新型重力活塞取樣器的可行性研究

【摘要】重力活塞取樣器是用于獲取柱狀沉積物的取樣器，是利用安裝活塞的重力取樣器，利用活塞的抽吸作用，抵消沉積物與取樣襯管之間的側(cè)壁摩擦力，可以獲取比重力取樣器更長柱狀樣的取樣器。重力活塞取樣器是由取樣器、平衡桿、重錘、活塞等幾個部件組成的，其中平衡桿和重錘是觸發(fā)和釋放取樣器的機關，但這兩者的重量很大，在實際生產(chǎn)中用起來也很不方便。一般情況下在進行重力活塞取樣作業(yè)時，需要動用其他吊機或者卷揚將重錘回收，拆解平衡桿以及夾板等。新型重力活塞取樣器的想法變應用而生。新型重力活塞取樣器去掉了重錘這個觸發(fā)機構，平衡桿也改為其他釋放機構，這樣重力活塞取樣器的回收與下方工作便可以節(jié)省一個步驟，在生產(chǎn)上具有很大的優(yōu)勢，也有助于提高安全系數(shù)。

【關鍵詞】重力活塞取樣器；安全；新型取樣器；可行性

1.引言

重力活塞取樣器是用于獲取柱狀沉積物的常規(guī)取樣器，是安裝了活塞的重力取樣器，它利用活塞的抽吸作用，抵消沉積物與取樣襯管之間的側(cè)壁摩擦力，可以獲取比重力取樣器更長柱狀樣的取樣器。目前大家常用的重力活塞取樣器是由取樣器、平衡桿、重錘、活塞等幾個部件組成的，其中平衡桿和重錘是觸發(fā)和釋放取樣器的機關，但這兩者的重量很大，我們工作中常用的重錘有150kg和250kg兩種，平衡桿大約30kg。在實際生產(chǎn)中用起來也很不方便。一般情況下在進行重力活塞取樣作業(yè)時，需要動用其他吊機或者卷揚將重錘回收，利用其他吊機吊運重錘時需要配備具備吊機資格的工作人員一名，在安裝和拆解重錘時大量工作需要在舷邊進行作業(yè)，增加了作業(yè)的危險性，尤其在海況較差時。另外拆解和搬運平衡桿也是需要消耗大量體力，這增加了長期海上調(diào)查工作的難度。

另一方面，由于平衡桿是利用杠桿原理觸發(fā)的，在保險銷取掉的一刻，平衡桿就處于一種平衡狀態(tài)，一般情況下重錘一端力矩較大，這樣能保證平衡不容易打破。但即便是在這種情況下，取樣器還是處于一種比較危險的狀態(tài)。同樣存在危險的還有重錘纜。重錘纜是連接平衡桿和重錘的鋼纜，鋼纜長度要根據(jù)取樣器長度來確定。在平衡桿未釋放前，重錘纜與取樣器距離比較遠，不容易與其纏繞。但當平衡桿釋放后，重錘與取樣器緊貼一起，經(jīng)常發(fā)生重錘纜與取樣器纏繞的情況。這種情況下，回收重錘的難度大大增加，甚至在取樣器離底過程中拉斷重錘纜導致重錘丟失。在實際生產(chǎn)中，重錘纜與取樣器纏繞的情況非常常見，處理起來也比較棘手。由于重錘和取樣器在水下，利用吊機吊重錘時常常要透過海水觀察判斷兩者是否纏繞，這在海上作業(yè)過程中需要海水當時具有良好的可見度，種種限制都增加了作業(yè)難度和作業(yè)的危險性。另外活塞纜與重錘纜纏繞的情況也是時有發(fā)生（圖1.1）。由于活塞纜較細，如果纏繞時經(jīng)常比較復雜，需要耗費不少精力去解開。這些情況都大大增加了海上作業(yè)難度和作業(yè)的危險性。

2.新型活塞取樣器的原理

規(guī)重力活塞取樣器的種種缺點促使我們思考另外的活塞取樣方式。通過學習了解其他設備的結構，新型重力活塞取樣器的大致結構已經(jīng)成型（圖2.1）。新型重力活塞取樣器去掉了重錘這個觸發(fā)機構，改為觸探桿觸發(fā)，因此平衡桿可以去掉，改為脫鉤器。這樣重力活塞取樣器的回收與下放工作便可以各節(jié)省安裝與拆重錘的步驟，在生產(chǎn)上具有很大的優(yōu)勢，也有助于提高安全系數(shù)。

新型重力活塞取樣器的組成部分包括取樣器、脫鉤器、探桿及探桿定位罩、夾板等幾部分。與常規(guī)重力活塞取樣器相比，少了重錘、重錘纜、平衡桿。在取樣器即將觸底時，探桿先于取樣器觸底，觸發(fā)脫鉤器，脫鉤器釋放，取樣器插入沉積物直至停止?；厥諘r因為沒有重錘與重錘纜，所以在回收過程中不存在鋼纜與重錘纜纏繞，或者重錘纜與取樣器纏繞，或者活塞纜與重錘纜纏繞的問題?；钊|與取樣器存在纏繞的問題，但是對于回收設備影響不大，因此可以忽略該問題。最重要的是取樣器在回收到甲板的時候，只需要將夾板從鋼纜上取下，并且脫鉤器與夾板重量已經(jīng)大大小于平衡桿，因此工作量也會減少很多。在回收取樣器的時候，取樣器與探桿可以同時回收。

新型重力活塞取樣器雖然有以上的一些優(yōu)點，但是取樣器的一些細節(jié)仍需要詳細討論，尤其在觸發(fā)機關、脫鉤器和保護探桿的問題。

2.1觸發(fā)機構

觸發(fā)機構由探桿構成，探桿的結構需要能夠在柔軟的沉積物上有足夠的靈敏度，否則取樣器不容易觸發(fā)脫鉤器，導致取樣失敗。另外探桿的長度需要在阻力達到一定程度的情況下縮短，以免探桿遇到較硬的底質(zhì)導致探桿損壞。因此探桿在結構上需要具有收縮性和足夠靈敏度。取樣器在一些情況下會變彎，另外取樣器回收的時候可能會碰到探桿，怎么樣在這些情況下保護探桿需要考慮。

2.2脫鉤器

脫鉤器是在布放一些無纜設備時常用的設備，可以簡單的實現(xiàn)設備的下水。但目前我們常使用脫鉤器使用時需要的拉力較大，如果使用探桿時需要將探桿觸發(fā)的力量放大，這樣才能觸發(fā)脫鉤器，必須要改造目前常用的脫鉤器。在下放設備時探桿有可能會碰到甲板或船舷，因此脫鉤器上需要設置保險銷，在設備順利入水后拿掉保險銷。

3.結論

新型重力活塞取樣器具有一定的優(yōu)勢，但目前在觸發(fā)機構和脫鉤器方面還需要進行設計，怎樣能在足夠靈敏度和安全做到良好的平衡是需要大量實驗進行驗證的。