Опрокидывающийся батометр для точечного отбора проб воды в неглубоких водоемах

Полезная модель относится к области исследования гидрохимических характеристик воды в мелководных бассейнах (реках, озерах, береговой зоне моря), в частности, модель относится к устройствам для отбора проб воды с различных глубин с целью последующего проведения различных видов анализов и может быть использована в морской гидрохимии, гидробиологии, геоэкологии, а также при оценке качества вод.
В зависимости от целей исследования, для отбора проб воды применяются различные способы и устройства (батометры). Они должны соответствовать определенным требованиям, обеспечивающим взятие необходимого объема воды с заданной глубины и предохранение ее от перемешивания с водой других слоев. В АО ИО РАН широко используются батометры ГМ48 (аналог батометра Нансена), Алексеева, Молчанова, Паталаса, Руттнера и ряд других. Данные устройства опускаются в воду на необходимую глубину на тросе с лебедки, отбор пробы воды и плотное закрытие устройства осуществляется спусковым механизмом, который срабатывает от нажатия посыльного грузика (Батометр системы Алексеева Ю.К. [1-7]).
В настоящее время к наиболее известным и распространенным в практике экспедиционных исследований, а также к наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для отбора проб воды (батометр конструкции Шейла Нискина), содержащее вытянутый пустотелый цилиндрический пластиковый корпус с двумя внешними крышками. Он опускается с борта исследовательского судна на тросе в вертикальном положении с открытыми крышками, которые при достижении требуемой глубины плотно закрываются при помощи спускового механизма, прикрепленного к корпусу, срабатываемого под воздействием посыльного груза. В результате батометр «вырезает» объем воды из слоя, толщина которого равна высоте батометра [8-10].
К недостаткам вышеописанного устройства можно отнести наличие громоздкого спускового механизма на корпусе и использование посыльного грузика, которые заметно усложняют процесс отбора проб воды и увеличивают время на станции, необходимое для отбора проб воды.
Полезная модель отличается надежностью и конструкционной простотой, и позволяет решать задачу получения проб воды в мелководных бассейнах намного эффективнее.
Технический результат, достигаемый в заявленном устройстве, заключается в упрощении отбора проб воды, что, в итоге, приводит к значительному сокращению времени отбора проб и к экономии затрат на проведение исследований.
Сущность полезного устройства состоит в том, что данное устройство, содержащее существенные признаки, общие с прототипом, но при этом имеет свои отличительные признаки. Так, его пустотелый вытянутый цилиндрический корпус из нержавеющей стали не имеет на себе громоздкого спускового механизма, на нем отсутствуют крышки, заметно увеличивающие его габариты на прототипе, а закрывается он с помощью двух специальных независимых шаров, находящихся внутри корпуса, к тому же, при работе с ним нет необходимости использовать посыльные грузики.
Для получения необходимого технического результата в известном устройстве для отбора проб воды, представляющем вытянутый пустотелый цилиндрический пластиковый корпус, снабженный двумя внешними крышками для закрывания и спусковым механизмом, срабатывающим от нажатия посыльного грузика, опускающегося по тросу, предлагается убрать спусковой механизм и закрывающие крышки, а во внутреннюю часть корпуса поместить решетку - перегородку и два шара для закрывания (утяжеленный, и с положительной плавучестью), а сам корпус выполнить из нержавеющей стали.
Совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели достаточна для достижения результата, связанного с отбором проб воды в неглубоких водных бассейнах.
На фигуре представлена структурная схема заявляемого устройства. (А - положение «спуск», Б - положение «подъем»).
1 - корпус; 2 - уплотнительные кольца; 3 - отверстие для поступления воды; 4 - внутренняя решетка-перегородка; 5 - утяжеленный закрывающий шар; 6 - закрывающий шар, имеющий положительную плавучесть; 7 - капроновый фал (верхний); 8 - капроновый фал (нижний); 9 - клапана для слива воды.
Конструкция предлагаемого опрокидывающегося батометра состоит из следующих основных частей (деталей). Цилиндрический корпус 1 изготовлен из трубы из нержавеющей стали диаметром 100 мм, и имеет базовую длину 40 см. Верхняя и нижняя части корпуса переходят в конусообразные сужения, на оконечностях которых закреплены съемные капролактановые кольца 2 с резиновыми уплотнительными прокладками. Внутренний диаметр капрлактановых колец составляет 60 мм, что и является диаметром отверстий для свободного поступления воды 3. Внутри корпуса, примерно посередине, крепится решетка из нержавеющей стали 4 с размером ячеи 3×3 см. Внутрь корпуса помещаются 2 шара - утяжеленный из свинца 5, покрытый мягкой резиновой оболочкой, и шар, имеющий высокую положительную плавучесть, изготовленный из синтактика 6. Шары имеют диаметр 65 мм, что позволяет помещать их внутрь корпуса при снятых кольцах 2, и наоборот, не позволяет им выпадать из корпуса при установленных кольцах.
Опрокидывающийся батометр работает следующим образом. С помощью размеченного (по 10 см) фала 7, прикрепленного к верхней части батометра (верхний фал), сам батометр, с двумя шарами внутри, с борта плавсредства опускается на необходимую глубину (здесь следует отметить, что верхней частью батометра условно называется та часть, в которой находится утяжеленный шар). При спуске батометра шары располагаются следующим образом: утяжеленный шар лежит на решетке-перегородке сверху, а шар с положительной плавучестью прижимается к нижней части решетки (фиг. 1). При достижении необходимой глубины, верхний фал стопорится, а оператор начинает поднимать (выбирать) нижний фал 8, что приводит к опрокидыванию батометра, его переворачиванию «вверх ногами». При этом шар с положительной плавучестью перемещается вверх, в конусообразную оконечность, упирается в кольцо и плотно закупоривает отверстие. Утяжеленный шар, наоборот, опускается вниз, в противоположную конусообразную оконечность и закрывает второе отверстие. Таким образом, проба воды оказывается закрытой в батометре. После этого он поднимается на нижнем фале на борт плавсредства, а проба воды сливается с помощью клапанов 9 в лабораторные емкости.
Предлагаемый батометр использовался сотрудниками лаборатории прибрежных систем Атлантического отделения Института им. П.П. Ширшова РАН в экспедиционных работах по изучению гидрохимических характеристик воды Калининградского залива (Балтийское море). В результате были получены качественные пробы воды с различных глубин.
Литература
1. Патент 204684 СССР: Кл. 421, 18 / Алексеев Ю.К.; заявитель и патентообладатель Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт. №1042649/23/26; заявл. 10.XII.1965; опубл. 20.10.1967, Бюл. №22
2. Коровин В.П. Океанологические наблюдения в прибрежной зоне моря. СПб.: Изд-во РГГМУ, 2007. 434 с.;
3. Маклаков А.Ф., Снежинский В.А., Чернов Б.С. Океанографические приборы. Л.: Гидрометиздат, 1975. 384 С.
4. Методика комплексного гидрохимического и биологического исследования качества вод и состояния водных и околоводных экосистем: методическое руководство / Под ред. Т.И. Моисеенко. Тюмень: Изд-во Тюменского государственного университета, 2011. 63 с.
5. Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях / Под ред. Г.С. Иванова. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1977. 726 с.
6. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / Под ред. В.А. Абакумова. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 318 с.
7. Третьяков В.Ю. Полевые экологические исследования (водные объекты). Методическое пособие. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2006. 32 с.).
8. Method of Seawater analysis / ed. by K. Grasshoff, K. Kremling, M. Ehrhardt. California: Verlag Chemie, 1983. 419 p.
9. Niskin S.J., Segar D.A. and Betzer P.R. 1973. New Niskin sampling bottles without internal closures and their use for collecting near bottom samples for trace metal analysis. Trans. Am. Geophys. Union 54:1110.
10. Subsea Industry Search Engine. Subsea Water Samples Products: Models Niskin Sampler. 2011. http://www.subsea.org/products/prodcat.asp?cat=Water%20Samplers).