Устройство для отбора проб взвесей

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ВЗВЕСЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Комиссаров Феликс Давидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для отбора проб взвесей, включающее корпус с установленной в нем гильзой и узел герметизации гильзы, содержащий шаровой клапан, выполненный в виде шарового затвора с закрепленной на нем ручкой, выполненной в виде рычага, и кольцо с закрепленным на нем тросом, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра с шаровым поясом в верхней части, на котором установлен конический раструб, шаровой клапан размещен в шаровом поясе с возможностью вращения и имеет цилиндрическое отверстие, диаметр которого равен внешнему диаметру гильзы, корпус в нижней части содержит крышку, рычаг имеет возможность поворота в пределах 90 в расширении конического раструба, к рычагу на шарнире прикреплен груз, соединенный с кольцом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гильза установлена на конической пружине с возможностью фиксации в нижнем положении при помощи байонетного соединения. 5310 1 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к нижней части крышки прикреплен заостренный штырь, а с боков к крышке прикреплены телескопические подпружиненные штанги с опорными площадками. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в средней части корпуса установлен вентиль.(56)1270617 1, 1986.4371045, 1983.2035033 1, 1995.93038314 А, 1996.96/28639 1.95119343 , 1997. Изобретение относится к устройствам для отбора проб, в частности к батометрам, используемым для отбора проб взвесей, и может быть использовано при географических,геохимических и биологических исследованиях водоемов. Известно устройство под названием Батометр, предназначенное для отбора проб донных наносов. Батометр состоит из каркаса с сетчатой ловушкой вытянутой конусообразной формы, направляющего лотка с упругой пластиной. Каркас выполнен обтекаемой формы из продольно расположенных боковых стенок со стабилизирующим рулем. Батометр снабжен механизмом раскрытия и закрытия ловушки и содержит ручку управления,расположенной на штанге и связанной со штоком, встроенным внутри штанги и подвижной и жесткой пластины, и крепится на тросу между жесткими пластинами 1. Устройство работает следующим образом. Сетчатая ловушка складывается гармошкой и упаковывается под подвижную пластину, при этом последняя сопряжена с направляющим лотком и ручка управления становится в положение Закрыто. С помощью штанги батометр опускают на дно, стабилизируют в потоке рулем, выдерживают некоторое время, пока движение донных наносов стабилизируется после возмущения. Ручку управления переводят в положение Открыто и под действием воды ловушка раскрывается как парашют. Донные наносы попадают на упругую пластину, проходят по направляющему лотку в ловушку, где и задерживаются. По окончании пробоотбора ловушку закрывают переводом ручки в положение Закрыто. При помощи штанги и крепежного троса устройство извлекают на поверхность и выгружают пробу. К недостаткам устройства следует отнести следующие. Устройство не позволяет производить отбор проб в стоящих водоемах, и им нельзя отбирать пробы осаждающихся взвесей как в стоящих, так и в проточных водоемах. Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для отбора проб донных отложений. Устройство включает корпус, гильзу в виде стакана, два узла герметизации пробы, выполненные в виде клапанов сферической формы с отверстием для прохождения колонки грунта, ручки затвора. Устройство снабжено ограничителем высоты отбора пробы в виде перекрывателя канала, состоящего из трех пластин, имеющих связь с подпружиненным рычагом 2. Устройство работает следующим образом. Устройство опускают на нужную глубину при помощи лебедки на двух тросах и освобождают несущий трос. Под действием кинетической энергии и силы тяжести устройство внедряется на нужную глубину в грунт, который заполняет внутреннюю полость гильзы. При этом сила давления грунта на торец гильзы перемещает гильзу вверх и освобождает пружинный рычаг, а вместе с ним происходит поворот пластин и перекрытие полости гильзы. Устройство извлекают из грунта при помощи несущего троса. Под действием веса устройства происходит поворот клапа 2 5310 1 нов натяжением второго троса, прикрепленного к рычагу, и клапаны герметизируют канал корпуса. К недостаткам Устройства следует отнести следующие 1) устройство позволяет производить отбор проб донных отложений, но не позволяет производить отбор мелкодисперсных и осаждающихся взвесей, что является необходимым производить при изучении миграции взвесей как в водотоках, так и в стоячих водоемах. Например, при изучении переноса радионуклидов или других химических или ядовитых веществ, сорбированных на взвесях в воде, так как необходимо знание способа переноса этих веществ и мест их отложения в водотоках и стоячих водоемах. Известно, что донные отложения формируются за счет привноса их составных компонентов при горизонтальной миграции влекомых наносов с вышележащего русла водоема и за счет вертикального их осаждения, что особенно важно, при отмирании водных растений и животных. Так как донные отложения выполняют роль аккумуляторов различного рода примесей, поступающих в водные объекты, то они являются интегральным показателем степени загрязнения последних, а изучение вертикальной составляющей привноса отложений в их динамике не позволяет производить прототип 2) ручка затвора перемещается в двухсторонней выемке в теле корпуса устройства и перемещается в нем на угол 90, а такое расположение ручки затвора в теле корпуса делает возможным сброс давления в корпусе устройства при его подъеме со дна водоема на поверхность через оба клапана, верхнего клапана за счет разницы давлений в корпусе устройства и вне его, а нижнего клапана еще и за счет его собственного веса, и тем самым получается проба не представительной 3) шаровой клапан установлен в корпусе со свободным вращением, ограниченным только перемещением ручки затвора в узкой щели корпуса. Такое свободное размещение шарового клапана на месте его вращения делает возможным его прижатие к одной из сторон корпуса и возможное образование зазора между внутренним объемом корпуса и клапаном при извлечении устройства из больших глубин, который образуется из-за возрастания разности давлений между давлением внутри корпуса и давлением в окружающей среде при подъеме устройства на поверхность 4) устройство не обеспечено вентилем, который бы позволял сохранять заданное давление воды в корпусе устройства при его опускании или подъеме из воды,при условии плотности прилегания клапанов к своим седлам, что является необходимым условием для отбора представительной пробы. Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства, которое бы позволило производить отбор проб взвесей в воде и исключило бы все недостатки прототипа. Поставленная задача решается тем, что устройство для отбора проб взвесей содержит корпус с установленной в нем гильзой и узел герметизации гильзы, содержащий шаровой клапан, выполненный в виде шарового затвора с закрепленной на нем ручкой, выполненной в виде рычага, и кольцо с закрепленным на нем тросом. Отличительной особенностью является то, что корпус выполнен в виде цилиндра с шаровым поясом в верхней части, на котором установлен конический раструб, шаровой клапан размещен в шаровом поясе с возможностью вращения и имеет цилиндрическое отверстие, диаметр которого равен внешнему диаметру гильзы, корпус в нижней части содержит крышку, рычаг имеет возможность поворота в пределах 90 в расширении конического раструба, к рычагу на шарнире прикреплен груз, соединенный с кольцом, а гильза установлена на конической пружине с возможностью фиксации в нижнем положении при помощи байонетного соединения, к нижней части крышки прикреплен заостренный штырь, а с боков к крышке прикреплены телескопические подпружиненные штанги с опорными площадками, и в средней части корпуса установлен вентиль. Устройство состоит из корпуса 1, гильзы 2, узла герметизации гильзы 3, шарового клапана 4, ручки затвора 5, рычага 6, кольца 7, троса 8, шарового пояса 9, конического раструба 10, входного цилиндрического отверстия 11, крышки 12, груза 13, полуосей 14, 3 5310 1 конической пружины 15, байонетного соединения 16, штыря 17, штанги 18, опорных площадок 19, вентиля 20. На фигуре изображено устройство в разрезе при открытом шаровом затворе. Устройство для отбора проб взвесей включает корпус 1, в котором размещена гильза 2, установленная на конической пружине 15 и закреплена в корпусе 1 при помощи байонетного соединения 16. Сверху над гильзой 2 размещен узел герметизации гильзы 3, выполненный в виде шарового клапана 4 с закрепленным на нем рычагом 6, на верхнем конце которого размещена ручка 5 затвора с грузом 13, выполняющим роль противовеса и фиксатора положения шарового клапана 4, на котором закреплено кольцо 7 с тросом 8. На верхней части шарового пояса 9 установлен конический раструб 10, служащий для увеличения площади сбора осаждающихся взвесей, которые поступают в гильзу 2. Шаровой клапан 4 на полуосях 14 размещен в шаровом поясе 9 с возможностью поворота в пределах 90 и имеет цилиндрическое отверстие 11. На нижней части корпуса 1 имеется крышка 12, к нижней части которой прикреплен заостренный штырь 17, а с боков к крышке 12 прикреплены телескопические подпружиненные штанги 18 с опорными площадками 19. В средней части корпусе 1 установлен вентиль 20. Устройство работает следующим образом. Герметизированное устройство, с закрытым узлом герметизации гильзы 3 и вентилем 20, на несущем тросу 8 опускают на грунт. При этом, за счет кинетической энергии падения и веса устройства, штырь 17 внедряется в грунт, а подпружиненные штанги 18 с опорами 19 устанавливаются плотно на грунт и закрепляются на нем. Натяжением троса 8, служащего для вскрытия входного цилиндрического отверстия 11, переводят ручку затвора 5 в положение входное отверстие 11 Открыто. При этом груз 13 строго фиксирует положение ручки затвора 5, а шаровой клапан 4 поворачивается на полуосях 14, и входное цилиндрическое отверстие 11 занимает вертикальное положение. В таком положении устройство, на необходимое время для сбора осаждающихся взвесей, оставляют на грунте. После завершения отбора пробы, воздействием на трос 8, переводят ручку затвора 5 в противоположное положение и, под действием груза 13, происходит перекрытие входного цилиндрического отверстия 11 за счет поворота клапана 4 на полуосях 14. Несущим тросом поднимают устройство на поверхность водоема и вскрывают вентиль 20 на корпусе для выравнивания давления в корпусе с наружным давлением. Переведением груза 13 в положение входное цилиндрическое отверстие 11 корпуса 1 Открыто вскрывают корпус 1 и, при открытом входном отверстии 11, поворачивают гильзу 2 через входное отверстие 11 против часовой стрелки, при этом зацепы гильзы 2 выходят из байонетного соединения 16 и пружина 15 выталкивает гильзу 2 из корпуса 1. Пробу выливают в подготовленный стакан, и передают на исследование Гильзу 2 промывают и устанавливают на свое место в корпусе 1, прижимая коническую пружину и, поворачивая гильзу 2 по часовой стрелке, закрепляют ее в байонетном соединении. Герметизируют входное отверстие 11 поворотом шарового клапана 4, перемещением груза 13 в положение входное отверстие 11 Закрыто. Через вентиль 20 закачивают в корпус воду под давлением, несколько большим давления на дне водоема, чем и исключается подсос воды из верхних слоев водоема. Устройство готово к погружению. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие преимущества 1. Оно обеспечивает отбор стерильных проб взвесей в воде. Для обеспечения стерильности отбора проб необходимо прибор опускать до исследуемого горизонта стерильным,т.е. закрытым, а после отбора пробы он также должен извлекаться закрытым. 2. За счет установки конического раструба на корпусе устройства большего размера,чем диаметр корпуса, возможен отбор взвесей непосредственно в саму гильзу с большей площади, что ускоряет сам процесс сбора осадков и отбор представительной пробы. 3. Обеспечивает вращение клапана на полуосях, что позволяет клапану строго поворачиваться и устанавливаться напротив входного отверстия устройства. 5310 1 4. Выполнение корпуса в верхней части в виде шарового пояса обеспечивает размещение в нем шарового клапана в виде шарового затвора, вращающегося на полуосях в угле 90, ограниченного только ручкой затвора. 5. Устройство обеспечивает возможность выемки гильзы, при вскрытии корпуса после отбора пробы, через входное отверстие. 6. Размещение в корпусе конической пружины выталкивает гильзу из корпуса через входное отверстие при вскрытии корпуса устройства, чем облегчается возможность проведения дезактивации гильзы после каждого отбора пробы. 7. За счет того что устройство обеспечено грузом, размещенным на ручке затвора,обеспечивается надежная фиксация клапана в положении Открыто или Закрыто входное отверстие. 8. Устройство снабжено штырем, который выполняет строгую вертикальную фиксацию корпуса устройства на дне водоема, и обеспечено подпружиненными штангами с опорными площадками, что обеспечивает широкую площадь опоры устройства на грунте и не дает возможность устройству отклониться от вертикального положения под действием сил перемещения водных масс в водоеме за счет теплопереноса. 9. Устройство снабжено вентилем, что обеспечивает возможность создания в корпусе устройства давления несколько большего, чем давление окружающей среды на дне водоема,и что служит гарантом исключения попадания взвесей из других слоев воды в корпус. 10. Устройство может быть использовано при географических, геохимических и биологических исследованиях водоемов, как батометр для отбора проб взвесей в воде, и для отбора мелких водных животных и микрофлоры, обитающих в нижних слоях воды. Выполнение корпуса 1 устройства в нижней части в виде цилиндра с крышкой 7 обеспечивает облегченную сборку устройства в его нижней части. Выполнение корпуса 1 в верхней части в виде шарового пояса 9 обеспечивает размещение в нем шарового клапана 4 в виде шарового затвора, вращающегося на полуосях 14 в угле, несколько большем 90 и ограниченном ручкой затвора 5. Выполнение шарового клапана 4 в виде шарового затвора с цилиндрическим отверстием 11, равным наружному диаметру гильзы 2, обеспечивает возможность выемки гильзы 2 из корпуса 1 при вскрытии устройства после отбора пробы через отверстие 11, а размещение в корпусе 1 конической пружины 15, способствует выталкиванию гильзы 2 из корпуса 1 через отверстие 11, после поворота гильзы 2 в байонетном соединении 16 против часовой стрелки при его вскрытии. Установка конического раструба 10, позволяет взвесям в воде осаждаться на большую площадь раструба 10 и непосредственно в саму гильзу 2, что ускоряет сам процесс сбора осадков, а размещение раструба на верхней части корпуса 1 устройства предотвращает от сбора влекомых наносов, которые могли бы попасть внутрь корпуса 1, что нежелательно,так как это нарушило бы сам эксперимент, т.е. проба получилась бы непредставительной за счет попадания внутрь гильзы 2 влекомых наносов. Установка в верхней части корпуса 1 устройства шарового пояса 9 и размещение в нем шарового клапана 4, вращающего на полуосях 14 таким образом, что клапан вращается в угле 90, ограниченным ручкой затвора 5, обеспечивает герметичность устройства при подъеме его на поверхность, так как давление в корпусе сохраняется за счет жесткого закрепления клапанов 4 на полуосях 14. Давление в объеме корпуса 1 возрастает потому, что клапан 4, под действием внутреннего давления, плотно прижимается к седлу в верхней части шарового пояса 9, где установлено пластикатовое уплотнение. Размещение на ручке затвора 5, прикрепленного к нему на шарнире груза 13 и кольца 12,обеспечивает строгую фиксацию клапана 4 в положении Открыто и Закрыто входное отверстие 11 устройства 1 при перемещении троса 13 и при подъеме устройства 1 на поверхность. Прикрепление к крышке 12 штыря 17 обеспечивает строгую фиксацию корпуса 1 устройства на дне водоема, а установка в нижней части корпуса 1 устройства на крышке 12 штанг 18 с опорными площадками 19 обеспечивает широкую площадь опоры устройства 5 5310 1 на грунт и не позволяет устройству отклониться от вертикального положения под действием сил перемещения водных масс в водоеме за счет теплопереноса. Установка в корпусе 1 устройства вентиля 20 обеспечивает создание в корпусе 1 устройства давления несколько большего, чем давление окружающей среды на дне водоема,что служит гарантом исключения попадания взвесей с других слоев воды в корпус 1 во время его погружения. Источники информации 1. А.с.1234745, МПК 01 1/10,1986. 2. 1270617, МПК 01 1/10, 1986. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6