Донный пробоотборник Советский патент 1991 года по МПК G01N1/04 

(21)4681373/26

(22)18.04.89

(46) 23.03.91. Бюл. № 11

(71)Институт океанологии им. П. П., Ширшова

(72)О. А. Шмидт и Б. Н. Шеин

(53)662.74(088.8)

(56)Патент США № 2798378, кл. G 01 N 1/04, опублик. 1957.

Авторское свидетельство СССР № 832086, кл. G 01 N 1/04, 1978.

(54)ДОННЫЙ ПРОБООТБОРНИК

(57)Изобретение относится к оборудованию для отбора проб грунта дна океана и может быть использовано при проведении глубоководных геологических исследований. Цель изобретения - повышение производительности, надежности и глубинности использования при расширении эксплуатационных возможностей за счет многоразовой эксплуатации. Донный пробоотборник содержит керноприемную трубу 1 с башмаком 2 и лепестковым клапаном 3 и цилиндрический основной полый корпус (ОПК) 4, скрепленный с трубой 1 соосно с последней своей нижней торцовой стенкой 5 при равенстве в месте крепления их внешних диаметров. На связку из ОПК 4 и трубы 1 надет со скользящей посадкой дополнительный полый корпус (ДПК) 6 с осевым отверстием 7, диаметр которого меньше диаметра полости 8 ДПК 6, который взаимодействует с указанными связками 1 и 4 посредством двух кольцевых уплотнений 9 и 10, размещенных в верхней и нижней частях осевого отверстия 7 ДПК 6. ОПК 4 в нижней части содержит боковые отверстия 11. Труба 1 также имеет боковые отверстия 12 в своей верхней части. В исходном положении ДПК б герметизирует внутненний объем ОПК 4 тем, что уплотнения 9 и 10 обхватывают боковые отверстия 11 ОПК 4. В этом положении ДПК 6 зафиксирован легкоразъемным фиксатором. Ниже боковых отверстий 12 расположен ограничитель осевого перемещения 14 ДПК 6. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

с SS

(Л

CD СО

О

|

СП

Изобретение относится к оборудованию для отбора проб грунта дна океана и может быть использовано при проведении глубоководных геологических исследований.

Целью изобретения является повышение производительности, надежности и глубинности использования пробоотборника при расширении его эксплуатационных возможностей за счет многоразового использования.

На чертеже показан донный пробоотборник, общий вид.

Донный пробоотборник содержит керно- приемную трубу 1 с башмаком 2 и лепестковым клапаном 3 и цилиндрический основной полый корпус 4, скрепленный с трубой 1 соосно с последней своей нижней торцовой стенкой 5 при равенстве в месте крепления их внешних диаметров. На связку из основного корпуса 4 и трубы 1 надет со скользящей посадкой дополнительный полый корпус 6 с осевым отверстием 7, диаметр которого меньше диаметра полости 8 корпуса 6, который взаимодействует с указанной связкой посредством двух кольцевых уплотнений 9 и 10, размещенных в верхней и нижней частях осевого отверстия 7 корпуса 6. Основной корпус 4 в нижней части содержит боковые отверстия 11. Труба 1 также имеет боковые отверстия 12 в своей верхней части.

В исходном положении дополнительный корпус 6 зафиксирован легкоразъемным фиксатором, выполненным в виде растяжки 13, соединяющей корпус 6 с боковой поверхностью корпуса 4 и выполненной, например, из капроновой лески. Ниже боковых отверстий 12 расположен ограничитель 14 осевого перемещения корпуса 6, выполненный в виде кольцевого выступа трубы 1.

Пробоотборник содержит также управляемый привод осевого перемещения корпуса 6, который закреплен на тросе 15 бортовой лебедки (не показана) и содержит скользящий груз 16 кольцевой формы, надетый на корпус 4 и скрепленный посредством гибкой тяги 17 с ее управляемым размыкателем 18 (от ослабления натяжения троса 15), который с одной стороны скреплен с тросом 15, а с другой - со скобой 19, скрепленной с верхом корпуса 4, верхняя торцовая стенка которого выполнена в виде обратного клапана 20.

Управляемый размыкатель 18 может быть выполнен в виде крюка сброса, соединенного со скобой 19 посредством осевого шарнира, скрепленного концом тяги крюка с тросом 15 и соединенного с гибкой тягой 17 посредством кольца, надетого на крюк и жестко скрепленного с гибкой тягой.

Донный пробоотборник работает следующим образом.

После выноса его за борт судна-носителя (не показан) пробоотборник на тросе 15 судовой лебедки опускается на дно водного бассейна. Ударившись о дно, пробоотборник первое время внедряется в грунт за счет своей кинетической энергии Јь равной (без учета массы присоединенной воды)

Ј,т„ 1/2/«,(1)

где т„- масса пробоотборника;

V - скорость его погружения в воде перед касанием дна водного бассейна.

При этом вода удаляется из трубы 1 через отверстия 12. Вытравливание троса 15 с судовой лебедки при этом продолжается, что приводит к ослаблению его натяжения, в результате чего срабатывает размыкатель 18 гибкой тяги 17, последняя высвобождается, что приводит к падению скользящего груза 16 на корпусе 6. При этом кинетическая энергия Ј2 падающего скользящего груза равна

E2tttn,-g-li )(2)

где тг - масса скользящего груза 16; ® g - ускорение свободного падения;

h - расстояние от скользящего груза 16 до ограничителя 14 за вычетом

высоты корпуса 6.

Кинетическая энергия Ја расходуется на разрыв растяжки 13, перемещение корпуса 6 до упора последнего в ограничитель 14 и дополнительного внедрения пробоотборника в грунт.

Одновременно с внедрением пробоотборника в грунт за счет энергии падающего о скользящего груза 16 происходит соединение внутренних объемов корпуса 4 и трубы 1 через внутренний объем полости 8, смещенной в рабочее положение (до упора в ограничитель 14) корпуса 6. При этом внутреннее давление указанных объемов стремится к 5 выравниванию, что обуславливает силу прижима керноприемника к грунту:

FtzP-S,(3)

где Р -давление окружающей среды;

S - площадь поперечного сечения отверстия башмака 2.

0 При этом энергоемкость ЕЗ корпусе 4 составляет

,(4)

где V - внутренний объем корпуса 4.

Внедрение керноприемника в грунт произ- 5 водится до глубины, на которой сопротивление внедрению становится больше указанной силы F или при заполнении внутреннего объема основного полого корпуса 4 водой (возможно с илистым грунтом), поступившей из трубы 1.

0 После внедрения керноприемника в грунт его поднимают на борт судна-носителя посредством выборки бортовой лебедкой троса 15. При этом керн удерживается в трубе 1 за счет смыкания лепесткового клапана 3.

5 В случае, если при соединении внутренних объемов корпуса 4 и трубы 1 через внутренний объем корпуса 6 керноприемник внедряется исключительно в несцементированные илы или грунт повышенной пористости, гидроудар на верхнюю торцовую стенку корпуса 4 не приводит к остановке внедрения керноприемника (или резкому подбрасыванию керноприемника вверх) из-за выполнения указанной стенки в виде обратного клапана 20.

Технико-экономические преимущества обусловлены следующим.

Выполнение основного корпуса в виде полого цилиндра, скрепленного с керно- приемной трубой нижней торцовой стенкой при равенстве в месте крепления их внешних диаметров, и снабжение верхней части трубы и нижней части корпуса боковыми отверстиями необходимо для потенциальной возможности соединения их внутренних объемов.

Введение в пробоотборник дополнительного полого корпуса с осевым отверстием и двумя кольцевыми уплотнениями в верхней и нижней частях осевого отверстия необходимо для герметизации основного корпуса в исходном положении и при погружении пробоотборника в водной толще и соединения внутренних объемов основного корпуса и керноприемной трубы после ввода последней в контакт с грунтом дна водного бассейна. Для этого же необходимо и то, что дополнительный корпус размещен снаружи связки основного корпуса и керноприемной трубы со скользящей посадкой. При этом в исходном положении дополнительный корпус должен обхватывать только боковые отверстия основного корпуса, герметизируя его, для чего в пробоотборник введен легкоразъемный фиксатор, установленный соответствующим образом. Для перевода дополнительного корпуса из исходного положения в рабочее необходимо введение управляемого привода и ограничителя осевого перемещения дополнительного корпуса. В рабочем положении внутренние объемы основного корпуса и керноприемной трубы должны быть соединены между собой через внутренний объем дополнительного корпуса, для чего расстояние между кольцевыми

уплотнениями должно быть достаточным для обхвата всех боковых отверстий при упоре дополнительного корпуса на ограничитель его осевого перемещения.

Расширение эксплуатационных возможностей устройства очевидно в связи с возможностью его многократного использования без замены наиболее ответственных узлов.

Формула изобретения

целью повышения производительности, надежности и глубинности использования при расширении эксплуатационных возможностей за счет многоразовой эксплуатации, основной корпус выполнен в виде цилиндра, скрепленного с керноприемной трубой ниж0 ней торцовой стенкой, снабжен размещенным снаружи соосно дополнительным полым корпусом, управляемым приводом, ограничителем осевого перемещения, легкоразъемным фиксатором дополнительного корпуса,

5 при этом верхняя часть керноприемной трубы и нижняя часть основного корпуса выполнены с боковыми отверстиями, снабжены кольцевыми уплотнениями, закрепленными в верхней и нижней частях осевого отверстия дополнительного корпуса с воз0 можностью фиксации дополнительного корпуса в исходном положении.

5 3. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что осевое отверстие дополнительного корпуса снабжено дополнительным кольцевым уплотнением, расположенным ниже нижнего из указанных кольцевых уплотнений, при этом расстояние между этими кольце0 выми уплотнениями больше диаметра боковых отверстий керноприемной трубы.