Устройство для порционного отбора проб жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01N1/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОРЦИОННОГО ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к технике исследования химических и физических свойств веществ, конкретно, к устройствам для отбора проб жидкости отдельными дозами (порциями), например воды из водоемов или водостоков, других жидкостей из закрытых емкостей, трубопроводов и т. п. Создаваемые в настоящее время автоматизированные системы управления очистными водоохранными сооружениями и комплексами (АСУ ВК) требуют автоматизации процессов отбора проб, максимального повышения достоверности пробы по составу и времени отбора. В многих случаях отобранные пробы должны храниться до их востребования в определенном интервале температур, чтобы предотвратить существенные изменения их физико-химических и биологических свойств до проведения анализа. Резкое повыщение требова «й, особенно в последнее время, к степени очистки вод, подлежащих к сбросу в водные объекты, вызвало необходимость в разработке более соверщенных контрольно-измерительных приборов, в том числе и устройств для отбора проб жидкостей, способньгх работать в автоматическом, непрерывном режиме. Известно устройство порционного отбора проб стока атмосферных осадков, содержащее водосливной лоток с гасительной рещеткой, распределитель с клапанами прекращения и подачи стока, сообщающийся с сборными емкостями, которые снабжены педалями, взаимодействующими с ними весовыми дозирующими устройствами, запорными клапанами и соединенными с ними гибкими тягами и предохранительными трубками с открытыми концами. Устройство содержит также плювиограф, сообщающийся с дождеприемником через перекидной ковщ и лимниграф 1. К недостаткам данного устройства относится наличие клапанов, которые могут засоряться содержащимися в контролируемой воде поверхностного стока взвещенными и нерастворимыми частицами. Управление работой клапанов осуществляется устройством, содержащим тарированные упругие элементы (пружины), силовая характеристика которых может с времен,ем меняться и существенно влиять на стабильность работы устройства.

Кроме того, невозможна автоматическая смена контролируемой жидкости, содержащейся в сборных емкостях.

Данное устройство предназначено для отбора проб только во время дождя и ливневых стоков.

Известно устройство для отбора проб жидкостей, содержащее узел подачи, выполненный в виде насосного устройства, распределитель подачи контролируемой жидкости, соединенный с программным устройством, и сменные пробоприемные сосуды (бутылки), помещенные в щкафу и хранящиеся в естественных температурных условиях.

Устройство предназначено для отбора пробжидкостей, содержащих твердые взвещенные вещества (естественная морская вода, вода из рек и каналов или сточные воды), для определения степени загрязнения 2.

К недостаткам этого устройства можно отнести невозможность обеспечения автоматической смены взятых, но невостребованных проб и хранение отобранных проб до их востребования в естественных температурных условиях.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для отбора проб жидкости, содержащее распределитель, соединенный с узлом подачи контролируемой жидкости и сообщающийся с съемными пробоприемниками, соединенными с сливным трубопроводом, и программный блок.

Устройство предназначено для отбора и хранения жидкостей как в стационарных, так и в полевых условиях на сооружениях обработки сточных вод 3.

К недостаткам этого устройства следует отнести невозможность автоматической смены взятых ранее, но не востребованных проб, а также низкую производительность пробы.

Цель изобретения - обеспечение автоматизации работы устройства и повышение представительности пробы.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем распределитель, соединенный с узлом подачи контролируемой жидкости и сообщающийся с съемными, соединенными с сливным трубопроводом, пробоприемниками, программный блок, пробоприемники выполнены проточными в виде цилиндров и снабжены сточным лотком, каждый из пробоприемников снабжен расположенными на его противоположных торцах и установленными тангенциально входным и выходным патрубками, входной патрубок снабжен направляющим соплом и трубопроводом, соединяющим его с распределителем, выходной патрубок снабжен сифоном и камерой, установленной на сточном лотке с возможностью вертикального перемещения.

Причем каждый пробоприемник выполнен с полостью, преимущественно в виде усеченного конуса, расположенного с (ртот РОНЫ входного патрубка.

Кроме того, сточные лотки выполнены закрытыми.i

При этом, устройство снабжено Корпусом, пробоприемники расположены |поярусно друг над другом, сточные лотки снабжены общим коллектором, дополнительными трубопроводами, датчиком контролируемой жидкости и запоминающим устэойством, пробоприемники выполнены из инертного материала, например из стекла. ;

Причем корпус снабжен TepMOCTaTHijecкой камерой.

На фиг. 1 изображена принципиаль 1ая схема устройства; на фиг. 2 - пробоприЬмник с разрезами по оси выходного патрубка и по оси корпуса; на фиг. 3 - разрез A-J-A на фиг. 2; на фиг. 4 - блок-схема стройства.

Устройство для порционного отбора п жидкости содержит узел 1 подачи конт|)олируемой жидкости, распределитель I 2, пробоприемники 3, сточные лотки 4, к0ллектор 5, программный блок 6, датчик| 7 наличия Контролируемой жидкости, Tepi|ioстатическую камеру 8 и корпус 9, в котор|ом смонтированы эти узлы.;

Узел 1 подачи контролируемой жидко |;ти может быть выполнен в виде насоса, сЬединенного с водным объектом, или в вЧде трубопровода, подсоединенного к иап рной магистрали, которые посредством тру опровода 10 соединены с распределителем; 2. Распределитель 2 посредством трубопро|ода 11 соединен с коллектором 5, а трубопроводом 12 - с пробоприемниками 3.

Пробоприемники 3 выполнены проточЦыми в виде цилиндров, каждый из которых имеет входной патрубок 13 и располож4нный у противоположного торца выходной патрубок 14, которые установлены так, ч|то первый образует тангенциальный ввод, 1 а второй - тангенциальный вывод жидкости.

Входной патрубок 13 снабжен направл ющим соплом 15 и соединен трубопроводам 12 с распределителем 2 (фиг. 2 и 3).

Выходной патрубок 14 посредством гибкого трубопровода, выполненного в сифона 16, соединен с камерой 17, выпо|пненной таким образом, что ее нижняя cjyжающаяся часть плотно входит в крышку сточного лотка 4 с возможностью съем|а.

Торец пробоприемника 3 в месте расположения выходного патрубка 14 выпЬлш Н вогнутым вовнутрь, например, в виде усеченного конуса 18 и образует с внутре|1ними стенками пробоприемника 3 сужафщуюся к торцу кольцевую выходную пфлость.;

Сточный лоток 4 посредством сливнойо трубопровода 19 соединен с коллектором 5, к которому в свою очередь крепится выхоДной трубопровод 20 с установленным HJa нем датчиком 7 наличия контролируемой жидкости. Датчик 7 соединен с програМиным блоком 6 отсутствия подачи жидкости. Кроме того, коллектор 5 соединен трубопроводом 21 с дренажом термостатической камеры 8, размещенной в средней части корпуса 9. В нижней части корпуса 9 установлены холодильный агрегат 22, в верхней программный блок 6, соединенный с распределителем 2. К программному блоку 6 и распределителю 2 подсоединены запоминающее устройство 23 и индикаторное табло 24.

То, что пробоприемники выполнены проточными, обеспечивает возможность прокачки контролируемой жидкостью пробоприемников, автоматически освобождает их от ранее отобранных, но не востребованных проб и исключает возможность аварийного залива полости устройства контролируемой жидкостью.

Предложенное конструктивное исполнение пробоприемных сосудов в виде цилиндров с расположенными на противоположных торцах входным и выходным патрубками, которые установлены так, что первый образует тангенциальный ввод, а второй - тангенциальный вывод жидкости, обеспечивает вращательно-поступательное движение жидкости, способствующее более эффективной промывке внутренней поверхности пробоприемников от ранее содержащейся пробы и нерастворенных частиц. Это является необходимым условием для обеспечения подготовки пробоприемника к заполнению очередной пробой, включающей операции полного вытеснения ранее содержащейся жидкости и качественного отмыва внутренней полости пробоприемника, что является необходимым условием обеспечения автоматизации замены невостребованной пробы жидкости при сохранении характеристик новой порции пробы.

Наличие в входном патрубке направляющего сопла способствует увеличению скорости и направленности струи по касательной к внутренним стенкам пробоприемника, что также улучщает качество промывки и подготовки пробоприемника к автоматической смене проб.

Соединение выходного патрубка с камерой установленной на сточном лотке, гибким трубопроводом, выполненном в виде сифона, обеспечивает срыв струи жидкости в сифоне при прекращении подачи жидкости в пробоприемник и малую площадь контактирования отобранной пробы с воздущной средой.

Установка камеры на сточном лотке с возможностью съема обеспечивает извлечение пробоприемника и его опрокидывание при востребовании пробы.

Выполнение торца пробоприемника в месте расположения выходного патрубка вогнутым вовнутрь, например, в виде усеченного конуса и образующего с стенками пробоприемника кольцевую выходную полость обеспечивает увеличение скорости движения жидкости в зоне расположения выходного патрубка и вследствие этого способствует более качественному вымыванию внутренней полости пробоприемника от взвещенных и осажденных нерастворимых частиц и их

удалению через выходной патрубок в сточный лоток.

Сточный лоток выполнен закрытым во избежание расплескивания поступающей в него под напором жидкости и уменьшения попадания испарений в зону размещения

пробоприемников.

Пробоприемники с сточными лотками установлены в корпусе в двух и более расположенных друг над другом ярусах, при

этом патрубки слива каждого из сточных лотков соединены с общим коллектором, что обеспечивает рациональную компоновку пробоприемников, сточных лотков и сливных трубопроводов, а также самослив прощедщей через расщиритель контролируемой

0 жидкости.

То, что коллектор дополнительно соединен трубопроводом с распределителем пре граждает доступ в зону размещения пробоприемников излишнего тепла, содержащегося в контролируемой жидкости.

Кроме того, выходной из коллектора трубопровод снабжен датчиком наличия контролируемой жидкости, а последний соединен с запоминающим устройством отсутствия подачи жидкости, что позволяет зафиксировать возможные случаи не произведенной смены пробы воды и, следовательно, недостоверность этой пробы.

Применение для изготовления пробоприемников инертного материала, например стекла, исключает его влияние на качество

отобранной пробы.

Кроме того, размещение пробоприемников в термостатической камере обеспечивает хранение проб при заданной температуре, что повышает сохранность достоверной отобранной пробы контролируемой жидкости и уменьшает изменение ее физикохимических и биологических свойств.

Устройство работает следующим образом:

Контролируемая жидкость, находящаяся под давлением, создаваемым узлом 1 подачи непрерывно поступает через трубопровод 10 в распределитель 2. С .наступлением момента отбора пробы поступает команда с программного блока 6 на распределитель

0 2, который поочередно направляет лоток отбираемой жидкости через трубопровод 12, направляющее сопло 15 и входной патрубок 13 в пробоприемники 3 на хранение. При поступлении потока жидкости через сужающийся канал, образованный на5 правляющим соплом 15 и внутренней поверхностью входного патрубка 13, образующий в пробоприемнике тангенциальный ввод, скорость его возрастает, направление поступающей струи устанавливается касательно (тангенциально) к станкам пробоприемника 3, при этом, находящаяся там жидкость раскручивается входящей струей и приобретает сложное вращательно-поступательное движение, способствующее качественной отмывке и полному вытеснению ранее содержащейся жидкости. При поступлении жидкости в суживающуюся полость, образованную конусом 18 и стенками пробоприемника 3, угловая скорость жидкости возрастает и выбрасываемая через выходной патрубок 14, образующий с стенками Пробоприемника тангенциальный вывод, жидкость увлекает тяжелые нерастворимые частицы, в результате чего пробоприемник 3 приводится в полную готовность к заполнению очередной пробой. В зависимости от физико-химических параметров контролируемой жидкости, время прохождения жидкости через пробоприемник 3 может быть изменено. В ходе осуществления выщеуказанных процессов и происходит автоматическая замена жидкости в пробоприемнике или его заполнение. Далее через гибкий трубопровод, выполненный в виде сифона 16, жидкость поступает в камеру 17 и через сточный лоток 4, сливной трубопровод 19, коллектор 5 и. выходной трубопровод 20 попадает в коммуникацию сброса. Если в период времени соответствующий прохождению жидкости через пробоприемник 3, поступление ее через датчик 7 не произойдет, срабатывает соответствующая ячейка запоминающегося устройства 23 (фиг. 4) отсутствия подачи жидкости и на индикаторном табло 24 загорится сигнальная лампочка индикации. По истечении времени отбора проб по команде программного блока 6 поступление жидкости в пробоприемник 3 прекращается и выходящая через сифон 16 струя срывается в камеру 17, так как поток жидкости постоянно проходит в нем по всему сечению, а пробоприемник 3 остается заполненным новой пробой до верхнего уровня восходящей ветви сифона 16 (фиг. 2), что обуславливает уменьшение площади контактирования отобранной пробы с воздушной средой на время ее хранения, предусмотрен ное программой, и при температуре, определенной программным блоком 6, управляющим работой холодильного агрегата 22. Продолжающая поступать контролируемая жидкость через распредель 2 направляется в трубопровод 11, расположенный вне термостатической камеры 8, через коллектор 5 и выходной трубопровод 20 самотеком - в коммуникацию сброса. После заполнения всех пробоприемников 3, цикл работы устройства автоматически повторяется. Таким образом, в устройстве на момент востребования всегда содержится определенное количество достоверных проб, взятых за известный истекший период времени. Количество пробоприемников 3 устана-иливается в зависимости от необходимого количества отбора проб, например в течен :е суток через 1 ч, 2 ч и т. д. При отборе 1 ч количество пробоприемников 3 составляет 24. Для облегчения доступа к каждому из пробоприемников 3 и удобства о)служивания каждый из пробоприемников 3 устанавливается в ячейках (не показань|) с возможностью съема. При необходимости забора пробы дл|я лабораторного анализа снимают камеру 17 из сточного лотка 4, выдвигают пробоприемник 3 из ячейки и наклоняют его.i Применение изобретения обеспечивает получение достоверных, не искаженных проб с одновременным упрощением его эксплуатации за счет возможности сохранение проб с постоянными характеристиками в течение всего периода работы, так как за|мёна невостребованных проб свежими npojисходит автоматически с заданной перио|дичностью. При совместной работе устрой|ства с средствами непрерывного контролй качества сточных вод возможен автомати|ческий переход по внешнему сигналу на от|бор проб по другой, например, ускоренно программе, с целью уточнения динамики изЬ менения качества контролируемой жидкоь сти.; Устройство может быть использовано дл5 взятия проб сточных вод перед окончательь ной очисткой или перед сбросом их в водь ные объекты, а также для определения ис(точников загрязнения водоемов или водог токов и может применяться у водопользо| вателей химической, металлургической 4. бумажно-целлюлозной промышленности. ; Кроме того, изобретение может эффек| тивно использоваться службами водныХ инспекций .как средство слежения за сбросом сточных вод. Экономический эффект от внедрения одного устройства для порционного отбора( проб жидкости составляет 11 тыс. руб. в год Формула изобретения .Устройство для порционного отбора проб жидкости, содержащее распределитель, coejдиненный с узлом подачи контролируемой жидкости и сообщающийс с съемными, соединенными с сливным трубопроводом, пробоприемниками, программный блок, от- личающееся тем, что, с целью автоматизации работы устройства и повышения пред-1 ставительности пробы, пробоприемники вы- полнены проточными в виде цилиндров и i снабжены сточным лотком, каждый из про- боприемников снабжен расположенными на его противоположных торцах и установлен-1 ными тангенциально входным и выходным ; патрубками, входной патрубок снабжен направляющим соплом и трубопроводом, соединяющим его с распределителем-, выходной патрубок снабжен сифоном и камерой, установленной на сточном лотке с возможностью вертикального перемещения. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый пробоприемник выполнен с полостью преимущественно в виде усеченного конуса, расположенного с стороны входного патрубка. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сточные лотки выполнены закрытыми. 4.Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что устройство снабжено корпусом, пробоприемники расположены поярусно друг над другом, сточные лотки снабжены общим коллектором, дополнительными трубопроводами, датчиком контролируемой жидкости и запоминающим устройством. 5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что корпус снабжен термостатической камерой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1Авторское свидетельство СССР № 653533, кл. G 01 N 1/10, 1979. 2Патент Японии № 51-9310, кл. 113А, 1978. 3. Материалы симпозиума рабочей группы в области проблем охраны окружающей среды в химической промыщленности. М., 1976.

Фиг.Ъ