ЖИДКОСТНОЙ ПРОБООТБОРНИК

Полезная модель относится к устройствам для отбора проб жидкостей с больших глубин из емкостей, водоемов, скважин и может быть использована в различных отраслях промышленности.
Известен пробоотборник, содержащий пробоотборный сосуд, выполненный в виде тяжелого цилиндрического корпуса с отверстием в верхней крышке, закрытым пробкой, несущий тросик со свободно провисающей петлей, соединенной с запирающим устройством с магнитной защелкой, подвески в виде скоб с ушками, к которым прикреплена дужка пробоотборника (а.с. 1045054, МКИ: G 01 N 1/10, опубл. в БИ №36, 1983).
Однако этот пробоотборник не обеспечивает достоверность отбираемых проб, т.к. при опускании этого пробоотборника из-за случайного открытия магнитной защелки во время опускания пробоотборника может произойти отбор пробы не на заданной глубине и отобранная проба не будет соответствовать пробе с требуемой глубины; кроме того, при подъеме пробоотборника с отобранной пробой в исследуемой среде происходит перемешивание поверхностного слоя пробы и она может быть недостоверна.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для отбора проб жидкостей с больших глубин из емкостей или водоемов (патент РФ №2191364 «Жидкостной пробоотборник» МПК G 01 N 1/10, опубл. 20.10.2002). Он содержит пробоотборный сосуд, выполненный в виде тяжелого цилиндрического корпуса с отверстием в верхней крышке, закрытым пробкой. Пробоотборник имеет подвеску в виде скоб с ушками, к которым прикреплена дужка пробоотборника. Пробоотборник имеет несущий тросик со свободно провисающей петлей, соединенной с запирающим устройством. Последнее выполнено в виде установленного на крышке пробоотборника рычага с насаженной на него пробкой. Пробка запирает входное отверстие пробозаборной трубки. Калиброванная нить соединяет дужку пробоотборника с нижней частью тросика, который прикреплен к рычагу с образованием свободно провисающей петли. Это позволяет повысить достоверность пробы и обеспечить надежную работу пробоотборника на заданной глубине.
В процессе работы пробоотборник на тросике опускают на нужную глубину. Для отбора пробы необходимо разорвать калиброванную нить. После этого участок свободно провисающей петли тросика натянется за счет усилия, действующего на тросик, и повлечет вверх рычаг с резиновой пробкой. Отбираемая жидкость через пробозаборную трубку поступит в пробоотборный сосуд. После полного заполнения пробоотборного сосуда
жидкостью его поднимают на поверхность при помощи тросика.
Недостатком этого устройства является то, что внутренний объем пробоотборника очень долго заполняется жидкостью, а также низкая надежность устройства, связанная с необходимостью разрыва калиброванной нити.
Задачей полезной модели является повышение достоверности отбора пробы требуемых слоев жидкости.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в уменьшении времени отбора пробы, а также в повышении качества взятия пробы требуемых слоев жидкости за счет автоматического срабатывания впускного и дренажных клапанов на заданной глубине.
Поставленная задача достигается тем, что жидкостной пробоотборник, содержит пробоотборный сосуд, выполненный в виде цилиндрического корпуса с тяжелым дном и крышки, запирающего устройства и подвески с несущим тросиком. В свою очередь, запирающее устройство выполнено в виде подпружиненного подвижного штока с тарелями для дренажного и впускного клапанов, при этом дренажный клапан является перенастраиваемым, седло которого выполнено на вращаемой крышке пробоотборника, а его подвижная тарель фиксируется стопорными гайками, причем положение крышки связано с указателем настройки глубины погружения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено положение пробоотборника в исходном состоянии, на фиг.2 - положение пробоотборника в процессе отбора пробы и на фиг.3 - силы, действующие на тарель впускного клапана при различных положениях штока пробозаборника.
Пробоотборник состоит из пробоотборного сосуда 1, запирающего устройства 2 и подвески 3 с несущим тросиком (фиг.1).
Пробоотборный сосуд 1 предназначен для хранения и транспортирования отобранной пробы. Он выполнен в виде цилиндрического корпуса 4, тяжелого дна 5 с седлом 6 впускного клапана. Сверху пробоотборный сосуд 1 закрыт вращаемой крышкой 7 с указателем настройки глубины погружения 8 и с седлом 9 дыхательного клапана.
Запирающее устройство 2 предназначено для заполнения внутреннего объема пробоотборного сосуда 1 жидкостью на заданной глубине и его герметизации. Оно состоит из пустотелого штока 10 и закрепленных на нем неподвижной тарели 11 впускного клапана, подвижной тарели 12 дренажного клапана, настроечной пружины 13 с опорным устройством 14.
В исходном состоянии необходимо настроить пробоотборник для забора пробы на заданной глубине. Для этого его необходимо собрать в соответствии с фиг.1. Поворотом
пp
пp
крышки 7 устанавливают заданную глубину забора пробы, пользуясь указателем настройки глубины погружения 8. При этом под действием силы, создаваемой жесткостью пружины 13 F, равной F=К х,
где: К - коэффициент жесткости пружины;
х - изменение длины пружины,
и весом подвижных частей G штока 2, тарели 11 и 12 герметично закрывают впускной и дренажный клапаны (фиг.3,а). После этого положение тарели 12 фиксируется стопорными гайками 15.
Устройство работает следующим образом (фиг.2).
ж
ж
шт
После сборки и настройки пробоотборник на тросике, закрепленным к подвеске 3, опускают на нужную глубину. В процессе его опускания на тарель 11 впускного клапана начинает действовать сила F, создаваемая давлением жидкости на ее нижнию часть (фиг.3,в), которая зависит от глубины погружения и равна F=ρgh S,
где: ρ - плотность жидкости;
h - глубина взятия пробы (погружения пробоотборника);
шт
S - площадь штока.
ж
пp
т
В момент времени, определяемый настройкой погружения пробоотборника на заданную глубину, когда F>F+G, тарель 11 отрывается от седла 6 впускного клапана. Шток 2 приподнимается и жидкость устремляется в образовавшееся пространство. Теперь жидкость воздействует уже на всю нижнюю поверхность тарели S 11, в результате чего шток 2 еще больше приподнимается.
Одновременное срабатывание дренажного и впускного клапанов способствует быстрому заполнению жидкостью внутренней полости пробоотборника, что уменьшает время отбора пробы. Быстрое заполнение внутренней полости пробоотборника слоями жидкости заданной глубины способствует достоверности отобранной пробы.
При этом по мере заполнения внутреннего объема пробоотборника, давление жидкости начинает воздействовать на часть верхней поверхности тарели 11. По мере заполнения внутреннего объема пробоотборника жидкостью с заданной глубины сначала наступает равенство сил, действующих на шток 2 (фиг.3,с)
пp
T
шт
Т
F+G+ρgh(S-S)=ρgh S,               (1)
которому соответствует остановка движения штока 2.
При дальнейшем опускании пробоотборника произойдет смена направления движения штока 2. Он будет двигаться уже не вверх, а вниз, так как наступает неравенство сил
пp
T
шт
T
F+G+ρgh(S-S)>ρgh S,                 (2)
Момент полного заполнения внутреннего объема пробоотборника соответствует
перемещению штока 2 в крайнее нижнее положение.
Для надежной работы пробоотборника шток 2 выполнен большого диаметра и пустотелым. Параметры пробоотборника, входящие в уравнение 2, подбираются таким образом, чтобы он обеспечил быстрое, но в тоже время надежный забор пробы жидкости с заданной глубины. При этом дренажный и впускной клапаны закрываются, что герметизирует внутреннюю полость пробоотборника и обеспечивает неперемешивание отбираемой пробы во время поднятия пробоотборника. Таким образом, конструкция пробоотборника исключает забор пробы с глубины меньше заданной.
Пробоотборник с пробой поднимают на поверхность при помощи тросика 3.
Для слива отобранной пробы необходимо вручную переместить шток 2 вверх, держа его в районе дренажного клапана. После чего пробу через впускной клапан сливают в посуду для дальнейшего анализа.
Для отбора следующей пробы пробоотборник приводят в исходное состояние. При необходимости обрабатывают его внутреннюю поверхность. Для перенастройки глубины взятия пробы необходимо крышку 7 в исходном состоянии пробоотборника установить в положение в соответствии с указателем настройки глубины погружения 8.
Использование предлагаемого пробоотборника позволяет повысить достоверность отбираемой пробы заданных слоев жидкости за счет одновременного открытия клапанов на заданной глубине, за счет исключения перемешивания собранной пробы из-за самопроизвольного открытия пробоотборника, а также за счет быстрого отбора пробы и ее герметизации. Он прост в изготовлении и эксплуатации и исключает самопроизвольное открытие.