專利名稱：自封式深海保壓取樣控制閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術領域的閥，具體地說，是一種自封式深海保壓取樣控制閥。
背景技術：
為了開展海洋研究，常常需要采集水下特定位置，特定環(huán)境，特定成分的流體樣品進行分析研究。為了保證分析研究的準確性，通常要求所采集的樣品能夠保持原始的物理化學成分和狀態(tài)，如純真、保壓、保溫和保持相態(tài)等。例如，海底熱液是一種分布在大洋海底的噴泉噴出的液體，一般位于1000米～6000米水深， 這種熱液中的化學成分和微生物對生命起源和海底熱液成礦作用的研究具有很高價值。對這種液體進行研究就需要在原位采集真實的樣品。通常的做法是通過載人或無人潛水器機械手上的專用熱液取樣器進行取樣。根據不同研究的需要，取樣分為不保壓取樣和保壓取樣兩種。保壓取樣是樣品在采集、儲存和提取整個過程中維持海底原位采集點(即熱液噴口)的壓力。保壓取樣器的研究，除涉及到取樣器容器和樣品保壓等技術外，另一個關鍵技術就是可由潛水器遙控操作的保壓取樣控制閥。由于該閥在海底大深度時處于外高壓環(huán)境，在水面保壓時又處于外常壓內高壓環(huán)境，在液體取樣和保壓儲存的過程中其內外壓力交替變化，因此，要求這種控制閥在承受內外雙向交替高壓條件下，既能滿足長期密封保壓要求又能滿足潛水器的控制要求?，F(xiàn)有技術中的高壓截止控制閥，一般用在陸上常壓環(huán)境下的高壓回路中，通常采用人工旋轉閥柄或氣體驅動方式控制，限于上述要求，不能直接作為深海保壓取樣控制閥使用。目前國內的相關技術還處于研究探索階段，國際上也只有為數(shù)不多的國家進行開發(fā)研究，采用的方法有通過電機旋轉高壓截止閥的閥柄進行開關控制。
經對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，美國海洋技術研究所(WHOI)最新開發(fā)的一種氣密恒壓熱液取樣器采用的是電機驅動截止閥的方法來實現(xiàn)超高壓環(huán)境中的保壓取樣控制，參見Jeffrey S.Seewald等人在Deep-Sea Research(深海研究)I 49(2001)189-196上發(fā)表的“A new gas-tight isobaric sampler forhydrothermal fluids”(新型氣密保壓熱液取樣器)一文。該裝置的采樣閥是一個普通的超高壓針閥，由減速直流電機控制。減速直流電機安裝在充滿硅油塑料腔內，用來保證內外壓力平衡，電機的輸出軸通過連軸節(jié)與閥柄連接。一個安放在潛水器內的控制盒控制電機的轉向，以直接旋轉閥柄的方式來打開或關閉針閥，操作人員通過監(jiān)視電機的堵轉電流(即最大扭矩)來確定針閥是否全部打開或關閥，即最大關閥力是由電機的最大扭來矩確定的。這種用電機驅動的普通開關閥存在以下三方面缺陷其一，因為采用電機驅動，每一個取樣器均要潛水器提供電源，單獨控制，由于深海取樣時需要攜帶大量的取樣器，電源線的干擾嚴重地影響了取樣操作，并占用了潛水器的資源；其二，由于處于高壓環(huán)境，驅動電機需要充油密封，必須用特定的補償機構來平衡密封腔體的內外壓差，技術復雜，成本高可靠性低；其三，由于閥針對閥口的壓緊密封力的大小是由電機的扭矩來確定的，在保壓時，隨著水深減小，即閥口外壓的減小，使得內壓大大高于外壓，閥針對閥口的壓緊密封力會減小，從而降低保壓效果，甚至泄漏。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種自封式深海保壓取樣控制閥，采用了密封性強的錐面密封結構，其閥口密封面的壓緊力，都隨著內外雙向壓差的增大而增加，因而密封性也隨之增強，并可在大深度水下通過潛水器機械手上的推力油缸以直接推動的方式控制該閥的開關。
本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明包括彈簧座、預壓彈簧、O形密封圈、閥芯桿、閥體、活塞復位彈簧、活塞、限位螺帽、驅動彈簧、驅動塊、套筒、端蓋，閥芯桿內設有O形密封圈，閥芯桿、預壓彈簧和彈簧座依次設在閥體內，活塞的外側設有活塞復位彈簧，活塞套在閥芯桿上，限位螺帽設在閥芯桿頂端，套筒的一端套在活塞和活塞復位彈簧上并與閥體連接，另一端內設有驅動彈簧和驅動塊并設有端蓋。
除了閥體的閥口密封以及活塞、閥體和閥芯桿構成密封結構以外，其余腔體均為非密封結構。
所述的活塞、閥體和閥芯桿構成滑動密封結構。
所述的閥體的閥口為錐面密封。
所述的活塞的外徑D2大于閥體閥口密封截面的直徑D1。
本發(fā)明安裝時，即環(huán)境壓力為常壓情況下，調整并鎖定限位螺帽使活塞復位彈簧處于自由狀態(tài)，調整端蓋使驅動彈簧也處于自由狀態(tài)，此時，預壓彈簧產生的壓力滿足閥口常壓下的密封要求。當本發(fā)明安裝在保壓儲樣容器上并由潛水器攜帶到水下時，隨著水深的增加，環(huán)境壓力增大，密封腔的內外壓差增大，活塞在外壓的作用下壓縮活塞復位彈簧使其沿著閥芯桿向閥口方向移動，直到端面限位位置。由于閥體閥口密封面上的密封截面直徑大于活塞與閥芯桿密封處的活塞內徑，隨著外壓的增大，由此面積差而產生的壓力(簡稱閥口壓差力)使閥口錐面壓緊力越來越大，閥口的密封性也隨著深度的增加越來越強。到達深海采樣點后，通過潛水器機械手上的推力油缸推動套筒內的驅動塊壓縮驅動彈簧，當驅動彈簧的壓縮力克服預壓彈簧的預壓力和閥口壓差力時，閥芯桿移動，完成開閥動作，取樣器進行采樣。在閥芯桿端頭的O形密封圈能確保采集的樣品完全來自于吸水管。由于采用驅動彈簧來推動閥芯桿，緩沖了推力油缸作用在閥芯桿沖擊力，防止推力油缸的剛性推力直接作用于閥芯桿而造成結構破壞。隨著采樣的進行，保壓儲樣容器內的樣品壓力逐漸升高，此時活塞復位彈簧的回復力使得活塞向限位螺帽方向移動直到其初始位置。當樣品采集完畢，內外壓完全平衡后，松開推力油缸，驅動塊在驅動彈簧的作用下復位，閥芯桿由預壓彈簧推動關閉閥口，完成關閥動作。此時保壓儲樣容器所儲存樣品的壓力即為采樣點的壓力。采樣完成后，設備向水面回收，在這個過程中，外壓越來越小，內外壓差越來越大，由于關閥時活塞復位彈簧已使活塞復位并由限位螺帽限位，樣品的容積不隨壓差的變化而改變，保證了樣品壓力穩(wěn)定。又由于活塞的外徑大于閥體閥口密封截面的直徑，內壓作用在此面積差上所產生的對活塞的反推力，由限位螺帽傳遞到閥芯桿上，使閥口的壓緊力越來越大，到達水面時壓差最大，閥口的壓緊力也最大，有利于樣品的長時間保壓儲存，從而實現(xiàn)水下特定位置的液體保壓取樣和保壓儲存。
本發(fā)明使用了高壓錐面密封技術，利用預壓彈簧和滑動的活塞，在內外壓力差方向轉換時，閥口的受力總是保持壓緊的方向，且自動增益，具有壓差越大密封性越強的特點，克服了現(xiàn)有技術中閥口壓緊力隨著內壓增加而減小的不足；由于采取的是外力直線推動來開關閥的操作方式，可利用操作機械手上單一的推力油缸實現(xiàn)多個取樣器的水下采樣，回避了現(xiàn)有技術中驅動電機連接電線對取樣操作的影響；同時由于采用推力油缸通過驅動彈簧來推動閥芯桿，有效地緩沖了閥芯桿沖擊力，防止推力油缸的剛性推力直接作用于閥芯桿而造成結構破壞，也降低了對推力油缸的安裝和行程精度的要求；本發(fā)明為機械結構，避免了現(xiàn)有技術中需要壓力補償?shù)尿寗与姍C等結構造成的結構復雜、成本高和可靠性低的問題。本發(fā)明可用于水下流體保真取樣設備的采樣控制。


圖1為本發(fā)明結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括彈簧座1、預壓彈簧2、O形密封圈3、閥芯桿4、閥體5、活塞復位彈簧6、活塞7、限位螺帽8、驅動彈簧9、驅動塊10、套筒11、端蓋12，閥芯桿4內設有O形密封圈3，閥芯桿4、預壓彈簧2和彈簧座1依次設在閥體5內，活塞7的外側設有活塞復位彈簧6，活塞7套在閥芯桿4上，限位螺帽8設在閥芯桿4頂端，套筒11的一端套在活塞7和活塞復位彈簧6上并與閥體5連接，另一端內設有驅動彈簧9和驅動塊10并設有端蓋12。
除了閥體5的閥口密封以及活塞7、閥體5和閥芯桿4構成密封結構以外，其余腔體均為非密封結構。
所述的活塞7、閥體5和閥芯桿4構成滑動密封結構。
所述的閥體5的閥口為錐面密封。
所述的活塞7的外徑D2大于閥體5閥口密封截面的直徑D1。
權利要求
1.一種自封式深海保壓取樣控制閥，其特征在于，包括彈簧座(1)、預壓彈簧(2)、O形密封圈(3)、閥芯桿(4)、閥體(5)、活塞復位彈簧(6)、活塞(7)、限位螺帽(8)、驅動彈簧(9)、驅動塊(10)、套筒(11)、端蓋(12)，閥芯桿(4)內設有O形密封圈(3)，閥芯桿(4)、預壓彈簧(2)和彈簧座(1)依次設在閥體(5)內，活塞(7)的外側設有活塞復位彈簧(6)，活塞(7)套在閥芯桿(4)上，限位螺帽(8)設在閥芯桿(4)頂端，套筒(11)的一端套在活塞(7)和活塞復位彈簧(6)上并與閥體(5)連接，另一端內設有驅動彈簧(9)和驅動塊(10)并設有端蓋(12)。
2.根據權利要求1所述的自封式深海保壓取樣控制閥，其特征是，除了閥體(5)的閥口密封以及活塞(7)、閥體(5)和閥芯桿(4)構成密封結構以外，其余腔體均為非密封結構。
3.根據權利要求2所述的自封式深海保壓取樣控制閥，其特征是，所述的活塞(7)、閥體(5)和閥芯桿(4)構成滑動密封結構。
4.根據權利要求2所述的自封式深海保壓取樣控制閥，其特征是，所述的閥體(5)的閥口為錐面密封。
5.根據權利要求1或2所述的自封式深海保壓取樣控制閥，其特征是，所述的活塞(7)的外徑D2大于閥體(5)閥口密封截面的直徑D1。
全文摘要
一種自封式深海保壓取樣控制閥，屬于海洋技術儀器設備領域。本發(fā)明包括彈簧座、預壓彈簧、O形密封圈、閥芯桿、閥體、活塞復位彈簧、活塞、限位螺帽、驅動彈簧、驅動塊、套筒、端蓋，閥芯桿內設有O形密封圈，閥芯桿、預壓彈簧和彈簧座依次設在閥體內，活塞的外側設有活塞復位彈簧，活塞套在閥芯桿上，限位螺帽設在閥芯桿頂端，套筒的一端套在活塞和活塞復位彈簧上并與閥體連接，另一端內設有驅動彈簧和驅動塊并設有端蓋。本發(fā)明在沒有機械或電器連接的情況下實現(xiàn)了閥的控制，可將內外壓差轉換為閥口的壓緊力，并自動增益，具有壓差越大密封性越強的特點，可作為水下流體保壓取樣器等設備的開關控制閥。
文檔編號G01N1/04GK1731125SQ20051002844
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權日2005年8月4日
發(fā)明者馬廈飛, 陸耀輝, 俞國康, 任平 申請人:上海交通大學