БУКСИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Заявленная полезная модель относится к устройствам для взятия проб донных отложений с целью изучения строения и состава грунтов на дне водотоков и водоемов.
Известен дночерпатель Петерсена, грейферный [1]. Это самый распространенный инструмент. Его достоинства заключаются в удобстве использования, известной площади захвата, которая позволяет производить расчеты на единицу площади дна. Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, высокая стоимость, плохая устойчивость при работе на течении (опрокидывается, наклоняется потоком, вымывается проба при подъеме), необходимость заякоривания судна (полной остановки относительно дна), возможность защемления ковшом предметов (камни, древесина и т.п.) с последующим вымыванием пробы при подъеме.
Известен дночерпатель Ван-Вина [2]. Достоинства дночерпателя заключаются в удобстве использования, известной площадь захвата, позволяющей производить расчеты на единицу площади дна, простоте конструкции, большой, в сравнении с дночерпателем Петерсена, устойчивости в потоке, лучшая, в сравнении с дночерпателем Петерсена, кинематика забора пробы. Недостатки известного аналога является высокая стоимость, плохая устойчивость при работе на течении (опрокидывается, наклоняется потоком, вымывается проба при подъеме), большой вес, необходимость использования подъемных устройств, необходимость заякоривания судна (полной остановки относительно дна), возможность защемления ковшом предметов (камни, древесина и т.п.) с последующим вымыванием пробы при подъеме.
Известен дночерпатель Экмана-Берджи [1]. Предназначен для отбора пробы ненарушенного сложения. Достоинства: удобство использования, известная площадь захвата, позволяющая производить расчеты на единицу площади дна, защита отобранной пробы от размыва при подъеме. Недостатками известного дночерпателя является сложность конструкции, высокая стоимость, плохая устойчивость при работе на течении (опрокидывается, наклоняется потоком), большой вес, необходимость использования подъемных устройств, необходимость заякоривания судна (полной остановки относительно дна), возможность защемления ковшом предметов (камни, древесина и т.п.) с последующим вымыванием пробы при подъеме.
Известно орудие Бим-трал Расса, предназначенное для сбора проб речного дрифта, вещества, переносимого потоком в придонном слое [3]. Недостатками является невозможность отбора достоверных проб грунта, недостаточная прочность для работы на каменистых грунтах, вымывание отобранной пробы.
Известно устройство для отбора проб донного грунта [4]. Колонковый пробоотборник донного грунта, содержит корпус, который подсоединен в верхней части к системе подвески и опускаемый с ее помощью на грунт. Пробоотборник дополнительно снабжен стабилизационной рамой для вертикального расположения коробчатого корпуса. Недостатком известного аналога является сложность конструкции, высокая стоимость, большие габариты, необходимость заякоривания судна (полной остановки относительно дна), малая площадь захвата.
Известно устройство для взятия проб из верхнего слоя донных отложений [5]. Пробоотборник снабжен двумя пробоотборными емкостями, закрепленными на кронштейнах, установленных на общей горизонтальной
оси с возможностью поочередного поворота при совершении рабочего хода до запорной платформы. Технический результат устройства заключается в создании конструкции пробоотборника, который может за одно погружение взять несколько проб донных отложений из заранее намеченных точек дна, перемещая пробоотборник без поднятия на поверхность. Недостатком известного аналога является сложность конструкции, высокая стоимость, необходимость заякоривания судна (полной остановки относительно дна), малая площадь захвата.
Известно устройство для отбора проб под водой [6]. Эффективность устройства достигается путем увеличения усилия врезания на режущей кромке грунтозаборного ковша, а также увеличения объема отбираемой пробы и сохранности пробы от механических повреждений в процессе ее извлечения из ковша. Недостатком известного аналога является сложность конструкции, высокая стоимость, необходимость заякоривания судна (полной остановки относительно дна), малая площадь захвата.
Известен комбинированный пробоотборник, который включает колонковую трубу с тросом и с установленным на ней обратным клапаном, балластным грузом и коронкой [7]. Устройство позволяет уменьшить затраты судового времени, повысить производительность труда при морских геолого-разведочных работах. Одновременное взятие колонки грунта и геологических проб с поверхности дна расширяет функциональные возможности прибора, так как увеличивается объем геологической информации в точке зондирования. Недостатком известного аналога является сложность конструкции, высокая стоимость, невозможность предохранения отобранной пробы от размыва.
Известен отборник проб донных отложений, который содержит два скребка с пригрузами для захвата грунта [8], выбранный в качестве прототипа. Пригрузы для захвата грунта установлены внутренней полостью навстречу друг другу с возможностью вращения вокруг общей оси, механизм смыкания скребков с тросом, отличающийся тем, что ось расположена над скребками, и оба конца ее шарнирно соединены с верхними концами соответствующей пары кронштейнов, нижние концы которых жестко попарно соединены с тыльной поверхностью скребков по их периферии, причем два кронштейна каждого скребка соединены между собой перекладиной, кроме того, отборник проб дополнительно снабжен арретиром, шарнирно соединенным с перекладиной кронштейнов одного скребка и установленным с возможностью контактирования своим выступом с перекладиной кронштейнов другого скребка, а трос механизма смыкания скребков жестко закреплен на одном из скребков, пропущен через блок, жестко соединенный с другим скребком, и через сквозной штуцер на оси отборника. В связи с тем, что ось взаимного крепления скребков расположена на кронштейнах на расстоянии от скребков, увеличен радиус захвата, что позволяет собирать отложения с большей поверхности дна, в том числе пробы тугопластичных глин и плотных слежавшихся пылеватых песков в водоемах. Недостатком прототипа является сложность конструкции, необходимость заякоривания судна (полной остановки относительно дна), возможность защемления скребками предметов (камни, древесина и т.п.) с последующим вымыванием пробы при подъеме.
Задачей заявленной полезной модели является упрощение и облегчение процедуры отбора пробы поверхностного слоя донных отложений на проточных водоемах, обеспечение высокой репрезентативности отбираемых проб, расширение функциональных возможностей устройства для отбора проб путем обеспечения
герметичного закрытия контейнера, увеличения площади захвата отложений, а также повышения надежности и долговечности конструкции.
Поставленная задача решается тем, что буксируемое устройство для отбора донных отложений, содержит скребок-рыхлитель, механизм предохранения отобранной пробы от вымывания при подъеме, контейнер для отобранной пробы, но в отличие от прототипа включает конструктивно единый герметичный контейнер для пробы, утяжелитель для ориентации устройства при отборе пробы и противовес для закрытия контейнера при подъеме устройства при помощи дышла, сопряженного с крышкой контейнера, сменный скребок-рыхлитель для различных грунтов и рым-болт для крепления буксировочного троса.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на фиг. 1 приведен общий рисунок заявляемого устройства, где обозначения указаны:
1 - бункер, 2 - дышло, 3 - крышка бункера, сопряжена с дышлом, 4 - буксировочный рым, 5 - ручка-противовес, 6 - ось, 7 - скребок-рыхлитель, 8 - дно-утяжелитель, 9 - ограничитель открытия крышки. В положении А дышла и крышки при подъеме устройства, бункер закрыт. В положении Б дышла и крышки при буксировке по дну, бункер открыт.
Работу заявляемого устройства осуществляют следующим образом.
Перед опусканием устройства за буксировочный рым 4 прикрепляется веревка (трос) нужной длины (длина веревки определяется глубиной водоема в месте проведения отбора проб). Никаких иных подготовительных действий не требуется.
Устройство опускают с судна на дно водоема на веревке или тросе.
После достижения устройством дна водоема производится вытравливание веревки (троса) для обеспечения дальнейшей буксировки. Длина вытравленной веревки (троса) должна обеспечивать буксировку устройства с открытой крышкой 3, закрепленной на дышле 2, но с сохранением угла атаки скребка-рыхлителя 7, для его заглубления в грунт. Угол подъема дышла на оси 6 и открытия крышки задан ограничителями 9, расположенными симметрично на боковых стенках устройства.
После вытравливания веревки (троса) необходимой длины, начинается буксировка устройства посредством движения судна или перемещения пробоотборщика вдоль борта судна или иного сооружения.
Благодаря наличию дна-утяжелителя 8 при буксировке устройство само ориентируется в пространстве и принимает рабочее положение на дне водоема. После этого происходит заглубление скребка-рыхлителя 7 в грунт (донные отложения) и начинается заполнение бункера 1 пробой.
После полного заполнения бункера 1 грунт (донные отложения) перестает поступать внутрь устройства, образуется толкаемый валик грунта (донных отложений). Далее происходит наползание устройства дном 8 на этот валик, что сопровождается ослаблением буксировочной веревки (троса) вследствие начала скольжения устройства по дну без заглубления в грунт (донные отложения). Ослабление веревки (троса) служит сигналом о заполнении бункера и необходимости подъема устройства.
Выборка веревки (троса) сопровождается обратным движением судна или пробоотборщика вдоль судна или иного сооружения до достижения вертикального ее положения. Устройство так же принимает вертикальное положение и под действием ручки-противовеса 5 и подвижного дышла 2 крышка 3 плотно закрывается створ бункера с отобранной пробой.
Усилие, с которым происходит прижимание крышки к бункеру, определяется общим весом устройства с отобранной пробой.
После подвешивания устройства и герметизации пробы происходит его подъем либо вручную, либо с помощью лебедки.
Извлеченное из воды устройство герметично и устойчиво в вертикальном положении благодаря устройству бункера 1 и ручке-противовесу 5, обеспечивающей дополнительную площадь опоры. Таким образом, проба может длительное время после отбора храниться в «мокром» состоянии без применения дополнительной тары.
Простота изготовления и невысокая себестоимость позволяет использовать несколько прономерованных устройств в качестве тары для отобранных проб с дальнейшей их выгрузкой и разборкой (промывкой, переупаковкой и т.п.) уже после окончания обследования водоема или его участка, в условиях полевого лагеря или ночной стоянки, что существенно экономит время работы судна и позволяет рационально использовать световой день.
Преимуществом заявленного устройства является удобство использования, простота изготовления, прочность и долговечность, обеспечение невымывания пробы, устойчивость на грунте и стабильность ориентации устройства в работе (утяжелитель у основания) и при подъеме (ручка-противовес), отбор проб на любых грунтах, кроме скальных (крупнофракционных без рыхлой составляющей), отсутствие необходимости заякоривания судна (полной остановки относительно дна, проба отбирается на ходу буксировкой), может быть использована с берега без применения судна, отбор пробы может осуществляться одним человеком без применения подъемных устройств, применимо для качественного анализа проб зообентоса (не количественного).
Литература
1. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений, под редакцией канд. биол. наук В.А. Абакумова, 12.09.1982 г.
2. Свободнопадающие пробоотборники донных отложений Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки., дата обращения: 12.11.2018 г.
3. Изделие мастерской Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук. http://ibiw.ru/index.php?p=master, дата обращения: 12.11.2018 г.
4. Патент РФ №24731; МПК G01N 1/02; опубл. 20.08.2002 г.
5. Патент РФ №170497; МПК G01N 1/02, Е21 В49/02; опубл. 26.04.2017 г.
6. Авторское свидетельство СССР №158204 9; МПК G01N 1/04; опубл. 30.07.1990 г.
7. Авторское свидетельство СССР №1161842; МПК G01N 1/10; опубл. 15.06.1985 г.
8. Патент РФ №35436; МПК G01N 1/02; опубл. 10.01.2004 г.