УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТЫХ ТЕЛ Российский патент 1995 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к устройствам для определения проницаемости пористых тел, в частности водопроницаемой почвы.

Известно устройство для определения водопроницаемости почвы, содержащее две рамы: внешнюю защитную и внутреннюю учетную. Рамы, нижние кромки которых заточены клином, врезают в почву, почву вдоль стенок рам с внешней стороны уплотняют, затем рамы заполняют водой и следят за скоростью ее впитывания [1]
Недостатками известного способа и устройства являются невысокая точность определения водопроницаемости почвы из-за переменного напора воды в рамах и сложность заглубления рам в почву.

Известно устройство для определения водопроницаемости почвы с автоматической подачей воды [2]
Устройство состоит из двух цилиндрических колец (внешнего и внутреннего) с отметками погружения их в почву и уровня воды над поверхностью почвы, двух герметично закрывающихся бачков с пробками, которые служат для автоматической подачи воды.

К недостаткам известного устройства относятся сложность заглубления колец в почву и сложность устройства, что снижает точность определения водопроницаемости почвы, а также узкий диапазон условий анализа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для определения водопроницаемости почвы (прибор Васильева-Доспехова), включающее в себя ограждающий элемент с режущей кромкой, сетку, мерный цилиндр, поплавок, в средней части которого установлен запитающий элемент, крышку с укрепленным в ней корпусом клапана [3]
Ограждающий элемент выполнен в виде стальной трубы с ограничительным кольцом, которая в верхней части соединена с поплавковой камерой. Режущая кромка ограждающего элемента образована за счет уменьшающего к низу сечения стенок.

В поплавковую камеру вмонтирована опорная планка с направляющей втулкой. Сверху поплавковая камера закрыта крышкой, в средней части которой закреплен штуцер с корпусом игольчатого клапана. В крышке выполнено отверстие.

Запирающий элемент выполнен в виде игольчатого клапана, закрепленного на поплавке. На поплавке снизу по центру закреплен направляющий стержень, расположенный внутри направляющей втулки.

Расход воды на фильтрацию учитывают с помощью мерного цилиндра, соединенного посредством резинового шланга со штуцером. Мерный цилиндр закреплен на металлическом стержне, который устанавливают в 20.30 см от ограждающего элемента. Напор воды в поплавковой камере регулируют с помощью прокладок, которые размещают между ограничительным кольцом и поплавковой камерой.

Недостатком известного прибора является его сложность (большое количество элементов), обусловливающая и сложность его эксплуатации, а именно его заглубление в почву и сборку. Анализ можно вести в ограниченном диапазоне условий напора 5,5-6 см.

Сначала необходимо заглубить ограждающий элемент, причем заглубление элемента нужно проводить на всю его высоту до ограничительного кольца. Режущая кромка этого элемента, выполненная в виде клина, оказывает значительное сопротивление, создает перекосы при его заглублении, требует значительного усилия на заглубление, особенно на тяжелосуглинистых и глинистых почвах.

Затем внутри ограждающего элемента размещают сетку, устанавливая ее на поверхность почвы, и ограждающий элемент соединяют с поплавковой камерой. Устанавливают поплавок, располагая его направляющий стержень внутри направ- ляющей втулки.

После этого поплавковую камеру закрывают крышкой, располагая при этом игольчатый клапан поплавка в его корпусе, и соединяют штуцер с мерным цилиндром при помощи шланга.

Анализ с помощью известного устройства можно вести в ограниченном диапазоне условий напора 5,5.6 см. Изменение напора предусмотрено в очень узком диапазоне ±0,5 см с помощью прокладок, что существенно сужает эксплуатационные возможности устройства, причем снимать или устанавливать дополнительные прокладки сложно. Для этого надо выпустить воду из поплавковой камеры, отсоединить поплавковую камеру от ограждающего элемента, снять или установить прокладки, соединить поплавковую камеру и ограждающий элемент и заполнить камеру водой.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для определения водопроницаемости пористых тел, включающем ограждающий элемент с режущей кромкой, сетку, поплавок, в средней части которого установлен запирающий элемент, крышку с укрепленным в ней корпусом клапана, новым является то, что корпус клапана выполнен в виде направляющей втулки. Запирающий элемент выполнен в виде стержня, на котором закреплена шайба из упругого материала, расположенная на верхней части поплавка. Режущая кромка ограждающего элемента выполнена пилообразной. Стержень расположен в направляющей втулке. Направляющая втулка укреплена в средней части крышки с возможностью ее осевого перемещения. Стержень жестко закреплен на поплавке. Верхняя часть втулки при помощи шланга соединена с мерным цилиндром.

Выполнение корпуса клапана в виде направляющей втулки обеспечивает его использование для центрирования поплавка, а также обеспечивает герметичность соединения поплавковой камеры с мерным цилиндром.

Закрепление направляющей втулки с возможностью ее регулирования по высоте позволяет устанавливать заданный напор воды в поплавковой камере, причем в достаточно широком диапазоне: от 0,5 до 30 см. В прототипе напор регулируют с помощью прокладок в очень узком диапазоне: 5,5.6 см, всего ± 0,5 см.

Выполнение запирающего элемента в виде стержня обеспечивает одновременное его использование в качестве направляющего элемента для вертикального движения поплавка.

Выполнение корпуса клапана в виде направляющей втулки и выполнение запирающего элемента в виде стержня в совокупности существенно упрощает конструкцию устройства (не надо изготавливать стальной цилиндр с ограничительным кольцом и прокладками, поплавковую камеру с планкой и втулкой, поплавок с игольчатым клапаном сверху и направляющим стержнем снизу) и расширяет условия анализа, позволяя в широком диапазоне регулировать напор воды в поплавковой камере.

Закрепление на запирающем элементе шайбы обеспечивает перекрытие доступа воды в поплавковую камеру. Изготовление шайбы из упругого материала повышает герметичность перекрытия доступа воды в камеру. Расположение шайбы на верхней части поплавка обеспечивает высокое качество перекрытия за счет давления поплавка на шайбу, а шайбы на нижнюю кромку втулки. Упругость материала шайбы при этом обеспечивает надежность герметизации.

Выполнение режущей кромки ограждающего элемента пилообразной повышает качество заглубления его в почву, особенно в глинистую и тяжелосуглинистую, уменьшает перекосы элемента и скалывание почвы. Если ограждающий элемент заглублять в почву трудно, его с такой режущей кромкой можно использовать как бур, поворачивать по оси. После поворачивания элемента по оси он снова легко заглубляется в почву. Причем такой элемент, выполненный в виде трубы, можно заглублять в почву на заданную глубину в широком диапазоне измерений от 5 до 30 см, в то время как по прототипу только на одну и ту же глубину до ограничительного кольца.

Технический результат изобретения выражается в упрощении конструкции и расширении функциональных возможностей.

На чертеже изображено устройство для определения водопроницаемости пористых тел, вид спереди, разрез.

Устройство состоит из ограждающего элемента 1 с режущей кромкой 2, заглубляемого в пористый материал 3, сетки 4, поплавковой камеры 5, крышки 6.

В средней части крышки 6 выполнено отверстие с резьбой 7, в котором закреплена направляющая втулка 8 с резьбой 9. В поплавковой камере 5 расположен поплавок 10. В средней части поплавка 10 закреплен стержень 11. На стержне 11 закреплена шайба 12. В крышке 6 выполнено дополнительное отверстие 13.

Режущая кромка 2 выполнена пилообразной. Верхняя часть направляющей втулки 8 выполнена в виде штуцера 14. Резьба 9 выполнена по всей длине втулки 8 до штуцера 14. Шайба 12 выполнена из упругого материала, например из резины. Стержень 11 расположен во втулке 8. Сетка 4 расположена на поверхности пористого материала 3, например почвы. Втулка 8 закреплена в крышке 6 с возможностью регулирования по высоте при помощи резьбы. В отверстие 13 установлена мерная линейка 15. Поплавок 10 выполнен в виде диска постоянного сечения из гидрофобного материала, например пенопласта.

На внешней стенке ограждающего элемента 1 выполнена шкала в миллиметрах (не показана).

Мерный цилиндр (не показан) закреплен на металлическом стержне (не показан) и соединен при помощи резинового шланга (не показан) со штуцером 14. Резиновый шланг перекрыт зажимом.

Устройство работает следующим образом.

Ограждающий элемент заглубляют в почву на заданную глубину (5.30 см). При заглублении в глинистую и суглинистую почву 3 ограждающий элемент 1 периодически поворачивают по оси, пилообразная кромка 2 при этом облегчает качество заглубления элемента 1.

Внутри ограждающего элемента 1 размещают сетку 4, устанавливая ее на поверхность почвы. На сетку 4 устанавливают поплавок 10 со стержнем 11 и шайбой 12. Ограждающий элемент 1 закрывают крышкой 6 с направляющей втулкой 8, располагая при этом стержень 11 внутри направляющей втулки 8.

После этого на расстоянии 15.30 см от ограждающего элемента 1 устанавливают металлический стержень, к которому крепят мерный цилиндр. Мерный цилиндр при помощи резинового шланга соединяют с втулкой 8 на штуцере 14. Резиновую трубку перекрывают зажимом и наливают в мерный цилиндр воду.

Когда устройство подготовлено к работе, открывают зажим на резиновом шланге и пускают воду в поплавковую камеру 5. Вода, накапливаясь в камере 5, поднимает поплавок 10 со стержнем 11 и шайбой 12 (стержень 11 при этом перемещается во втулке 8) до того момента, пока шайба 12 не перекроет доступ воды из втулки 8 в камеру 5.

В момент остановки уровня воды в мерном цилиндре (или резкого замедления его снижения) определяют напор воды в камере 5. Для этого замеряют высоту ограждающего элемента 1 над поверхностью почвы по шкале и устанавливают мерную линейку 15 через дополнительное отверстие 13 на поверхность поплавка 10. Толщина поплавка известна (в нашем устройстве 30 мм). Известна высота ограждающего элемента 1 над поверхностью почвы (например, 260 мм). Толщина крышки 6-5 мм. На мерной линейке 15 снят отсчет 185 мм. Тогда напор воды в камере 5 составит 260 мм+5 мм-185 мм-30 мм=50 мм. Отверстие 13 в крышке 6 служит и для поддержания атмосферного давления в поплавковой камере 5.

Для изменения напора воды в камере 5 (или установления заданного напора) перекрывают зажимом и отсоединяют резиновый шланг от штуцера 14. Ввертывая втулку 8, уменьшают напор воды в камере 5. Вывертывая втулку 8, наоборот, увеличивают напор воды в камере 5. При этом с помощью линейки 15 измеряют величину перемещения втулки 8 в крышке 6, для чего линейку 15 устанавливают рядом с втулкой 8. По разнице отметок на линейке 15 устанавливают заданный напор воды в камере 5. После этого соединяют резиновый шланг со штуцером 14 и пускают воду в камеру 5. Проверяют правильность установки напора и ведут анализ. Записывают первый отсчет по шкале на мерном цилиндре и отмечают время начала отсчета.

По мере просачивания воды в почву ее уровень в поплавковой камере 5 понижается. При этом опускается поплавок 10 со стержнем 11 и шайбой 12, вода вновь поступает в камеру 5. По мере заполнения камеры 5 водой поплавок 10 с шайбой 12 снова перекроет подачу воды. Таким образом осуществляют подачу воды в камеру 5 и постоянный ее напор над поверхностью почвы. Стержень 11 при этом перемещается во втулке 8. Определение водопроницаемости пористого материала ведут до тех пор, пока 2-3 последних отсчета по мерному цилиндру не будут различаться более чем на 0,5.1 мм шкалы.

Так как площадь пористого материала (почвы), через которую фильтруется вода (или другая жидкость), и объем израсходованной воды в мерном цилиндре известны, то, разделив объем израсходованной воды на площадь почвы (площадь ограждающего элемента 1) и время, определяют водопроницаемость пористого тела (почвы).

В нашем устройстве ограждающий элемент 1 выполнен из трубы с внутренним диаметром 180 мм, высота элемента 1 400 мм. Длина направляющей втулки 8-200 мм, внутренний диаметр 9 мм, внешний 12 мм, резьба 12 мм. В качестве стержня использован гвоздь длиной 200 мм. Шайба 12 выполнена из резины толщиной 4 мм, поплавок 10 из пенопласта.

Использование: определение водопроницаемости пористых тел. Сущность изобретения: устройство содержит корпус в виде цилиндра с резущей кромкой, выполненой пилообразной, поплавок, в средней части которого установлен запирающий элемент клапана, выполненный в виде стержня с шайбой из упругого материала, расположенной на верхней части поплавка, крышку с укрепленным в ней корпусом клапана, выполненного в виде направляющей втулки, установленной с возможностью осевого перемещения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТЫХ ТЕЛ, содержащее мерную емкость, корпус, выполненный в виде цилиндра с режущей кромкой внизу, свободно установленные в корпусе сетку и поплавок, а также клапан и крышку, содержащую два отверстия, в одном из которых, расположенном в центре, установлен штуцер, соединенный с мерной емкостью и корпусом клапана, причем на поплавке установлен запирающий элемент клапана и направляющий стержень, размещенный в направляющей втулке, отличающееся тем, что направляющая втулка установлена в крышке с возможностью осевого перемещения и образует корпус клапана, а направляющий стержень с шайбой из упругого материала, закрепленные на верхней части поплавка, образуют запирающий элемент клапана. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что режущая кромка выполнена пилообразной.