專利名稱：一種機械手持式深海靜水壓力驅動取樣器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械設備技術領域，涉及一種利用深海原位靜水壓力能驅動采樣
的機械手持式深海取樣器，適合于海底各類軟巖層的鉆探取芯。
技術背景對于在海下一定深度作業的設備而言，海洋靜水壓力能是一個可供選擇的能量來 源。目前在使用中的深海取樣器種類很多，其中機械手持式采樣器在海底定點小范圍采樣 具有自身的優點；但是，對于機械手持式采樣器， 一般都需要由載人深潛器或者R0V為其提 供動力能源；對于深海作業的潛器來說，就需要為了上述目的而攜帶更多的能源裝備，這無 疑是一種負擔，而且會影響到深潛器的工作效率。而且對于一般的機械手持式采樣器，它 只能采非常軟的沉積物樣品，對于硬度較大的深海沉積物就無能為力(如CN02150917. 4 ; CN02280131. 6)。因此，有必要提供一種新的機械手持式海底沉積物采樣器，對于軟、硬沉積 物均可被采集，能適應海底復雜工況和設備輕量化。
發明內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種機械手持式深海靜水壓力驅
動取樣器，適合海底各類軟巖層的鉆探取芯，可通過深海載人深潛器或者ROV利用水下的
機械手操作，在海底小范圍進行具有針對性的采樣分析。 本實用新型包括機械手持部件、沖擊驅動部件、取樣筒部件。 機械手持部件包括豎直固定設置在上端蓋頂部的手持桿，手持桿外套有彈簧，手 柄與手持桿配合連接，可以沿手持桿上下滑動。 沖擊驅動部件包括上端蓋、沖擊筒、下端蓋、高壓筒、配流閥、導向筒、支撐筒、上活 塞桿、下活塞桿、驅動活塞。上端蓋和下端蓋分別固定在沖擊筒的兩個端面上，導向筒設置 在下端蓋的下部，配流閥和支撐筒設置在高壓筒內，高壓筒的兩端分別與上端蓋和下端蓋 固定連接，支撐筒的底部與下端蓋固定連接、頂部與配流閥的底部固定連接，沖擊筒、高壓 筒、支撐筒和導向筒同軸設置。上端蓋開有進水孔，高壓筒的內腔通過進水孔與外界連通。 支撐筒的下部和高壓筒的下部對應位置開有通孔。驅動活塞設置在支撐筒內，上活塞桿的 底部以及下活塞桿的頂部均與驅動活塞固定連接。所述的配流閥包括配流閥芯和套置于配 流閥芯外的配流閥體，配流閥體的頂部與頂蓋固定連接，頂蓋與高壓筒的側壁固定連接。 上活塞桿依次穿過頂蓋、配流閥芯和配流閥體的底部設置。沿上活塞桿的圓周由 上至下依次開有上環形槽、中上環形槽、中下環形槽和下環形槽，沿上活塞桿的中心軸開有 上中心孔和下中心孔，上中心孔的一端開口于上活塞桿的頂部、另一端與上環形槽底部開 口連通，下中心孔的一端開口于上活塞桿的底部、另一端與中上環形槽底部開口連通，下環 形槽底部開口與下中心孔相連通。下活塞桿穿過下端蓋設置。 配流閥體為圓柱筒形，外徑與高壓筒的內徑匹配，配流閥體的內壁中部沿圓周開 有兩條平行的環形溝槽，配流閥體的側壁沿同一軸線分別開有上通水管和下通水管。上通水管的一端與頂蓋開設的通水口連通、另一端開口于上部環形溝槽的底部；下通水管的一 端直接開口于配流閥體的底部、另一端開口于下部環形溝槽的底部。配流閥體側壁的上部 沿徑向開有上通水孔、下部沿徑向開有下通水孔、中部沿徑向開有排水孔，上通水孔、下通 水孔和排水孔分別與高壓筒側壁的開孔位置對應，頂蓋側壁對應上通水孔位置開有通水 孔。 配流閥芯包括三段圓柱體，上、下兩段的直徑與配流閥體的內徑匹配，中間段的直 徑小于上、下兩段的直徑，配流閥芯整體的縱截面為工字形，其中中部內凹成圓環形通水槽。 取樣筒部件包括插筒、刀筒和襯筒。刀筒的頂蓋的直徑與導向筒內徑匹配，刀筒與
導向筒形成滑動配合，下活塞桿的底部與刀筒的頂蓋固定連接，刀筒的頂蓋開有排水通孔。 插筒設置在刀筒內，插筒的底部為圓錐形，插筒的下部與刀筒的下部固定連接，插筒的上部 與刀筒內壁具有間隙。襯筒設置在刀筒內，襯筒下部設置在插筒與刀筒之間的間隙中，并 與刀筒形成滑動配合，襯筒的頂部設置有襯筒蓋，襯筒蓋上開有通孔，襯筒蓋的下設置有擋 圈，襯筒蓋與擋圈之間設置有金屬濾網。 本實用新型與背景技術相比，具有的有益效果是它利用了深海靜水壓力能，結合 了 "重力驅動"和"振動驅動"兩種驅動形式，能夠利用取樣器本身的重力勢能和深海靜水 壓力能進行工作，而不需要由深潛器提供動力，能適應海底復雜工況和實現設備輕量化，既 能對深海的軟沉積物進行采集，又可以對較硬的沉積物進行采集，且在對較硬沉積物的采 集方式上具有其獨特的優勢。本實用新型裝置操作簡單，是一套專門供ROV和載人深潛器 在深海利用機械手進行沉積物采樣的無源采樣裝置。
圖1是本實用新型的總體結構示意圖； 圖2是圖1中配流閥結構示意圖； 圖3是圖1中取樣筒結構示意圖。
具體實施方式如圖1，機械手持式深海靜水壓力驅動保真取樣器包括機械手持部件、沖擊驅動部 件、取樣筒部件。 機械手持部件包括豎直固定設置在上端蓋4頂部的手持桿2，手持桿2外套有彈簧 3，手柄1與手持桿2配合連接，可以沿手持桿2上下滑動。 沖擊驅動部件包括上端蓋4、沖擊筒8、下端蓋10、高壓筒18、配流閥、導向筒11、 支撐筒17、上活塞桿19、下活塞桿12、驅動活塞9。上端蓋4和下端蓋IO分別固定在沖擊 筒8的兩個端面上，導向筒11設置在下端蓋10的下部，配流閥和支撐筒17設置在高壓筒 18內，高壓筒18的兩端分別與上端蓋4和下端蓋10固定連接，支撐筒17的底部與下端蓋 10固定連接、頂部與配流閥的底部固定連接，沖擊筒8、高壓筒18、支撐筒17和導向筒11同 軸設置。上端蓋4開有進水孔20，高壓筒18的內腔通過進水孔20與外界連通。支撐筒17 的下部和高壓筒18的下部對應位置開有通孔。驅動活塞9設置在支撐筒17內，上活塞桿 19的底部以及下活塞桿12的頂部均與驅動活塞9固定連接。配流閥包括配流閥芯7和套
4置于配流閥芯7外的配流閥體6，配流閥體6的頂部與頂蓋5固定連接，頂蓋5與高壓筒18 的側壁固定連接。 如圖2，上活塞桿19依次穿過頂蓋5、配流閥芯7和配流閥體6的底部設置。沿上 活塞桿19的圓周由上至下依次開有上環形槽33、中上環形槽29、中下環形槽28和下環形 槽25。沿上活塞桿19的中心軸開有上中心孔36和下中心孔26，上中心孔36的一端開口 于上活塞桿19的頂部，另一端與上環形槽33底部開口連通，下中心孔26的一端開口于上 活塞桿19的底部、另一端與中上環形槽29底部開口連通，下環形槽25中部開口與下中心 孔26相連通。下活塞桿12穿過下端蓋10設置。 如圖2，配流閥體6為圓柱筒形，外徑與高壓筒18的內徑匹配，配流閥體6的內壁 中部沿圓周開有兩條平行的環形溝槽，配流閥體6的側壁沿同一軸線分別開有上通水管22 和下通水管24。上通水管22的一端與頂蓋5開設的通水口 21連通、另一端開口于上部環 形溝槽32的底部；下通水管24的一端直接開口于配流閥體6的底部、另一端開口于下部環 形溝槽31的底部。配流閥體6側壁的上部沿徑向開有上通水孔34、下部沿徑向開有下通水 孔27、中部沿徑向開有排水孔30，上通水孔34、下通水孔27和排水孔30分別與高壓筒18 側壁的開孔位置對應，頂蓋5側壁對應上通水孔34位置開有通水孔35。 配流閥芯7包括三段圓柱體，上、下兩段的直徑與配流閥體6的內徑匹配，中間段 的直徑小于上、下兩段的直徑，配流閥芯7整體的縱截面為工字形，其中中部內凹成圓環形 通水槽23。 如圖3，取樣筒部件包括插筒16、刀筒13和襯筒15。刀筒13的頂蓋5的直徑與導 向筒11內徑匹配，刀筒13與導向筒11形成滑動配合，下活塞桿12的底部與刀筒13的頂 蓋5固定連接，刀筒13的頂蓋開有排水通孔37。插筒16設置在刀筒13內，插筒16的底部 為圓錐形，插筒16的下部與刀筒13的下部固定連接，插筒16的上部與刀筒13內壁具有間 隙。襯筒15設置在刀筒13內，襯筒15下部設置在插筒16與刀筒13之間的間隙中，并與 刀筒13形成滑動配合，襯筒15的頂部設置有襯筒蓋14，襯筒蓋14上開有通孔38，襯筒蓋 14的下設置有擋圈39，襯筒蓋14與擋圈39之間設置有金屬濾網40。 該深海靜水壓力驅動取樣器的工作過程如下 1.取樣器由深潛器攜帶入深海想要采樣的地點，此時的取樣器狀態(如圖l所 示)，高壓筒18的頂部位置空間通過進水孔20進入了高壓海水，并充滿高壓筒18的頂部空 間；之后高壓海水經過上活塞桿19的上中心孔36流入到上環形槽33所處的位置，使得配 水閥芯7的上端處于高壓；配水閥芯7的下端因為上活塞桿19的中下環形槽28和下通水 孔27連通著沖擊筒8內的低壓空間而處于低壓，上下兩端面的壓力差作用使得配流閥芯7 處于下極限位置，由此封閉了上部環形溝槽32而關閉了通水管22，同時連通了下部環形溝 槽31而打開了排水孔30和下通水管24。由于上述原因，下通水管24，圓環形通水槽23，排 水孔30連通成一個通道使得驅動活塞9的上部空間處于低壓，因為驅動活塞9的下端空間 總是連通著低壓腔的，所以驅動活塞9上下兩端所受的壓力平衡，于是整個取樣器的各個 部件在重力作用下將處于圖1所示的狀態。 2.準備開始工作時，機械手夾持手柄l，將取樣器豎直插向海底沉積物一定深度 直到不能再繼續插為止。在此過程中，襯筒15內的海水通過金屬濾網40，通孔38和排水通 孔37排出，插筒16受到了海底沉積物的反作用力并將力傳給了刀筒13，刀筒又將反作用力經過下活塞桿12并經過驅動活塞9傳遞給了上活塞桿19，使得刀筒13、襯筒15、下活塞桿 12、驅動活塞9和上活塞桿19均向上移動一段距離，直到刀筒的頂部端面和下端蓋10的下 端面接觸。這個時候，上活塞桿19也將處于其上極限位置，上活塞桿19的中上環形槽29 連通高壓筒18上部的高壓海水并經過上活塞桿19的中心軸開有的下中心孔26連通下環 形槽25的開孔接通配水閥芯7的下端面而使得配水閥芯7下端面處于高壓，同時中下環形 槽28通過上通水孔34及其對應位置的通水孔35，連通著低壓腔而使得配水閥芯上端面處 于低壓，壓力差讓配水閥芯動作，向上移動到上極限位置，由此打開了上部環形溝槽32而 連通了通水管22，同時也打開了下部環形溝槽31而連通了下通水管24，但是關閉了排水孔 30。這樣，海水將流經頂蓋5開設的通水口 21，上通水管22，圓環形通水槽23和下通水管 24進入到驅動活塞9的上端空間，使得驅動活塞9的上端空間處于高壓，因為高壓筒18內 的上部空間總是處于高壓，這時候，整個取樣器的沖擊驅動單元將受到一個向上的靜水壓 力作用，此作用力頂起沖擊單元直到最高的極限位置，彈簧3也將被壓縮。同時刀筒13、下 活塞桿12、驅動活塞9和上活塞桿8的相對位置發生變化，取樣器又回到圖1所示的狀態， 上活塞桿19將處于其下極限位置。 當上活塞桿將處于其下極限位置的同時，高壓海水經過上活塞桿的上中心孔36 流入到上環形槽33所處的位置，使得配水閥芯7的上端處于高壓；同時下環形槽25和下通 水孔27連通著沖擊筒8內的低壓腔而使得配水閥芯7的下端處于低壓，壓力差作用使得配 水閥芯7再次處于下極限位置封閉了上部環形溝槽32而關閉了上通水管22，同時連通了 下部環形溝槽31而打開了排水孔30。驅動活塞9的上部空間因為下通水管24，圓環形通 水槽23，排水孔30相互連通處于低壓，而驅動活塞9的下端空間總是連接低壓腔，由此取樣 器的沖擊單元將在重力作用下下降，下端蓋10的下端面撞擊刀筒13的頂部端面，彈簧3的 彈性勢能也將釋放出來，重力勢能和彈性勢能經過刀筒傳給插筒16，使得插筒16插入沉積 物一定深度并停止。取樣器完成一次單程"打樁"動作。取樣器重復上述動作，襯筒15內 將逐漸充滿沉積物樣品。直到取樣器設計可利用的靜水壓力能耗盡。 3.當沉積物逐漸充滿樣品襯筒15時，沉積物會頂到襯筒蓋14并帶動襯筒15向上 運動，當襯筒蓋14碰到刀筒13的上端的內部的圓柱面表面時，表明沉積物已經充滿了襯筒 13，此時襯筒15下部的梅花瓣將脫離插筒16，合攏切斷沉積物，并實現封口，完成了取樣動 作。之后，機械手夾持受柄l將取樣器帶回深潛器。
權利要求一種機械手持式深海靜水壓力驅動取樣器，包括機械手持部件、沖擊驅動部件、取樣筒部件，其特征在于機械手持部件包括豎直固定設置在上端蓋頂部的手持桿，手持桿外套有彈簧，手柄與手持桿配合連接，可以沿手持桿上下滑動；沖擊驅動部件包括上端蓋、沖擊筒、下端蓋、高壓筒、配流閥、導向筒、支撐筒、上活塞桿、下活塞桿、驅動活塞；上端蓋和下端蓋分別固定在沖擊筒的兩個端面上，導向筒設置在下端蓋的下部，配流閥和支撐筒設置在高壓筒內，高壓筒的兩端分別與上端蓋和下端蓋固定連接，支撐筒的底部與下端蓋固定連接、頂部與配流閥的底部固定連接，沖擊筒、高壓筒、支撐筒和導向筒同軸設置；上端蓋開有進水孔，高壓筒的內腔通過進水孔與外界連通；支撐筒的下部和高壓筒的下部對應位置開有通孔；驅動活塞設置在支撐筒內，上活塞桿的底部以及下活塞桿的頂部均與驅動活塞固定連接；所述的配流閥包括配流閥芯和套置于配流閥芯外的配流閥體，配流閥體的頂部與頂蓋固定連接，頂蓋與高壓筒的側壁固定連接；上活塞桿依次穿過頂蓋、配流閥芯和配流閥體的底部設置；沿上活塞桿的圓周由上至下依次開有上環形槽、中上環形槽、中下環形槽和下環形槽，沿上活塞桿的中心軸開有上中心孔和下中心孔，上中心孔的一端開口于上活塞桿的頂部、另一端與上環形槽底部開口連通，下中心孔的一端開口于上活塞桿的底部、另一端與中上環形槽底部開口連通，下環形槽底部開口與下中心孔相連通；下活塞桿穿過下端蓋設置；配流閥體為圓柱筒形，外徑與高壓筒的內徑匹配，配流閥體的內壁中部沿圓周開有兩條平行的環形溝槽，配流閥體的側壁沿同一軸線分別開有上通水管和下通水管；上通水管的一端與頂蓋開設的通水口連通、另一端開口于上部環形溝槽的底部；下通水管的一端直接開口于配流閥體的底部、另一端開口于下部環形溝槽的底部；配流閥體側壁的上部沿徑向開有上通水孔、下部沿徑向開有下通水孔、中部沿徑向開有排水孔，上通水孔、下通水孔和排水孔分別與高壓筒側壁的開孔位置對應，頂蓋側壁對應上通水孔位置開有通水孔；配流閥芯包括三段圓柱體，上、下兩段的直徑與配流閥體的內徑匹配，中間段的直徑小于上、下兩段的直徑，配流閥芯整體的縱截面為工字形，其中中部內凹成圓環形通水槽；取樣筒部件包括插筒、刀筒和襯筒；刀筒的頂蓋的直徑與導向筒內徑匹配，刀筒與導向筒形成滑動配合，下活塞桿的底部與刀筒的頂蓋固定連接，刀筒的頂蓋開有排水通孔；插筒設置在刀筒內，插筒的底部為圓錐形，插筒的下部與刀筒的下部固定連接，插筒的上部與刀筒內壁具有間隙；襯筒設置在刀筒內，襯筒下部設置在插筒與刀筒之間的間隙中，并與刀筒形成滑動配合，襯筒的頂部設置有襯筒蓋，襯筒蓋上開有通孔，襯筒蓋的下設置有擋圈，襯筒蓋與擋圈之間設置有金屬濾網。
專利摘要本實用新型涉及一種機械手持式深海靜水壓力驅動取樣器。現有機械手持式采樣器只能采集非常軟的沉積物樣品。本實用新型包括機械手持部件、沖擊驅動部件、取樣筒部件。機械手持部件的手柄可以沿手持桿上下滑動。沖擊驅動部件包括同軸設置的沖擊筒、高壓筒、支撐筒和導向筒，以及上端蓋、下端蓋、配流閥、上活塞桿、下活塞桿、驅動活塞。上活塞桿穿過配流閥設置，下活塞桿穿過下端蓋設置，下活塞桿的底部與取樣筒部件中的保壓筒的頂部固定連接。取樣筒部件包括插筒、刀筒和襯筒。本實用新型利用了深海靜水壓力能，既能對深海的軟沉積物進行采集，又可以對較硬的沉積物進行采集。
文檔編號G01N1/20GK201488898SQ20092019226
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月25日 優先權日2009年8月25日
發明者劉敬彪, 葉葳, 王建軍, 秦華偉, 陳鷹, 魏雙豐 申請人:杭州電子科技大學