負壓抽提式原位時序氣密採水技術的製作方法
2023-12-03 16:51:26 5
負壓抽提式原位時序氣密採水技術的製作方法
【專利摘要】本發明專利負壓抽提式原位時序氣密採水技術屬於物質或物體的探測領域，分類號G01V。該技術用的採水瓶內若干儲水室串接並用活塞分隔，最末端為抽提活塞。一個外接壓力源由水箱和負壓源組成。下水前分隔活塞和抽提活塞在採水瓶頂部，到達採樣位置後底端的外壓引入口接入負壓源，負壓拉動抽提活塞並帶動分隔活塞向下運動，水樣進入第1儲水室直至第1分隔活塞下移至第一限位臺階。負壓下拉第2分隔活塞使水樣頂開第1分隔活塞上的單向閥進入第2儲水室直至第2分隔活塞下移至第2限位臺階。負壓使水樣頂開第2分隔活塞單向閥進入第3儲水室，依此類推直至各儲水室採滿水樣。用本技術可按採樣時間順序將樣品保存在不同儲水室中，方便對比研究。
【專利說明】所屬【技術領域】
[0001] 本發明涉及水下環境與資源探測的流體原位採集技術，屬於物質或物體的探測領 域，專利分類號G01V。 負壓抽提式原位時序氣密採水技術
【背景技術】
[0002] 水下環境與資源探測常常需要對各種氣、水異常及其派生的地球化學標誌進行 探查。特別是底層水和海底淺表沉積物的孔隙水中保留大量有用的海底地球化學信息， 因而成為探測的重要對象。為此我們和國內同行已發展了多種原位氣密採集技術（發 明專利《沉積物孔隙水原位氣密採集系統》，專利號：ZL2008101260922,專利權人：中 國地質科學院礦產資源研究所等；發明專利《負壓抽提式原位氣密採水技術》，專利號： ZL2011102056667,專利權人：中國地質科學院礦產資源研究所）。
[0003] 由於環境等原因，有時採集對象的成分會在採集過程中發生變化，即開始階段採 集到的樣品和後來採集到的樣品的成分會有不同，因此有必要發展時序氣密採集底層水和 孔隙水的技術。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於提供一種運用負壓抽提原理在原地時序採集底層水或沉積物 孔隙水，即按採集時間先後次序，將樣品分別存儲在不同儲水室的採水方法。
[0005] 本發明的技術方案是：在一個氣密採集瓶殼體內有多個儲水室串聯，在進水口與 第一個儲水室之間為前蓋，內含一個單向閥，第一個儲水室和第二個儲水室之間安放一個 分隔活塞，也內含一個單向閥，第二個儲水室和第三個儲水室之間也安放一個分隔活塞，內 含一個單向閥，如此類推。最末儲水室底端是一個抽提活塞，其下為工作腔，開一個外壓引 入口。每個儲水室側旁殼體均開出水口和緩衝室。一個外接壓力源由水箱和負壓源組成，水 箱灌滿清水，可對外開放即壓力等於環境壓力，或再加低水壓；負壓源灌滿空氣或抽真空。 採水瓶外壓引入口通過一個三位三通閥選擇接入水箱或負壓源，或關閉。
[0006] 採樣瓶在下水採樣前，從外壓口向工作腔打入清水，抽提活塞上移，推動各分隔活 塞上移到採水瓶頂部，然後將工作腔與水箱連通。採水瓶下水到達採樣位置後外壓引入口 接入負壓源，抽提活塞在負壓驅動下向下運動，帶動各分隔活塞向下移動，抽提進水口處的 水頂開單向閥進入第一個儲水室，直到第一分隔活塞被第一分隔臺階阻擋停止移動，負壓 驅動水頂開第一分隔活塞內含的單向閥進入第二儲水室，推動第二分隔活塞下移，直到第 二分隔活塞被第二分隔臺階阻擋停止移動，負壓驅動水頂開第二個分隔活塞的單向閥進入 第三儲水室，推動第三分隔活塞下移，如此類推，直到各儲水室順序採滿水樣，採水過程結 束。將採樣瓶上提回收，隨著水深減小，各儲水室連接的緩衝室外部壓力隨外部壓力降低， 儲水室中壓力較高的水推動緩衝室活塞右移，保持與外部壓力的平衡。孔隙水樣品中的水 溶氣因壓力下降而可能釋放出來的氣體，也得以保存。
[0007] 將採樣瓶上提回收到甲板。打開各儲水室出水口，將樣品轉移至樣瓶，即可用於各 種必要的檢測。
[0008] 本發明由於採用的上述時序採集技術，將採集到的水樣按採集先後順序儲存到不 同儲水室中，滿足了研究不同採集時段水樣特性變化的需要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明的負壓抽提式原位時序氣密採水技術原理圖，其左表示負壓抽提式 原位時序氣密採水瓶的結構，其右為壓力源連接流程。圖中〇-進水口，A-殼體，B-前蓋， C1-第1儲水室，C2-第2儲水室，C3-第3儲水室，D1-第1單向閥，D2-第2單向閥，D3-第 3單向閥，E1-第1分割活塞，E2-第2分割活塞，F-抽提活塞，G-工作腔，H-外壓引入口， II-第1過水管，12-第2過水管，J1-第1緩衝室，J2-第2緩衝室，J3-第3緩衝室，K1-第 1出水口，K2-第2出水口，K3-第3出水口，L1-第1限位臺階，L2-第2限位臺階，N-三位 三通閥，P-壓力源，P1-水箱，P2-負壓源
【具體實施方式】
[0010] 以下結合附圖對本發明的採水過程進行詳細說明。
[0011] 圖左是本發明的負壓抽提式原位時序氣密採水瓶的結構圖，在一個氣密採集瓶殼 體A內有多個儲水室C1，C2，C3串聯，頂端為前蓋B，在進水口 0與第1儲水室C1之間安裝 一個單向閥D1，第1儲水室C1和第2儲水室C2之間安放一個分隔活塞E1，內含一個單向 閥D2,第2儲水室C2和第3儲水室C3之間安放一個分隔活塞E2,內含一個單向閥D3,如此 類推。最末儲水室底端是一個抽提活塞F，其下為工作腔G，開一個外壓引入口 H。儲水室 C1側旁殼體開出水口 K1和緩衝室J1，儲水室C2側旁殼體開出水口 K2和緩衝室J2,儲水室 C3側旁殼體開出水口 K3和緩衝室J3。一個外接壓力源P由水箱P1和負壓源P2組成，水 箱P1灌滿清水，可對外開放即壓力等於環境壓力，或再加低水壓；負壓源P2灌滿空氣或抽 真空。採水瓶外壓引入口通過一個三位三通閥N選擇接入水箱或負壓源，或關閉。
[0012] 採樣前在甲板首先打開採樣瓶所有出水口 Kl，K2, K3,將外壓引入口 Η接通水箱 Pl，Ρ1接入自來水壓入工作腔G將抽提活塞F上推到末端儲水室頂部，進而依次推動各分 割活塞向上運動排出各儲水室中的水或氣體，上移到採水瓶頂部。封閉所有出水口，撤銷自 來水壓力令Ρ1對外連通。設備然後下水，緩衝室Jl，J2, J3和工作腔G均與外部連通，緩衝 室的活塞在彈簧推動下移到左側，採樣前準備完成。
[0013] 到達採樣位置後採水瓶外壓引入口 Η接入負壓源Ρ2，抽提活塞F在負壓驅動下向 下運動，帶動各分割活塞向下運動，前蓋上的進水口處的水首先頂開單向閥D1進入儲水室 C1，推動分割活塞Ε1，同時帶動其他分隔活塞一起向下運動，此時分割活塞Ε1兩側的壓力 差僅需克服Ε1向下移動的阻力，沒有達到單向閥D2的開啟壓力，D2阻止水流入第2儲水 室，直至分割活塞Ε1到達第1限位臺階L1，不能再下移，第1儲水室C1充滿水，第1階段採 水結束。此時抽提活塞F仍未到達工作腔G的底部，工作腔內的負壓仍存在並下拉第2分 割活塞Ε2,第1分割活塞Ε1兩側壓差上升直到大於Ε1上的單向閥D2的開啟壓力，進水口 0處的水流過第1過水管II，頂開D2,水流進第2儲水室，推動分割活塞Ε2向下運動，分割 活塞Ε2兩側的壓力差僅需克服Ε2向下移動的阻力，沒有達到Ε2上的單向閥D3的開啟壓 力，水不能流入第3儲水室，直至分割活塞Ε2到達第2限位臺階L2,不能再下移，第2儲水 室C2充滿水，第2階段採水結束。此時抽提活塞F仍未到達工作腔G的底部，工作腔內的 負壓仍存在，第2分割活塞E2兩側壓差上升直到大於第3單向閥D3的開啟壓力，進水口 0 處的水流過第1過水管II和第2過水管12,頂開D3,水流進第3儲水室。依此類推，各儲 水室依次充滿水，直到抽提活塞F到達工作腔G的底部，整個採水過程結束。
[0014] 此時操縱三位三通閥N，先將採水瓶外壓引入口 Η接通水箱P1，再關閉外壓引入口 Η，各儲水室內壓等於採水深度靜水壓強。將採樣瓶上提回收，隨著水深減小，各緩衝室J1， J2, J3等的活塞右側壓力隨外部壓力降低，儲水室中壓力較高的水推動緩衝室活塞右移，保 持與外部壓力的平衡。孔隙水樣品中的水溶氣因壓力下降而可能釋放出來的氣體，也得以 保存。
[0015] 以下介紹本發明應用在水下水樣原位時序氣密採樣的使用過程：
[0016] (1)將採樣瓶、外接壓力源Ρ1，Ρ2以及三位三通閥Ν等集成到水下採樣設備上，設 備同時配備有必要的觸發裝置和三位三通閥驅動裝置；
[0017] (2)在甲板，首先打開採樣瓶所有出水口 Κ1，Κ2，Κ3,再將外壓引入口 Η接通Ρ1，Ρ1 接入自來水壓入工作腔G將抽提活塞F上推到末端儲水室頂部，進而依次推動各分割活塞 向上運動排出各儲水室中的水或氣體，上移到採水瓶頂部。封閉所有出水口，撤銷自來水壓 力令Ρ1對外連通。Ρ2排空水，必要時抽真空後密封。
[0018] (3)設備下水。到達採樣位置後通過觸發信號操縱三位三通閥Ν將外壓引入口 Η 接入負壓源Ρ2,抽提活塞在負壓驅動下向下運動，帶動各分割活塞向下運動，前蓋上的進水 口 〇處的水首先頂開單向閥D1進入儲水室C1，推動分割活塞Ε1，同時帶動其他分隔活塞一 起向下運動，此時分割活塞Ε1上的單向閥D2兩端壓力差沒有達到它的開啟壓力，D2阻止 水流入第2儲水室，直至分割活塞Ε1到達第1限位臺階L1，不能再下移，第1儲水室C1充 滿水，第1階段採水結束。
[0019] (4)抽提活塞F未到達工作腔G的底部，工作腔內的負壓仍存在並下拉第2分割活 塞Ε2,第1分割活塞Ε1上的第2單向閥D2兩端壓差大於D2的開啟壓力，進水口 0處的水 透過第1過水管II，頂開D2,水流進第2儲水室，推動分割活塞Ε2向下運動，分割活塞Ε2 上的單向閥D3兩端壓力差沒有達到它的開啟壓力，阻止水流入第3儲水室，直至分割活塞 Ε2到達第2限位臺階L2,不能再下移，第2儲水室C2充滿水，第2階段採水結束。
[0020] (5)此時抽提活塞F仍未到達工作腔G的底部，工作腔內的負壓仍存在，第2分割 活塞Ε2上的第3單向閥D3兩端壓差大於D3的開啟壓力，進水口 0處的水透過第1過水管 II和第2過水管12,頂開D3,水流進第3儲水室。依此類推，各儲水室依次充滿水，直到抽 提活塞F到達工作腔G的底部，整個採水過程結束。
[0021] (6)操縱三位三通閥Ν，先將採水瓶外壓引入口 Η接通水箱Ρ1，再關閉外壓引入口 Η，各儲水室內壓等於採水深度靜水壓強。將採樣瓶上提回收，隨著水深減小，各緩衝室J1， J2, J3等的活塞右側壓力隨外部壓力降低，儲水室中壓力較高的水推動緩衝室活塞右移，保 持與外部壓力的平衡。孔隙水樣品中的水溶氣因壓力下降而可能釋放出來的氣體，也得以 保存。
[0022] (7)到達甲板，通過出水口將各儲水室保存水樣和它減壓釋放出的氣體樣品轉移 到測試用樣品瓶。
[0023] (8)工作結束。
[0024] 本發明還可以應用於水下海洋油氣調查與開採、水下環境監測等領域，有廣闊的 應用前景。
[0025] 與本發明的構思相同的各種方案，都在本權利要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種用於在原地時序氣密採水技術，其特徵在於：一個氣密採水瓶內用分隔活塞分 開的若干個儲水室串接，在進水口與第1儲水室之間安裝一個單向閥，各分隔活塞上也安 裝單向閥，各儲水室側旁殼體開出水口和緩衝室，最末端儲水室下是一個抽提活塞，其下為 工作腔，底端壁上開一個外壓引入口，一個外接壓力源由水箱和負壓源組成，採水瓶外壓引 入口通過一個三位三通閥選擇接入水箱，負壓源，或關閉，採樣瓶在下水採樣前，儲水室分 隔活塞和抽提活塞在採水瓶頂部，到達採樣位置後採水瓶外壓引入口接入負壓源，驅動抽 提活塞並帶動分隔活塞向下運動，水樣首先進入第1儲水室，推動第1分隔活塞下移直至到 達第一限位臺階，完成第1階段採水，工作腔內負壓下拉第2分隔活塞使進水口水透過過水 管頂開第1分隔活塞上的單向閥進入第2儲水室，推動第2分隔活塞下移到達第2限位臺 階，完成第2階段採水，工作腔內負壓繼續使水樣透過過水管頂開第2分隔活塞上的單向閥 進入第3儲水室，依此類推直至各儲水室採滿水樣，採水結束，水樣即按採樣時間順序保存 在不同儲水室中，將採樣瓶上提回收，隨著水深減小，各緩衝室右的活塞左移，各儲水室水 樣保持與外部壓力的平衡，樣品中的水溶氣因壓力下降而可能釋放出來的氣體，也得以保 存。
【文檔編號】G01N1/14GK104101515SQ201410341754
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】吳宣志 申請人:中國地質科學院礦產資源研究所