CN101806675B - 气控式地下水定深取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气控式地下水定深取样装置，包括依次连通的气源(1)、减压阀(2)、气体控制器(3)、气管(5)和采样器，所述采样器包括样品管(7)，其特征在于：所述采样器还包括设置在样品管(7)上端的浮力阀(8)以及设置在样品管(7)下端的进水止逆阀(6)。本发明解决了现有气控式不连续取样器易泄露、无法用于浑浊地下水场合、需对获取的水样品过滤处理等技术问题，本发明实现了定深取样功能并且性能可靠。

Description

气控式地下水定深取样装置

技术领域

本发明涉及一种地下水取样器，尤其涉及一种气控式地下水取样器，主要用于地下水污染调查过程中地下水样品的采取。

背景技术

在地下水污染调查中，从监测井中获取具有代表性的地下水样品是开展调查、监测工作的首要步骤。发达国家高度重视地下水污染调查取样技术，对取样装置也进行了深入地研究。目前地下水取样器的种类主要有：抓取式采样器、负压提升式采样器、气体置换式采样器、气动叶轮泵、电动潜水泵、惯性提升泵等(1.郑继天，王建增，叶成明，国家发明专利，200820109057.5；2.郑继天，王建增，国外地下水污染调查取样技术综述，勘察科学技术，2005，(06)：20-23))。其中气控式不连续取样器属于一种抓取式采样器，主要用于地下水的定深小体积取样。取样过程为：在取样器下入井内之前，用高压手动泵为其充气，充气压力最大可达1.6MPa。到达预定的深度后，释放压力，在静水压力的作用下，来自取样区域的地下水充满取样器。

气控式不连续间隔取样器的关键部件是取样器中的两个止回阀-进水止逆阀和浮力阀，其中进水止逆阀主要防止取样器中的气体或水从进水口泄露，而不影响水进入取样器中；浮力阀主要防止取样时地下水进入气体管线。现有的气控式不连续取样器一般采用钢珠作为进水止逆阀，采用浮子球或活塞作为浮力阀。在实际应用中，两个止回阀经常会出现漏气或漏水的情况，特别是对于较为浑浊的地下水，取样器中的止回阀很容易被填塞，使阀门密封性能失效，造成取样的失败。另外，即使获取到地下水样品后，一般也要求对地下水样品进行预过滤，将水样品中的悬浮颗粒物除去，才能对地下水样品进行保存，在空气中对地下水样品进行过滤增加了水样品被空气中的氧气和二氧化碳污染的可能性。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、无泄露、适于各种地下水场合的气控式地下水定深取样装置，其解决了现有气控式不连续取样器易泄露、无法用于浑浊地下水场合、需对获取的水样品过滤处理等技术问题。

本发明的技术解决方案为：

一种气控式地下水定深采样装置，包括依次连通的气源1、减压阀2、气体控制器3、气管5和采样器，所述采样器包括样品管7，其特殊之处在于：所述采样器还包括设置在样品管7上端的浮力阀8以及设置在样品管7下端的进水止逆阀6；所述浮力阀8包括浮筒12、锥形橡胶塞11和出气口10，所述浮筒12为设置在样品管7内的下开口空心筒状结构，所述锥形橡胶塞11固定在浮筒12顶部中心，所述出气口10的内部形状为锥形口，所述锥形口尺寸与锥形橡胶塞11的尺寸相匹配；所述进水止逆阀6包括定位盘14、弹簧15、阀芯13和进水口17；所述定位盘固定在样品管7上，所述阀芯13的上部为穿过定位盘的中心轴，其下端为锥面，所述弹簧设置在定位盘和阀芯之间，所述阀芯的锥面可在弹簧的弹力作用下将进水口17密封。

上述采样器包括设置在进水止逆阀6的进水口17处的管式过滤器9。

上述管式过滤器9为可更换的管式PE过滤器。

上述采样装置包括气管绞车4。

上进水止逆阀6包括设置在阀芯锥面和进水口之间的O型垫圈16。

本发明的有益效果：

1、本发明实现了地下水的定深取样。由于取样器是在充气的情况下进入水中，所以在下入井内的途中取样器不会进水。当取样器到达取样深度后，通过放气管线释放取样器中的气体，在静水压力的作用下，地下水自动进入取样器，并在地下水充满取样器后，两个止回阀自动关闭。从而实现了在一定深度范围内地下水的定深取样功能。

2、本发明充分利用静水压力的作用使目标取样深度的地下水通过过滤器进行过滤，直接获取到了澄清的地下水样品，避免了对地下水样品进一步过滤处理的繁琐操作和污染的可能性。而且，对水样品的过滤程度，仅需根据要求选择不同过滤精度的过滤器即可实现。

3、性能可靠。本发明在取样器进水端和出气端分别采用了弹性密封的止逆阀和锥形橡胶密封的浮力阀，有效解决了高压气体和地下水容易泄露的问题。

4、应用范围广。由于地下水在进入取样器之前，必须先经过过滤器的过滤，因此，即使对混浊度非常高的地下水场合，在经过过滤处理后，也会变得很澄清，从而有效避免了地下水中的悬浮物对止回阀的干扰，保证了取样器的正常工作。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明中取样器结构示意图；

图3是本发明水进入取样器样品管的工作状态示意图；

图4是本发明取样器样品管停止进水后的状态示意图；

其中：1-气源，2-减压阀，3-气体控制器，4-气管绞车，5-气管，6-进水止逆阀，7-样品管，8-浮力阀，9-管式过滤器，10-出气口，11-锥形橡胶塞，12-浮筒，13-阀芯，14-定位盘，15-弹簧，16-O型垫圈，17-进水口。

具体实施方式

参见图1和图2，一种气控式地下水定深取样装置，包括依次连通的气源1、减压阀2、气体控制器3、气管5和取样器，气源1可采用氮气高压钢瓶气源，为了方便气管升降，还可设置气管绞车4；取样器包括样品管7、设置在样品管7上端的浮力阀8、设置在样品管7下端的进水止逆阀6、设置在进水口17处的管式过滤器9；浮力阀8是一个具有锥形橡胶塞的浮力阀，既保证样品管7内被水充满，又能阻止水进入充气管中避免形成交叉污染；浮力阀8包括浮筒12、锥形橡胶塞11和出气口10，浮筒12为设置在样品管7内的下开口空心筒状结构，锥形橡胶塞11固定在浮筒12顶部中心，出气口10的内部形状为锥形口，锥形口尺寸与锥形橡胶塞11的尺寸相匹配；进水止逆阀6是一个单向阀，水只能经由进水口17通过进水止逆阀6单向进入样品管7内，防止水或气体泄露于环境中；进水止逆阀6包括定位盘14、弹簧15、阀芯13、O型垫圈16和进水口17；定位盘通过螺纹安装在进水口17内壁上，阀芯13的上部为穿过定位盘的中心轴，其下端为锥体，弹簧设置在定位盘和阀芯之间，阀芯的锥体可在弹簧的弹力作用下将进水口17密封；通过调整定位盘14在进水口17内的位置来调整弹簧的松紧程度，实现设定地下水进入取样器最小压力的功能。O型垫圈16设置在阀芯锥面和进水口之间，可保证进水止逆阀6更好的密封。管式过滤器9采用PE微孔过滤器，可依据需要进行调整或更换不同的过滤精度。气体控制器3是一个两位三通的阀门，三个出口分别称为进气口、控制出气口以及排空口。当阀门处于“打开”状态时，进气口与控制出气口接通；当阀门处于“关闭”状态时，排空口与控制出气口接通。

本发明工作原理：本发明取样装置通过充气系统控制取样器中的压力来作为地下水进入取样器样品管的控制“开关”，利用地下水的静压力作用，使地下水通过管式过滤器过滤后进入取样器，获得取样深度、经过自动过滤的地下水样品。在取样器下入井内之前，用钢瓶中的高压气体为取样器充气，充气压力要大于取样深度的地下水压力。将连接有管式过滤器的取样器通过气管下放至取样井的预定深度后，通过气体控制器释放压力；在静水压力的作用下，来自取样区域的地下水将通过管式过滤器过滤后进入取样器中；浮力阀将随着样品管中水位的上升而上升，在水位达到设计高度后，浮力阀的锥形橡胶塞将自动与取样器出气口的锥面紧密配合，从而既保证了取样器基本被地下水充满，又有效防止了地下水进入气管中。由于本发明取样器是在充气的情况下进入水中，所以在下井途中取样器不会进水，所获取的水样代表了取样深度且经过了过滤处理的地下水。

本发明的工作过程参加图1、图3和图4。首先打开气体控制器通过气管向取样器中充入预定压力的氮气，取样器中的进水止逆阀在气压的作用下将处于紧密关闭的状态，浮力阀中连接有橡胶塞的浮筒在自身重量的作用下将处于取样器样品管的底部，不会对气体进出取样器产生任何的阻碍。然后将取样器下放至取样井的预定取样深度，在下放过程中，取样器中始终维持着已充入气体的压力，地下水不会进入取样器中。接着，关闭气体控制器使样品管与大气相通，样品管中的高压气体绝大部分被迅速排放到大气中。在地下水静压力的作用下，取样器中的进水止逆阀被打开，地下水通过管式过滤器过滤后经进水口、进水止逆阀进入样品管内，样品管中的剩余气体被地下水样品逐步置换。浮力阀中连接有橡胶塞的浮筒将随着样品管中水位的上升而上升，当水位达到设计高度后，在静水压力的作用下，浮力阀的锥形橡胶塞将自动与取样器出气口的内锥面紧密配合，阻止气体和水通过，从而既保证了取样器被地下水基本充满，又有效防止了地下水进入气管中。在浮力阀关闭后，取样器中水的压力将迅速与地下水的压力达到平衡，进水止逆阀的锥体在弹簧作用下自动关闭进水口。最后，通过气管绞车将取样器从取样井中取出，将取样器的入水口打开后，即可获取有代表性的地下水定深样品，该样品不需过滤处理，可直接用于储存。

实施例：有一口监测井，水位为30米，欲获取距地面深度为150米的地下水样品。调节减压阀，打开气体控制器向取样器中充入1.6MPa的高压氮气，然后利用气管将安装有管式过滤器的取样器下放到取样井内的150米处。取样器在取样井中静止30分钟，以消除取样器在下放过程中对地下水的扰动。关闭气体控制器，气管和取样器中的高压气体迅速排放到大气中。当气体不再从气体控制器的排空口排出时，即可将取样器从取样井中提拉至地面，将水样品从取样器中取出后加以保存，完成水样品的取样过程。

Claims (5)

1.一种气控式地下水定深采样装置，包括依次连通的气源(1)、减压阀(2)、气体控制器(3)、气管(5)和采样器，所述采样器包括样品管(7)，其特征在于：所述采样器还包括设置在样品管(7)上端的浮力阀(8)以及设置在样品管(7)下端的进水止逆阀(6)；所述浮力阀(8)包括浮筒(12)、锥形橡胶塞(11)和出气口(17)，所述浮筒(12)为设置在样品管(7)内的下开口空心筒状结构，所述锥形橡胶塞(11)固定在浮筒(12)顶部中心，所述出气口(10)的内部形状为锥形口，所述锥形口尺寸与锥形橡胶塞(11)的尺寸相匹配；所述进水止逆阀(6)包括定位盘(14)、弹簧(15)、阀芯(13)和进水口(17)；所述定位盘固定在样品管(7)上，所述阀芯(13)的上部为穿过定位盘的中心轴，其下端为锥面，所述弹簧设置在定位盘和阀芯之间，所述阀芯的锥面可在弹簧的弹力作用下将进水口(17)密封。

2.根据权利要求1所述的气控式地下水定深采样装置，其特征在于：所述采样器包括设置在进水止逆阀(6)的进水口(17)处的管式过滤器(9)。

3.根据权利要求2所述的气控式地下水定深采样装置，其特征在于：所述管式过滤器(9)为可更换的管式PE过滤器。

4.根据权利要求1或2或3所述的气控式地下水定深采样装置，其特征在于：所述采样装置包括气管绞车(4)。

5.根据权利要求1所述的气控式地下水定深采样装置，其特征在于：所述进水止逆阀(6)包括设置在阀芯锥面和进水口之间的O型垫圈(16)。

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