一种层理性振动柱状采泥器制造技术

一种层理性振动柱状采泥器，属于环境监测、环境治理及沉积物样本采集技术领域。该装置主要由振动机构、排水头、自平衡密封器、采样管、自密封采样头、稳定支架、电线、带刻度缆绳、振动器缆绳、稳定支架缆绳组成。通过振动机构带动采样管振动，使得采样头和采样管周围沉积物“液化”，采样器均匀下沉，实现深层理的沉积物采集。其中稳定支架保证了垂直采样，自平衡密封器和采样头上封下堵，减少了样品流失，采样管可根据需要组合加长。本发明专利技术的有益效果是实现了内陆水域层理性沉积物样本采集，提高了样品的代表性和保真性，具有样品代表性强、设备轻便、操作简单、造价低等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种层理性振动柱状采泥器
本专利技术属于环境监测、环境治理及沉积物样本采集
，涉及到水库、湖泊、河流等内陆的沉积物样本采集，特别涉及到内陆水域的深层理沉积物样本采集。
技术介绍
沉积物样本的采集是研究水体污染蓄积过程和污染风险水平的基础。内陆水域沉积物表层主要是软弱的水饱和淤泥，难以支撑采样设备，而下层随着重力沉积逐渐密实，不容易采集到深层次样品；此外，沉积物的形成又具有明显的时序性，不同深度的沉积物指示了区域不同年份的污染特征、水文事件、发展方式等。因此，层理性沉积样本的采集是一个关键技术问题。随着时间推移，各种污染物蓄积在水底，以沉积物形式存在，厚度深达数米，逐年积累的环境问题越来越突出。《水环境监测规范》指出沉积物使用挖式、抓式、柱状采泥器等采集设备采集沉积物样本。目前沉积物采集方式主要有以下几种：1.浅水区域可以使用铲子等工具来获取沉积物样本；2.深水区域常使用抓斗式采泥器或柱状采泥器；3.适用于海洋沉积物采集的地质学采集方式。显然，铲子等工具使用条件有限，仅仅适用于枯水年裸露出来的沉积物，无法获得水下的沉积物；对于抓斗式采泥器一般仅能采集到表层十几厘米的沉积物，适用于沉积物的综合调查研究，无法获得更深层次的沉积物；柱状采泥器是当前内陆水域的沉积物分层采集的主要设备，常用的柱状采泥器依赖于采泥器自身的重力砸向沉积物，这种采集方式存在以下不足：第一，沉积物样品在采泥器往下砸的过程中干扰较大，尤其是破坏了表层沉积物原有的物理结构；第二，采集深度依赖于自身重量，样品采集深度受到设备重量的限制，不能采集深层次的样品，导致采样管空间利用不充分，而且如果采样器重量过大不仅操作更加困难，对采样环境和条件的要求也会更高(需要大船)，这就对产品应用的普适性也造成了影响；第三，受到重心过高和水域流速影响采样器可能倾斜，导致采样器中的样本不一定能够代表实际的沉积物分布情况。在后来的研究中，HYDRO-BIOS公司研发了带有稳定支架的柱状采泥器，改善了倾斜的影响，但是其采样深度依赖于采集器自身重量下砸的缺陷仍然存在；丹麦KC-Denmark公司研发的HAPS振动柱状沉积物取样器，在海洋沉积物分层采集中得到了较好的应用，但该设备重量大且价格昂贵，需要配备专门的绞车操作，内陆水域采集所用船只往往无法提供这样的工作条件。此外，海洋沉积物受到潮汐冲刷，底部沉积物较为密实，能够承受住采集器的重量，而内陆水域的沉积物较为疏松，也不具备设备所需的采样条件。显然，前述设备均不具备内陆水域层理性沉积物样品采集功能，尤其是内陆水域深层次的分层沉积物样本采集。需要研发适用于内陆水域的层理性沉积物采样器。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种层理性振动柱状采泥器，使其适用于内陆水域层理性沉积物的采集。本专利技术的技术方案是：一种层理性振动柱状采泥器，主要由振动机构、排水头、自平衡密封器、采样管、采样头、稳定支架、电缆、带刻度缆绳、振动器缆绳、稳定支架缆绳组成。通过振动机构带动采样管振动，使得沉积物“液化”，从而实现层理性沉积物采集的功能。带刻度缆绳承载整个仪器的重量，下面有绳扣与振动器缆绳、稳定支架缆绳连接，电缆提供电力供应，不受力，电力来源可用便携式汽油发电机或者采样船只提供。振动机构由振动器、桶型密封箱、连接管、水密接头、固定支座、电缆插口、受力钢板、穿绳孔、连接螺栓A构成。桶型密封箱上下盖板由螺栓和密封圈连接，为可拆卸式；桶型密封箱由硬质塑料制成，以减轻设备重量，上部开有小孔放置水密接头，电缆通过水密接头与电缆插口连接，实现振动器供电。振动器装载在固定支座上，并通过连接螺栓A和桶型密封箱下部以及受力钢板连接；受力钢板为圆形，周围留有四个穿绳孔和振动器缆绳连接，下部有连接管和排水头连接。排水头为不锈钢材质，上部为凹螺纹，下部为凸螺纹；排水管壁上布设有10个排水格栅，使得在泥样采集时能够充分排水以保证泥样进入采样管；出水口为采样管和排水头的排水出口，其剖面形状与自平衡密封器底部形状一致。自平衡密封器由自平衡偏心块和调重螺栓构成。自平衡偏心块由轻质塑料制成，表面覆盖软硅胶，通过与调重螺栓搭配使其密度比水大，进而将其重心集中在下部中心线上，从而实现自动调节平衡；同时调重螺栓还可保证出水和密封效果，在采样时排水的冲力将其顶开，出水口处于出水状态，在采样结束后靠自身重力下降至出水口形成气封。采样管由一体式采样管和分离式采样内管组成，其材料均为亚克力有机玻璃。一体式采样管上下都有外螺纹分别和排水头和采样头连接，也可以数根连接在一起对采样管进行加长优化。其中，为了防止沉积物样本受到自身重力沉积，便于现场处理沉积物分层样本，分离式采样内管可以套入一体式采样管使用，采集结束后推出分离式采样内管，打开一半便可及时分离保存不同深度的样品。稳定支架为轻质塑料制成，为一体式结构，包括稳定管、连接杆、支撑板、环形连接杆、绳扣B和配重块。其中环形连接杆直径大于振动机构，使其能够安全下落；稳定管用以约束采样管的平面自由度，使其垂直往下振动，且稳定管长度和排水头一致，可以配合带刻度缆绳以判断采样管是否填满，并保证振动机构不没入沉积物中；支撑板用以增大受力面积；配重块与支撑板形状相似，通过调节配重块使得稳定支架密度和水相近，在水下呈半漂浮状态，从而解决内陆水域无法支撑重力的问题，支撑采集设备垂直采样。本专利技术的效果和益处是相比于现有的抓斗采泥器和柱状采泥器，设计了一款轻便高效的，采用振动“液化”垂直采集内陆水域的层理性沉积物样本的设备。弥补了当前采集设备在采样工况、设备重量、采样环境的限制，专利技术了适用于内陆水域沉积物深层理、微扰动、原状保真采集的设备，具有代表性强、操作便捷、造价低等特点。附图说明图1是层理性振动柱状采泥器整体结构示意图。图2是振动机构示意图。图3是排水头示意图。图4是自平衡密封器示意图。图5是采样管示意图。图6是稳定支架示意图。图中：1振动机构；2排水头；3自平衡密封器；4采样管；5采样头；6稳定支架；7电缆；8带刻度缆绳；9振动器缆绳；10稳定支架缆绳；1-1振动器；1-2桶型密封箱；1-3连接管；1-4水密接头；1-5固定支座；1-6电缆插口；1-7受力钢板；1-8穿绳孔；1-9连接螺栓A；2-1排水管壁；2-2排水格栅；2-3出水口；3-1自平衡偏心块；3-2调重螺栓；4-1一体式采样管；4-2分离式采样内管；6-1稳定管；6-2连接杆；6-3支撑板；6-4环形连接杆；6-5绳扣B；6-6配重块。具体实施方式以下结合技术方案(和附图)详细叙述本专利技术的具体实施方式。层理性振动柱状采泥器具体实施步骤如下：步骤1：将自平衡密封器3放入排水头2中。步骤2：利用螺纹连接将振动机构1、排水头2、采样管4、采样头5连接，其中采样管4两头都有螺纹可以根据需要组合接长，也可以选择分离式采样内管4-2联合使用，并将连接的整体套入至稳定支架6中。步骤3：将振动器缆绳9和稳定支架缆绳10分别绑在穿绳孔1-8和绳扣B6-5上，并与带刻度缆绳8通过其自带的绳扣A连接，形成采集设备拉力系统。步骤4：通过采样船只或者汽油发电机等电源，接通电源检测仪器工作状态，检测无故障后，关闭电源，释放带刻度缆绳8和电缆7，下放采集设备，下放时电缆7先多释放20厘米左右，然后同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层理性振动柱状采泥器，主要由振动机构(1)、排水管(2)、自平衡密封器(3)、采样管(4)、采样头(5)、稳定支架(6)、电线(7)、带刻度缆绳(8)、振动器缆绳(9)和稳定支架缆绳(10)组成，通过振动机构(1)带动采样管(4)振动，使得沉积物“液化”实现层理性沉积物采集的功能；其特征在于：带刻度缆绳(8)承载整个仪器的重量，下面有绳扣与振动器缆绳(9)、稳定支架缆绳(10)连接，电缆(7)提供电力供应，不受力，电力来源用便携式汽油发电机或者采样船只提供；振动机构(1)由振动器(1‑1)、桶型密封箱(1‑2)、连接管(1‑3)、水密接头(1‑4)、固定支座(1‑5)、电缆插口(1‑6)、受力钢板(1‑7)、穿绳孔(1‑8)、连接螺栓A(1‑9)构成；桶型密封箱(1‑2)上下盖板由螺栓和密封圈连接，为可拆卸式；桶型密封箱(1‑2)由硬质塑料制成，上部开有小孔放置水密接头(1‑4)，电缆(7)通过水密接头(1‑4)与电缆插口(1‑6)连接，实现振动器供电；振动器(1‑1)装载在固定支座(1‑5)上，并通过连接螺栓A(1‑9)和桶型密封箱(1‑2)下部以及受力钢板(1‑7)连接；受力钢板(1‑7)为圆形，周围留有4个穿绳孔(1‑8)和振动器缆绳(9)连接，下部有连接管(1‑3)和排水头(2)连接；排水头(2)为不锈钢材质，上部为凹螺纹，下部为凸螺纹；排水管壁(2‑1)上布设有10个排水格栅(2‑2)，使得在泥样采集时能够充分排水以保证泥样进入采样管；出水口(2‑3)为采样管(4)和排水头(2)的排水出口，其剖面形状与自平衡密封器(3)底部形状一致；自平衡密封器(3)由自平衡偏心块(3‑1)和调重螺栓(3‑2)构成；自平衡偏心块(3‑1)由轻质塑料制成，表面覆盖软硅胶，通过与调重螺栓(3‑2)搭配使其密度比水大，进而将其重心集中在下部中心线上，从而实现自动调节平衡；调重螺栓(3‑2)保证出水和密封效果，在采样时排水的冲力将其顶开，出水口(2‑3)处于出水状态，在采样结束后靠自身重力下降至出水口(2‑3)形成气封；采样管(4)由一体式采样管(4‑1)和分离式采样内管(4‑2)组成，其材料均为亚克力有机玻璃；一体式采样管(4‑1)上下都有外螺纹分别和排水头(2)和采样头(5)连接或数根连接在一起；其中，分离式采样内管(4‑2)套入一体式采样管(4‑1)使用，采集结束后推出分离式采样内管(4‑2)；稳定支架(6)为轻质塑料制成，为一体式结构，包括稳定管(6‑1)、连接杆(6‑2)、支撑板(6‑3)、环形连接杆(6‑4)、绳扣B(6‑5)和配重块(6‑6)；其中环形连接杆(6‑4)直径大于振动机构(1)；稳定管(6‑1)用以约束采样管(4)的平面自由度，使其垂直往下振动，且稳定管(6‑1)长度和排水头(2)一致，配合带刻度缆绳(8)以判断采样管是否填满，并保证振动机构(1)不没入沉积物中；支撑板(6‑3)用以增大受力面积；配重块(6‑6)与支撑板(6‑3)形状相似，通过调节配重块(6‑6)使得稳定支架(6)密度和水相近，在水下呈半漂浮状态，解决内陆水域无法支撑重力的问题，支撑采集设备垂直采样。...

【技术特征摘要】
1.一种层理性振动柱状采泥器，主要由振动机构（1）、排水管（2）、自平衡密封器（3）、采样管（4）、采样头（5）、稳定支架（6）、电缆（7）、带刻度缆绳（8）、振动器缆绳（9）和稳定支架缆绳（10）组成，通过振动机构（1）带动采样管（4）振动，使得沉积物“液化”实现层理性沉积物采集的功能；其特征在于：带刻度缆绳（8）承载整个仪器的重量，下面有绳扣与振动器缆绳（9）、稳定支架缆绳（10）连接，电缆（7）提供电力供应，不受力，电力来源用便携式汽油发电机或者采样船只提供；振动机构（1）由振动器（1-1）、桶型密封箱（1-2）、连接管（1-3）、水密接头（1-4）、固定支座（1-5）、电缆插口（1-6）、受力钢板（1-7）、穿绳孔（1-8）、连接螺栓A（1-9）构成；桶型密封箱（1-2）上下盖板由螺栓和密封圈连接，为可拆卸式；桶型密封箱（1-2）由硬质塑料制成，上部开有小孔放置水密接头（1-4），电缆（7）通过水密接头（1-4）与电缆插口（1-6）连接，实现振动器供电；振动器（1-1）装载在固定支座（1-5）上，并通过连接螺栓A（1-9）和桶型密封箱（1-2）下部以及受力钢板（1-7）连接；受力钢板（1-7）为圆形，周围留有4个穿绳孔（1-8）和振动器缆绳（9）连接，下部有连接管（1-3）和排水头（2）连接；排水头（2）为不锈钢材质，上部为凹螺纹，下部为凸螺纹；排水管壁（2-1）上布设有10个排水格栅（2-2），使得在泥样采集时能够充分排水以保证泥样进入采样管；出水口（2-3）为采样管（4）和排水头（2）的排水出口，其剖面形状与自平衡密封器（3）底部形状一致；自平衡密封器（3）由自平衡偏心块（3-1）和调重螺栓（3-2）构...

【专利技术属性】
技术研发人员：许士国，汪天祥，苏广宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21