Устройство для забора проб подледной воды Российский патент 2021 года по МПК G01N1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при гидробиологических и гидрохимических исследованиях.

При научных и мониторинговых исследованиях в водных экосистемах в период наличия ледового покрова в осенний, зимний и весенний сезоны необходимо выполнять измерения гидробиологических и гидрохимических параметров во всей толще воды, в том числе и в подледном слое, непосредственно примыкающем ко льду. Для этого необходимо иметь возможность отбирать пробы подледной воды при разной прочности льда. В период осеннего становления льда и весеннего его таяния низкая прочность льда делает невозможным перемещение по его поверхности и выполнения пробоотбора стандартными методами через лунки.

Известен способ отбора проб подледной воды, заключающийся в бурении льда и заборе проб подледной воды через лунку (1-3). К недостаткам данного способа можно отнести необходимость перемещения оборудования по льду и выполнение работ по бурению льда с его поверхности. В период образования льда осенью и в период таяния льда весной лед не обладает необходимой механической прочностью, что делает процесс забора проб невозможным. Использование для пробоотбора плавающих средств ледокольного типа приводит к нарушению структуры верхнего (подледного) слоя водной толщи и перемешивание осколков льда с подледной водой, что существенно снижает точность измерений.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности получения проб подледной воды в весенний, зимний и осенний периоды, особенно в периоды низкой прочности льда.

Поставленная цель в способе и устройстве достигается тем, что забор проб выполняется пробоотборниками, двигающимися вдоль нижней границы льда.

Возможность реализации

На чертеже (Фиг. 1) показана общая конструкция пробоотборника. Устройство состоит из одного пробоотборника (1), двигательного модуля (2) с подводными крыльями (3) и килем (4), спускового устройства пробоотборника (5) с контрольным шнуром (6, верхних направляющих элементов (7). Пробоотборник (Фиг. 2) состоит из цилиндрической трубы (8) с двумя крышками (9), соединенными упругим элементом (10) (например, резиновым шнуром). В открытом состоянии крышки фиксируются спусковым устройством. Над пробоотборником располагаются верхние направляющие элементы в виде перевернутой лыжи с загнутыми вниз передним и задним краями. Эти элементы предназначены для исключения стопорения устройства на неровностях нижней поверхности ледового поля. Кроме того, наличие этих направляющих позволяет не разрушать слабые элементы нижней структуры ледового поля, что также обеспечивает повышение точности измерений.

Двигательный модуль (Фиг. 3) состоит из корпуса (11), аккумулятора (12) и двигателя (13), расположенных в герметичном отсеке корпуса, винта (14). Герметичность двигательного отсека обеспечивается переборкой (15) с герметичным уплотнением вала двигателя. Для исключения блокировки винта подводными растениями и мусором винт располагается внутри негерметичной части двигательного модуля. Для поступления воды к винту в процессе движения в негерметичной части модуля выполнены окна (16).

Конструкция в целом имеет положительную плавучесть и в отсутствие движения всплывает на поверхность воды. Двигательный модуль имеет подводные крылья, заглубляющие устройство во время движения.

Устройство работает следующим образом.

Устройство запускается с берега или с борта плавательного средства (лодка, катер, судно), находящегося на свободной ото льда акватории. Оператор приводит пробоотборник в открытое взведенное состояние (крышки зафиксированы в открытом состоянии) и включает двигатель устройства. Включенное устройство помещается в воду. Направление движения задается с учетом возможного сноса течением. На начальном этапе движения контрольный шнур отпускается без натяжения. При этом за счет отрицательных углов установки подводных крыльев устройство заглубляется в воду до некоторой глубины. При предполагаемом достижении устройством зоны забора пробы оператор стопорит шнур. При этом устройство всплывает за счет положительной плавучести до нижней границы льда. За счет работы винта нос устройства будет подниматься вверх и прижиматься к нижней границе льда. Во время пробоотбора шнур вытравливается медленно, и устройство скользит вдоль нижней поверхности льда.

После того, как устройство пройдет необходимое для забора проб расстояние, оператор резким движением шнура приводит в действие спусковое устройство, которое закрывает пробоотборники. Оператор плавно тянет за шнур, подтягивая устройство к себе, вынимает его из воды и выключает двигатель. Проба сливается в транспортировочную тару.

К достоинствам предлагаемого способа забора подледной воды можно отнести:

1) Возможность проведения исследований в период, когда получение проб альтернативными способами невозможно.

2) Отсутствует механическое разрушение структур ледяного поля и загрязнение пробы подледной воды биологическими и химическими компонентами, содержащимися в ледяном массиве.

3) Метод прост в применении, не требует выполнения избыточных операций.

Источники использованной информации

1. Sazhin A.F. Phototrophic and heterotrophic nano- and microorganisms of sea ice and sub-ice water in Guba Chupa (Chupa Inlet), White Sea, in April 2002. Polar Research, 2004, 23(1), p. 11-18.

2. Sazhin A.F., Mosharov S.A., Romanova N.D., Mosharova I.V. Primary and Bacterial Production in Ice Layer and Under-ice Water of the White Sea in early spring Proceedings of the20th IAHR International Symposium on Ice. Lahti, Finland, June 14 to 18, 2010. P. 1-13.

3. Сажин А.Ф., Ратькова Т.Н., Мошаров С.А, Романова, Мошарова И.В., Портнова. Биологические компоненты сезонного льда / Биологические ресурсы Белого моря: изучение и использование. Исследования фауны морей. 2012/ Ред.: Бергер В.Я. Т. 69 (77). СПб: ЗИН РАН. С. 97-116.

Группа изобретений относится к области приборостроения применительно к гидробиологическим и химическим исследованиям. Устройство для забора проб подледной воды состоит из двигательного модуля, имеющего киль и подводные крылья, закрепленного сверху на двигательном модуле, расположенного горизонтально пробоотборника, закрепленных над пробоотборником двух или более горизонтальных направляющих устройств и шнура, присоединенного к узлу управления пробоотборниками устройства. Также представлен способ забора проб подледной воды, заключающийся в перемещении вдоль нижней поверхности ледового поля указанного устройства. Достигается повышение надежности забора проб. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для забора проб подледной воды, состоящее из двигательного модуля, имеющего киль и подводные крылья, закрепленного сверху на двигательном модуле, расположенного горизонтально пробоотборника, закрепленных над пробоотборником двух или более горизонтальных направляющих устройств, шнура, присоединенного к узлу управления пробоотборниками устройства.

2. Способ забора проб подледной воды, заключающийся в перемещении вдоль нижней поверхности ледового поля устройства по п. 1.