[发明专利]一种用于防止柱状取样器倾倒的侧推装置及使用方法

说明书

本发明提供了一种用于防止柱状取样器倾倒的侧推装置及使用方法，包括侧推装置上表面设有呈十字对称排列的4组螺旋桨，侧推装置内部呈十字对称安装4组滑轮伸缩支架，侧推装置内部还依次环形固定安装螺旋桨控制仓、姿态传感器、压力计和6组充电电池组。通过本发明的技术方案，可以有效纠正柱状取样器在水下取样过程中发生的倾倒姿态，显著提高水底柱状沉积物样品的取样成功率，在此基础上可以按需增大取样器的配重和取样管长度，满足海洋沉积物样品取样长度需求，节省取样船时和人工成本。侧推装置适用范围广，适用于现有的任意口径普通柱状取样器的升级改造，有一定应用市场，可降低开发和制造成本。

技术领域

本发明涉及海底勘探技术领域和海洋工程地质技术领域，具体而言，特别涉及一种用于防止柱状取样器倾倒的侧推装置及使用方法。

背景技术

在进行海洋地质调查中，不论地球物理勘探手段发展到什么程度，直接获取一定量的海底沉积物样品仍然是必要的。只有获取一定数量的海底沉积物原状样品，才能进行直接的沉积物粒度、比表面积、微观结构、成份等的分析，还有压缩性、抗剪强度等力学指标的测定，以及自下而上的沉积物测年，沉积物中孔隙水的抽取鉴定，最后可以综合获得取样地点沉积物的大量有价值的地质信息以及生物化学信息。长岩芯的柱状样品对海洋沉积学、海底生物地球化学、海洋工程地质等学科的研究有决定性的意义。

目前有多种方法可以获取海底沉积物，箱式取样器、水下机器人等只能获取表层1m厚范围内的沉积物样品，大洋钻探当然可以取得很长的沉积物甚至岩芯样品，但是其成本太高一般的海洋科考调查航次无法实现。而使用柱状沉积物取样器结构简单、成本较低、操作简单，普遍适配于各型调查船的工作能力，目前常用的主要有普通重力柱状取样器和振动活塞取样器。依靠设备自重及下落过程中产生的冲力插入沉积物样，是该类取样器的主要工作方式，公告号CN2360587Y的中国专利公开了一种 “长岩芯重力活塞取样器” 技术，公告号CN100334436C的中国专利公开了 “一种无边界扰动的单管沉积物采样器” 技术、公告号CN101592562A的中国专利公开了 “一种海底沉积物取样器”，这些取样器只是改进了取样器的插入之后的工作性能，无法保证取样管的插入姿态保持垂直，进而会影响采样成功率；公告号CN108760375A的中国专利公开了一种配备螺旋桨装置的柱状取样器，可以保证取样管插入沉积物前的铅直状态，但是该类型的取样器螺旋桨设置在了取样器顶部，无法保证其姿态纠正的效率和及时性，最重要的是公示的专利不具有普适性，无法应用于不同直径的柱状取样器。

目前公开使用的重力柱状取样器在进行海底沉积物取样时，往往会遇到以下两个问题，严重影响取样的效果和质量：

首先出现的问题是柱状取样器插入沉积物姿态问题。由于近底部海流的作用或者无动力定位的船只随海表水体漂流而产生拖拽，柱状沉积物取样器不能每次保证以铅直姿态插入海底沉积物中，取样管往往以一定夹角斜插入沉积物中，在遇到稍硬的沉积物时，会出现取样器倾倒，无法获取沉积物样品的状况，严重影响取样的工作效率。

随着倾倒问题带来的另一个问题是取样管管长受限。对于一次取样我们需要获得尽量长的样品，有利于分析沉积的地层结构以及进行年代分析，而普通柱状取样器的管长超过10m后取样效率大大降低，因为较长的取样管的重心远离取样管头部刀口，即使取样管插入沉积物的倾斜角度较小，取样管也因重心高而无法顺利插入沉积物中发生倾倒，难以保证取样效率；甚至在沉积物软硬适中情况下，取样管头部插入了沉积物，但此时产生了较大弯矩而取样管发生弯折，造成设备的损坏。

在水深3000m左右的深海取一次样品至少要占用2小时船时，更深处则需花费更多船时，而且船舶出海成本高昂，所以需要对传统重力柱状取样器进行改进，使取样管每次插入沉积物中保持铅直状态，大幅提高深海大洋重力柱状沉积物的取样成功率，在保证取样器铅直姿态的前提下，可以按需增加取样管长度和配重，保证获取较长的沉积物样品，提高沉积物采样效率，降低海洋调查成本，对相关领域的科学研究有重要价值意义。同时，目前大多数调查船配备的传统活塞式重力柱状取样器，改造需要尽量适配目前已有的取样器，保证有市场需求，降低研发成本。因此本设计是对海洋地质调查设备的重要补充。