壓筒、連接器下端及液壓泵相連，此處所述的連接器下端即過渡筒。
[0028]作為優(yōu)選，所述的連接器和保壓筒上分別設有泄壓部件。
[0029]所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備還設有控制箱，控制箱通過控制線路分別與前電機和后電機相連。
[0030]所述保壓筒內(nèi)設有沿軸向布置的導向桿，所述保壓筒與套筒之間設有與導向桿滑動配合的測位筒，測位筒與套筒之間設有軸向聯(lián)動部件，所述保壓筒內(nèi)固定有測量桿，所述測位筒上設有與測量桿相配合的磁環(huán)。
[0031]所述套筒鄰近后電機的一端設有外翻的固定盤，該固定盤上設有套設在導向桿上的第一導向孔；
[0032]測位筒鄰近后電機的一端設有外翻邊，該外翻邊上設有套設在導向桿上的第二導向孔；
[0033]所述軸向聯(lián)動部件為套設在導向桿上的彈簧，該彈簧兩端分別抵接套筒上的固定盤和測位筒的外翻邊。
[0034]所述保壓筒朝向后電機的一端設有密封蓋。
[0035]所述后絲杠螺母機構(gòu)包括貫穿密封蓋的后絲杠以及與所述套筒相固定的后螺母，所述后絲杠一端與后電機的主軸連接，另一端延伸入套筒與后螺母相配合。
[0036]所述前絲杠螺母機構(gòu)包括前絲杠以及與所述取樣筒相固定的前螺母；
[0037]所述前絲杠一端與前電機的主軸連接，另一端延伸入所述取樣筒與前螺母相配合；
[0038]所述活塞與前絲杠的端部軸向固定連接。
[0039]所述套筒上設有軸向布置的導向槽，所述取樣筒上設有沿導向槽滑動配合的導向釘。
[0040]本實用新型的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備的操作流程如下:
[0041]I)將連接器取樣通道背向主球閥的一側(cè)與原樣品取樣器通過原樣品取樣器上的第一球閥相連，連接器出樣通道的下接口與子樣品存儲倉間依次通過第二球閥、過渡筒和第三球閥相連，此時，第一球閥、第二球閥、第三球閥及主球閥均處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0042]2)將液壓泵與保壓筒連通，打開主球閥，向保壓筒內(nèi)加壓，直至保壓筒內(nèi)壓力略大于原樣品取樣器中的壓力值，停止加壓；打開第三球閥，將液壓泵與過渡筒連通，向子樣品存儲倉內(nèi)加壓，直到子樣品存儲倉與保壓筒內(nèi)壓力相當，打開第二球閥和第一球閥；
[0043]3)驅(qū)動后電機，后絲杠螺母機構(gòu)帶動套筒及測位筒共同向連接器方向運動，當測位筒接觸到原樣品取樣器中原樣品的表面時，套筒壓縮彈簧繼續(xù)前進指定距離后停止；驅(qū)動前電機，前絲杠螺母機構(gòu)運動帶動取樣筒向連接器方向運動并停止在取樣工作位采集到子樣品；
[0044]4)待子樣品采集結(jié)束，后絲杠螺母機構(gòu)反向運動，帶動取樣筒向連接器反方向運動并停止在出樣工作位，此時，取樣筒前端到達出樣通道正上方，由觀察鏡可剛好看到；前絲杠螺母機構(gòu)反向運動，取樣筒內(nèi)的活塞將子樣品推出，通過出樣通道落入子樣品存儲倉；
[0045]5)關(guān)閉第二球閥和第三球閥，卸除子樣品存儲倉，完成一次子采集操作。
[0046]6)在連接器的出樣通道下重新安裝新的子樣品存儲倉，打開第三球閥，將液壓泵與過渡筒連通，向子樣品存儲倉內(nèi)加壓，直到子樣品存儲倉與保壓筒內(nèi)壓力相當，打開第二球閥和第一球閥，重復流程3)?5)，可以實現(xiàn)多次采樣。
[0047]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0048]采用本實用新型的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，保壓筒內(nèi)壓力的波動保持在10%以下，取樣轉(zhuǎn)移過程可實現(xiàn)自動化，相對于其他設備，多次保壓轉(zhuǎn)移過程中，取樣器不需要移動，而只需更換新的子樣品存儲倉，可簡化前期打壓等準備工作，操作方便；
[0049]采用多級伸縮機構(gòu)，可以實現(xiàn)較長的直線位移距離，間接減小了保壓轉(zhuǎn)移裝置的軸向尺寸；理論上適用于沉積物樣品各種用途的子采樣，提高設備利用率，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1為本實用新型深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備的示意圖；[0051]圖2為本實用新型深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備的連接器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖3為本實用新型深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備的保壓筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖4為本實用新型深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備的二級伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖5為本實用新型深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備的測位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖中，1-連接器、2-主球閥、3-保壓筒、4-二級伸縮機構(gòu)、5-測位機構(gòu)、6-控制箱、
7-蓄能器、8-三通截止閥1、9_三通截止閥I1、10-過渡筒、11-第二球閥；
[0056]100-取樣通道、101-觀察鏡、102-取樣通道；
[0057]300-前連接筒、301-第一密封圈、302-保壓筒主體、303-第二密封圈、304-密封蓋、305-導向桿；
[0058]400-取樣筒、401-導向槽、402-前絲杠螺母機構(gòu)、403-前電機、404-固定盤、405-后絲杠螺母機構(gòu)、406-后電機、407-聯(lián)軸器、408-第一導向孔、409-后套筒、410-前套筒、411-導向釘、412-活塞；
[0059]500-測位筒、501-外翻邊、502-磁環(huán)、503-測量桿、504-電子倉。
【具體實施方式】
[0060]參見圖1?5，本實用新型深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備包括連接器1、主球閥2、保壓筒3、二級伸縮機構(gòu)4、測位機構(gòu)5、控制箱6和蓄能器7。其中，連接器I和主球閥2之間、主球閥2和保壓筒3間均有螺釘連接，且采用密封圈進行保壓密封。
[0061]連接器I內(nèi)開設有相互連通的取樣通道100和出樣通道102，為三通結(jié)構(gòu)，取樣通道100沿直線延伸，出樣通道102垂直連通在取樣通道100的中部，其中，取樣通道100背向主球閥2的一側(cè)連通原樣品取樣器，出樣通道102的出口依次通過第二球閥11、過渡筒10和子樣品儲存?zhèn)}連通；連接器I正對出樣通道102 口的側(cè)壁上設有觀察鏡101。
[0062]主球閥2用于將連接器I與保壓筒3的取樣通道100對接。
[0063]保壓筒3分為前連接筒300和保壓筒主體302，保壓筒主體302朝向后電機406的一端設有密封蓋304，保壓筒主體302內(nèi)還設有沿軸向布置的導向桿305 ;前連接筒300、保壓筒主體302和密封蓋304間依次用螺紋連接，且連接處通過密封圈進行密封。保壓筒3上設有泄壓部件。
[0064]保壓筒3內(nèi)固定有測量桿503，測量桿503朝向密封蓋304的一側(cè)與固定在密封蓋304上的電子倉504連接。
[0065]二級伸縮機構(gòu)4包括套筒、后電機406、后絲杠螺母機構(gòu)405、前電機403及前絲杠螺母機構(gòu)402。
[0066]套筒分為相互連接的前套筒410和后套筒409，套筒滑動安裝在保壓筒3內(nèi)，后套筒409鄰近后電機406的一端設有外翻的固定盤404,該固定盤404上設有套設在導向桿305上的第一導向孔408。
[0067]前套筒410上設有軸向布置的導向槽401，取樣筒400上設有沿導向槽401滑動配合的導向釘411。
[0068]保壓筒3與套筒間設有與導向桿305滑動配合的測位筒500，測位筒500鄰近后電機406的一端設有外翻邊501，該外翻邊501上設有套設在導向桿305上的第二導向孔；測位筒500與套筒間設有彈簧，該彈簧套設在導向桿305上，彈簧兩端分別抵接固定盤404和外翻邊501 ;測位筒500上還設有磁環(huán)502，用于與測量桿503配合監(jiān)測二級伸縮機構(gòu)的位移。
[0069]測位筒500、外翻邊501、磁環(huán)502、測量桿503及電子倉504共同組成了測位機構(gòu)5。
[0070]后電機406固定在保壓筒3背向連接器I的一端。
[0071]后絲杠螺母機構(gòu)405包括貫穿密封蓋304的后絲杠以及與后套筒409相固定的后螺母，后絲杠一端通過聯(lián)軸器407與后電機406的主軸連接，另一端延伸入后套筒409與后螺母相配合，用于后電機406與后套筒409之間的聯(lián)動。
[0072]前電機403安裝在前套筒410內(nèi)。
[0073]前絲杠螺母機構(gòu)402包括前絲杠以及與取樣筒400相固定的前螺母，前絲杠一端與前電機403的主軸連接，另一端延伸入取樣筒400與前螺母相配合，用于前電機403與取樣筒400之間的聯(lián)動。
[0074]取樣筒400以及活塞412均處在前套筒410內(nèi)，活塞412與前絲杠的端部軸向固
定連接。
[0075]控制箱6內(nèi)有PLC、按鍵、顯示屏等部件，并通過控制線路分別與前電機406和后電機410相連。
[0076]三通截止閥I 8與保壓筒3和蓄能器7連通，三通截止閥II 9與過渡筒10及液壓泵相連，且兩個三通截止閥間相互連通。
[0077]工作過程:
[0078]I)將連接器I的取樣通道100背向主球閥2的一側(cè)與原樣品取樣器通過原樣品取樣器上的第一球閥相連，連接器I出樣通道102的下接口依次通過第二球閥11、過渡筒10和子樣品存儲倉上的第三球閥相連，此時，第一球閥、第二球閥、第三球閥及主球閥均處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0079]2)通過控制三通截止閥I 8與三通截止閥II 9，將液壓泵與保壓筒3連通，打開主球閥2，向保壓筒3內(nèi)加壓，直至保壓筒3內(nèi)壓力略大于原樣品取樣器中的壓力值，停止加壓；打開第三球閥，將液壓泵與過渡筒10連通，向子樣品存儲倉內(nèi)加壓，直到子樣品存儲倉與保壓筒3內(nèi)壓力相當，打開第二球閥11和第一球閥；
[0080]3)驅(qū)動后電機406，后絲杠螺母機構(gòu)405帶動套筒及測位筒500共同向連接器I方向運動，當測位筒500接觸到原樣品取樣器中原樣品的表面時，套筒壓縮彈簧繼續(xù)前進指定距離后停止；驅(qū)動前電機403，前絲杠螺母機構(gòu)402運動帶動取樣筒400向連接器I方向運動并停止在取樣工作位采集到子樣品；
[0081]4)待子樣品采集結(jié)束，后絲杠螺母機構(gòu)405反向運動，帶動取樣筒400向連接器I反方向運動并停止在出樣工作位，此時，取樣筒400前端到達出樣通道102正上方，由觀察鏡101可剛好看到；前絲杠螺母機構(gòu)402反向運動，取樣筒400內(nèi)的活塞412將子樣品推出，通過出樣通道102落入子樣品存儲倉；
[0082]5)關(guān)閉第二球閥11和第三球閥，卸除子樣品存儲倉，完成一次子采集操作。
[0083]6)在連接器I的出樣通道102下重新安裝新的子樣品存儲倉，打開第三球閥，將液壓泵與過渡筒10連通，向子樣品存儲倉內(nèi)加壓，直到子樣品存儲倉與保壓筒3內(nèi)壓力相當，打開第二球閥11和第一球閥，重復流程3)?5)，可以實現(xiàn)多次采樣。
【權(quán)利要求】
1.一種深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，包括保壓筒以及采樣裝置，其特征在于，還設有連接器以及主球閥，所述連接器內(nèi)開設有相互連通的取樣通道和出樣通道，所述保壓筒通過主球閥與取樣通道對接； 所述采樣裝置包括: 位于保壓筒內(nèi)的取樣筒，該取樣筒具有經(jīng)主球閥延伸出取樣通道的取樣工作位以及處在連接器內(nèi)的出樣工作位； 用于驅(qū)動取樣筒的多級伸縮機構(gòu)； 位于取樣筒內(nèi)的活塞，用于在取樣筒處于出樣工作位時將樣品推離取樣筒進入出樣通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，還設有蓄能器，蓄能器通過兩個三通截止閥分別與保壓筒、連接器下端及液壓泵相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，所述連接器為三通結(jié)構(gòu)，所述取樣通道沿直線延伸，所述出樣通道垂直連通在取樣通道的中部； 所述出樣通道的出口通過第二球閥與子樣品存儲倉連接； 所述連接器的側(cè)壁設有觀察鏡，所述觀察鏡處在取樣通道與出樣通道的銜接部位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，所述多級伸縮機構(gòu)包括: 后電機，固定在保壓筒背向連接器的一端； 套筒，滑動安裝在保壓筒內(nèi)，且所述取樣筒以及活塞均處在套筒內(nèi)； 后絲杠螺母機構(gòu)，用于后電機與套筒之間的聯(lián)動； 前電機，安裝在套筒內(nèi)； 前絲杠螺母機構(gòu)，用于前電機與所述取樣筒之間的聯(lián)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，所述保壓筒內(nèi)設有沿軸向布置的導向桿，所述保壓筒與套筒之間設有與導向桿滑動配合的測位筒，測位筒與套筒之間設有軸向聯(lián)動部件，所述保壓筒內(nèi)固定有測量桿，所述測位筒上設有與測量桿相配合的磁環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，所述套筒鄰近后電機的一端設有外翻的固定盤，該固定盤上設有套設在導向桿上的第一導向孔； 測位筒鄰近后電機的一端設有外翻邊，該外翻邊上設有套設在導向桿上的第二導向孔； 所述聯(lián)動部件為套設在導向桿上的彈簧，該彈簧兩端分別抵接套筒上的固定盤和測位筒的外翻邊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，所述保壓筒朝向后電機的一端設有密封蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，所述后絲杠螺母機構(gòu)包括貫穿密封蓋的后絲杠以及與所述套筒相固定的后螺母，所述后絲杠一端與后電機的主軸連接，另一端延伸入套筒與后螺母相配合。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，所述前絲杠螺母機構(gòu)包括前絲杠以及與所述取樣筒相固定的前螺母；所述前絲杠一端與前電機的主軸連接，另一端延伸入所述取樣筒與前螺母相配合； 所述活塞與前絲杠的端部軸向固定連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海沉積物多次保壓轉(zhuǎn)移設備，其特征在于，所述套筒上設有軸向布置的導向槽，所 述取樣筒上設有沿導向槽滑動配合的導向釘。
【文檔編號】G01N1/02GK203798603SQ201420152403
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】李世倫, 王文濤, 謝龍輝 申請人:浙江大學