РОБОТ-ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ СЛИВНОЙ ВОДЫ

Техническое решение относится к устройствам для отбора проб загрязненной воды, сбрасываемой объектами преимущественно промышленного назначения с целью предупреждения об опасных сбросах или с цель запрещения деятельности таких объектов.
Из патентной документации РФ известны системы и средства предупреждения об опасных сбросах и для отбора проб сливной воды с целью осуществления мониторинга экологической безопасности (RU 2457459, 27.07.2012; RU 2455671, 20.07.2012; RU 2440560, 20.01.2012; RU 2443001, 20.02.2012; RU 2431126, 10.10.2011; RU 2437093, 20.12.2011; RU 2422796, 27.06.2011; RU 2334209, 20.09.2008; RU 2433220, 27.02.2011; RU 2405143, 27.11.2011; RU 2010147314, 27.05.2012; RU 12306545, 20.09.2007: RU 2009119457, 27.11.2011).
Близким к пробоотборнику, представленному в данном описании, является устройство, содержащее зонд, сообщенный с емкостью для пробы жидкости, между зондом и емкостью установлен обратный клапана (RU 2457459, 27.07.2012). В случае использования этого пробоотборника для отбора пробы сливной воды, требуется применение ручного труда, что отрицательно влияет на результаты анализа пробы сливной воды.
Близким к пробоотборнику, представленному в данном описании, является также пробоотборник, содержащий монтажный узел, узел отбора пробы, дополнительный трубопровод для транспортировки пробы с установленным в нем анализатором, емкость для пробы (RU 2455671, 20.07.2012). Этот пробоотборник имеет сравнительно сложную конструкцию, исключающую возможность его быстрой переналадки для использования в разных условиях эксплуатации.
Близким к пробоотборнику, представленному в данном описании, является также устройство для отбора пробы жидкости, содержащее емкость, сливной кран вертикальной трубки, насос, узел управления системой, дублирующие краны, привод, дополнительную трубку, верхний конец которой расположен выше максимального уровня налива жидкости в резервуар, трубка сообщена через трехходовой кран с насосом (RU 2431126, 10.10.2011).
Близким к пробоотборнику, представленному в данном описании, является устройство для отбора пробы жидкости, содержащее емкость, промежуточные мерные емкости с установленными в них трубками, привод, кран переключатель и другие элементы в их взаимосвязи (RU 2334209, 20.09.2008). Это устройство имеет сравнительно сложную конструкцию.
Наиболее близким к пробоотборнику, представленному в данном описании, является устройство для отбора пробы жидкости, содержащее емкость, сливной кран вертикальной трубки, насос, узел управления системой, дублирующие краны, привод, дополнительную трубку, верхний конец которой расположен выше максимального уровня налива жидкости в резервуар, трубка сообщена через трехходовой кран с насосом (RU 2431126, 10.10.2011). Данное устройство для отбора пробы применительно к отбору пробы сливной воды не исключает использование ручного труда, что отрицательно влияет на результаты анализа пробы сливной воды в связи с влиянием человеческого фактора. Не регулярность и не точность по времени ручного отбора пробы сливной воды зачастую приводят к непригодности отобранной пробы сливной воды, поскольку период "жизни" пробы сливной воды от момента ее отбора и до момента окончания ее анализа крайне ограничен рядом известных факторов.
Общими признаками, представленного в данном описании пробоотборника и указанного наиболее близкого устройства являются признаки, что каждый из них содержит корпус, в корпусе установлена емкость приема пробы сливной воды, насос, привод, элементы управления и трубка для забора пробы жидкости и ее подачи в емкость, при этом верхний конец трубки расположен выше уровня налива жидкости в резервуар.
Техническим результатом представленного в данном описании робота-пробоотборника является обеспечение возможности автоматизации процесса отбора пробы. Другим техническим результатом является обеспечение возможности компоновки данного робота-пробоотборника с компонентами автоматизированных систем сливной воды.
Технический результат получен роботом-пробоотборником, характеризующимся тем, что он содержит герметичный корпус, в котором установлена емкость для приема пробы сливной воды, под емкостью в корпусе установлена мембрана, закрепленная на верхнем конце штока с возможностью ее перемещения вместе со штоком в вертикальном направлении, нижний конец штока шарниром соединен с верхним концом штанги, нижний конец которой шарниром соединен с рукоятью, к штанге и рукояти прикреплена водозаборная гибкая силиконовая трубка, верхний конец которой сообщен с полостью емкости, а нижний конец гибкой трубки расположен ниже нижнего конца рукояти, в корпусе под мембраной установлен вакуумный насос для подачи сливной воды в полость емкости, насос электрической связью связан через блок управления роботом с аккумулятором, который электрически соединен с блоком управления, причем аккумулятор и блок управления расположены в полости корпуса под мембраной и электрически соединены друг с другом, при этом блок управления роботом-пробоотбоником оснащен контроллером с GSM модулем, а корпус оснащен фиксатором фиксации штока.
На фиг.1 показан один из примеров использования робота-пробоотборника в системе контроля водоотводов от объектов промышленного назначения;
на фиг.2 показан пример исполнения робота-пробоотборника.
Робот-пробоотборник в используется в системе контроля водоотводов (фиг.1). Система содержит множество объектов 1, каждый из которых сообщен подводящим трубопроводом 2 с водоочистителем 3 для очистки сливной воды, исходящей от объекта 1. Под сливной водой понимается водопроводная вода, которая загрязнена промышленными и бытовыми отходами, включающими отравляющие вредные химические и радиоактивные соединения, вредные вещества, бактерии, вирусы и микроорганизмы (загрязнители сливной воды).
Каждый водоочиститель 3 принадлежит объекту 1, расположен на территории объекта 1 и сообщен отводящим трубопроводом 4 с магистральным трубопроводом 5, служащим для отвода очищенной сливной воды от всех объектов системы и ее подачи в водоочистители общего назначения (не показаны). Выход каждого отводящего трубопровода 4 расположен в сливном колодце 6, полость которого сообщена с магистральным трубопроводом 5. В каждом сливном колодце на входе в него расположен анализатор 7 предельно-допустимой концентрации вредных веществ или вредных микроорганизмов (загрязнений), находящихся в сливной воде. Анализатор 7 помимо основных функций выполняет также функции датчика, вырабатывающего сигнал в случае превышения предельно допустимой концентрации хотя бы одного установленного вредного компонента в сливной воде, он постоянно контактирует со сливной водой, поступающей в колодец 6 от объекта 1.
На стенке сливного колодца закреплен робот-пробоотборник 8, предназначенный для отбора пробы сливной воды, поступающей в сливной (сточный) колодец 6. Система содержит установленный в каждом колодце 6 водораспределитель 9 сливной воды, который через анализатор 7 сообщен обратным каналом 10 с водоочистителем 3, причем привод (не показан) водораспределителя 9 связан электромагнитной или электрической связью 11 с блоком 12 управления. Сливной колодец находится за пределами территории объекта 1, закрыт герметичной крышкой с замком, исключающим несанкционированный доступ в колодец, к анализатору 7, роботу-пробоотборнику 8 и водораспределителю 9.
Установленные в каждом колодце 6 анализаторы 7, роботы-пробоотборники 8 и водораспределители 9 системы связаны электромагнитными или электрическими связями 11 между собой и с центральным блоком 12 управления. Блок 12 управления электромагнитными или электрическими связями 11 соединен с дисплеем 13 поста управления системой контроля и при этом блок 12 оснащен модулем 15, предназначенным для изменения программы работы робота-пробоотборника в зависимости от режима работы системы контроля. Пост управления показан пунктирными линиями. Модуль 14 имеет также средство управления работой привода водораспределителя 9 системы и это средство электромагнитными или электрическими связями 11 соединено с приводом водораспределителя (средства управления модулей и приводы водораспределителей на чертежах не показаны).
Работает система в совокупности с работой робота-пробоотборника. От объектов 1 системы загрязненная сливная вода по трубопроводам 2 поступает в водоочистители 3, в которых она очищается и после очистки поступает по трубопроводам 4 в рабочие полости анализаторов 7. Если сливная вода очищена водоочистителем 3 до установленной нормы, то она поступает в магистральный трубопровод 5, по которому сливная вода отводится в зону окончательной ее очистки водоочистными сооружениями общего пользования. В случае превышения в сливной воде (поступающей по трубопроводу 4 к анализатору 7) хотя бы одного предельно допустимого значения параметра загрязнения, анализатор 7 выдает команду на привод робота-пробоотборника 8. Привод включает робот-пробоотборник в работу. Робот отбирает пробу загрязненной сливной воды, фиксирует показатели загрязнения воды и отправляет эти показатели в память блока 12 управления, на дисплей 13, пост 14 управления системой контроля и на объект 1. На объект 1 показатели пробы воды отправляются в форме протокола или уведомления о превышении объектом 1 предельно допустимых концентраций загрязнения сливной воды. Далее в ручном или автоматическом режиме включается в работу привод соответствующего водораспределителя 9 и сливная загрязненная вода, прошедшая через анализатор 7, направляется водораспределителем 9 снова в водоочиститель 3 по обратному каналу 10. Если объект 1 не принимает мер для обеспечения нормальной очистки сливной воды, исходящей от объекта, то эта сливная вода циркулирует по замкнутому кругу трубопровод 4 - анализатор 7 - водораспределитель 9 и водоочиститель 3 в течение установленного периода времени, после которого подачу чистой воды на объект прекращают. Если объект 1 принял меры, то анализатор 7 вырабатывает положительный сигнал, который направляется в блок 12 управления и пост 14 системы, при этом блок 12 выдает команду на включение привода водораспределителя 9. Заслонка водораспределителя приводится в исходное положение и сливная вода, исходящая от объекта 1, проходит через колодец 6 и попадает в магистраль 5. Далее цикл повторяется.
В приведенном примере реализации робота-пробоотборника его корпус 15 (фиг.2) закреплен на стенке 16 (сточного) сливного колодца 6. Корпус 15 выполнен герметичным и имеет предпочтительно цилиндрическую форму. Внутри корпуса установлена съемная стеклянная емкость 17 для приема пробы сливной воды. Над верхним краем емкости 17 на корпусе 15 закреплен датчик 18 уровня сливной воды в емкости 17. Под емкостью 17 в корпусе 15 установлена гибкая мембрана 19, расположенная над днищем емкости 17. Мембрана 19 установлена на верхнем конце штока 20 с возможностью ее перемещения вместе со штоком в вертикальном направлении. В корпусе образована верхняя воздушная полость, расположенная над мембраной 19, и нижняя воздушная полость, расположенная под мембраной.
Нижний конец штока 20 шарниром 21 соединен с верхним концом штанги 22, нижний конец которой шарниром 23 соединен с рукоятью 24. К штанге 22 и рукояти 24 прикреплена водозаборная гибкая трубка 25, верхний конец которой сообщен с полостью 26 съемной емкости 17, а нижний конец гибкой трубки 25 расположен ниже нижнего конца рукояти 24. Корпус 15 герметично закрыт откидной крышкой 27. В нижней полости корпуса 15 под мембраной 19 установлен вакуумный насос 28 для подачи сливной жидкости в полость 26 емкости 17. Насос 28 электрической связью 29 связан через блок 30 управления роботом с аккумулятором 31. Аккумулятор электрически соединен с блоком 30 управления. Блок 30 и аккумулятор расположены в полости корпуса 15 под мембраной 19. Аккумулятор электрически соединен с верхним электромагнитным клапаном 32. Клапан 32 закреплен на крышке 27 корпуса. Аккумулятор электрически соединен с нижним электромагнитным клапаном 33, закрепленным на днище 34 корпуса 15. Аккумулятор 31 и блок 30 управления электрически соединены друг с другом через электромагнитные элементы управления. Робот-пробоотборник имеет закрепленный на корпусе фиксатор 35, взаимодействующий со штоком 20. Фиксатор предназначен для фиксации штока 20, штанги 22 и рукояти 24 в заданном не рабочем положении. Конструкция фиксатора в данном описании не раскрывается. В местах шарнирного соединения штанги 22 со штоком 20 и рукоятью 24 установлены специальные поворотные кулачки (не показаны), благодаря которым при опускании и подъеме штока 20 штанга 22 и рукоять поворачиваются относительно друг друга и относительно корпуса 15 в вертикальной плоскости. Это обеспечивает заданную траекторию движения конца рукояти 24, которая позволяет трубке 25 беспрепятственно входить в трубопровод 4 системы контроля водоотводов и выходить из него.
Таким образом, корпус 15 робота разделен мембраной на две полости, в верхней из которых расположена емкость 17 для пробы сливной воды, а в нижней полости расположены вышеуказанные аккумуляторная батарея, вакуумный насос, а также блок 30 управления роботом. Блок 30 имеет контроллер с GSM модулем, клапаны и реле (не показаны).
Работа робота-пробоотборника осуществляется как в автоматическом, так и ручном режимах. В ручном режиме после получения от анализатора 7 сигнала о превышении допустимого значения хотя бы одного компонента вредного вещества в сливной воде, персонал выезжает на место установки робота-пробоотборника, забирает отобранную роботом пробу, анализирует ее по всем предельно допустимым значениям вредных веществ и принимает меры к объекту 1, как источнику предельно допустимого загрязнения сливной воды. При этом проба сливной воды роботом отбирается по команде, полученной от персонала с помощью SMS сообщения, либо по проводной связи 11, либо по электромагнитной связи от анализатора 7 (контрольного устройства) системы.
Если робот-пробоотборник работает в системе контроля водоотводов в автоматическом режиме, то анализатор 7 отслеживает характеристики сточных вод на наличие в ней вредных веществ, анализирует температуру воды, РН, концентрацию солей, содержание нефтепродуктов и другие параметры. Анализатор выдает управляющий сигнал на блок 30 управления роботом и по этому сигналу робот отсылает запрограммированное SMS сообщение на указанный в программе телефонный номер поста управления системой контроля и на блок 12 управления системой контроля водоотводов. Далее (в зависимости от программы) робот или сам принимает решение о начале отбора пробы или он ожидает разрешение блоком 12 на начало отбора пробы.
Получив от блока 12 системы подтверждение на отбор пробы, контроллер блока 30 управления роботом включает вакуумный насос 28, который производит откачку воздуха из верхней полости корпуса, расположенной над мембраной 19. В нижней полости корпуса, расположенной под мембраной 19, насосом 28 создается избыточное давление. Мембрана 19 поднимает шток 20 и освобождает фиксатор 35, при этом фиксатор выходит из взаимодействия со штоком 20. Шток 20, штанга 22 и рукоять 24 получают возможность перемещения и под действием сил тяжести мембраны 19, штока 20 штанги 22 и рукояти 24 они опускаются на незначительную высоту. Кулачки шарнирных соединений штока, штанги и рукояти поворачиваются и поворачивают штангу 22 и рукоять в положения, показанные на фиг.2. При этом рукоять 24 вводится сначала в коллектор, а затем в сообщенный с ним трубопровод 4. Далее электромагнитный клапан 33 открывается и избыточное давление из полости под мембраной 19 сбрасывается. Насос 28 продолжает работать и создает разрежение в полости над мембраной 19, в которой установлена емкость 17 для отбора пробы. Под действием разрежения, создаваемого насосом 28, по силиконовой трубке 25 в полость 26 емкости 17 засасывается сливная вода из водосливного колодца 6 (коллектора). При достижении заданного уровня сливной воды в емкости 17 контроллер блока 30 управления останавливает вакуумный насос 28 и открывает электромагнитный клапан 32. Через клапан 32 в полость над мембраной поступает воздух, давление воздуха над мембраной и под ней выравнивается, а засасывание сливной воды из трубопровода 4, сообщенного с колодцем 6 коллектора прекращается, когда сливная вода достигает в емкости 17 заданного уровня. После уравновешивания давлений в течение времени выдержки (установленного экспериментальным путем) электромагнитные клапаны 32 и 33 закрываются и контроллер блока 30 управления отсылает на блок 12 (фиг.1) управления системы контроля SMS сообщение о том, что проба сливной воды роботом взята. Сообщение отправляется на специально запрограммированные телефонные номера.
Далее в ручном или автоматическом режимах проводят анализ пробы сливной воды по всем предельно допустимым значениям вредных веществ и микроорганизмов в сливной воде. Анализатор, выполняющий функции контрольного устройства постоянно отслеживает характеристики сточных вод (температуру, РН, концентрацию солей, содержание нефтепродуктов и т.п.) и выдает управляющий сигнал на пробоотборник.
Конструкция робота позволяет отбирать пробы сливной воды в колодцах и коллекторах разных диаметров, как по команде, полученной с поста управления системой контроля, так и по сигналу, полученному от анализатора 7 системы.
Робот исключает влияние человеческого фактора при заборе пробы и при определении отклонения состава сливной воды от предельно допустимых норм, что существенно сокращает недопустимые сбросы сливной воды в сточные коллекторы. При этом сокращается период времени от момента отбора пробы сливной воды до момента окончания анализа пробы, что имеет существенное значение, так как время «жизни» большинства проб сливной воды ограничено. Робот исключает контакт пробы сливной воды с посторонними предметами, за исключением стеклянной емкости и силиконовой трубки, что обеспечивает чистоту отобранной пробы сливной воды. Универсальность робота позволяет отбирать пробы сливной воды в колодцах и коллекторах диаметром от 200 до 500 мм и при этом он исключает влияние человеческого фактора при заборе пробы и при определении отклонения состава сливной воды от предельно допустимых норм. В итоге существенно сокращаются недопустимые сильно загрязненные сбросы сливной воды в сточные коллекторы.
Герметичное исполнение робота, его автономная работа, не связанная с работой сточного колодца, простота и надежность конструкции, оснащение робота GSM модулем в диапазоне мобильной связи 1800 Гц, а также другие функциональные особенности, создали возможность обеспечения автоматизированного слежения и контроля за состоянием сливной воды в системе контроля. При этом возможность изменения программы работы робота позволяет компоновать робот с различными системами водоотводов сливной воды и обеспечивает работу группы роботов в одной системе водоотводов.
Существенным достоинством робота является то, что в связи с использованием в нем блока 30 управления роботом, совместимого с электронными блоками управления системой контроля водоотводов, появилась возможность простой компоновки робота с компонентами (блоками) управления системой водоотвода сливной воды.