УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к пробоотборным устройствам и может быть использовано для взятия проб жидкости при проведении экологических исследований водоемов природного и искусственного происхождения с целью определения состава воды и содержания в ней загрязняющих веществ.
Известен прибор для отбора пробы жидкости [1], снабженный средством для поддержания емкости в горизонтальном положении.
В приборе применены связанные с тросом щипцы из рычагов Z-образной формы, один из которых имеет гнездо для поддержания емкости в горизонтальном положении, а другой пробку, закрывающую горлышко емкости. В таком положении прибор погружают на трос в водоем. На заданной глубине по тросу опускают посылочный груз, под действием которого щипцы сдавливаются, при этом одна емкость выскальзывает, а пробка открывается. Емкость принимает вертикальное положение и в нее набирается проба жидкости. При отборе пробы емкость с помощью троса извлекают на поверхность.
В данном устройстве средство для удержания емкости в горизонтальном положении обеспечивает фиксацию емкости в момент ее погружения без использования специального корпуса и/или груза.
Однако устройство имеет ограниченное функциональное применение и не обеспечивает представительность отбираемой пробы. Кроме того, емкость в момент отбора пробы принимает вертикальное положение, что затрудняет использование устройства при исследовании мелких водоемов.
Известен прибор [2], обеспечивающий представительность отбираемой пробы за счет закрытия каналов для поступления жидкости после отбора пробы. Устройство содержит сосуд с окнами для впуска жидкости, подвешенный на тросе, а также поворотные дисковые заслонки, в которых имеются аналогичные окна-прорези. Заслонки с помощью шарниров соединены с крыльями-приспособлениями для поворота заслонок. При подъеме сосуда на поверхность под действием сопротивления жидкостной среды на крыльях заслонки поворачиваются так, что окна-прорези на них не совпадают с окнами в сосуде. При этом проба жидкости запирается и доставляется на поверхность.
Указанный прибор обеспечивает получение представительной пробы с заданной глубины, однако устройство сложно по конструкции, громоздко, ненадежно фиксируется в рабочем положении. Кроме того, оно не приспособлено для взятия проб из мелких водоемов.
Известно также устройство для отбора проб воды [3], содержащее закрепленные на тросе емкость с входным отверстием, закрытым пробкой с цанговым зажимом, а также узел пробоотбора, выполненный в виде цилиндрического корпуса с отверстиями для прохода жидкости, внутри которого размещен груз.
Емкость крепится под узлом пробоотбора и фиксируется в вертикальном положении.
Устройство обеспечивает представительность отбираемой пробы и позволяет осуществлять отбор пробы жидкости из достаточно мелких водоемов благодаря расположению корпуса с грузом выше емкости.
Однако, конструкция предусматривает наличие цангового зажима для фиксации пробки в емкости, что снижает надежность работы устройства. Кроме того, вертикальное положение емкости ограничивает минимально возможную глубину исследуемых водоемов.
Известно также устройство для отбора проб жидкости [4], содержащее закрепленные на тросе по крайней мере одну емкость с входным отверстием и узел пробоотбора, включающий корпус с грузом, отличающееся тем, что корпус в нижней части снабжен соосно расположенной насадкой, имеющей по крайней мере один радиальный паз, в котором жестко закреплен цилиндрический палец с входным осевым глухим каналом и сквозным радиальным отверстием, на пальце коаксиально размещена втулка, установленная с возможностью поворота относительно пальца и имеющая сквозное радиальное отверстие, при этом входное отверстие емкости совмещено со сквозным радиальным отверстием втулки, а емкость жестко скреплена с втулкой.
Недостатком известного устройства является возможность взятия пробы только с придонной области водоема.
Наиболее близки и выбранным в качестве прототипа является телескопическое устройство для отбора проб жидкости [5], содержащее трос, по крайней мере две трубчатые концентричные телескопически раздвижные секции, наружная из которых выполнена закрытой с верхнего конца, механизм фиксации устройства в сложенном положении, запорный клапан и каналы для прохода жидкости, отличающееся тем, что устройство содержит связанный с механизмом фиксации корпус, выполненный в виде открытого сверху стакана по крайней мере с двумя сквозными отверстиями в дне и с
закрепленным в дне осевым стержнем с коническим расширением на верхнем конце, стержень размещен во внутренней полости концентричных секций, наружная секция выполнена с коническим сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце, клапан установлен в верхней закрытой части наружной секции и зафиксирован в открытом положении, а его запорный элемент связан с тросом, внутренняя секция установлена свободно и выполнена с конически расширяющимся участком наружной поверхности на верхнем и конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце, причем конически расширяющиеся и конически сужающиеся участки поверхности смежных, размещенных один в другом элементов устройств согласованы с возможностью образования конического уплотнения.
Недостатком устройства-прототипа является затрудненное проникновение жидкости через запорный клапан, имеющий ограниченную пропускную способность, что приводит к невозможности быстрой смены жидкости внутри корпуса устройства при погружении, что в свою очередь приводит к тому, что отобранная жидкость представляет собой смесь жидкостей с разной глубины.
Задачей изобретения является создание простого и надежного устройства для отбора проб жидкости с любой глубины при отсутствии перемешивания жидкости с разных глубин.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство для отбора проб жидкости содержит трос, корпус, стержень, цилиндрический стакан, груз, основание, шайбу, при этом основание и корпус соединены стержнем, цилиндрический стакан выполнен с внутренней кольцевой выточкой, в которую входят подпружиненные фиксаторы, закрепленные на корпусе и удерживающие цилиндрический стакан на корпусе, цилиндрический стакан выполнен открытым с двух сторон, на цилиндрический стакан сверху установлена шайба, груз имеет сквозное отверстие через которое пропущен трос, при этом груз может свободно перемещаться вдоль троса, корпус соединен с концом троса, в нижней части стакана выполнена внутренняя коническая фаска, в верхней части основания выполнена наружная коническая фаска и выполняются соотношения D1<D2, D2<D3, D3<D4, D3>D5, D5<D4, где D1 - диаметр корпуса, D2 - внутренний диаметр стакана, D3 - внутренний диаметр нижней кромки стакана, D4 - внешний диаметр основания, D5 - внешний диаметр верхней кромки основания.
Устройство дополнительно может содержать датчик глубины погружения, при этом трос содержит токопроводящие жилы, по которым передаются сигналы от датчика глубины погружения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - чертеж устройства (вид сбоку в сечении А-А);
фиг.2 - чертеж устройства (вид сверху);
фиг.3 - чертеж устройства после закрывания (вид сбоку в сечении А-А);
фиг.4 - чертеж корпуса (виды сбоку, сверху и в сечении А-А);
фиг.5 - чертеж цилиндрического стакана (в сечении);
фиг.6 - чертеж основания (в сечении);
фиг.7 - схема использования устройства.
На чертежах обозначено:
1 - основание;
2 - стержень;
3 - корпус;
4 - цилиндрический стакан;
5 - подпружиненные фиксаторы;
6 - шайба;
7 - груз;
8 - трос;
9 - судно-носитель;
10 - подъемный механизм.
Стержень 2 одним концом при помощи резьбового соединения соединен с основанием 1, а другим также при помощи резьбового соединения соединен с корпусом 3. При этом между корпусом 3 и основанием 1 образуется пространство для исследуемой жидкости. Это пространство при отборе пробы закрывается цилиндрическим стаканом 4.
Цилиндрический стакан 4 удерживается в верхнем положении, когда пространство для исследуемой жидкости между корпусом 3 и основанием 1 открыто для доступа жидкости, при помощи подпружиненных фиксаторов 5. При ударе груза 7 по шайбе 6 и соответственно шайбы 6 по верхней части цилиндрического стакана 4, подпружиненные фиксаторы 5 выходят из выточки в цилиндрическом стакане 4 и цилиндрический стакан 4 опускается вниз, закрывая пространство между корпусом 3 и основанием 1. Длина цилиндрического стакана 4 выбирается таким образом, чтобы
цилиндрический стакан 4 при перемещении в нижнее положение и заклинивании на основании 1 полностью закрывал пространство между корпусом 3 и основанием 1, то есть выбирается большей суммы расстояния между корпусом 3 и основанием 1 и расстояния, на которое сдвигаются друг на друга конические фаски, выполненные в нижней части цилиндрического стакана 4 и в верхней части основания 1
Подпружиненные фиксаторы 5 прикреплены к корпусу 3 при помощи винтового соединения. В качестве подпружиненных фиксаторов 5 могут использоваться L-образные пружины, выполненные из эластичной пластмассы. Устройство содержит по меньшей мере два фиксатора. Подпружиненные фиксаторы 5 расположены симметрично относительно центра корпуса 3.
Корпус 3 (фиг.4) имеет отверстия с резьбой для крепления подпружиненных фиксаторов 5 и отверстие с резьбой для соединения корпуса 3 со стержнем 2. Корпус 3 имеет отверстия для крепления к тросу 8. Трос 8 имеет расширение на своем конце (например, узел), которое обеспечивает крепление троса 8 к корпусу 3.
Основание 1, стержень 2, корпус 3, цилиндрический стакан 4, изготовлены из материала, инертного к веществам, которые могут находится в отбираемой пробе. В качестве такого материала может использоваться фторопласт-4.
Шайба 6 и груз 7 могут быть изготовлены из пластмассы или металла.
Угол внутренней конической фаски, выполненной в нижней части внутренней поверхности цилиндрического стакана 4 (фиг.5) и угол наружной конической фаски, выполненной в верхней части внешней поверхности основания 1 (фиг.6) выбирается таким образом, чтобы обеспечивать надежного заклинивание при опускании цилиндрического стакана 4 на основание 1. Эти углы выбираются из диапазона 0,5-4°, при выполнении основания 1 и цилиндрического стакана 4 из фторопласта-4 эти углы составляют преимущественно 1,5°.
Глубина погружения устройства определяется длиной троса 8. Груз 7 опускается с судна-носителя 9 после разматывания троса на длину, соответствующую заданной глубине отбора пробы.
Трос 8 изготовлен из кевлара, капрона или стали (тонкая стальная проволока).
Дополнительно устройство может содержать датчик глубины погружения, в качестве которого может использоваться датчик давления. При наличии датчика глубины погружения, глубина определяется по данным этого датчика и груз 7 опускается с судна-носителя 9 при совпадении данных датчика с заданной глубиной погружения. В случае использования в составе устройства датчика глубины
погружения в качестве троса 8 может использоваться кабель-трос, содержащий токопроводящие жилы, по которым сигналы датчика глубины погружения передаются на судно-носитель 9.
Устройство для отбора проб жидкости работает следующим образом. В исходном состоянии цилиндрический стакан 4 удерживается подпружиненными фиксаторами 5 на корпусе 3 (фиг.1, фиг.7, а), С судна-носителя 9, например, при помощи подъемного устройства 10 устройство опускают на заданную глубину (глубину, с которой необходимо взять пробу жидкости). При этом трос 8 свободно проходит сквозь груз 7. Груз 7 остается на судне-носителе 9 (фиг.7, б). Жидкость свободно заполняет пространство между корпусом 3 и основанием 1. При достижении заданной глубины, груз 7 отпускается и скользит вдоль троса до соударения с шайбой 6. Груз 7 ударяет по шайбе 6, которая в свою очередь ударяет по цилиндрическому стакану 4, что приводит к тому, что цилиндрический стакан 4 сдвигается вниз и закрывает пространство между корпусом 3 и основанием 1. Благодаря клиновидной внутренней поверхности цилиндрического стакана 4 и наружной поверхности основания 1 (наличия на этих поверхностях конических фасок) образуется герметичное соединение цилиндрического стакана 4 с основанием 1 (фиг.3, фиг.7, в). Жидкость, находящаяся в пространстве между корпусом 3 и основанием 1 оказывается изолированной от внешней среды. Далее при помощи подъемного устройства 10 устройство для отбора проб жидкости поднимается на борт судна-носителя 9, где производится слив жидкости из него в приемную емкость.
Таким образом, технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении надежности устройства, обеспечивающего отбор проб жидкости с любой глубины при отсутствии перемешивания жидкости с разных глубин.
Представленные чертежи и описание позволяют изготовить устройство из известных материалов с использованием известных технологий, что характеризует изобретение как промышленно применимое.
1. Авторское свидетельство СССР №22337, кл. G01N 1/10, 1931.
2. Авторское свидетельство СССР №24678, кл. G01N 1/10, 1931.
3. Авторское свидетельство СССР №418755, кл. G01N 1/10, 1974.
4. Патент РФ №2105281, кл. G01N 1/10, опубл. 20.02.1998