一种深海沉积物保压取样转移装置及其应用方法

一种深海沉积物保压取样转移装置及其应用方法
【专利摘要】本发明属于深海探测及研究装备领域，旨在提供一种深海沉积物保压取样转移装置及其应用方法。本发明中的装置包括卡紧单元、切割单元、保压分装单元、样品抓取及推拉单元和压力自适应调节单元，所述卡紧单元、切割单元、保压分装单元、样品抓取及推拉单元依次同轴排列；所述卡紧单元、切割单元、保压分装单元、样品抓取及推拉单元连接到压力自适应调节单元。本发明的有益效果是：采用本发明的深海沉积物沉积物保压取样转移装置，能实现在高压环境下对长柱形样品管及其中沉积物样品的切割，并能在切割时将装置内的压力波动保持在15%以下。此装置能实现子样品的保压转移，并且同时样品其他部分依然处于保压环境中，可再次切割利用。
【专利说明】一种深海沉积物保压取样转移装置及其应用方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于深海探测及研究装备领域，具体涉及一种深海沉积物保压取样转移装 置及其应用方法。

【背景技术】
[0002] 深海沉积物采样是深海环境与资源调查的基本手段之一，经过几十年的发展实 践，已形成了多种有效的沉积物采样方式，但是采样之后的保压取样转移设备，一直发展缓 慢。
[0003] 目前，用于采样的装置主要包括以下几类：多管采样器，利用重力采集海底表层沉 积物及其上覆水；深海拖曳式采样器，用于采集悬浮颗粒物；电视抓斗式采样器，用于采集 沉积物和表层矿物。通过以上采样装置采集的海底沉积物样品，由于压力、温度、光照等条 件的变化，易造成气相溶解成分散失、固态成分气化、有机成分分解等问题，使实验数据难 以准确反映沉积物的原始成分及状态。
[0004] 近年来，保真采样越来越受到国际海洋届的重视，尤其是沉积物中的天然气水合 物，俗称"可燃冰"，是一种优质高效的燃料，可作为优质能源。天然气水合物的形成需要在 一定条件下形成，要求有合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等，在大洋中，天然 气水合物在沉积物中稳定在0?l〇〇〇m深度。由于天然气水合物稳定存在于一定的低温高 压条件下这样特殊的物理学性质，当开采岩心提升到常温常压的海面时，其中含有的天然 气水合物组分会全部或大部分分解，达不到原位勘探目的。
[0005] 中国现有的深海沉积物采样器可以在深海取到沉积物、水、气和天然气水合物等 样品并进行保压，为了更好的研究天然气水合物的物理性质，样品在保持深海高压的情况 下由原位转移到实验室，需要全程保压，但是国内暂无二次保压取样转移的设备，关键环节 的缺乏导致研究效果不理想。因此，研制一套与保压取样装置对接的保压取样转移装置，将 推动我国天然气水合物保压取样转移的研究发展。该研究成果不仅可以应用于水合物项 目，还可以有效地推广到其他综合性海洋调查项目，是现代海洋调查研究领域向更高、更精 确探测的重要手段，具有十分广阔的应用和推广前景。


【发明内容】

[0006] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种深海沉积物保压 取样转移装置及其应用方法。
[0007] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：
[0008] 提供一种深海沉积物保压取样转移装置，包括卡紧单元、切割单元、保压分装单 元、样品抓取及推拉单元和压力自适应调节单元，所述卡紧单元、切割单元、保压分装单元、 样品抓取及推拉单元依次同轴排列，且相邻之间通过球阀连接；
[0009] 所述卡紧单元、切割单元、保压分装单元、样品抓取及推拉单元分别通过对应的分 支管路连接到压力自适应调节单元；
[0010] 所述切割单元包括盖箱、压力平衡装置、齿轮杆、齿轮盘、外端盖、连接管舱体、弹 簧、螺栓、刀头和内端盖；所述内端盖、外端盖、连接管舱体与盖箱同轴，且外端盖与盖箱之 间为螺栓连接，连接管舱体与外端盖之间为螺栓连接，内端盖嵌套于盖箱内；所述压力平衡 装置包括平衡盖、压杆和平衡基座，且平衡盖、平衡基座与压杆同轴，平衡盖和平衡基座均 设有同轴螺纹孔；所述平衡基座安装在盖箱的螺纹孔中，且平衡基座与盖箱之间为螺纹连 接，平衡盖与平衡基座之间为螺纹连接，所述压杆依次贯穿通过平衡盖螺纹孔和平衡基底 螺纹孔连接到盖箱内部；嵌套于盖箱内部的内端盖呈上下两端平行锥面的圆环体结构，且 内端盖的上下两端锥面分别与压杆底端、刀头末端滑动接触；所述齿轮盘与外端盖之间同 轴且为螺纹连接，齿轮杆一端位于盖箱的开孔中，另一端位于外端盖的开孔中，齿轮杆通过 其中间的齿轮与齿轮盘相啮合；所述齿轮盘上开设有若千个十字槽，刀头底座轴向嵌于齿 轮盘的十字槽中，螺栓贯穿通过齿轮盘的凸缘上的开孔与刀头螺纹连接，且在螺栓与齿轮 盘的凸缘之间设有弹簧，用于收缩刀头；
[0011] 所述切割单元与卡紧单元的结构相同；
[0012] 所述保压分装单元包括蓄能器、保压舱体和两个球阀，所述两个球阀分别固定安 装在保压舱体的两端，所述蓄能器固定安装在保压舱体一端；
[0013] 所述压力自适应调节单元包括压力控制箱、传输线路、管路、若干个截止阀和若干 个压力传感器，在压力控制箱内安装有蓄能器，所述管路分为若干个分支管路，且各分支管 路上分别设有截止阀和压力传感器，所述压力传感器通过传输线路连接到压力控制箱；压 力传感器用于收集各分支管路内的压力信号反馈，当出现压力偏差时，通过蓄能器及各分 支管路上的截止阀来调节压力；
[0014] 所述样品抓取及推拉单元包括卡爪、丝杆装置和操纵舱体，所述卡爪通过丝杆装 置与操纵舱体同轴连接，所述卡爪包括推筒、螺纹杆、螺母套、给进转头、限位螺钉、顶杆、滑 杆、顶杆转轴、紧定螺钉和换针；所述推筒与螺母套之间为螺纹连接，给进转头与螺纹杆之 间为螺纹连接，且给进转头前端嵌于螺母套与推筒之间，所述螺纹杆嵌套于由推筒、螺母套 和给进砖头相互连接组成的圆筒之间；限位螺钉通过推筒上的螺纹孔连接到螺纹杆上的限 位槽中，用于限制螺纹杆的前后运动；紧定螺钉通过顶杆并贯穿连接到顶杆转轴的螺孔中， 将顶杆转轴与顶杆固定于螺纹杆的前端；换针嵌套于顶杆的顶部，滑杆垂直连接到顶杆的 顶部，且滑杆嵌套于推筒前端的十字槽中,用于限制顶杆的运动方向。
[0015] 本发明中，所述齿轮盘上开设有四个十字槽，所述四个刀头以齿轮盘的轴心为原 点对称，分别嵌于对应的十字槽中。
[0016] 本发明中，所述盖箱呈中空圆柱体结构，且盖箱、齿轮盘、外端盖、连接管舱体、内 端盖、平衡基座的横截面均为圆环形。
[0017] 本发明中，所述压杆下端开设有导流孔，压杆上端横截面为圆形。
[0018] 本发明中，所述内端盖的上下两端平行锥面与水平面呈45。角。
[0019] 本发明中，所述推筒、螺母套、给进转头的横截面均为圆环形，所述螺纹杆、限位螺 钉、换针、滑杆、顶杆转轴的横截面均为圆形，顶杆的横截面为方形。
[0020] 本发明中，所述螺纹杆前端连接有四个均匀分布的顶杆。
[0021]本发明中，还提供一种基于所述深海沉积物保压取样转移装置的应用方法，包括 如下步骤：
[0022]步骤1:对接过程：取样器与保压取样转移装置对接，此时各个球阀均处于关闭状 态，打开各个截止阀，压力自适应调节单元通过各分支管路向保压取样转移装置中各舱体 的舱室内加压力，各个压力传感器检测并返回数据至压力控制箱，待取样器与保压取样转 移装置内的压力一致时，停止加压；
[0023] 步骤2 :抓取过程：
[0024]在取样器与保压取样转移装置内的压力一致后，打开各个球阀，在样品抓取及推 拉单元中，位于丝杆装置顶端的卡爪在丝杆装置的推动下，依次穿过保压分装单元、切割单 元、卡紧单元，进入取样器，与样品管接触后，卡爪继续前进距离d后停下，其中d为样品管 内径，单位为ram ;
[0025]然后拧动压杆旋转下压，作用在内端盖的锥面上，使内端盖向刀头方向移动并通 过锥面使刀头下压，从而刀头卡住卡爪的给进转头；启动卡紧单元的外置电机，电机带动齿 轮杆旋转，从而齿轮盘旋转并带动刀头旋转，由于刀头已卡住给进转头，从而带动给进转头 旋转；
[0026]由于给进转头与螺纹杆之间为螺纹连接，从而带动螺纹杆相对推筒向前运动；由 于顶杆一端由顶杆转轴固定在螺纹杆前端，顶杆前端横插的滑杆嵌入在推筒的十字槽内侧 一端，因此滑杆将在螺纹杆的推动下向十字槽外侧一端移动；在顶杆转轴与滑杆的共同作 用下使顶杆和换针被顶出推筒上的十字槽，换针被顶入样品衬管内；当卡爪进入抓取状态 时，给进转头处于旋转过程中，限位螺钉在限位槽中向卡爪尾部移动,直至限位槽末端时， 停止旋转给进转头，此时顶杆已与螺纹杆垂直，换针已深入样品衬管；
[0027]抓牢样品管后，反向拧动压杆，使压杆旋转上行，此时内端盖不再紧压刀头末端， 在卡紧该装置内部齿轮盘凸缘与螺纹连接刀头的螺栓之间的弹簧作用下，刀头向齿轮盘凸 缘方向收缩，从而脱离卡爪的给进转头；丝杆装置反向运动，带动卡爪及样品管穿过卡紧单 元，向切割单元方向一起移动；
[0028] 步骤3 :切割过程：卡爪及样品管前端距离切割单元一定长度D处停下，其中D为 待切割的子样品长度，单位为mm ;
[0029] 启动切割单元的外置电机，电机带动齿轮杆旋转，从而齿轮盘旋转并带动四个固 定在齿轮盘的十字槽中的刀头旋转，再拧动压杆旋转下压，作用在内端盖的锥面上，使内端 盖向刀头方向移动并通过锥面使刀头下压；切割单元内的刀头在压杆的旋转下行作用下不 断的深入挤压样品管，由外而内，先切割样品管、再切割其中的深海沉积物；
[0030] 步骤4 :转移过程：子样品切割完成后，此时卡爪仍抓牢子样品；卡爪在丝杆装置 的驱动下，带动子样品向保压分装单元方向移动，到达保压分装单元时停止运动；
[0031 ] 步骤5 :脱呙过程：子样品到达保压分装单元后，卡爪前端的换针首先脱离样品 管，然后在丝杆装置的驱动下，卡爪脱离样品管，并且移出保压分装单元，返回样品抓取及 推送单元；关闭保压分装单元两端的两个球阀，并关闭切割单元与保压分装单元之间的球 阀，卸除保压分装单元，完成一次子采集操作；
[0032] 步骤6 :重新安装保压分装单元过程：在样品抓取及推拉单元与切割单元之间，重 新安装保压分装单元，压力自适应调节单元向保压分装单元的保压舱体的舱室内补充加 压，直到与其他舱体的舱室内压力相同为止，重复步骤2?步骤5,实现多次采样。
[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0034] +采用本发明的深海沉积物沉积物保压取样转移装置，能实现在高压环境下对长柱 形样品管及其中沉积物样品的切割，并能在切割时将装置内的压力波动保持在以下。 此装置能实现子样品的保压转移，并且同时样品其他部分依然处于保压环境中，可再次切 割利用。相比其他设备，在连续多次的保压取样转移中，取样器不需要移动，只需要更换新 的保压分装舱。

【专利附图】

【附图说明】
[0035]图1为本发明深海沉积物沉积物保压取样转移装置的示意图；
[0036]图2为本发明深沉积物保压取样转移装置的正视示意图；
[0037]图3为本发明深海沉积物保压取样转移装置的工作流程图；
[0038]图4为本发明深海沉积物保压取样转移装置的卡紧单元的示意图；
[0039]图5为本发明深海沉积物保压取样转移装置的切割单元的示意图；
[0040]图6为本发明深海沉积物保压取样转移装置的保压分装单元的示意图；
[0041]图7为本发明深海沉积物保压取样转移装置的样品抓取及推拉单元的示意图； [0042]图8为本发明深海沉积物保压取样转移装置的样品抓取及推拉单元的卡爪示意 图；
[0043]图9为本发明深海沉积物保压取样转移装置的压力自适应调节单元的示意图； [0044] 附图标记：
[0045] 1.采样器采样器、2_卡紧单元、3.切割单元、4.保压分装单元、5.样品抓取及推拉 单元、6.备用保压分装单元、7.压力自适应调节单元、8.球阀I、9.球阀II、10.球阀III;
[0046] 2〇〇盖箱、2〇1平衡盖、2〇2压杆、203平衡基座、204齿轮杆、205内端盖、206刀头、 207齿轮盘、208外端盖、209连接管舱体、210弹簧、211螺栓；
[0047] 300盖箱、301平衡盖、302压杆、303平衡基座、304齿轮杆、305内端盖、306刀头、 307齿轮盘、308外端盖、3〇9连接管舱体、310弹簧、311螺栓；
[0048] 400球阀IV、401保压舱体、402球阀V、403蓄能器I ;500卡爪、501丝杆装置、502 操纵舱体；5000限位槽、5〇01推筒、5〇〇2螺纹杆、5〇〇3螺母套、5004给进转头、5005限位螺 钉、5006顶杆、50〇 7滑杆、5〇08顶杆转轴、5〇〇9紧定螺钉、5010换针、5011十字槽；700压力 传感器I、701压力传感器11、702压力传感器111、703压力传感器以、704压力传感器￥、705 截止阀I、 7〇6截止阀II、707截止阀ΙΠ 、7〇8管路、7〇9·截止阀IV、710传输线路、711压力控 制箱、712.截止阀V。

【具体实施方式】
[0049] 以下的实施例可以使本专业【技术领域】的技术人员更全面的了解本发明，但不以任 何方式限制本发明。
[0050] 如图1、2所示，本发明深海沉积物保压取样转移装置包括包括卡紧单元2、切割单 元3、保压分装单元4、样品抓取及推拉单元5、压力自适应调节单元7以及若干个备用保压 分装单元6,所述卡紧单元2、切割单元3、保压分装单元4、样品抓取及推拉单元5依次同轴 排列，其中，取样器1、球阀I S、卡紧单元2、球阀II 9、切割单元3、球阀ΙΠ 1〇、保压分装单元 4及样品抓取及推拉单元5之间依次用螺栓同轴连接。压力自适应单元7通过管路与取样 器1、卡紧单元2、切割单元3、保压分装单元4、样品抓取及推拉单元5连接。
[0051] 如图4所示，本发明中的深海沉积物保压取样转移装置的卡紧单元2,卡紧单元2 包括盖箱200、平衡盖201、压杆202、平衡基座203、齿轮杆204、内端盖 2〇5、刀头2〇6、齿轮 盘207、外端盖208、连接管209、弹簧210和螺栓211 ;所述内端盖205、外端盖2〇8、连接管 209与盖箱200同轴，且外端盖208与盖箱200之间为螺栓连接，连接管 2〇9与外端盖208 之间为螺栓连接，内端盖205嵌套于盖箱200内；压力平衡装置由平衡基座 2〇3、平衡盖201 及压杆202组成，且平衡盖201、平衡基座203与压杆202同轴，平衡盖201和平衡基座203 均设有同轴螺纹孔；所述平衡基座203安装在盖箱200的螺纹孔中，且平衡基座 2〇3与盖箱 200之间为螺纹连接，平衡盖201与平衡基座203连接到盖箱内部；嵌套于盖箱200内部的 内端盖205,呈上下两端锥面平行的圆环体结构，且上下两端锥面分别与压杆202末端、刀 头206末端滑动接触；所述齿轮盘207与外端盖208同轴且为螺纹连接，齿轮杆 2〇4 -端位 于盖箱200的开孔中，另一端位于外端盖208的开孔中，从而固定齿轮杆2〇4位置，齿轮杆 204通过其中间的齿轮与齿轮盘207相啮合；所述齿轮盘207上开设有若千个十字槽，刀头 206底端轴向嵌于齿轮盘207的十字槽中，螺栓211贯穿通过齿轮盘207的凸缘上的开孔与 刀头206前端螺纹连接，且在螺栓211与齿轮盘207的凸缘之间设有弹簧 21〇,处于压缩状 态，用于收缩刀头206,当外置电机带动齿轮杆204旋转时，齿轮盘207则会带动四个刀头 206轴向旋转，从而切割样品管。作为优选，外置电机与卡紧单元2齿轮连接。
[0052] 所述卡紧单元2有两种功能，功能一：卡紧单元2用于在切割单元3切割样品管 时，通过刀头206下压卡紧样品管，阻止样品管转动，从而顺利完成切割；功能二：卡紧单元 2也用于样品抓取及推拉单元5中的卡爪500在抓取样品时，卡紧位于卡爪500尾端的给 进转头5004,并且在外置电机的驱动下，带动给进转头5004旋转，使卡爪500前端的顶针 5006被顶出，插入样品管中，从而完成样品管抓取。（给进转头5004的旋转与顶针 5〇06被 顶出之间的配合连接关系，在下面操作过程的步骤（2)中有详尽的描述）
[0053] 如图5所示，切割单元3与卡紧单元2结构相同，两者功能上基本相似，操作过程 也基本一致，只有刀头下压和刀头旋转两个动作。
[0054] 所述切割单元3,启动外置电机，电机将带动齿轮杆304旋转，从而齿轮盘3〇7旋 转并带动四个固定在齿轮盘307的十字槽中的刀头306旋转。再人工用扳手拧动压 3〇2杆 旋转下压，作用在内端盖305的锥面上，使内端盖305向刀头306方向移动并通过锥面使刀 头306下压。切割单元3内的刀头306在压杆302的旋转下行作用下不断的深入挤压样品 管，由外而内，先切割样品管、再切割其中的深海沉积物。
[0055] 卡紧单元2与样品抓取及推拉单元5的连接配合关系为：在刀头2〇6在下压过程 中，卡住卡爪500结构的给进转头5004。
[0056] 如图6所示，本发明中的深海沉积物保压取样转移装置的保压分装单元4,包括球 阀IV 400、保压舱体401、球阀V 402、蓄能器I 403 ;球阀IV 400、球阀V 4〇2固定在保压舱体 401的两端，开启状态时作为保压分装单元的进出样品通道，关闭状态时用于维持保压舱体 401内30MPa?35MPa的压强。蓄能器I 403固定在保压舱体401 -端，用于维持并调节保 压分装单元4内的高压力。
[0057] 如图7所示，本发明中的深海沉积物保压取样转移装置的样品抓取及推拉单元5 包括卡爪500、丝杆装置501、操纵舱体502 ;卡爪500位于丝杆装置501前端，用于抓牢或 脱离样品管，从而将样品管与丝杆装置501连接起来。丝杆装置501位于操纵舱体502内， 用于在外置电机的驱动下，控制卡爪500的前进、后退运动。
[0058] 如图8所示，本发明中的深海沉积物保压取样转移装置的样品抓取及推拉单元5 的卡爪500包括推筒5001、螺纹杆5002、螺母套5003、给进转头5004、限位螺钉5005、顶杆 50〇 6、滑杆5〇〇7、顶杆转轴5008、紧定螺钉5009和换针5010 ;所述推筒5001与螺母套5003 之间为螺纹连接，给进转头5004与螺纹杆5002之间为螺纹连接，且给进转头5004前端嵌 于螺母套5003与推筒5001之间，只能旋转，不能进行平移运动；所述螺纹杆5002嵌套于由 推筒 5〇01、螺母套5〇〇3和给进转头5004相互连接组成的圆筒之间；限位螺钉5005通过推 筒 5〇01上的螺纹孔连接到（插入）螺纹杆5002上的限位槽5000中，用于限制螺纹杆5002 的前后运动；紧定螺钉5〇09通过（旋入）顶杆5006并贯穿连接到顶杆转轴5008的螺孔 中，将顶杆转轴 5〇〇8与顶杆50〇6固定于螺纹杆5002的前端；换针5010嵌套于顶杆5006 的顶部，滑杆5007垂直连接到顶杆5006的顶部，且滑杆5007嵌套于推筒5001前端的十字 槽5011中，用于限制顶杆5006的运动方向。
[0059] 如图9所示，本发明中的深海沉积物保压取样转移装置的压力自适应单元7包括 压力传感器I 7〇〇、压力传感器II 7〇1、压力传感器III 7〇2、压力传感器IV 703、压力传感器 V 704、截止阀I 705、截止阀II 706、截止阀III 707、管路708、截止阀IV 709、传输线710、压 力控制箱m、截止阀V712。压力传感器I?V (7〇0、701、7〇2、703、704)位于每个分支管 路708中，用于检测每个管路及其相连舱体（209、309、401、502)的舱室内压力，并通过传输 线路710将信号返回至压力控制箱711。压力控制箱711内含有PLC、显示屏等，并通过传输 线路710与截止阀 I ?V (705、706、707、708、709)、压力传感器1?乂（700、701、702、703、 704)相连。压力控制箱711内也含有蓄能器，用于维持及调节各舱体（209、309、401、502) 的舱室内的30MPa?35MPa压强。
[0060] 本发明的深海沉积物保压取样转移装置的工作过程如图3所示：
[0061] 步骤（1)对接过程：取样器1与保压取样转移装置对接，此时球阀I?V (8、9、 10、400、402)均处于关闭状态。打开截止阀I?V (705、706、707、708、709)，压力自适应调 节单元7通过各分支管路708向保压取样转移装置内的各个舱体的舱室内加压力，压力传 感器I?V (700、701、702、703、704)检测并返回数据至压力控制箱711，待取样器1与保压 取样转移装置内的压力一致时，停止加压。
[0062]步骤⑵抓取过程：在压力一致后，球阀I?V (8、9、10、400、402)均打开，在样品 抓取及推拉单元5中，位于丝杆装置501顶端的卡爪500在丝杆装置501的推动下，依次穿 过保压分装单元4、切割单元3、卡紧单元2,进入取样器1，与样品管接触后，卡爪500继续 前进距离d后停下（d为样品管内径,单位为mm)。此时，人工用扳手拧动压杆202旋转下 压，作用在内端盖205的锥面上，使内端盖205向刀头206方向移动并通过锥面使刀头206 下压，从而刀头206卡住卡爪500的给进转头5004。启动卡紧单元2的外置电机，电机带动 齿轮杆204旋转，从而齿轮盘207旋转并带动刀头206旋转。由于刀头206已卡住给进转 头5004,从而带动给进转头5004旋转；
[0063]由于给进转头5004与螺纹杆5002之间为螺纹连接，从而带动螺纹杆50〇2相对推 筒5〇01向前运动；由于顶杆5〇06 -端由顶杆转轴50〇8固定在螺纹杆5002前端，顶杆5006 前端横插的滑杆5007嵌入在推筒5001的十字槽5011内侧一端，因此滑杆5007将在螺纹 杆50〇2的推动下向十字槽5011外侧一端移动；在顶杆转轴5008与滑杆5007的共同作用 下使顶杆50〇6和换针5010被顶出推筒5001上的十字槽5011，换针5010被顶入样品衬管 内；当卡爪500进入抓取状态时，给进转头 50〇4处于旋转过程中，限位螺钉5005在限位槽 5000中向卡爪500尾部移动，直至限位槽5000末端时，停止旋转给进转头5004,此时顶杆 5006已与螺纹杆5002垂直，换针5010已深入样品衬管；
[0064] 抓牢样品管后，人工用扳手反向拧动压杆202,使压杆202旋转上行，此时内端盖 2〇5不再紧压刀头206末端，在卡紧单元2内部齿轮盘207凸缘与螺纹连接刀头206的螺栓 211之间的弹簧210作用下，刀头206向齿轮盘207凸缘方向收缩，从而脱离卡爪500的给 进转头5004。丝杆装置501反向运动，带动卡爪500及样品管穿过卡紧单元2,向切割单元 3方向一起移动。
[0065] 步骤⑶切割过程：卡爪500及样品管前端距离切割单元3 -定距离D处停下，此 处距离D为需要切割的子样品长度，单位为mm ;人工用扳手拧动卡紧单元2的压杆202旋 转下压，作用在内端盖205的45°锥面上，使内端盖205向刀头206方向移动并通过锥面使 刀头206下压，从而刀头206卡紧样品管；
[0066] 启动切割单元3的外置电机，电机带动齿轮杆304旋转，从而齿轮盘3〇7旋转并带 动四个固定在齿轮盘307的十字槽中的刀头306旋转。再人工用扳手拧动压3〇 2杆旋转下 压，作用在内端盖305的锥面上，使内端盖305向刀头306方向移动并通过锥面使刀头306 下压。切割单元3内的刀头306在压杆302的旋转下行作用下不断的深入挤压样品管，由 外而内，先切割样品管、再切割其中的深海沉积物。
[0067] 步骤（4)转移过程：子样品切割完成后，此时卡爪500仍抓牢子样品。卡爪500在 丝杆装置501的驱动下，带动子样品向保压分装单元4方向移动，到达时停止运动。
[0068] 步骤（5)脱离过程：子样品到达保压分装单元4后，卡爪5〇0前端的换针 5〇1〇首 先脱离样品管，然后再丝杆装置501的驱动下，卡爪500脱离样品管，并且移出保压分装单 元4,返回样品抓取及推送单元5。关闭保压分装单元4两端的球阀IV 400、球阀V4〇2,并 关闭球阀III 10,卸除保压分装单元4,完成一次子釆集操作。
[0069] 步骤（6)重新安装保压分装单元过程：在样品抓取及推拉单元5与切割单元3之 间，重新安装新的保压分装单元4,压力自适应调节单元 7向保压分装单元4的保压舱体 401的舱室内补充加压，直到与其他舱体（209、309、5〇2)的舱室内压力相同。重复流程步骤 (2)?步骤（5)，实现多次采样。
[0070] 因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实 施或者执行本发明的所有等效方案。
【权利要求】
1. 一种深海沉积物保压取样转移装置，包括卡紧单元，其特征在于，还包括切割单元、 保压分装单元、样品抓取及推拉单元和压力自适应调节单元，所述卡紧单元、切割单元、保 压分装单元、样品抓取及推拉单元依次同轴排列，且相邻之间通过球阀连接； 所述卡紧单元、切割单元、保压分装单元、样品抓取及推拉单元分别通过对应的分支管 路连接到压力自适应调节单元； 所述卡紧单元包括盖箱、压力平衡装置、齿轮杆、齿轮盘、外端盖、连接管舱体、弹簧、螺 栓、刀头和内端盖；所述内端盖、外端盖、连接管舱体与盖箱同轴，且外端盖与盖箱之间为螺 栓连接，连接管舱体与外端盖之间为螺栓连接，内端盖嵌套于盖箱内；所述压力平衡装置包 括平衡盖、压杆和平衡基座，且平衡盖、平衡基座与压杆同轴，平衡盖和平衡基座均设有同 轴螺纹孔；所述平衡基座安装在盖箱的螺纹孔中，且平衡基座与盖箱之间为螺纹连接，平衡 盖与平衡基座之间为螺纹连接，所述压杆依次贯穿通过平衡盖螺纹孔和平衡基底螺纹孔连 接到盖箱内部；嵌套于盖箱内部的内端盖呈上下两端平行锥面的圆环体结构，且内端盖的 上下两端锥面分别与压杆底端、刀头末端滑动接触；所述齿轮盘与外端盖之间同轴且为螺 纹连接，齿轮杆一端位于盖箱的开孔中，另一端位于外端盖的开孔中，齿轮杆通过其中间的 齿轮与齿轮盘相啮合；所述齿轮盘上开设有若干个十字槽，刀头底座轴向嵌于齿轮盘的十 字槽中，螺栓贯穿通过齿轮盘的凸缘上的开孔与刀头螺纹连接，且在螺栓与齿轮盘的凸缘 之间设有弹簧，用于收缩刀头； 所述切割单元与卡紧单元的结构相同； 所述保压分装单元包括蓄能器、保压舱体和两个球阀，所述两个球阀分别固定安装在 保压舱体的两端，所述蓄能器固定安装在保压舱体一端； 所述压力自适应调节单元包括压力控制箱、传输线路、管路、若干个截止阀和若干个压 力传感器，在压力控制箱内安装有蓄能器，所述管路分为若干个分支管路，且各分支管路上 分别设有截止阀和压力传感器，所述压力传感器通过传输线路连接到压力控制箱； 所述样品抓取及推拉单元包括卡爪、丝杆装置和操纵舱体，所述卡爪通过丝杆装置与 操纵舱体同轴连接，所述卡爪包括推筒、螺纹杆、螺母套、给进转头、限位螺钉、顶杆、滑杆、 顶杆转轴、紧定螺钉和换针；所述推筒与螺母套之间为螺纹连接，给进转头与螺纹杆之间为 螺纹连接，且给进转头前端嵌于螺母套与推筒之间，所述螺纹杆嵌套于由推筒、螺母套和给 进砖头相互连接组成的圆筒之间；限位螺钉通过推筒上的螺纹孔连接到螺纹杆上的限位槽 中，用于限制螺纹杆的前后运动；紧定螺钉通过顶杆并贯穿连接到顶杆转轴的螺孔中，将顶 杆转轴与顶杆固定于螺纹杆的前端；换针嵌套于顶杆的顶部，滑杆垂直连接到顶杆的顶部， 且滑杆嵌套于推筒前端的十字槽中，用于限制顶杆的运动方向。
2. 根据权利要求1中所述的保压取样转移装置，其特征在于，所述齿轮盘上开设有四 个十字槽，所述四个刀头以齿轮盘的轴心为原点对称，分别嵌于对应的十字槽中。
3. 根据权利要求1中所述的保压取样转移装置，其特征在于，所述盖箱呈中空圆柱体 结构，且盖箱、齿轮盘、外端盖、连接管舱体、内端盖、平衡基座的横截面均为圆环形。
4. 根据权利要求1中所述的保压取样转移装置，其特征在于，所述压杆下端开设有导 流孔，压杆上端横截面为圆形。
5. 根据权利要求1中所述的保压取样转移装置，其特征在于，所述内端盖的上下两端 平行锥面与水平面呈45°角。
6.根据权利要求1中所述的保压取样转移装置，其特征在于，所述推筒、螺母套、给进 转头的横截面均为圆环形，所述螺纹杆、限位螺钉、换针、滑杆、顶杆转轴的横截面均为圆 形，顶杆的横截面为方形。
7·根据权利要求1中所述的保压取样转移装置，其特征在于，所述螺纹杆前端连接有 四个均匀分布的顶杆。
8· -种基于权利要求1中所述深海沉积物保压取样转移装置的应用方法，其特征在 于，所述应用方法包括如下步骤： 步骤1 :对接过程：取样器与保压取样转移装置对接，此时各个球阀均处于关闭状态， 打开各个截止阀，压力自适应调节单元通过各分支管路向保压取样转移装置中各舱体的舱 室内加压，各个压力传感器检测并返回数据至压力控制箱，待取样器与保压取样转移装置 内的压力一致时，停止加压； 步骤2 :抓取过程： 在取样器与保压取样转移装置内的压力一致后，打开各个球阀，在样品抓取及推拉单 元中，位于丝杆装置顶端的卡爪在丝杆装置的推动下，依次穿过保压分装单元、切割单元、 卡紧单元，进入取样器，与样品管接触后，卡爪继续前进距离d后停下，其中d为样品管内 径，单位为mm ; 然后拧动压杆旋转下压，作用在内端盖的锥面上，使内端盖向刀头方向移动并通过锥 面使刀头下压，从而刀头卡住卡爪的给进转头；启动卡紧单元的外置电机，电机带动齿轮 杆旋转，从而齿轮盘旋转并带动刀头旋转，由于刀头已卡住给进转头，从而带动给进转头旋 转； 由于给进转头与螺纹杆之间为螺纹连接，从而带动螺纹杆相对推筒向前运动；由于顶 杆一端由顶杆转轴固定在螺纹杆前端，顶杆前端横插的滑杆嵌入在推筒的十字槽内侧一 端，因此滑杆将在螺纹杆的推动下向十字槽外侧一端移动；在顶杆转轴与滑杆的共同作用 下使顶杆和换针被顶出推筒上的十字槽，换针被顶入样品衬管内；当卡爪进入抓取状态时， 给进转头处于旋转过程中，限位螺钉在限位槽中向卡爪尾部移动，直至限位槽末端时，停止 旋转给进转头，此时顶杆已与螺纹杆垂直，换针已深入样品衬管； 抓牢样品管后，反向拧动压杆，使压杆旋转上行，此时内端盖不再紧压刀头末端，在卡 紧该装置内部齿轮盘凸缘与螺纹连接刀头的螺栓之间的弹簧作用下，刀头向齿轮盘凸缘方 向收缩，从而脱离卡爪的给进转头；丝杆装置反向运动，带动卡爪及样品管穿过卡紧单元， 向切割单元方向一起移动； 步骤3 :切割过程：卡爪及样品管前端距离切割单元一定长度D处停下，其中D为待切 割的子样品长度，单位为mm ; 启动切割单元的外置电机，电机带动齿轮杆旋转，从而齿轮盘旋转并带动四个固定在 齿轮盘的十字槽中的刀头旋转，再拧动压杆旋转下压，作用在内端盖的锥面上，使内端盖向 刀头方向移动并通过锥面使刀头下压；切割单元内的刀头在压杆的旋转下行作用下不断的 深入挤压样品管，由外而内，先切割样品管、再切割其中的深海沉积物； 步骤4 :转移过程：子样品切割完成后，此时卡爪仍抓牢子样品；卡爪在丝杆装置的驱 动下，带动子样品向保压分装单元方向移动，到达保压分装单元时停止运动； 步骤5 :脱离过程：子样品到达保压分装单元后，卡爪前端的换针首先脱离样品管，然 后在丝杆装置的驱动下，卡爪脱离样品管，并且移出保压分装单元，返回样品抓取及推送单 元；关闭保压分装单元两端的两个球阀，并关闭切割单元与保压分装单元之间的球阀，卸除 保压分装单元，完成一次子采集操作； 步骤6 :重新安装保压分装单元过程：在样品抓取及推拉单元与切割单元之间，重新安 装保压分装单元，压力自适应调节单元向保压分装单元的保压舱体的舱室内补充加压，直 到与其他舱体的舱室内压力相同为止，重复步骤2?步骤5,实现多次采样。
【文档编号】G01N1/28GK104215483SQ201410419344
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】陈家旺, 罗高生, 刘俊波, 顾临怡, 郑孟军, 吴新然 申请人:浙江大学