深海海底取樣控制球閥的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種深海海底取樣控制球閥，包括有閥體總成、球體組合件和取樣筒體，所述的取樣筒體上設置有與取樣筒體同步升降配合的主動傳動件，所述的球體組合件的支撐軸上同軸聯合轉動設置有被動傳動件，所述的主動傳動件驅動被動傳動件轉動，且所述的取樣筒體在其處于遠離球體方向的最大限位行程處時，主動傳動件驅動被動傳動件使球體處于完全關閉狀態，所述取樣筒體在其靠近球體方向的最大限位行程處時，主動傳動件驅動被動傳動件使球體處于完全導通狀態。本發明的優點是纜繩向海底放收過程中自動完成開關動作，且密封可靠性好。
【專利說明】深海海底取樣控制球閥
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于閥門領域，具體是指一種深海海底取樣控制球閥。
【背景技術】
[0002]深海海底資源豐富，為了研究深海海底的物質，需要將深海海底的物質保壓取樣，以便人們進行科學研究。深海海底物質取樣一般是通過纜繩將深海海底取樣裝置下沉到深海海底后，抽取海底含生物的淤泥等物質。一般取樣裝置的控制閥為止回閥，當取樣裝置快速下沉時，止回閥的閥瓣在海水介質力的作用下開啟，取樣后向上提升取樣裝置時，在介質力的作用下止回閥閥瓣關閉。采用止回閥作為控制閥存在技術問題，當取樣裝置提升時，止回閥閥瓣關閉，此時如果閥座密封面有淤泥則不能保證止回閥的密封性能。另外，止回閥的密封性能較差，不能確保取樣裝置的保壓取樣。因此，希望采用密封更加可靠的閥門作為深海海底取樣裝置的控制閥。
[0003]深海海底取樣，由于海洋很深，甚至可達上萬米，通常只能采用纜繩來收放深海海底取樣裝置，沒有任何的電動、氣動或液動控制機構，因此，取樣控制閥的開關控制不能依靠外界的動力，在纜繩向海底收放取樣裝置過程中控制閥自動完成開關動作，而且要求密封可靠，因此，深海海底取樣控制閥的結構設計難度很高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，而提供一種在纜繩向海底放收過程中自動完成開關動作，且密封可靠性好的深海海底取樣控制球閥。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案是包括有閥體總成、球體組合件和取樣筒體，閥體總成內設置有閥道，該閥道的一端開口構成取樣口，該閥道的內端設置有閥座，所述閥體總成包括有閥體，所述的球體組合件包括有中部開有通孔的球體、以及對稱固定于球體軸向兩側的支撐軸，所述的支撐軸轉動設置于閥體內，該球體在其轉動的過程中其內的通孔與閥道構成導通或關閉配合，且該球體的一端與閥座密封配合，所述閥體相對球體的另一端外側滑移設置有取樣筒體，且閥體組件上設置有對該取樣筒體的滑移行程進行上下限位的限位機構，該取樣筒體內設置有取樣腔，球體處于導通狀態下其內的通孔與取樣筒體的內端開口相連通，所述取樣筒體的取樣腔內滑移設置有取樣活塞，該取樣活塞上聯動固定有活塞桿，所述的取樣筒體的外端部設置有活塞桿導向孔，所述的活塞桿與活塞桿導向孔導向密封配合且活塞桿的外端伸出于活塞桿導向孔之外，所述的取樣筒體上設置有與取樣筒體同步升降配合的主動傳動件，所述的球體組合件的支撐軸上同軸聯合轉動設置有被動傳動件，所述的主動傳動件驅動被動傳動件轉動，且所述的取樣筒體在其處于遠離球體方向的最大限位行程處時，主動傳動件驅動被動傳動件使球體處于完全關閉狀態，所述取樣筒體在其靠近球體方向的最大限位行程處時，主動傳動件驅動被動傳動件使球體處于完全導通狀態，進一步設置是所述的主動傳動件為固定設置于取樣筒體兩側下端部的主動齒條，所述的被動傳動件為同軸固定于球體組合件的支撐軸上上的被動齒輪，該主動齒條與被動齒輪傳動哨合，所述的主動齒條與取樣筒體為一體固定結構。
[0006]本發明的工作原理和取樣過程介紹:
當本申請的深海海底取樣控制球閥(下文簡稱取樣控制閥)處于開啟狀態下(參見圖1)，在海面通過釋放纜繩，該纜繩與活塞桿的外端相連，將本發明的取樣控制閥裝置保持圖1中的垂直狀態快速下沉到海底，直至取樣控制閥的下端部插入到海底淤泥中，此時收取纜繩，隨著纜繩的上拉，活塞桿帶動取樣活塞向上運動，當取樣活塞運動到取樣筒體的上端時，受取樣活塞的限位，取樣筒體與取樣活塞不再做相對運動，取樣活塞在取樣筒體內向上運動時,海底的淤泥、微生物等需要取樣的介質被抽取到取樣筒體的取樣腔中。此時,繼續收取纜繩時，取樣筒體隨取樣活塞及活塞桿同時向上運動，此時，由于閥體插在海底淤泥中，因此，取樣筒體在閥體內向上滑動，與取樣筒體固定連接的主動傳動件隨取樣筒體一起向上運動，由于主動傳動件與被動傳動件傳動配合，因此，主動傳動件向上運動帶動被動傳動件進而使得球體，使得球體從開啟狀態做關閉運動，當取樣筒體運動到最上端限位處時，球體正好旋轉到完全關閉位置。繼續收取纜繩，在纜繩力的作用下，閥體從淤泥中拔出，直至整個取樣控制閥從海底提升到海面。由于取樣控制閥處在關閉位置，能夠確保取樣筒體中的樣品保持在海底的壓力下，確保海底物質的保壓取樣。
[0007]另外，本設置，取樣筒體和主動齒條為一體設置，使得二者加工效率高，成本低，簡化后續產品裝配，另外，主動齒條和被動齒輪之間的傳動配合使得取樣筒體的升降動作與球體的啟閉動作連接更加穩定可靠，而且二者的裝配定位比較方便。
[0008]進一步設置是所述的閥體總成包括固定于閥體下端的閥座支撐座和固定于閥體上端的閥體端蓋，所述的閥道設置于閥座支撐座的內部。通過本設置，便于設置于閥體總成內的球體、取樣筒體等各部件的裝配。
[0009]進一步設置是所述的閥座支撐座的內端與閥體的內腔壁之間設置有閥座滑移腔，所述閥座滑移設置于該閥座滑移腔上，且閥座的上端面內側角構成與球體密封配合的密封畐0，所述的閥座對應于閥座支撐座頂面的下端部開設有彈簧安裝盲孔，該彈簧安裝盲孔內設置有預緊彈簧，該預緊彈簧的下端與閥座支撐座頂面作用抵接。通過本設置，實現了彈簧力對閥座的預緊效果，提高了閥座與球體之間的密封性。
[0010]進一步設置是閥座的上方設置有與取樣筒體的取樣腔相通的高壓腔，所述的閥座與閥體的內腔壁之間設置可供介質進入閥座滑移腔內并對對閥座的下端實施抵壓的第一間隙，所述的閥座的相對于第一間隙的側壁設置有用于防止雜質從第一間隙通過的第一擋圈。通過本設置，高壓腔中介質壓力通過該第一間隙作用于閥座上，使得閥座與球體之間的密封性大為提高，極大地保障了二者之間的密封性，進而使得取樣腔內所取樣的海底物質保持其原始壓力。
[0011]進一步設置是所述的閥座支撐座的內側壁上設置有第一臺階部，所述的閥座上設置有與第一臺階部形狀互補且縱向滑移適配的第二臺階部，所述的第一臺階部和第二臺階部相互配合構成臺階部第一間隙、臺階部中間腔和臺階部第二間隙，所述的臺階部第一間隙的上端與閥座滑移腔相通，從第一間隙進入到閥座滑移腔的介質繼續通過該臺階部第一間隙進入到臺階部中間腔并對閥座的下端進行抵壓，所述的臺階部中間腔內設置有用于密封隔絕臺階部第一間隙和臺階部第二間隙的臺階部密封圈，所述的閥座的相對于臺階部第二間隙的側壁設置有用于防止雜質從臺階部第二間隙進入到臺階部中間腔的第二擋圈，該臺階部第二間隙的下端與閥道相通。通過本設置，進一步提高介質壓力對閥座的預緊密封，保障了球體和閥座之間的密封性。
[0012]進一步設置是所述閥座的密封副內固定設置有與球體密封配合的閥座密封圈。本設置，提高了球體和閥座之間的密封性。
[0013]進一步設置是閥座支撐座的外側壁與閥體的內壁之間設置有O型密封圈。本設置保障了閥座支撐座的外側壁與閥體的內壁之間的密封性。
[0014]進一步設置是所述的活塞桿與取樣活塞聯接的端部外側設置環形凸部，所述的活塞桿導向孔的內壁上設置有該環形凸部嵌配的環形嵌槽，所述的環形凸部的側壁內設置有O型密封圈，該O型密封圈在環形凸部與環形嵌槽嵌配定位時用于二者的密封。通過本設置，保障了活塞桿與取樣筒體的活塞桿導向孔之間的密封性，以實現保壓取樣。
[0015]進一步設置是所述的限位機構包括有上限位機構和下限位機構，所述的上限位機構包括有凸起設置于取樣筒體外側壁的上限位臺肩、以及與上限位臺肩的限位配合的閥體端蓋下端面，所述的下限位機構為凸起設置于閥體內壁上并位于球體和取樣筒體下端面之間的下限位凸臺，該下限位凸臺與其上端的取樣筒體下端面限位配合。通過本設置，實現了對取樣筒體的滑移行程的上下限位。
[0016]下面結合說明書附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步介紹。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1本發明球體處于導通狀態的結構示意圖；
圖2為圖1的A-A剖視放大圖；
圖3為圖1的I部放大圖。
[0018]圖4為圖1的II部放大圖。
【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例對本發明進行具體的描述，只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限定，該領域的技術工程師可根據上述發明的內容對本發明作出一些非本質的改進和調整。
[0020]如圖1-4所示的本發明的【具體實施方式】，包括有閥體總成1、球體組合件2和取樣筒體3，閥體總成I內設置有閥道14，該閥道14的下端開口構成取樣口 141，該閥道14的內端設置有閥座4，所述閥體總成I包括有閥體11、固定于閥體11下端的閥座支撐座12和固定于閥體11上端的閥體端蓋13，所述的閥道14設置于閥座支撐座12的內部，所述的球體組合件2包括有中部開有通孔211的球體21、以及對稱固定于球體軸向兩側的支撐軸22，所述的支撐軸22轉動設置于閥體11內，本實施例在通過在閥體對支撐軸的側部開設閥體通孔，并在該閥體通孔內可拆卸固定有閥體側端蓋16，實現球體組合件2在閥體內的轉動安裝。
[0021]另外，本實施例該球體21在其轉動的過程中其內的通孔211與閥道14構成導通或關閉配合，且該球體21的下端與閥座4密封配合，所述閥體11相對球體21的上端外側滑移設置有取樣筒體3，且閥體組件I上設置有對該取樣筒體3的滑移行程進行上下限位的限位機構，本實施例該限位機構包括有上限位機構和下限位機構，所述的上限位機構包括有凸起設置于取樣筒體3外側壁的上限位臺肩31、以及與上限位臺肩31的限位配合的閥體端蓋下端面131，所述的下限位機構為凸起設置于閥體11內壁上并位于球體21和取樣筒體3下端面之間的下限位凸臺111，該下限位凸臺111與其上端的取樣筒體3下端面32限位配合。
[0022]本實施例該取樣筒體3內設置有取樣腔33，球體21處于導通狀態下其內的通孔211與取樣筒體3的內端開口 331相連通，所述取樣筒體的取樣腔33內滑移設置有取樣活塞34，該取樣活塞34上聯動固定有活塞桿35，所述的取樣筒體3的外端部設置有活塞桿導向孔36,所述的活塞桿35與活塞桿導向孔36導向密封配合且活塞桿35的外端伸出于活塞桿導向孔36之外，該活塞桿35在實際取樣操作時與纜繩37連接，本實施例所述的活塞桿35與取樣活塞34聯接的端部外側設置環形凸部351，所述的活塞桿導向孔36的內壁上設置有該環形凸部嵌配的環形嵌槽361，所述的環形凸部351的側壁內設置有O型密封圈352，該O型密封圈352在環形凸部351與環形嵌槽361嵌配定位時用于二者的密封，從而保持取樣腔33的密封性。
[0023]此外，本實施例所述的取樣筒體3上設置有與取樣筒體同步升降配合的主動傳動件38，所述的球體組合件2的支撐軸22上同軸聯合轉動設置有被動傳動件23，所述的主動傳動件38驅動被動傳動件23轉動，且所述的取樣筒體3在其處于遠離球體方向的最大限位行程處時，主動傳動件38驅動被動傳動件23使球體處于完全關閉狀態，所述取樣筒體3在其靠近球體方向的最大限位行程處時，主動傳動件38驅動被動傳動件23使球體處于完全導通狀態，本實施例所述的主動傳動件38為固定設置于取樣筒體兩側下端部的主動齒條，所述的被動傳動件23為同軸固定于球體組合件的支撐軸上的被動齒輪，該主動齒條與被動齒輪傳動嚙合。當然本發明該主動傳動件38和被動傳動件23還可以采用其他形式的機械傳動組合進行設計。本實施例主動齒條與取樣筒體一體固定結構，如圖4所示。
[0024]另外本實施例所述的閥座支撐座12的內端與閥體的內腔壁之間設置有閥座滑移腔121，所述閥座4滑移設置于該閥座滑移腔121上，且閥座4的上端面內側角構成與球體21密封配合的密封副41，本實施例該密封副41內固定設置有與球體密封配合的閥座密封圈42。另外，所述的閥座4對應于閥座支撐座12頂面的下端部開設有彈簧安裝盲孔43，該彈簧安裝盲孔內設置有預緊彈簧44，該預緊彈簧44的下端與閥座支撐座12頂面作用抵接。
[0025]本實施例為了進一步保障閥座4與球體21閥座的密封，所述的閥座4上方設置有與取樣筒體3的取樣腔33相同的高壓腔B，所述的閥座4與閥體11的內腔壁之間設置可供介質進入閥座滑移腔內并對對閥座4的下端實施抵壓的第一間隙112，所述的閥座的相對于第一間隙的側壁設置有用于防止雜質從第一間隙112通過的第一擋圈113，本實施例該第一擋圈113采用柔性石墨制成。
[0026]另外，所述的閥座支撐座12的內側壁上設置有第一臺階部122，所述的閥座4上設置有與第一臺階部形狀互補且縱向滑移適配的第二臺階部46，所述的第一臺階部122和第二臺階部46相互配合構成臺階部第一間隙47、臺階部中間腔48和臺階部第二間隙49，所述的臺階部第一間隙47的上端與閥座滑移腔121相通，從第一間隙112進入到閥座滑移腔121的介質繼續通過該臺階部第一間隙47進入到臺階部中間腔48并對閥座4的下端進行抵壓，所述的臺階部中間腔48內設置有用于密封隔絕臺階部第一間隙47和臺階部第二間隙49的臺階部密封圈481，所述的閥座4的相對于臺階部第二間隙49的側壁設置有用于防止雜質從臺階部第二間隙49進入到臺階部中間腔48的第二擋圈491，該第二擋圈491采用柔性石墨制成，所述臺階部第二間隙49的下端與閥道相通。
[0027]本實施例介質壓力對閥座的輔助密封的原理是:當取樣控制閥處在海底的時候，取樣控制閥的內外壓力是相同的，當取樣控制閥關閉后在海底往海面提升時，取樣裝置內部高壓腔B保持海底的壓力，而取樣控制球體外的閥道14壓力逐漸減小，此時，取樣控制閥內高壓腔B的介質壓力通過第一擋圈113 (僅僅擋臟，不起壓力密封作用)以及第一間隙112、以及臺階部第一間隙47進入到閥座滑移腔121和臺階部中間腔48內，該介質壓力使閥座密封圈42與球體21緊密貼合密封，從而實現了介質壓力對閥座和球體的輔助密封。當取樣控制閥提升至海面時，取樣控制閥內外(高壓腔B與閥座14之間)的壓差達到最大，此時，介質壓力對閥座下端的密封作用力達到最大，能完全保障閥座4與球體11之間的密封，從而確保取樣裝置的保壓取樣。
[0028]另外，本實施例閥座支撐座12的外側壁與閥體11的內壁之間設置有O型密封圈114。
【權利要求】
1.一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:包括有閥體總成、球體組合件和取樣筒體，閥體總成內設置有閥道，該閥道的一端開口構成取樣口，該閥道的內端設置有閥座，所述閥體總成包括有閥體，所述的球體組合件包括有中部開有通孔的球體、以及對稱固定于球體軸向兩側的支撐軸，所述的支撐軸轉動設置于閥體內，該球體在其轉動的過程中其內的通孔與閥道構成導通或關閉配合，且該球體的一端與閥座密封配合，所述閥體相對球體的另一端外側滑移設置有取樣筒體，且閥體組件上設置有對該取樣筒體的滑移行程進行上下限位的限位機構，該取樣筒體內設置有取樣腔，球體處于導通狀態下其內的通孔與取樣筒體的內端開口相連通，所述取樣筒體的取樣腔內滑移設置有取樣活塞，該取樣活塞上聯動固定有活塞桿，所述的取樣筒體的外端部設置有活塞桿導向孔，所述的活塞桿與活塞桿導向孔導向密封配合且活塞桿的外端伸出于活塞桿導向孔之外，所述的取樣筒體上設置有與取樣筒體同步升降配合的主動傳動件，所述的球體組合件的支撐軸上同軸聯合轉動設置有被動傳動件，所述的主動傳動件驅動被動傳動件轉動，且所述的取樣筒體在其處于遠離球體方向的最大限位行程處時，主動傳動件驅動被動傳動件使球體處于完全關閉狀態，所述取樣筒體在其靠近球體方向的最大限位行程處時，主動傳動件驅動被動傳動件使球體處于完全導通狀態，所述的主動傳動件為固定設置于取樣筒體兩側下端部的主動齒條，所述的被動傳動件為同軸固定于球體組合件的支撐軸上上的被動齒輪，該主動齒條與被動齒輪傳動嚙合，所述的主動齒條與取樣筒體為一體固定結構。
2.根據權利要求1所述的一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:所述的閥體總成包括固定于閥體下端的閥座支撐座和固定于閥體上端的閥體端蓋，所述的閥道設置于閥座支撐座的內部。
3.根據權利要求2所述的一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:所述的閥座支撐座的內端與閥體的內腔壁之間設置有閥座滑移腔，所述閥座滑移設置于該閥座滑移腔上，且閥座的上端面內側角構成與球體密封配合的密封副，所述的閥座對應于閥座支撐座頂面的下端部開設有彈簧安裝盲孔，該彈簧安裝盲孔內設置有預緊彈簧，該預緊彈簧的下端與閥座支撐座頂面作用抵接。
4.根據權利要求3所述的一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:閥座的上方設置有與取樣筒體的取樣腔相通的高壓腔，所述的閥座與閥體的內腔壁之間設置可供介質進入閥座滑移腔內并對對閥座的下端實施抵壓的第一間隙，所述的閥座的相對于第一間隙的側壁設置有用于防止雜質從第一間隙通過的第一擋圈。
5.根據權利要求3所述的一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:所述的閥座支撐座的內側壁上設置有第一臺階部，所述的閥座上設置有與第一臺階部形狀互補且縱向滑移適配的第二臺階部，所述的第一臺階部和第二臺階部相互配合構成臺階部第一間隙、臺階部中間腔和臺階部第二間隙，所述的臺階部第一間隙的上端與閥座滑移腔相通，從第一間隙進入到閥座滑移腔的介質繼續通過該臺階部第一間隙進入到臺階部中間腔并對閥座的下端進行抵壓，所述的臺階部中間腔內設置有用于密封隔絕臺階部第一間隙和臺階部第二間隙的臺階部密封圈，所述的閥座的相對于臺階部第二間隙的側壁設置有用于防止雜質從臺階部第二間隙進入到臺階部中間腔的第二擋圈，該臺階部第二間隙的下端與閥道相通。
6.根據權利要求3所述的一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:所述閥座的密封副內固定設置有與球體密封配合的閥座密封圈。
7.根據權利要求3所述的一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:所述閥座支撐座的外側壁與閥體的內壁之間設置有O型密封圈。
8.根據權利要求1所述的一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:所述的活塞桿與取樣活塞聯接的端部外側設置環形凸部，所述的活塞桿導向孔的內壁上設置有該環形凸部嵌配的環形嵌槽，所述的環形凸部的側壁內設置有O型密封圈，該O型密封圈在環形凸部與環形嵌槽嵌配定位時用于二者的密封。
9.根據權利要求3所述的一種深海海底取樣控制球閥，其特征在于:所述的限位機構包括有上限位機構和下限位機構，所述的上限位機構包括有凸起設置于取樣筒體外側壁的上限位臺肩、以及與上限位臺肩的限位配合的閥體端蓋下端面，所述的下限位機構為凸起設置于閥體內壁上并位于球體和取樣筒體下端面之間的下限位凸臺，該下限位凸臺與其上端的取樣筒體下端面限位配合。
【文檔編號】G01N1/10GK104154261SQ201410359057
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】邱曉來, 葉建偉, 王漢洲, 黃明金, 林潔 申請人:超達閥門集團股份有限公司
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