Гидростатический пробоотборник донного грунта Советский патент 1984 года по МПК G01N1/02 

Ф

СП

о:

Изобретение относится к отбору проб, в частности к гидростатическим пробоотборникам донного.грунта, и может быть использовано при проведении океанографических -исследований и поиске полезных ископаемых в глубоководных районах морей и океанов,,

Известен гидростатический пробоотборник донного грунта, содержащий колонковую трубу с крышкой, поршень с полым штоком, выполненным с радиальными сквозньми отверстиями, и устройство для торможения поршня Cl.

Недостатками этого пробоотборника являются его невысокая надежность в работе и сложность изготовления и- эксплуатации при отборе длинных колонок донного rpyHTav

Наиболее близким, к.изобретению является гидростатический пробоотбоник донного грунта, содержащий колонковую трубу, обратный клапан, герметичный баллон, установленный на колонковой трубе с возможностью относительного перемещения, и полый шток, выполненный со сквозными радиальными отверстиями 2.

Недостатком данного пробоотборника является невысокое качество отбираемых с больших глубин слабосвязных .проб грунта вследствие разрушения структуры последнего мощным и постоянно действующим потоком поровой воды, а также изза подсоса в трубу грунта из приза бойной зоны,

Целью изобретения является повышение представительности отбираемых проб на больших глубинах,

Указанная цель достигается тем, что в гидростатическом пробоотборнике донного грунта, содержащем колонковую трубу, обратный клапан, герметичный баллон, установленный на колонковой трубе с возможностью относительного перемещения, и полый щток, выполненный со сквозными радиальными отверстиями, колонковая труба снабжена дополнительным обратньии клапаном, верхний конец полого .штока закреплен на баллоне, а нижний выполнен глухим и пропущен сквозь седло обратного клапана в полость колонковой трубы, при этом дополнительный обратный клапан снабжен втулкой, установленной на полом штоке с возможностью относительного перемещения и перекрытия сквозных радиальных отверстий колонковой трубы. ,

На фиг, 1 изображен пробоотборник продольный разрез на фиг 2 - разре А-А на фиг 1; на фиг 3 - пробоотборник в начальной стадии погружения; на фиг 4 - то же, в промежуточной стадии внедрения в грунт; на фиг. 5то же, в заключительной стадии внедрения в грунт; на фиг 6 - то же, в момент устранения грунтовой проб- ки.,

Гидростатический пробоотборник

донного грунта содержит колонковую трубу 1 с закрепленными на ней наконечником 2, лепестковым клапаном 3, переходником 4, патрубком 5 и седлом 6 обратного клапана 7, предназначенного для сброса воды из колонковой трубы в гидросферу через отверстия 8, На колонковой трубе 1 установлен герметичный баллон 9, заполненный воздухом под атмосферным давлением

и снабженный фланцем 10, жестко соединенным ребрами 11 с втулкой 12, скользящей вдоль патрубка 5 между переходником 4 и седлом 6- В верхнюю часть баллона 9 вмонтирован

предохранительный клапан 13 , Полости колонковой трубы 1 и баллона 9 со- общены между собой полым штоком 14 с радиальными отверстиями 15 Верхний конец штока 14 закреплен на баллоне

9, а нижний выполнен глухим и пропущен сквозь седло 6 в полость колонковой трубы 1 . Полости штФка 14 и баллона 9 герметизированы уплотнительными кольцами 16 и 17,, В колонковой трубе 1 установлен дополнительный обратный клапан 18, снабженный скользящей вдоль штока 14 втулкой 19, перекрывающей радиальные отверстия 15 при подъеме, клапана 18 и открывающей их при опускании

последнего, , Во втулке 19 сделаны отверстия 20 для перетекания воды из по лости втулки 12 в полость колонковой трубы 1. Вкладыш 21, установленный внутри колонковой трубы, предназначен для извлечения отобранной колонки грунта. Пробоотборник подсоединен к тросу 22 судовой лебедки (на фигурах не показано).

Пробоотборник работает следующим

образом.

Пробоотборник опускают на тросе 22 на дно. Перед внедрением судовую лебедку растормаживают, разгоняя пробоотборник до скорости 5-6 м/с Во время опускания на дно и в первый момент внедрения пробоотборник занимает положение, изображенное на фиг. .3. Вода из колонковой трубы 1, приподняв клапаны 18 и 7, через отверстия 8 выдавливается в гидросферу поступающей в трубу колонкой грунта. Баллон 9 находится относительно трубы 1 в крайн.ем верхнем положении, а радиальные отверстия 15 герметично перекрыты

седлом 6, В результате преодоления сил сопротивления грунта скорость колонковой трубы уменьшается и баллон 9, продолжающий движение с прежней скоростью, переметается относительно колонковой трубы 1- до упора втулки 12 в переходник 4. Шток 14 также перемещается в крайнее нижнее положение Потоком воды, выталкиваемой вверх поступающей в трубу колонкой грунта, клапан 18 удерживается в поднятсм положении, при котором втулка 19 перекрывает отверстия 15 штока. При заполнении колонковой трубы грунтом на высоту, равную примерно 20-кратнсжу диаметру трубы, сила трения трубы о колонку может превысить прочность пласта под колонкой. В этом случае труба 1 двигается вместе с колонкой как одно- целое - как свая (так называемый свайный эффект)/ Заполнение трубы 1 грунтом прекращается, а следовательно, прекращается выталкивание из нее воды Под собственным весом клапан 18 опускается вниз и открывает радиальные отверстия 15 штока 14% Полости колонковой трубы 1 и баллона 9 сообщаются между собой, в результате чегодавление в колонковой трубе падает до атмосферного,, Наружное гидростатическое давление плотно прижимает клапан 7 к седлу 6, отделяя сверху полость колонковой трубы от. гидросферы 1 Слабосвязаннь1й водонасыщенный песчано-илистый грунт, заполняющий нижнюю часть колонковой трубы, системой пор между частицами сообщен с гидросферой. Поэтому давление поровой воды грунта равно гидростатическому 4 Падение давления над колонкой приводит к тему, что поровая вода, стремясь заполнит полость низкого давления, практически одновременно во всех слоях колонки переходит из состояния покоя в направленное вверх движение Восходящий фильтрационный роток поровой воды оказывает на частицы давление, направленное против силы тяжести частиц и может полностью нейтрализовать их вес.. Частицы грунта в состоянии невесомости перестает давить друг на друга и на внутреннюю стенку трубы. Трение трубы о колонку и. давление последней на подстилающий пласт падают до нуля , В этих условиях становится возможным дальнейший отбор колонки./ Выталкиваемая колонкой вода приподнимает

10 клапан 18 и его втулка 19. частично или полностью перекрывает радиальные отверстия 15 (фиг 6). Давление в колонковой трубе 1 повышается до гидростатического, фильтрация поровой

5 воды прекращается, приоткрывается клапан 7 и выталкиваемая вода сбрасывается в гидросферу. Пробоотборник вновь работает так, как показано на фиг 4. При очередном возни0кновении свайного эффекта цикл повторяется.

В момент возникновения свайного эффекта в колонковой трубе на короткий промежуток времени соз5дается разряжение, устраняющее грунтовую пробку. Благодаря кратковременному действию разряжения нарушение, структуры гру.нта восходящим фильтрационным потоком поровой

0 воды и подсос грунта из призабой.ной зоны незначительны, что не повлиявг.на представительность пробы грунта.

Экономический эффект от внедре5ния устройства заключается в повышении представительности отбираемой пробы слабосвяэанного грунта с больших глубин вследствие того, что исключается подсос грунта из приэабойной зоны, а также в значи0тельном снижении разрушения отбираемой пробы восходящим фильтрационным потоком пороговой воды.

/J

f7

/

ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПРОБООТБОРНИК ДОННОГО ГРУНТА, содержащий колонковую трубу, обратный клапан, герметичный баллон, установленный на колонковой трубе с возможностью относительного перемещения, и полый шток, выполненный со сквозными радиальными отверстиями, о т л и чающийся тем что, с целью повышения представительности отбираемых проб на больших глубинах, колонковая труба снабжена дополнительным обратным клапаном, верхний конец полого штока закреплен на баллоне, а нижний выполнен глухим и п| опущен сквозь.седло обрат.i ного клапана в полость колонковой трубы, приэтом дополнительный обратный клапан.снабжен втулкой, установленной на полом штоке с . возможностью относительного перемещения и перекрытия сквозных радиальных отверстий колонковой трубы «