可拆分式水上轻便钻探取样装置的制造方法
【专利摘要】可拆分式水上轻便钻探取样装置，包括取样机具装置、机具导向装置、机具起吊冲击装置和水上平台。平台中心预留通口，通口四周有吊架及卷扬机，卷扬机带动钻杆或吊锤或压塞，取样机具装置有双层套管及双门取土器。双门取土器以冲击头为核心，内设内开弧形门及止水密封机构。冲击头经过上部吊锤冲击进入水底土层，内开弧形门自动开启，底泥贯入取样内管。双门取土器突然吊起，使取样内管中底泥自动落下关闭内开弧形门。从而获得不失水分、扰动小水底原状土样，结构简单。
【专利说明】
可拆分式水上轻便钻探取样装置
技术领域
[0001]本实用新型专利涉及使用钻探机具在水上平台钻取水底地层领域。特别涉及可拆分式轻便钻探取样装置及使用这种装置的取样方法，在水上组装钻取水底地层并取得原状淤泥质芯样。
【背景技术】
[0002]由于在水上钻探一般需在专门地质勘察船上进行，勘察船亦可由普通船只改造或将钻机直接安装在水上平台上。这些勘察船设备庞大，钻取水底地层深，可取水底各种岩层芯样。而对江河湖泊(或水库)浅水层底泥的取样利用勘察船显得不经济，而且重型设备钻取水底表层底泥极易扰动。此种情况下，如能在水底底泥取样中使用轻型、可拆分并且能取得原状底泥样的轻便装置，有助于节省工程投资，实现在该领域技术突破。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是针对水底底泥取样，提供一种可拆分轻便淤泥质取样装置和水上漂浮平台，及其取样方法。可拆分式轻便钻探取样装置，是一种现场组装结构，包括取样机具装置、机具起吊冲击装置和平台装置，这些装置既各自独立又相互联系，通过现场组装形成完整水底底泥取样装置。使用这种装置的取样方法，包括获得水底底泥不失水分、扰动小原状土样的一系列工艺过程。
[0004]米用技术方案是:
[0005]可拆分式水上轻便钻探取样装置，由单体浮筒组装成水上漂浮平台，平台中心预留通口，通口内安装取样机具装置固定臂及导向墩，用于定位取样机具装置。通口四周平台上固定支撑板，支撑板上安装吊架，通过电动卷扬机起放取样机具装置，并对取样机具装置冲击进行水底底泥取样。取样机具装置包括双层套管及双门取土器。其取样方法可以保证实现水下底泥取样不失水分及扰动小。
[0006]采用的技术方案是:
[0007]可拆分式水上轻便钻探取样装置，包括水上漂浮平台、机具起吊冲击装置和取样机具装置。
[0008]其技术要点在在于:
[0009]水上漂浮平台有一通口。
[0010]机具起吊冲击装置，包括吊架和吊锤。
[0011]吊架底座固定设置在水上漂浮平台上，吊架上部为滑轮组。滑轮组包括两个定滑轮。
[0012]电动卷扬机紧靠吊架固定设置在水上漂浮平台上，卷扬钢丝绳通过吊架和滑轮组的两个定滑轮。
[0013]卷扬钢丝绳下端通过提篮与第一钻杆或中段钻杆上端的钻杆接手连接，或者卷扬钢丝绳下端与冲击钢丝绳上端连接，或者卷扬钢丝绳下端与弹性压塞上的压塞钢丝绳连接。
[0014]吊锤内孔穿在取样机具装置的第一钻杆上，吊锤上连接有冲击钢丝绳。
[0015]取样机具装置，包括至少一个钻杆接手、第一钻杆、传力环、至少一个中段钻杆、变径接头、取样内管、取样外管和双门取土器。
[0016]位于最上方的钻杆接手下方连接有第一钻杆，第一钻杆和下方的一个中段钻杆通过传力环连接。中段钻杆同时与变径接头的小端相连。
[0017]变径接头的大端与取样外管上端相连。
[0018]双门取土器，包括冲击头和两个内开弧形门。
[0019]冲击头上端与取样外管下端相连。
[0020]冲击头内部包含与冲击头呈一体圆状环台，圆状环台上开设有圆形取样内管间隙槽，以圆心对称的两对内开弧形门槽，同样以圆心对称的两弧形止水槽，每对内开弧形门槽内均固定有内开弧形门的门轴。门轴上设有内开弧形门。
[0021]取样内管间隙槽放置取样内管。
[0022 ]弧形止水槽内放置弧形止水胶条。
[0023]内开弧形门内端部为偏心头形，两个偏心头的间隙设置有工形止水胶条。
[0024]内开弧形门上端设有弹性压塞。
[0025]冲击头最底端呈扁尖形。
[0026]弹性压塞表面留有至少一个通气孔，弹性压塞的中心吊耳上系有压塞钢丝绳。
[0027]当所述的中段钻杆为两个以上，相邻的中段钻杆通过钻杆接手连接。
[0028]所述的水上漂浮平台，包括多个浮筒单体，多个浮筒单体通过浮筒连接件固定螺栓相互固定连接在一起。
[0029]所述的水上漂浮平台的边缘设有至少一个锚耳，锚具通过锚绳连接在锚耳上。
[0030]所述的内开弧形门贯入土样底泥时，最大开角在75°。
[0031]还可包括取样机具导向装置。
[0032]取样机具导向装置，包括多个固定臂和导向墩。
[0033]导向墩外周设有多个固定臂，固定臂支撑在通口内表面。导向墩设有导向墩通孔，用于通过取样机具装置。
[0034]在导向墩通孔上设有两个半圆形插块，半圆形插块对合处形成插块孔，同样用于通过取样机具装置。
[0035]两个半圆形插块上方设有垫插夹具。
[0036]所述的水上漂浮平台四周设有护栏立柱和护栏，护栏立柱与护栏连接在一起。
[0037]吊架底座底部通过通口四周铺设的支撑板固定在水上漂浮平台上。
[0038]所述的通口为方口，所述的支撑板为钢板，所述的水上漂浮平台为正方形。
[0039]弹性压塞为橡胶压塞。取样内管与取样外管存有间隙。浮筒内充填泡沫。
[0040]一种使用可拆分式轻便钻探取样装置的原状水底底泥样取样方法，其特征在于包括以下步骤:
[0041]第一、将取样机具装置放入水下，卷扬钢丝绳下端与提篮上部的安装环连接，提篮下部与第一钻杆或中段钻杆上端的钻杆接手连接。
[0042]取样机具装置冲击头接触水底土层后，解开卷扬钢丝绳。
[0043]第二、压塞钢丝绳与卷扬钢丝绳连接。
[0044]压塞钢丝绳拉起弹性压塞至取样内管上端变径接头处，解开卷扬钢丝绳。
[0045]第三、卷扬钢丝绳与冲击钢丝绳连接。
[0046]再使用吊锤锤击传力环，冲击头经锤击进入水底土层，两扇内开弧形门自动开启，底泥贯入冲击头至取样内管中。
[0047]内开弧形门贯入土层底泥时，最大开角在75°。两扇门间形成30°向上扇形门斗，斗内堆置土样底泥。解开卷扬钢丝绳。
[0048]第四、将卷扬钢丝绳下端与提篮上部的安装环连接，提篮下部与第一钻杆或中段钻杆上端的钻杆接手连接。
[0049]卷扬钢丝绳将取样机具装置提起，在取样内管中底泥重力作用下，扇形门斗内堆置的底泥推动内开弧形门向下关闭。
[0050]快速提拉关门:开始提拉取样机具时要快速，使双门取土器脱离底泥土层时，被置换土层空间形成瞬时真空，内开弧形门在真空抽力及内管中底泥自重力作用下迅速关闭，压紧作为密封止水机构的弧形止水胶条和作为双门偏心挤压密封止水机构的工形止水胶条。
[0051]取样内管中弹性压塞预留至少一个通气孔，使管中土样与外部空气相通，在提拉取样机具底泥下落时取样内管内不产生真空，可助推底泥顺利下落。
[0052]将变径接头以下部分取样机具不拆卸一并提出水面至水上漂浮平台，直立放入支架栏。卸下变径接头露出取样内管顶部弹性压塞，用胶泥封堵至少一个通气孔。胶泥凝结后，将取样管整体倒立，退出双门取土器及取样外管，露出取样内管，密封管口处获得不失水分扰动小的原状水底底泥样。
[0053]水上漂浮平台为承载钻探机具设备装置。为高分子聚乙烯浮筒组合结构，单个浮筒间通过浮筒连接件固定螺栓相互锁死连接在一起，构成水上漂浮平台。通过拖船拖至指定取样位置，四角以绳缆抛锚固定于水底，使其漂浮在水面上基本不动。
[0054]综合安全、实用、经济等因素考虑，水上浮筒平台呈4.5mX4.5m正方形，平台承重约7.It。单体浮筒尺寸为50cmX 50cmX 40cm(高)，需浮筒单体80个。
[0055]浮筒单体内充填泡沫，以防挤压。
[0056]在平台中心预留一通口连通水面，尺寸为0.5m X 0.5m(水上漂浮平台中心一个浮筒未组装)。用于安装取样机具导向装置。孔口四周铺设1.5 mX1.5mX6mm(厚)支撑板(可为钢板)，用于固定机具起吊冲击装置的吊架。
[0057]机具导向装置用于固定和定位取样机具装置。四只固定臂在平台方孔内四角，通过固定螺栓与相近三个浮筒连接固定。导向墩为圆筒形与固定臂呈一体结构，内径为15cm，可以通过取样机具装置底端的双门取土器。导向墩内安装两只半圆形插块将其内径缩至8cm，可以通过取样机具上部钻杆接手。
[0058]垫插夹具为组装或拆卸钻杆时使用，位于半圆形插块上方平面上。组装或拆卸钻杆时插夹垫在钻杆接手扁平口处，以固定水上漂浮平台下部取样机具装置不掉落水中。
[0059]机具起吊冲击装置用于下放、冲击及起吊取样机具装置。吊架底座四角通过固定螺栓固定在水上漂浮平台支撑板上，吊架高度为3.0m，分三节组装，上部为滑轮组。电动卷扬机紧靠吊架安装在平台支撑板上，其卷扬钢丝绳通过吊架、滑轮组、及提篮与取样机具装置相连。用于下放、起吊取样机具。吊锤呈带内孔的厚壁圆柱形，内孔穿在取样机具钻杆上，其钢丝绳与起吊钢丝绳相连。吊锤以钻杆为导向，在其上卷扬钢丝绳牵引下沿第一钻杆上下自由移动。在冲击取样机具时安装使用。
[0060]取样机具装置用于获得水底土层扰动小并不失水分原状样。上端传力环通过丝扣与其上下的第一钻杆和中段钻杆相连。中部根据水上漂浮平台下水深布置多个中段钻杆长度，各段钻杆间以钻杆接手连接。下端通过变径接头丝扣与取样外管相连，取样外管与双门取土器冲击头相连。双门取土器以冲击头为核心，内部包含与冲击头呈一体圆状环台，环台上车有圆形取样内管间隙槽、对称两对内开弧形门槽及对称两弧形止水槽。门槽内焊接带有内开弧形门的门轴。内开弧形门绕门轴向取土器内向开启。取样内管间隙槽放置取样内管，并与取样外管存有间隙，利于取出。两弧形止水槽放置弧形止水胶条，内开弧形门关闭时门盖压紧弧形止水胶条止水。同时两内开弧形门内端部加工成偏心形，其间隙在开启时安放工形止水条，关门时靠偏心部位挤压止水条止水。内开弧形门上端设有橡胶压塞，作用是压制内开弧形门，防止下放取样机具装置入水过程中门盖开启，取样内管进水。冲击头底端呈扁尖形，便于切入土层中。
[0061]取样机具装置组装时，首先在作业平台上，将冲击头圆状环台上弧形止水胶条和内开弧形门间工形止水胶条安放好，再将冲击头与取样外管连接，然后放入取样内管至冲击头圆状环台间隙槽内，此时在取样内管中压入橡胶压塞，紧紧压住内开弧形门。再依次组装变径接头、多段中段钻杆、传力环和第一钻杆等。并通过机具导向装置和起吊冲击装置将取样机具下入水底。此外橡胶压塞表面留有4个通气孔，中心吊耳上系有压塞钢丝绳通过钻杆内孔与上部起吊冲击装置相连。
[0062]水底取样:当取样机具装置组装完成并下入水底后，取样工作开始。首先拉起橡胶压塞钢丝绳，将橡胶压塞提至取样内管上端变径接头处。再拉起吊锤钢丝绳，然后突然落下吊锤锤击第一钻杆上传力环，传力环带动取样机具装置整体下移，使冲击头进入水底土层，两扇内开弧形门开启，底泥贯入冲击头至取样内管中。根据量测锤击使整个钻杆(第一钻杆和多段中段钻杆)下入水上漂浮平台插块孔深度，判断取样内管长度内是否装满底泥。当判断取样内管装满底泥后，卷扬钢丝绳提拉整个钻杆，内开弧形门在取样内管底泥重力作用下，向下关闭并压紧弧形止水胶条和工形止水胶条，防止底泥水分流出，取得原状底泥样。取样后卷扬钢丝绳逐步提起取样机具装置，将土样提取至水上平台。
[0063]取样内管取出:取样机具盛装土样部分包括变径接头、取样内、外管、双门取土器要一并提出水面至平台，直立放入支架栏。卸下变径接头露出取样内管顶部橡胶压塞，用胶泥封堵4个通气孔。胶泥凝结后，将取样管(取样内管、取样外管及双门取土器)倒立，退出双门取土器及取样外管，露出取样内管，密封取样内管管口处获得不失水分扰动小的原状水底底泥样。
[0064]内开弧形门能否及时关闭，是取得原状底泥样的关键。为此作以下3各方面设计:
[0065](I)起吊工艺:开始提拉取样机具装置时要快速，使双门取土器脱离底泥土层时，被置换土层空间形成瞬时真空，内开弧形门在真空抽力作用下迅速关闭。
[0066](2)气压作用:取样内管橡胶压塞预留4个通气孔，使取样内管中土样与外部空气相通，在底泥下落时管内不产生真空。因此，在内开弧形门关门时气压作用助推底泥顺利下落。
[0067](3)内开弧形门贯入土样底泥时，最大开角受门轴间工形止水胶条上翼缘控制，开至上翼缘端头即受阻，开角一般在75°左右。这样在开启两扇门间形成30°角左右向上扇形门斗，斗内堆置土样底泥。提拉取样机具装置时，堆置土样底泥推动两扇弧形门迅速关闭，不致使已进入管内底泥滑落。
[0068]两个半圆形插块有利于钻杆的导向。但是如果在水上漂浮平台晃动中，提放钻杆发生被卡在半圆形插块壁上情况时，则可拔出半圆形插块增大导向墩环状空间，使钻杆顺利下放和提起。
[0069]其优点在于:
[0070](I)本装置结构简单，布局合理，全部机构均在水岸边组装完成。用船拖至指定位置抛锚固定，吊放取样机具装置至水底即可进行底泥取样。完成某一水域取样后，拖至岸边易拆分、检修、运输。
[0071](2)本装置使用动力仅为一台电动卷扬机、耗能小。水上漂浮平台上用一台6KW发电机供电即可。
[0072](3)本装置取样耗时短，除下放、起吊取样机具根据不同水深耗用不等的时间外，使用锤击取样过程在较短时间即可完成。
[0073](4)导向装置保证取样机具下放、和提起过程中，能够铅直运行。在水上漂浮平台晃动中会发生钻杆被卡在半圆形插块壁上情况，此时拔出半圆形插块增大导向墩环状空间，使钻杆顺利下放和提起。
[0074](5)通过双门取土器，实现水下底泥取样不失水分及扰动小。便于实验室分析水下底泥成分构成。
【附图说明】
[0075]图1为本实用新型的平面布置图。
[0076]图2为图1中的A-A剖视图。
[0077]图3为图1中的B-B剖视图。
[0078]图4为漂浮平台中心部位放大平面图。
[0079]图5为取样机具装置剖面图。
[0080]图6为工形止水胶条剖面放大图。
[0081 ]图7为冲击头内部车槽结构图。
[0082]图8为图5中的C-C剖面图。
[0083]图9为图5中的D-D剖面图。
[0084]图10为图5中的E-E剖面图。
【具体实施方式】
[0085]可拆分式水上轻便钻探取样装置，包括水上漂浮平台、机具起吊冲击装置和取样机具装置13。
[0086]水上漂浮平台中心有一通口 12。
[0087]机具起吊冲击装置，包括吊架5和吊锤15。
[0088]吊架5底座固定设置在水上漂浮平台上，吊架5上部为滑轮组23。滑轮组23包括两个定滑轮。
[0089]电动卷扬机24紧靠吊架5设置在水上漂浮平台上，卷扬钢丝绳25通过吊架5和滑轮组23的两个定滑轮。
[0090]第一、当需要将取样机具装置13放入水下或者提出水面时候，将卷扬钢丝绳25下端与提篮14上部的安装环连接，提篮14下部与第一钻杆28或中段钻杆46上端的钻杆接手30连接。
[0091]第二、当需要拉动吊锤15时，卷扬钢丝绳25与冲击钢丝绳27连接。
[0092]第三、当需要拉动弹性压塞45时，压塞钢丝绳26通过第一钻杆28和中段钻杆46内孔与上部卷扬钢丝绳25相连。
[0093]吊锤15内孔穿在取样机具装置13的第一钻杆28上，吊锤15上连接有冲击钢丝绳27。
[0094]取样机具装置13，包括多个钻杆接手30、第一钻杆28、传力环16、多个中段钻杆46、变径接头31、取样内管47、取样外管32和双门取土器36。
[0095]位于最上方的钻杆接手30下方连接有第一钻杆28，第一钻杆28和下方的一个中段钻杆46通过传力环16连接，相邻的中段钻杆46通过钻杆接手30连接。
[0096]位于最下端的中段钻杆46与变径接头31的小端相连。
[0097]变径接头31的大端与取样外管32上端相连。
[0098]双门取土器36，包括冲击头37和两个内开弧形门38。
[0099]冲击头37上端与取样外管32下端相连。
[0100]冲击头37内部包含与冲击头37呈一体圆状环台43，圆状环台43上开设有圆形取样内管间隙槽50，以圆心对称的两对内开弧形门槽51，同样以圆心对称的两弧形止水槽48，每对内开弧形门槽51内均固定有内开弧形门38的门轴39。门轴39上设有内开弧形门38。
[0101]取样内管间隙槽50放置取样内管47。
[0102]弧形止水槽48内放置弧形止水胶条42。
[0103]内开弧形门38内端部为偏心头41形，两个偏心头41的间隙设置有工形止水胶条
40 ο
[0104]内开弧形门38上端设有弹性压塞45。
[0105]冲击头37最底端呈扁尖44形。
[0106]弹性压塞45表面留有四个通气孔35，弹性压塞45的中心吊耳34上系有压塞钢丝绳
26 ο
[0107]所述的水上漂浮平台，包括多个浮筒2单体，多个浮筒2单体通过浮筒连接件固定螺栓10相互锁死固定连接在一起。
[0108]所述的水上漂浮平台的边缘设有四个锚耳I，锚具19通过锚绳18连接在锚耳I上。
[0109]还可包括取样机具导向装置11。
[0110]取样机具导向装置11，包括四个固定臂20和导向墩21。
[0111]导向墩21外周设有四个固定臂20，固定臂20支撑在通口12内表面。导向墩21设有导向墩通孔。
[0112]导向墩21与四个固定臂20为一体结构。
[0113]在导向墩通孔上设有两个半圆形插块17，半圆形插块17对合处形成插块孔。
[0114]两个半圆形插块17上方设有垫插夹具22。
[0115]所述的水上漂浮平台四周设有护栏立柱3和护栏4，护栏立柱3与护栏4连接在一起。
[0116]吊架5底座底部通过通口12四周铺设的支撑板7固定在水上漂浮平台上。
[0117]所述的通口12为方口，所述的支撑板7为钢板，所述的水上漂浮平台为正方形。
[0118]弹性压塞45为橡胶压塞。取样内管47与取样外管32存有间隙33。浮筒2内充填泡沫。
[0119]水上漂浮平台组装:
[0120]水上漂浮平台用于固定取样机具导向装置11和机具起吊冲击装置。
[0121 ]水上漂浮平台固定在水上是利用锚绳18—端系在正方形的平台四角锚耳I上，另一端与锚具19连接在一起，抛锚绳18与锚具19于水底使平台固定。
[0122]护栏立柱3和护栏4连接在一起，起安全防护作用。
[0123]在水上漂浮平台中心预留一通口 12连通水面，用于安装取样机具导向装置11。
[0124]通口12四周铺设支撑板7，支撑板7通过支撑板固定螺栓8与浮筒2连接。支撑板7用于固定机具起吊冲击装置。
[0125]—种使用可拆分式轻便钻探取样装置的原状水底底泥样取样方法，包括以下步骤:
[0126]第一、将取样机具装置13放入水下，卷扬钢丝绳25下端与提篮14上部的安装环连接，提篮14下部与第一钻杆28或中段钻杆46上端的钻杆接手30连接。
[0127]取样机具装置13冲击头37接触水底土层后，解开卷扬钢丝绳25。
[0128]第二、压塞钢丝绳26与卷扬钢丝绳25连接。
[0129]压塞钢丝绳26拉起弹性压塞45至取样内管47上端变径接头31处，解开卷扬钢丝绳25。
[0130]第三、卷扬钢丝绳25与冲击钢丝绳27连接。
[0131]再使用吊锤15锤击传力环16，冲击头37经锤击进入水底土层，两扇内开弧形门38自动开启，底泥贯入冲击头37至取样内管47中。
[0132]内开弧形门38贯入土层底泥时，最大开角一般在75°左右。两扇门间形成30°左右向上扇形门斗，斗内堆置土样底泥。解开卷扬钢丝绳25。
[0133]第四、将卷扬钢丝绳25下端与提篮14上部的安装环连接，提篮14下部与第一钻杆28或中段钻杆46上端的钻杆接手30连接。
[0134]卷扬钢丝绳25将取样机具装置13提起，在取样内管47中底泥重力作用下，扇形门斗内堆置的底泥推动内开弧形门38向下关闭。
[0135]快速提拉关门:开始提拉取样机具装置13时要快速，使双门取土器36脱离底泥土层时，被置换土层空间形成瞬时真空，内开弧形门38在真空抽力及取样内管47中底泥自重力作用下迅速关闭，压紧作为密封止水机构的弧形止水胶条42和作为双门偏心挤压密封止水机构的工形止水胶条40。
[0136]取样内管47中弹性压塞45预留4个通气孔，使管中土样与外部空气相通，在提拉取样机具底泥下落时取样内管47内不产生真空，可助推底泥顺利下落。
[0137]将变径接头31以下部分取样机具不拆卸一并提出水面至平台，直立放入支架栏。卸下变径接头31露出取样内管47顶部弹性压塞45，用胶泥封堵4个通气孔35。胶泥凝结后，将取样管(取样内管47、取样外管32及双门取土器36)整体倒立，退出双门取土器36及取样外管32，露出取样内管47，密封管口处获得不失水分扰动小的原状水底底泥样。
[0138]取样机具导向装置11安装:
[0139]取样机具导向装置11用于固定和定位取样机具装置13。
[0140]每个固定臂20通过固定臂固定螺栓9与该固定臂20相近三个浮筒2单体连接，使取样机具导向装置11固定于通口 12内。
[0141]固定臂20与导向墩21呈一体结构。导向墩21为内径15cm圆筒形，可以通过取样机具装置13底端的双门取土器36。双门取土器36外径为12.7cm。导向墩21内安装两只半圆形插块17，使圆筒内径缩至8.5cm，可以通过取样机具装置13上部钻杆接手30。钻杆接手30外径为6.5cm。
[0142]垫插夹具22为组装或拆卸第一钻杆28及中段钻杆46时使用，位于半圆形插块17上方平面上。组装或拆卸第一钻杆28或中段钻杆46时，插夹垫在钻杆接手30扁平口 29处，以固定水上漂浮平台下部取样机具装置13不掉落水中。
[0143]机具起吊冲击装置安装:
[0144]机具起吊冲击装置用于下放、冲击及起吊取样机具装置13。
[0145]机具起吊冲击装置吊架5底座四角通过固定螺栓6固定在水上漂浮平台支撑板7上，起吊架高度为3.0m，分三节组装，上部为滑轮组23。
[0146]电动卷扬机24紧靠吊架5安装在水上漂浮平台支撑板7上，其卷扬钢丝绳25通过吊架5、滑轮组23、及提篮14与取样机具装置13相连。用于下放、起吊取样机具装置13。
[0147]吊锤15内孔穿在取样机具第一钻杆28上，冲击钢丝绳27与卷扬钢丝绳25相连。吊锤15以第一钻杆28为导向，在其上冲击钢丝绳27牵引下上下自由移动。在冲击取样机具装置13时安装使用。
[0148]取样机具装置13组装:
[0149]取样机具装置13用于采集水底底泥土样。
[0150]取样机具装置13上端传力环16通过钻杆丝扣与第一钻杆28和位于第一钻杆28以下的中段钻杆46相连。
[0151]中部根据入水取样深度布置中段钻杆46长度，钻杆两端通过丝扣与钻杆接手30连接。位于下端的中段钻杆46通过丝扣与变径接头31相连，变径接头31通过丝扣与取样外管32相连。双门取土器36中的冲击头37，通过丝扣与取样外管32相连。
[0152]双门取土器36以冲击头37为核心，内部包含与冲击头37呈一体圆状环台43，圆状环台43上车有圆形取样内管间隙槽50、对称两对内开弧形门槽51及对称两弧形止水槽48。内开弧形门槽51内焊接带有内开弧形门38的门轴39。内开弧形门38绕门轴39向取土器内向开启。取样内管间隙槽50放置取样内管47，并与取样外管32存有间隙33，利于装样后取出。两弧形止水槽48放置弧形止水胶条42，内开弧形门38关闭时门盖压紧弧形止水胶条42止水。同时两内开弧形门38内端部加工成偏心头41形状，其间隙在两扇门开启时安放工形止水胶条40，关门时靠偏心头41挤压工形止水胶条40止水。内开弧形门38上端设有弹性压塞45，作用是压制内开弧形门38，防止在下放取样机具装置13入水过程中内开弧形门38开启，取样内管47进水。冲击头37最底端呈扁尖形44，便于切入土层中。
[0153]取样机具装置13组装时，首先在作业平台上将冲击头37内弧形止水胶条42和内开弧形门38间工形止水胶条40安放好，再将冲击头37与取样外管32连接，然后放入取样内管47至取样内管间隙槽50内，此时在取样内管47中压入弹性压塞45，紧紧压住内开弧形门38。再依次组装变径接头31、中段钻杆46等上部机具。并通过取样机具导向装置11和机具起吊冲击装置将取样机具装置13下入水底。此外弹性压塞45表面留有4个通气孔35，中心吊耳34上系有压塞钢丝绳26，压塞钢丝绳26通过第一钻杆28内孔与上部起卷扬钢丝绳25相连。
[0154]吊锤15呈带内孔的厚壁圆柱形，内孔穿在取样机具第一钻杆28上。吊锤15以第一钻杆28为导向，在其上冲击钢丝绳27牵引下，沿着第一钻杆28上下自由移动。
[0155]当提拉吊锤15上冲击钢丝绳27又突然落下，锤击传力环16带动取样机具装置13向下运动。
[0156]冲击头37的圆状环台43上，车有圆形取样内管间隙槽50、对称两对内开弧形门槽51及对称两弧形止水槽48。
[0157]内开弧形门38绕门轴39向双门取土器36内向开启，关闭时落在圆状环台43上。
[0158]圆状环台43上两弧形止水槽48放置弧形止水胶条42，内开弧形门38关闭时门盖压紧弧形止水胶条42止水，形成弧形密封止水机构。
[0159]双门偏心挤压密封止水机构:其特征在于两内开弧形门38内端部加工成偏心头41形状，其间隙在两扇门开启时安放工形止水胶条40，关门时靠偏心头41挤压工形止水胶条40止水。
[0160]内开弧形门38的自动开启:当冲击头37被吊锤15击打，进入水底土层，土层底泥相对向上运动，自动冲开两扇内开弧形门38。
[0161]内开弧形门38的自动关闭:卷扬钢丝绳25提拉取样机具装置13后，内开弧形门38在取样内管47内的底泥自重力作用下，向下关闭并压紧弧形止水胶条42和工形止水胶条
40 ο
[0162]内开弧形门38最大开启角控制:内开弧形门38贯入土样底泥时，最大开角受两扇门轴39间工形止水胶条40上翼缘49控制，开至上翼缘49端头即受阻，开角一般在75°左右。(开角是指内开弧形门38与水平面的夹角)。
[0163]橡胶压塞压门及开启:其特征在于通过预先塞在取样内管47内弹性压塞45压制内开弧形门38，防止在下放取样机具装置13入水过程中内开弧形门38开启，使取样内管47进水。当冲击头37触及水底底泥，即拉起系在弹性压塞45吊耳34上的压塞钢丝绳26，至取样内管47上端变径接头31处。
[0164]取样内管47与取样外管32存有间隙33，利于装样后取样内管47从取样外管32中取出。
[0165]取样工艺:当取样机具装置13冲击头37接触水底土层后，压塞钢丝绳26拉起弹性压塞45至取样内管47上端变径接头31处，再使用吊锤15锤击传力环16，冲击头37经锤击进入水底土层，两扇内开弧形门38自动开启，底泥贯入冲击头37至取样内管47中。根据量测锤击使整个钻杆(第一钻杆28和多段中段钻杆46)下入水上漂浮平台插块孔深度，判断取样内管47长度内是否装满底泥。
[0166]快速提拉关门:开始提拉取样机具装置13时要快速，使双门取土器36脱离底泥土层时，被置换土层空间形成瞬时真空，内开弧形门38在真空抽力作用下迅速关闭。
[0167]气压作用关门:其特征在于取样内管47中弹性压塞45预留4个通气孔，使管中土样与外部空气相通，在提拉取样机具底泥下落时取样内管47内不产生真空，可助推底泥顺利下落。
[0168]扇形门斗关门:内开弧形门38贯入土层底泥时，最大开角一般在75°左右。两扇门间形成30°左右向上扇形门斗，斗内堆置土样底泥。提拉取样机具装置13时，堆置土样底泥可推动两扇内开弧形门38迅速关闭，并不使进入取样内管47泥样滑落。
[0169]取样内管取出工艺:其特征在于将变径接头31以下部分取样机具装置13不拆卸一并提出水面至水上漂浮平台，直立放入支架栏。卸下变径接头31露出取样内管47顶部弹性压塞45，用胶泥封堵4个通气孔35 ο胶泥凝结后，将取样管整体倒立，退出双门取土器36及取样外管32，露出取样内管47，密封管口处获得不失水分扰动小的原状水底底泥样。
[0170]取样过程:当取样机具装置13组装完成并下入水底后，取样工作开始。首先拉起系在弹性压塞45吊耳34上的压塞钢丝绳26，将弹性压塞45拉至取样内管47上端变径接头31处。再提起位于取样机具装置13上端的吊锤15上冲击钢丝绳27，然后突然落下吊锤15，锤击取样机具装置13上端安装的传力环16，传力环16带动取样机具装置13整体下移，使其底部冲击头37进入水底土层，两扇内开弧形门38开启，底泥贯入冲击头37至取样内管47中。根据量测锤击使整个钻杆(第一钻杆28和多段中段钻杆46)下入水上漂浮平台插块孔深度，判断取样内管47长度内是否装满底泥。当判断取样内管47装满底泥后，卷扬钢丝绳25通过提篮14提拉第一钻杆28，内开弧形门38在取样内管47中的底泥重力作用下，向下关闭并压紧弧形止水胶条42和工形止水胶条40，防止底泥水分流出，取得原状底泥样。取样后，卷扬钢丝绳25逐步提起取样机具装置13，将土样提取至水上漂浮平台。
[0171]取样内管47取出:取样机具装置13盛装土样部分包括变径接头31、取样内管47、取样外管32、双门取土器36，要不拆卸一并提出水面至水上漂浮平台，直立放入支架栏。卸下变径接头31露出取样内管47顶部弹性压塞45，用胶泥封堵4个通气孔35。胶泥凝结后，将取样管整体倒立，退出双门取土器36及取样外管32，露出取样内管47，密封管口处获得不失水分扰动小的原状水底底泥样。
【主权项】
1.可拆分式水上轻便钻探取样装置，包括水上漂浮平台、机具起吊冲击装置和取样机具装置(13);其特征在于: 水上漂浮平台有一通口(12); 机具起吊冲击装置，包括吊架(5)和吊锤(15); 吊架(5)底座固定设置在水上漂浮平台上，吊架(5)上部为滑轮组(23);滑轮组(23)包括两个定滑轮； 电动卷扬机(24)紧靠吊架(5)设置在水上漂浮平台上，卷扬钢丝绳(25)通过吊架(5)和滑轮组(23)的两个定滑轮； 卷扬钢丝绳(25)下端通过提篮(14)与第一钻杆(28)或中段钻杆(46)上端的钻杆接手(30)连接，或者卷扬钢丝绳(25)下端与冲击钢丝绳(27)上端连接，或者卷扬钢丝绳(25)下端与弹性压塞(45)上的压塞钢丝绳(26)连接； 吊锤(15)内孔穿在取样机具装置(13)第一钻杆(28)上，吊锤(15)上连接有冲击钢丝绳(27); 取样机具装置(13)，包括至少一个钻杆接手(30)、第一钻杆(28)、传力环(16)、至少一个中段钻杆(46)、变径接头(31)、取样内管(47)、取样外管(32)和双门取土器(36); 位于最上方的钻杆接手(30)下方连接有第一钻杆(28)，第一钻杆(28)和下方的一个中段钻杆(46)通过传力环(16)连接;中段钻杆(46)同时与变径接头(31)的小端相连； 变径接头(31)的大端与取样外管(32)上端相连； 双门取土器(36)，包括冲击头(37)和两个内开弧形门(38); 冲击头(37)上端与取样外管(32)下端相连； 冲击头(37)内部包含与冲击头(37)呈一体圆状环台(43)，圆状环台(43)上开设有圆形取样内管间隙槽(50)，以圆心对称的两对内开弧形门槽(51)，同样以圆心对称的两弧形止水槽(48)，每对内开弧形门槽(51)内均固定有内开弧形门(38)的门轴(39);门轴(39)上设有内开弧形门(38); 取样内管间隙槽(50)放置取样内管(47); 弧形止水槽(48)内放置弧形止水胶条(42); 内开弧形门(38)内端部为偏心头(41)形，两个偏心头(41)的间隙设置有工形止水胶条(40); 内开弧形门(38)上端设有弹性压塞(45); 冲击头(37)最底端呈扁尖(44)形； 弹性压塞(45)表面留有至少一个通气孔(35)，弹性压塞(45)的中心吊耳(34)上系有压塞钢丝绳(26)。2.根据权利要求1所述的可拆分式水上轻便钻探取样装置，其特征在于: 当所述的中段钻杆(46)为两个以上，相邻的中段钻杆(46)通过钻杆接手(30)连接； 所述的水上漂浮平台，包括多个浮筒(2)单体，多个浮筒(2)单体通过浮筒连接件固定螺栓(10)相互固定连接在一起;所述的水上漂浮平台的边缘设有至少一个锚耳(I)，锚具(19)通过锚绳(18)连接在锚耳(I)上。3.根据权利要求1所述的可拆分式水上轻便钻探取样装置，其特征在于: 所述的内开弧形门(38)贯入土样底泥时，最大开角在75°。4.根据权利要求1所述的可拆分式水上轻便钻探取样装置，其特征在于: 还可包括取样机具导向装置(11); 取样机具导向装置(11)，包括多个固定臂(20)和导向墩(21); 导向墩(21)外周设有多个固定臂(20)，固定臂(20)支撑在通口(12)内表面；导向墩(21)设有导向墩通孔。5.根据权利要求4所述的可拆分式水上轻便钻探取样装置，其特征在于: 在导向墩通孔上设有两个半圆形插块(17)，半圆形插块(17)对合处形成插块孔。6.根据权利要求5所述的可拆分式水上轻便钻探取样装置，其特征在于: 两个半圆形插块(17)上方设有垫插夹具(22)。7.根据权利要求1所述的可拆分式水上轻便钻探取样装置，其特征在于: 所述的水上漂浮平台四周设有护栏立柱(3)和护栏(4)，护栏立柱(3)与护栏(4)连接在一起； 吊架(5)底座底部通过通口(12)四周铺设的支撑板(7)固定在水上漂浮平台上； 所述的通口(12)为方口，所述的支撑板(7)为钢板，所述的水上漂浮平台为正方形。8.根据权利要求2所述的可拆分式水上轻便钻探取样装置，其特征在于: 弹性压塞(45)为橡胶压塞;取样内管(47)与取样外管(32)存有间隙(33);浮筒(2)内充填泡沫。
【文档编号】G01N1/10GK205642899SQ201620291230
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】崔双利, 潘绍财, 孔繁友, 于国丰, 曲磊, 汪玉君
【申请人】辽宁省水利水电科学研究院