本發(fā)明涉及一種海底取樣技術(shù)，具體地說是一種膜片控制浮筒式振動(dòng)取樣方法、系統(tǒng)及浮筒總成。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的海底取樣設(shè)備主要有重力式、振動(dòng)式、浮球式。

重力式是在取樣器配重和自重作用下克服海水的浮力和阻力, 其下端的取樣管靠動(dòng)能貫入地層，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠；但其取樣長(zhǎng)度短、取樣效率低，主要用于淤泥質(zhì)及軟土質(zhì)海底取樣,不適用于硬質(zhì)海底。

振動(dòng)式是由振動(dòng)器、取樣管組成，利用共振破壞沉積物的粘結(jié)力, 進(jìn)而使沉積物產(chǎn)生“液化現(xiàn)象”，降低鉆具的側(cè)面摩擦阻力以控制鉆進(jìn)深度和鉆進(jìn)速率, 提高采集樣品的成功率和取樣效率，但其取樣角度、取樣長(zhǎng)度不易控制。

浮球式是由浮球組、底盤、振動(dòng)器、取樣管組成，浮球組是由多個(gè)空心球相互連接組成，浮球組與質(zhì)量較大的底盤間通過兩根鋼絲繩相互連接,鋼絲繩在底盤重力和浮球組浮力的相互作用下在垂直方向始終處于繃緊狀態(tài), 振動(dòng)器和取樣管在鋼絲繩的扶正作用下基本處于垂直方向，取樣效率高，裝運(yùn)方便,但浮球式取樣設(shè)備的鋼絲繩固定在底盤和浮球組之間，且鋼絲繩之間是平行的，在潮汐海浪的作用下鋼絲繩的拉力和位置變化較大，導(dǎo)向性差，其取樣深度和取樣力不易控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種膜片控制浮筒式振動(dòng)取樣方法、系統(tǒng)及浮筒總成。旨在解決現(xiàn)有海底取樣設(shè)備取樣管鉆孔壓力不足，在潮汐海浪的作用下鋼絲繩的拉力和位置變化較大，導(dǎo)向性差，鉆孔取樣深度和取樣力不易控制的問題，提高鉆孔取樣質(zhì)量和取樣效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種膜片控制浮筒式振動(dòng)取樣方法，該方法是基于：

一個(gè)用膜片作為密封件的膜片式拉力控制裝置，

一個(gè)用膜片作為密封件的膜片式位移控制裝置，

一個(gè)與膜片式位移控制裝置配合使用的位移控制絞盤，

一個(gè)與膜片式拉力控制裝置配合使用的壓力控制絞盤，

一個(gè)用以安裝膜片式拉力控制裝置、膜片式位移控制裝置、位移控制絞盤和壓力控制絞盤的浮筒總成，

一個(gè)取樣管，

一個(gè)振動(dòng)器，

一個(gè)底座，

一根鋼絲繩A和一根鋼絲繩B，

取樣管和振動(dòng)器連接并通過鋼絲繩A和鋼絲繩B設(shè)置在浮筒總成和底座之間，

所述振動(dòng)取樣方法是通過壓力控制絞盤伺服電機(jī)控制鋼絲繩B的收放速度和拉力來控制作用于取樣管的鉆孔壓力，通過位移控制絞盤伺服電機(jī)控制絲繩A的收放速度和長(zhǎng)度來控制取樣管的鉆孔深度，減少潮汐海浪對(duì)鋼絲繩的拉力和取樣管壓力的影響，從而到達(dá)取樣目的。

進(jìn)一步地，所述鋼絲繩B在浮筒總成和底座之間穿過壓頭導(dǎo)套并產(chǎn)生拉力，且呈掐腰W形，鋼絲繩A穿過固定在振動(dòng)器密封罩上的滑輪，最終與鉸接在浮筒總成上的膜片式位移控制裝置相聯(lián)，鋼絲繩A在浮筒總成和振動(dòng)器密封罩上的滑輪之間產(chǎn)生拉力，且呈V形,均可穩(wěn)定地起到導(dǎo)向作用，防止取樣管歪斜。

一種膜片控制浮筒式振動(dòng)取樣系統(tǒng)，包括浮筒總成、膜片式拉力控制裝置、膜片式位移控制裝置、位移控制絞盤、壓力控制絞盤、振動(dòng)器、壓頭、取樣管和底座。壓力控制絞盤固定在浮筒總成機(jī)架上，鋼絲繩B穿過壓頭導(dǎo)套，再經(jīng)過底座滑輪、壓頭滑輪、回到底座另一端的滑輪和壓頭另一端的壓頭導(dǎo)套，最終與鉸接在浮筒總成上的膜片式拉力控制裝置相聯(lián)，鋼絲繩B呈掐腰W形，通過壓力控制絞盤伺服電機(jī)控制鋼絲繩B的收放速度和拉力來控制作用于取樣管的鉆孔壓力，呈掐腰W形的鋼絲繩B有利于取樣管的導(dǎo)向和穩(wěn)定；同樣位移控制絞盤固定在浮筒總成機(jī)架上，鋼絲繩A穿過固定在振動(dòng)器密封罩上的滑輪，最終與鉸接在浮筒總成上的膜片式位移控制裝置相聯(lián)，鋼絲繩A呈V形,通過位移控制絞盤伺服電機(jī)控制絲繩A的收放速度和長(zhǎng)度來控制取樣管的鉆孔取樣深度，鋼絲繩A呈V形，減少潮汐海浪對(duì)鋼絲繩的拉力、取樣管壓力和取樣管位置的影響，有利于取樣管的導(dǎo)向和穩(wěn)定。

進(jìn)一步地，所述膜片式拉力控制裝置包括吊耳螺栓、拉力傳感器、膜片。吊耳螺栓通過殼體、膜片與拉力傳感器相聯(lián)接，再與浮筒總成機(jī)架上的吊耳座及鋼絲繩B相聯(lián)接，使拉力傳感器通過膜片檢測(cè)作用于鋼絲繩B上的拉力，并通過膜片使膜片式拉力控制裝置密封，以防海水侵蝕。

進(jìn)一步地，所述膜片式位移控制裝置包括外筒、下位接近開關(guān)、上位接近開關(guān)、上膜片、導(dǎo)向筒、導(dǎo)軸、彈簧、下膜片。外筒鉸接在浮筒上，下位接近開關(guān)、上位接近開關(guān)固定在外筒內(nèi)，導(dǎo)軸由兩個(gè)圓螺母將導(dǎo)向筒、彈簧與下膜片固定在一起；下膜片外緣緊固在外筒下端，上膜片外緣緊固在外筒上端，形成一個(gè)密封腔；導(dǎo)軸在鋼絲繩A的拉力和彈簧的彈力共同作用下在外筒內(nèi)上下移動(dòng)，由上、下位接近開關(guān)控制導(dǎo)軸的位置，再通過鋼絲繩A來控制取樣管的位置；上、下膜片既可保證導(dǎo)軸能在外筒內(nèi)上下移動(dòng)，又可保證膜片式位移控制裝置密封，以防海水侵蝕。

進(jìn)一步地，所述振動(dòng)器包括變頻電機(jī)、密封罩、密封蓋、振動(dòng)器箱體、偏心塊、軸、鎖銷。密封罩和密封蓋均固定在振動(dòng)器箱體上形成上、下腔，上腔將變頻電機(jī)密封在內(nèi)，下腔將偏心塊、軸、鎖銷、齒輪等組成的兩個(gè)振動(dòng)單元密封在內(nèi)；兩個(gè)圓螺母通過軸將兩個(gè)偏心塊、一個(gè)鎖銷緊固在一起。兩個(gè)振動(dòng)單元的齒輪相嚙合，偏心方向相對(duì)，在變頻電機(jī)、V形帶、皮帶輪的驅(qū)動(dòng)下形成激振力；通過調(diào)整變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整振頻；通過調(diào)整兩個(gè)偏心塊的夾角，用鎖銷定位，再用兩個(gè)圓螺母將兩個(gè)偏心塊壓緊在軸上來調(diào)整偏心量。

進(jìn)一步地，所述浮筒總成包括浮筒、機(jī)架、浮筒扎帶、膜片式位移控制裝置鉸支座、膜片式拉力控制裝置吊耳座。膜片式位移控制裝置鉸支座和膜片式拉力控制裝置吊耳座分別與膜片式位移控制裝置和膜片式拉力控制裝置聯(lián)接；浮筒是由薄不銹鋼板巻制，通過浮筒扎帶固定在機(jī)架上，浮筒的固定位置可根據(jù)需要沿軸向調(diào)整。

本發(fā)明的一種膜片控制浮筒式振動(dòng)取樣方法、系統(tǒng)及浮筒總成與現(xiàn)有技術(shù)相比所產(chǎn)生的有益效果是：

1）本發(fā)明采用壓力控制絞盤伺服電機(jī)控制鋼絲繩B的收放速度和長(zhǎng)度及拉力來控制作用于取樣管的鉆孔壓力，采用位移控制絞盤伺服電機(jī)控制絲繩A的收放速度和長(zhǎng)度來控制取樣管的鉆孔取樣深度；通過控制鋼絲繩B的收放速度和拉力來鉆孔深度，取樣管的收放速度、鉆孔壓力和鉆孔深度可控可調(diào)，減少潮汐海浪對(duì)鋼絲繩的拉力、取樣管壓力和位置的影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、使用方便。

2）本發(fā)明采用浮筒總成、振動(dòng)器、取樣管壓頭和底座結(jié)構(gòu)，鋼絲繩B在浮筒總成和底座之間穿過取樣管壓頭導(dǎo)套并產(chǎn)生拉力，且呈掐腰W形；鋼絲繩A在浮筒總成和振動(dòng)器密封罩上的滑輪之間產(chǎn)生拉力，且呈V形，減少潮汐海浪對(duì)鋼絲繩的拉力和取樣管位置的影響，均可穩(wěn)定地起到導(dǎo)向作用，防止取樣管歪斜。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的膜片控制浮筒式振動(dòng)取樣系統(tǒng)示意圖；

附圖2為圖1的部分左視結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本發(fā)明的膜片式拉力控制裝置示意圖；

附圖4為本發(fā)明的膜片式位移控制裝置示意圖；

附圖5為本發(fā)明振動(dòng)器的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6為圖5的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖7為圖5的右視結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖8為本發(fā)明浮筒總成的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖9為圖8的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖10為圖8的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、浮筒總成，2、膜片式拉力控制裝置，3、位移控制絞盤，4、膜片式位移控制裝置，5、壓力控制絞盤，6、鋼絲繩A，7、鋼絲繩B，8、滑輪，9、振動(dòng)器，10、壓頭，11、壓頭導(dǎo)套，12、壓頭滑輪，13、鎖銷，14、取樣管，15、導(dǎo)套，16、底座滑輪，17、底座，18、配重塊，19、吊耳螺栓，20、拉力傳感器，21、膜片，22、外筒，23、下位接近開關(guān)，24、上位接近開關(guān)，25、上膜片，26、導(dǎo)向筒，27、導(dǎo)軸，28、彈簧，29、下膜片，30、變頻電機(jī)，31、密封罩，32、密封蓋，33、振動(dòng)器箱體，34、偏心塊，35、軸，36、鎖銷，37、齒輪副，38、皮帶輪，39、浮筒，40、機(jī)架，41、浮筒扎帶，42、膜片式位移控制裝置鉸支座，43、膜片式拉力控制裝置吊耳座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-5對(duì)本發(fā)明的一種膜片控制浮筒式振動(dòng)取樣方法、系統(tǒng)及及浮筒總成作以下詳細(xì)說明。

如附圖1、2所示，本發(fā)明的一種膜片控制浮筒式振動(dòng)取樣系統(tǒng)，包括浮筒總成1、膜片式拉力控制裝置2、壓力控制絞盤5、膜片式位移控制裝置4、移控制絞盤3、振動(dòng)器9、壓頭10、取樣管14和底座17等。壓力控制絞盤5固定在浮筒總成1上，鋼絲繩B穿過取樣管壓頭導(dǎo)套11，再經(jīng)過底座滑輪16、取樣管壓頭滑輪12、回到底座另一端的滑輪和取樣管壓頭另一端的壓頭導(dǎo)套，最終與鉸接在浮筒總成1上的膜片式拉力控制裝置2相聯(lián)，通過壓力控制絞盤5的伺服電機(jī)控制鋼絲繩B的收放速度和長(zhǎng)度及拉力來控制作用于取樣管14的鉆孔壓力；同樣位移控制絞盤3固定在浮筒總成1上，鋼絲繩A6穿過固定在振動(dòng)器密封罩31上的滑輪8，最終與鉸接在浮筒總成1上的膜片式位移控制裝置4相聯(lián)，通過位移控制絞盤3的伺服電機(jī)控制絲繩A6的收放速度和長(zhǎng)度來控制取樣管14的鉆孔取樣深度，減少潮汐海浪對(duì)鋼絲繩的拉力和取樣管壓力的影響，。

如附圖3所示，上述膜片式拉力控制裝置2包括吊耳螺栓19、拉力傳感器20、膜片21等。吊耳螺栓19通過殼體、膜片21與拉力傳感器20相聯(lián)接，再與浮筒總成1上的吊耳支座及鋼絲繩B相聯(lián)接，使拉力傳感器20通過膜片21檢測(cè)作用于鋼絲繩B7上的拉力，并通過膜片21使膜片式拉力控制裝置2密封，以防海水侵蝕。

如附圖4所示，上述膜片式位移控制裝置4包括外筒22下位接近開關(guān)23、上位接近開關(guān)24、上膜片25、導(dǎo)向筒26、導(dǎo)軸27、彈簧28、下膜片29。外筒22鉸接在浮筒總成1上，下位接近開關(guān)23和上位接近開關(guān)24固定在外筒22內(nèi)，導(dǎo)軸27由兩個(gè)圓螺母將導(dǎo)向筒26、彈簧28與下膜片29固定在一起；下膜片29外緣緊固在外筒22下端，上膜片25外緣緊固在外筒22上端，形成一個(gè)密封腔；導(dǎo)軸27在鋼絲繩A的拉力和彈簧28的彈力共同作用下在外筒22內(nèi)上下移動(dòng)，由上位接近開關(guān)24，下位接近開關(guān)23控制導(dǎo)軸27的位置，再通過鋼絲繩A來控制取樣管14的位置；上、下膜片既可保證導(dǎo)軸27能在外筒22內(nèi)上下移動(dòng)，又可保證膜片式位移控制裝置4的密封，以防海水侵蝕。

如附圖5-7所示，上述振動(dòng)器9包括變頻電機(jī)30、密封罩31、密封蓋32、振動(dòng)器箱體33、偏心塊34、軸35、鎖銷36、齒輪37等。密封罩31和密封蓋32均固定在振動(dòng)器箱體33上形成上、下腔，將變頻電機(jī)30密封在振動(dòng)器上腔，將偏心塊34、軸35、鎖銷36、齒輪副37等組成的兩個(gè)振動(dòng)單元密封在振動(dòng)器下腔；兩個(gè)圓螺母通過軸35將兩個(gè)偏心塊34、一個(gè)鎖銷36緊固在一起。兩個(gè)振動(dòng)單元的齒輪37相嚙合，偏心方向相對(duì)，在變頻電機(jī)30、V形帶、皮帶輪38的驅(qū)動(dòng)下形成激振力；通過調(diào)整變頻電機(jī)30的轉(zhuǎn)速來調(diào)整振頻；通過調(diào)整兩個(gè)偏心塊34的夾角，用鎖銷36定位，再用兩個(gè)圓螺母將兩個(gè)偏心塊34壓緊在軸35上來調(diào)整偏心量。

如附圖8-10所示，上述浮筒總成1包括浮筒39、機(jī)架40、浮筒扎帶41、膜片式位移控制裝置鉸支座42、膜片式拉力控制裝置吊耳座43。膜片式位移控制裝置鉸支座42和膜片式拉力控制裝置吊耳座43分別與膜片式位移控制裝置4和膜片式拉力控制裝置2聯(lián)接；位移控制絞盤3和壓力控制絞盤5通過螺栓固定在浮筒機(jī)架40上；浮筒39是由薄不銹鋼板巻制，通過浮筒扎帶41固定在機(jī)架40上，浮筒的固定位置可根據(jù)需要沿軸向調(diào)整。

在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用浮筒總成1、振動(dòng)器9、取樣管壓頭10和底座17結(jié)構(gòu)，鋼絲繩B7在浮筒總成1和底座17之間穿過壓頭導(dǎo)套11并產(chǎn)生拉力，且呈掐腰W形；鋼絲繩A6在浮筒總成1和振動(dòng)器上的滑輪8之間產(chǎn)生拉力，且呈V形，減少潮汐海浪對(duì)鋼絲繩的拉力和取樣管位置的影響，均可穩(wěn)定地起到導(dǎo)向作用，防止取樣管14歪斜。