ПОПЛАВКОВЫЙ УРОВНЕМЕР Российский патент 1996 года по МПК E21B47/04 

Изобретение относится в технике, применяемой при проведении инженерно-изыскательских работ, в частности, к средствам для измерения уровня воды в скважинах и открытых водоемах.

К простейшим известным средствам для измерения уровня воды при различных гидрогеологических исследованиях относятся рулетки РС-20, РС-50 (глубина измерения соответственно 20 м и 50 м) и катушки ГГП-19 с глубиной измерения до 100 м (Методические рекомендации по организации и проведению наблюдений за режимом подземных вод, М. BCЕГИНГЕО, 1980, c.45-46).

Гидрогеологические рулетки и катушки измеряют уровень воды в скважине с точностью до ±5 см, но требуют ручного труда и могут применяться только в случае открытого ствола в скважине или при наличии большого межтрубного зазора.

Широкое распространение получили электроуровнемеры, позволяющие замерять уровень воды в буровых скважинах по электросигналу, получаемому от датчика при его контакте с поверхностью воды, например УЭ-50 с глубиной измерений 50 м и ЭВ -1М с глубиной измерений до 200 м, см. упомянутые выше "Методические рекомендации."
Недостатком электроуровнемеров является необходимость наличия сухих источников питания электрической схемы, а также недостаточная точность измерений, обусловленная там, что торможение катушки с проводом осуществляется оператором вручную по сигналу лампочки-индикатора, а глубина уровня отсчитывается по цифровым биркам на проводе.

Все указанные выше уровнемеры относятся к классу переносных приборов, используемых для разовых замеров уровня воды. Для непрерывного измерения и регистрации уровня в исследуемых скважинах разработаны и применяются стационарные приборы, среди которых наибольшее распространение получили поплавковые уровнемеры.

Известен барабанный поплавковый скважинный уровнемер типа УБ-1, содержащий корпус, барабан с тросом, установленный на вращающемся валике, а также опущенный в скважину поплавок, прикрепленный к свободному концу троса, и счетчик измерений, вал которого взаимодействует с тросом (см. Д.Н.Башкатов, А. Г. Тесля. Гидрогеологические наблюдения при бурении и опробывании скважин на воду. М. Недра, 1970, c. 105-106).

Недостатком данного устройства, выбранного нами в качестве прототипа, является недостаточная точность и достоверность измерений, обусловленная тем, что остановка барабана при достижении поплавком уровня воды осуществляется оператором вручную по таким косвенным признакам как ослабевания тросика и т.п.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности измерений путем автоматизации процесса стопорения барабана, а также расширение функциональных возможностей устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что поплавковый уровнемер, содержащий корпус, барабан с тросом, установленный в корпусе на вращающемся валике, а также поплавок, прикрепленный к свободному концу троса, и счетчик измерений, снабжен зубчатой рейкой неподвижно закрепленный в корпусе над барабаном, по меньшей мере одним зубчатым колесом, закрепленным с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой, а также рамой, установленной в направляющих корпуса с возможностью вертикального перемещения и подпружиненной относительно корпуса, причем валик барабана закреплен на раме, а соотношение параметров подвижных частей устройства удовлетворяет условию
М > Q > Р > G,
где М запас плавучести поплавка,
Q вес поплавка,
Р сила пружины,
G вес рамы с барабаном.

В одном из частных случаев выполнения уровнемер может быть снабжен дополнительным валиком, установленным на подвижной раме и соединенным с валом счетчика измерений, при этом трос огибает дополнительный валик по меньшей мере одним полным оборотом.

Первичный технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в немедленном стопорении барабана при достижении поплавком уровня жидкости или дна водоема. Достижение этого технического результата возможно лишь при использовании всей совокупности существенных признаков заявленного устройства, как тех, которые порознь известны из уровня техники (зубчатое колесо, рама в направляющих), так и полностью новых (взаимосвязь и взаимное расположение элементов устройства). Ни одно из известных нам устройств аналогичного назначения не позволяет получить такой технический результат.

Сказанное позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 дан продольный разрез устройства без поплавка; на фиг.2 то же, но с навешанным поплавком; на фиг.3 вид А на фиг.1; на фиг.4 то же, но с навешанным поплавком; на фиг.5 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.6 вид В (повернуто) на фиг.1.1; на фиг.7 разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.8 разрез Д-Д на фиг.1.

Барабан 1, на котором намотан тросик (леска ) 2, насажен на валик 3, вращающийся, например, в двух опорных подшипниках качения 4. По краям валика 3 насажены два зубчатых колеса 5, взаимодействующие с зубчатой рейкой 6, неподвижно закрепленной в корпусе 7 над барабаном. На одном конце валика 3 насажена рукоятка 8 для вращения барабана 1. Под основным барабаном 1 расположен вспомогательный мерный барабан 9, дополнительный валик 10, который вращается в опорных подшипниках качения 11. Опорами для подшипников качения 4 и 11 являются плиты 12, соединенные между собой нижней рамкой 13 и верхней рамкой 14, образуя таким образом жесткую раму, которая поддерживается пружинами 15, заделанными в днище 16 корпуса 7. Один конец дополнительного валика 10 соединен с помощью муфты с суммирующим счетчиком измерений 17, установленным на кронштейне 18. Лапы 19 кронштейна 18 приболчены к подпружиненной раме, которая установлена с возможностью вертикального перемещения в направляющих позах 20 корпуса 7. Тросик 2 под действием веса поплавка (не показан) опускается с барабана 1 на барабан 9 и, огибая его одним оборотом, спускается далее через отверстие 21 в днище 16 к измеряемому уровню, например, в скважину. Таким образом, длина вытравленного троса за один оборот дополнительного валика 10 соответствует длине окружности мерного барабана 9, а число оборотов суммируется счетчиком 17.

Устройство работает следующим образом.

Когда тросик 2 не натянут, подпружиненная рама за счет силы пружины 15 находится в крайнем верхнем положении, т.е. Р > G и барабан 1 застопорен от поворотов благодаря зубчатым колесам 5, зацепленным с зубьями неподвижной зубчатой рейки 6. Когда поплавок опущен в скважину, под действием его веса тросик 2 натянется. Так как вес поплавка больше силы пружинок 15, т.е. Q > Р, рама, сжимая пружинки 15, переместится в крайнее нижнее положение. При этом зубья колес 5 выйдут из зацепления с зубьями рейки 6, барабан окажется расторможенным и будет вращаться под действием момента от натянутого тросика, опускаемого вниз. Одновременно будет вращаться мерный барабан 9, охваченный тросиком. Каждый оборот барабана 9 отсчитывается счетчиком 17.

Когда поплавок достигнет измеряемого уровня, он не утонет, так как обладает достаточным запасом плавучести, т.е. М > Q, и сила веса не будет натягивать тросик 2. Пружины 15, освободившись от силы веса грузика, поднимут раму в крайнее верхнее положение, при котором барабан моментально окажется застопоренным благодаря взаимодействию зубьев колеса 5 и рейки 6. По показанию суммирующего счетчика 17 определяют длину вытравленного троса 2 и глубину до уровня жидкости. Таким же образом можно замерять глубину сухого дна или дна водоема.

Подъем поплавка и намотка тросика 2 на барабан 1 производится с помощью рукоятки 21. В начале подъема, чтобы растормозить барабан, необходимо нажать на раму или на корпус суммирующего счетчика 17.

По сравнению с прототипом и аналогами заявленное решение обладает следующими преимуществами.

1. Полная автоматизация измерений, что упрощает процесс, как правило, многочисленных измерений.

2. Повышение точности измерения благодаря немедленному стопорению барабана, а также валика суммирующего счетчика одновременно с достижением поплавком измеряемого уровня.

3. Возможность использования устройства для замера "сухого" дна скважины или дна водоема, что расширяет его функциональные возможности.

4. Простота конструкции, малые габариты (отсутствует электросистема, фрикционный тормоз, маркировка тросика по его длине и др.). ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6

Использование: изобретение относится к технике, применяемой при проведении инженерно-изыскательских работ, и решает задачу повышения точности и достоверности измерений путем автоматизации процесса стопорения барабана. Сущность изобретения: барабан, на котором намотан тросик/леска/, насажен на валик, вращающийся, например, в двух опорных подшипниках качения. По краям валика насажены два зубчатых колеса, взаимодействующие с зубчатой рейкой, неподвижно закрепленной в корпусе. На одном конце валика насажена рукоятка для вращения барабана. Под основным барабаном расположен вспомогательный мерный барабан, дополнительный валик которого вращается в опорных подшипниках качения. Опорами для подшипника качения являются плиты, соединенные между собой нижней рамкой и верхней рамкой, образуя таким образом жесткую раму, которая поддерживается пружинами, заделанными в днище корпуса. Один конец дополнительного валика соединен с помощью муфты с суммирующим счетчиком измерений, установленным на кронштейне. Лапы кронштейна прикреплены к подпружиненной раме, которая установлена с возможностью вертикального перемещения в направляющих пазах корпуса. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Поплавковый уровнемер, содержащий корпус, установленный в нем на валике барабан с тросом, поплавок, прикрепленный к свободному концу троса, и счетчик измерений, отличающийся тем, что он снабжен зубчатой рейкой, неподвижно закрепленной в корпусе над барабаном, по меньшей мере одним зубчатым колесом, закрепленным на валике барабана с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой, и рамой, установленной в направляющих корпуса с возможностью вертикального перемещения и подпружиненной относительно корпуса, причем валик барабана закреплен на раме, а соотношение параметров подвижных частей устройства удовлетворяет условию
M>Q>P>G,
где М запас плавучести поплавка, н;
Q вес поплавка, н;
Р сила пружины, н;
G вес рамы с барабаном, н. 2. Уровнемер по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным валиком, установленным на раме и соединенным с валом счетчика измерений, при этом трос огибает дополнительный валик по меньшей мере одним полным оборотом.