УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ

Полезная модель относится к области исследования свойств материалов и касается устройств для взятия проб, а именно, устройств для отбора проб почвогрунтов с ненарушенной структурой, и может быть применено для получения проб без повреждения верхнего слоя пробы при геологических, геохимических и геофизических исследованиях почвогрунтов.
Известно устройство для взятия проб грунта, содержащее корпус, крышки, установленные с возможностью перемещения, корпус выполнен в виде короба треугольной формы, снабженного вертикальными стойками с направляющими пазами, клиновидными направляющими, закрепленными на боковых стенках корпуса, и направляющими, расположенными в задней части корпуса; крышка, перемещающаяся по направляющим пазам вертикальных стоек и клиновидным направляющим, снабжена боковыми выступами, при этом она соединена в верхней части с крышкой, перемещающейся по направляющим, расположенным в задней части корпуса (патент РФ №69246, кл. G01N 1/04, опубликован 10.12.2007).
Недостаток указанного известного устройства заключается в увеличении динамической нагрузки на пробоотборник для отбора пробы с большей глубины грунта, что неизбежно приводит к деформации верхнего слоя пробы.
Так же известен почвенныи бур-пробоотборник, содержащий полый корпус, на внешней стороне которого закреплена шнековая спираль, а внутри корпуса расположена пробоприемная гильза для почвенного образца, выполненная разъемной по диаметральной плоскости. Внутри корпуса помещен стакан. При этом на верхнем окончании корпуса жестко закреплена крышка с полой ступицей, а на верхнем окончании стакана закреплена ось. Причем стакан установлен относительно корпуса на двух подшипниках скольжения, нижний из которых выполнен в виде кольца, установленного в кольцевом промежутке и жестко соединенного с корпусом, а верхний - в виде установленной в ступице и закрепленной относительно последней втулки, в которой установлена упомянутая ось. При этом устройство снабжено фрезой, соединенной с корпусом с возможностью размыкания относительно последнего, выполненной в виде патрубка с зубчатым торцом, имеющего равный с пробоприемной гильзой внутренний диаметр, установленного под фланцем пробоприемной гильзы и имеющего относительно последнего зазор, напротив которого в горизонтальной плоскости расположены два серповидных ножа, которые закреплены на валах, параллельных оси устройства и пропущенных через отверстия, выполненные в кольце и крышке. Причем на ступицу свободно надет диск, в котором выполнены два дугообразных паза с центром кривизны на оси диска, через которые пропущены валы, подпружиненные относительно крышки в угловом направлении, на верхних окончаниях которых закреплены защелки, опирающиеся на закрепленные на диске упоры (патент РФ №2348754, кл. G01N 1/04, опубликован 10.03.2009).
Одним из существенных недостатков известного устройства является неприспособленность бура-пробоотборника для работы на континентальном шельфе и в океане, что является достаточно актуальным аспектом, а так же сложность его конструкции.
Наиболее близким техническим решением из известных к заявляемой полезной модели, принятым за прототип, является зонд для отбора проб содержащий заборную трубу с заостренной скошенной режущей кромкой в нижней части, имеющей форму заостренного клина, величина угла которого составляет не менее 30° и не более 60°. В верхней - фланец с фаской, необходимой для удобства извлечения трубы из скважины. С помощью фланца к заборной трубе крепится штанга, имеющая меньший диаметр. Штанга состоит из двух ввинчивающихся друг в друга частей. На поверхности штанги нанесена мерная шкала для определения заглубления трубы в сенажную массу. На поверхности заборной трубы выполнен продольный паз для извлечения пробы (патент РФ №2338173, кл. G01N 1/04, опубликован 10.11.2008).
К недостаткам известного устройства следует отнести отсутствие механизма захвата пробы после извлечения устройства из скважины. Вследствие чего возникает возможность выпадения и нарушения целостности пробы из бура-пробоотборника за счет давления собственного веса пробы. Повреждение целостности верхнего слоя пробы отрицательно влияет на достоверность и полноту данных при геологических, геохимических и геофизических исследованиях, что снижает эффективность использования известного устройства в этих отраслях.
Техническая задача, на которую направлена заявляемая полезная модель, - устранение указанных недостатков, а именно, сохранение целостности пробы и расширение сферы его необходимого применения.
Указанная техническая задача достигается тем, что в известном устройстве для отбора проб, содержащем заборную трубу, закрытую в верхней части и оборудованную в нижней части заостренной скошенной режущей кромкой в форме клина, величина угла которого составляет не менее 30° и не более 60°, в отличие от него в заявляемом устройстве дополнительно содержится приспособление для удержания проб, гильза пробоотборника, врезающийся наконечник и крышка заборной трубы с выпускным клапаном. При этом, приспособление для удержания проб выполнено в виде полого опрокинутого эллиптического параболоида с открытым основанием. Приспособление изготовлено из силикона, на боковой поверхности которого выполнены равноотстоящие друг от друга, вертикальные сквозные разрезы, протяженные от вершины приспособления для удержания проб, нижние оконечности которых отстоят на некотором одинаковом расстоянии от основания данного приспособления, образуя таким путем примыкающие боковыми кромками друг к другу отдельные лепестки, составляющие боковую поверхность приспособления для удержания проб, а на самом приспособлении кромка его основания имеет выступающий наружу опорный буртик. Врезающийся наконечник выполнен в виде втулки, имеющей в сечении внутреннюю цилиндрическую поверхность ступенчатой формы с верхним и нижним уступом, образованную увеличенным диаметром в ее верхней части, усредненным диаметром в средней части и уменьшенным диаметром в ее нижней части, а наружную поверхность, имеющую цилиндрическую форму, переходящую на ней к нижней части втулки в коническую, образуя ее заостренную скошенную режущую кромку. Наружный диаметр гильзы пробоотборника близок к внутреннему диаметру заборной трубы. Приспособление для удержания проб установлено опорным буртиком основания на нижний уступ внутренней поверхности упомянутой втулки, и на этот опорный буртик данного основания установлена гильза пробоотборника, охватывающая снаружи частично по высоте поверхность приспособления для удержания проб. Нижняя оконечность заборной трубы ввинчена в верхнюю часть внутренней поверхности данной втулки до сопряжения ее нижнего торца с верхним уступом внутренней поверхности втулки. Причем, верхние торцы гильзы пробоотборника и заборной трубы расположены на одинаковых по высоте уровнях, а на торец заборной трубы установлена крышка с выпускным клапаном, сопряженная с напряжением с торцом гильзы пробоотборника.
Технологически целесообразно такое выполнение опрокинутого эллиптического параболоида приспособления для удержания проб, при котором он выполнен в виде параболоида вращения, образованного вращением параболы вокруг вертикальной оси.
Заявленная совокупность отличительных и ограничительных признаков обеспечивает достижение поставленной технической задачи - сохранение целостности верхнего слоя пробы и расширение сферы его применения.
При наличии в общей совокупности признаков приспособления для удержания пробы, выполненного, в частности, в виде параболоида вращения, образованного вращением параболы вокруг вертикальной оси, обеспечивается беспрепятственное прохождение пробы внутрь гильзы пробоотборника. И так как приспособление для удержания пробы изготовлено из материала силикона, который обладает высокой эластичностью, что позволяет избежать механического воздействия на верхний слой пробы, сохраняется целостность и ненарушенная структура образца. При этом, наличие в общей совокупности признаков сопряжения (с напряжением) крышки устройства с торцем гильзы пробоотборника, сопряженной нижним торцем с опорным буртиком приспособления для удержания проб, установленного, в свою очередь, во врезающийся наконечник, наряду с тем, что сама данная крышка, в свою очередь, установлена на заборную трубу, ввинченную в данный врезающийся наконечник, обеспечивают при давлении на данную заборную трубу проникновение в грунт врезающегося заостренного наконечника и самой заборной трубы.
На чертеже представлен общий вид заявляемой полезной модели.
Заявляемое устройство для отбора проб содержит заборную трубу 1, имеющую в ее внутренней полости съемную гильзу пробоотборника 2, предназначенную для приема и накопления проб, выполненную в виде цилиндрической трубы с наружным диаметром, близким к заборной трубе 1. Нижняя оконечность заборной трубы 1 посредством резьбового соединения 3 ввинчена во врезающийся наконечник 4. Заявляемое устройство имеет приспособление для удержания пробы 5, выполненное из материала силикона, способного удержать внутри пробу, но не повредить ее верхний слой. На боковой поверхности приспособления для удержания проб 5 выполнены равноотстоящие друг от друга, вертикальные сквозные разрезы 6, протяженные от его вершины, нижние оконечности которых отстоят на некотором одинаковом расстоянии от основания данного приспособления, образуя таким путем примыкающие своими боковыми кромками друг к другу отдельные лепестки, составляющие боковую поверхность приспособления для удержания проб. При этом, на самом приспособлении для удержания проб 5 кромка его основания имеет выступающий наружу опорный буртик 7. Врезающийся наконечник 4 выполнен в виде втулки, имеющей в сечении внутреннюю цилиндрическую поверхность ступенчатой формы с верхним 8 и нижним 9 уступом, образованную увеличенным диаметром в ее верхней части, усредненным диаметром в средней и уменьшенным диаметром в ее нижней части. Наружная поверхность данной втулки (врезающегося наконечника 4) имеет цилиндрическую форму, переходящую на ней к нижней части втулки в коническую, образуя ее заостренную скошенную под углом 30°÷60° режущую кромку 10. Приспособление для удержания проб 5 установлено своим опорным буртиком 7 на нижний уступ 9 втулки, и на этот опорный буртик данного приспособления установлена гильза пробоотборника 2, охватывающая снаружи частично по высоте поверхность этого приспособления. Причем, нижняя оконечность заборной трубы 1 ввинчена в верхнюю часть внутренней поверхности втулки до сопряжения ее нижнего торца с верхним уступом 8 данной втулки. Верхние торцы гильзы пробоотборника 2 и заборной трубы 1 расположены на одинаковых по высоте уровнях, а на торец заборной трубы 1 навинчена посредством резьбы 11 крышка 12 с выпускным клапаном 13, сопряженная с напряжением с торцем гильзы 2 пробоотборника. Приспособление для удержания проб 5 в частном случае исполнения может быть выполнено в виде параболоида вращения, образованного вращением параболы вокруг вертикальной оси.
Заявляемое устройство используется следующим образом. Устройство опускают на заданный уровень исследований. При достижении заданного участка отбора пробы, под воздействием давления, например, телеуправляемого подводного аппарата (не показано) на трубу 1 и от нее на наконечник 4 начинается внедрение устройства в грунт. Врезающийся наконечник 4, открытый снизу, под воздействием давления, позволяет заборной трубе 1 беспрепятственно по всей ее высоте проникнуть в грунт. Этому способствует заостренная скошенная режущая кромка врезающегося наконечника. Приспособление для удержания пробы 5 раскрывается своими эластичными, силиконовыми лепестками под воздействием давления вдавливаемого в него грунта и выпускает пробу грунта в гильзу пробоотборника 2 без ее повреждения. Выпускной клапан 13 позволяет избавиться от избыточного давления внутри устройства созданного водой, путем выпуска ее изнутри устройства. Устройство для отбора проб вводят в грунт до достижения нужной глубины, после чего начинают выемку устройства, заполненного отбором пробы, строго перпендикулярно грунту. В процессе дальнейшей транспортировки устройства на поверхность из врезающегося наконечника 4 и нижней части приспособления для удержания пробы 5 грунт вымывается, что приводит к падению внутри него давления и к закрытию силиконовых лепестков данного приспособления, что позволяет беспрепятственно транспортировать устройство далее.