Устройство для отбора донных проб Советский патент 1992 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к средствам взятия проб грунта морского дна для различных исследований.

Целью изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик, упрощение конструкции и повышение эффективности пробоотбора.

На фиг. 1 показано устройство для отбора донных проб, установленное на раме; на фиг. 2 - конструктивная схема устройства для отбора донных проб.

На раме 1 закреплены устройства 2 для отбора донных проб, приводимые в действне от блока 3 управления. При этом торцы пробоотборных устройств размещены на высоте ho над опорным основанием рамы 1 и, соответственно, при установке на грунт Устройство 2 для отбора донных проб состоит из силового цилиндра 4 внутри которого размещен шток 5, имеющий на конце внутри цилиндра уступ 6. Второй наружный конец штока 5 связан через шарнир 7 и опорный узел 8с пробоотборником 9, имеющим направляющую втулку ICkразмещенную соосно с пробоотборник 9 снаружи корпуса цилиндра 4.-у

VJ

ГО СлЭ N

ч о

Наличие направляющей втулки 10 позволяет уменьшить диаметр штока 5 при обеспечении требуемой жесткости и устойчивости, что дает возможность существенно сократить рабочий объем и массу заряда, т.е. массогабаритные параметры устройства.

Разница площадей внутренних сечений направляющей втулки 10 и пробоотборника 9 равна площади штока 5, что позволяет полностью исключить вытеснение воды, находящейся внутри пробоотборника, вследствие выдвижения штока и, таким образом, уменьшить гидродинамическое сопротивление.

Опорный узел 8, связывающий шток 5 и пробоотборник 9, выполнен из элементов обтекаемой формы с минимальным гидродинамическим сопротивлением, например пластин,установленных вертикально.

В стенках пробоотборника 9 вдоль его образующих выполнены прорези 11. которые обеспечивают фиксацию грунта за счет упругих сил и подачу воды в забойное пространство при извлечении пробоотборника

9...... ..; ..-.../ .

, В верхней части .цилиндра 4 установлен газогенератор 12с пороховым зарядом 13 с герметизирующей прокладкой 14 и пиро- свечой ..1.5. На стенке корпуса цилиндра 4 установлен дроссель 16, связанный с окружающей средой через прорывную мембрану 17.

В начальном положении втулка 10 пробоотборника 9 связана разрывными стопор- ными элемента 18 с корпусом цилиндра 4, обеспечивающим начало движения пробоотборника 9 при достижении расчетного давления и ударное действием пробоотборника 9 на грунт. На раме 1 установлено деформиру- емое кольцо 19, взаимодействующее с уступом втулки 10 в конце хода пробоотборника 9, обеспечивая его торможение.

Устройство для отбора донных проб работает следующим образом.

На раме 1 устанавливаются устройства 2 для отбора донных проб и блок 3 управления. Устройства 2 для отбора донных проб размещены на раме 1 с зазором по относительно нижней поверхности рамы 1. Рама 1 с устройствами 2 опускается с надводного корабля на грунт в исследуемом районе.

Устройство для отбора донных проб является автономным и срабатывает после подачи электрического сигнала с блока 3 управления на пиросвечу 15, которая обеспечивает воспламенение заряда 13 в камере газогенератора 12. Под действием пороховых газов прорывается прокладка 14 и газы заполняют рабочий объем силового

цилиндра 4. При возрастании давления до расчетной величины разрываются стопорные элементы 18 и под действием избыточного давления шток 5 выдвигается из елового цилиндра 4. Одновременно шток 5 через шарнир 7 и опорный узел 8 перемещает пробоотборник 9 с направляющей втулкой 10. На пути h0 пробоотборник разгоняется, обеспечивая ударное действие на грунт. Разница площадей внутренних сечений направляющей втулки 10 и пробоотборника 9 равна площади штока 5, что обеспечивает перемещение пробоотборника 9 относительно объема воды внутри между днищем силового цилиндра 4 и грунтом без ее вытеснения из объема пробоотборника при выдвижении в объем штока 5 и таким образом позволяет уменьшить гидросопротивление перемещению штока 5 и пробоотборника 9. Наличие втулки 10 и свободный проход воды через опорный узел 8 исключает и необходимость вытеснения воды из пробоотборника 9 во время отбора пробы, что снижает сопротивление вхождению образца, связанное с упругими свойствами находящейся внутри пробоотборника 9 воды.

Использование штока 5 минимального диаметра и опорного узла 8 с минимальным гидродинамическим сопротивлением позволяет соответственно уменьшить объем силового цилиндра 4, вес заряда 13, т.е. массогабаритные параметры устройства для отбора донных проб. В конце хода пробоотборника уступ на направляющей втулке 10 взаимодействует с кольцом 19, которое, деформируясь, обеспечивает безударное торможение пробоотборника и исключение удара уступа 6 штока 5 о. днище силового цилиндра 4. В стенках пробоотборника 9 вдоль его образующих выполнены прорези, позволяющие за счет упругих деформаций удерживать грунт внутри пробоотборника (типа цангового зажима).

В процессе заполнения пороховыми газами силового цилиндра 4 при некотором избыточном давлении прорывается мембрана 17 и часть газа стравливается в окружающую среду через дроссельное отверстие 16. Поскольку время внедрения пробоотборника 9 в грунт обеспечивается достаточно малым, т.е. не более сотых долей секунды, то количество газа, стравливаемое через дроссельное отверстие в течение рабочего цикла незначительно и компенсируется дополнительной массой заряда.

После окончания рабочего цикла и внедрения пробоотборника 9 в грунт газы из силового цилиндра 4 продолжают стравливаться до выравнивания давления в цилиндре 4 с давлением окружающей среды.

Поскольку температура пороховых газов высока (до 3000 К), то после стравливания газы в силовом цилиндре 4 охлаждаются, давление продолжает падать и становится меньше гидростатического.

При уменьшении в силовом цилиндре 4 давления до величины ниже гидростатического в рабочий объем втекает некоторое количество воды и давление резко снижается. Количество воды, втекаемой в полость цилиндра 4 в процессе извлечения пробоотборника из грунта, и его возврат в исходное положение регламентируется диаметром дросселя 16.

Под действием перепада гидростатиче- ского давления шток 5 вдвигается обратно внутрь цилиндра 4, извлекая при этом пробоотборник 9 вместе с пробой из грунта. При извлечении пробоотборника 9 вместе с пробой из грунта по прорезям 11, вы$$пненным вдоль его направляющих, происхо- дит частичная подача воды в забойное пространство, кроме того, часть воды поступает в забойное пространство по трещинам в грунте, образующимся при внедрении пробоотборника 9. Время извлечения пробоотборника 9 существенно больше (десятые доли секунды), чем время внедрения (сотые доли секунды), что обеспечивается диаметром дросселя 16 для стравливания газа.

Пробоотборник 9 возвращается в исходное положение. Прорези в стенках пробоотборника 9 образуют зажим типа цангового, обеспечивающий удержание пробы в пробоотборнике 9 при его подъеме на поверхность. Далее рама 1 переставляется и блоком 3 управления включается следующий пробоотборник.

Значительное снижение массогабарит- ных параметров устройства и упрощение его конструкции также обеспечивает существенное снижение массы порохового заряда, упрощает эксплуатацию устройства, транспортировку и хранение зарядов.

Формула изобретения

1.Устройство для отбора донных проб, содержащее раму, пробоотборник и механизм для его перемещения в виде силового цилиндра со штоком, снабженный приводным газогенератором с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных характеристик, упрощения конструкции и повышения эффективности пробоотбора, устройство снабжено опорным узлом, соединенным с пробоотборником, и штоком, направляющей втулкой, установленной снаружи силового цилиндра, газогенератор выполнен в виде источника высотемпературного газа, а силовой цилиндр снабжен дросселем с прорывной мембраной, соединяющей полость цилиндра с окружающей средой, причем пробоотборник связан со штоком силового цилиндра опорным узлом, содержащим каналы для прохода воды, а в стенках пробоотборника выполнены прорези вдоль образующих.

2.Устройство по п.1, от л и ч а ю щ е е- с я тем, что разница площадей внутренних сечений направляющей втулки и пробоотборника равна площади штока.

3.Устройство по п.1. отличающее- с я тем, что опорный узел, связывающий шток и пробоотборник, выполнен из элементов обтекаемой формы с минимальным гидродинамическим сопротивлением например пластин,установленных вертикально.

4.Устройство по п.1, от л и ч а ю щ е е- с я тем, что на конце направляющей втулки выполнен уступ, а на раме соосно с втулкой установлено деформируемое кольцо.

Устройство для отбора донных проб предназначено для проведения исследований морского дна, например при поиске полезных ископаемых, при прокладке под водой трубопроводов, кабелей и т.д. Целью изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик, упрощение конструкции и повышение эффективности пробоотбора. Указанная цель достигается тем, что газогенератор выполнен в виде источника высокотемпературного газа, а силовой цилиндр снабжен дросселем с прорывной мембраной, соединяющей полость силового цилиндра с окружающей средой, причем пробоотборник связан со штоком силового цилиндра опорным узлом, содержащим каналы для прохода воды и снабжен в верхней части направляющей втулкой, установленной снаружи силового цилиндра соосно с ним, в стенках пробоотборника выполнены прорези вдоль образующих, причем разница площадей внутренних сечений направляющей втулки и пробоотборника равна площади штока. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.