[实用新型]水库淤积物低扰动超厚取样刀头

说明书

技术领域:

本实用新型涉及一种水下取样设备的关键部件，尤其涉及一种水库淤积物低扰动超厚取样刀头。

背景技术：

目前，获取水下淤泥质沉积物的取样器有抓斗式、箱式、冷冻式、重力式等取样设备。这些取样器主要存在两大问题：取样时对样品的扰动问题和取样时样品泄漏问题。抓斗式取样器在目前河道取样中应用较为广泛，但其存在取样深度浅、成功率低和样品扰动性大等缺点，其运用范围受到了极大限制；随着技术的不断进步，在海洋上出现了电视抓斗深海取样器和箱式取样器，前者的抓斗上装有海底电视摄像头，通过船上的监控设备找到目标后操控抓斗进行取样，程振波, 吴永华等著有.“深海新型取样仪器—电视抓斗及使用方法”[J]. 海岸工程, 2011, 30(1): 51-54；后者取样箱为四方体，依靠重力使取样箱插入海底沉积物中并驱动铲刀臂转动以采集样品，耿雪樵, 徐行等所著“我国海洋取样设备的现状与发展趋势” 地质装备, 2009, 10(4): 11-16，这两种取样器工作水深较大，但对样品扰动较大；冰冻式取样器取样质量较高，其工作原理是在取样头内装冷冻液，作业时样品冻结在内腔室，从而获得低扰动沉积物的柱状原状样品和界面水，李国民, 刘宝林, 等所著“冰冻取样器的结构设计”[J]. 探矿工程, 2003, (Suppl.): 179-182.及 郭威, 孙友宏, 陈晨所著“FPCS型天然气水合物孔底冷冻保压取样器的设计”[J]. 机械设计与制造, 2011, (1): 24-26.，但是其操作复杂、设备庞大，取样成本较高；重力式取样器原理是取样器在自身重力作用贯入水底取得柱状样品，取样厚度取决于底质硬度和设备结构形状与配重，在海洋沉积物取样方面已有运用。总体而言，采用重力式取样器是目前综合性价比较高的技术手段。

对此，近年来黄河水利科学研究院借鉴深海淤积物保真取样原理，改造并研制出基于重力式活塞技术的低扰动柱状深水库区取样设备：杨勇, 张庆霞, 陈豪, 郑军所著“深水水库低扰动取样设备设计及性能分析[C]”. 第五届黄河国际论坛论文, 2012.09； 杨勇, 郑军, 陈豪所著“深水水库低扰动取样器机械设计”. 水利水电科技进展, 2012, 32(S2): 18-19：设计的取样器内径90mm、管长10m，主要由导流装置、触发装置、取样装置等部分组成。当取样器下放到距离河底还有一段距离时，平衡重块先触及河床，杠杆失去平衡，触发释放机构动作，取样管主体自由下落，在自重和惯性的作用下插入淤积物中，取样管下端采用爪簧结构来切断并托住淤积物。由于活塞产生的吸力使取样管内壁与样品之间的摩擦力平衡抵消，这样，在取样管内便充满了低扰动的淤积样品。在三门峡库区进行的深水取样初步试验表明，对于硬质河床淤积泥沙达到稳定干容重，能够取得厚度3m以上的柱状样品；但是，对于黄河软质淤积泥沙层，重力式活塞取样器存在两方面的问题：1）爪簧装置的干扰问题。为了使取出的样品在提升过程中不脱落，往往在取样管底部增加爪簧以支撑沉积物。如果泥质太软，对爪簧密封片的推力有限，爪簧无法保证处于张开状态，会对样品造成较大扰动。因此，必须设计合理的机械结构，使抓簧在下扎时保持张开状态，而在提升样品时，及时闭合，完成取样动作。2）泄露问题。爪簧簧片之间以及爪簧和衬管之间存在间隙，软质泥沙相对更容易从间隙中泄露，由于库区船只一般相对较小，取样器更加容易产生摆动、打转，这些动作都会加剧样品的流失。中国专利CN2083189公开了一种“水下泥沙原状样取样器”其基本结构是有数个侧通槽的锯齿形环刀与簧片管滑动配合，管内有若干个簧片起承托泥沙作用，簧片管，两半合管、弃土管、中接头、重锤套管、上接头依次螺纹联接，中接头下部有球阀，两半合管内壁装土样筒，该取样器虽然拆卸方便，但也存在以下不足：1、需要使用钻杆先伸入水下，如果水深较大，尤其水深超过60米，需要操纵连接钻杆，增加购买钻杆的费用和连接钻杆的时间，成本较高；2、如果水深较大，锤击工作费时费力，通过锤击取样，对样品产生较大扰动，难以保证样品原状性；3、簧片始终向内收缩用力剐蹭样品，样品表面受扰动较大，尤其难以获得较稀软样品；4、取出样品在铁皮桶内，无法用肉眼辨别样品分层、颜色和性状，不易切割分层分析样品。

发明内容：

为了解决获取水库淤泥质沉积物的低扰动样品困难问题，本实用新型的目的是提供一种设计合理、结构简单、易操作和取样效率高的水库淤积物低扰动超厚取样刀头，从而为准确分析水库淤积物物理化学特性提供技术支撑。

本实用新型的技术方案是以下述方式实现的：