專利名稱：一種手持式深海氣密性等壓熱液采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手持式深海氣密性等壓熱液采樣器，具體說是采用壓力自補償技術(shù)實現(xiàn)深海熱液保壓采樣的裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前在海洋資源探測工作中，國際海洋界已經(jīng)開展了對深海熱液采樣技術(shù)的研究。但國內(nèi)外目前已有的采樣器難以維持樣品壓力，所采集到的熱液樣品因溫度、壓力、光照等條件的變化，其原始成分與狀態(tài)已發(fā)生變化，不能為科學(xué)家提供熱液的原位信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合于深海熱液采集并保持原始采集信息的手持式氣密等壓熱液采樣器。
本發(fā)明的手持式深海氣密性等壓熱液采樣器包括以下部件a)采樣閥包括帶底的推桿套筒和閥體，推桿套筒內(nèi)置有復(fù)位彈簧、圓錐體和推桿，圓錐體的小頭有環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺和圓錐體的大頭與推桿套筒滑動配合，推桿的一端與圓錐體的大頭固定，并伸出推桿套筒外，復(fù)位彈簧的一端與圓錐體小頭的環(huán)形凸臺相抵，另一端與推桿套筒的底部相抵；閥體與推桿套筒緊固，其軸線與推桿套筒的軸線垂直，閥體內(nèi)置有閥套，閥套中自上而下依次有頂桿、閥芯和中部具有限位凸環(huán)面的十字彈簧座，閥芯是中部有凸環(huán)平面的圓柱體，閥芯的上端與頂桿的下端相接觸，閥芯的下端與十字彈簧座伸入閥套端相接觸，頂桿的上端伸入推桿套筒筒壁的孔中與圓錐體外壁接觸，在十字彈簧座的限位凸環(huán)面與擰接在閥體底部的彈簧壓帽之間有閥芯復(fù)位彈簧，在閥體上開有垂直于閥體軸線的進液口和出液口，閥套壁上設(shè)有與進液口相通的孔和與出液口相通的孔，閥體的進液口與熱液吸管連通；b)采樣和蓄能裝置包括具有中心孔和外螺紋的圓柱形聯(lián)結(jié)器，聯(lián)結(jié)器的中心孔中安裝有控制流速的節(jié)流孔，聯(lián)結(jié)器的兩端分別擰接有筒狀殼體，形成與聯(lián)結(jié)器同軸線的采樣腔和蓄能腔，采樣腔內(nèi)設(shè)有第一活塞，蓄能腔內(nèi)設(shè)有第二活塞，采樣腔通過管子與閥體的出液口連通，蓄能腔通過管子與充氣閥相連通；c)溫度探測裝置包括封閉式殼體形成的電路腔，電路腔內(nèi)置有電路板和電池，殼體上裝置有第一水密接插件和第二水密接插件，第一水密接插件和第二水密接插件的一端分別與熱液溫度探頭和ICL(Inductively Coupled Link，非接觸式耦合連接)線圈相連，第一水密接插件和第二水密接插件的另一端分別與電路板的輸出端相連；上述的采樣閥、采樣和蓄能裝置及溫度探測裝置由固定板固定成一體，在固定板上固定有機械手夾持用的手柄。
本發(fā)明的手持式深海氣密等壓熱液采樣器結(jié)構(gòu)簡單，氣密性好，不需要深潛器提供電源或其他動力源，利用采樣器系統(tǒng)內(nèi)外壓力差進行采樣，該采樣器利用蓄能腔內(nèi)的壓縮氮氣補償壓力，可維持樣品的壓力基本保持不變，通過采用不同孔徑的節(jié)流孔可調(diào)節(jié)采樣速度以減少熱液中的海水夾層，保持原始采集信息，本發(fā)明的手持式深海氣密等壓熱液采樣器，其最大采樣深度可達(dá)水下7000米(最高保持壓力為70MPa)，可直接對溫度高達(dá)400℃的深海熱液進行采樣。


圖1是手持式深海氣密性等壓熱液采樣器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采樣閥的放大圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
參照圖1，圖2，手持式深海氣密性等壓熱液采樣器包括以下部件a)采樣閥2包括帶底的推桿套筒2-3和閥體2-6，推桿套筒2-3內(nèi)置有復(fù)位彈簧2-1、圓錐體2-2和推桿2-4，圓錐體2-2的小頭有環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺和圓錐體的大頭與推桿套筒滑動配合，推桿2-4的一端與圓錐體2-2的大頭固定，并伸出推桿套筒2-3外，復(fù)位彈簧2-1的一端與圓錐體小頭的環(huán)形凸臺相抵，另一端與推桿套筒2-3的底部相抵；閥體2-6與推桿套筒2-3緊固，其軸線與推桿套筒2-3的軸線垂直，閥體2-6內(nèi)置有閥套2-7，閥套2-7中自上而下依次有頂桿2-5、閥芯2-13和中部具有限位凸環(huán)面的十字彈簧座2-10，閥芯2-13是中部有凸環(huán)平面的圓柱體，閥芯的上端與頂桿2-5的下端相接觸，閥芯的下端與十字彈簧座2-10伸入閥套端相接觸，頂桿2-5的上端伸入推桿套筒2-3筒壁的孔中與圓錐體外壁接觸，在十字彈簧座2-10的限位凸環(huán)面與擰接在閥體底部的彈簧壓帽2-12之間有閥芯復(fù)位彈簧2-11，在閥體2-6上開有垂直于閥體軸線的進液口2-14和出液口2-15，閥套2-7壁上設(shè)有與進液口2-14相通的孔2-8和與出液口2-15相通的孔2-9，閥體的進液口2-14與熱液吸管1連通；圖例中，閥體的進液口2-14具有內(nèi)螺紋，熱液吸管1與進液口2-14以螺紋方式連接。為增強熱液吸管1的強度，使熱液吸管1支撐固定在推桿套筒2-3的底部，圖中采用將熱液吸管1從推桿套筒2-3底部的徑向穿越，與推桿套筒2-3固定。閥體的出液口2-15同樣具有與管子螺紋連接的內(nèi)螺紋。
為了方便拆裝閥芯，可采用將閥體內(nèi)的閥套2-7自上而下依次由相貼合的第一閥套、支撐套和第二閥套構(gòu)成，將與進液口2-14相通的孔2-8設(shè)在第一閥套壁上，與出液口2-15相通的孔2-9設(shè)在支撐套壁上。
b)采樣和蓄能裝置20包括具有中心孔和外螺紋的圓柱形聯(lián)結(jié)器8，聯(lián)結(jié)器的中心孔中安裝有控制流速的節(jié)流孔18，聯(lián)結(jié)器的兩端分別擰接有筒狀殼體，形成與聯(lián)結(jié)器同軸線的采樣腔16和蓄能腔6，采樣腔16內(nèi)設(shè)有第一活塞17，蓄能腔6內(nèi)設(shè)有第二活塞7，采樣腔16通過管子與閥體2-6的出液口2-15連通，蓄能腔6通過管子與充氣閥5相連通；圖例中，在第一活塞17和第二活塞7的中心分別具有便于拆裝的螺紋盲孔。
c)溫度探測裝置19包括封閉式殼體形成的電路腔9，電路腔內(nèi)置有電路板11和電池10，殼體上裝置有第一水密接插件12和第二水密接插件13，第一水密接插件12和第二水密接插件13的一端分別與熱液溫度探頭15和ICL線圈14相連，第一水密接插件12和第二水密接插件13的另一端分別與電路板11的輸出端相連；上述的采樣閥2、采樣和蓄能裝置20及溫度探測裝置19由固定板3固定成一體，在固定板3上固定有機械手夾持用的手柄4。
為了耐高溫高壓，手持式深海氣密性等壓熱液采樣器中的閥體、閥套、蓄能腔、采樣腔、活塞、聯(lián)結(jié)器等選擇TC4鈦合金制成，采樣閥的閥芯選擇高性能工程塑料PEEK制成。
手持式深海氣密性等壓熱液采樣器的工作原理如下在船上時，采樣腔16中的第一活塞17位于腔體左端，蓄能腔6中的第二活塞7也位于腔體左端，采樣腔內(nèi)充滿海水，充氣閥5向蓄能腔內(nèi)充氮氣，使氮氣的壓力達(dá)到被采樣熱液壓力的10％，關(guān)閉充氣閥5。然后把采樣器置于深潛器的采樣籃中，當(dāng)深潛器到達(dá)熱液口進行采樣時，深潛器上的機械手夾持采樣器，把熱液吸管1和熱液溫度探頭15對準(zhǔn)熱液噴口，電路腔9內(nèi)的電路板11通過ICL線圈14把溫度通過無線通訊方式傳回深潛器內(nèi)實時顯示，當(dāng)測得的熱液口溫度達(dá)到采樣要求時，深潛器內(nèi)的工作人員操作機械手上安裝的觸發(fā)缸，施加一定大小的推力作用在推桿2-5上，通過圓錐體2-2和頂桿2-5之間的相互作用，傳遞一定的力作用在閥芯2-13上，打開采樣閥，被采集的熱液從熱液吸管1經(jīng)過進液口2-14進入采樣閥，再從出液口2-15進入采樣腔16。在壓力差的作用下，熱液推動第一活塞17向右端運動，采樣腔內(nèi)的海水經(jīng)過節(jié)流孔18進入蓄能腔6，此時蓄能腔6內(nèi)第二活塞7向右端運動，氮氣被壓縮，從而壓力增高，當(dāng)壓力達(dá)到平衡時采樣停止。采樣完成后，機械手上的觸發(fā)缸卸載，閥芯2-13在閥芯復(fù)位彈簧2-11的作用下回復(fù)原位，推桿2-4在推桿復(fù)位彈簧2-1的作用下回復(fù)原位，采樣閥2關(guān)閉。此時，采樣腔16內(nèi)第一活塞17和蓄能腔6內(nèi)第二活塞7都處于動態(tài)平衡狀態(tài)，維持著蓄能腔6和采樣腔16的壓力平衡。取樣時，將高壓液相色譜泵連接充氣閥5，并打開充氣閥5，再開啟采樣閥2，熱液從熱液吸管1取出，實現(xiàn)樣品的等壓轉(zhuǎn)移。
權(quán)利要求
1.一種手持式深海氣密性等壓熱液采樣器，其特征在于它包括以下部件a)采樣閥(2)包括帶底的推桿套筒(2-3)和閥體(2-6)，推桿套筒(2-3)內(nèi)置有復(fù)位彈簧(2-1)、圓錐體(2-2)和推桿(2-4)，圓錐體(2-2)的小頭有環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺和圓錐體的大頭與推桿套筒滑動配合，推桿(2-4)的一端與圓錐體(2-2)的大頭固定，并伸出推桿套筒(2-3)外，復(fù)位彈簧(2-1)的一端與圓錐體小頭的環(huán)形凸臺相抵，另一端與推桿套筒(2-3)的底部相抵；閥體(2-6)與推桿套筒(2-3)緊固，其軸線與推桿套筒(2-3)的軸線垂直，閥體(2-6)內(nèi)置有閥套(2-7)，閥套(2-7)中自上而下依次有頂桿(2-5)、閥芯(2-13)和中部具有限位凸環(huán)面的十字彈簧座(2-10)，閥芯(2-13)是中部有凸環(huán)平面的圓柱體，閥芯的上端與頂桿(2-5)的下端相接觸，閥芯的下端與十字彈簧座(2-10)伸入閥套端相接觸，頂桿(2-5)的上端伸入推桿套筒(2-3)筒壁的孔中與圓錐體外壁接觸，在十字彈簧座(2-10)的限位凸環(huán)面與擰接在閥體底部的彈簧壓帽(2-12)之間有閥芯復(fù)位彈簧(2-11)，在閥體(2-6)上開有垂直于閥體軸線的進液口(2-14)和出液口(2-15)，閥套(2-7)壁上設(shè)有與進液口(2-14)相通的孔(2-8)和與出液口(2-15)相通的孔(2-9)，閥體的進液口(2-14)與熱液吸管(1)連通；b)采樣和蓄能裝置(20)包括具有中心孔和外螺紋的圓柱形聯(lián)結(jié)器(8)，聯(lián)結(jié)器(8)的中心孔中安裝有控制流速的節(jié)流孔(18)，聯(lián)結(jié)器的兩端分別擰接有筒狀殼體，形成與聯(lián)結(jié)器同軸線的采樣腔(16)和蓄能腔(6)，采樣腔(16)內(nèi)設(shè)有第一活塞(17)，蓄能腔(6)內(nèi)設(shè)有第二活塞(7)，采樣腔(16)通過管子與閥體(2-6)的出液口(2-15)連通，蓄能腔(6)通過管子與充氣閥(5)相連通；c)溫度探測裝置(19)包括封閉式殼體形成的電路腔(9)，電路腔內(nèi)置有電路板(11)和電池(10)，殼體上裝置有第一水密接插件(12)和第二水密接插件(13)，第一水密接插件(12)和第二水密接插件(13)的一端分別與熱液溫度探頭(15)和ICL線圈(14)相連，第一水密接插件(12)和第二水密接插件(13)的另一端分別與電路板(11)的輸出端相連；上述的采樣閥(2)、采樣和蓄能裝置(20)及溫度探測裝置(19)由固定板(3)固定成一體，在固定板(3)上固定有機械手夾持用的手柄(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式深海氣密性等壓熱液采樣器，其特征在于閥體的進液口(2-14)具有內(nèi)螺紋，熱液吸管(1)與進液口(2-14)以螺紋方式連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式深海氣密性等壓熱液采樣器，其特征在于所說的熱液吸管(1)支撐固定在推桿套筒(2-3)的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的手持式深海氣密性等壓熱液采樣器，其特征在于熱液吸管(1)從推桿套筒(2-3)底部的徑向穿越，與推桿套筒(2-3)固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式深海氣密性等壓熱液采樣器，其特征在于閥體的出液口(2-15)具有內(nèi)螺紋，連通采樣腔(16)的管子與出液口(2-15)以螺紋方式連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式深海氣密性等壓熱液采樣器，其特征在于閥體內(nèi)的閥套(2-7)自上而下依次由相貼合的第一閥套、支撐套和第二閥套構(gòu)成，與進液口(2-14)相通的孔(2-8)設(shè)在第一閥套壁上，與出液口(2-15)相通的孔(2-9)設(shè)在支撐套壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式深海氣密性等壓熱液采樣器，其特征是在第一活塞(17)和第二活塞(7)的中心分別具有螺紋盲孔。
全文摘要
本發(fā)明的手持式深海氣密性等壓熱液采樣器包括采樣閥、采樣與蓄能裝置和溫度探測裝置。該深海氣密性等壓采樣器結(jié)構(gòu)簡單，氣密性好，不需要深潛器提供電源或其他動力源，利用采樣器系統(tǒng)內(nèi)外壓力差進行采樣，利用蓄能腔內(nèi)的壓縮氮氣補償壓力，可維持樣品的壓力基本保持不變，通過改變設(shè)置在采樣腔和蓄能腔之間的節(jié)流孔的孔徑，可以調(diào)節(jié)采樣速度，最大限度地減少熱液中的海水夾層，保持原始采集信息，同時樣品等壓轉(zhuǎn)移方便。本發(fā)明的深海氣密性等壓采樣器的最大采樣深度可達(dá)水下7000米，可直接對溫度高達(dá)400℃的熱液進行采樣。
文檔編號G01N1/14GK1837770SQ20061005048
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者楊燦軍, 吳世軍, 謝英俊, 劉偉, 陳鷹, 季龍, 周勇 申請人:浙江大學(xué)