专利名称：自重驱动下层沉积物原位保气取样器的制作方法
技术领域：
本发明属于取样装置，尤其涉及一种自重驱动下层沉积物原位保气取样器。
背景技术：
目前我国应用于深海沉积物样品采集的采样器主要使用的是抓斗式和箱式两种类型，其取样的代表性较差。2003年12月10日公布的专利号为02291870.1之实用新型介绍了一种无边界扰动的深海沉积物保压采样装置，它包括如下两个部件框架部件包括吊放支架，中心杆，框架顶盖，蓄能器，十字架，框架撑脚，吊放支架与中心杆上端固联，中心杆穿过框架顶盖的中心孔能自由滑动，下端与十字架固联；十字架上对称安装两个蓄能器和两个采样筒，能随中心杆相对框架顶盖上下运动，蓄能器与采样筒间通过管路联接，框架顶盖与框架撑脚通过铰链联接；采样筒部件包括小钢缆，上端盖，保压筒体，导向筒，活塞导向套，拉伸弹簧，弹簧下固定板，挡块机构，下封口翻盖，衬筒，下端盖，刀筒，插筒，衬筒活塞，活塞固定套，细钢缆；1)保压筒体是两端带法兰的厚壁圆柱筒体，与上端盖和下端盖分别用高强度螺栓联接；2)导向筒用螺钉固定在上端盖的下端面中心支口处，起到对衬筒的导向作用；导向筒上部开有条形槽，活塞导向套能在导向筒内上下滑动；活塞导向套与弹簧下固定板通过四根拉伸弹簧联接，弹簧下固定板能在保压筒体内壁上下滑动；3)挡块机构用螺钉固定在导向筒的下端，突出的弹簧锁舌在采样时可以挡住活塞固定套外壁，防止衬筒上移；4)下封口翻盖通过铰链固定在下端盖上，两根细钢缆一端联接下封口翻盖的两边，另一端通过下端盖上的圆环向上联接到弹簧下固定板；下封口翻盖竖立在保压简体内壁的一侧，被衬筒外壁挡住；
5)衬筒活塞的上端与小钢缆联接，小钢缆在导向筒内穿过上端盖的中心孔，绕过固定在框架顶盖上的导向滑轮，再绕过固定在吊放支架上的滑轮，固定到悬挂在吊放支架下面的套钩上；衬筒上端与活塞固定套用螺纹联接，衬筒活塞被封在活塞固定套内，能带动活塞固定套、衬筒在小钢缆的牵引下一起运动；6)刀筒与下端盖底部端面用螺钉固联，刀筒下端与插筒用螺钉联接形成花瓣撑开机构，能保证无边界干扰采样；刀筒下端侧面和插筒下端侧面与端面形成60°的刀口。
这种结构的采样器的限位和密封设计涉及结构过多，过于复杂，不便于控制，尤其是其密封要通过钢丝绳关闭下封口翻盖来实现，在恶劣的海底环境下，关闭的可靠性不高，容易造成取样的失败。而且如此复杂的密封结构也限制了该采样器实现采集样品多次分层，不利于更细致的分析沉积物层状结构，同时还增加了采样器的重量，减少了其内部有效的利用空间。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种能够更方便可靠地实现采集样品密封、并且更有效利用采样器内部空间的自重驱动下层沉积物原位保气取样器。
为达到上述目的，本实用新型公开了一种自重驱动下层沉积物原位保气取样器，它包括套管组件，套管组件的下端设置刀头，套管组件的上端设置尾部提块，套管组件内设置可沿其内壁滑动的衬管组件，套筒组件上通过法兰联结密封球阀，在套管组件的上部设置开关密封球阀的机械驱动装置。
上述驱动装置包括活塞、活塞上设置的滑块行程调节螺母和设置在尾部提块内部的滑块，滑块通过钢丝绳与连杆联接，连杆通过螺栓与密封球阀的转柄绞接。
套管组件依次由下套筒、至少一个联接套筒和上套筒组成，相应密封球阀至少有两个，设置在相邻套筒之间。
上述衬管组件包括至少由二个衬管单元组成，顶部衬管单元的上方固定在机械驱动装置的活塞上，衬管单元依次相互活动联结，而且在衬管单元的底端分别设置锁闭装置。对于二个衬管单元组成的衬管组件，包括上衬管和下衬管，下衬管的长度与套筒组件中的联接套筒长度相对应，上下衬管之间利用锁闭装置挂接。锁闭装置包括若干瓣状的活门，它们分别铰接在上下衬管的下端周圈，下衬管上端内壁设置用于嵌入活门的卡口。活门位于竖直位置时嵌在卡口内，两单元段处于连接状态；活门向水平状态旋转时，从卡口中脱出，两单元段分离；活门处于水平状态时，恰好将连接处上方的单元段下端封闭。最上方的连接法兰上设置使上衬管中瓣状活门翻转的触发凸台。刀头的内腔形成可触发下衬管瓣状活门翻转的上窄下宽的台阶结构，刀头内壁台阶下方设置使位于竖直位置时的活门定位的卡槽。
本实用新型取样器利用机械装置驱动密封球阀实现密封，其关闭的可靠性高，保证了样品的严格密封，提高了采样的成功率。由于衬管可以包括两个以上相邻端首尾连接的单元段，依靠连接处设置用于将相邻单元段挂接或断开的锁闭装置，可以实现将衬管中的样品分成更多段保存，从而更好的分析沉积物的层状结构。另外，由于本实用新型结构简单，因此内部空间利用更加充分，故障少，易维修。
图1是本实用新型的整体结构示意图；图2是密封球阀及其驱动装置结构示意图；图3是图1中锁闭装置的局部放大图。
具体实施方式
本实用新型的整体结构如图1所示，它包括下套筒1、联接套筒2、上套筒3组成的套管组件，套管组件内设置可沿其内壁滑动的衬管组件，衬管组件的上端通过活塞连接件5与活塞6连接，活塞6上端通过钢丝绳7与释放装置8连接，活塞6上还通过螺纹连接设置有滑块行程调节螺母4，套管组件的下端设置刀头9，刀头9的前端带有环形尖刃。
下套筒1、联接套筒2和上套筒3之间设置密封球阀10和密封球阀11，并通过法兰12联接成一体。其中，下套筒1和上套筒3与法兰之间采用螺纹连接，联接套筒2和法兰12与密封球阀10、11之间采用螺栓紧固连接，并利用密封圈13进行密封。两个球阀10、11都关闭后，在套管组件内形成密封的保气舱14。
衬管组件包括上下两个相邻端首尾连接的衬管单元，在每个衬管单元的底端分别设置锁闭装置15；锁闭装置15包括若干瓣状的活门16，它们铰接在上衬管单元17和下衬管单元18的下端周圈，如图3所示，下衬管单元18上端内壁设置相应的卡口19，活门16旋转至竖直状态时刚好嵌入卡口19内，使两单元段处于挂接状态；球阀10上方的法兰形成凸台20，活门16在随衬管组件上升过程中，靠近铰接轴的一端碰触到该凸台20时，活门16向水平方向旋转，从卡19中脱出，两单元段分离，活门16翻转至水平状态时，恰好将上衬管单元17下端封闭；在球阀11的上方设置弹簧销21，衬管组件底端上升超过该位置时弹簧销21自动弹出，防止其回落。
下衬管单元18下端周圈铰接有若干瓣状的活门16，刀头9的内腔形成上窄下宽的台阶23，台阶23下方设置卡槽(图中未示出)，活门16位于竖直位置时下端卡在卡槽内；衬管组件整体上升时，活门16靠近铰接轴的一端碰触到台阶23，向上翻转从卡槽中脱出，并将下衬管单元18下端封闭；设置卡槽的目的是防止衬管组件未被提升时活门16被样品及海水冲击关闭。
如图2所示，上述球阀10、11都带有转柄，转动该转柄可将球阀10，11关闭，当球阀10、11都关闭时，在联接套筒2内形成密闭的保气仓14。上套筒3的上部通过螺纹连接尾部提块24，尾部提块24内设置有滑块25，滑块25通过钢丝绳26与连杆27相连，连杆27与两个球阀的转柄29铰接，保证工作时两球阀同步动作。为方便调整钢丝绳26的长短，可以在钢丝绳上增设可调节的螺纹连接装置。
实际使用时，先利用船等运载工具将本取样器运输到指定地点，然后，利用起吊装置将其投放到海里，释放前，取样器挂在释放装置8上，与释放装置8一起缓慢下放，取样器中的活塞6通过钢丝绳7与释放装置8连接，释放装置8通过钢丝丝绳30与船载绞车相连。当释放系统的势能定高平衡块28触及海底时，释放系统的平衡杆失衡，取样器从释放装置8脱落，快速插入海底沉积物层，沉积物从刀头9进入衬管组件中，然后利用船载绞车通过钢丝绳30向上提升释放装置8，释放装置8通过钢丝绳7牵引活塞6，活塞6带动衬管组件一起上升，在台阶23的作用下，活门16翻转至水平状态，将衬管组件下端关闭；当衬管组件下端经过弹簧销21位置后，弹簧销21弹出，以防止衬管组件回落；之后衬管组件继续上升，二个衬管单元间的活门16碰触到凸台20，活门16向水平状态旋转过程中，从卡口19中脱出，上下两衬管单元分离，活门16旋转至水平状态时，恰好将上衬管单元17下端封闭，同时也将样品在该处切断，下衬管单元18与上衬管单元17脱离后在重力作用下下落，下落至下端被弹簧销21挡住，停在保气舱14中；继续向提升活塞6，当滑块行程调节螺母4接触滑块25并带动滑块25上升时，一端与滑块25相连的钢丝绳26同时被牵动上提，带动其另一端连接的连杆27向上运动，连杆27驱动密封球阀转柄29将上下密封球阀10、11一起关闭，下衬管单元18被密封在保气舱14中。在钢丝绳30和钢丝绳7的牵引下，当活塞6下方的台阶与尾部提块4中的台阶接触后，活塞6不再相对套管组件上升，此时整体取样器被提升。最后，将整个取样器吊到船上，通过截止阀将样品气体抽出密封保存，将衬管单元取出后两端拧上紧密封盖保存，采样操作完成。在上述过程中，通过调整滑块行程凋节螺母4在活塞6上的位置，可以改变密封球阀关闭的时间。
上述实施例中的衬管仅包括两个单元段，实践中可以根据实际需要将其分为三个或更多，锁闭装置、密封球阀、弹簧销的数量也相应的增加，实现样品的多段密封保存，这些也在本实用新型的保护范围之内。
与现有技术相比，本实用新型自重驱动下层沉积物原位保气取样器利用带有机械驱动装置的密封球阀进行保气密封，因此球阀关闭的可靠性高，保证了采集样品的严格密封，提高了采样的成功率；另外，由于衬管组件可以包括超过两个由锁闭装置挂接的衬管单元，因此可以实现将衬管中的样品分成多个样品段保存，以便更好的分析沉积物的层状结构。其结构简单，内部空间利用充分合理，故障少，易维修。
以上所述取样器的零部件均采用耐腐蚀材料制作，可广泛用于海底沉积物的采样领域。
权利要求1.一种自重驱动下层沉积物原位保气取样器，它包括套管组件，套管组件的下端设置刀头，套管组件的上端设置尾部提块，套管组件内设置可沿其内壁滑动的衬管组件，其特征在于，套筒组件上通过法兰联结密封球阀，在套管组件的上部设置开关密封球阀的机械驱动装置。
2.根据权利要求1所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，所述机械驱动装置包括活塞、活塞上设置的滑块行程调节螺母和设置在尾部提块内部的滑块，滑块通过钢丝绳与连杆联接，连杆通过螺栓与密封球阀的转柄绞接。
3.根据权利要求1所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，套管组件依次由下套筒、至少一个联接套筒和上套筒组成，相应密封球阀至少有两个，设置在相邻套筒之间。
4.根据权利要求1或3所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，衬管组件至少由二个衬管单元组成，顶部衬管单元的上方固定在机械驱动装置的活塞上，衬管单元依次相互活动联结，而且在衬管单元的底端分别设置锁闭装置。
5.根据权利要求4所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，衬管组件包括上衬管和下衬管，下衬管的长度与套筒组件中的联接套筒长度相对应，上下衬管之间利用锁闭装置挂接。
6.根据权利要求4所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，锁闭装置包括若干瓣状的活门，它们分别铰接在上下衬管的下端周圈。
7.根据权利要求6所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，下衬管上端内壁设置用于嵌入活门的卡口，活门位于竖直位置时嵌在卡口内。
8.根据权利要求6所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，最上方的连接法兰上设置使上衬管中瓣状活门翻转的触发凸台。
9.根据权利要求6所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，刀头的内腔形成可触发下衬管活门翻转的上窄下宽的台阶结构。
10.根据权利要求9所述的自重驱动下层沉积物原位保气取样器，其特征在于，刀头内壁台阶下方设置使位于竖直位置时的活门定位的卡槽。
专利摘要本实用新型属于取样装置，具体涉及一种自重驱动下层沉积物原位保气取样器，它包括套管组件，套管组件的下端设置刀头，套管组件的上端设置尾部提块，套管组件内设置可沿其内壁滑动的衬管组件，套筒组件上通过法兰联结密封球阀，在套管组件的上部设置开关密封球阀的机械驱动装置。本实用新型采样器利用机械装置驱动密封球阀实现密封，其关闭的可靠性高，保证了样品的严格密封，提高了采样的成功率。另外，由于衬管组件包括至少二个衬管单元组成，可以将其中的样品分段保存，便于更好的了解沉积物的层状结构。
文档编号G01N1/10GK2888435SQ200520125848
公开日2007年4月11日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者周东辉, 莫成孝, 姜瑞林, 李巍然, 韩瑞宁 申请人:中国海洋石油总公司, 中国海洋大学, 中海油田服务股份有限公司