[實用新型]水庫淤積物低擾動切削式取樣刀頭

有效

• 申請號: 201320413564.9
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN203422245U
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）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）人: 黃河水利委員會黃河水利科學研究院
• 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所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴

技術領域:

本實用新型涉及一種水下取樣設備的關鍵部件，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：

目前，獲取水下淤泥質沉積物的取樣器有抓斗式、箱式、冷凍式、重力式等取樣設備。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；隨著技術的不斷進步，在海洋上出現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，通過船上的監控設備找到目標后操控抓斗進行取樣，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動鏟刀臂轉動以采集樣品，耿雪樵,?徐行等所著“我國海洋取樣設備的現狀與發展趨勢”?地質裝備,?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量較高，其工作原理是在取樣頭內裝冷凍液，作業時樣品凍結在內腔室，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“冰凍取樣器的結構設計”[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計”[J].?機械設計與制造,?2011,?(1):?24-26.，但是其操作復雜、設備龐大，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硬度和設備結構形狀與配重，在海洋沉積物取樣方面已有運用。總體而言，采用重力式取樣器是目前綜合性價比較高的技術手段。

對此，近年來黃河水利科學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的低擾動柱狀深水庫區取樣設備：楊勇,?張慶霞,?陳豪,?鄭軍所著“深水水庫低擾動取樣設備設計及性能分析[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械設計”.?水利水電科技進展,?2012,?32(S2):?18-19：設計的取樣器內徑90mm、管長10m，主要由導流裝置、觸發裝置、取樣裝置等部分組成。當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，觸發釋放機構動作，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構來切斷并托住淤積物。由于活塞產生的吸力使取樣管內壁與樣品之間的摩擦力平衡抵消，這樣，在取樣管內便充滿了低擾動的淤積樣品。在三門峽庫區進行的深水取樣初步試驗表明，對于硬質河床淤積泥沙達到穩定干容重，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，會對樣品造成較大擾動。因此，必須設計合理的機械結構，使抓簧在下扎時保持張開狀態，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，軟質泥沙相對更容易從間隙中泄露，由于庫區船只一般相對較小，取樣器更加容易產生擺動、打轉，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”其基本結構是有數個側通槽的鋸齒形環刀與簧片管滑動配合，管內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、上接頭依次螺紋聯接，中接頭下部有球閥，兩半合管內壁裝土樣筒，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，對樣品產生較大擾動，難以保證樣品原狀性；3、簧片始終向內收縮用力剮蹭樣品，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，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。

發明內容：

為了解決獲取水庫淤泥質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計合理、結構簡單、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，從而為準確分析水庫淤積物物理化學特性提供技術支撐。

本實用新型的技術方案是以下述方式實現的：