深海熱液序列採樣器的製作方法

2023-07-12 21:33:41

專利名稱：深海熱液序列採樣器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種深海水體採樣裝置，具體說涉及一種可採集多個樣品 的深海熱液序列採樣裝置。
技術背景深海熱液口是海底最顯著的特徵之一 ，熱液口附近不但蘊藏有大量的金屬 硫化物等礦產資源，而且孕育了極端環境下獨特的生物群落，具有重要的深海 資源勘査和科學研究價值。國內外已經展開了對深海熱液採樣技術的研究，但 目前己有的採樣器大多只能採集單個樣品，不能反映熱液隨時間的變化規律， 而一些一次能採集多個樣品的採樣器由於採用泵來抽取熱液，系統功耗較大， 難於實現海底的長期布置。 發明內容本實用新型的目的是提供一種功耗低，適合於海底長期布置並能獲取保壓 樣品的深海熱液序列採樣器。本實用新型的深海熱液序列釆樣器，包括一個控制單元和多個採樣單元， 控制單元包括電路腔及與電路腔相連的電磁耦合線圈和溫度探頭，每個採樣單 元包括一個採樣閥和一個採樣筒，所說的採樣閥包括同軸線裝置的閥體和密封 腔體，閥體內設有孔徑相等的左右兩個閥套和，兩閥套之間有一支撐環，閥套 內有閥芯，閥芯的一端依次有第一彈簧座、復位彈簧和與閥體固定的彈簧壓帽， 閥體上開有與採樣管相連的進液口和與釆樣筒相連的出液口，密封腔體具有與 閥芯相通的中心軸孔，密封腔體內設有驅動彈簧，驅動彈簧的兩端分別與閥芯 推桿和第二彈簧座抵住，閥芯推桿的頂部圓柱體置入密封腔體的中心軸孔中， 閥芯推桿的錐體部分位於密封腔體中，在閥芯推桿的錐體上套有內表面與錐面 吻合的第一觸發環，第一觸發環的端面抵住密封腔體的端面，密封腔體的端蓋和第二彈簧座分別具有軸向通孔，第二彈簧座的一端置入端蓋的軸向通孔中， 在第二彈簧座上套有第二觸發環，第二觸發環的兩個端面分別與第二彈簧座的臺階面和密封腔體的端蓋抵住，端蓋的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片，第一觸發環和第二觸發環各自包括4個沿直徑方向分開的等分環，4個等 分環由線圈環繞固定為一個整體，所說的線圈由不鏽鋼絲和尼龍線連接構成，其中尼龍線纏繞在電阻上，電阻的兩端與連接電路腔的水密線纜相連；採樣筒 包括採樣腔和蓄能腔，採樣腔和蓄能腔分別固定在連接器的兩端，連接器內設 有連通採樣腔和蓄能腔的節流器，在採樣腔和蓄能腔內分別設有活塞，蓄能腔 的端部接有充氣閥，採樣腔的進液口與採樣閥的出液口相連。本實用新型的深海熱液序列採樣器採用模塊化的結構設計，採樣單元的個 數可根據實際需要進行任意配置，各個採樣單元之間相互獨立，從而提高了採 樣器的可靠性和適用性。採樣閥採用單次觸發的驅動原理，用高強力的尼龍線 來約束觸發環，由於尼龍線熔點低，能通過電阻的發熱迅速燒斷，使得觸發動 作迅速，採樣閥只在打開和關閉的瞬間消耗一點電能，而在採樣過程中無需電 能，從而大大降低了系統的功耗，使採樣器可長期布置於海底，獲取時序的熱 液樣品。採樣筒由串連在一起的採樣腔和蓄能腔組成，可保持樣品的壓力，進 行樣品的等壓轉移。

圖1是深海熱液序列採樣器的原理示意圖； 圖2是採樣閥的一種結構示意圖；圖3是一種觸發環的結構示意圖，其中，圖a是觸發環的軸向剖面圖，圖b 是俯視圖，圖c是線圈纏繞在電阻上的示意圖；圖4是採樣筒的一種結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型。參照圖l，本實用新型的深海熱液序列採樣器，包括一個控制單元和多個採 樣單元，控制單元包括電路腔7、電磁耦合線圈6和溫度探頭2，溫度探頭2通 過水密線纜5與電路腔7連接，電磁耦合線圈6與電路腔7相連。每個採樣單 元包括一個採樣閥3和一個採樣筒8,所說的採樣閥3如圖2所示，包括同軸線 裝置的閥體35和密封腔體22，閥體35內設有孔徑相等的左右兩個閾套25和 28，兩閥套之間有一支撐環27，閥套內有閥芯33,閥芯33的一端依次安有第 一彈簧座32、復位彈簧31和與閥體35固定的彈簧壓帽30。為了耐高溫耐腐蝕， 閥體35、兩個閥套25和28、支撐環27、第一彈簧座32及彈簧壓帽30均由鈦 合金製成，而閥芯33由聚醚醚酮塑料(PEEK)製成，通常，閥芯33與閥套25 之間使用錐面密封，從而達到良好的密封效果。在閥體35上開有與採樣管1相連的進液口 34和與採樣筒8相連的出液口 26， 圖示實例中，在採樣管的末端設有一單向閥9，以便於在採樣前利用熱液的噴發 對採樣管進行衝洗。密封腔體22具有與閥芯33相通的中心軸孔，密封腔體22
內設有驅動彈簧36，驅動彈簧36的兩端分別與閥芯推桿24和第二彈簧座21抵 住，閥芯推桿24的頂部圓柱體置入密封腔體22的中心軸孔中，閥芯推桿24的 錐體部分位於密封腔體22中，在閥芯推桿24的錐體上套有內表面與錐面吻合 的第--觸發環23，第一觸發環23的端面抵住密封腔體22的端面，密封腔體22 的端蓋37和第二彈簧座21分別具有軸向通孔，第二彈簧座21的一端置入端蓋 37的軸向通孔中，在第二彈簧座21上套有第二觸發環20，第二觸發環20的兩 個端面分別與第二彈簧座21的臺階面和密封腔體22的端蓋37抵住，端蓋37 的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片38，第一觸發環23和第二觸發環 20 (見圖3)各自包括4個沿直徑方向分開的等分環45, 4個等分環由線圈41 環繞固定為一個整體，所說的線圈41由不鏽鋼絲和高強力尼龍線連接構成，其 中高強力尼龍線有一段纏繞在電阻42上，電阻42的兩端與連接電路腔7的水 密線纜4相連。採樣筒8如圖4所示，包括採樣腔57和蓄能腔52，採樣腔57 和蓄能腔52分別固定在連接器55的兩端，連接器55內設有連通採樣腔57和 蓄能腔52的節流器54，用於調節採樣速度，在採樣腔57和蓄能腔52內分別設 有活塞58和53，蓄能腔52的端部接有充氣閥51，採樣腔57的進液口 59與採 樣閥3的出液口26相連。採樣前，使採樣閥的密封腔體充滿矽油密封，與外界壓力相平衡。密封腔 體中的驅動彈簧36處於壓縮狀態，第一、第二兩個觸發環都被線圈所約束，使 得第二彈簧座21和閥芯推桿24不能移動；採樣筒的蓄能腔和採樣腔中的活塞 53和58分別處於各腔的右端(圖4)，在採樣腔的活塞58與連接器55之間的 腔體內充滿蒸餾水，通過充氣閥51向蓄能腔52內充入氮氣，使氮氣的壓力達 到預採樣熱液壓力的10%並關閉充氣閥51。採樣時，首先由電路腔7通過水密線纜4給第一觸發環23通電，第一觸發 環上的電阻迅速升溫，纏繞在電阻上的尼龍線被燒斷，4個等分環失去約束而散 開，閥芯推桿24向右移動推動閥芯33，採樣閥3打開；熱液從採樣管l經過進 液口 34進入採樣閥3,再從採樣閥的出液口 26進入採樣筒的採樣腔57。在壓 力差的作用下，熱液推動活塞58向左運動，採樣腔57內的預充蒸餾水經過節 流器54進入蓄能腔52，並推動活塞53向左運動，氮氣被壓縮，從而壓力增高， 當壓力達到平衡時採樣停止。釆樣結束後，電路腔7給第二觸發環20通電，第 二觸發環上的電阻迅速升溫，纏繞在電阻上的尼龍線被燒斷，4個等分環失去約 束而散開，第二彈簧座21由於4個等分環的散開而向左移動，使驅動彈簧36 完全恢復到自由狀態，閥芯33在復位彈簧31的作用下重新與閥套25密封，採
樣閥3關閉。深海熱液序列採樣器中釆樣單元的個數可根據實際需要進行配置，採樣器 可長時間布置於海底，根據預設的時間間隔進行時序採樣，也可以通過電磁耦 合線圈由上位機進行控制採樣。
權利要求1.深海熱液序列採樣器，其特徵在於它包括一個控制單元和多個採樣單元，控制單元包括電路腔(7)及與電路腔(7)相連的電磁耦合線圈(6)和溫度探頭(2)，每個採樣單元包括一個採樣閥(3)和一個採樣筒(8)，所說的採樣閥(3)包括同軸線裝置的閥體(35)和密封腔體(22)，閥體(35)內設有孔徑相等的左右兩個閥套(25)和(28)，兩閥套之間有一支撐環(27)，閥套內有閥芯(33)，閥芯(33)的一端依次有第一彈簧座(32)、復位彈簧(31)和與閥體(35)固定的彈簧壓帽(30)，閥體(35)上開有與採樣管(1)相連的進液口(34)和與採樣筒(8)相連的出液口(26)，密封腔體(22)具有與閥芯(33)相通的中心軸孔，密封腔體(22)內設有驅動彈簧(36)，驅動彈簧(36)的兩端分別與閥芯推桿(24)和第二彈簧座(21)抵住，閥芯推桿(24)的頂部圓柱體置入密封腔體(22)的中心軸孔中，閥芯推桿(24)的錐體部分位於密封腔體(22)中，在閥芯推桿(24)的錐體上套有內表面與錐面吻合的第一觸發環(23)，第一觸發環(23)的端面抵住密封腔體(22)的端面，密封腔體(22)的端蓋(37)和第二彈簧座(21)分別具有軸向通孔，第二彈簧座(21)的一端置入端蓋(37)的軸向通孔中，在第二彈簧座(21)上套有第二觸發環(20)，第二觸發環(20)的兩個端面分別與第二彈簧座(21)的臺階面和密封腔體(22)的端蓋(37)抵住，端蓋(37)的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片(38)，第一觸發環(23)和第二觸發環(20)各自包括4個沿直徑方向分開的等分環(45)，4個等分環由線圈(41)環繞固定為一個整體，所說的線圈(41)由不鏽鋼絲和尼龍線連接構成，其中尼龍線纏繞在電阻(42)上，電阻(42)的兩端與連接電路腔(7)的水密線纜(4)相連；採樣筒(8)包括採樣腔(57)和蓄能腔(52)，採樣腔(57)和蓄能腔(52)分別固定在連接器(55)的兩端，連接器(55)內設有連通採樣腔(57)和蓄能腔(52)的節流器(54)，在採樣腔(57)和蓄能腔(52)內分別設有活塞(58)和(53)，蓄能腔(52)的端部接有充氣閥(51)，採樣腔(57)的進液口(59)與採樣閥(3)的出液口(26)相連。
2. 根據權利要求1所述的深海熱液序列採樣器，其特徵在於採樣閥的閥體 (35)、兩個閥套(25)和(28)、支撐環(27)、彈簧壓帽(30)以及第一彈簧座(32)均由鈦合金製成，閥芯(33)由聚醚醚酮塑料(PEEK)製成。
3. 根據權利要求1所述的深海熱液序列採樣器，其特徵在於採樣管的末端設 有一單向閥(9)。
專利摘要本實用新型公開的深海熱液序列採樣器包括一個控制單元和多個採樣單元，控制單元主要包括電磁耦合線圈、電路腔以及溫度探頭，每個採樣單元包括一個採樣閥和一個採樣筒，採樣閥的進液口連接採樣管，出液口連接採樣筒，並通過水密線纜與電路腔相連。採樣筒由串連在一起的採樣腔和蓄能腔組成，可保持樣品的壓力，進行樣品的等壓轉移。採樣閥採用單次觸發的驅動機構，可大大降低系統的功耗，使序列採樣器具有長期布置的能力。序列採樣器各採樣單元之間相互獨立，可根據需要進行任意配置，大大提高了採樣器的可靠性和適用性。
文檔編號G01N1/14GK201034857SQ20072010799
公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月10日 優先權日2007年4月10日
發明者劉芳芳, 吳世軍, 周麗娟, 張佳帆, 楊燦軍, 王杭州 申請人:浙江大學