ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ Российский патент 1998 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к технике пробоотбора и может найти применение при экологических исследованиях водоемов, а также при отборе проб жидкости из промышленных резервуаров, отстойных колодцев, скважин.

При исследовании жидких сред часто возникает необходимость отбора значительного объема жидкости на анализ с заданной глубины. Указанная задача решается, например, путем увеличения количества проб, отбираемых за одно погружение или за счет увеличения объема жидкости в единичной пробе. Однако известные конструкции устройств, предназначенных для отбора значительных объемов жидкости, имеют большие габариты, а также сложны по конструкции.

Известен пробоотборник, позволяющий одновременно отбирать несколько проб жидкости [1].

Прибор представляет собой несколько соединенных между собой по вертикали труб, снабженных раскрывающимися днищами. Нижняя труба снабжена системой управления работой клапанов, установленных с возможностью перекрытия днищ указанных труб, верхняя труба снабжена пробкой. В рабочем положении днища всех сочлененных труб находятся в раскрытом положении, так что образуется единая сквозная полость, заполняемая жидкостью.

За счет срабатывания механизма, управляющего работой клапанов, в момент прижатия прибора ко дну емкости или водоема перекрываются отверстия в днищах труб. После взятия пробы трубы разъединяют и закрывают пробками.

Указанное устройство громоздко и неудобно в работе, кроме того, оно имеет ограничения по применению из-за необходимости прижатия ко дну водоема при отборе пробы.

Известно устройство для отбора пробы жидкости на заданной глубине [2].

Устройство содержит складывающийся мягкий корпус с направляющим тросом, крышку с подпружиненным клапаном и спусковое устройство. Внутри мягкого корпуса размещен груз и нити, одна из которых соединена со спусковым механизмом, а другая с пружиной клапана. При движении вниз груз растягивает мягкую оболочку корпуса с образованием полости, которая заполняется исследуемой жидкостью. Таким образом, данное устройство решает задачу увеличения объема единичной пробы с использованием достаточно компактной конструкции. Однако данное устройство ненадежно в работе и неудобно в эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для взятия проб, в частности жидкости, выполненное в виде телескопически раздвижной конструкции, выбранное за прототип [3].

Устройство содержит две трубчатые телескопически раздвижные секции, наружная из которых выполнена закрытой сверху, механизм фиксации секций в сложенном положении, каналы для прохода жидкости, а также помещенный внутри прибора подвижный поршень, охватывающий полый шток, наружная часть которого выходит за пределы внутренней секции. Полый шток снабжен запорным клапаном и разгрузочным штуцером с краном.

Подвешенное на тросе устройство в сложенном положении заглубляют. На нужной глубине с помощью посылочного груза воздействуют на механизм фиксации, благодаря чему происходит высвобождение и выдвижение внутренней секции под действием собственной силы тяжести. Запорный клапан при этом открывается, по мере раздвижения секций внутренний объем устройства увеличивается, и жидкость затягивается внутрь, проходя через клапан и полый шток. После заполнения трубчатой полости жидкостью, устройство извлекают на поверхность, при этом давление внутри прибора уравновешивается с давлением окружающей среды с помощью подвижного поршня, что является важным в случае использования прибора для отбора жидкости, насыщенной газом.

Устройство компактно в собранном положении и позволяет отобрать большой объем жидкости за одно погружение.

Однако устройство сложно по конструкции, ненадежно и неудобно в эксплуатации, в частности при осуществлении слива отобранной пробы.

Предлагаемое устройство решает задачу создания простой, компактной конструкции пробоотборника, позволяющего отбирать значительный объем жидкости за одно погружение при обеспечении надежности работы и удобства эксплуатации.

Сущность изобретения состоит в том, что телескопическое устройство для отбора жидкости, содержащее трос, по крайней мере две трубчатые концентрично расположенные телескопически раздвижные секции, наружная из которых выполнена закрытой с верхнего конца, механизм фиксации устройства в сложенном положении, запорный клапан и каналы для прохода жидкости, содержит также связанный с механизмом фиксации корпус, выполненный в виде открытого сверху стакана по крайней мере с двумя сквозными отверстиями в дне и с закрепленным в дне осевым стержнем с коническим расширением на верхнем конце, стержень размещен во внутренней полости концентрично расположенных секций, наружная секция выполнена с конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце, клапан установлен в верхней закрытой части наружной секции и зафиксирован в открытом положении, а его запорный элемент связан с тросом, внутренняя секция установлена свободно и выполнена с конически расширяющимся участком наружной поверхности на верхнем конце и конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце, причем конически расширяющиеся и конически сужающиеся участки поверхности смежных, размещенных один в другом элементов устройства согласованы с возможностью образования конического уплотнения.

Новым в устройстве является то, что оно содержит связанный с механизмом фиксации корпус, выполненный в виде открытого сверху стакана по крайней мере с двумя сквозными отверстиями в дне и с закрепленным в дне осевым стержнем с коническим расширением на верхнем конце, стержень размещен во внутренней полости концентрично расположенных секций, наружная секция выполнена с конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце, клапан установлен в верхней закрытой части наружной секции и зафиксирован в открытом положении, а его запорный элемент связан с тросом, внутренняя секция установлена свободно и выполнена с конически расширяющимся участком наружной поверхности на верхнем конце и конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце, причем конически расширяющиеся и конически сужающиеся участки поверхности смежных, размещенных один в другом элементов устройства согласованы с возможностью образования конического уплотнения.

Наличие в устройстве концентрично расположенных телескопически раздвижных трубчатых секций и наличие механизма фиксации устройства в сложенном положении обеспечивают компактность устройства в сборе и возможность отбора большого объема жидкости за одно погружение при расфиксации устройства за счет образования единой протяженной трубчатой внутренней полости.

Корпус, выполненный в виде открытого сверху стакана с отверстиями в дне, служит для размещения в нем всех элементов и для образования каналов для поступления жидкости в устройство. Кроме того, связь корпуса с механизмом фиксации и наличие закрепленного в дне корпуса осевого стержня обеспечивают возможность телескопического раздвижения секций при расфиксации устройства под действием силы тяжести расфиксированного опускающегося вниз корпуса со стержнем.

Концентричное расположение секций, установка внутренних секций в наружной секции свободно, размещение стержня по внутренней полости секций позволяют организовать сквозные кольцевые каналы для прохода жидкости в момент погружения устройства, что снижает гидравлическое сопротивление при погружении. Кроме того, указанная компоновка перечисленных элементов обеспечивает свободное движение секций при их выдвижении, а также определяет последовательность выдвижения секций при перемещении вниз корпуса со стержнем.

Наличие в верхней закрытой части наружной секции клапана, запорный элемент которого связан с тросом, обеспечивает возможность прохода жидкости внутрь наружной секции и сквозь кольцевые каналы при открытом положении клапана в момент погружения и отбора пробы, а также изоляцию отобранной пробы от внешней среды посредством закрытия клапана при приложении к тросу подъемной силы.

Наличие у стержня конически расширяющегося участка поверхности, а также наличие у секций конически расширяющегося или конически сужающегося участков поверхности, а также выполнение конически расширяющихся и конически сужающихся участков поверхности у смежных, размещенных один в другом элементов устройства согласованными с возможностью образования конического уплотнения обеспечивают зацепление указанных смежных элементов друг с другом при последовательном их движении вниз под действием силы тяжести опускающегося корпуса со стержнем и плотный контакт прилегающих друг к другу участков поверхности.

На фиг. 1 представлен чертеж устройства в сложенном положении; на фиг. 2 - вид устройства в расфиксированном состоянии в среде жидкости.

Устройство (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный в виде открытого сверху стакана. В дне корпуса 1 выполнены сквозные отверстия 2 и установлен осевой стержень. Стержень 3 имеет на верхнем конце конически расширяющийся участок 4. Вокруг стержня 3 концентрично размещены внутренние секции 5 и 6 и наружная трубчатая закрытая сверху секция 7, выполненная в виде открытого снизу стакана. Секции 5 и 6 свободно установлены внутри наружной секции 7. В верхней части секции 7 установлен клапан 8. Клапан 8 включает запорный элемент 9 с конической боковой поверхностью, установленный в конической расточке секции 7 и связанный с тросом 10. Каплан 8 зафиксирован в открытом положении. В верхней части наружной секции 7 имеется дросселирующий элемент (на чертеже не показан), предназначенный для выравнивания давлений внутри и снаружи устройства.

В верхней части корпуса 1 размещен механизм фиксации устройства в сложенном положении, включающий установленные во втулке 11 фиксирующие элементы, выполненные, например, в виде кулачков, входящие в пазы корпуса 1 (на чертеже не показаны). Втулка 11 имеет сквозной канал (на чертеже не показан), через который пропущен трос 10.

Внутренняя секция 5 имеет конически расширяющийся участок 12 наружной поверхности на верхнем конце и конически сужающийся участок 13 внутренней поверхности на нижнем конце. Внутренняя секция 6 также имеет аналогично расположенные конически расширяющийся участок 14 наружной поверхности и конически сужающийся участок 15 внутренней поверхности. Наружная секция 7 имеет конически сужающийся участок 16 внутренней поверхности.

Расширяющийся участок 4 поверхности стержня 3 согласован с сужающимся участком 13 поверхности смежной с ним секции 5, расширяющийся участок 12 поверхности секции 5 согласован с сужающимся участком 15 поверхности смежной с ней секции 6, а расширяющийся участок 14 поверхности секции 6 согласован с сужающимся участком 16 смежной с ней наружной секции 7 таким образом, что указанные участки перечисленных смежных элементов устройства образуют при совмещении конические уплотнения.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в зафиксированном сложенном положении при открытом клапане 8 опускают на заданную глубину на тросе 10. При этом фиксирующие элементы, расположенные во втулке 11, упираются в пазы корпуса 1, а запорный элемент 9 клапана 8 отжат вниз и образует в конической расточке секции 7 канал для прохода жидкости, жидкость свободно поступает в корпус 1 сверху и снизу через открытую верхнюю часть корпуса 1 и отверстия 2 соответственно, а также в кольцевые сквозные каналы, образованные зазорами между секциями 7, 6, 5, а также между секцией 5 и стержнем 3.

По достижении заданной глубины воздействуют на механизм фиксации, например, с помощью посыльного груза. Фиксирующие элементы выходят из пазов корпуса 1, при этом корпус 1 вместе со стержнем 3 под действием силы тяжести опускается вниз. По мере опускания корпуса 1 со стержнем 3 участок 4 поверхности стержня 3 входит в зацепление с участком 13 секции 5 с образованием конического уплотнения. При дальнейшем опускании корпуса 1 со стержнем 3 происходит выдвижение вниз секции 5 до совмещения участка 12 поверхности секции 5 с участком 15 поверхности секции 6 с образованием конического уплотнения. При дальнейшем движении вниз корпуса 1 со стержнем 3 и секции 5 происходит выдвижение вниз секции 6 до совмещения участка 14 поверхности секции 6 с участком 16 поверхности секции 7 с образованием конического уплотнения. Таким образом, секции 5, 6, 7 телескопически раздвигаются и образуют при этом единую полость, которая заполняется жидкостью (фиг. 2)
По окончании отбора пробы устройство извлекают на поверхность из исследуемой жидкости с помощью троса 10. При натяжении троса 10, который связан с запорным элементом 9, клапан 8 закрывается, и отобранная проба изолируется от внешней среды.

После извлечения на поверхность устройства, жидкость из корпуса 1 сливается самотеком через отверстия 2 и не используется для анализа.

Слив отобранной для анализа пробы осуществляют следующим образом. Корпус 1 устанавливают донной частью на входное отверстие приемной емкости непосредственно или, например, на вспомогательную воронку. Надавливают на наружную секцию 7, при этом секции 7, 6, 5 телескопически складываются, а проба жидкости сливается через отверстия 2 корпуса 1 в емкость.

Предлагаемое устройство компактно в сборе и при этом позволяет отобрать большой обьем жидкости за одно погружение, причем объем пробы определяется количеством внутренних секций в устройстве. Устройство просто по конструкции, надежно в работе и удобно в эксплуатации, в частности за счет удобства слива отобранной пробы в приемную емкость.

Устройство технологично, легко демонтируется, что облегчает промывку его узлов и деталей.

Использование: при экологических исследованиях водоемов, а также при отборе проб жидкости из промышленных резервуаров, отстойных колодцев, скважин. Сущность изобретения: телескопическое устройство для отбора проб жидкости содержит трос, по крайней мере две трубчатые концентрично расположенные телескопические раздвижные секции, наружная из которых выполнена закрытой с верхнего конца, механизм фиксации устройства в сложенном положении, запорный клапан и каналы для прохода жидкости. Устройство содержит связанный с механизмом фиксации корпус, выполненный в виде открытого сверху стакана, по крайней мере с двумя сквозными отверстиями в дне и с закрепленным в дне осевым стержнем с коническим расширением на верхнем конце. Стержень размещен во внутренней полости концентрично расположенным секциям. Наружная секция выполнена с конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце. Клапан установлен в верхней закрытой части наружной секции и зафиксирован в открытом положении, его запорный элемент связан с тросом. Внутренняя секция установлена свободно и выполнена с конически расширяющимся участком наружной поверхности на верхнем и конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце. Конически расширяющиеся и конически сужающиеся участки поверхности смежных, размещенных один в другом элементов устройства согласованы с возможностью образования конического уплотнения. 2 ил.

Телескопическое устройство для отбора проб жидкости, содержащее трос, по крайней мере две трубчатые концентричные телескопически раздвижные секции, наружная из которых выполнена закрытой с верхнего конца, механизм фиксации устройства в сложенном положении, запорный клапан и каналы для прохода жидкости, отличающееся тем, что устройство содержит связанный с механизмом фиксации корпус, выполненный в виде открытого сверху стакана по крайней мере с двумя сквозными отверстиями в дне и с закрепленным в дне осевым стержнем с коническим расширением на верхнем конце, стержень размещен во внутренней полости концентричных секций, наружная секция выполнена с конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце, клапан установлен в верхней закрытой части наружной секции и зафиксирован в открытом положении, а его запорный элемент связан с тросом, внутренняя секция установлена свободно и выполнена с конически расширяющимся участком наружной поверхности на верхнем и конически сужающимся участком внутренней поверхности на нижнем конце, причем конически расширяющиеся и конически сужающиеся участки поверхности смежных, размещенных один в другом элементов устройств согласованы с возможностью образования конического уплотнения.