一種深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置製造方法

2023-11-01 04:49:07 1

一種深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及切割設備【技術領域】，旨在提供一種深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置。本發明包括蓋箱、壓力平衡裝置、齒輪杆、齒輪盤、外端蓋、連接管、彈簧、螺栓、刀頭和內端蓋；所述內端蓋、外端蓋、連接管與蓋箱同軸，且外端蓋與蓋箱之間為螺栓連接，連接管與外端蓋之間為螺栓連接，內端蓋嵌套於蓋箱內；所述壓力平衡裝置包括平衡蓋、壓杆和平衡基座，且平衡蓋、平衡基座與壓杆同軸，平衡蓋和平衡基座均設有同軸螺紋孔。本發明的有益效果是：耐高壓切割裝置的密封設計能適應密封較高水壓，有效的防止切割過程中壓力洩露，保證保壓二次取樣在保壓的環境中完成，減少因環境變化對深海沉積物造成的幹擾。
【專利說明】一種深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及切割設備【技術領域】，具體涉及一種深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓 切割裝置。

【背景技術】
[0002] 深海沉積物採樣是深海環境與資源調查的基本手段之一，經過幾十年的發展實 踐，已形成了多種有效的沉積物採樣方式，但是採樣之後的保壓取樣轉移設備，一直發展緩 慢。
[0003] 目前，用於採樣的裝置主要包括以下幾類：多管採樣器，利用重力採集海底表層沉 積物及其上覆水；深海拖曳式採樣器，用於採集懸浮顆粒物；電視抓斗式採樣器，用於採集 沉積物和表層礦物。通過以上採樣裝置採集的海底沉積物樣品，由於壓力、溫度、光照等條 件的變化，易造成氣相溶解成分散失、固態成分氣化、有機成分分解等問題，使實驗數據難 以準確反映沉積物的原始成分及狀態。
[0004] 近年來，保真採樣越來越受到國際海洋界的重視，尤其是沉積物中的天然氣水合 物，俗稱"可燃冰"，是一種優質高效的燃料，可作為優質能源。天然氣水合物的形成需要在 一定條件下形成，要求有合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等，在大洋中，天然 氣水合物在沉積物中穩定在0?l〇〇〇m深度。中國現有的深海沉積物取樣器可以在深海取 到沉積物、水、氣和天然氣水合物等樣品並進行保壓，為了更好的研究天然氣水合物的物理 性質，樣品在保持深海高壓的情況下由原位轉移到實驗室，需要全程保壓，但是國內暫無二 次保壓取樣轉移的設備，關鍵環節的缺乏導致研究效果不理想。因此，研製一套與保壓取樣 裝置對接的保壓取樣轉移裝置，將推動我國天然氣水合物保壓取樣轉移的研究發展。該研 究成果不僅可以應用於水合物項目，還可以有效地推廣到其他綜合性海洋調查項目，是現 代海洋調查研究領域向更高、更精確探測的重要手段，具有十分廣闊的應用和推廣前景。


【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種深海沉積物保壓 取樣轉移的耐高壓切割裝置。
[0006] 為解決技術問題，本發明的解決方案是：
[0007] 提供一種深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置，包括蓋箱、壓力平衡裝置、 齒輪杆、齒輪盤、外端蓋、連接管、彈簧、螺栓、刀頭和內端蓋；所述內端蓋、外端蓋、連接管與 蓋箱同軸，且外端蓋與蓋箱之間為螺栓連接，連接管與外端蓋之間為螺栓連接，內端蓋嵌套 於蓋箱內；所述壓力平衡裝置包括平衡蓋、壓杆和平衡基座，且平衡蓋、平衡基座與壓杆同 軸，平衡蓋和平衡基座均設有同軸螺紋孔；所述平衡基座安裝在蓋箱的螺紋孔中，且平衡基 座與蓋箱之間為螺紋連接，平衡蓋與平衡基座之間為螺紋連接，所述壓杆依次貫穿通過平 衡蓋螺紋孔和平衡基底螺紋孔連接到蓋箱內部；
[0008] 嵌套於蓋箱內部的內端蓋呈上下兩端錐面平行的圓環體結構，且內端蓋的上下兩 端錐面分別與壓杆底端、刀頭末端滑動接觸；所述齒輪盤與外端蓋同軸且為螺紋連接，齒輪 杆一端位於蓋箱的開孔中，另一端位於外端蓋的開孔中，從而固定齒輪杆位置，齒輪杆通過 其中間的齒輪與齒輪盤相嚙合；所述齒輪盤上開設有若干個十字槽，刀頭底座軸向嵌於齒 輪盤的十字槽中，螺栓貫穿通過齒輪盤的凸緣上的開孔與刀頭螺紋連接，且在螺栓與齒輪 盤的凸緣之間設有彈簧，處於壓縮狀態，用於收縮刀頭，當外置電機帶動齒輪杆旋轉時，齒 輪盤則會帶動刀頭軸向旋轉，從而切割樣品管。
[0009] 本發明中，所述齒輪盤上開設有四個十字槽，所述四個刀頭以齒輪盤的軸心為原 點對稱，分別嵌於對應的十字槽中。
[0010] 本發明中，所述平衡基座、齒輪杆、外端蓋、連接管分別通過0型圈與蓋箱密封連 接，壓杆、平衡蓋分別通過〇型圈與平衡基座密封連接，齒輪杆通過〇型圈與外端蓋密封連 接。
[0011] 本發明中，所述蓋箱呈圓柱體中空結構，且蓋箱、齒輪盤、外端蓋、連接管、內端蓋、 平衡基座橫截面均為圓環形。
[0012] 本發明中，所述壓杆下端開設有導流孔，壓杆上端橫截面為圓形。
[0013] 本發明中，所述內端蓋的上下兩端平行錐面與水平面呈45°角。
[0014] 本發明的深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置的工作過程如下：
[0015] 樣品管到達耐高壓切割裝置所在位置且停下時，此時打開外置電機，電機帶動齒 輪杆旋轉，從而齒輪盤旋轉並帶動四個固定在齒輪盤的十字槽中的刀頭旋轉；再人工用扳 手擰動壓杆旋轉下壓，作用在內端蓋的錐面上，使內端蓋向刀頭方向移動並通過錐面使刀 頭下壓。此時，刀頭旋轉且下壓，作用於樣品管上，從而可以軸向切割樣品管，隨著刀頭的不 斷下壓，先切斷樣品管，再切斷其中的深海沉積物。
[0016] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0017] 1.耐高壓切割裝置的密封設計能適應密封較高水壓，有效的防止切割過程中壓力 洩露，保證保壓二次取樣在保壓的環境中完成，減少因環境變化對深海沉積物造成的幹擾。
[0018] 2.耐高壓切割裝置的壓力平衡部分能有效平衡高水壓作用在壓杆位於蓋箱內末 端的作用力，從而使人工可以省力的扳動壓杆旋轉下壓，有效減少驅動刀頭下壓切割的作 用力。
[0019] 3.耐高壓切割裝置的齒輪杆、齒輪盤及分布在齒輪盤的十字槽中的刀頭組合後， 可由外部電機驅動齒輪杆旋轉帶動刀頭軸向旋轉，從而可以有效地軸向切割樣品管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明耐高壓切割裝置的剖面示意圖；
[0021] 圖2為本發明耐高壓切割裝置的壓力平衡裝置的剖面示意圖；
[0022] 圖3為本發明耐高壓切割裝置的結構示意圖；
[0023] 圖4為本發明耐高壓切割裝置的齒輪部分的結構示意圖；
[0024] 圖中，1.蓋箱、2.0型圈、3.平衡蓋、4.壓杆、5.平衡基座、6.齒輪杆、7.齒輪盤、 8.外端蓋、9.連接管、10.彈簧、11.螺栓、12.刀頭、13.內端蓋。

【具體實施方式】
[0025] 以下的實施例可以使本專業【技術領域】的技術人員更全面的了解本發明，但不以任 何方式限制本發明。
[0026] 圖1?4所示，本發明提供一種深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置的具 體實施例，如圖1所示，本發明中的適用於深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置，包 括蓋箱1、〇型圈2、平衡蓋3、壓杆4、平衡基座5、齒輪杆6、齒輪盤7、外端蓋8、連接管9、彈 簧10、螺栓11、刀頭12和內端蓋13,所述蓋箱1內部均充滿30MPa的高壓水；蓋箱1與外端 蓋8的螺紋連接處、蓋箱1與連接管9的連接處、蓋箱1與平衡基座5的連接處、蓋箱1與 齒輪杆6連接處都設有0型圈2密封；平衡基座5與壓杆4的連接處、平衡基座5與平衡蓋 3的連接處也設有0型圈2密封，齒輪杆6與外端蓋8的連接處也設有0型圈2密封，這樣 能夠保證30Mpa高壓水在耐高壓切割裝置內不會洩漏。
[0027] 如圖3所示，蓋箱1外形為圓柱形，外端蓋8與蓋箱1同軸且為螺栓連接，連接管9 與外端蓋8同軸且為螺栓連接。平衡基座5與蓋箱1螺紋連接，且安裝於蓋箱1的螺紋孔 上，平衡蓋3與平衡基座5螺紋連接，壓杆4置於平衡蓋3的螺紋孔內，平衡蓋3、平衡基座 5、壓杆4三者同軸。內端蓋13位於蓋箱1內部且截面為圓環形，內端蓋13的兩端呈45° 平行錐面分別與壓杆4底端、刀頭12末端滑動接觸。齒輪盤7與外端蓋8同軸且為螺紋連 接，齒輪杆6-端位於蓋箱1的開孔中，另一端位於外端蓋8的開孔中，從而固定齒輪杆6 位置，與齒輪盤7嚙合。
[0028] 如圖2所示，壓杆4中開孔，將高壓水引至平衡蓋3與平衡基座5的空隙間，此時 高壓水既作用在壓杆4位於蓋箱1內部的末端上，也作用於壓杆4中部開孔處的截面上，高 壓水作用在壓杆4的壓力從而相互抵消，減輕旋轉壓杆4下壓所需的作用力。平衡基座5 與壓杆4連接處，平衡基座5與平衡蓋3連接處，也設有0型圈2密封，保證無論靜止還是 旋轉下壓時，蓋箱1內部的高壓水都不會從壓杆4處洩漏，保證了耐高壓切割裝置的保壓性 能。
[0029] 如圖4所示，四個刀頭12以齒輪盤7的軸心為原點對稱，軸向嵌於齒輪盤7的十 字槽中。螺栓11與刀頭12的前端螺紋連接，彈簧10位於螺栓11與齒輪盤7的凸緣之間 處於壓縮狀態，用於收起刀頭，當外置電機帶動齒輪杆6旋轉時，齒輪盤7則會帶動四個刀 頭12軸向旋轉，從而切割樣品管。
[0030] 本發明的深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置的工作過程如下：
[0031] 樣品管到達耐高壓切割裝置所在位置且停下時，此時打開外置電機，電機帶動齒 輪杆6旋轉，從而齒輪盤7旋轉並帶動四個固定在齒輪盤7的十字槽中的刀頭12旋轉；再 人工用扳手擰動壓杆4旋轉下壓，作用在內端蓋13的錐面上，使內端蓋13向刀頭12方向移 動並通過錐面使刀頭12下壓。此時，刀頭12旋轉且下壓，作用於樣品管上，從而可以軸向切 割樣品管，隨著刀頭12的不斷下壓，先切斷樣品管，再切斷其中的深海沉積物。其中，外置 電機為本發明工作應用過程中的配套技術工具，其具體的型號有步進電機SS2302A42E(山 社牌），可根據所切割樣品管材料、厚度等因素自行選定。
[0032] 因此，本發明的實際範圍不僅包括所公開的實施例，還包括在權利要求書之下實 施或者執行本發明的所有等效方案。
【權利要求】
1. 一種深海沉積物保壓取樣轉移的耐高壓切割裝置，包括蓋箱，其特徵在於，還包括壓 力平衡裝置、齒輪杆、齒輪盤、外端蓋、連接管、彈簧、螺栓、刀頭和內端蓋； 所述內端蓋、外端蓋、連接管與蓋箱同軸，且外端蓋與蓋箱之間為螺栓連接，連接管與 外端蓋之間為螺栓連接，內端蓋嵌套於蓋箱內；所述壓力平衡裝置包括平衡蓋、壓杆和平衡 基座，且平衡蓋、平衡基座與壓杆同軸，平衡蓋和平衡基座均設有同軸螺紋孔；所述平衡基 座安裝在蓋箱的螺紋孔中，且平衡基座與蓋箱之間為螺紋連接，平衡蓋與平衡基座之間為 螺紋連接，所述壓杆依次貫穿通過平衡蓋螺紋孔和平衡基底螺紋孔連接到蓋箱內部； 嵌套於蓋箱內部的內端蓋呈上下兩端平行錐面的圓環體結構，且內端蓋的上下兩端錐 面分別與壓杆底端、刀頭末端滑動接觸；所述齒輪盤與外端蓋之間同軸且為螺紋連接，齒輪 杆一端位於蓋箱的開孔中，另一端位於外端蓋的開孔中，齒輪杆通過其中間的齒輪與齒輪 盤相嚙合；所述齒輪盤上開設有若干個十字槽，刀頭底座軸向嵌於齒輪盤的十字槽中，螺 栓貫穿通過齒輪盤的凸緣上的開孔與刀頭螺紋連接，且在螺栓與齒輪盤的凸緣之間設有彈 簧，用於收縮刀頭。
2. 根據權利要求1中所述的耐高壓切割裝置，其特徵在於，所述齒輪盤上開設有四個 十字槽，所述四個刀頭以齒輪盤的軸心為原點對稱，分別嵌於對應的十字槽中。
3. 根據權利要求1中所述的耐高壓切割裝置，其特徵在於，所述平衡基座、齒輪杆、夕卜 端蓋、連接管分別通過0型圈與蓋箱密封連接，壓杆、平衡蓋分別通過0型圈與平衡基座密 封連接，齒輪杆通過〇型圈與外端蓋密封連接。
4. 根據權利要求1中所述的耐高壓切割裝置，其特徵在於，所述蓋箱呈中空圓柱體結 構，且蓋箱、齒輪盤、外端蓋、連接管、內端蓋、平衡基座橫截面均為圓環形。
5. 根據權利要求1中所述的耐高壓切割裝置，其特徵在於，所述壓杆下端開設有導流 孔，壓杆上端橫截面為圓形。
6. 根據權利要求1中所述的耐高壓切割裝置，其特徵在於，所述內端蓋的上下兩端平 行錐面與水平面呈45°角。
【文檔編號】G01N1/02GK104155137SQ201410395404
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】陳家旺, 羅高生, 劉俊波, 顧臨怡, 鄭孟軍, 吳新然 申請人:浙江大學