一種適用於海底沉積物的天然氣採集裝置的製作方法

2023-04-27 15:46:01

本發明屬於天然氣採集裝置的設計製造領域，特別涉及一種海底沉積物的天然氣採集裝置。

背景技術：

隨著科學技術的進步，對海洋資源及其環境的認識有了進一步的提高，海洋工程技術也有了很大發展，海洋開發進入到新的發展階段，從海洋生物資源開發逐步拓展到海底礦產資源開發上。基於此，適用於海底開發的各種礦產資源開採設備及檢測設備應運而生。

目前，海底氣體採集裝置用於吸附採集海底淤泥內部的氣體，例如天然氣。由於海底一般較深(300-500米左右)，需要氣體採集裝置下落的距離較大，而底部水壓和水流動能的不利設計因素較多，因而設計一種能夠有效採集海底氣體的氣體採集裝置是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

為此，本發明提供一種海底沉積物的天然氣採集裝置，克服了海底水壓較大及水流動能較高的不利影響，實現了快速有效的氣體採集。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案

一種適用於採集海底沉積物的天然氣採集裝置，包括，外殼脫離體，具有中空內腔，且所述中空內腔的一端敞開；氣體收集回收裝置，可移動地安裝在所述中空內腔內部，具有壓縮氣體腔和氣體收集腔，所述壓縮氣體腔用於容納壓縮氣體，所述氣體收集腔內設有用於吸附氣體的吸附絲，所述外殼脫離體側壁上設有只允許氣體通過的透氣孔，所述氣體收集腔側壁上也設有只允許氣體通過的透氣孔，外部氣體依次通過設在所述外殼脫離體側壁上的透氣孔、設在所述氣體收集腔側壁上的透氣孔後，進入所述氣體收集腔內部，並進一步被所述吸附絲吸附；鎖定裝置，設置在所述外殼脫離體上，具有將所述氣體收集回收裝置鎖定在所述中空內腔內部的鎖定位置；和解除對所述氣體收集回收裝置的鎖定，使得所述氣體收集回收裝置能夠從所述中空內腔的一端脫離所述外殼脫離體的解鎖位置；採集天然氣時，所述鎖定裝置位於鎖定位置，所述氣體收集回收裝置被鎖定在所述外殼脫離體內部，跟隨所述外殼脫離體進入海底沉積物內；採集完成後，所述鎖定裝置切換至解鎖位置，解除對所述氣體收集回收裝置的鎖定，所述氣體收集回收裝置在所述壓縮氣體腔內氣體的浮力下，脫離所述外殼脫離體後上升至海平面。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中，所述鎖定裝置包括，可移動阻擋部，位於所述氣體收集回收裝置的上側，且可相對所述外殼脫離體水平移動；第一驅動裝置，用於驅動所述可移動阻擋部水平移動，包括驅動電機以及滑輪組件，所述滑輪組件包括滑輪以及繞過所述滑輪的牽引繩，所述牽引繩一端固定於所述驅動電機的驅動軸上，另一端固定於所述可移動阻擋部上；彈性件，用於向所述可移動阻擋部施加向所述外殼脫離體內側移動作用力；採集天然氣時，在所述彈性件的初始彈性力下所述可移動阻擋部位於所述外殼脫離體內側將所述氣體收集回收裝置鎖定；採集完成後，所述驅動電機通過驅動固定於所述驅動軸上的所述牽引繩帶動所述滑輪另一側的牽引繩以及所述可移動阻擋部向所述外殼脫離體的外側移動，解除對所述氣體收集回收裝置的鎖定。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中，所述外殼脫離體外側設有容納室，所述鎖定裝置設置於所述容納室內。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中，所述外殼脫離體的底部為錐形，所述氣體收集腔的底面與所述外殼脫離體的錐形面上設有所述透氣孔；所述氣體收集腔的底面與所述外殼脫離體的錐形面的頂點之間設有復位件，所述復位件用於向所述氣體收集腔施加向上的作用力。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置還包括：翻轉遮擋裝置，包括位於所述外殼脫離體上側的遮擋板，以及驅動所述遮擋板轉動的第二驅動裝置；初始狀態下，所述遮擋板的延伸方向與所述外殼脫離體軸線平行；當所述外殼脫離體沒入海底後，所述第二驅動裝置驅動所述遮擋板翻轉至延伸方向與所述外殼脫離體的軸線垂直。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中，所述第二驅動裝置包括：移動支撐板，板面上設有滑落孔，端部設有擋頭；遮擋板支撐杆，上端鉸接於所述遮擋板上，下端可滑動支撐於所述移動支撐板上；驅動電機，用於驅動所述移動支撐板水平移動；初始狀態時，所述遮擋板支撐杆的下端部支撐於所述移動支撐板具有所述擋頭的端部；當所述外殼脫離體沒入海底後，所述驅動電機驅動所述移動支撐板移動，所述遮擋板支撐杆落入所述滑落孔內，所述遮擋板翻轉至水平狀態。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中，所述翻轉遮擋裝置還包括：翻轉助力件，一端固定於所述遮擋板上，另一端固定於位於所述外殼脫離體外側的支撐臂上，用於拉動所述遮擋板加速翻轉。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中，所述移動支撐板可滑動地支撐於支撐板滑輪上，所述支撐板滑輪通過支架支撐。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置還包括中央處理器以及與之電連接的淤泥感應裝置以及信號接收器，所述淤泥感應裝置位於所述外殼脫離體的頂面處，用於檢測所述外殼脫離體頂面是否被淤泥覆蓋，並將檢測信號發送至所述中央處理器；所述信號接收器與所述外殼脫離體頂面具有設定距離，用於接收海面發出的信號。

上述適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中，所述氣體收集回收裝置還包括安裝於所述壓縮氣體腔頂部的gps裝置、發光裝置以及供電裝置。

本發明的上述技術方案具有以下優點：

1.本發明的適用於海底沉積物的天然氣採集裝置包括外殼脫離體和氣體收集回收裝置，初始狀態時，氣體收集回收裝置被鎖定裝置限制於外殼脫離體內部，當進行氣體收集時，將帶有氣體收集回收裝置的外殼脫離體置於待檢測海域，氣體收集回收裝置隨著外殼脫離體沉入海底，由於海底淤泥較軟，天然氣採集裝置會順利沉沒於淤泥內部，從而能夠對淤泥內部的氣體進行收集，即淤泥內部的氣體通過設在外殼脫離體以及氣體收集腔外壁上的透氣孔進入氣體收集腔內，進而被吸附絲吸附；待氣體收集完畢，鎖定裝置解除對氣體收集回收裝置位置的限制，此時，氣體收集回收裝置在壓縮氣體腔內的氣體的浮力帶動下上升至海面。工作人員可在海面回收該氣體收集回收裝置，外殼脫離體則被留在海底。本發明的天然氣採集裝置可以實現海底沉積物內天然氣的吸附採集，同時，該天然氣採集裝置利用壓縮氣體的浮力使氣體收集回收裝置自行上升，方便了研究人員的回收。

2.本發明的適用於海底沉積物的天然氣採集裝置還包括翻轉遮擋裝置，其包括位於外殼脫離體上表面的遮擋板，以及驅動遮擋板轉動的第二驅動裝置；在進入海水的過程中，遮擋板延伸方向與外殼脫離體軸線平行，這使得天然氣採集裝置向下運動的阻力較小；當外殼脫離體沒入海底後，第二驅動裝置驅動遮擋板翻轉至延伸方向與外殼脫離體的軸線垂直，使天然氣採集裝置穩定在某一海域的淤泥內部，避免其在水流動能的作用下不規則移動，使氣體收集更加高效準確。

3.本發明的適用於海底沉積物的天然氣採集裝置，還設有淤泥感應裝置以及信號接收器，淤泥感應裝置用於檢測外殼脫離體水平方向的距離(本發明中淤泥感應裝置選用紅外測距儀)；信號接收器用於接收海面發出的信號；上述淤泥感應裝置和信號接收器分別與中央控制器連接，天然氣採集裝置進入海底淤泥後，淤泥感應裝置檢測距離變為0，此時，中央控制器控制翻轉遮擋裝置動作，開始進行氣體採集，待採集設定時間後，信號接收器接收到海面發送的信號，中央控制器控制鎖定裝置動作，使氣體收集回收裝置解除位置鎖定，同時在下部復位件的彈力作用下使氣體收集回收裝置上升；整個過程採用自動化控制，大大降低了研究人員的試驗難度。

附圖說明

為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中

圖1是本發明的適用於海底沉積物的天然氣採集裝置的結構示意圖；

圖2是本發明的適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中鎖定裝置的具體結構示意圖；

圖3是本發明的適用於海底沉積物的天然氣採集裝置中翻轉遮擋裝置的具體結構示意圖。

圖中附圖標記表示為：1-遮擋板、2-遮擋板支撐杆、3-驅動電機、4-翻轉助力件、5-供電裝置、6-外殼脫離體、7-氣體收集回收裝置、8-復位件、9-信號接收器、10-信號接收器支撐杆、11-移動支撐板、12-淤泥感應裝置、13-支撐臂、14-可移動阻擋部、15-中央控制器、16–gps裝置、17-發光裝置、18-壓縮氣體腔、19-吸附絲、20-氣體收集腔、22-牽引繩支撐杆、23-牽引繩、24-滑輪、25-移動支撐板滑輪、26-支架、28-滑落孔、29-擋頭、30-遮擋板凹槽。

具體實施方式

以下將結合附圖，使用以下實施例對本發明進行進一步闡述。

如圖1所示為本發明適用於海底沉積物的天然氣採集裝置的一種具體實施方式。該包括，外殼脫離體6；氣體收集回收裝置7，以及鎖定裝置，其中，鎖定裝置用於在初始狀態(氣體收集完成之前的狀態)限制氣體收集回收裝置7容置於外殼脫離體6內部；當待氣體收集完畢，解除對氣體收集回收裝置7位置的限制，使氣體收集回收裝置7相對外殼脫離體6自由活動。

其中，外殼脫離體6具有中空內腔，且所述中空內腔的一端敞開，氣體收集回收裝置7可從中空內腔敞開側裝入至外殼脫離體6內側；所述氣體收集回收裝置7包括位於上側的壓縮氣體腔18以及位於下側的氣體收集腔20，其中，壓縮氣體腔18內填充有壓縮氣體，當氣體收集回收裝置7相對外殼脫離體6自由活動時，壓縮氣體的浮力作用下帶動氣體收集回收裝置7向上運動直至浮出海面；所述氣體收集腔20內設有用於吸附氣體的吸附絲19，吸附絲19用於吸附海底淤泥內的天然氣；氣體被吸附絲19吸附後，回收該吸附絲19即可在實驗室化驗其內部成分，以進行海底天然氣的研究。所述吸附絲19具體為一種用於石油化探的氣體吸附裝置，體積很小，能夠吸附土壤或空氣中的氣體，進而將其帶到儀器室中進行化驗其吸附的氣體，可通過市售取得，為現有技術。所述氣體收集腔20與所述外殼脫離體6的側壁上設有只允許氣體通過的透氣孔，外部氣體依次通過外殼脫離體6的透氣孔以及所述氣體收集腔20的透氣孔進入所述氣體收集腔20內；具體地，所述外殼脫離體6的底部為錐形，所述氣體收集腔20的底面與所述外殼脫離體6的錐形面上設有所述透氣孔；外殼脫離體6的錐形面利於天然氣採集裝置深入海底淤泥內。優選地，在所述氣體收集腔20的底面與所述外殼脫離體6的錐形面的頂點之間設有復位件8，在天然氣採集裝置深入海底淤泥內時，復位件8壓縮蓄能，當氣體收集回收裝置7被釋放時，復位件8的彈性力使氣體收集回收裝置7具有更大的向上運動的力。

採集天然氣時，所述鎖定裝置位於鎖定位置，所述氣體收集回收裝置7被鎖定在所述外殼脫離體6內部，跟隨所述外殼脫離體6進入海底沉積物內；採集完成後，所述鎖定裝置位於解鎖位置，解除對所述氣體收集回收裝置7的鎖定，所述氣體收集回收裝置7在所述壓縮氣體腔18內氣體的浮力下，脫離所述外殼脫離體6後上升至海平面。

如圖2所示，所述鎖定裝置包括位於所述氣體收集回收裝置7上側的可移動阻擋部14，其可相對所述外殼脫離體6在其中空內腔的內側和外側水平移動，以及驅動所述可移動阻擋部14移動的第一驅動裝置；其中，所述第一驅動裝置驅動所述可移動阻擋部14在所述鎖定位置和與所述解鎖位置之間移動。初始狀態時，所述可移動阻擋部14處於所述鎖定位置，即位於中空內腔內側，所述氣體收集回收裝置7限制於所述外殼脫離體6內部，並隨著所述外殼脫離體6進入海底淤泥內；待氣體收集完畢，所述第一驅動裝置驅動所述可移動阻擋部14位於所述解鎖位置，即位於中空內腔外側，所述氣體收集回收裝置7在所述壓縮氣體腔18的浮力的帶動下上升至海面。

具體地，所述可移動阻擋部14為圓弧形板狀，所述可移動阻擋部14的圓形邊緣與所述外殼脫離體6之間通過彈性密封材料連接，以使可移動阻擋部14在水平移動時始終保持與外殼脫離體6密封連接；所述第一驅動裝置包括驅動電機3以及滑輪組件，所述滑輪組件包括滑輪24以及繞過所述滑輪24的牽引繩23，所述牽引繩23一端固定於所述驅動電機3的驅動軸上，另一端固定於所述圓弧形阻擋板上；彈性件，所述彈性件向所述可移動阻擋部施加向所述外殼脫離體6內側移動作用力；採集天然氣時，在所述彈性件的初始彈性力下所述可移動阻擋部14位於所述外殼脫離體6內側將所述氣體收集回收裝置7鎖定；採集完成後，所述驅動電機3通過驅動固定於所述驅動軸上的所述牽引繩23帶動所述滑輪24另一側的牽引繩23以及所述可移動阻擋部14向所述外殼脫離體6的外側移動，解除對所述氣體收集回收裝置7的鎖定。為了使牽引繩23可靠滑動，在所述滑輪24兩端分別設置用於支撐所述牽引繩23的牽引繩支撐杆22，牽引繩23可沿牽引繩支撐杆22上的滑道進行滑動。

更具體地，所述外殼脫離體6外側設有容納室，所述鎖定裝置設置於所述容納室內，所述彈性件一端固定於所述容納室上，另一端固定於可移動阻擋部14上，初始狀態時，所述彈性件的彈性力使所述可移動阻擋部14移動至鎖定位置，採集氣體完成後，第一驅動裝置驅動可移動阻擋部14向外殼脫離體6內壁外側移動，彈性件壓縮蓄能。

由於海底水流動能較大，為了有效收集氣體，則必須保證天然氣採集裝置較穩定地固定於海底淤泥內，儘量避免天然氣採集裝置的水平移動，為此，該適用於海底沉積物的天然氣採集裝置還包括翻轉遮擋裝置，如圖3所示，所述翻轉遮擋裝置包括位於所述外殼脫離體6上側的遮擋板1，以及驅動所述遮擋板1轉動的第二驅動裝置；初始狀態下，所述遮擋板延伸方向與所述外殼脫離體6軸線平行；當所述外殼脫離體6沒入海底後，所述第二驅動裝置驅動所述遮擋板1翻轉至延伸方向與所述外殼脫離體6的軸線垂直。這樣，在該天然氣採集裝置進入海水的過程中，遮擋板延伸方向與所述外殼脫離體軸線平行，使天然氣採集裝置向下移動的阻力較小；當所述外殼脫離體沒入海底後，所述第二驅動裝置驅動所述遮擋板翻轉至延伸方向與所述外殼脫離體的軸線垂直，使天然氣採集裝置穩定在某一海域的淤泥內部，避免其在水流動能的作用下不規則移動，使氣體收集更加高效準確。

具體地，所述第二驅動裝置包括，移動支撐板11，所述移動支撐板11的端部設有擋頭29，所述移動支撐板11的板面上設有滑落孔28；遮擋板支撐杆2，所述遮擋板支撐杆2的上端鉸接於所述遮擋板1上，所述遮擋板支撐杆2的下端可滑動支撐於所述移動支撐板11上；以及用於驅動所述移動支撐板11水平移動驅動電機3。初始狀態時，所述遮擋板支撐杆2的下端部支撐於所述移動支撐板11具有所述擋頭29的端部，實現對遮擋板1的支撐；當所述外殼脫離體6沒入海底後，所述驅動電機3驅動所述移動支撐板11移動，本實施例中，如圖3所示，所述移動支撐板11向左側移動，所述遮擋板支撐杆2落入所述滑落孔28內，所述遮擋板1翻轉至水平狀態。

為了使海底天然氣採集裝置受力均勻，所述翻轉遮擋裝置對稱地設置兩個或四個，同時，為了使海底天然氣採集裝置更加穩定地固定於海底內，在實際設計中可使遮擋板1的板面面積儘量加大。

所述驅動電機3驅動移動支撐板11水平移動的方式不唯一，其可以採用齒輪傳動的方式實現水平移動，還可以採用絲槓螺母的方式實現水平移動。

本實施例中，所述驅動電機3既作為第一驅動裝置的驅動動力源，也作為第二驅動裝置的驅動動力源，該設計可以進一步的節省成本；為了避免驅動電機3在驅動遮擋板1翻轉時，同時驅動所述可移動阻擋部14移動，設計時將所述驅動電機3驅動軸一側的所述牽引繩23的長度增加移動支撐板11移動距離的長度。作為可以替換的實施方式，所述第一驅動裝置及所述第二驅動裝置可分別設置一臺驅動電機實現動力輸出，這種方式使翻轉遮擋裝置及鎖定裝置的設計更加靈活。

優選的，所述翻轉遮擋裝置還包括翻轉助力件4，所述翻轉助力件具體為壓縮彈簧，所述翻轉助力件4一端固定於所述遮擋板1上，另一端固定於位於所述外殼脫離體6外側的支撐臂13上。通過設置翻轉助力件，可以使遮擋板1更加可靠地翻轉至水平位置。

具體地，為了使移動支撐板11滑動靈活，所述移動支撐板11可滑動地支撐於支撐板滑輪25上，所述支撐板滑輪25通過支架26支撐。

為了進一步提高該適用於海底沉積物的天然氣採集裝置的自動化程度，該天然氣採集裝置還包括中央處理器15，其可以安裝於所述外殼脫離體6的容納腔內；為了準確檢測天然氣採集裝置進入海底淤泥內部，在所述外殼脫離體6的頂部還設有淤泥感應裝置12，用於檢測所述外殼脫離體6頂面是否被淤泥覆蓋；具體地，所述淤泥感應裝置為紅外測距儀，其沿水平方向發出紅外線，在海水中向無限遠處傳播，直到遇到障礙物才將紅外線反射回來，因而在該裝置沒入海底淤泥之前，測量得到的距離較大；當所述外殼脫離體6整個沒入海底淤泥內部，該紅外測距儀被淤泥遮擋，檢測距離信號為0時，此時中央控制單元則開始控制翻轉遮擋裝置的第二驅動裝置動作；使天然氣採集裝置穩定於海底淤泥內開始進行氣體收集；

另外，在所述外殼脫離體6的頂部且距外殼脫離體6一定距離處還設置有所述信號接收器9，待該天然氣採集裝置收集設定時間後，信號接收器9接收到海面發送的信號，中央控制器控制鎖定裝置的第一驅動裝置動作，使氣體收集回收裝置解除位置鎖定，使氣體收集回收裝置上升。具體地，該信號接收器9安裝於信號接收器支撐杆10上，所述信號接收器支撐杆10安裝於所述外殼脫離體6的上表面上，這樣可以保證信號接收器9始終處於海水裡避免進入海底淤泥內部接受信號能力下降的問題。

所述氣體收集回收裝置7還包括安裝於所述壓縮氣體腔18頂部的gps裝置16、發光裝置17以及用於給gps裝置16和發光裝置17供電的供電裝置5，具體地，所述供電裝置5為防水蓄電池。

這樣，氣體收集回收裝置7在浮力的作用下上升時，gps裝置16、發光裝置17以及供電裝置5隨之上升，其餘裝置滯留海底不再回收，到達水面後gps信號機16不斷發出信號，同時發光裝置17不斷發出紅光，方便研究人員及時回收所需的氣體收集回收裝置7。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。