一种深海沉积物多次保压转移设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种深海沉积物多次保压转移设备，包括保压筒以及采样装置，还设有连接器以及主球阀，所述连接器内开设有相互连通的取样通道和出样通道，所述保压筒通过主球阀与取样通道对接；所述采样装置包括：位于保压筒内的取样筒，该取样筒具有经主球阀延伸出取样通道的取样工作位以及处在连接器内的出样工作位；用于驱动取样筒的多级伸缩机构；位于取样筒内的活塞，用于在取样筒处于出样工作位时将样品推离取样筒进入出样通道。本发明采用全新的子采样方案，即利用多次伸缩机构，在压力腔内实现样品的子采样和转移，解决了现有技术体积较大、样品利用率不高的缺陷。
【专利说明】一种深海沉积物多次保压转移设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及深海探测及研究装备领域，具体涉及一种深海沉积物多次保压转移设备。
【背景技术】
[0002]海洋工程是一个不太成熟的【技术领域】，深海沉积物采样是深海环境与资源调查的基本手段之一，经过几十年的调查实践，已经形成了多种行之有效的沉积物采样方式，但用于采样设备的开发却一直发展比较缓慢。
[0003]目前，用于采样的装置主要包括以下几类:
[0004]多管采样器，利用重力采集海底表层沉积物及其上覆水；
[0005]深海拖曳式采样器，用于采集悬浮颗粒物；
[0006]电视抓斗式采样器，用于采集沉积物和表层矿物。
[0007]然而，通过上述的采样装置采集的海底沉积物样品，由于压力、光照等条件的变化，气相溶解组分的散失、变价离子氧化态改变、有机组分分解以及嗜压型微生物的大量死亡，使得分析数据难以准确反映沉积物的原始成分及状态。
[0008]近年来，保真采样技术越来越受到全世界海洋学界的重视，保真采样器不仅可以为海洋资源环境研究提供最真实的样本，还可以通过深海生物研究发现大自然新的特性。为了将深海沉积物，特别是其中的微生物样品在保持深海高压的情况下由原位转移到实验室，需要全程保压。目前，国内虽然做取样器的比较多，也有开发的极端环境微生物培养设备，但是缺乏一整套系统，特别是没有将样品从取样器保压转移到微生物培养设备中的装置。关键环节的缺失导致研究效果不理想，而这一技术的提供主要由国外公司垄断。
[0009]比如英国Geotek 公司研制开发的 PCATS 系统(Pressure Core Analysis andTransfer System)采用的是基于机械臂的方法,在将取样器与之连接后,机械臂可将样品在保压腔内整个沿轴向拖动，压力腔内可进行样品切割、检测；当需要存储时，需要将取样器取下来，再将存储仓连接上去。PCATS设备对整个柱状样品操作，体积更大，占用实验空间大，结构更为复杂，设备成本高。
[0010]再比如，美国HYACINTH 系统(Deployment of HYACE tools In New Tests onHydrates)在对子样品操作时，具有一个可90°旋转的切刀，利用相互嵌套的圆管和推杆，可使一部分样品经过圆管伸到切刀下，切刀旋转，刚好使部分子样品垂直落到下方的存储仓中，这一切同样在压力腔内完成。相较而言，这种结构在用推杆推送样品的时候已经进行了一次子采样，因此样品利用率比较低。
【发明内容】
[0011]本发明提供了一种深海沉积物多次保压转移设备，采用全新的子采样方案，即利用多次伸缩机构，在压力腔内实现样品的子采样和转移，解决了现有技术体积较大、样品利用率不高的缺陷。[0012]本发明公开了一种深海沉积物多次保压转移设备，包括保压筒以及采样装置，还设有连接器以及主球阀，所述连接器内开设有相互连通的取样通道和出样通道，所述保压筒通过主球阀与取样通道对接；
[0013]所述采样装置包括:
[0014]位于保压筒内的取样筒，该取样筒具有经主球阀延伸出取样通道的取样工作位以及处在连接器内的出样工作位；
[0015]用于驱动取样筒的多级伸缩机构；所述的多级伸缩机构可根据实际需要确定级数，所述的级数至少为两级。
[0016]位于取样筒内的活塞，用于在取样筒处于出样工作位时将样品推离取样筒进入出样通道。
[0017]连接器用于连通原样品取样器和子样品储存仓，作为优选，所述连接器为三通结构，所述取样通道沿直线延伸，所述出样通道垂直连通在取样通道的中部；
[0018]所述的原样品取样器上设有第一球阀，取样通道与原样品取样器连接的一端通过第一球阀连通；
[0019]所述出样通道的出口连接有子样品存储仓；作为优选，所述的子样品存储仓上设有第三球阀，所述出样通道的出口依次通过串联的第二球阀、过渡筒和第三球阀与子样品存储仓连通，以保证保压效果的稳定。
[0020]所述连接器的侧壁设有观察镜，所述观察镜处在取样通道与出样通道的衔接部位。
[0021]所述多级伸缩机构包括:
[0022]后电机，固定在保压筒背向连接器的一端；
[0023]套筒，滑动安装在保压筒内，且所述取样筒以及活塞均处在套筒内；
[0024]后丝杠螺母机构，用于后电机与套筒之间的联动；
[0025]前电机，安装在套筒内；
[0026]前丝杠螺母机构，用于前电机与所述取样筒之间的联动。
[0027]所述的深海沉积物多次保压转移设备还设有蓄能器，蓄能器可减少设备内部的压力波动。所述的蓄能器通过两个三通截止阀分别与保压筒、连接器下端及液压泵相连，此处所述的连接器下端即过渡筒。
[0028]作为优选，所述的连接器和保压筒上分别设有泄压部件。
[0029]所述的深海沉积物多次保压转移设备还设有控制箱，控制箱通过控制线路分别与前电机和后电机相连。
[0030]所述保压筒内设有沿轴向布置的导向杆，所述保压筒与套筒之间设有与导向杆滑动配合的测位筒，测位筒与套筒之间设有轴向联动部件，所述保压筒内固定有测量杆，所述测位筒上设有与测量杆相配合的磁环。
[0031]所述套筒邻近后电机的一端设有外翻的固定盘，该固定盘上设有套设在导向杆上的第一导向孔；
[0032]测位筒邻近后电机的一端设有外翻边，该外翻边上设有套设在导向杆上的第二导向孔；
[0033]所述轴向联动部件为套设在导向杆上的弹簧，该弹簧两端分别抵接套筒上的固定盘和测位筒的外翻边。
[0034]所述保压筒朝向后电机的一端设有密封盖。
[0035]所述后丝杠螺母机构包括贯穿密封盖的后丝杠以及与所述套筒相固定的后螺母，所述后丝杠一端与后电机的主轴连接，另一端延伸入套筒与后螺母相配合。
[0036]所述前丝杠螺母机构包括前丝杠以及与所述取样筒相固定的前螺母；
[0037]所述前丝杠一端与前电机的主轴连接，另一端延伸入所述取样筒与前螺母相配合；
[0038]所述活塞与前丝杠的端部轴向固定连接。
[0039]所述套筒上设有轴向布置的导向槽，所述取样筒上设有沿导向槽滑动配合的导向钉。
[0040]本发明的深海沉积物多次保压转移设备的操作流程如下:
[0041]I)将连接器取样通道背向主球阀的一侧与原样品取样器通过原样品取样器上的第一球阀相连，连接器出样通道的下接口与子样品存储仓间依次通过第二球阀、过渡筒和第三球阀相连，此时，第一球阀、第二球阀、第三球阀及主球阀均处于关闭状态；
[0042]2)将液压泵与保压筒连通，打开主球阀，向保压筒内加压，直至保压筒内压力略大于原样品取样器中的压力值，停止加压；打开第三球阀，将液压泵与过渡筒连通，向子样品存储仓内加压，直到子样品存储仓与保压筒内压力相当，打开第二球阀和第一球阀；
[0043]3)驱动后电机，后丝杠螺母机构带动套筒及测位筒共同向连接器方向运动，当测位筒接触到原样品取样器中原样品的表面时，套筒压缩弹簧继续前进指定距离后停止；驱动前电机，前丝杠螺母机构运动带动取样筒向连接器方向运动并停止在取样工作位采集到子样品；
[0044]4)待子样品采集结束，后丝杠螺母机构反向运动，带动取样筒向连接器反方向运动并停止在出样工作位，此时，取样筒前端到达出样通道正上方，由观察镜可刚好看到；前丝杠螺母机构反向运动，取样筒内的活塞将子样品推出，通过出样通道落入子样品存储仓；
[0045]5)关闭第二球阀和第三球阀，卸除子样品存储仓，完成一次子采集操作。
[0046]6)在连接器的出样通道下重新安装新的子样品存储仓，打开第三球阀，将液压泵与过渡筒连通，向子样品存储仓内加压，直到子样品存储仓与保压筒内压力相当，打开第二球阀和第一球阀，重复流程3)?5)，可以实现多次采样。
[0047]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0048]采用本发明的深海沉积物多次保压转移设备，保压筒内压力的波动保持在10%以下，取样转移过程可实现自动化，相对于其他设备，多次保压转移过程中，取样器不需要移动，而只需更换新的子样品存储仓，可简化前期打压等准备工作，操作方便；
[0049]采用多级伸缩机构，可以实现较长的直线位移距离，间接减小了保压转移装置的轴向尺寸；理论上适用于沉积物样品各种用途的子采样，提高设备利用率，经济效益和社会效益显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1为本发明深海沉积物多次保压转移设备的示意图；[0051]图2为本发明深海沉积物多次保压转移设备的连接器的结构示意图；
[0052]图3为本发明深海沉积物多次保压转移设备的保压筒的结构示意图；
[0053]图4为本发明深海沉积物多次保压转移设备的二级伸缩机构的结构示意图；
[0054]图5为本发明深海沉积物多次保压转移设备的测位机构的结构示意图；
[0055]图中，1-连接器、2-主球阀、3-保压筒、4-二级伸缩机构、5-测位机构、6-控制箱、7-蓄能器、8-三通截止阀1、9_三通截止阀I1、10-过渡筒、11-第二球阀；
[0056]100-取样通道、101-观察镜、102-取样通道；
[0057]300-前连接筒、301-第一密封圈、302-保压筒主体、303-第二密封圈、304-密封盖、305-导向杆；
[0058]400-取样筒、401-导向槽、402-前丝杠螺母机构、403-前电机、404-固定盘、405-后丝杠螺母机构、406-后电机、407-联轴器、408-第一导向孔、409-后套筒、410-前套筒、411-导向钉、412-活塞；
[0059]500-测位筒、501-外翻边、502-磁环、503-测量杆、504-电子仓。
【具体实施方式】
[0060]参见图1?5，本发明深海沉积物多次保压转移设备包括连接器1、主球阀2、保压筒3、二级伸缩机构4、测位机构5、控制箱6和蓄能器7。其中，连接器I和主球阀2之间、主球阀2和保压筒3间均有螺钉连接，且采用密封圈进行保压密封。
[0061]连接器I内开设有相互连通的取样通道100和出样通道102，为三通结构，取样通道100沿直线延伸，出样通道102垂直连通在取样通道100的中部，其中，取样通道100背向主球阀2的一侧连通原样品取样器，出样通道102的出口依次通过第二球阀11、过渡筒10和子样品储存仓连通；连接器I正对出样通道102 口的侧壁上设有观察镜101。
[0062]主球阀2用于将连接器I与保压筒3的取样通道100对接。
[0063]保压筒3分为前连接筒300和保压筒主体302，保压筒主体302朝向后电机406的一端设有密封盖304，保压筒主体302内还设有沿轴向布置的导向杆305 ;前连接筒300、保压筒主体302和密封盖304间依次用螺纹连接，且连接处通过密封圈进行密封。保压筒3上设有泄压部件。
[0064]保压筒3内固定有测量杆503，测量杆503朝向密封盖304的一侧与固定在密封盖304上的电子仓504连接。
[0065]二级伸缩机构4包括套筒、后电机406、后丝杠螺母机构405、前电机403及前丝杠螺母机构402。
[0066]套筒分为相互连接的前套筒410和后套筒409，套筒滑动安装在保压筒3内，后套筒409邻近后电机406的一端设有外翻的固定盘404,该固定盘404上设有套设在导向杆305上的第一导向孔408。
[0067]前套筒410上设有轴向布置的导向槽401，取样筒400上设有沿导向槽401滑动配合的导向钉411。
[0068]保压筒3与套筒间设有与导向杆305滑动配合的测位筒500，测位筒500邻近后电机406的一端设有外翻边501，该外翻边501上设有套设在导向杆305上的第二导向孔；测位筒500与套筒间设有弹簧，该弹簧套设在导向杆305上，弹簧两端分别抵接固定盘404和外翻边501 ;测位筒500上还设有磁环502，用于与测量杆503配合监测二级伸缩机构的位移。
[0069]测位筒500、外翻边501、磁环502、测量杆503及电子仓504共同组成了测位机构5。
[0070]后电机406固定在保压筒3背向连接器I的一端。
[0071]后丝杠螺母机构405包括贯穿密封盖304的后丝杠以及与后套筒409相固定的后螺母，后丝杠一端通过联轴器407与后电机406的主轴连接，另一端延伸入后套筒409与后螺母相配合，用于后电机406与后套筒409之间的联动。
[0072]前电机403安装在前套筒410内。
[0073]前丝杠螺母机构402包括前丝杠以及与取样筒400相固定的前螺母，前丝杠一端与前电机403的主轴连接，另一端延伸入取样筒400与前螺母相配合，用于前电机403与取样筒400之间的联动。
[0074]取样筒400以及活塞412均处在前套筒410内，活塞412与前丝杠的端部轴向固
定连接。
[0075]控制箱6内有PLC、按键、显示屏等部件，并通过控制线路分别与前电机406和后电机410相连。
[0076]三通截止阀I 8与保压筒3和蓄能器7连通，三通截止阀II 9与过渡筒10及液压泵相连，且两个三通截止阀间相互连通。
[0077]工作过程:
[0078]I)将连接器I的取样通道100背向主球阀2的一侧与原样品取样器通过原样品取样器上的第一球阀相连，连接器I出样通道102的下接口依次通过第二球阀11、过渡筒10和子样品存储仓上的第三球阀相连，此时，第一球阀、第二球阀、第三球阀及主球阀均处于关闭状态；
[0079]2)通过控制三通截止阀I 8与三通截止阀II 9，将液压泵与保压筒3连通，打开主球阀2，向保压筒3内加压，直至保压筒3内压力略大于原样品取样器中的压力值，停止加压；打开第三球阀，将液压泵与过渡筒10连通，向子样品存储仓内加压，直到子样品存储仓与保压筒3内压力相当，打开第二球阀11和第一球阀；
[0080]3)驱动后电机406，后丝杠螺母机构405带动套筒及测位筒500共同向连接器I方向运动，当测位筒500接触到原样品取样器中原样品的表面时，套筒压缩弹簧继续前进指定距离后停止；驱动前电机403，前丝杠螺母机构402运动带动取样筒400向连接器I方向运动并停止在取样工作位采集到子样品；
[0081]4)待子样品采集结束，后丝杠螺母机构405反向运动，带动取样筒400向连接器I反方向运动并停止在出样工作位，此时，取样筒400前端到达出样通道102正上方，由观察镜101可刚好看到；前丝杠螺母机构402反向运动，取样筒400内的活塞412将子样品推出，通过出样通道102落入子样品存储仓；
[0082]5)关闭第二球阀11和第三球阀，卸除子样品存储仓，完成一次子采集操作。
[0083]6)在连接器I的出样通道102下重新安装新的子样品存储仓，打开第三球阀，将液压泵与过渡筒10连通，向子样品存储仓内加压，直到子样品存储仓与保压筒3内压力相当，打开第二球阀11和第一球阀，重复流程3)?5)，可以实现多次采样。
【权利要求】
1.一种深海沉积物多次保压转移设备，包括保压筒以及采样装置， 其特征在于，还设有连接器以及主球阀，所述连接器内开设有相互连通的取样通道和出样通道，所述保压筒通过主球阀与取样通道对接； 所述采样装置包括: 位于保压筒内的取样筒，该取样筒具有经主球阀延伸出取样通道的取样工作位以及处在连接器内的出样工作位； 用于驱动取样筒的多级伸缩机构； 位于取样筒内的活塞，用于在取样筒处于出样工作位时将样品推离取样筒进入出样通道。
2.根据权利要求1所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，还设有蓄能器，蓄能器通过两个三通截止阀分别与保压筒、连接器下端及液压泵相连。
3.根据权利要求1所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，所述连接器为三通结构，所述取样通道沿直线延伸，所述出样通道垂直连通在取样通道的中部； 所述出样通道的出口通过第二球阀与子样品存储仓连接； 所述连接器的侧壁设有观察镜，所述观察镜处在取样通道与出样通道的衔接部位。
4.根据权利要求1所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，所述多级伸缩机构包括: 后电机，固定在保压筒背向连接器的一端； 套筒，滑动安装在保压筒内，且所述取样筒以及活塞均处在套筒内； 后丝杠螺母机构，用于后电机与套筒之间的联动； 前电机，安装在套筒内； 前丝杠螺母机构，用于前电机与所述取样筒之间的联动。
5.根据权利要求4所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，所述保压筒内设有沿轴向布置的导向杆，所述保压筒与套筒之间设有与导向杆滑动配合的测位筒，测位筒与套筒之间设有轴向联动部件，所述保压筒内固定有测量杆，所述测位筒上设有与测量杆相配合的磁环。
6.根据权利要求5所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，所述套筒邻近后电机的一端设有外翻的固定盘，该固定盘上设有套设在导向杆上的第一导向孔； 测位筒邻近后电机的一端设有外翻边，该外翻边上设有套设在导向杆上的第二导向孔； 所述联动部件为套设在导向杆上的弹簧，该弹簧两端分别抵接套筒上的固定盘和测位筒的外翻边。
7.根据权利要求4所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，所述保压筒朝向后电机的一端设有密封盖。
8.根据权利要求4所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，所述后丝杠螺母机构包括贯穿密封盖的后丝杠以及与所述套筒相固定的后螺母，所述后丝杠一端与后电机的主轴连接，另一端延伸入套筒与后螺母相配合。
9.根据权利要求4所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，所述前丝杠螺母机构包括前丝杠以及与所述取样筒相固定的前螺母；所述前丝杠一端与前电机的主轴连接，另一端延伸入所述取样筒与前螺母相配合； 所述活塞与前丝杠的端部轴向固定连接。
10.根据权利要求4所述的深海沉积物多次保压转移设备，其特征在于，所述套筒上设有轴向布置的导向槽， 所述取样筒上设有沿导向槽滑动配合的导向钉。
【文档编号】G01N1/02GK103913346SQ201410126575
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】李世伦, 王文涛, 谢龙辉, 杨跃忠 申请人:浙江大学