一种水下深层沉积物柱状采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种水下深层沉积物柱状采集装置，包括作业船、总控制平台室、甲板操作平台、提升系统、缆绳、浮球、钻探取样设备和调整支架，总控制平台，甲板操作台和提升系统固定在作业船的甲板上，所述总控制平台内设动力定位系统和控制装置，并通过钢缆、光缆分别与提升系统、钻探设备进行连接；钻探取样设备和调整支架在水面以下工作，所述钻探取样设备钻探设备包含水下动力钻探系统和采样设备，下部设置3条可独立控制的支撑腿，所述动力系统包括钻进装置、水下定位系统和水下监控影像系统等，所述调整支架为三角架结构，本发明专利技术优点：海岸带水下深层柱状沉积物的原位采集可以用于科学研究及工程应用；在应用过程中便于运输和固定；制造成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境科学或环境工程领域沉积物采样装置，具体地说是一种用于海岸带水下深层柱状沉积物采集的采样装置。
技术介绍
随着社会经济的发展，海洋资源的开发越来越受到社会的关注，然而海水下钻探取样技术的落后，严重制约了人类对海洋资源探索的脚步。海洋也正在遭受严重的污染，大量的外源性污染物在源源不断地输入海洋的同时，近海岸沉积物中内源污染物质的释放也构成水体水质恶化的主要源头之一，开展污染水体水质修复需同时需要优先认识沉积物的污染状况。海岸带水下深层沉积物钻探取样设备是集高精尖技术于一体的水下沉积物采样装置，是借助船的甲板附着，利用远程遥控操作水下钻探设备，来实现钻探取样的目的，从而最大程度地获取具有科研价值的水下物质的智能化机械设备。海岸带地处海陆之交，具有丰富并且未知的自然资源，同时也是受人类活动影响较大的海洋区域，这里集中了大江大河的入海口，陆地上污染物质以及大量营养物质等都在此沉积下来，因此该区域不仅敏感而且不确定性较大，有着巨大的科研探索价值。该领域的研制项目在国外发达国家较为先进，也有很好的市场化应用规模，在探索海底资源领域发挥了巨大作用，但体积都较为庞大，都应用于深海作业，运行与加工费用较高；我国在该领域的研制与国外发达国家相比较晚，技术相对落后，目前国内现有的设备主要有抓斗式水下采样器和箱式水下采样器，但两者贯入深度非常浅，而且样品扰动较大。技术较为先进的水下采样器有阀式重力取样器和活塞式重力取样器，二者都是利用自身重力将采样器贯入沉积物当中，虽然相比上述两者所采集的沉积物扰动性较小，且样品保真性非常差，最主要的是采用自身重力贯入沉积物，深度十分有限。海岸带水下深层沉积物采样装备的研制正是为解决由于现有的水下钻探技术的种种弊端而无法深入广泛开展对海岸带水下资源探索的难题。一旦投入使用，将对海岸带水下区域的资源探索，沉积物中污染物的调查以及重要地球化学理化指标的分布等产生较大意义，同时对湖泊，河流等水下沉积物的采集也起到较大帮助。
技术实现思路
为解决由于现有的水下钻探技术存在种种弊端而无法深入广泛地开展对海岸带水下资源探索的难题，本专利技术的目的是提供一套钻探系统装置，具体技术方案如下：一种水下深层沉积物柱状采集装置，包括作业船、总控制平台、甲板操作平台、提升系统、缆绳、浮球、钻探取样设备和调整支架；总控制平台、甲板操作台和提升系统固定在作业船的甲板上；所述总控制平台内设置动力定位系统和控制装置，并通过钢缆、光缆分别与提升系统、钻探设备进行连接；所述甲板操作台通过缆绳、光缆及电缆与钻探取样设备和调整支架连接；钻探取样设备和调整支架在水面以下工作，钻探取样设备的下部设置调整支架；所述钻探取样设备包括钻进装置、高度计、位置传感器、水下定位系统、水温水压传感器、钻杆的扭矩、钻压、转速、钻进深度和速度传感器和摄像头；所述调整支架为三支带有液压油缸的支腿构成的三角形结构，三个支腿间设置平衡调整装置，所述平衡调整装置为：平衡球通过弹簧分别与三个支腿上的开关连接，开关控制支腿下部的液压油缸升降。水下钻探设备通过GPS系统计算出的位置信息经由光缆传输给作业船上的总控制平台以精确显示取样器在海底的位置，确定取样器着地点位置。水下监控影像系统采用深水摄像头通过光缆与总控制平台连接，实现监控信号与多路数据指令信号的同时双向传输，将海底视频信号同步传输至甲板监控器，并通过甲板控制系统对水下设备进行控制。本专利技术的优点是：本专利技术装备可用于湖泊、水库、河流、近海等水下区域深层柱状沉积物的原位采集，采集沉积物深度及采集区域或站位均可严格控制，从而可实现沉积物污染层厚度的精准识别，并且，还可以用于科学研究及工程应用，采用本专利技术所述装备，可以实现水下沉积层的原位采集，从而能够准确认识研究区域沉积物的污染历史，解决水下沉积物由于水体的障碍难以精准采集的难题。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为调整支架示意图；图3为水下定位和监控系统原理图；图中，1：作业船；2：总控制平台；3：甲板操作平台和辅助结构；4：提升系统；5：缆绳；6：浮球；7：钻探取样设备；8：动力钻头；9：支腿；10：平衡球；11：弹簧；12：开关。具体实施方式下面结合附图具体说明本专利技术，如图1-图2所示，本专利技术包括作业船1、总控制平台2、甲板操作平台3、提升系统4、缆绳5、浮球6、钻探取样设备7和调整支架；总控制平台2，甲板操作台3和提升系统4固定在作业船1的甲板上，所述总控制平台2内设动力定位系统和控制装置，并通过缆绳5分别与提升系统4、钻探取样设备7进行连接，所述甲板操作台3通过光缆传输信号达到水上和水下提升与钻探取样的目的；钻探取样设备7和调整支架9在水面以下工作，所述钻探取样设备7包含水下动力钻探系统和采样设备，下部设置3条可独立控制的支撑腿A、B与C，可实现自动收起和放下的功能，当取样钻机处于平衡状态时，平衡球10处于中心位置。当A处水平位置较低，BC边较高，那么小球就会挤压A处的开关12，此时接通A处的支腿油路，A处支腿9升高，当达到平衡位置时，平衡球在弹簧力的作用下，平衡球回到中心，油路断开，底盘完成调平，同理当B、C两角处于较低位置时，调平原理相同；所述动力系统包括钻进装置、电源、传感系统、高度计、位置传感器、水下定位系统，水温水压传感器；钻杆的扭矩、钻压、转速、钻进深度和速度传感器和配有低速扫描、监控摄像头等装置。所述定位系统包括水面上船舶定位系统和水面下钻探取样定位系统，水面上船舶定位系统通过设置在船上的锚实现，使船舶保持既定的船位并在预定的范围内运动，保证在采样的过程中作业船的固定，水下定位系统包括设置在钻探取样设备6上的GPS装置实现，所述GPS装置通过缆绳5与作业船1上的总控制平台2连接，通过GPS计算出来的位置信息通过缆绳5中的光缆传送给总控制平台2，这样可以精确显示取样器在海底的位置，得知取样器着地点位置，所述水下监控影像系统包括深水摄像头、信号传输光缆和显示器，四只深水摄像头，三只分别设置在钻探取样设备三脚架结构的三条边上，另外一只设置在钻头处。深水摄像头通过缆绳5中的同轴光缆与作业船1上的总控制平台2中的显示器连接，实现可以将海底视频信号同步传输至甲板监控器，并可以通过甲板控制系统对水下设备进行控制。当调整支架调节平衡后，钻探取样设备7运转，钻探设备前段带有螺旋钻头8，内部中空，可放置采样管，当钻头打入沉积物规定深度，停止钻头8的运转，然后驱动钻探取样设备7向上拔起钻头，用缆绳吊出水面，在作业船1甲板上取出采样管，完成整个采样过程。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下深层沉积物柱状采集装置，其特征在于：包括作业船、总控制平台、甲板操作平台、提升系统、缆绳、浮球、钻探取样设备和调整支架；总控制平台、甲板操作台和提升系统固定在作业船的甲板上；所述总控制平台内设置动力定位系统和控制装置，并通过钢缆、光缆分别与提升系统、钻探设备进行连接；所述甲板操作台通过缆绳、光缆及电缆与钻探取样设备和调整支架连接；钻探取样设备和调整支架在水面以下工作，钻探取样设备的下部设置调整支架；所述钻探取样设备包括钻进装置、高度计、位置传感器、水下定位系统、水温水压传感器、钻杆的扭矩、钻压、转速、钻进深度和速度传感器和摄像头；所述调整支架为三支带有液压油缸的支腿构成的三角形结构，三个支腿间设置平衡调整装置，所述平衡调整装置为：平衡球通过弹簧分别与三个支腿上的开关连接，开关控制支腿下部的液压油缸升降。

【技术特征摘要】
1.一种水下深层沉积物柱状采集装置，其特征在于：包括作业船、总控制平台、甲板操作平台、提升系统、缆绳、浮球、钻探取样设备和调整支架；总控制平台、甲板操作台和提升系统固定在作业船的甲板上；所述总控制平台内设置动力定位系统和控制装置，并通过钢缆、光缆分别与提升系统、钻探设备进行连接；所述甲板操作台通过缆绳、光缆及电缆与钻探取样设备和调整支架连接；钻探取样设备和调整支架在水面以下工作，钻探取样设备的下部设置调整支架；所述钻探取样设备包括钻进装置、高度计、位置传感器、水下定位系统、水温水压传感器、钻杆的扭矩、钻压、转速、钻进深度和速度传感器和摄像头；所述调整支架为三支带有液压油缸的支腿...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛彦清，赵国强，王婧，杨剑，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37