基于可控單向閥串聯(lián)結(jié)構(gòu)的深海海水保壓取樣器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種取樣器，尤其涉及一種適用于自主式水下機(jī)器人(AUV)的基于可控單向閥串聯(lián)結(jié)構(gòu)的深海海水保壓取樣器。
【背景技術(shù)】
[0002]深海是一個(gè)低溫、高壓和低溶解氧的極端環(huán)境，其中的深海生物與淺海、陸地生物相比，具有特殊適應(yīng)機(jī)制，并對(duì)應(yīng)特殊的基因資源。如何獲得高保真的深海微生物樣品已經(jīng)成為各國(guó)研究的重點(diǎn)。由于深海中許多有價(jià)值的微生物都是嗜壓微生物，它們?cè)诔合聼o(wú)法生長(zhǎng)甚至死亡。因此，深海海水保壓取樣是開(kāi)展深海微生物取樣的技術(shù)基礎(chǔ)。
[0003]目前，針對(duì)不同的任務(wù)要求，一系列的深海取水器已被研制出來(lái)。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710069092.9，名稱為《一種深海氣密采水瓶》的中國(guó)專利，研制了基于壓力自適應(yīng)平衡的深海氣密采水系統(tǒng)，其主要任務(wù)是采集能夠真實(shí)反映原位氣體成分組成信息的海水樣品，所以并未考慮保壓功能。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010290255.8，名稱為《深海微生物自動(dòng)保壓取樣器》的中國(guó)專利，研制了深海微生物自動(dòng)保壓取樣器，其通過(guò)設(shè)置擋水片的破裂閾值來(lái)控制取樣深度，然后通過(guò)單向閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保壓，但擋水片的破裂深度精度有限。專利申請(qǐng)?zhí)枮?3120942.6，名稱為《高純度保壓深海熱液取樣器》的中國(guó)專利，解決了樣品中含有非樣品海水問(wèn)題，且能夠自動(dòng)控制取樣速度以及進(jìn)行樣品保壓，但是需要水下機(jī)械手打開(kāi)取樣閥開(kāi)始取樣。
[0004]上述深海取水器在配備深海AUV方面存在以下困難:現(xiàn)有海水取樣器多為獨(dú)立裝備或者配備于載人潛器和R0V，這些取樣器體積較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有的甚至需要機(jī)械手來(lái)操作取樣過(guò)程;而AUV體積較小，大型的海水取樣器裝置難以直接配備;在高壓環(huán)境下，取樣裝置結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，失效概率越大;在深海高壓環(huán)境且AUV能源有限的情況下，機(jī)械手的每一個(gè)動(dòng)作都會(huì)增加能源消耗以及AUV自身的危險(xiǎn)性。另外，在深海環(huán)境尤其是全海深工作環(huán)境下，多數(shù)閥體以及徑向密封在巨大的壓力下發(fā)生泄漏的概率很大。為實(shí)現(xiàn)深海海水無(wú)污染保壓取樣，單向閥是一種優(yōu)選設(shè)備。但在使用單向閥實(shí)現(xiàn)無(wú)污染保壓取樣的過(guò)程中存在如下問(wèn)題:為防止上層海水污染樣品海水，要求單向閥在取樣前阻止外界海水進(jìn)入取樣筒；為防止取樣后發(fā)生樣品海水泄漏，要求單向閥在取樣后阻止取樣筒內(nèi)的樣品海水流出筒夕卜;在取樣的不同階段，單向閥的工作方向不同，以致單一的單向閥難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)深海微生物取樣的特殊要求，研制一種能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)污染取樣、保壓取樣、無(wú)壓力突取取樣、樣品等壓轉(zhuǎn)移且適合配備AUV的基于可控單向閥串聯(lián)結(jié)構(gòu)的深海海水保壓取樣器，為深海微生物資源考察和科學(xué)研究提供技術(shù)及裝備支撐。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括可控單向閥組件和取樣筒組件，所述可控單向閥組件包括反向串聯(lián)的電磁單向閥和手動(dòng)單向閥，取樣筒組件包括樣品筒、壓力補(bǔ)償筒和設(shè)置在樣品筒和壓力補(bǔ)償筒之間的連接體，所述樣品筒內(nèi)設(shè)置有取樣活塞，所述壓力補(bǔ)償筒內(nèi)設(shè)置有補(bǔ)償活塞，所述連接體的中間位置設(shè)置有連通樣品筒和壓力補(bǔ)償筒的節(jié)流孔，所述取樣活塞與補(bǔ)償活塞之間充滿海水，所述樣品筒的端部通過(guò)連接管與手動(dòng)單向閥連接，所述壓力補(bǔ)償筒的端部安裝有補(bǔ)償端蓋，所述補(bǔ)償端蓋上設(shè)置有單向閥組件和可拆卸的堵頭。
[0007]本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0008]1.取樣活塞與樣品筒的連接處、樣品筒與連接體的連接處、連接體與壓力補(bǔ)償筒的連接處、補(bǔ)償活塞與壓力補(bǔ)償筒的連接處、補(bǔ)償端蓋與壓力補(bǔ)償筒的連接處、單向閥組件與補(bǔ)償端蓋的連接處以及可拆卸的堵頭與補(bǔ)償端蓋的連接處均設(shè)置有密封圈。
[0009]2.所述取樣活塞與取樣筒之間形成樣品腔，所述補(bǔ)償活塞與補(bǔ)償端蓋之間形成壓力補(bǔ)償腔。
[0010]3.電磁單向閥和手動(dòng)單向閥的初始狀態(tài)均工作在單向截止工位上，電磁單向閥的截止方向?yàn)樽匀油餐獠恐赶蛉油矁?nèi)部的方向，手動(dòng)單向閥的截止方向?yàn)樽匀油矁?nèi)部指向取樣筒外部的方向；所述單向閥組件包括單向閥體、閥芯和彈簧，其截止方向是自壓力補(bǔ)償筒內(nèi)部指向外部的方向。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1、無(wú)污染、安全取樣。在取樣器下潛過(guò)程中，外界水壓逐漸增大，最終超過(guò)樣品筒和壓力補(bǔ)償筒內(nèi)的壓力。電磁單向閥的截止作用能夠在深海海水取樣前有效阻止上層海水進(jìn)入取樣筒，避免樣品海水受到非樣品海水的污染。此外，補(bǔ)償端蓋上的堵頭能夠有效阻止外界高壓海水進(jìn)入壓力補(bǔ)償筒，起到安全保護(hù)的作用。所有靜密封都為O型圈端面密封，密封可靠。2、保壓取樣。在取樣器上浮過(guò)程中，傳統(tǒng)的取樣筒將會(huì)因?yàn)槭軆?nèi)壓而引起體積膨脹或者閥體發(fā)生泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致取樣筒內(nèi)樣品壓力下降。本發(fā)明依靠手動(dòng)單向閥的截止作用阻止樣品海水泄漏，同時(shí)壓力補(bǔ)償筒內(nèi)被壓縮的氮?dú)饽軌蜻B續(xù)地、無(wú)壓力突變地對(duì)樣品筒進(jìn)行壓力補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)保壓取樣。3、無(wú)壓力突取樣。若在樣品筒內(nèi)無(wú)緩沖機(jī)構(gòu)，則在單向電磁閥打開(kāi)時(shí)，在樣品筒內(nèi)外強(qiáng)大壓差的作用下，外界海水將迅速進(jìn)入樣品筒，直至樣品筒內(nèi)外壓差為零。在此過(guò)程中，樣品海水經(jīng)歷了從數(shù)十兆帕到0.1兆帕再到數(shù)十兆帕的壓力突變。本發(fā)明在連接體中間加工有節(jié)流孔，在深海海水取樣過(guò)程中，節(jié)流孔在預(yù)充的潔凈海水的配合下能夠有效降低兩個(gè)活塞的移動(dòng)速度，從而極大地降低樣品筒內(nèi)外壓差，實(shí)現(xiàn)無(wú)壓力突變?nèi)印?、樣品等壓轉(zhuǎn)移。取樣器回收后，卸掉電磁單向閥，連接樣品海水接收裝置，并預(yù)充到深海取樣壓力，扳動(dòng)手動(dòng)單向閥，使其導(dǎo)通，然后拆掉堵頭，將高壓栗通過(guò)充氣管接到補(bǔ)償端蓋上，對(duì)壓力補(bǔ)償筒充壓，將樣品海水充入接收裝置內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)樣品海水的等壓轉(zhuǎn)移。5、控制操作容易。本發(fā)明根據(jù)可控單向閥的具體作用不同以及換位動(dòng)作發(fā)生的地點(diǎn)不同而采用不同的控制方式。電磁單向閥主要用于無(wú)污染取樣，換位動(dòng)作發(fā)生在深海，難以手動(dòng)操作，采用電磁控制方式，便于由AUV觸發(fā)取樣動(dòng)作。手動(dòng)單向閥主要用于樣品保壓以及樣品等壓轉(zhuǎn)移，換位動(dòng)作發(fā)生在陸上，便于手動(dòng)操作。若此處采用電磁單向閥，則需要重新連接控制設(shè)備，反而增加工作量。因此，這種由不同控制方式的兩個(gè)可控電磁閥組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)既能有效阻止上層海水污染樣品海水，同時(shí)實(shí)現(xiàn)樣品保壓和樣品等壓轉(zhuǎn)移，又便于控制操作。6、適合配備深海AUV。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，附屬設(shè)備少，取樣觸發(fā)信號(hào)簡(jiǎn)單，且依靠深海海水的靜壓力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣，適合配備于深海AUV。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0013]圖2是圖1中A部分的局部放大圖；
[0014]其中，1-電磁單向閥，2-連接管，3-手動(dòng)單向閥，4-連接管，5-樣品筒，6-樣品腔，7-取樣活塞，8-0型密封圈，9-連接體，10-0型密封圈，11-螺栓，12-壓力補(bǔ)償筒，13-補(bǔ)償活塞，14-壓力補(bǔ)償腔，15-螺栓，16-0型密封圈，17-補(bǔ)償端蓋，18-潔凈的海水，19-單向閥閥芯，20-彈簧，21-0型密封圈，22-單向閥閥體，23-0型密封圈，24-堵頭。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016]如圖1所示，可控單向閥串聯(lián)結(jié)構(gòu)由電磁單向閥I和手動(dòng)單向閥3通過(guò)連接管2串聯(lián)而成。其中電磁單向閥I截止方向?yàn)樽宰笙蛴?，手?dòng)單向閥3的截止方向?yàn)樽杂蚁蜃蟆Ｊ謩?dòng)單向閥3通過(guò)連接管4與樣品筒5連通。
[0017]如圖1所示，取樣筒組件由樣品筒5、連接體9