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

Изобретение относится к техническим средствам для отбора проб глубоководных осадков и может быть использовано при проведении океанологических и геологических работ в акватории Мирового океана.

Известна конструкция автономного пробоотборника, использующего для внедрения в грунт кинетическую энергию падения и представляющего собой колонковую трубу с рамой, грузом и поплавком. Такой пробоотборник вертикально опускается на дно и внедряется в осадки после чего поднимается на поверхность водоема. Недостатком таких пробоотборников является значительный вес конструкции, достигающий нескольких сотен килограммов, что затрудняет их эксплуатацию в условиях даже небольшого волнения.

Для работы на небольших, в несколько десятков метров, глубинах энерговооруженность их оказывается недостаточной и кроме того площадь поверхностного слоя донных осадков, отбираемых такими устройствами, практически оказывается недостаточной.

Известен также автономный глубоководный пробоотборник, включающий корпус, поплавковый узел, установленный на штанге, рабочий орган и механизм для сбора балластных грузов,расположенный в верхней части поплавка. Рабочий орган выполнен коробчатого типа и имеет керноп- риемник, расположенный внутри, а также пластинчатые затворы с приливами. Кер- ноприемник соединен с резиновыми тягами, проходящими через блок.

При внедрении в грунт сопротивление внедрению рабочего органа возрастает, в то время -как поплавковый узел, смонтированный на штанге,продолжает по инерции движение вниз. При этом поплавок выходит из зацепления со штангой, освобождает баллахС

Ю

сл

00

стные грузы, и пробоотборник начинает всплытие. Под действием усилия резиновых тяг на пластинчатые затворы срезается проба донных грунтов и далее рабочий орган извлекается из грунта. Такой пробоотборник имеет ряд недостатков. Основными недостатками таких устройств являются низкая надежность функционирования механизма сброса балластных грузов, так как он рассчитан на инерцию поплавкового узла при касании дна. Как показывает практика, энергии,заложенной в поплавковом узле,ча- сто бывает недостаточно для извлечения рабочего органа из грунта. Механическое увеличение объема поплавка ведет к увеличению веса балластных грузов, что увеличивает вес пробоотборника и естественно должно быть увеличено усилие при извлечении рабочего органа из грунта, и в то же время затрудняется внедрение в грунт пробоотборника. С другой стороны, использование эффекта инерции поплавка в силу его преждевременного отделения от штанги приводит к недостаточной глубине внедрения рабочего органа в грунт и как следствие к захвату ограниченного количества массы грунта, что ведет к нарушению целостности осадочных отложений с отбираемого монолита.

Данная конструкция пробоотборника, обладает большим лобовым сопротивлением при подъеме на поверхность, а при наличии подводных течений это приводит к значительному сносу устройства и трудностям при его поиске. Наличие вращающихся деталей также увеличивает вероятность отказов в работе вследствие морской коррозии. В связи с указанным расположением поплавка (в верхней части конструкции) увеличиваются габаритные размеры устройст- .ва, что затрудняет его спускоподъемные операции. Также неизбежно заедание гибких шторок рабочего органа при забивке направляющего канала грунтом.

Целью изобретения является повышение эффективности геологоразведочных работ путем отбора представительной и ненарушенной пробы донных отложений, а также уменьшения габаритных размеров и веса устройства, упрощения; механизма срабатывания рабочего органа и сброса балластных грузов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, имеющем корпус, поплавковый узел, установленный на штанге, рабочий орган и механизм для сброса балластных грузов, расположенный в верхней части поплавкового узла, поплавковый узел выполнен из двух полусфер, а механизм сброса балласта в виде поворотных полок с

буртиками и упорами расположен между полусферами и снабжен пружинами, смонтированными на стяжках и присоединенных к корпусу рабочего органа, а на поворотных

полках установлены фигурные тяги с упорз ми, которые расположены с возможностью взаимодействия с механизмом для сброса балласта, причем этот механизм имеет шток с подпятником, поводком с регулировочным

0 болтом, а также затвором с нажимной пружиной, при этом в нижней части затвора выполнен паз, рабочий орган снабжен неподвижными пластинами с уголковыми направляющими и шарнирными затворами,

5 причем тяга и упоры соединены между собой, при этом в корпусе рабочего органа выполнено продольное отверстие, в котором установлены шарниры тяг.

На фиг.1 представлен общий вид уст0 ройства, с рабочим органом с неподвижными пластинами; на фиг.2 - вид сбоку с поплавковым узлом; на фиг.З - общий вид устройства, с рабочим органом с шарнирной тягой; на фиг.4 - вид устройства сверху с

5 поплавковым узлом, выполненным из прочных пустотелых корпусов; на фиг.5 - механизм для сброса балласта; на фиг.6 - вид А фиг.5.

Устройство включает корпус 1, в верх0 ней части которого укреплен кожух 2 для радиомаяка 3, на боковой поверхности корпуса смонтированы штанги 4 для поплавке вого узла 5. Поплавковый узел выполнен из двух элементов-полусфер, изготовленных

5 из сферопластика. Полусферы имеют центральное отверстие 6, в которое входят штанги 4. На концах каждой штанги выполнена резьба для крепления полусфер с помощью гаек при подготовке устройства к работе.

0 Внутри корпуса расположен балластный узел, который состоит из шарнира 7, верхних створок 8, предназначенных для загрузки балласта и смонтированных на шарнире 7, а сбоку корпуса также на шарнире 7, име5 ются боковые створки 9 для удержания балласта в процессе спуска устройства. В свою очередь внутри корпуса 1 на осях 10 расположены поворотные полки 11, выполняющие роль днища при загрузке балластом, с

0 буртиками 12. При снаряжении устройства буртики 12 не позволяют раскрываться створкам 9 и следовательно выпадать балласту до касания устройством дна,

В нижней части корпуса 1 устройства

5 установлен рабочий орган, корпус 13 которого выполнен в виде подвижного короба с уголковой режущей кромкой 14. Внутри корпуса 13 рабочего органа расположены неподвижные пластины 15 с шарнирными пластинчатыми затворами 16. Затворы 16

имеют возможность скользить по кромке 14. Подвижный короб укреплен на направляющих 17, которые вставлены в вырезы 18 на боковой поверхности короба и укреплены на корпусе 1 устройства. В верхней части корпуса 13 рабочий орган закрыт крышкой 19 с петлями 20, в которых просверлены отверстия 21. В отверстия 21 вставлены концы растягивающих пружин 22. Другим концом пружины укреплены на неподвижных стяжках 23. Поворотные полки 11 снабжены также пластинчатыми упорами 24 имеющими возможность поворота вместе с полками 11 на осях 10. Между полками 11 и упорами 24 в балластном узле смонтированы фигурные пластинчатые тяги 25 с упорами 26. Для придания устойчивости тягам 25 между ними и упорами 24 установлены уголки 27.

Устройство снабжено механизмом срабатывания балластного узла или сброса балласта. Механизм состоит из упорного штока 28 с подпятником 29. Шток 28 соединен резьбовым соединением с поводком 30. С другой стороны поводок 30 имеет регулировочный болт (тягу) 31, в верхней части которого на резьбе укреплен затвор 32 с пазом 33. Затвор 32 имеет также регулировочный болт 34 с регулировочными гайками 35. при этом регулировочный болт 34 имеет нажимную пружину 36, расположен между направляющей скобой 37. которая укреплена на корпусе 1 устройства.

Устройство, выполненное по второму варианту, отличается исполнением рабочего органа, который имеет также коробчатую конструкцию, но при этом петли 20 присоединены к верхней подвижной крышке 38. под которой находится нижняя неподвижная крышка 39, укрепленная на коробе 13. К подвижной крышке 38 присоединены тяги 40( соединенные с упорами 41. в свою очередь присоединенные к створкам 42.Тяги 40, упоры 41 и створки 42 соединены между собой шарнирно, при этом шарнир 43 гяг 40 и упоров 41 смонтирован в продольном пазу 44 короба 13, короб 13 имеет режущую кромку 45. В данном рабочем органе отсутствуют неподвижные пластины 15 и затворы 16, а также уголки кромки 14. Различные конструкции рабочих органов применяются в зависимости от прочности исследуемого грунта.

Кроме того, в данных устройствах могут применяться поплавковые узлы 5 выполненные из прочных пустотелых корпусов, материалом которых служит стекло, фарфор и т.д., которые монтируются в металлических кассетах 46. При спуске за борт устройство снабжается балластными грузами 47. Длину штыря 28 можно регулировать.

Устройство работает следующим обра зом.

На борту плавсредства устройство устанавливают на специальную подставку (на чертеже не показана), где подготавливается к работе. Для этого короб 13 опускают вниз, а пружины 22 при этом растягиваются. Поворотные полки 11 устанавливают в горизонтальное положение, благодаря чему

0 упоры 24 не позволяют пружинам 22 сжиматься, а коробу 13 подняться вверх. Одновременно упоры 26 фигурных тяг 25 устанавливаются в паз 33 затвора 32, который не позволяет тягам 25 вращаться на оси

5 10. Затвор 32 имеет возможность движения вверх под действием подпятника 29 и штока 28 и вниз под действием пружины 36.

Далее, открывая верхние створки 8, помещают внутрь балластного узла на полки

0 11 балластный груз 47 (в виде судового балласта или пользуются твердым сыпучим балластом). В это время затворы 16, а со втором варианте створки 42 находятся в раскрытом состоянии. На штанги 4 монтируют поплав5 ковый узел 5. во втором варианте прочные корпуса с помощью кассет 46 крепят к корпусу 1. В кожух 2 помещают радиомаяк 3. Устройство готово к работе. С помощью стрелы судового крана (не показано)устрой0 ство опускают за борт, и оно начинает погружение. При касании дна короб 13 погружается в донный грунт, который заполняет внутреннее пространство короба, при этом структура грунта практически не нару5 шается. Одновременно в результате сопротивления о грунт сдвигается вверх подпятник 29 со аи оком 28, а в результате жесткости механизма срабатывания балластного узла регулировочный болт 31 и за0 твор 32 также перемещаются вверх, освобождая упоры 26. Полки под действием силы тяжести балласта поворачиваются на оси 0, в результате створки 9 освобождаются от контакта с буртиками 12 и раскрыва5 ются, а балласт выпадает наружу. В это время упоры 24 освобождают короб 13, который под действием пружин 22 поднимается вверх, при этом затворы 16 скользят по кромкам 14 и закрываются, отсекая грунт,

0 находящийся в коробе. Эффект прилипания рабочего органа к грунту в этом случае также исключается, а освобожденное от балласта устройство поднимается на поверхность за счет положительной плавучести поплав5 ка. Обнаруживают его с помощью радиомаяка и поднимают на судно.

Предложенное устройство позволяет по сравнению с известными повысить эффективность геологических пробоотборных работ. Конструкция отличается от созданных

ранее рядом существенных преимуществ: уменьшенным собственным весом при увеличенной-массе отбираемой пробы (при этом а случае использования рабочего органа коробчатого типа появляется возможность отбора проб с относительно ненарушенной структурой) простотой сборки-разборки (конструкция разборная и выполнена на болтовых соединениях) и подготовки к работе, отсутствием тросовых тяг, требующих регулярной замены и перетяжки. С помощью таких пробоотборников возможен точечный пробоотбор донных грунтов, представленных песками и разно- зернистыми илами. Основными факторами, определяющими целесообразность применения пробоотборников указанной конструкции по сравнению с существующими, являются их сравнительно низкая стоимость и возможность отбирать большее количество проб за одно и то же время, что резко снижает стоимость геологоразведочных работ в океане. Возможность применения поплавкового узла, выполненного из прочных стеклянных сфер, также значительно удешевляет стоимость конструкции в целом.

Уменьшение габаритных размеров устройства упрощает спускоподъемные операции.

Формула изобретения . 1. Устройство для подводного отбора донных отложений, включающее корпус, поплавковый узел, установленный на штанге, корпус рабочего органа, балластные грузы и механизм их сброса, установленный в верхней части поплавкового узла, отличаю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности геологоразведочных работ путем отбора представительной и ненарушенной пробы донных отложений, снижения габаритных размеров и массы

устройства и упрощения механизма сброса балласта, поплавковый узел выполнен в виде двух полусфер, механизм сброса балласта установлен между полусферами поплавка, снабжен поворотными полками с

буртиками, упорами и пружинами, смонтированными на стяжках и присоединенными к корпусу рабочего органа подпятником, поводком с регулировочным болтом и затвором с нажимной пружиной, причем

поворотные полки снабжены фигурными тягами и упорами, а в нижней части затвора выполнен паз.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что корпус рабочего органа снабжен

неподвижными пластинами с уголковыми направляющими и шарнирными затворами.

3.Устройство по п.1.отличающееся тем, ч го корпус рабочего органа снабжен шарнирной тягой, упорами и шарнирными

створками, причем тяга и упоры соединены между собой, при этом в корпусе выполнено продольное отверстие, в котором установлены шарниры тяг.

25.

278

/4

Устройство предназначено для взятия ненарушенных проб донных отложений и минерального сырья при проведении геологоразведочных работ в Мировом океане. Пробоотборник включает элемент плавучести, балластный отсек, корпус, рабочий орган и радиомаяк. Элемент плавучести выполнен из двух полусфер, между которыми расположен рабочий орган, выполненный в форме короба, который позволяет отбирать ненарушенную пробу донных грунтов. При касании устройствам дна отбирается часть грунта, находящегося между стенками короба. Одновременно сбрасывается балласт и с помощью энергии пружин захлопываются створки рабочего органа. 2 з п. ф-лы, 6 ил. (Л С

фиг. 1

фиг 2

8

47

10 //

фиг.З

8

five. 5