CN103728154A - 压差式静水驱动深海原位水样本采集装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种能够无需外部动力，利用深海静水压力，从而实现深海原位采样的压差式静水驱动深海原位水样本采集装置及方法。技术方案是：其特征是由底座（1）、密封舱（2）、电控仓（3）、储水仓（4）和操作盒（5）组成，其中，电控仓（3）安装在底座（1）上，所述密封舱（2）安装在密封舱安装板（11）上，密封舱安装板（11）通过立柱安装在底座（1）上，在密封舱的下部设置密封活塞（12），在密封舱的上部设置有注水口（13）；密封舱（2）通过泄压管（14）和导流管（15）与储水仓（4）连接。本发明还公开了其控制方法。

Description

压差式静水驱动深海原位水样本采集装置及控制方法

技术领域

本发明属于深海原位水样本采集装置领域，尤其是一种能够无需外部动力，利用深海静水压力，从而实现深海原位采样的压差式静水驱动深海原位水样本采集装置及方法。 

背景技术

超过千米的深海原位采样是目前水样本采集领域的难题，目前尚未有专门采集深海（通常水深500米~3000米）原位水样本的装置和方法。目前深海原位水样本采集的难点是，当指定水层比较深的时候，例如超过500米，水压达到5MPa，此时集液样本瓶的内压为0.1MPa（大气压强），因此，由于密封装置与瓶口的面积差，而产生超过350公斤的作用力，对于如此巨大的作用力，用通常的杠杆等机械结构或方法是没法克服的。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够无需外部动力，利用深海静水压力，从而实现深海原位采样的压差式静水驱动深海原位水样本采集装置及方法。 

本发明的技术方案是：压差式静水驱动深海原位水样本采集装置，其特征是由底座（1）、密封舱（2）、电控仓（3）、储水仓（4）和操作盒（5）组成，其中，电控仓（3）安装在底座（1）上，储水仓（4）位于电控仓（2）的下部，在储水仓的上部设置有释放销轴（6），在储水仓（4）的下面设置有放水球阀（7）；在电控仓（2）的旁边设置有流板（8），所述流板（8）通过密封弹簧（9）与底座（1）连接，流板（8）的侧端与释放销轴（6）连接，在流板上设置有集液样板瓶瓶卡（10）；集液样板瓶瓶卡（10）的上面设置有密封舱安装板（11），所述密封舱（2）安装在密封舱安装板（11）上，密封舱安装板（11）通过立柱安装在底座（1）上，在密封舱的下部设置密封活塞（12），在密封舱的上部设置有注水口（13）；密封舱（2）通过泄压管（14）和导流管（15）与储水仓（4）连接，在泄压管（14）和导流管（15）之间设置有电动球阀（16）；电控仓（2）通过深水电缆（17）与操作盒（5）连接。 

在电控仓内设置有电控单元（18），电控单元（18）通过信号线（19）分别与释放销轴（6）和电动球阀（16）连接。 

在电控仓（3）上设置有水密接头及压力传感器（20），所述水密接头及压力传感器（20）与深海电缆（17）连接。 

在密封活塞（12）的上面设置有组合密封单元（21）。 

在底座（1）的下面设置有支腿（22）。 

压差式静水驱动深海原位水样本采集装置的控制方法，其特征是包括下列步骤： 

（1）通过集液样板瓶瓶卡固定集液样板瓶，入水前，通过操作盒（5）关闭电控仓（3）内的电动球阀（16），手动关闭放水球阀（7）然后在密封舱（2）的注水口（13）处内注水，使密封舱（2）和泄压管（14）内都充满水；

（2）旋紧注水口（13）的密封装置，下压流板（8），安装集液样本瓶（23），并锁紧瓶卡（10）上的螺纹连接副，此时集液样本瓶（23）在密封弹簧（9）的作用下顶紧密封活塞（12），实现密封作用；

（3）下放原位水样本采集装置至指定水层，通过操作盒（5），打开电动球阀（16），外部巨大的水压驱动密封活塞（12）向上运动，密封舱（2）内的水在外部压力的作用下，通过泄压管（14）和导流管（15）流入储水仓（4），此时由于释放销轴（6）的作用，集液样本瓶保持原位不动，因此瓶口被打开，指定水层的水样本进入集液样本瓶（23），并迅速充满；

（4）通过操作盒（5）关闭电动球阀（16），然后控制释放销轴（6）上的电磁开关使释放销轴（6）在密封弹簧（9）的作用下收缩。这样流板（8）在密封弹簧（9）的作用下上行，驱动集液样本瓶（23）顶紧密封活塞（12），实现水下密封，保存指定水层样本的原位特征；

（5）回收原位水样本采集装置，取出集液样本瓶（23）中的指定水层水样本。

本发明的效果是：压差式静水驱动深海原位水样本采集装置，由底座、密封舱、电控仓、储水仓和操作盒组成。 

深海原位水样本采集的是指集液样本瓶在到达指定水深之前，应保持密封状态，瓶内不应有渗漏进去的水，待到达指定水深后，集液样本瓶的密封装置打开，收集指定水层的水样本，带集液样本瓶被充满后，回收采集装置，完成一次原位采水的操作。 

本发明具有如下特点：（1）突破传统结构中，必须克服外部水层巨大的压力才能打开瓶塞，转变为利用外部强大的静水压力打开瓶塞，从而实现深海原位取样；（2）由于主要驱动力为外部的压力，因此不需要强大的外部电力驱动，只需要弱电流的控制阀门开闭即可，避免了深海取样的动力电缆密封、电力输送等难题，增加了可靠性。 

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。 

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。 

具体实施方式

     附图中，压差式静水驱动深海原位水样本采集装置，由底座1、密封舱2、电控仓3、储水仓4和操作盒5组成，其中，电控仓3安装在底座1上，储水仓4位于电控仓2的下部，在储水仓的上部设置有释放销轴6，在储水仓4的下面设置有放水球阀7；在电控仓2的旁边设置有流板8，所述流板8通过密封弹簧9与底座1连接，流板8的侧端与释放销轴6连接，在流板上设置有集液样板瓶瓶卡10；集液样板瓶瓶卡10的上面设置有密封舱安装板11，所述密封舱2安装在密封舱安装板11上，密封舱安装板11通过立柱安装在底座1上，在密封舱的下部设置密封活塞12，在密封舱的上部设置有注水口13，24是密封舱的舱盖，25是密封舱的冒口；密封舱2通过泄压管14和导流管15与储水仓4连接，在泄压管14和导流管15之间设置有电动球阀16；电控仓2通过深水电缆17与操作盒5连接。 

在电控仓内设置有电控单元18，电控单元18通过信号线19分别与释放销轴6和电动球阀16连接，26是电控单元锂电池。 

在电控仓3上设置有水密接头及压力传感器20，所述水密接头及压力传感器20与深海电缆17连接。 

在密封活塞12的上面设置有组合密封单元21。 

在底座1的下面设置有支腿22。 

压差式静水驱动深海原位水样本采集装置的控制方法，包括下列步骤： 

（1）、通过集液样板瓶瓶卡固定集液样板瓶，入水前，通过操作盒5关闭电控仓3内的电动球阀16，手动关闭放水球阀7然后在密封舱2的注水口13处内注水，使密封舱2和泄压管14内都充满水；

（2）旋紧注水口13的密封装置，下压流板8，安装集液样本瓶23，并锁紧瓶卡10上的螺纹连接副，此时集液样本瓶23在密封弹簧9的作用下顶紧密封活塞12，实现密封作用；

（3）下放原位水样本采集装置至指定水层，通过操作盒5，打开电动球阀16，外部巨大的水压驱动密封活塞12向上运动，密封舱2内的水在外部压力的作用下，通过泄压管14和导流管15流入储水仓4，此时由于释放销轴6的作用，集液样本瓶保持原位不动，因此瓶口被打开，指定水层的水样本进入集液样本瓶23，并迅速充满；

（4）通过操作盒5关闭电动球阀16，然后控制释放销轴6上的电磁开关使释放销轴6在密封弹簧9的作用下收缩。这样流板8在密封弹簧9的作用下上行，驱动集液样本瓶23顶紧密封活塞12，实现水下密封，保存指定水层样本的原位特征；

（5）回收原位水样本采集装置，取出集液样本瓶23中的指定水层水样本。

Claims (6)

1.压差式静水驱动深海原位水样本采集装置，其特征是由底座（1）、密封舱（2）、电控仓（3）、储水仓（4）和操作盒（5）组成，其中，电控仓（3）安装在底座（1）上，储水仓（4）位于电控仓（2）的下部，在储水仓的上部设置有释放销轴（6），在储水仓（4）的下面设置有放水球阀（7）；在电控仓（2）的旁边设置有流板（8），所述流板（8）通过密封弹簧（9）与底座（1）连接，流板（8）的侧端与释放销轴（6）连接，在流板上设置有集液样板瓶瓶卡（10）；集液样板瓶瓶卡（10）的上面设置有密封舱安装板（11），所述密封舱（2）安装在密封舱安装板（11）上，密封舱安装板（11）通过立柱安装在底座（1）上，在密封舱的下部设置密封活塞（12），在密封舱的上部设置有注水口（13）；密封舱（2）通过泄压管（14）和导流管（15）与储水仓（4）连接，在泄压管（14）和导流管（15）之间设置有电动球阀（16）；电控仓（2）通过深水电缆（17）与操作盒（5）连接。

2.根据根据权利要求1所述的压差式静水驱动深海原位水样本采集装置，其特征是在电控仓内设置有电控单元（18），电控单元（18）通过信号线（19）分别与释放销轴（6）和电动球阀（16）连接。

3.根据权利要求1或 2所述的压差式静水驱动深海原位水样本采集装置，其特征是在电控仓（3）上设置有水密接头及压力传感器（20），所述水密接头及压力传感器（20）与深海电缆（17）连接。

4.根据权利要求1或1所述的压差式静水驱动深海原位水样本采集装置，其特征是在密封活塞（12）的上面设置有组合密封单元（21）。

5.根据权利要求1或1所述的压差式静水驱动深海原位水样本采集装置，其特征是在底座（1）的下面设置有支腿（22）。

6.压差式静水驱动深海原位水样本采集装置的控制方法，其特征是包括下列步骤：

（1）通过集液样板瓶瓶卡固定集液样板瓶，入水前，通过操作盒（5）关闭电控仓（3）内的电动球阀（16），手动关闭放水球阀（7）然后在密封舱（2）的注水口（13）处内注水，使密封舱（2）和泄压管（14）内都充满水；

（2）旋紧注水口（13）的密封装置，下压流板（8），安装集液样本瓶（23），并锁紧瓶卡（10）上的螺纹连接副，此时集液样本瓶（23）在密封弹簧（9）的作用下顶紧密封活塞（12），实现密封作用；

（3）下放原位水样本采集装置至指定水层，通过操作盒（5），打开电动球阀（16），外部巨大的水压驱动密封活塞（12）向上运动，密封舱（2）内的水在外部压力的作用下，通过泄压管（14）和导流管（15）流入储水仓（4），此时由于释放销轴（6）的作用，集液样本瓶保持原位不动，因此瓶口被打开，指定水层的水样本进入集液样本瓶（23），并迅速充满；

（4）通过操作盒（5）关闭电动球阀（16），然后控制释放销轴（6）上的电磁开关使释放销轴（6）在密封弹簧（9）的作用下收缩；这样流板（8）在密封弹簧（9）的作用下上行，驱动集液样本瓶（23）顶紧密封活塞（12），实现水下密封，保存指定水层样本的原位特征；

（5）回收原位水样本采集装置，取出集液样本瓶（23）中的指定水层水样本。

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