無邊界擾動的深海沉積物保壓採樣裝置的製作方法

2023-10-05 05:31:29

專利名稱：無邊界擾動的深海沉積物保壓採樣裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無邊界擾動的深海沉積物保壓採樣裝置。
背景技術：
深海沉積物的採樣樣本提升到水面後，一般需要及時進行測試分析研究其原始狀態的物理及化學特性，如果不能夠保持原始壓力和溫度等狀態，其性質將發生巨大變化。
目前我國對深海沉積物樣品的採集，主要使用抓斗和箱式採樣器。對於這些取樣器而言，儘管取樣時已十分注意樣品的代表性，但結果仍不能令人滿意，代表性還是比較差的。然而，在實際工作中，又不允許將每個站位所採集到的樣品全部破碎、混勻後再進行測試，而要將大部分樣品儘量按原始狀態封裝，妥善保存以供更多方面的研究。使用重力管取樣器，雖然可採集到儘可能長的垂直柱狀沉積物樣品，但它還是不能保持樣品的原始壓力和溫度等狀態。這樣的話，上述採樣器採集的深海沉積物樣品就不能達到預期的目的。

發明內容
本實用新型的目的是提供一套為深海熱液口科學考察配套的無邊界擾動的深海沉積物保壓採樣裝置，可以實現4000米深海熱液口附近沉積物的保溫保壓採樣，並保證沉積物樣品的無汙染、無邊界擾動。
本實用新型採用的技術方案是它包括如下兩個部件1.框架部件包括吊放支架，中心杆，框架頂蓋，蓄能器，十字架，框架撐腳；吊放支架與中心杆上端固聯，中心杆穿過框架頂蓋的中心孔能自由滑動，下端與十字架固聯；十字架上對稱安裝兩個蓄能器和兩個採樣筒，能隨中心杆相對框架頂蓋上下運動；蓄能器與採樣筒間通過管路聯接；框架頂蓋與框架撐腳通過鉸鏈聯接。
2.採樣筒部件包括小鋼纜，上端蓋，保壓筒體，導向筒，活塞導向套，拉伸彈簧，彈簧下固定板，擋塊機構，下封口翻蓋，襯筒，下端蓋，刀筒，插筒，襯筒活塞，活塞固定套，細鋼纜；1)保壓筒體是兩端帶法蘭的厚壁圓柱筒體，與上端蓋和下端蓋分別用高強度螺栓聯接；2)導向筒用螺釘固定在上端蓋的下端面中心支口處，起到對襯筒的導向作用；導向筒上部開有條形槽，活塞導向套能在導向筒內上下滑動；活塞導向套與彈簧下固定板通過四根拉伸彈簧聯接，彈簧下固定板能在保壓筒體內壁上下滑動；3)擋塊機構用螺釘固定在導向筒的下端，突出的彈簧鎖舌在採樣時可以擋住活塞固定套外壁，防止襯筒上移；4)下封口翻蓋通過鉸鏈固定在下端蓋上，兩根細鋼纜一端聯接下封口翻蓋的兩邊，另一端通過下端蓋上的圓環向上聯接到彈簧下固定板；下封口翻蓋豎立在保壓筒體內壁的一側，被襯筒外壁擋住；5)襯筒活塞的上端與小鋼纜聯接，小鋼纜在導向筒內穿過上端蓋的中心孔，繞過固定在框架頂蓋上的導向滑輪，再繞過固定在吊放支架上的滑輪，固定到懸掛在吊放支架下面的套鉤上；襯筒上端與活塞固定套用螺紋聯接，襯筒活塞被封在活塞固定套內，能帶動活塞固定套、襯筒在小鋼纜的牽引下一起運動；6)刀筒與下端蓋底部端面用螺釘固聯，刀筒下端與插筒用螺釘聯接形成花瓣撐開機構，能保證無邊界幹擾採樣；刀筒下端側面和插筒下端側面與端面形成60°的刀口。
本實用新型與背景技術相比，具有的有益的效果是它能在一定的水深、溫度條件下，無汙染、無壓力突變地採集沉積物或熱液及相應的微生物樣品，保持樣品的無擾動、層序保真，並可長時間保持樣品的溫度和壓力。


圖1是本實用新型的系統結構示意圖；圖2是本實用新型的採樣筒體的結構示意圖；圖3是本實用新型的擋塊機構圖；圖4是本實用新型的上封口結構圖；圖5是本實用新型的下封口結構圖；圖6是本實用新型的花瓣撐開機構圖；圖7是本實用新型的小鋼纜牽引動作示意圖。
具體實施方式
如圖1所示是本實用新型的系統結構示意圖。它包括如下兩個部件框架部件包括吊放支架1，中心杆2，框架頂蓋4，蓄能器7，十字架8，框架撐腳9；吊放支架1與中心杆2上端固聯，中心杆2穿過框架頂蓋4的中心孔能自由滑動，並通過杆上突起的臺階5承受框架重量，下端與十字架8固聯；十字架8上對稱安裝兩個蓄能器7和兩個採樣筒6，能隨中心杆2相對框架頂蓋4上下運動；蓄能器7與採樣筒6間通過管路聯接，可以補償回收過程中的壓力損失；框架頂蓋4與八隻框架撐腳9通過鉸鏈聯接，框架撐腳9下端的圓盤起支承穩定作用。
採樣筒部件(如圖2所示)包括小鋼纜3，上端蓋12，保壓筒體13，導向筒14，活塞導向套15，拉伸彈簧16，彈簧下固定板17，擋塊機構18，下封口翻蓋19，襯筒20，下端蓋21，刀筒22，插筒23，襯筒活塞24，活塞固定套25，細鋼纜26。
保壓筒體13是兩端帶法蘭的厚壁圓柱筒體，與上端蓋12和下端蓋21分別用高強度螺栓聯接；導向筒14用螺釘固定在上端蓋12的下端面中心支口處，起到對襯筒20的導向作用；導向筒14上部開有四個條形槽，活塞導向套15的四個伸腳穿過條形槽能在導向筒14內上下滑動；活塞導向套15與彈簧下固定板17通過四根拉伸彈簧16聯接，彈簧下固定板17能在保壓筒體13內壁上下滑動，並起到一定的導向作用；擋塊機構18用螺釘固定在導向筒14的下端，突出的彈簧鎖舌27在採樣時可以擋住活塞固定套25外壁，防止襯筒20上移；下封口翻蓋19通過鉸鏈固定在下端蓋21上，兩根細鋼纜26一端聯接下封口翻蓋19的兩邊，另一端通過下端蓋21上的圓環向上聯接到彈簧下固定板17；採樣時下封口翻蓋19豎立在保壓筒體13內壁的一側，被襯筒20外壁擋住，採樣完成時在細鋼纜26拉力作用下翻倒蓋入下端蓋21，完成下封口密封；襯筒活塞24的上端與小鋼纜3聯接，小鋼纜3在導向筒14內穿過上端蓋12的中心孔，繞過固定在框架頂蓋4上的導向滑輪，再繞過固定在吊放支架1上的滑輪，最後固定到懸掛在吊放支架1下面的套鉤10上；襯筒20上端與活塞固定套25用螺紋聯接，襯筒活塞24被封在活塞固定套25內，能帶動活塞固定套25、襯筒20在小鋼纜3的牽引下一起運動；刀筒22與下端蓋21底部端面用螺釘固聯，刀筒22下端與插筒23用螺釘聯接形成花瓣撐開機構，能保證無邊界幹擾採樣；刀筒22下端側面和插筒23下端側面與端面形成60°的刀口，可順利插入海底沉積物內。
保真採樣的幾項關鍵技術1.擋塊機構(如圖3所示)在保壓筒體13內的導向筒14下端固定有擋塊機構18，它有均布四個彈簧鎖舌27，可以在採樣時擋住活塞固定套25的外壁，使之不會上移；而在小鋼纜3提升時利用襯筒活塞24的臺階又能順利打開鎖舌27，帶動活塞固定套25、襯筒20上升。
2.上封口密封(如圖4所示)無錐度軸向密封；用襯筒活塞24上部的小圓柱體作為封口，在小鋼纜3的拉動下，利用框架重量產生的預緊力，塞入上端蓋12的中心孔，通過O型密封圈28的變形完成密封。
3.下封口密封(如圖5所示)5°錐角的軸向密封；用預先豎立在保壓筒體13內壁一側的下封口翻蓋19作為封口，利用細鋼纜26和拉伸彈簧16將上封口的預緊力分配一部分到下封口，拉動下封口翻蓋19翻倒，在導向銷29的導向作用下順利塞入下端蓋21的中心孔，通過O型密封圈30的變形完成密封。
4.沉積物切斷(如圖6所示)刀筒22下部孔內裝有階梯形的插筒23，插筒23的大圓柱面與刀筒22下部孔緊配後用螺釘固緊，插筒23的小圓柱面與刀筒22保持間隙。襯筒20下部孔內裝有梅花瓣31，處於插筒23與刀筒22的間隙內，與插筒的小圓柱面形成滑動配合，襯筒裝在刀筒內形成滑動配合。梅花瓣31被插筒23完全撐開，可使沉積物無邊界擾動地進入襯筒20，襯筒20提升時梅花瓣31合攏切斷沉積物。
5.保壓方法蓄能器7與採樣筒6通過管路聯接，利用蓄能器7對採樣回收過程中採樣筒6內的壓力損失進行補償。
6.保溫方法預加冰塊在採樣筒外壁。
工作過程採樣設備由船上纜車吊放下水，鋼纜拉在吊放支架上端，在框架撐腳9到達海底並放平後，中心杆2、十字架8以及安裝在十字架上的採樣筒6並沒有著地，因此在重力的作用下繼續下降，使刀筒22快速插入沉積物中，直到吊放支架1撞到框架頂部，行程為600mm左右。
當採樣系統下降時，樣品襯筒20處於刀筒22內，襯筒20內梅花瓣31在插筒23作用下被完全張開；導向筒14下方擋塊機構18的四個鎖舌27擋住活塞固定套25外壁，使襯筒20不會在採樣過程中上移，沉積物樣品可完全進入。下封口翻蓋19豎直立於保壓筒體13內壁一側，被襯筒20擋住。當採樣完成後，船上纜車開始收纜，拉起吊放支架，這時小鋼纜3拉動襯筒活塞24，利用襯筒活塞24的臺階打開鎖舌27帶動襯筒20向上運動，隨之梅花瓣31離開插筒23開始合攏，切斷並封住襯筒20內沉積物樣品。
小鋼纜3的牽引動作是在沉積物採樣過程中自動完成的(如圖7所示)。襯筒活塞24上的小鋼纜3首先繞過固定在框架頂蓋4上的滑輪，以便導向；再繞過固定在吊放支架1上的滑輪，最後固定到懸掛在吊放支架1下面的套鉤10上。設備下放過程中，整個框架重量承受在中心杆2上凸起的臺階5上，框架落地後套鉤10隨著吊放支架1繼續向下運動，在中心杆2下降到最低點時鉤掛在框架頂蓋4的鎖扣11上，從而脫離吊放支架1。這樣收纜時小鋼纜3拉動襯筒20以2倍於中心杆2的速度向上運動，相對保壓筒體13的提升高度最大可等於整個中心杆2的下降距離，從而完成襯筒20在保壓筒體13內的密封。整個框架的重量承受在兩根小鋼纜3上，由於通過滑輪組，每根小鋼纜3上受力約為框架重量的1/4。
襯筒20向上運動，襯筒活塞24的臺階套上活塞導向套15，帶動拉伸彈簧16和彈簧下固定板17向上運動。彈簧下固定板17通過兩根細鋼纜26，繞過下端蓋21上的套環，連到下封口翻蓋19的兩邊。當襯筒20底端離開下封口翻蓋19繼續向上運動，細鋼纜26開始受力，將拉動襯筒20的向上力轉化為使下封口翻蓋19封口的向下力。襯筒活塞24完全進入上封口時，通過拉伸彈簧16分配約30公斤力給下封口翻蓋19，使之完全壓入下封口，實現壓力筒體13的密封，採樣完成。
權利要求1.一種無邊界擾動的深海沉積物保壓採樣裝置，其特徵在於它包括如下兩個部件框架部件包括吊放支架(1)，中心杆(2)，框架頂蓋(4)，蓄能器(7)，十字架(8)，框架撐腳(9)，吊放支架(1)與中心杆(2)上端固聯，中心杆(2)穿過框架頂蓋(4)的中心孔能自由滑動，下端與十字架(8)固聯；十字架(8)上對稱安裝兩個蓄能器(7)和兩個採樣筒(6)，能隨中心杆(2)相對框架頂蓋(4)上下運動，蓄能器(7)與採樣筒(6)間通過管路聯接，框架頂蓋(4)與框架撐腳(9)通過鉸鏈聯接；採樣筒部件包括小鋼纜(3)，上端蓋(12)，保壓筒體(13)，導向筒(14)，活塞導向套(15)，拉伸彈簧(16)，彈簧下固定板(17)，擋塊機構(18)，下封口翻蓋(19)，襯筒(20)，下端蓋(21)，刀筒(22)，插筒(23)，襯筒活塞(24)，活塞固定套(25)，細鋼纜(26)；1)保壓筒體(13)是兩端帶法蘭的厚壁圓柱筒體，與上端蓋(12)和下端蓋(21)分別用高強度螺栓聯接；2)導向筒(14)用螺釘固定在上端蓋(12)的下端面中心支口處，起到對襯筒(20)的導向作用；導向筒(14)上部開有條形槽，活塞導向套(15)能在導向筒(14)內上下滑動；活塞導向套(15)與彈簧下固定板(17)通過四根拉伸彈簧(16)聯接，彈簧下固定板(17)能在保壓筒體(13)內壁上下滑動；3)擋塊機構(18)用螺釘固定在導向筒(14)的下端，突出的彈簧鎖舌(27)在採樣時可以擋住活塞固定套(25)外壁，防止襯筒(20)上移；4)下封口翻蓋(19)通過鉸鏈固定在下端蓋(21)上，兩根細鋼纜(26)一端聯接下封口翻蓋(19)的兩邊，另一端通過下端蓋(21)上的圓環向上聯接到彈簧下固定板(17)；下封口翻蓋(19)豎立在保壓筒體(13)內壁的一側，被襯筒(20)外壁擋住；5)襯筒活塞(24)的上端與小鋼纜(3)聯接，小鋼纜(3)在導向筒(14)內穿過上端蓋(12)的中心孔，繞過固定在框架頂蓋(4)上的導向滑輪，再繞過固定在吊放支架(1)上的滑輪，固定到懸掛在吊放支架(1)下面的套鉤(10)上；襯筒(20)上端與活塞固定套(25)用螺紋聯接，襯筒活塞(24)被封在活塞固定套(25)內，能帶動活塞固定套(25)、襯筒(20)在小鋼纜(3)的牽引下一起運動；6)刀筒(22)與下端蓋(21)底部端面用螺釘固聯，刀筒(22)下端與插筒(23)用螺釘聯接形成花瓣撐開機構，能保證無邊界幹擾採樣；刀筒(22)下端側面和插筒(23)下端側面與端面形成60°的刀口。
專利摘要本實用新型公開了一種無邊界擾動的深海沉積物保壓採樣裝置。它包括在框架撐腳上裝有框架頂蓋，吊放支架與中心杆上端固聯，中心杆穿過框架頂蓋的中心孔能自由滑動，下端與十字架固聯，十字架上安裝兩個蓄能器和兩個採樣筒，它能隨中心杆相對框架頂蓋上下運動，蓄能器與採樣筒通過管路聯接。當將本裝置放入深海，框架撐腳到達海底平面放平後，中心杆、十字架及安裝十字架的採樣筒在重力作用下繼續下降，使採樣筒內的刀筒快速插入沉積物中採樣後，拉起吊放支架向上運動時，梅花瓣離開插筒合攏，切斷封住襯筒內的沉積物樣。本實用新型能在4000米水深、溫度條件下，無汙染、無壓力突變地採集沉積物或熱液及相應的微生物樣品，保持樣品的無擾動、層序保真，並可長時間保持樣品的溫度和壓力。
文檔編號G01N1/04GK2591609SQ02291870
公開日2003年12月10日 申請日期2002年12月12日 優先權日2002年12月12日
發明者秦華偉, 顧臨怡, 朱亮, 章豔, 袁才富, 黃立民 申請人:浙江大學, 上海立新液壓件廠