专利名称:安全重力活塞取样器的制作方法
本实用新型属於水下柱状取样机械。主要用於水下沉积物取样。
目前，世界各国所使用的重力活塞取样器，是依靠自重，在其离水底一定距离，采用铅球触底，使失衡定高杆失去平衡，造成活动吊挂从挂钩上脱落而获得冲力，导致取样管在冲力作用下钻进水下沉积物中。由于取样器活塞受到钢缆牵引而在取样管内向上相对移动的同时，形成一定的真空，从而对进入取样管内的样芯产生抽吸作用，在取样管从沉积物中拨出和提升过程中，使样芯基本保持原状，且能防止样芯的脱落。
该类取样机械存在的主要问题可归纳为如下几个方面一、抗衡脱钩释放装置是重力活塞取样器的关键部件，欧美各国均采用失衡定高杆释放装置。该装置的特点是，任何投放速度的急剧变化和障碍物钩碰失衡定高杆，都会引起取样器主体脱钩，自由下落的积能冲击力相当大。在水中不仅会瞬间挣断钢缆，有时也会危及其它。
二、在取样器主体脱钩自由下落过程中，全部重量皆起积能配重作用。如遇松软沉积物，当钻样完成后，剩余动能往往将钢缆挣断，造成重力活塞取样器沉入水底。
三、取样器主体脱钩后，在开始自由降瞬间，因钢缆由重荷减为近于空载。因而，钢缆迅速回缩一定长度。该时活塞将从取样管内上升一定距离，造成取样率低，明显地降低了取样效果。
基於上述原因，本设计从三个方面对重力活塞取样器进行改进。一、采用气缸活塞式安全销取代原释放装置中的安全销。利用气缸活塞式安全销入水后，自由活塞在气缸体内的位移取决於水体对气缸内气体的压缩力，从而使气缸活塞式安全销产生横向位移。不同体积的气缸体可在不同深度的水中将气缸活塞式安全销拔出。因此，设计时可保证在一定水深之上，取样器主体不会脱钩。
二、在取样器主体中部采用缓冲器总成结构。当取样器主体脱钩下落时，缓冲器总成仍起积能配重作用，当钻样完成后，当有剩余能量时，缓冲器提杆已被活塞卡住，其余部件继续下冲，缓冲器弹簧被压缩，吸收了部分能量。同时，较粗的缓冲器总成溅入沉积物中则消耗了大部分剩余能量。这种带缓冲器总成的重力活塞取样器，既完全保留了常规重力活塞取样器的优点，又具备了近似智能化的缓冲作用。
三、用力定位活塞取代原取样管活塞，使力定位活塞在钢缆迅速回缩力作用下不产生上滑，而只有当取样管已到位，冲击力将力定位销切断后，力定位活塞才开始上滑。避免了取样管活塞提前上滑而使取样管内充水，造成取样率低或取不到样的现象发生。
本实用新型的构成如下一、气缸活塞式安全销由固定底座、气缸体和活塞式安全销等组成。靠固定底座安装在固定底板上。活塞与安全销为一体，故称为活塞式安全销。当置於水中后，因水中的压力使活塞式安全销在气缸体内移动，即使之产生横向位移，以此作为失衡定高杆释放装置的安全销，防止了障碍物钩碰失衡定高杆而造成的取样器主体脱钩现象发生。只有当达到一定水深，产生一定的压力使活塞式安全销产生一定的横向位移，相当于安全销拔出，取样器主体才具备脱钩条件。使释放装置的安全可靠性大大提高。
二、缓冲器总成
由缓冲器外壳、缓冲器弹簧、缓冲器提杆、缓冲器固定套筒环以及弹簧固定套筒等构成。
在结构上，将缓冲器弹簧置于缓冲器外壳和缓冲器提杆之间。缓冲器提杆可相对缓冲器外壳沿轴向向上滑动。缓冲器弹簧安放在弹簧固定套筒底部的凸环上。当缓冲器外壳下降，而缓冲器提杆被活塞卡住时，缓冲器弹簧亦停止，因而被缓冲器外壳，下降的力所压缩，从而吸收了取样器主体的部分剩余能量。
缓冲器总成的外径较粗，可在溅入沉积物中时消耗大部分剩余能量。
如图五所示，缓冲器外壳和配重铅块及取样管继续下降，而缓冲器提杆则停止下降，它相对缓冲器外壳向上伸出，缓冲器弹簧则被压缩。
三、力定位活塞在活塞的下端固定一带环槽的定位圆盘，两只力定位销对称穿过钻头中部的两个圆孔而插入定位圆盘的环槽内，以活塞芯杆将定位圆盘和活塞连结为一体。活塞芯杆上部系钢缆。
力定位活塞由定位圆盘、力定位销、活塞以及活塞芯杆等组成。
如下图1为重力活塞取样器结构图。
图2为安全重力活塞取样器结构图。
图3为气缸活塞式安全销结构图。
图4为力定位活塞结构图。
图5为安全重力活塞取样器水下取样及缓冲器总成工作原理图。其中a图为力定位销理想切断位，取样器工作状态图。b图为钻样完成时，取样器状态图。c图为缓冲器总成工作原理图。
其中，1－钻头，用以强化顶端，以利钻进，2－逆止股，钻样易采入，不易漏出。3－力定位活塞，在活塞下方用活塞芯杆固定定位圆盘，当重力活塞取样器主体向下的力与活塞相对力达到设计值时，力定位销被切断。继续下冲时，力定位活塞相对上滑，在取样管中造成一定真空，以利样品的进入。4－钢缆，用以吊挂重力活塞取样器，它通过钢缆绞车投放和提升重力活塞取样器。5－联接法兰，用于在缓冲器外壳下端固定取样管。6－配重铅块，作为取样器主体总重调节件。7－弹簧固定套筒，用螺纹固定于缓冲器提杆下端，压紧弹簧并承受弹簧力。8－缓冲器外壳，是缓冲器总成的运动部件，与导向翼、配重铅块和取样管固定为一体。9－缓冲器弹簧，在取样完成后，缓冲器弹簧被压缩，吸收部分动能。10－缓冲器提杆，作为缓冲器总成的承力件，取样器主体吊挂件。11－缓冲器固定套筒环，用於系挂缓冲器提杆，压紧弹簧。在取样时，缓冲器提杆的动能传递给缓冲器外壳。12－导向翼，保持取样器主体的正常工作方向。13－失衡定高杆，铅球降到海底时，被沉积物托起，当气缸活塞式安全销拔出的前提下，使取样器主体脱钩，开始在水中自由下坠。14－钢缆夹板，将取样器主体夹挂于一定高度上，留出取样器主体自由行程长度，并将取样器主体挂在失衡定杆的短臂钩上。15－气缸活塞式安全销，用螺钉通过固定底座安装在固定底板上，气缸体与固定底座间用螺纹联结。当取样器主体组装完后，拧上适合该水深的气缸活塞式安全销，销入销孔后即可起吊投放。16－联接环，用于吊挂重力活塞取样器主体，即其以下部分为取样器主体。17－铅球，用铁链挂于失衡定高杆外端。18－取样管活塞，与取样管呈滑动配合。19－顶杆。20－定位圆盘，当作用在其上的力达到一定值后，自动切断定位销。21－力定位销，一端有螺纹的圆柱体。20、21、29和30构成力定位活塞3。22－取样管，用于采装样品，本附图为单节取样管，根据深度需要可装成多节。23－固定底座，用以固定气缸体。24－气缸体。25－活塞式安全销，23、24、25构成气缸活塞式安全销15。26－固定底板，用以安装固定底座23和失衡定高杆13。27－缓冲器总成，由7、8、9、10、11等构成。
权利要求
1.一种安全重力活塞取样器，由钻头[1]、逆止股[2]、钢缆[4]、配重铅块[6]、导向翼[12]、失衡定高杆[13]、钢缆夹板[14]联接环[16]、固定底板[26]、铅球[17]、取样管活塞[18]、顶杆[19]和取样管[22]构成，其特征在於在安全重力活塞取样器上安装了气缸活塞式安全销[15]、缓冲器总成[27]以及力定位活塞[3]。
2.按权利要求
1所述的安全重力活塞取样器，其特征在於气缸活塞式安全销〔15〕由固定底座〔23〕、气缸体〔24〕和活塞式安全销〔25〕构成。
3.按权利要求
1所述的安全重力活塞取样器，其特征在於缓冲器总成〔27〕由缓冲器外壳〔8〕、缓冲器弹簧〔9〕、缓冲器提杆〔10〕、缓冲器固定套筒环〔11〕以及弹簧固定套筒〔7〕 构成。
4.按权利要求
1所述的安全重力活塞取样器，其特征在於力定位活塞〔3〕由定位圆盘〔20〕、力定位销〔21〕、活塞〔29〕以及活塞芯杆〔30〕组成。
专利摘要
一种安全重力活塞取样器，是在现有重力活塞取样器基础上的改进设计。它采用气缸活塞式安全销和缓冲器总成，能有效地解决因取样器主体突然脱钩或在松软沉积物采芯时挣断钢缆而导致重力活塞取样器丢失事故。采用力定位活塞结构，提高了取样率。本设计除保持现有重力活塞取样器结构性能上的优点外，更加安全可靠，取样率极高。是较为理想的水下沉积物取样机械。
文档编号G01N1/02GK87209127SQ87209127
公开日1988年2月17日 申请日期1987年6月11日
发明者宋欢龄 申请人:中国科学院海洋研究所技术开发公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan