[實用新型]水庫淤積物低擾動切削式取樣刀頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320413564.9
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN203422245U
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊勇;鄭軍;張雷;張彬;張小成;高俊生;杜新武;陳豪
• 申請（專利權(quán)）人: 黃河水利委員會黃河水利科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N1/12
• 分類號: G01N1/12
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴

技術(shù)領(lǐng)域:

本實用新型涉及一種水下取樣設(shè)備的關(guān)鍵部件，尤其涉及一種水庫淤積物低擾動切削式取樣刀頭。

背景技術(shù)：

目前，獲取水下淤泥質(zhì)沉積物的取樣器有抓斗式、箱式、冷凍式、重力式等取樣設(shè)備。這些取樣器主要存在兩大問題：取樣時對樣品的擾動問題和取樣時樣品泄漏問題。抓斗式取樣器在目前河道取樣中應(yīng)用較為廣泛，但其存在取樣深度淺、成功率低和樣品擾動性大等缺點，其運用范圍受到了極大限制；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在海洋上出現(xiàn)了電視抓斗深海取樣器和箱式取樣器，前者的抓斗上裝有海底電視攝像頭，通過船上的監(jiān)控設(shè)備找到目標(biāo)后操控抓斗進(jìn)行取樣，程振波,?吳永華等著有.“深海新型取樣儀器—電視抓斗及使用方法”[J].?海岸工程,?2011,?30(1):?51-54；后者取樣箱為四方體，依靠重力使取樣箱插入海底沉積物中并驅(qū)動鏟刀臂轉(zhuǎn)動以采集樣品，耿雪樵,?徐行等所著“我國海洋取樣設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢”?地質(zhì)裝備,?2009,?10(4):?11-16，這兩種取樣器工作水深較大，但對樣品擾動較大；冰凍式取樣器取樣質(zhì)量較高，其工作原理是在取樣頭內(nèi)裝冷凍液，作業(yè)時樣品凍結(jié)在內(nèi)腔室，從而獲得低擾動沉積物的柱狀原狀樣品和界面水，李國民,?劉寶林,?等所著“冰凍取樣器的結(jié)構(gòu)設(shè)計”[J].?探礦工程,?2003,?(Suppl.):?179-182.及?郭威,?孫友宏,?陳晨所著“FPCS型天然氣水合物孔底冷凍保壓取樣器的設(shè)計”[J].?機(jī)械設(shè)計與制造,?2011,?(1):?24-26.，但是其操作復(fù)雜、設(shè)備龐大，取樣成本較高；重力式取樣器原理是取樣器在自身重力作用貫入水底取得柱狀樣品，取樣厚度取決于底質(zhì)硬度和設(shè)備結(jié)構(gòu)形狀與配重，在海洋沉積物取樣方面已有運用?？傮w而言，采用重力式取樣器是目前綜合性價比較高的技術(shù)手段。

對此，近年來黃河水利科學(xué)研究院借鑒深海淤積物保真取樣原理，改造并研制出基于重力式活塞技術(shù)的低擾動柱狀深水庫區(qū)取樣設(shè)備：楊勇,?張慶霞,?陳豪,?鄭軍所著“深水水庫低擾動取樣設(shè)備設(shè)計及性能分析[C]”.?第五屆黃河國際論壇論文,?2012.09；?楊勇,?鄭軍,?陳豪所著“深水水庫低擾動取樣器機(jī)械設(shè)計”.?水利水電科技進(jìn)展,?2012,?32(S2):?18-19：設(shè)計的取樣器內(nèi)徑90mm、管長10m，主要由導(dǎo)流裝置、觸發(fā)裝置、取樣裝置等部分組成。當(dāng)取樣器下放到距離河底還有一段距離時，平衡重塊先觸及河床，杠桿失去平衡，觸發(fā)釋放機(jī)構(gòu)動作，取樣管主體自由下落，在自重和慣性的作用下插入淤積物中，取樣管下端采用爪簧結(jié)構(gòu)來切斷并托住淤積物。由于活塞產(chǎn)生的吸力使取樣管內(nèi)壁與樣品之間的摩擦力平衡抵消，這樣，在取樣管內(nèi)便充滿了低擾動的淤積樣品。在三門峽庫區(qū)進(jìn)行的深水取樣初步試驗表明，對于硬質(zhì)河床淤積泥沙達(dá)到穩(wěn)定干容重，能夠取得厚度3m以上的柱狀樣品；但是，對于黃河軟質(zhì)淤積泥沙層，重力式活塞取樣器存在兩方面的問題：1）爪簧裝置的干擾問題。為了使取出的樣品在提升過程中不脫落，往往在取樣管底部增加爪簧以支撐沉積物。如果泥質(zhì)太軟，對爪簧密封片的推力有限，爪簧無法保證處于張開狀態(tài)，會對樣品造成較大擾動。因此，必須設(shè)計合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使抓簧在下扎時保持張開狀態(tài)，而在提升樣品時，及時閉合，完成取樣動作。2）泄露問題。爪簧簧片之間以及爪簧和襯管之間存在間隙，軟質(zhì)泥沙相對更容易從間隙中泄露，由于庫區(qū)船只一般相對較小，取樣器更加容易產(chǎn)生擺動、打轉(zhuǎn)，這些動作都會加劇樣品的流失。中國專利CN2083189公開了一種“水下泥沙原狀樣取樣器”其基本結(jié)構(gòu)是有數(shù)個側(cè)通槽的鋸齒形環(huán)刀與簧片管滑動配合，管內(nèi)有若干個簧片起承托泥沙作用，簧片管，兩半合管、棄土管、中接頭、重錘套管、上接頭依次螺紋聯(lián)接，中接頭下部有球閥，兩半合管內(nèi)壁裝土樣筒，該取樣器雖然拆卸方便，但也存在以下不足：1、需要使用鉆桿先伸入水下，如果水深較大，尤其水深超過60米，需要操縱連接鉆桿，增加購買鉆桿的費用和連接鉆桿的時間，成本較高；2、如果水深較大，錘擊工作費時費力，通過錘擊取樣，對樣品產(chǎn)生較大擾動，難以保證樣品原狀性；3、簧片始終向內(nèi)收縮用力剮蹭樣品，樣品表面受擾動較大，尤其難以獲得較稀軟樣品；4、取出樣品在鐵皮桶內(nèi)，無法用肉眼辨別樣品分層、顏色和性狀，不易切割分層分析樣品。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決獲取水庫淤泥質(zhì)沉積物的低擾動樣品困難問題，本實用新型目的就是提供一種設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、易操作和取樣效率高的水庫淤積物低擾動切削式取樣刀頭，從而為準(zhǔn)確分析水庫淤積物物理化學(xué)特性提供技術(shù)支撐。

本實用新型的技術(shù)方案是以下述方式實現(xiàn)的：