устройство для отбора проб жидкости

Формула изобретения

1. Устройство для отбора проб жидкости, содержащее закрепленные на тросе емкость и узел пробоотбора, включающий цилиндрический корпус с отверстиями для прохода жидкости и размещенный внутри корпуса груз, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит стержневую ручку и переходное кольцо с наружной и внутренней резьбой, корпус в нижней части снабжен хвостовиком, образованным кольцевой конической выборкой, торцевая часть которого снабжена внутренней резьбой, а боковая коническая поверхность содержит отверстия для прохода жидкости, выполненные в виде наклонных сквозных каналов, емкость снабжена наружной резьбой, при этом ручка, корпус с грузом, переходное кольцо и емкость расположены соосно, ручка верхним концом соединена с тросом, а нижним концом жестко соединена с корпусом, емкость соединена с хвостовиком через переходное кольцо посредством резьбового соединения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коаксиально ручке и корпусу размещены расположенные соосно и жестко соединенные друг с другом поплавок с отверстием под ручку и цилиндрическая втулка с коническим уплотнением, перекрывающая отверстия в хвостовике, при этом поплавок с втулкой установлены с возможностью перемещения вдоль ручки и корпуса.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный груз в виде снабженного радиальными стержнями кольцевого элемента с наружной и внутренней резьбой, соединенного с хвостовиком и переходным кольцом посредством резьбового соединения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике пробоотбора и может быть использовано для взятия проб жидкости при проведении экологических исследований водоемов природного и искусственного происхождения с целью определения в них содержания нефтепродуктов, других загрязняющих веществ и солевого состава.

При разработке конструкций пробоотборников решаются технические задачи, связанные с получением представительной пробы жидкости с заданной глубины и доставкой ее на поверхность. Для решения указанных технических задач пробоотборники должны быть снабжены элементами, обеспечивающими погружение на заданную глубину, возможность раскрытия в нужный момент каналов поступления жидкости, герметизацию отобранной пробы и доставку ее на поверхность.

В настоящее время известны разнообразные типы пробоотборников, которые позволяют решить указанные выше задачи, однако, часто это достигается довольно сложным конструктивным выполнением узлов и элементов устройства, что снижает их надежность и удобство в эксплуатации.

Известно устройство для отбора проб воды (SU, авт. свид. N 367358, кл. G 01 N 1/14, 1973).

Устройство содержит станину с тросом и стеклянный сосуд с пробкой, в которой выполнены два отверстия под трубки разной длины соответственно для прохода жидкости и выхода воздуха. Трубки соединены упругим шлангом через стеклянную трубку-перемычку.

Разгерметизация системы пробоотбора производится посыльным грузом, который разбивает трубку-перемычку, при этом шланги распрямляются и открывают проходы для жидкости и воздуха. Конструкция устройства предполагает сложность монтажа и недостаточно удобна и надежна при эксплуатации.

Известно устройство (GB, заявка N 2236522, кл. G 01 N 1/12, 91), содержащее сосуд для пробы, к которому присоединен узел клапанов. С помощью специального фиксатора обеспечивается вертикальное положение сосуда для пробы.

Сложное конструктивное решение узла клапанов снижает надежность работы пробоотборника. Наличие фиксатора увеличивает габариты устройства в сборе, что может ограничить сферу его использования (например, при отборе пробы из узких скважин).

В качестве прототипа изобретения выбрано устройство для отбора проб воды (SU, авт. свид. N 418755, кл. G 01 N 1/10, 1974), содержащее закрепленную на тросе емкость и узел пробоотбора. Узел пробоотбора выполнен в виде цилиндрического корпуса о отверстиями для прохода жидкости, внутри которого размещен груз. Емкость установлена на основании.

Конструкция устройства проста, однако, недостаточно удобна в эксплуатации и имеет ограниченные функциональные возможности.

Предлагаемое устройство решает задачу получения представительной пробы, а также повышения удобства пользования и расширения функциональных возможностей.

Задача решается тем, что устройство содержит закрепленные на тросе емкость и узел пробоотбора, включающий цилиндрический корпус с отверстиями для прохода жидкости и размещенный внутри корпуса груз, при этом устройство дополнительно содержит стержневую ручку и переходное кольцо с наружной и внутренней резьбой, корпус в нижней части снабжен хвостовиком, образованным кольцевой конической выборкой, торцевая часть которого снабжена внутренней резьбой, а боковая коническая поверхность содержит отверстия для прохода жидкости, выполненные в виде наклонных сквозных каналов, емкость снабжена наружной резьбой, причем ручка, корпус с грузом, переходное кольцо и емкость расположены соосно, ручка верхним концом соединена с тросом, а нижним концом жестко соединена с корпусом, емкость соединена с хвостовиком через переходное кольцо посредством резьбового соединения.

Задача решается также тем, что устройство может содержать расположенные коаксиально ручке и корпусу и жестко соединенные друг с другом поплавок с отверстием под ручку и цилиндрическую втулку с коническим уплотнением, при этом поплавок и втулка размещены соосно и установлены с возможностью перемещения вдоль ручки и корпуса.

Задача решается также тем, что устройство может содержать дополнительный груз в виде снабженного радиальными стержнями кольцевого элемента с наружной и внутренней резьбой, соединенного с хвостовиком и переходным кольцом посредством резьбового соединения.

Новым в устройстве является то, что устройство дополнительно содержит стержневую ручку и переходное кольцо с наружной и внутренней резьбой, при этом корпус в нижней части снабжен хвостовиком, образованным кольцевой конической выборкой, торцовая часть которого снабжена внутренней резьбой, а боковая коническая поверхность содержит отверстия для прохода жидкости, выполненные в виде наклонных сквозных каналов, емкость снабжена наружной резьбой, причем ручка, корпус с грузом, переходное кольцо и емкость расположены соосно, ручка верхним концом соединена с тросом, а нижним концом жестко соединена с корпусом, емкость соединена с хвостовиком черед переходное кольцо посредством резьбового соединения.

Новым также является то, что коаксиально ручке и корпусу могут быть размещены соосно расположенные и жестко соединенные друг с другом поплавок с отверстием под ручку и цилиндрическая втулка с коническим уплотнением, при этом поплавок с втулкой установлены с возможностью перемещения вдоль ручки и корпуса.

Новым также является то, что устройство может содержать дополнительный груз в виде снабженного радиальными стержнями кольцевого элемента с наружной и внутренней резьбой, соединенного с хвостовиком и переходным кольцом посредством резьбового соединения.

Соосное расположение ручки, корпуса с грузом, переходного кольца, емкости и жесткое соединение указанных элементов обеспечивают надежную фиксацию устройства в сборе в рабочем положении, что повышает удобство его использования, в том числе в узких скважинах.

Выполнение конструктивных элементов устройства в виде ряда отдельных модулей, каждый из которых снабжен внутренней и/или наружной резьбой, обеспечивает быструю и удобную сборку и разборку устройства, что значительно упрощает манипуляции при отборе проб.

Расположение корпуса с грузом над емкостью позволяет отбирать пробу из мелких водоемов, так как минимальная глубина водоема, из которого возможен пробоотбор определяется высотой емкости.

Кроме того, соосное и последовательное расположение ручки, затем корпуса с грузом, а затем емкости позволяет обеспечить равенство моментов сил, действующих на погруженное устройство относительно точки соединения ручки с тросом, если выбрать геометрические размеры и массы всех конструктивных элементов, исходя из соотношения:

l₁m₁ kl₂m₂,

где l₁ расстояние от точки соединения троса с ручкой до центра масс пустой емкости,

m₁ масса пустой емкости,

l₂ расстояние от точки соединения троса с ручкой до центра масс всех конструктивных элементов за исключением пустой емкости,

m₂ масса всех конструктивных элементов за исключением пустой емкости,

k коэффициент, выбранный из условий обеспечения стабильности положения устройства при погружении в жидкость, который может принимать значения от 1 до 1,5

В случае выполнения указанных условий устройство располагается строго вертикально в объеме жидкости, при этом стержневая ручка выполняет роль стабилизатора и позволяет снизить массу используемого груза.

Наличие хвостовика в нижней части корпуса, образованного кольцевой конической выборкой, а также расположение отверстий для прохода жидкости, выполненных в виде сквозных наклонных каналов на боковой конической поверхности хвостовика, обеспечивают оптимальные гидродинамические условия отбора пробы жидкости, а также предохраняют пробу от попадания загрязнений в случае соприкосновения корпуса со стенками резервуара.

Для расширения функциональных возможностей в случае необходимости отбора пробы из неоднородной системы жидкостей, например, из-под слоя нефтепродуктов, целесообразно снабдить устройство коаксиально расположенными и жестко связанными поплавком с центральным отверстием под ручку и цилиндрической втулкой, перекрывающей отверстия в хвостовике, которые устанавливаются с возможностью перемещения вдоль ручки и корпуса.

Такое конструктивное выполнение предохраняет проникновение жидкости в емкость при прохождении через поверхностный слой, а также обеспечивает открытие отверстий для прохода жидкости при всплывании погруженных в жидкость поплавка c втулкой на строго фиксированной глубине. Коническое уплотнение в нижней части втулки обеспечивает надежную герметизацию емкости.

В некоторых случаях целесообразно снабдить устройство дополнительным грузом, выполненным в виде кольцевого элемента с радиальными стержнями, соединенного с хвостовиком и переходным кольцом посредством резьбовых соединений, например, при использовании емкостей из легкого материала (фторопласта, полиэтилена, полипропилена).

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 устройство, снабженное поплавком с втулкой, а также дополнительным грузом.

Устройство (фиг. 1) содержит емкость 1 для пробы с резьбой 2 на наружной поверхности открытого горлышка, переходное кольцо 3 с внутренней резьбой 4 и наружной резьбой 5, цилиндрический корпус 6, внутри которого расположен груз 7, ручку 8 с втулкой 9 для крепления троса 10.

В нижней части корпуса 6 выполнена кольцевая коническая выемка 11, которая образует хвостовик 12. На конической боковой поверхности хвостовика 12 выполнены сквозные наклонные каналы 13 для прохода жидкости и выхода воздуха.

Ручка 8 соединена с тросом 10 посредством втулки 9 и жестко соединена с корпусом 6. Хвостовик 12 корпуса 6 соединен с переходным кольцом 3, а кольцо 3 соединено с емкостью 1 посредством резьбовых соединений. Груз 7 надежно изолирован от контакта с жидкостью крышкой, что гарантирует представительность пробы.

Устройство дополнительно может содержать (фиг. 2) поплавок 14 с центральным отверстием под ручку 8, жестко соединенный с цилиндрической втулкой 15, перекрывающей сквозные каналы 13 в хвостовике 12, в нижней части которого имеется коническое уплотнение 16. Поплавок 14 и втулка 15 установлены с возможностью перемещения вдоль ручки 8 и корпуса 6.

Устройство может содержать (фиг. 2) дополнительный груз 17, выполненный в виде кольца с утяжеляющими радиальными стержнями 18. Дополнительный груз 17 имеет наружную и внутреннюю резьбу, с помощью которой он крепится к хвостовику 12, а переходное кольцо 3 располагается внутри дополнительного груза 17.

Геометрические размеры конструктивных элементов устройства и их массы выбраны из условия обеспечения равенства моментов сил, действующих на погруженное устройство относительно точки соединения ручки с тросом, то есть в соответствии с уравнением (1).

Устройство работает следующим образом.

Емкость 1 ввинчивают в переходное кольцо 3 до упора, кольцо 3 соединяют с хвостовиком 12 с помощью резьбового соединения, трос 10 крепят к ручке 8 с помощью втулки 9. Собранное устройство опускают на тросе 10 в резервуар или водоем, жидкость поступает через сквозные наклонные каналы 13 в хвостовике 12 в емкость 1, вытесняя из нее воздух.

Устройство располагается строго вертикально в объеме жидкости и сохраняет стабильное положение в процессе отбора пробы.

После отбора пробы устройство извлекают за трос 10, емкость 1 вывинчивают из узла пробоотбора и закрывают пробкой.

Для отбора проб жидкости из-под поверхностной пленки на ручку 8 и корпус 6 дополнительно одевают поплавок 14 с втулкой 15. Устройство погружают в водоем или резервуар, при этом при прохождении поверхностного слоя втулка 15 перекрывает каналы 13 в хвостовике 12 и жидкость не попадает в емкость 1. При дальнейшем погружений поплавок 14 всплывает, увлекая за собой втулку 15. Сквозные каналы 13 открываются, и жидкость начинает заполнять емкость 1, вытесняя из нее воздух. После отбора пробы устройство извлекают из водоема или резервуара за трос 10, при этом поплавок 14 после выхода из объема жидкости опускается вдоль ручки 8, и втулка 15 вновь перекрывает сквозные каналы 13, что препятствует попаданию поверхностной пленки в емкость 1 с отобранной пробой.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает широкими функциональными возможностями и обеспечивает представительность отбираемой пробы.