ПРОБООТБОРНИК-БУР ДЛЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Полезная модель предназначена для отбора проб донных отложений в мелководных бассейнах и береговой зоне моря с маломерных судов или со льда для проведения последующих физико-механических, химических и других видов анализов, результаты которых используются в морской геологии, литологии, седиментологии.
Известен морской колонковый пробоотборник (RU 2021595, МПК G01N 1/04, опубл. 15.10.1994 г.), содержащий колонковую трубу, лепестковый клапан и упоры, поворотный механизм, состоящий из секций, двух шестерен, механизма подвеса на канате, регулятора заглубления колонковой трубы.
Недостатком пробоотборника является его сложность, а также то, что он предназначен для отбора проб только из рыхлых отложений морского дна.
В качестве ближайшего аналога принят пробоотборник донного грунта (RU 93534, МПК G01N 1/04, опубл. 27.04.2010 г.), включающий закрепленную на держателе, выполненном из отдельных скрепленных между собой секций, колонковую трубу, нижняя часть которой снабжена лепестковым клапаном, механизм заглубления в виде вибратора, установленного на подставке, закрепленной на держателе. Отдельные секции держателя выполнены в виде трубок и крепятся между собой при помощи резьбовых соединений.
К недостаткам вышеописанного устройства можно отнести его невысокую эффективность при отборе проб на уплотненных грунтах (например, глинах) и моренных отложениях, связанную с трудностью заглубления и повреждением проб лепестковым клапаном, а также на очень мягких грунтах, структура которых при внедрении трубки особенно сильно повреждается лепестковым клапаном.
Полезная модель решает задачу повышения эффективности отбора проб на грунтах, обладающих разными свойствами, за счет обеспечения заглубления пробоотборника без нарушения структуры пробы.
Для получения необходимого технического результата в известном пробоотборнике, включающем держатель, состоящий из отдельных скрепленных между собой секций, связанную с держателем колонковую трубу, снабженную лепестковым клапаном, предлагается колонковую трубу снабдить внутренним цилиндрическим пробоприемником, установленным с возможностью перемещения вдоль трубы посредством резьбового соединения его верхнего заглушенного торца, который выполнен с перфорацией, со штоком, прикрепленным к держателю. Лепестки клапана предлагается расположить в зазоре между трубой и пробоприемником, расположенным в своем крайнем нижнем положении при заглублении пробоотборника, шток снабдить горизонтально ориентированным пальцем, и расположить в стакане, закрепленном на верхней части трубы, а стакан выполнить с двумя вертикальными диаметрально расположенными вырезами на боковой поверхности под палец штока, сообщающихся в нижней части с горизонтально ориентированными участками вырезов, предназначенных для фиксации пальца штока при передаче вращающего момента от держателя через стакан к колонковой трубе. Кроме этого, на верхней части стакана предлагается закрепить упрочняющее кольцо, а высота вертикальных вырезов на стакане, должна обеспечивать необходимый ход штока для подъема пробоприемника и освобождения лепестового клапана перед подъемом пробоотборника. Нижнюю часть колонковой трубы предлагается оснастить наконечником, на нижней, выполненной в форме усеченного конуса, части которого приварены шнековые пластины, а секции держателя выполнены в виде штанг и скреплены при помощи болтовых соединений. Наконечник может быть выполнен разъемным по вертикали, а его половинки зафиксированы на трубе запорным кольцом при помощи винтового соединения.
На прилагаемых к описанию графических материалах изображено:
на фиг.1 - предлагаемый пробоотборник-бур в сборе;
на фиг.2 - колонковая труба с деталями, которые последовательно крепятся на ее нижней части при сборке;
на фиг.3 - стакан, для передачи крутящего момента от штока;
на фиг.4 - крепление стакана на верхней части колонковой трубы при помощи скобы.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - колонковая труба; 2 - запорное кольцо; 3 - половинки наконечника; 4 - шнековые пластины; 5 - лепестковый клапан; 6 - пробоприемник; 7 - стакан; 8 - упрочняющее кольцо; 9 - шток; 10 - держатель; 11 - скоба; 12 - перфорация на торце пробоприемника; 13 - резьбовое отверстие на торце пробоприемника; 14 - вырез на боковой поверхности стакана; 15 - палец штока; 16 - проточка на наконечнике; 17 - выступ, 18 - кольцо; 19 - паз.
Пробоотборник-бур состоит из колонковой трубы 1, установленного в трубе 1 пробоприемника 6, который при помощи резьбового соединения 13 на его заглушенном торце прикреплен к штоку 9 и может перемещаться по трубе 1. Диаметр пробоприемника 6 меньше диаметра колонковой трубы 1. В зазоре между трубой 1 и пробоприемником 6 расположены лепестки клапана 5 в период заглубления пробоотборника-бура, когда происходит заполнение пробоприемника 6. Заглушенный торец пробоприемника 6 выполнен с перфорацией 12, обеспечивающей вытеснение воды из пробоприемника при его заполнении грунтом.
На нижнюю часть колонковой трубы 2 крепится наконечник 3,который может быть выполнен разъемным по вертикали для удобства сборки. Нижняя часть наконечника 3, имеющая форму усеченного конуса, оснащена приваренными шнековыми пластинами 4, обеспечивающими заглубление пробоотборника-бура на плотных грунтах. На верхней цилиндрической части наконечника 3 имеется проточка меньшего диаметра 16 под запорное кольцо 2, по окружности которой выполнены выступы 17, используемые для фиксации правильного положения половинок наконечника 3 на колонковой трубе 1, посредством ввода их в соответствующие пазы 19, выполненные на кольце 18, закрепленном на колонковой трубе 1. После чего, наконечник закрепляется установленным на проточке 16 запорным кольцом 2 при помощи винтового соединения.
Шток 9 снабжен пальцем 15 и расположен в стакане 7, который закреплен на верхней части трубы 1, например, при помощи скобы 11. Стакан 7 выполнен с двумя вырезами 14 на его боковой поверхности под палец 15 штока 9. Вертикальные части вырезов 14 расположены диаметрально и сообщаются с горизонтально ориентированными участками вырезов. Горизонтальные участки вырезов служат для фиксации пальца штока при передаче вращающего момента от держателя через стакан к колонковой трубе, когда осуществляют заглубление пробоотборника-бура. На верхней части стакана 7 закреплено упрочняющее кольцо 8, ограничивающее движение штока вверх, совершаемое под действием мускульной силы человека после окончания периода заглубления (когда завершилось наполнение пробоприемника) и благодаря которому, пробоприемник 6, связанный со штоком 9, передвигается по трубе 1 вверх и освобождает упругие лепестки клапана. Клапан, закрываясь, сохраняет отобранную пробу, находящуюся в пробоприемнике, при подъеме пробоотборника-бура.
Шток 9 связан с секционным держателем 10, который выполнен в виде скрепленных болтовыми соединениями штанг. Болтовое соединение штанг (в отличие от резьбового соединения труб в ближайшем аналоге) позволяет осуществлять вращение штока в обратную сторону при выборке пробоотборника-бура из плотных грунтов.
Описание работы пробоотборника-бура.
Сборку пробоотборника-бура и подготовку его к работе производят в следующем порядке. Шток 9 вставляют в стакан 7 и соединяют при помощи резьбового соединения с пробоприемником 6. На верхней части стакана 7 закрепляют упрочняющее кольцо 8. На пробоприемник снизу одевается колонковая труба 1, к верхней части которой крепится при помощи скобы 11 стакан 7 в сборе со штоком 9. Пробоприемник 6 устанавливают в крайнее нижнее положение, при котором его нижний торец совпадает с торцем трубы 1. При таком положении пробоприемника 6 палец штока 15 находится на горизонтальном участке выреза 14 на боковой поверхности стакана 7, жестко фиксируя это положение связанного с ним пробоприемника 6. Затем устанавливают лепестковый клапан 5 так, чтобы его лепестки попали в зазор между трубой 1 и пробоприемником 6. На трубу одевают запорное кольцо 2 и собирают наконечник 3, состоящий, например, из двух половин, вводя выступы 17 в соответствующие им пазы 19 на кольце 18, приваренном на трубе 1. После чего, наконечник фиксируется на трубе 1 запорным кольцом 2, которое опускается на проточку наконечника и закрепляется винтами. Верхний конец штока 9 соединяют при помощи болтов со штангой держателя 10.
Собранный пробоотборник-бур выводится за борт плавсредства и удерживаемый руками за штанги держателя медленно опускается в воду, одновременно производят наращивание дополнительных секций штанг, постепенно удлиняя держатель. Достигнув дна, в зависимости от свойств грунта, производят либо вдавливание пробоотборника-бура, либо производят забуривание, вращая штанги держателя по часовой стрелке. После окончания забуривания, штанги держателя поворачивают против часовой стрелки и выводят палец штока из горизонтальных участков вырезов стакана, после чего шток поднимают с усилием вверх до упора пальца штока в упрочняющее кольцо на стакане. Это движение передается пробоприемнику, он передвигается вверх до упора в кольцевой выступ стакана и освобождает лепестковый клапан, который закрывает отобранную пробу в пробоприемнике. После этого пробоотборник-бур извлекают из воды, постепенно разбирая секции держателя.
Предлагаемый пробоотборник-бур был изготовлен и испытан научными сотрудниками Атлантического отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН в экспедиционных работах по изучению донных отложений Куршского залива (Балтийского моря). Испытания показали эффективность отбора проб на разных грунтах: илистых, плотных глинистых и мореных отложениях. На всех видах грунта структуры не повреждались, качество отобранных проб было высокое.