CN101424599B - 卡式沉积物采样器 - Google Patents

Abstract

卡式沉积物采样器，其采样管***或脱离采样头的结构采用采样头上设置的弹簧及斜面卡块与采样管外径的台阶面配合完成。采样管内径与采样头溢水孔等径以及可上下自由浮动的阀盖设计，保证了溢水孔的自动开启和关闭，也实现了采集样品时水一土界面的无扰动。使用多根接杆相互勾接并用滑套固定以适用不同水深，活动重锤的击打更能采集到较深的沉积物样品。

Description

卡式沉积物采样器

技术领域

本发明涉及进行水环境研究时的水底沉积物采样工具，特别是一种卡式沉积物采样器，属机械领域。

背景技术

水底沉积物是研究气候和环境变化规律的重要样品，包含有大量的环境和气候的信息，如何从水下把沉积物完整地采集上来，进行物理、化学和生物等方面的分析，就需要水—土界面、沉积物的层与层之间不产生扰动是十分重要的。为了能测出沉积物年代的序列，需要采集到百年以上的沉积物，一般水中沉积物的沉积速率为每年几个毫米，必须采集到50cm以上的沉积物，因此采集沉积物是越深越好。沉积物的采集一般都是在野外，甚至在船上使用的，还要求携带和操作方便。

现有的采样器有蚌式(也称抓斗式)和柱状两类。蚌式采样器会破坏水体表层沉积物和层序结构，而柱状采样器(ZL00234831.4)，采样头上的通孔面积由于结构的原因，不可能和采样管的面积相等，因此仍会产生水—土界面的扰动；在浅水中使用的采样器的接杆、采样管都是靠螺纹连接的，在采样过程中不能用力与螺纹相反方向转动，否则螺纹容易松动，甚至脱落，至少会使采样管顶端不密封且使用螺纹连接仍然不够方便和快速，并且其设计只能在浅水中使用，不能在深水中使用。还有的柱状采样器(ZL01245551.2，)采样头依靠阀门中的浮子阀门和采样杆中的溢水孔将采样管中的水溢出，通孔面积更小于采样管的面积，更会产生水—土界面的扰动。其次，采样管是通过径向的橡皮圈密封和固定的，在水中采样管装满了沉积物后，采样管很重，很容易滑脱；其重锤是一固定的重锤，在深水中只能依靠其本身的重力下压，不能采到较深的沉积物。

发明内容

本发明目的是解决现有技术的不足，提供一种卡式沉积物采样器，它在浅水和深水中都可以使用，不产生层序结构的变化和水—土界面的变化，携带和在野外操作上十分方便而快捷，而且能采集到较深的沉积物。

为了达到上述目标，本发明采用以下技术方案：卡式沉积物采样器，含接杆、采样头、采样管及重锤，采样管与采样头联接，采样头与接杆联接，采样头上设有溢水孔，重锤设置在采样头上，其特征是采样管与采样头之间采用采样头上设置弹簧连接的斜面卡块与与采样管外径的台阶面配合活动联接，采样管内径与采样头溢水孔直径相同，溢水孔上方设有径向限位、上下自由浮动的阀盖，重锤设置在采样头上方，滑动套接在采样头的固定顶杆上，多根接杆之间以及最下端之接杆与顶杆之间采用互相活动勾接，勾接处设有径向定位套。

根据上述方案设计的一种结构及联接关系是：采样管外径上端固定套接一接头，接头的外径为阶梯形，上大下小，在小径上设有滑动配合、顶端为斜面的推环，推环下端由活动设置在接头小径卡环槽内的卡环限位；采样头为上下两件配合联接而成，其上件为正置的瓶盖形且盖壁内径为阶梯形，上小下大，小径大于采样管接头的大径，盖面中心设有与采样管内径相同的溢水孔，盖内面设有密封垫圈，采样头下件为倒置的瓶盖形，其盖壁内径与上件的盖壁外径螺纹联接，下件盖面中心亦设有圆孔，其孔径大于推环外径；在采样头下件盖内面与相对的上件台阶面之间的环腔内，设有至少两根对称布置的弹簧，弹簧一端固接在上件盖壁内径的大径周面上，弹簧的另一端固接卡块，卡块上、下面分别与上件台阶面及下件盖内面滑动配合，卡块的另一面设置为与推环顶端平行的斜面，两斜面之间有间距，在采样头上件的台阶面与接头外径的台阶面齐平位置，采样管及其接头顶端抵压在采样头上件的密封垫圈上；采样头上件的上表面固定有至少两根对称布置的立柱，立柱另一端与上盖的底面活动固定，上盖中心设有螺纹通孔与一根下端设有外螺纹的空心顶杆联接，设置一根由空心顶杆下端伸入并与之滑动配合的滑杆，滑杆下端固接直径大于溢水孔的阀盖，阀盖底面设有密封圈；顶杆上端活动联接多根与顶杆等直径的接杆，每根接杆之间以及接杆与顶杆之间采用活动勾接，勾接处设有滑套，滑套两端设有定位销，每根接杆上均设有径向通孔供手压柄***，顶杆上端设有绳索孔；上盖的上方设置有中心孔的重锤，滑动套接在顶杆上，重锤上设有绳索提环。

所说弹簧及卡块为三个，沿圆周等分布置；立柱为四根，正方形布置。

所说滑套两端的定位销，上端为弹性定位销，下端为固定定位销，分别设置在两根勾接的接杆上，套管的长度与上一根接杆的弹簧销到下一根接杆的固定销的距离匹配。

重锤与上盖之间设有缓冲垫片，避免重锤直接击打上盖造成损伤。

本发明的优点及有益效果：当采样头带着采样管在水中下降时，阀盖依靠水流的浮动自动升起打开，让水流顺利通过。溢水孔径的大小决定了水—土界面扰动的大小，当采样管下降到水—土界面时，如果溢水孔径比采样管的口径小，下降时，管内的水柱对水—土界面形成了压差，会把界面上的沉积物压到采样管外；溢水孔径越小，产生的压差越大，扰动就越大，除非，采样管非常缓慢地下降，使单位时间进入采样管中水的体积和采样管排出的体积相等，而且进入和排出水的速度相差不大，才能减小这一压差，这在操作时是很难做到的。而当溢水孔径和采样管的内径一样大时，压差就可降低到最小程度，不会引起水—土界面的扰动，我们采用的溢水孔径和采样管的内径一样大。当采样头带着采满沉积物的采样管提升时，阀盖会自动下降关闭，阀盖上的橡皮密封圈把溢水孔密封，使采样管中的上部形成负压状态，这样，沉积物就不会从采样管中掉出来；由于采样管中充满了沉积物和水，份量很重，采样管和采样管接头是成一体的，而采样管接头又是被弹簧卡块卡住的，因此在提起采样头时采样管不会滑脱，保证了采样的成功率。使用采样管推环拆卸采样管、使用勾接连接的接杆都是为了操作方便快捷，使用手压柄和活动重锤都是为了可以采集到较深的沉积物而设计的。

附图说明

图1 是本发明结构总图；

图2 是接杆组件图。

具体实施方式

参看图1、2，采样管15外径上端固定套接一接头12，接头的外径为阶梯形，上大下小，在小径上设有滑动配合、顶端为斜面、设有飞边的推环13，推环下端由活动设置在接头小径卡环槽内的卡环14限位；采样头为上下两件配合联接而成，其上件10为正置的瓶盖形且盖壁内径为阶梯形，上小下大，小径大于采样管接头12的大径，盖面中心设有与采样管内径相同的溢水孔17，盖内面设有密封垫圈9，采样头下件18为倒置的瓶盖形，其盖壁内径与上件10盖壁外径螺纹联接，下件18盖面中心亦设有圆孔，其孔径大于推环13外径；在采样头下件盖内面与相对的上件台阶面之间的环腔内，设有三根对称布置的弹簧，弹簧一端固接在上件盖壁内径的大径周面上，弹簧的另一端固接卡块11，卡块11上、下面分别与上件台阶面及下件盖内面滑动配合，卡块11的另一面设置为与推环13顶端平行的斜面，两斜面之间有间距(此间距为推环行程，应保证使弹簧卡块压缩至采样管能够脱离)，在采样头上件的台阶面与接头外径的台阶面齐平位置，采样管及其接头顶端抵压在采样头上件的密封垫圈9上；采样头上件的上表面螺纹固定有四根对称布置的立柱19，立柱另一端与上盖5用螺母20固定，上盖中心设有螺纹通孔与一根下端设有外螺纹的空心顶杆3联接，设置一根由空心顶杆下端伸入并与之滑动配合的滑杆6，滑杆下端固接直径大于溢水孔的阀盖7，阀盖底面设有密封圈8；顶杆3上端活动联接多根与顶杆等直径的接杆1，每根接杆两端均设成勾状，它们之间以及接杆与顶杆端勾之间采用活动勾接，勾接处设有滑套2，滑套两端设有定位销，上端最好为弹性定位销23，下端为固定定位销24，分别设置在两根勾接的接杆上(即一根接杆上端是固定定位销24，下端是弹性定位销23，这样的设置可使滑套预置在上一根接杆上，便于携带和安装，顶杆仅在上端设弹性定位销22)。套管的长度与上一根接杆的弹簧销到下一根接杆的固定销的距离匹配。每根接杆上均设有径向通孔可供手压柄16***，顶杆上端设有绳索孔25；上盖的上方设置有中心孔的重锤4，滑动套接在顶杆3上，重锤上设有绳索提环21。

当采样管需要接入采样头时，由于卡块11的内径呈斜面，下大上小，卡块11的上表面和密封垫圈9的距离也正好是采样管接头12最大外径的高度，当带有采样管接头12和采样管推环13的采样管15***采样头时，采样管接头12的外缘从三个弹簧卡块的斜面部分把弹簧卡块11向外推动，采样管接头的顶端正好紧贴密封垫圈9密封，同时，弹簧卡块也正好在弹簧的作用下伸出，顶在采样管接头最大外径的下端台阶面，将采样管接头12抓住，采样管接头12和采样管15是固接在一起的，采样管推环13可以在采样管接头12的较小外径处上下推动(通过卡环14限位，不使其脱落)，需要取下采样管时，只要把采样管接头12上的采样管推环13向上推，采样管推环13的上端正好能挤开弹簧卡块11，这样就可以很方便快捷地取下采样管了。水深在小于3～4米时，采样头的顶杆可以和接杆相互勾接，接杆一般每根长一米，一端有一个固定销钉24，另一端有一个弹簧销钉23，两销钉之间有一个套管2套在接杆上。连接时，将两根接杆端相互勾接，按下弹簧销钉23，把套管移到接头处防止脱勾，套管的长度正好是上一根接杆的弹簧销钉到下一根接杆的固定销钉的距离，套管上下都被销钉卡住，不能上下移动，接杆就不会脱钩。拆接杆时，只要按下弹簧销钉，移开套管，便可拆下上一根接杆，使用时拆装十分方便快捷。接杆上可每隔0.5米有一个圆孔，将手压柄16卸开一端球形帽***圆孔，可以用手向下加压来采集到较深的沉积物，一般可以连接4～5根接杆。水深在3～4米以上时(此时不用接杆)，可以使用绳索穿在顶杆上端的圆孔25中，重锤4穿在顶杆3中可以上下滑动，用绳索穿系在活动重锤上方边缘的提环21中，先利用本身的自重把采样头压入沉积物中，再用手牵动活动重锤4在采样头的顶杆3上滑动，击打缓冲垫片26并上盖5进行采样，比单纯依靠自身的重力采集的沉积物较深，也不会使沉积物产生层序上的变化。

Claims (5)

1.卡式沉积物采样器，其特征是采样管外径上端固定套接一接头，接头的外径为阶梯形，上大下小，在小径上设有滑动配合、顶端为斜面的推环，推环下端由活动设置在接头小径卡环槽内的卡环限位；采样头为上下两件配合联接而成，其上件为正置的瓶盖形且盖壁内径为阶梯形，上小下大，小径大于采样管接头的大径，盖面中心设有与采样管内径相同的溢水孔，盖内面设有密封垫圈，采样头下件为倒置的瓶盖形，其盖壁内径与上件的盖壁外径螺纹联接，下件盖面中心亦设有圆孔，其孔径大于推环外径；在采样头下件盖内面与相对的上件台阶面之间的环腔内，设有至少两根对称布置的弹簧，弹簧一端固接在上件盖壁内径的大径周面上，弹簧的另一端固接卡块，卡块上、下面分别与上件台阶面及下件盖内面滑动配合，卡块的另一面设置为与推环顶端平行的斜面，两斜面之间有间距，在采样头上件的台阶面与接头外径的台阶面齐平位置，采样管及其接头顶端抵压在采样头上件的密封垫圈上；采样头上件的上表面固定有至少两根对称布置的立柱，立柱另一端与上盖的底面活动固定，上盖中心设有螺纹通孔与一根下端设有外螺纹的空心顶杆联接，设置一根由空心顶杆下端伸入并与之滑动配合的滑杆，滑杆下端固接直径大于溢水孔的阀盖，阀盖底面设有密封圈；顶杆上端活动联接多根与顶杆等直径的接杆，每根接杆之间以及接杆与顶杆之间采用活动勾接，勾接处设有滑套，滑套两端设有定位销，每根接杆上均设有径向通孔供手压柄***，顶杆上端设有绳索孔；上盖的上方设置有中心孔的重锤，滑动套接在顶杆上，重锤上设有绳索提环。

2.根据权利要求1所述的卡式沉积物采样器，其特征是弹簧及卡块为三个，沿圆周等分布置；立柱为四根，正方形布置。

3.根据权利要求1或2所述的卡式沉积物采样器，其特征是滑套两端的定位销，上端为弹性定位销，下端为固定定位销，分别设置在两根勾接的接杆上，套管的长度与上一根接杆的弹性定位销到下一根接杆的固定定位销的距离匹配。

4.根据权利要求1或2所述的卡式沉积物采样器，其特征是重锤与上盖之间设有缓冲垫片。

5.根据权利要求3所述的卡式沉积物采样器，其特征是重锤与上盖之间设有缓冲垫片。

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