專利名稱：深海沉積物保真采樣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無邊界擾動的深海沉積物保真采樣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
深海沉積物的采樣樣本提升到水面后，一般需要及時進(jìn)行測試分析研究其原始狀態(tài)的物理及化學(xué)特性，如果不能夠保持原始壓力和溫度等狀態(tài)，其性質(zhì)將發(fā)生巨大變化。
目前我國對深海沉積物樣品的采集，主要使用抓斗和箱式采樣器。對于這些取樣器而言，盡管取樣時已十分注意樣品的代表性，但結(jié)果仍不能令人滿意，代表性還是比較差的。然而，在實際工作中，又不允許將每個站位所采集到的樣品全部破碎、混勻后再進(jìn)行測試，而要將大部分樣品盡量按原始狀態(tài)封裝，妥善保存以供更多方面的研究。使用重力管取樣器，雖然可采集到盡可能長的垂直柱狀沉積物樣品，但它還是不能保持樣品的原始壓力和溫度等狀態(tài)。這樣的話，上述采樣器采集的深海沉積物樣品就不能達(dá)到預(yù)期的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一套為深海熱液口科學(xué)考察配套的深海沉積物保真采樣系統(tǒng)，可以實現(xiàn)4000米深海熱液口附近沉積物的保溫保壓采樣，并保證沉積物樣品的無污染、無邊界擾動。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是它包括如下兩個部件1.框架部件包括吊放支架，中心桿，框架頂蓋，蓄能器，十字架，框架撐腳；吊放支架與中心桿上端固聯(lián)，中心桿穿過框架頂蓋的中心孔能自由滑動，下端與十字架固聯(lián)；十字架上對稱安裝兩個蓄能器和兩個采樣筒，能隨中心桿相對框架頂蓋上下運動；蓄能器與采樣筒間通過管路聯(lián)接；框架頂蓋與框架撐腳通過鉸鏈聯(lián)接。
2.采樣筒部件包括小鋼纜，上端蓋，保壓筒體，導(dǎo)向筒，活塞導(dǎo)向套，拉伸彈簧，彈簧下固定板，擋塊機構(gòu)，下封口翻蓋，襯筒，下端蓋，刀筒，插筒，襯筒活塞，活塞固定套，細(xì)鋼纜；1)保壓筒體是兩端帶法蘭的厚壁圓柱筒體，與上端蓋和下端蓋分別用高強度螺栓聯(lián)接；2)導(dǎo)向筒用螺釘固定在上端蓋的下端面中心支口處，起到對襯筒的導(dǎo)向作用；導(dǎo)向筒上部開有條形槽，活塞導(dǎo)向套能在導(dǎo)向筒內(nèi)上下滑動；活塞導(dǎo)向套與彈簧下固定板通過四根拉伸彈簧聯(lián)接，彈簧下固定板能在保壓筒體內(nèi)壁上下滑動；3)擋塊機構(gòu)用螺釘固定在導(dǎo)向筒的下端，突出的彈簧鎖舌在采樣時可以擋住活塞固定套外壁，防止襯筒上移；4)下封口翻蓋通過鉸鏈固定在下端蓋上，兩根細(xì)鋼纜一端聯(lián)接下封口翻蓋的兩邊，另一端通過下端蓋上的圓環(huán)向上聯(lián)接到彈簧下固定板；下封口翻蓋豎立在保壓筒體內(nèi)壁的一側(cè)，被襯筒外壁擋住；5)襯筒活塞的上端與小鋼纜聯(lián)接，小鋼纜在導(dǎo)向筒內(nèi)穿過上端蓋的中心孔，繞過固定在框架頂蓋上的導(dǎo)向滑輪，再繞過固定在吊放支架上的滑輪，固定到懸掛在吊放支架下面的套鉤上；襯筒上端與活塞固定套用螺紋聯(lián)接，襯筒活塞被封在活塞固定套內(nèi)，能帶動活塞固定套、襯筒在小鋼纜的牽引下一起運動；6)刀筒與下端蓋底部端面用螺釘固聯(lián)，刀筒下端與插筒用螺釘聯(lián)接形成花瓣撐開機構(gòu)，能保證無邊界干擾采樣；刀筒下端側(cè)面和插筒下端側(cè)面與端面形成60°的刀口。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是它能在一定的水深、溫度條件下，無污染、無壓力突變地采集沉積物或熱液及相應(yīng)的微生物樣品，保持樣品的無擾動、層序保真，并可長時間保持樣品的溫度和壓力。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的采樣筒體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的擋塊機構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的上封口結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明的下封口結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明的花瓣撐開機構(gòu)圖；圖7是本發(fā)明的小鋼纜牽引動作示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。它包括如下兩個部件框架部件包括吊放支架1，中心桿2，框架項蓋4，蓄能器7，十字架8，框架撐腳9；吊放支架1與中心桿2上端固聯(lián)，中心桿2穿過框架頂蓋4的中心孔能自由滑動，并通過桿上突起的臺階5承受框架重量，下端與十字架8固聯(lián)；十字架8上對稱安裝兩個蓄能器7和兩個采樣筒6，能隨中心桿2相對框架頂蓋4上下運動；蓄能器7與采樣筒6間通過管路聯(lián)接，可以補償回收過程中的壓力損失；框架頂蓋4與八只框架撐腳9通過鉸鏈聯(lián)接，框架撐腳9下端的圓盤起支承穩(wěn)定作用。
采樣筒部件(如圖2所示)包括小鋼纜3，上端蓋12，保壓筒體13，導(dǎo)向筒14，活塞導(dǎo)向套15，拉伸彈簧16，彈簧下固定板17，擋塊機構(gòu)18，下封口翻蓋19，襯筒20，下端蓋21，刀筒22，插筒23，襯筒活塞24，活塞固定套25，細(xì)鋼纜26；保壓筒體13是兩端帶法蘭的厚壁圓柱筒體，與上端蓋12和下端蓋21分別用高強度螺栓聯(lián)接；導(dǎo)向筒14用螺釘固定在上端蓋12的下端面中心支口處，起到對襯筒20的導(dǎo)向作用；導(dǎo)向筒14上部開有四個條形槽，活塞導(dǎo)向套15的四個伸腳穿過條形槽能在導(dǎo)向筒14內(nèi)上下滑動；活塞導(dǎo)向套15與彈簧下固定板17通過四根拉伸彈簧16聯(lián)接，彈簧下固定板17能在保壓筒體13內(nèi)壁上下滑動，并起到一定的導(dǎo)向作用；擋塊機構(gòu)18用螺釘固定在導(dǎo)向筒14的下端，突出的彈簧鎖舌27在采樣時可以擋住活塞固定套25外壁，防止襯筒20上移；下封口翻蓋19通過鉸鏈固定在下端蓋21上，兩根細(xì)鋼纜26一端聯(lián)接下封口翻蓋19的兩邊，另一端通過下端蓋21上的圓環(huán)向上聯(lián)接到彈簧下固定板17；采樣時下封口翻蓋19豎立在保壓筒體13內(nèi)壁的一側(cè)，被襯筒20外壁擋住，采樣完成時在細(xì)鋼纜26拉力作用下翻倒蓋入下端蓋21，完成下封口密封；襯筒活塞24的上端與小鋼纜3聯(lián)接，小鋼纜3在導(dǎo)向筒14內(nèi)穿過上端蓋12的中心孔，繞過固定在框架頂蓋4上的導(dǎo)向滑輪，再繞過固定在吊放支架1上的滑輪，最后固定到懸掛在吊放支架1下面的套鉤10上；襯筒20上端與活塞固定套25用螺紋聯(lián)接，襯筒活塞24被封在活塞固定套25內(nèi)，能帶動活塞固定套25、襯筒20在小鋼纜3的牽引下一起運動；刀筒22與下端蓋21底部端面用螺釘固聯(lián)，刀筒22下端與插筒23用螺釘聯(lián)接形成花瓣撐開機構(gòu)，能保證無邊界干擾采樣；刀筒22下端側(cè)面和插筒23下端側(cè)面與端面形成60°的刀口，可順利插入海底沉積物內(nèi)。
保真采樣的幾項關(guān)鍵技術(shù)1.擋塊機構(gòu)(如圖3所示)在保壓筒體13內(nèi)的導(dǎo)向筒14下端固定有擋塊機構(gòu)18，它有均布四個彈簧鎖舌27，可以在采樣時擋住活塞固定套25的外壁，使之不會上移；而在小鋼纜3提升時利用襯筒活塞24的臺階又能順利打開鎖舌27，帶動活塞固定套25、襯筒20上升。
2.上封口密封(如圖4所示)無錐度軸向密封；用襯筒活塞24上部的小圓柱體作為封口，在小鋼纜3的拉動下，利用框架重量產(chǎn)生的預(yù)緊力，塞入上端蓋12的中心孔，通過O型密封圈28的變形完成密封。
3.下封口密封(如圖5所示)5°錐角的軸向密封；用預(yù)先豎立在保壓筒體13內(nèi)壁一側(cè)的下封口翻蓋19作為封口，利用細(xì)鋼纜26和拉伸彈簧16將上封口的預(yù)緊力分配一部分到下封口，拉動下封口翻蓋19翻倒，在導(dǎo)向銷29的導(dǎo)向作用下順利塞入下端蓋21的中心孔，通過O型密封圈30的變形完成密封。
4.沉積物切斷(如圖6所示)刀筒22下部孔內(nèi)裝有階梯形的插筒23，插筒23的大圓柱面與刀筒22下部孔緊配后用螺釘固緊，插筒23的小圓柱面與刀筒22保持間隙。襯筒20下部孔內(nèi)裝有梅花瓣31，處于插筒23與刀筒22的間隙內(nèi)，與插筒的小圓柱面形成滑動配合，襯筒裝在刀筒內(nèi)形成滑動配合。梅花瓣31被插筒23完全撐開，可使沉積物無邊界擾動地進(jìn)入襯筒20，襯筒20提升時梅花瓣31合攏切斷沉積物。
5.保壓方法蓄能器7與采樣筒6通過管路聯(lián)接，利用蓄能器7對采樣回收過程中采樣筒6內(nèi)的壓力損失進(jìn)行補償。
6.保溫方法預(yù)加冰塊在采樣筒外壁。
工作過程采樣設(shè)備由船上纜車吊放下水，鋼纜拉在吊放支架上端，在框架撐腳9到達(dá)海底并放平后，中心桿2、十字架8以及安裝在十字架上的采樣筒6并沒有著地，因此在重力的作用下繼續(xù)下降，使刀筒22快速插入沉積物中，直到吊放支架1撞到框架項部，行程為600mm左右。
當(dāng)采樣系統(tǒng)下降時，樣品襯筒20處于刀筒22內(nèi)，襯筒20內(nèi)梅花瓣31在插筒23作用下被完全張開；導(dǎo)向筒14下方擋塊機構(gòu)18的四個鎖舌27擋住活塞固定套25外壁，使襯筒20不會在采樣過程中上移，沉積物樣品可完全進(jìn)入。下封口翻蓋19豎直立于保壓筒體13內(nèi)壁一側(cè)，被襯筒20擋住。當(dāng)采樣完成后，船上纜車開始收纜，拉起吊放支架，這時小鋼纜3拉動襯筒活塞24，利用襯筒活塞24的臺階打開鎖舌27帶動襯筒20向上運動，隨之梅花瓣31離開插筒23開始合攏，切斷并封住襯筒20內(nèi)沉積物樣品。
小鋼纜3的牽引動作是在沉積物采樣過程中自動完成的(如圖7所示)。襯筒活塞24上的小鋼纜3首先繞過固定在框架頂蓋4上的滑輪，以便導(dǎo)向；再繞過固定在吊放支架1上的滑輪，最后固定到懸掛在吊放支架1下面的套鉤10上。設(shè)備下放過程中，整個框架重量承受在中心桿2上凸起的臺階5上，框架落地后套鉤10隨著吊放支架1繼續(xù)向下運動，在中心桿2下降到最低點時鉤掛在框架頂蓋4的鎖扣11上，從而脫離吊放支架1。這樣收纜時小鋼纜3拉動襯筒20以2倍于中心桿2的速度向上運動，相對保壓筒體13的提升高度最大可等于整個中心桿2的下降距離，從而完成襯筒20在保壓筒體13內(nèi)的密封。整個框架的重量承受在兩根小鋼纜3上，由于通過滑輪組，每根小鋼纜3上受力約為框架重量的1/4。
襯筒20向上運動，襯筒活塞24的臺階套上活塞導(dǎo)向套15，帶動拉伸彈簧16和彈簧下固定板17向上運動。彈簧下固定板17通過兩根細(xì)鋼纜26，繞過下端蓋21上的套環(huán)，連到下封口翻蓋19的兩邊。當(dāng)襯筒20底端離開下封口翻蓋19繼續(xù)向上運動，細(xì)鋼纜26開始受力，將拉動襯筒20的向上力轉(zhuǎn)化為使下封口翻蓋19封口的向下力。襯筒活塞24完全進(jìn)入上封口時，通過拉伸彈簧16分配約30公斤力給下封口翻蓋19，使之完全壓入下封口，實現(xiàn)壓力筒體13的密封，采樣完成。
權(quán)利要求
1.一種深海沉積物保真采樣系統(tǒng)，其特征在于它包括如下兩個部件框架部件包括吊放支架(1)，中心桿(2)，框架頂蓋(4)，蓄能器(7)，十字架(8)，框架撐腳(9)，吊放支架(1)與中心桿(2)上端固聯(lián)，中心桿(2)穿過框架項蓋(4)的中心孔能自由滑動，下端與十字架(8)固聯(lián)，十字架(8)上對稱安裝兩個蓄能器(7)和兩個采樣筒(6)，能隨中心桿(2)相對框架頂蓋(4)上下運動，蓄能器(7)與采樣筒(6)間通過管路聯(lián)接，框架項蓋(4)與框架撐腳(9)通過鉸鏈聯(lián)接；采樣筒部件包括小鋼纜(3)，上端蓋(12)，保壓筒體(13)，導(dǎo)向筒(14)，活塞導(dǎo)向套(15)，拉伸彈簧(16)，彈簧下固定板(17)，擋塊機構(gòu)(18)，下封口翻蓋(19)，襯筒(20)，下端蓋(21)，刀筒(22)，插筒(23)，襯筒活塞(24)，活塞固定套(25)，細(xì)鋼纜(26)；1)保壓筒體(13)是兩端帶法蘭的厚壁圓柱筒體，與上端蓋(12)和下端蓋(21)分別用高強度螺栓聯(lián)接；2)導(dǎo)向筒(14)用螺釘固定在上端蓋(12)的下端面中心支口處，起到對襯筒(20)的導(dǎo)向作用；導(dǎo)向筒(14)上部開有條形槽，活塞導(dǎo)向套(15)能在導(dǎo)向筒(14)內(nèi)上下滑動；活塞導(dǎo)向套(15)與彈簧下固定板(17)通過四根拉伸彈簧(16)聯(lián)接，彈簧下固定板(17)能在保壓筒體(13)內(nèi)壁上下滑動；3)擋塊機構(gòu)(18)用螺釘固定在導(dǎo)向筒(14)的下端，突出的彈簧鎖舌(27)在采樣時可以擋住活塞固定套(25)外壁，防止襯筒(20)上移；4)下封口翻蓋(19)通過鉸鏈固定在下端蓋(21)上，兩根細(xì)鋼纜(26)一端聯(lián)接下封口翻蓋(19)的兩邊，另一端通過下端蓋(21)上的圓環(huán)向上聯(lián)接到彈簧下固定板(17)；下封口翻蓋(19)豎立在保壓筒體(13)內(nèi)壁的一側(cè)，被襯筒(20)外壁擋??；5)襯筒活塞(24)的上端與小鋼纜(3)聯(lián)接，小鋼纜(3)在導(dǎo)向筒(14)內(nèi)穿過上端蓋(12)的中心孔，繞過固定在框架頂蓋(4)上的導(dǎo)向滑輪，再繞過固定在吊放支架(1)上的滑輪，固定到懸掛在吊放支架(1)下面的套鉤(10)上；襯筒(20)上端與活塞固定套(25)用螺紋聯(lián)接，襯筒活塞(24)被封在活塞固定套(25)內(nèi)，能帶動活塞固定套(25)、襯筒(20)在小鋼纜(3)的牽引下一起運動；6)刀筒(22)與下端蓋(21)底部端面用螺釘固聯(lián)，刀筒(22)下端與插筒(23)用螺釘聯(lián)接形成花瓣撐開機構(gòu)，能保證無邊界干擾采樣；刀筒(22)下端側(cè)面和插筒(23)下端側(cè)面與端面形成60°的刀口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深海沉積物保真采樣系統(tǒng)。它包括在框架撐腳上裝有框架頂蓋，吊放支架與中心桿上端固聯(lián)，中心桿穿過框架頂蓋的中心孔能自由滑動，下端與十字架固聯(lián)，十字架上安裝兩個蓄能器和兩個采樣筒，它能隨中心桿相對框架頂蓋上下運動，蓄能器與采樣筒通過管路聯(lián)接。當(dāng)將本系統(tǒng)放入深海，框架撐腳到達(dá)海底平面放平后，中心桿、十字架及安裝十字架的采樣筒在重力作用下繼續(xù)下降，使采樣筒內(nèi)的刀筒快速插入沉積物中采樣后，拉起吊放支架向上運動時，梅花瓣離開插筒合攏，切斷封住襯筒內(nèi)的沉積物樣。本發(fā)明能在4000米水深、溫度條件下，無污染、無壓力突變地采集沉積物或熱液及相應(yīng)的微生物樣品，保持樣品的無擾動、層序保真，并可長時間保持樣品的溫度和壓力。
文檔編號G01N1/04GK1420348SQ0215622
公開日2003年5月28日 申請日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者秦華偉, 顧臨怡, 陳鷹, 李世倫, 邱敏秀, 袁才富, 黃立民 申請人:浙江大學(xué), 上海立新液壓件廠