基于ROV的深海多通道原位流体取样过滤装置及方法与流程

本发明涉及深海大洋原位流体过滤装置，具体地说是一种基于rov的深海多通道原位流体过滤装置及方法。

背景技术：

目前，在悬浮颗粒物的获取方面，海水原位流体过滤装置得到很大的发展；但由于大部分是单通道测量，其优势在于大体积过滤(单次抽滤水量100l以上)。国内外各单位研制了大量的设备和产品，也取得了不错的效果。例如：中国科学院海洋所完成了深海海水原位采样及分级过滤系统的研制(可通过时间控制完成深海泵分级过滤的功能)、美国mclane(麦克莱恩)公司的大体积水样抽滤采样系统、深海热液喷口微生物过滤采样装置、多级膜过滤保压取样器等。虽然各个厂家的种类繁多，设备通用特点依然是高通量滤水完成富集过滤功能，但绝大部分设备为单通道过滤，且过滤装置的滤膜在水下无法更换或面积原因，容易造成滤膜堵塞或者破裂。其次，缺失过滤后的流体存储功能，并且无法配合rov(remotelyoperatedvehicle，水下缆控潜水器)使用，应用到深海微生物、dna、rna获取和检测方面无法真实反映极端环境下的真实状况。

同时，传统采样器无法插入生物层内部，不能获取生物层多层序原位流体样品，对深海海底特殊工作站位的流体过滤和采集的影响就比较大，特别是冷泉热液区域尤为明显。以上情况特性决定了在深海压力复杂变化环境下，保证获得多通道的流体过滤膜以及流体样品，需要开发一种全新的基于rov的深海多通道原位流体过滤装置以克服以上困难。

技术实现要素：

针对上述传统深流体过滤器所存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于rov的深海多通道原位流体取样过滤装置及方法。该深海多通道原位流体过滤装置能够保障获得多通道的流体过滤膜以及流体样品，可以在深海压力复杂变化环境下使用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的取样过滤装置包括流体取样机构、流体转换通道、液体过滤装置及流体存储机构，其中流体取样机构包括驱动机构、往返刚体、滑动机构、流体临时保存机构、进水单位向阀、出水单向阀及前置过滤器，该驱动机构安装于流体临时保存机构的一端、由rov提供动力，所述滑动机构可相对滑动地容置于流体临时保存机构内，一侧通过所述往返刚体与驱动机构连接，另一侧为可变容积的流体暂存空间，所述流体临时保存机构的另一端分别连接有进水单向阀及出水单向阀，该进水单向阀通过胶管a与前置过滤器相连，所述前置过滤器上直连有进水口，所述出水单向阀通过胶管b与流体转换通道相连；所述流体存储机构为多个，每个流体存储机构均通过独立的流体过滤装置与流体转换通道连接，该流体过滤装置包括截止阀及过滤器，所述截止阀的一端与流体转换通道相连，另一端通过所述过滤器连接于流体存储机构，该过滤器内部装有过滤膜；

其中：所述流体转换通道包括三通接头、胶管c及弯头，位于与流体转换通道两端连接的流体存储机构之间的其他各流体存储机构均对应一个三通接头，该三通接头的一个接头与所对应的流体存储机构连接的所述截止阀的一端相连，另外两个接头分别与相邻的三通接头通过所述胶管c连通；与所述流体转换通道两端连接的流体存储机构所连接的截止阀的一端连接有弯头，该弯头通过胶管c与相邻的三通接头连通；

所述流体转换通道包括三通接头、胶管c、清洗截止阀、清洗口及弯头，与所述流体转换通道一端连接的流体存储机构所连接的截止阀的一端连接有弯头，其余的流体存储机构均对应一个三通接头，该三通接头的一个接头与所对应的流体存储机构连接的所述截止阀的一端相连，与所述流体转换通道另一端连接的流体存储机构对应的三通接头的第二个接头与相邻的三通接头通过所述胶管c连通、第三个接头通过胶管c连接有清洗截止阀，该清洗截止阀直连有清洗口，其余各三通接头的另外两个接头分别与相邻的三通接头或弯头通过所述胶管c连通；

所述清洗截止阀包括阀体、球杆、球体、驱动转向杆及驱动直杆，该阀体上分别安装有与阀体内部连通的进口和出口，所述进口通过胶管c与三通接头的第三个接头相连，出口直连所述清洗口；所述球杆转动安装在阀体上，一端与位于阀体内部的球体相连，该球体上贯穿开设有用于控制所述进口与出口连通或断开的通孔，所述球杆的另一端与驱动转向杆的一端连接，该驱动转动向杆的另一端与所述驱动直杆的一端铰接，该驱动直杆的另一端为按压端；

所述往返刚体的长度与滑动机构在流体临时保存机构内的移动距离相等；

所述滑动机构为形状与流体临时保存机构内部形状相同的活塞头，该滑动机构的外表面与所述流体临时保存机构的内壁滑动密封抵接；

所述流体临时保存机构包括本体及封盖，该本体为内部中空结构，所述本体的两端分别螺纹连接有封盖，所述驱动机构安装于一端的封盖上，另一端的所述封盖上分别连接有进水单向阀及出水单向阀；

所述截止阀包括阀体、球杆、球体、驱动转向杆及驱动直杆，该阀体上分别安装有与阀体内部连通的进口和出口，所述进口与流体转换通道相连，出口通过所述过滤器连接于流体存储机构；所述球杆转动安装在阀体上，一端与位于阀体内部的球体相连，该球体上贯穿开设有用于控制所述进口与出口连通或断开的通孔，所述球杆的另一端与驱动转向杆的一端连接，该驱动转动向杆的另一端与所述驱动直杆的一端铰接，该驱动直杆的另一端为按压端；

本发明基于rov的深海多通道原位流体取样过滤装置的取样过滤方法，包括如下步骤：

步骤一，岸基端整体拆解清洗工作；对所述深海多通道原位流体取样过滤装置整体进行分解拆卸，然后进行清洗；

步骤二，深海取样、过滤、保存工作；清洗后进行组装，初始状态利用rov对驱动机构提供动力，通过所述往返刚体驱动滑动机构，将所述流体临时保存机构内的流体排空；使用rov机械手抓取所述进水口插入到观察点进行取样，利用rov对驱动机构提供动力，驱动所述滑动机构向一侧移动，所述流体临时保存机构内部形成负压使得流体通过所述进水单向阀流入到所述流体暂存空间；所述驱动机构反向驱动所述滑动机构运动，该流体临时保存机构排出流体，通过出水单向阀进入所述流体转换通道；然后，依次打开各流体存储机构连接的截止阀，使流体进入过滤器，悬浮颗粒物保留在过滤膜上，余下的流体存储在各流体存储机构中，如此就获得了深海流体样品；

步骤三，岸基端取膜和取样工作；回收到岸基端，拆卸所述过滤器和流体存储机构，取出过滤膜和流体样品，完成整体作业；

其中：在步骤二中，先在所述流体转换通道的一端连接清洗截止阀，使用rov对驱动机构提供动力，在所有截止阀关闭和清洗截止阀开启的情况下，进行至少三次的驱动所述滑动机构进行往返运动，完成管路内部和流体临时保存机构的重复冲洗和置换，然后再对所述流体临时保存机构进行排空。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明受取样深度影响小，采取通道多，取样容积大，且耐腐蚀性能强，工作灵活稳定，并可快速、有效地获取过滤膜和流体样品。

2.本发明结构小巧紧凑，耐腐蚀性能强，转动平稳运行误差小，并可适用于多种深度、温度及洋流环境下的复杂海底环境，可广泛应用于需要严格保真的大洋深海多通道原位过滤和取样。

附图说明

图1为本发明深海多通道原位流体取样过滤装置实施例一的结构示意图；

图2为本发明深海多通道原位流体取样过滤装置实施例二的结构示意图；

图3为本发明截止阀或清洗截止阀的内部结构示意图；

图4为本发明截止阀或清洗截止阀与驱动转向杆、驱动转向轴、驱动直杆连接后的结构示意图；

其中：1为驱动油缸，2为封盖，3为往返刚体，4为滑动机构，5为流体临时保存机构，6为进水单向阀，7为出水单向阀，8为胶管a，9为前置过滤器，10为进水口，11为胶管b，12为三通接头，13为胶管c，14为截止阀，15为清洗截止阀，16为清洗口，17为过滤器，18为过滤膜，19为采水袋，20为弯头，21为进口，22为出口，23为阀体，24为球杆，25为球体，26为驱动转向杆，27为驱动转向轴，28为驱动直杆，29为机械手压板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

实施例一

如图1所示，本实施例的深海多通道原位流体取样过滤装置包括流体取样机构、流体转换通道、液体过滤装置及流体存储机构，其中流体取样机构包括驱动机构、往返刚体3、滑动机构4、流体临时保存机构5、进水单位向阀6、出水单向阀7及前置过滤器9，该流体临时保存机构5包括本体及封盖2，本体为内部中空结构，本体的两端分别螺纹连接有封盖2，驱动机构安装于一端的封盖2上，另一端的封盖2上分别连接有进水单向阀6及出水单向阀7；本实施例的驱动机构为驱动油缸1，该驱动油缸1与一端的封盖2通过固定螺栓连接，利用rov为驱动油缸1提供动力。滑动机构4可相对滑动地容置于流体临时保存机构5内，一侧通过往返刚体3与驱动油缸1连接，另一侧为可变容积的流体暂存空间；本实施例的滑动机构4为形状与流体临时保存机构5的本体内部形状相同的活塞头(形状可为圆形或方形)，该滑动机构4的外表面与流体临时保存机构5的本体内壁滑动密封抵接。往返刚体3的长度与滑动机构4在流体临时保存机构5内的移动距离相等，用于保障流体临时保存机构5内部获取的流体样品为观测点的原位真实样品。进水单向阀6通过胶管a8与前置过滤器9相连，前置过滤器9上直连有进水口1、与外界海水相连，保障流体临时保存机构5为已经过滤大颗粒杂质后的液体；出水单向阀7通过胶管b8与流体转换通道相连。进水单向阀6和出水单向阀7保证了获取的流体流向。

流体存储机构为多个，每个流体存储机构均通过独立的流体过滤装置与流体转换通道连接；本实施例的流体存储机构为采水袋19。流体过滤装置包括截止阀14及过滤器17，截止阀14的一端与流体转换通道相连，另一端通过过滤器17连接于采水袋19、完成流体保存，该过滤器17内部装有过滤膜18，过滤膜18根据需要进行不同种类的更换。

流体转换通道包括三通接头12、胶管c13及弯头20，位于与流体转换通道两端连接的采水袋19之间的其他各采水袋19均对应一个三通接头12，该三通接头12的一个接头与所对应的采水袋19连接的截止阀14的一端相连，另外两个接头分别与相邻的三通接头12通过胶管c13连通；与流体转换通道两端连接的采水袋19所连接的截止阀14的一端连接有弯头20，该弯头20通过胶管c13与相邻的三通接头12连通。本实施例的采水袋19、过滤器17及截止阀14各为十五个，位于第二个至第十四个的截止阀14的一端分别与一个三通接头12的一个接头连接，另一端通过过滤器17连接一个采水袋19。位于第一个和第十五个的采水袋19分别连接于流体转换通道的两端，这两个采水袋19连接的截止阀14的一端分别连接一个弯头20，弯头20再通过胶管c13与相邻的三通接头12相连。

如图3、图4所示，本实施例的截止阀14包括阀体23、球杆24、球体25、驱动转向杆26、驱动转向轴27、驱动直杆28及机械手压板29，该阀体23上分别安装有与阀体23内部连通的进口21和出口22，进口21与三通接头12的一个接头或弯头20相连，出口22通过过滤器17连接于流体存储机构(即采水袋19)。球杆24转动安装在阀体23上，一端位于阀体23内、并与位于阀体23内部的球体25相连，该球体25上贯穿开设有用于控制进口21与出口22连通或断开的通孔30；球杆24的另一端位于阀体23外、并与驱动转向杆26的一端连接，该驱动转动向杆26的另一端通过驱动转向轴27与驱动直杆28的一端铰接，该驱动直杆28的另一端为按压端。为了按压方便，在驱动直杆28的另一端设有机械手压板。截止阀14通过rov机械手上下按压，采用机械运动完成阀体23的开断，适用于rov深海作业。工作时，通过rov的t4机械手按压机械手压板29，依次联动驱动直杆28、驱动转向轴27、驱动转向杆26、球杆24，带动球体25转动，当通孔30转至分别与进口21和出口22连通时，截止阀14打开；当球体25随球杆24转至通孔30与进口21和出口22不连通时，截止阀14关闭。

本实施例的胶管a8、胶管b11及胶管c13均为法国saint-gobain(圣戈班)公司生产。采水袋19的材料为dehp(聚氯乙烯邻苯二甲酸乙酯)。

本实施例的整体使用非金属材料(例如特氟龙)或者拥有非金属镀层的金属材料(例如ti合金)加工完成，避免样品的污染。

本实施例基于rov的深海多通道原位流体取样过滤装置的取样过滤方法，包括如下步骤：

步骤一，岸基端整体拆解清洗工作；对深海多通道原位流体取样过滤装置整体进行分解拆卸，然后进行清洗；

步骤二，深海取样、过滤、保存工作；清洗后进行组装，初始状态利用rov对驱动油缸1提供液压油路，通过往返刚体3驱动滑动机构4，将流体临时保存机构5内的流体排空；使用rov机械手抓取进水口10插入到观察点进行取样，利用rov对驱动油缸1提供液压油路，驱动滑动机构4向一侧移动，流体临时保存机构5内部形成负压使得流体通过进水单向阀6流入到流体暂存空间；然后，驱动油缸1反向驱动滑动机构4运动，该流体临时保存机构5排出流体，通过出水单向阀7进入流体转换通道中的各个三通接头12；再然后，依次打开各采水袋19连接的十五个截止阀14，使流体进入过滤器17，悬浮颗粒物保留在过滤膜18上，完成十五个通道的流体过滤，余下的流体存储在各采水袋19中，如此就获得了深海流体样品；

步骤三，岸基端取膜和取样工作；回收到岸基端，拆卸过滤器17和采水袋19，取出过滤膜18和流体样品，完成整体作业。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：

流体转换通道包括三通接头12、胶管c13、清洗截止阀15、清洗口16及弯头20，与流体转换通道一端连接的采水袋19所连接的截止阀14的一端连接有弯头20，其余的采水袋19均对应一个三通接头12，该三通接头12的一个接头与所对应的采水袋19连接连接的截止阀14的一端相连，与流体转换通道另一端连接的采水袋19对应的三通接头12的第二个接头与相邻的三通接头12通过胶管c13连通、第三个接头通过胶管c13连接有清洗截止阀15，该清洗截止阀15直连有清洗口16，其余各三通接头12的另外两个接头分别与相邻的三通接头12或弯头20通过胶管c13连通。本实施例的采水袋19、过滤器17及截止阀14各为十五个，位于第一个至第十四个的截止阀14的一端分别与一个三通接头12的一个接头连接，另一端通过过滤器17连接一个采水袋19；位于第十五个的截止阀14的一端与弯头20连接，弯头20再通过胶管c13与相邻的三通接头12相连。位于第一个的截止阀14连接的三通接头12的第二个接头通过胶管c与相邻的三通接头12连接，第三个接头通过胶管c与清洗截止阀15连接。

如图3、图4所示，本实施例的清洗截止阀15包括阀体23、球杆24、球体25、驱动转向杆26、驱动转向轴27、驱动直杆28及机械手压板29，该阀体23上分别安装有与阀体23内部连通的进口21和出口22，进口21通过胶管c13与三通接头12的第三个接头相连，出口22直连清洗口16。球杆24转动安装在阀体23上，一端位于阀体23内、并与位于阀体23内部的球体25相连，该球体25上贯穿开设有用于控制进口21与出口22连通或断开的通孔30；球杆24的另一端位于阀体23外、并与驱动转向杆26的一端连接，该驱动转动向杆26的另一端通过驱动转向轴27与驱动直杆28的一端铰接，该驱动直杆28的另一端为按压端。为了按压方便，在驱动直杆28的另一端设有机械手压板。清洗截止阀15通过rov机械手上下按压，采用机械运动完成阀体23的开断，适用于rov深海作业。工作时，通过rov的t4机械手按压机械手压板29，依次联动驱动直杆28、驱动转向轴27、驱动转向杆26、球杆24，带动球体25转动，当通孔30转至分别与进口21和出口22连通时，清洗截止阀15打开；当球体25随球杆24转至通孔30与进口21和出口22不连通时，清洗截止阀15关闭。

本实施例基于rov的深海多通道原位流体取样过滤装置的取样过滤方法为：利用rov对驱动油缸1提供液压油路，变换截止阀14和清洗截止阀15之间的开关通断，完成管路内部和流体临时保存机构5中流体的重复冲洗和置换。利用rov机械手的精确作业的特点，完成特定站点的精确取样。关闭清洗截止阀15后，利用截止阀14通断完成十五通道的流体样品过滤和保存。具体步骤如下：

步骤一，岸基端整体拆解清洗工作；对深海多通道原位流体取样过滤装置整体进行分解拆卸，然后进行清洗；

步骤二，深海取样、过滤、保存工作；清洗后进行组装，在作业范围内使用rov对驱动油缸1提供液压油路，在所有截止阀14关闭和清洗截止阀15开启的情况下，进行至少三次的驱动滑动机构4进行往返运动，完成管路内部和流体临时保存机构5的重复冲洗和置换，减少误差；初始状态利用rov对驱动油缸1提供液压油路，通过往返刚体3驱动滑动机构4，将流体临时保存机构5内的流体排空；使用rov机械手抓取进水口10插入到观察点进行取样，利用rov对驱动油缸1提供液压油路，驱动滑动机构4向一侧移动，流体临时保存机构5内部形成负压使得流体通过进水单向阀6流入到流体暂存空间；然后，驱动油缸1反向驱动滑动机构4运动，该流体临时保存机构5排出流体，通过出水单向阀7进入流体转换通道中的各个三通接头12；再然后，关闭清洗截止阀15、依次打开各采水袋19连接的十五个截止阀14，使流体进入过滤器17，悬浮颗粒物保留在过滤膜18上，完成十五个通道的流体过滤，余下的流体存储在各采水袋19中，如此就获得了深海流体样品；

步骤三，岸基端取膜和取样工作；回收到岸基端，拆卸过滤器17和采水袋19，取出过滤膜18和流体样品，完成整体作业。

本发明结构小巧紧凑，耐腐蚀性能强，转动平稳运行误差小，并可适用于多种深度、温度及洋流环境下的复杂海底环境，可广泛应用于需要严格保真的大洋深海多通道原位过滤和取样。