一种适用于海底沉积物的天然气采集装置 |
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| 申请号 | CN201710699450.8 | 申请日 | 2017-08-16 | 公开(公告)号 | CN107269251A | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 山东科技大学; | 发明人 | 林玉祥; 马小伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种适用于海底 沉积物 的 天然气 采集装置，其包括， 外壳 脱离体以及气体收集回收装置，所述气体收集回收装置包括位于上侧的压缩气体腔以及位于下侧的气体收集腔，所述气体收集腔内设有 吸附 丝，所述气体收集腔与所述外壳脱离体的其中至少一个侧面设有只允许气体通过的透气孔，外部气体依次通过外壳脱离体以及所述气体收集腔的透气孔进入所述气体收集腔内；还包括 锁 定装置，具有将所述气体收集回收装置锁定在所述中空内腔内部的锁定 位置 ；和解除对所述气体收集回收装置的锁定，使得所述气体收集回收装置能够从所述中空内腔的一端脱离所述外壳脱离体的解锁位置。该装置可以有效地在海底淤泥内吸附天然气且方便回收。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种适用于采集海底沉积物的天然气采集装置，其特征在于：包括， |
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| 说明书全文 | 一种适用于海底沉积物的天然气采集装置技术领域[0001] 本发明属于天然气采集装置的设计制造领域，特别涉及一种海底沉积物的天然气采集装置。 背景技术[0002] 随着科学技术的进步，对海洋资源及其环境的认识有了进一步的提高，海洋工程技术也有了很大发展，海洋开发进入到新的发展阶段，从海洋生物资源开发逐步拓展到海底矿产资源开发上。基于此，适用于海底开发的各种矿产资源开采设备及检测设备应运而生。 [0003] 目前，海底气体采集装置用于吸附采集海底淤泥内部的气体，例如天然气。由于海底一般较深(300-500米左右)，需要气体采集装置下落的距离较大，而底部水压和水流动能的不利设计因素较多，因而设计一种能够有效采集海底气体的气体采集装置是本领域技术人员亟待解决的技术问题。 发明内容[0004] 为此，本发明提供一种海底沉积物的天然气采集装置，克服了海底水压较大及水流动能较高的不利影响，实现了快速有效的气体采集。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案 [0006] 一种适用于采集海底沉积物的天然气采集装置，包括，外壳脱离体，具有中空内腔，且所述中空内腔的一端敞开；气体收集回收装置，可移动地安装在所述中空内腔内部，具有压缩气体腔和气体收集腔，所述压缩气体腔用于容纳压缩气体，所述气体收集腔内设有用于吸附气体的吸附丝，所述外壳脱离体侧壁上设有只允许气体通过的透气孔，所述气体收集腔侧壁上也设有只允许气体通过的透气孔，外部气体依次通过设在所述外壳脱离体侧壁上的透气孔、设在所述气体收集腔侧壁上的透气孔后，进入所述气体收集腔内部，并进一步被所述吸附丝吸附；锁定装置，设置在所述外壳脱离体上，具有将所述气体收集回收装置锁定在所述中空内腔内部的锁定位置；和解除对所述气体收集回收装置的锁定，使得所述气体收集回收装置能够从所述中空内腔的一端脱离所述外壳脱离体的解锁位置；采集天然气时，所述锁定装置位于锁定位置，所述气体收集回收装置被锁定在所述外壳脱离体内部，跟随所述外壳脱离体进入海底沉积物内；采集完成后，所述锁定装置切换至解锁位置，解除对所述气体收集回收装置的锁定，所述气体收集回收装置在所述压缩气体腔内气体的浮力下，脱离所述外壳脱离体后上升至海平面。 [0007] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置中，所述锁定装置包括，可移动阻挡部，位于所述气体收集回收装置的上侧，且可相对所述外壳脱离体水平移动；第一驱动装置，用于驱动所述可移动阻挡部水平移动，包括驱动电机以及滑轮组件，所述滑轮组件包括滑轮以及绕过所述滑轮的牵引绳，所述牵引绳一端固定于所述驱动电机的驱动轴上，另一端固定于所述可移动阻挡部上；弹性件，用于向所述可移动阻挡部施加向所述外壳脱离体内侧移动作用力；采集天然气时，在所述弹性件的初始弹性力下所述可移动阻挡部位于所述外壳脱离体内侧将所述气体收集回收装置锁定；采集完成后，所述驱动电机通过驱动固定于所述驱动轴上的所述牵引绳带动所述滑轮另一侧的牵引绳以及所述可移动阻挡部向所述外壳脱离体的外侧移动，解除对所述气体收集回收装置的锁定。 [0008] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置中，所述外壳脱离体外侧设有容纳室，所述锁定装置设置于所述容纳室内。 [0009] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置中，所述外壳脱离体的底部为锥形，所述气体收集腔的底面与所述外壳脱离体的锥形面上设有所述透气孔；所述气体收集腔的底面与所述外壳脱离体的锥形面的顶点之间设有复位件，所述复位件用于向所述气体收集腔施加向上的作用力。 [0010] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置还包括：翻转遮挡装置，包括位于所述外壳脱离体上侧的遮挡板，以及驱动所述遮挡板转动的第二驱动装置；初始状态下，所述遮挡板的延伸方向与所述外壳脱离体轴线平行；当所述外壳脱离体没入海底后，所述第二驱动装置驱动所述遮挡板翻转至延伸方向与所述外壳脱离体的轴线垂直。 [0011] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置中，所述第二驱动装置包括：移动支撑板，板面上设有滑落孔，端部设有挡头；遮挡板支撑杆，上端铰接于所述遮挡板上，下端可滑动支撑于所述移动支撑板上；驱动电机，用于驱动所述移动支撑板水平移动；初始状态时，所述遮挡板支撑杆的下端部支撑于所述移动支撑板具有所述挡头的端部；当所述外壳脱离体没入海底后，所述驱动电机驱动所述移动支撑板移动，所述遮挡板支撑杆落入所述滑落孔内，所述遮挡板翻转至水平状态。 [0012] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置中，所述翻转遮挡装置还包括：翻转助力件，一端固定于所述遮挡板上，另一端固定于位于所述外壳脱离体外侧的支撑臂上，用于拉动所述遮挡板加速翻转。 [0013] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置中，所述移动支撑板可滑动地支撑于支撑板滑轮上，所述支撑板滑轮通过支架支撑。 [0014] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置还包括中央处理器以及与之电连接的淤泥感应装置以及信号接收器，所述淤泥感应装置位于所述外壳脱离体的顶面处，用于检测所述外壳脱离体顶面是否被淤泥覆盖，并将检测信号发送至所述中央处理器；所述信号接收器与所述外壳脱离体顶面具有设定距离，用于接收海面发出的信号。 [0015] 上述适用于海底沉积物的天然气采集装置中，所述气体收集回收装置还包括安装于所述压缩气体腔顶部的GPS装置、发光装置以及供电装置。 [0016] 本发明的上述技术方案具有以下优点： [0017] 1.本发明的适用于海底沉积物的天然气采集装置包括外壳脱离体和气体收集回收装置，初始状态时，气体收集回收装置被锁定装置限制于外壳脱离体内部，当进行气体收集时，将带有气体收集回收装置的外壳脱离体置于待检测海域，气体收集回收装置随着外壳脱离体沉入海底，由于海底淤泥较软，天然气采集装置会顺利沉没于淤泥内部，从而能够对淤泥内部的气体进行收集，即淤泥内部的气体通过设在外壳脱离体以及气体收集腔外壁上的透气孔进入气体收集腔内，进而被吸附丝吸附；待气体收集完毕，锁定装置解除对气体收集回收装置位置的限制，此时，气体收集回收装置在压缩气体腔内的气体的浮力带动下上升至海面。工作人员可在海面回收该气体收集回收装置，外壳脱离体则被留在海底。本发明的天然气采集装置可以实现海底沉积物内天然气的吸附采集，同时，该天然气采集装置利用压缩气体的浮力使气体收集回收装置自行上升，方便了研究人员的回收。 [0018] 2.本发明的适用于海底沉积物的天然气采集装置还包括翻转遮挡装置，其包括位于外壳脱离体上表面的遮挡板，以及驱动遮挡板转动的第二驱动装置；在进入海水的过程中，遮挡板延伸方向与外壳脱离体轴线平行，这使得天然气采集装置向下运动的阻力较小；当外壳脱离体没入海底后，第二驱动装置驱动遮挡板翻转至延伸方向与外壳脱离体的轴线垂直，使天然气采集装置稳定在某一海域的淤泥内部，避免其在水流动能的作用下不规则移动，使气体收集更加高效准确。 [0019] 3.本发明的适用于海底沉积物的天然气采集装置，还设有淤泥感应装置以及信号接收器，淤泥感应装置用于检测外壳脱离体水平方向的距离(本发明中淤泥感应装置选用红外测距仪)；信号接收器用于接收海面发出的信号；上述淤泥感应装置和信号接收器分别与中央控制器连接，天然气采集装置进入海底淤泥后，淤泥感应装置检测距离变为0，此时，中央控制器控制翻转遮挡装置动作，开始进行气体采集，待采集设定时间后，信号接收器接收到海面发送的信号，中央控制器控制锁定装置动作，使气体收集回收装置解除位置锁定，同时在下部复位件的弹力作用下使气体收集回收装置上升；整个过程采用自动化控制，大大降低了研究人员的试验难度。附图说明 [0020] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中 [0021] 图1是本发明的适用于海底沉积物的天然气采集装置的结构示意图； [0022] 图2是本发明的适用于海底沉积物的天然气采集装置中锁定装置的具体结构示意图； [0023] 图3是本发明的适用于海底沉积物的天然气采集装置中翻转遮挡装置的具体结构示意图。 [0024] 图中附图标记表示为：1-遮挡板、2-遮挡板支撑杆、3-驱动电机、4-翻转助力件、5-供电装置、6-外壳脱离体、7-气体收集回收装置、8-复位件、9-信号接收器、10-信号接收器支撑杆、11-移动支撑板、12-淤泥感应装置、13-支撑臂、14-可移动阻挡部、15-中央控制器、16–GPS装置、17-发光装置、18-压缩气体腔、19-吸附丝、20-气体收集腔、22-牵引绳支撑杆、 23-牵引绳、24-滑轮、25-移动支撑板滑轮、26-支架、28-滑落孔、29-挡头、30-遮挡板凹槽。 具体实施方式[0025] 以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。 [0026] 如图1所示为本发明适用于海底沉积物的天然气采集装置的一种具体实施方式。该包括，外壳脱离体6；气体收集回收装置7，以及锁定装置，其中，锁定装置用于在初始状态(气体收集完成之前的状态)限制气体收集回收装置7容置于外壳脱离体6内部；当待气体收集完毕，解除对气体收集回收装置7位置的限制，使气体收集回收装置7相对外壳脱离体6自由活动。 [0027] 其中，外壳脱离体6具有中空内腔，且所述中空内腔的一端敞开，气体收集回收装置7可从中空内腔敞开侧装入至外壳脱离体6内侧；所述气体收集回收装置7包括位于上侧的压缩气体腔18以及位于下侧的气体收集腔20，其中，压缩气体腔18内填充有压缩气体，当气体收集回收装置7相对外壳脱离体6自由活动时，压缩气体的浮力作用下带动气体收集回收装置7向上运动直至浮出海面；所述气体收集腔20内设有用于吸附气体的吸附丝19，吸附丝19用于吸附海底淤泥内的天然气；气体被吸附丝19吸附后，回收该吸附丝19即可在实验室化验其内部成分，以进行海底天然气的研究。所述吸附丝19具体为一种用于石油化探的气体吸附装置，体积很小，能够吸附土壤或空气中的气体，进而将其带到仪器室中进行化验其吸附的气体，可通过市售取得，为现有技术。所述气体收集腔20与所述外壳脱离体6的侧壁上设有只允许气体通过的透气孔，外部气体依次通过外壳脱离体6的透气孔以及所述气体收集腔20的透气孔进入所述气体收集腔20内；具体地，所述外壳脱离体6的底部为锥形，所述气体收集腔20的底面与所述外壳脱离体6的锥形面上设有所述透气孔；外壳脱离体6的锥形面利于天然气采集装置深入海底淤泥内。优选地，在所述气体收集腔20的底面与所述外壳脱离体6的锥形面的顶点之间设有复位件8，在天然气采集装置深入海底淤泥内时，复位件8压缩蓄能，当气体收集回收装置7被释放时，复位件8的弹性力使气体收集回收装置7具有更大的向上运动的力。 [0028] 采集天然气时，所述锁定装置位于锁定位置，所述气体收集回收装置7被锁定在所述外壳脱离体6内部，跟随所述外壳脱离体6进入海底沉积物内；采集完成后，所述锁定装置位于解锁位置，解除对所述气体收集回收装置7的锁定，所述气体收集回收装置7在所述压缩气体腔18内气体的浮力下，脱离所述外壳脱离体6后上升至海平面。 [0029] 如图2所示，所述锁定装置包括位于所述气体收集回收装置7上侧的可移动阻挡部14，其可相对所述外壳脱离体6在其中空内腔的内侧和外侧水平移动，以及驱动所述可移动阻挡部14移动的第一驱动装置；其中，所述第一驱动装置驱动所述可移动阻挡部14在所述锁定位置和与所述解锁位置之间移动。初始状态时，所述可移动阻挡部14处于所述锁定位置，即位于中空内腔内侧，所述气体收集回收装置7限制于所述外壳脱离体6内部，并随着所述外壳脱离体6进入海底淤泥内；待气体收集完毕，所述第一驱动装置驱动所述可移动阻挡部14位于所述解锁位置，即位于中空内腔外侧，所述气体收集回收装置7在所述压缩气体腔 18的浮力的带动下上升至海面。 [0030] 具体地，所述可移动阻挡部14为圆弧形板状，所述可移动阻挡部14的圆形边缘与所述外壳脱离体6之间通过弹性密封材料连接，以使可移动阻挡部14在水平移动时始终保持与外壳脱离体6密封连接；所述第一驱动装置包括驱动电机3以及滑轮组件，所述滑轮组件包括滑轮24以及绕过所述滑轮24的牵引绳23，所述牵引绳23一端固定于所述驱动电机3的驱动轴上，另一端固定于所述圆弧形阻挡板上；弹性件，所述弹性件向所述可移动阻挡部施加向所述外壳脱离体6内侧移动作用力；采集天然气时，在所述弹性件的初始弹性力下所述可移动阻挡部14位于所述外壳脱离体6内侧将所述气体收集回收装置7锁定；采集完成后，所述驱动电机3通过驱动固定于所述驱动轴上的所述牵引绳23带动所述滑轮24另一侧的牵引绳23以及所述可移动阻挡部14向所述外壳脱离体6的外侧移动，解除对所述气体收集回收装置7的锁定。为了使牵引绳23可靠滑动，在所述滑轮24两端分别设置用于支撑所述牵引绳23的牵引绳支撑杆22，牵引绳23可沿牵引绳支撑杆22上的滑道进行滑动。 [0031] 更具体地，所述外壳脱离体6外侧设有容纳室，所述锁定装置设置于所述容纳室内，所述弹性件一端固定于所述容纳室上，另一端固定于可移动阻挡部14上，初始状态时，所述弹性件的弹性力使所述可移动阻挡部14移动至锁定位置，采集气体完成后，第一驱动装置驱动可移动阻挡部14向外壳脱离体6内壁外侧移动，弹性件压缩蓄能。 [0032] 由于海底水流动能较大，为了有效收集气体，则必须保证天然气采集装置较稳定地固定于海底淤泥内，尽量避免天然气采集装置的水平移动，为此，该适用于海底沉积物的天然气采集装置还包括翻转遮挡装置，如图3所示，所述翻转遮挡装置包括位于所述外壳脱离体6上侧的遮挡板1，以及驱动所述遮挡板1转动的第二驱动装置；初始状态下，所述遮挡板延伸方向与所述外壳脱离体6轴线平行；当所述外壳脱离体6没入海底后，所述第二驱动装置驱动所述遮挡板1翻转至延伸方向与所述外壳脱离体6的轴线垂直。这样，在该天然气采集装置进入海水的过程中，遮挡板延伸方向与所述外壳脱离体轴线平行，使天然气采集装置向下移动的阻力较小；当所述外壳脱离体没入海底后，所述第二驱动装置驱动所述遮挡板翻转至延伸方向与所述外壳脱离体的轴线垂直，使天然气采集装置稳定在某一海域的淤泥内部，避免其在水流动能的作用下不规则移动，使气体收集更加高效准确。 [0033] 具体地，所述第二驱动装置包括，移动支撑板11，所述移动支撑板11的端部设有挡头29，所述移动支撑板11的板面上设有滑落孔28；遮挡板支撑杆2，所述遮挡板支撑杆2的上端铰接于所述遮挡板1上，所述遮挡板支撑杆2的下端可滑动支撑于所述移动支撑板11上；以及用于驱动所述移动支撑板11水平移动驱动电机3。初始状态时，所述遮挡板支撑杆2的下端部支撑于所述移动支撑板11具有所述挡头29的端部，实现对遮挡板1的支撑；当所述外壳脱离体6没入海底后，所述驱动电机3驱动所述移动支撑板11移动，本实施例中，如图3所示，所述移动支撑板11向左侧移动，所述遮挡板支撑杆2落入所述滑落孔28内，所述遮挡板1翻转至水平状态。 [0034] 为了使海底天然气采集装置受力均匀，所述翻转遮挡装置对称地设置两个或四个，同时，为了使海底天然气采集装置更加稳定地固定于海底内，在实际设计中可使遮挡板1的板面面积尽量加大。 [0036] 本实施例中，所述驱动电机3既作为第一驱动装置的驱动动力源，也作为第二驱动装置的驱动动力源，该设计可以进一步的节省成本；为了避免驱动电机3在驱动遮挡板1翻转时，同时驱动所述可移动阻挡部14移动，设计时将所述驱动电机3驱动轴一侧的所述牵引绳23的长度增加移动支撑板11移动距离的长度。作为可以替换的实施方式，所述第一驱动装置及所述第二驱动装置可分别设置一台驱动电机实现动力输出，这种方式使翻转遮挡装置及锁定装置的设计更加灵活。 [0037] 优选的，所述翻转遮挡装置还包括翻转助力件4，所述翻转助力件具体为压缩弹簧，所述翻转助力件4一端固定于所述遮挡板1上，另一端固定于位于所述外壳脱离体6外侧的支撑臂13上。通过设置翻转助力件，可以使遮挡板1更加可靠地翻转至水平位置。 [0038] 具体地，为了使移动支撑板11滑动灵活，所述移动支撑板11可滑动地支撑于支撑板滑轮25上，所述支撑板滑轮25通过支架26支撑。 [0039] 为了进一步提高该适用于海底沉积物的天然气采集装置的自动化程度，该天然气采集装置还包括中央处理器15，其可以安装于所述外壳脱离体6的容纳腔内；为了准确检测天然气采集装置进入海底淤泥内部，在所述外壳脱离体6的顶部还设有淤泥感应装置12，用于检测所述外壳脱离体6顶面是否被淤泥覆盖；具体地，所述淤泥感应装置为红外测距仪，其沿水平方向发出红外线，在海水中向无限远处传播，直到遇到障碍物才将红外线反射回来，因而在该装置没入海底淤泥之前，测量得到的距离较大；当所述外壳脱离体6整个没入海底淤泥内部，该红外测距仪被淤泥遮挡，检测距离信号为0时，此时中央控制单元则开始控制翻转遮挡装置的第二驱动装置动作；使天然气采集装置稳定于海底淤泥内开始进行气体收集； [0040] 另外，在所述外壳脱离体6的顶部且距外壳脱离体6一定距离处还设置有所述信号接收器9，待该天然气采集装置收集设定时间后，信号接收器9接收到海面发送的信号，中央控制器控制锁定装置的第一驱动装置动作，使气体收集回收装置解除位置锁定，使气体收集回收装置上升。具体地，该信号接收器9安装于信号接收器支撑杆10上，所述信号接收器支撑杆10安装于所述外壳脱离体6的上表面上，这样可以保证信号接收器9始终处于海水里避免进入海底淤泥内部接受信号能力下降的问题。 [0042] 这样，气体收集回收装置7在浮力的作用下上升时，GPS装置16、发光装置17以及供电装置5随之上升，其余装置滞留海底不再回收，到达水面后GPS信号机16不断发出信号，同时发光装置17不断发出红光，方便研究人员及时回收所需的气体收集回收装置7。 [0043] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 |
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