一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器的制作方法

本发明涉及海底底质沉积物取样设备，具体涉及一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器，用于深海海底底质柱状沉积物样品的获取。

背景技术：

在进行深海海洋沉积环境、海底沉积物声学、海洋工程地质、海底地质灾害识别与评价等的研究时，只有获取一定数量的海底沉积物原状样品，才能进行直接的沉积物粒度、结构、成份等的分析以及年代的测定，从而获取相应的地质信息。因此，柱状沉积物原状样的获取是海洋地质学等相关领域研究的重要前提和基础。

获取海底柱状沉积物的方法有很多，比如目前常用的主要有重力柱状取样器和振动活塞取样器。公告号cn2360587y的中国专利公开了一种“长岩芯重力活塞取样器”技术，依靠设备自重及下落过程中产生的冲力，使取样管钻进水下沉积物中进行取样；公告号cn100334436c的中国专利公开了“一种无边界扰动的单管沉积物采样器”技术，主要适用于浅水区域的沉积物取样；公告号cn101592562a的中国专利公开了“一种海底沉积物取样器”，采用重力与振动结合的方式，完成海底沉积物的取样，适用于硬底质沉积物的获取。

重力柱状取样器是一种结构简单、操作方便、取样质量高的取样器，被广泛应用在海底沉积物的取样中。重力柱状取样器获取的样品质量与取样器的配重密切相关，一般配重越大，获取的样品长度越大、质量越好。随着现在的海洋科研逐渐走向深远海，普通重力柱状取样器在深海，尤其是水深大于4000米海域的使用中遇到一系列问题。进行海底柱状沉积物取样时，绞车承受的是钢缆重量、取样器和配重的质量、取样器从海底沉积物中拨出时受到的摩擦力、所取沉积物质量之和。在利用传统重力柱状沉积物取样器进行深海柱状沉积物取样时，由于深度大，施放钢缆长度相应增加，船上地质绞车承受的钢缆重量显著增大，所以在绞车承重能力一定的情况下，不能一味地通过增加配重来获取高质量的沉积物样品。当利用承重能力较差的船载地质绞车进行深海柱状沉积物取样时，由于传统重力柱状取样器上可附带的铅块荷载较小，使得取样效果较差，甚至不能取到沉积物样品，这限制了传统重力柱状取样器在深海地质取样中的应用。而如果可以在取样器回收之前(从海底沉积物中拨出取样器前)抛掉铅块荷载，则可以大大降低取样器从海底拨出时地质绞车承受的拉力，使我们不必考虑取样器铅块荷载对绞车承重的影响，使我们可以在一定范围内增加铅块荷载，提高取样质量。

因此，根据调查船绞车的承受能力、取样要求、所需配重等确定在从海底沉积物中拨出取样器前是否抛弃所载铅块荷载，从而减小船载绞车钢缆所受的拉力，增加重力柱状沉积物取样器在深海的适用范围和取样效果，满足深海沉积物取样需求，提出一种新型可抛荷载式重力柱状沉积物取样器，是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器，以填补目前没有该种类型重力柱状沉积物取样器的空白，增加重力柱状沉积物取样器在深海的适用范围和取样效果。

一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器，其特征在于该装置包括取样管，该取样管下端连接刀口，取样管与刀口之间设有防样品流失的保护装置，取样管内装样品管；取样管顶部安装可拆卸的筒状提头固定装置，提头固定装置顶部设有开孔，有样品保护盖通过设置在提头固定装置顶部的保护盖转轴与该提头固定装置连接；所述提头固定装置上下两端分别设有径向的上凸台和径向的下凸台，其中下凸台的外缘设有一个释放器转轴，所述释放器转轴上安装有释放器；所述释放器包括位于上部的圆柱、位于中部的立柱和位于底部的轴套、底柱以及配重球，其中所述立柱顶部连接于所述圆柱的中部，且二者组成t形结构，所述轴套垂直连接于立柱的底部，所述底柱连接于轴套的外侧面，且底柱与所述圆柱、立柱和轴套分别垂直，所述底柱的另一端安装有配重球，且作为立柱与底柱结合部分的轴套固定于所述的释放器转轴上；提头固定装置外侧安装有提头，所述提头包括水平承重板和焊接在水平承重板上的提环，所述水平承重板通过中部的方形开孔套在提头固定装置的中部，并在提头固定装置上下两端的凸台之间活动；所述水平承重板上对称开有两个固定孔，此外该水平承重板的边缘设有一个开口，并在水平承重板的上表面设有一道与所述开口交叉垂直的浅弧形凹槽，在浅弧形凹槽的两侧设有插槽，所述释放器的立柱可进入所述开口中，且所述圆柱可落于所述的浅弧形凹槽之上；取样管的中上部固定有承重座，承重座两侧对称安装有两个荷载固定轴转轴，荷载固定轴转轴上分别安装荷载固定轴；铅块荷载穿过荷载固定轴叠放在承重座上，荷载固定轴上端伸入提头的固定孔中。

所述的一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器，其特征在于提头固定装置中部两侧对称安装有两个可拆卸的承重销钉；所述承重销钉的高度低于荷载固定轴顶端的高度。所述承重销钉可以方便的拆卸和安装，根据调查船绞车的承受能力、取样要求、所需配重等确定从海底沉积物中拨出取样器前是否抛弃铅块荷载，进而通过拆除或安装承重销钉实现是否抛荷载，其中，安装承重销钉后，荷载固定轴无法从固定孔中脱出，可以实现不抛荷载，这与传统的重力柱状沉积物取样器基本一致，不安装承重销钉则可以实现地质绞车收缆时取样器的抛荷载功能。

所述的一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器，其特征在于在浅弧形凹槽两侧的插槽上还设有一个用于固定所述圆柱的固定卡扣。所述固定卡扣可以保证在取样器入水前，释放器上端的圆柱不从提头的浅弧形凹槽中脱出。

所述释放器可沿释放器转轴自由旋转，在取样器下放过程中，释放器上端的圆柱卡在提头的浅弧形凹槽中，当取样器触底后，受惯性力作用，提头继续向下运动，释放器上端的圆柱从提头的浅弧形凹槽中脱出，并在释放器结构另外一端配重球的重力作用下沿释放器转轴旋转90°。

所述的一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器，其特征在于所述荷载固定轴可绕荷载固定轴转轴转动180°。便于铅块荷载的抛弃。当取样器触底、船上地质绞车收缆时，提头向上移动，并卡在提头固定装置的上凸台下方，荷载固定轴从提头的两个固定孔中脱出，并在铅块荷载的重力作用下完成转动和抛荷载。

所述的一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器，其特征在于所述样品保护盖通过保护盖转轴固定在提头固定装置的上凸台的上表面上，取样器下放时，在水流的作用下，样品保护盖保持开敞状态，最大开敞角度为70°；在取样器回收时，由于重力作用，样品保护盖落下，并对获取的样品进行保护。

所述提头固定装置可拆卸，以方便设备的保养和维修。

所述提头只能沿提头固定装置上下移动，而不能在水平方向上旋转。

显然，本发明结构合理，操作方便，满足深海柱状沉积物的取样需求，相比于传统的重力柱状沉积物取样器，该设备对船载地质绞车的要求相对较低，可以以较小的成本来降低重力柱状沉积物取样器对船上地质绞车性能的要求，扩大重力柱状沉积物取样器在深海的适用范围，尤其是使设施较为陈旧的海洋调查船实现深海重力柱状沉积物取样工作具有重要意义，也是海底底质调查取样设备的重要补充。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的提头固定装置4的结构示意图。

图3是本发明的释放器6的结构示意图。

图4是本发明的提头5的结构示意图。

图5是图4的局部放大图。

图6是本发明的承重座9和荷载固定轴10的结构示意图。

图7是本发明的铅块荷载11的俯视图。

图8是本发明上半部分的侧视图。

图9是本发明的正视图。

其中，1、取样管，2、刀口，3、样品管，4、提头固定装置，5、提头，6、释放器，7、样品保护盖，8、承重销钉，9、承重座，10、荷载固定轴，11、铅块荷载，12、固定卡扣，41、保护盖转轴，42、释放器转轴，43、上凸台，44、下凸台，51、提环，52、水平承重板，53、方形开孔，54、固定孔，55、开口，56、浅弧形凹槽，57、插槽，61、圆柱，62、立柱，63、轴套，64、底柱，65、配重球，91、荷载固定轴转轴。

具体实施方式

一种可抛荷载式深海重力柱状沉积物取样器，

如图1、2、8、9所示，其特征在于该装置包括取样管1，该取样管1下端连接刀口2，取样管1与刀口2之间设有防样品流失的保护装置，取样管1内部装有样品管3；取样管1顶部装有提头固定装置4，提头固定装置4顶部通过保护盖转轴41连接样品保护盖7，所述样品保护盖7的最大开敞角度为70°；

如图2，所述提头固定装置4上下两端分别设有径向的上凸台43和径向的下凸台44，其中下凸台44的外缘设有一个释放器转轴42；

如图3，所述释放器6包括位于上部的圆柱61、位于中部的立柱62和位于底部的轴套63、底柱64以及配重球65，其中所述立柱62顶部连接于所述圆柱61的中部，且二者组成t形结构，所述轴套63垂直连接于立柱62的底部，所述底柱64连接于轴套63的外侧面，且底柱64与所述圆柱61、立柱62和轴套63分别垂直，所述底柱64的另一端安装有配重球65，且作为立柱62与底柱64结合部分的轴套63固定于所述的释放器转轴42上；

如图1、8、9，提头固定装置4外侧安装有提头5；

如图2、4、5，所述提头5包括水平承重板52和焊接在水平承重板52上的提环51，所述水平承重板52通过中部的方形开孔53套在提头固定装置4的中部，并在提头固定装置4上下两端的凸台之间活动；所述水平承重板52上对称开有两个固定孔54，此外该水平承重板52的边缘设有一个开口55，并在水平承重板52的上表面设有一道与所述开口55交叉垂直的浅弧形凹槽56，在浅弧形凹槽56的两侧设有插槽57，所述释放器6的立柱62可进入所述开口55中，且所述圆柱61可落于所述的浅弧形凹槽56之上；

如图1、6、8、9，取样管1中上部固定有承重座9，承重座9两侧对称安装有两个荷载固定轴10，且荷载固定轴10底部通过荷载固定轴转轴91连接于所述承重座9上；

如图1、7、8、9，铅块荷载11穿过荷载固定轴10叠放在承重座9上，荷载固定轴10上端伸入提头5的固定孔54中；

如图1、8、9，所述样品保护盖7通过保护盖转轴41固定在提头固定装置4上凸台43的上表面上，当取样器下放时，样品保护盖7保持开敞状态，最大开敞角度为70°；在取样器回收时，样品保护盖7落下，并对获取的样品进行保护；

如图2、4，所述提头5的水平承重板52上对称开有两个固定孔54，用于固定荷载固定轴10，且提头5只能在提头固定装置4的上下凸台之间移动，而不能在水平上旋转；

如图3，所述释放器6可沿释放器转轴42自由旋转，在取样器下放过程中，释放器6上端的圆柱61卡在提头5的浅弧形凹槽56中，当取样器触底后，受惯性力作用，提头5继续向下运动，释放器6上端的圆柱61从提头5的浅弧形凹槽56中脱出，并在释放器6结构另外一端配重球65的重力作用下沿释放器转轴42旋转90°；

如图1、8、9，所述承重销钉8的拆卸和安装可以实现抛荷载和不抛荷载功能的转换，其中，安装承重销钉8可以实现不抛荷载，不安装承重销钉8则可以实现取样器的抛荷载功能，从而实现两用效果；

如图6，所述荷载固定轴10可绕荷载固定轴转轴91转动180°。当取样器触底、船上地质绞车收缆时，提头5向上移动，并卡在提头固定装置4的上凸台43下方，荷载固定轴10从提头5的两个固定孔54中脱出，并完成转动和抛荷载；

如图1、9，所述固定卡扣12可以保证在取样器入水前，释放器6上端的圆柱61不从浅弧形凹槽56中脱出。

当选择抛荷载模式时，本取样器的工作过程如下：

①、检查取样器的设备状况，检查取样器各部件是否连接牢固；

②、取下刀口2，装入样品管3，并依次装好防样品流失的保护装置和刀口2；

③、将提头5提至提头固定装置4上凸台43的下方，根据取样要求，通过荷载固定轴10将适当数量的铅块荷载11叠放在承重座9上；

④、向下移动提头5，将荷载固定轴10的上端伸入水平承重板52上的固定孔54中，将释放器6上端的圆柱61卡在提头5的浅弧形凹槽56中，并安装固定卡扣12；

⑤、不安装承重销钉8，将取样器提头5的提环51与船上地质绞车的钢缆连接，利用地质绞车将取样器吊离后甲板，在取样器入海前卸下固定卡扣12，便于取样器触底时释放器6上端的圆柱61从提头5的浅弧形凹槽56中脱出；

⑥、利用地质绞车将取样器匀速下放，当取样器触底后，受惯性力作用，提头5继续向下运动，释放器6上端的圆柱61从提头5的浅弧形凹槽56中脱出，并在释放器6另外一端配重球65的重力作用下沿释放器转轴42旋转90°。

⑦、当船上地质绞车收缆时，提头5向上移动，并卡在提头固定装置4上凸台43的下方，荷载固定轴10从提头5的两个固定孔54中脱出，在铅块荷载11自身重力的作用下，带动荷载固定轴10完成转动和抛荷载。

⑧、将取样器收至后甲板，检查取样状况，依次拆下刀口2和防样品流失的保护装置，取出样品管3，根据预定的试验项目对样品进行封存或现场分样，同时对取样设备进行维护和保养。

当选择不抛荷载模式时，本取样器的工作过程如下：

①、检查取样器的设备状况，检查取样器各部件是否连接牢固；

②、取下刀口2，装入样品管3，并依次装好防样品流失的保护装置和刀口2；

③、将提头5提至提头固定装置4的上凸台43下方，根据取样要求，通过荷载固定轴10将适当数量的铅块荷载11叠放在承重座9上；

④、向下移动提头5，将荷载固定轴10的上端伸入水平承重板52上的固定孔54中，安装承重销钉8；

⑤、利用地质绞车将取样器匀速下放，当取样器触底后，利用船上地质绞车将取样器回收至后甲板，检查取样状况，依次拆下刀口2和防样品流失的保护装置，取出样品管3，根据预定的试验项目对样品进行封存或现场分样，同时对取样设备进行维护和保养。