CN102374938A - 使用液力管接头进行地下水采样的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用液力管接头进行地下水采样的装置和方法。更加具体地，在地下水采样器中，每一个管接头都被连接于由金属管材料制成的水采样管的两端，所述地下水采样器被设置于地下水井眼中的若干深度处以在这些若干深度上同时采集地下水。一旦采样器被设置到目标深度上，构成管接头的插座和插头就被相互连接在一起，这样水采样管的两端都可以引导地下水自由地流进或者流出。其后，在所述目标深度处，通过使用提升装置，插座或者插头在水采样管的两端上被允许在管接头中分离开来，这样水采样管的两端就被密封起来从而实现在若干深度处同时采集地下水样品。

Description

使用液力管接头进行地下水采样的装置和方法

技术领域

本申请涉及使用液力管接头(hydraulic couplers)进行地下水采样的装置和方法，凭此装置和方法，能在井眼内多个深度上容易地且同时地进行地下水的采样工作。

背景技术

一般地，地下水的采样工作可以利用水泵来进行，或者也可以通过将采样器下降到单个井眼内的目标深度来实现。利用泵送进行的地下水采样方法根据抽水速率可以被分成基于容积的清洗和采样以及低流量清洗和采样。在前者中存在着这样的问题，比方说由于大量的地下水被泵送而对井眼内的地下水产生的扰乱、采样时地下水样品与空气的接触以及挥发性有机化合物的损失。在后者中，低流量清洗和采样方法，其能够使得由于抽水而导致的井眼中的地下水的扰乱被最小化，并且能够使得要被处理的地下水的数量最小化。但是，其仍然存在这样的问题，比方说，与空气接触而导致水质的变化、挥发性有机化合物的损失。尤其地，利用泵送所进行的地下水采样不适于剖析井眼中不同深度的水质。

在这样的情况下，就需要开发这样一种装置，其能够在多个深度同时采集地下水样品从而用于各种各样的分析目的，而对于在井眼中所使用的采样器的数量没有任何限制。另外，需要开发一种采样器，必须能够在原位条件下密封样品瓶，从而来防止由于与空气接触而导致的水质的改变以及挥发性物质的任何损失，并且要防止在样品传递期间出现的次级污染，其能够通过将地下水样品直接传递至实验室而不需要将样品移到另一个样品瓶中来实现上述目的。

发明内容

[技术问题]

因此，本发明旨在解决上述的问题，而且本发明的一个目的是提供一种使用液力管接头进行地下水采样的装置和方法，其中每一个液力管接头都被安装在水采样管的两端，并且管接头的插座和插头通过气缸就可以在原位置上被分离开从而密封采样管。在井眼中使用了多个采样器，但通过被附接于每一个采样器的气缸的运行而能够在不同目标深度处同时采集地下水样品。

[技术方案]

根据本发明的一个方面，提供了一种使用液力管接头进行地下水采样的装置，其包括：水采样管30，其顶端与第二插座21连接成单个单元，其底端与第一插头11连接成单个单元；中央套管50，其用于容纳水采样管30以使第一插头11突出到底端外面；可以附接地/可拆卸地被连接于第一插头11的第一插座12；在水采样管30的外部顶端处可以附接地/可拆卸地被连接于第二插座21的第二插头22；以及一端被连接于第二插头22的提升元件40，其用于提升水采样管30。

另外，水采样管30在其顶端被连接于第二插头22，在其底端被连接于第一插座12，从而来打开水采样管30的两端，并且其后，水采样管30被定位于地下水井眼中的目标深度处，从而允许地下水样品流入到水采样管30中。

另外，当水采样管30向上移动时，因为每一个插座盖13都定位在第一插座12和第二插座21的外圆周处，且每一个插座盖13都被中央套管50的底面α和形成在中央套管50内部的凸起部分β保持住并因此被推向底端，第一插座12则被从第一插头11上分离开来而第二插座21则被从第二插头22上分离开来，从而密封住水采样管30的两端。

另外，第一插座12被插入到且被安装在下套管51中，该下套管51被连接于中央套管50的底端，从而当第一插座12从第一插头11上分离开来时使得第一插座12落入到下套管51中，并且因此防止了第一插座12丢失。

另外，多个地下水采样器利用连接单元W在纵向上连续地彼此/相互相连，并定位于多个深度上，以在井眼中的不同深度处同时采集地下水样品。

根据本发明的另一个方面，其提供了一种使用液力管接头进行地下水采样的方法，其包括以下步骤：将位于水采样管30顶端处的第二插座21连接于第二插头22并且将位于水采样管30底端的第一插头11连接于第一插座12来组合地下水采样器，从而打开水采样管30的两端的步骤S100；将多个地下水采样器设置于地下水井眼内的各目标深度上的步骤S200；使用提升元件40提升水采样管30从而在水采样管30的两端处各管接头插座分别与各插头分离以密封水采样管30的两端的步骤S300；以及在将地下水采样器从井眼中拉出来后通过使水采样管30与地下水采样器分离来确保地下水样品的步骤S400。

[技术效果]

如上所述，根据本发明的使用液力管接头进行地下水采样的装置是在用于盛放地下水样品的水采样管开放的这样一种状态下被安装到地下水井眼的目标深度处的。因此，其具有防止水采样管由于水压而被变形或者破裂的效果，而水压则随着深度的增加而增加。

另外，根据本发明，本发明具有这样的效果，即通过使用单个水采样管就能够采集大量的地下水样品。

另外，根据本发明，在地下水采样器被彼此相连且被使用时，通过提升元件的单个操作就可以同时在多个深度处采集地下水样品。

另外，根据本发明，地下水采样器在样品被采集的深度上被原位密封起来。因此，地下水样品能被输送到实验室，却不会存在由于和空气接触而导致的水质的任何变化也不会存在挥发性有机化合物的任何损失。

另外，根据本发明，水采样管在净化之后可以重新使用。因此，本发明是经济合算的并且是对环境有利的。

附图说明

本发明的这些以及其他方面和优点从下面结合附图对于具体实施例的说明当中将会变得显而易见并且更加容易被理解：

图1是示出根据本发明的地下水采样器被安装的安装视图；

图2是示出根据本发明的地下水采样器的分解透视图；

图3是示出图2中的地下水采样器的组合透视图；

图4是示出根据本发明的地下水采样器的操作的正视平面图；

图5是示出图4中的“A”和“B”部分的局部放大视图；

图6是示出各地下水采样器的连续连接的透视图；

图7是图6中的各地下水采样器的安装视图；

图8是示出在根据本发明的地下水采样器中采集样品的方法的流程图。

主要元件的附图标记的简要说明

10：第一管接头                11：第一插头

12：第一插座                  13：插座盖

14：底部流入口                15：插头销

16：插座销                    20：第二管接头

21：第二插座                  22：第二插头

23：顶部流入口                30：水采样管

40：提升元件                  41：连接管

42：地下水流入口              43：气缸

44：活塞                      50：中央套管

50′，51′，52′，53′：流入口51：下套管

52：上套管                    53：最上面套管

60：连接环

C：连接单元                   H：井眼

L：连接线                     P：泵

W：线                         β：凸起部分。

具体实施方式

应当理解的是，附图中所显示的或者说明书中所描述的元件的详细的结构以及排列不应被解释为对于本发明的应用的限制。本发明可以按照多种替换形式而被实施，并且也可以按照不同的方法来实现。

用于描述装置或者元件的方向的术语或者措辞(例如，“前”、“后”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”以及“侧”等等)被用于简化对于本发明的说明。因此，应当理解的是，这些术语并不意味着相关的装置或者元件必须仅仅处在这一特定的方向上。还应当理解的是，尽管术语“第一”、“第二”等等在这里可以被用于描述不同的元件，但是这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语仅仅是被用于将一个元件与另一个元件区分开来，而不是要来指示相对的重要性或目的。正如这里所使用的，单数形式“一个”和“这个”也是可以表达来包括复数形式，除非文本清楚地给予了指示。

本发明现在在下文中将参照附图而被更加充分地说明，其中显示了本发明的优选的实施方式。应当理解的是，说明书以及权利要求书中的术语或者措辞不应当被解释为通常所使用的词典中所定义的意思。还应当理解的是，所述措辞或者术语应当被解释为具有这样的含义：即，要与它们在本发明的技术思想和相关的技术领域的背景下所具有的含义一致，要基于这样一个原则：发明人可以适当地定义这些措词或者术语的含义从而来最好地阐释本发明。

因此，本发明的示例性实施方式能够有多种更改或者替换的形式，同时本发明的实施方式通过附图中的示例的方式来显示，并且它们在这里将被详细地说明。但是应当理解的是，并不存在意图要来将本发明的示例性实施方式限制于所公开的特定的形式，而恰恰相反，本发明的示例性实施方式是要来覆盖所有的落入到本发明的保护范围之内的修改、等价物以及替换。

根据本发明的优选的实施方式的使用液力管接头来进行地下水采样的装置和方法将参照附图1至8而被详细地描述。

如图所示，根据本发明的使用液力管接头来进行地下水采样的装置包括：水采样管30、第一插头11、第一插座12、第二插座21、第二插头22、提升元件40和下套管51。

水采样管30具有圆柱形，其两端是打开的。当地下水采样器100被放置到地下水井眼H中的目标深度处以采集地下水样品时，所述地下水样品将流入到水采样管30中并且被储存在那里。

显然，水采样管30的长度和直径可以被制造成为不同的尺寸，这取决于使用者的选择，以控制收集在水采样管30中的地下水样品的量。

另外，水采样管30可以被按照各种各样的方式而被涂漆或者镀层，这样被设置在地下水井眼中的若干深度处的水采样管30就不会被腐蚀了。或者，水采样管30可以使用金属或者合金材料来制造，从而防止它们被腐蚀。

第二插座21和第一插头11被分别与水采样管30的顶端和底端连接成单个单元。第二插座21和第一插头11当附接于/拆卸于液力软管或类似物时就形成所使用的管接头。

如在公知常识中所披露的那样，管接头包括起到供给阀作用的插头和起到流入阀作用的插座。

简要地，在插头的一端形成有插头销15，以便能被插入并在插头内纵向地突出，在插座的一端形成有插座销16，以便能被插入并在插座内纵向地突出。

下面将描述操作方法：通过向后拉动沿插头的外圆周形成的插座盖13而使插头与插座相连。在插头与插座相连之后，随着插头销15与插座销16开始接触，插头销15和插座销16以彼此相反的方向被推动，从而形成操作性地连接在插座和插头之间的通道。当插头从插座上分离开来时，插头销15和插座销16突出出来，从而堵塞通道以被关闭。这是公知常识，因此本发明在此就不在说明书中进行详细地描述了。

中央套管50容纳水采样管30。也就是，呈单个单元的水采样管30和第二插座21以及第一插头11被插入从而被安装到中央套管50中。在水采样管30通过提升元件40向上移动的时候，中央套管50保护水采样管30并且控制与第一插头11相连的第一插座12的运动以及与第二插头22相连的第二插座21的运动，所述提升元件40后面将会描述。中央套管50将被详细地描述如下：

中央套管50包括多个流入口50′，它们被局部地在套管的外圆周表面上在纵向上被钻出，以允许地下水流入到中央套管50中。该中央套管50具有圆柱形的形状，其两端被打开。

中央套管50按照这样的方式容纳水采样管30：水采样管30的第一插头11朝向中央套管50的底端的外部突出。

也就是说，在仅形成于安装在中央套管50中的水采样管30底端上的第一插头11突出到外面的状态下，水采样管30的底端由中央套管50的内部底端进行支撑。形成在水采样管30顶端的第二插座21由中央套管50的内部顶端进行支撑。

于是，凸起部分(β)被形成在中央套管50的顶端的内圆周表面上，从而突出出来防止水采样管30的第二插座21从中央套管50的顶端上移除。也就是，第二插座21的顶端被凸起部分(β)保持在中央套管50的内部。

在本发明中，中央套管50被构造成具有可分离的/可连接的中端，以在第二插座21和第一插头11分别被形成在水采样管30的顶端和底端上的情况下将水采样管30安装到中央套管50中。

也就是，水采样管30被固定于中央套管50的内部。

下套管51被连接于中央套管50的底端，以便被延伸。在第一插座12被连接于在中央套管50的底端向外突出的第一插头11时，下套管51被连接于中央套管50，这样第一插头11和第一插座12就被定位于下套管51中了。

类似于中央套管50，下套管51包括在其外圆周表面上被钻出的多个流入口51′，以允许地下水流入到下套管51中。当第一插座12被操作地连接于第一插头11时，地下水被允许通过第一插座12的另一个开口端(也就是底部流入口14)流入水采样管30的底端。

换句话说，由于与第一插头11相连的第一插座12被放置在中央套管50的底面α上，地下水将不能够流进中央套管50。

当水采样管30在第一插头11被连接于第一插座12的同时向上移动时，位于第一插座12外圆周上的插座盖13由中央套管50的底面α来保持，并且因此它被推向底端，这样第一插座12就从第一插头11上分离开，并且因此第一插座12就会位于下套管51中。于是，下套管51防止了从第一插头11上分离开的第一插座12丢失。

另外，连接环60被形成在下套管51的底面上。当根据本发明的多个地下水采样器被纵向地连接起来时，线W或者类似物被用于将地下水采样器彼此/相互地连接起来。

提升元件40被设置在中央套管50的外面顶端处。该提升元件40与连接于第二插座21的第二插头22形成单个单元。也就是说，该提升元件40与第二插头22的顶端连接成单个单元。

当第二插头22借助于提升元件40的操作而向上移动时，被连接于第二插头22的整个水采样管30将向上移动。

更详细地，提升元件40被连接于第二插头22的另一个开口端。连接管41位于第二插头22和提升元件40之间，以允许地下水流入第二插头22的该另一个开口端(也就是顶部流入口23)。多个地下水流入口42被钻在连接管41的外圆周表面上，这样地下水流入到第二插头22的该另一端中。与中央套管50相连的上套管52被安装在连接管41的外面。多个流入口52′被形成于上套管52的外圆周表面上。当水采样管30被设置在地下水井眼中的目标深度时，在井眼中的地下水通过上套管52的流入口52′流入到连接管41的地下水流入口42中之后，流入到地下水流入口42中的地下水被允许借助于穿过被连接于第二插头22的第二插座21、穿过第二插头22的上流入口23而流入到水采样管30中。

另外，与上套管52相连的最上面套管53被安装在提升元件40的外圆周的外面，以保护提升元件40。多个流入口53′被形成在最上面套管53的外圆周表面上，以允许地下水流入到最上面套管53中。连接环60被形成在最上面套管53的外顶端，从而在多个根据本发明的地下水采样器需要被连续地彼此/互相连接时被使用。

提升元件40可以使用利用液压缸的液压提升元件、利用气压缸的气压提升元件、利用电动气缸的电动提升元件或者类似物。该提升元件可以由使用者来进行不同的应用，只要它适合于提升水采样管30。

提升元件40通过连接线(例如软管L)连接于地面G。压缩机(或者氮气罐P)或者类似物于地面上被准备。当使用气力时，空气或者氮气就会被供应给提升元件40的内部，这样活塞44在气缸43中向上移动形成提升元件40。

具有上述构造和结构的使用根据本发明的实施方式的液力管接头进行地下水采样的装置的操作以及原理将被描述如下：

1.将第二插头22和第一插座12分别连接于被设置在水采样管30顶端和底端上的第二插座21和第一插头11从而使水采样管30的两个端部打开的步骤100：在第二插座21和第一插头11分别与水采样管30顶端和底端连接成单个单元的情况下将水采样管30安装在中央套管50中。第一插座12在中央套管50的底端的外面被连接于第一插头11，这样第一插头11就被可操作地连接于第一插座12，并且水采样管30的底端是打开的。下套管51被设置在第一插头11和第一插座12的外面，并且然后下套管51被连接于中央套管50。

上套管52在水采样管30(更具体地，中央套管50)的外面顶端处被连接于中央套管50，并且第二插头22被连接于第二插座21，这样第二插座21就被可操作地连接于第二插头22，并且水采样管30的顶端是打开的。然后，最上面套管53在提升元件40的外面被连接于上套管52。

另外，提升元件40的活塞44被维持成突出到气缸43外面一个预定长度。这是为了将活塞44拉入气缸43，这样水采样管30在它被设置在目标深度之后向上移动。

2.通过在地下水井眼中目标深度处使用多个地下水采样器来采集地下水样本的步骤S200：当多个地下水采样器被应用于井眼中时，由于每个水采样管30的顶端和底端都是打开的，地下水将流入到水采样管30底端，也就是说，流入第一插座12的底部流入口14，并且流向水采样管30的顶部，换句话说，就是第二插头22的上流入口23，直到地下水采样器到达目标深度。因此，地下水纵向流动同时填充水采样管30的内部。

3.通过关闭水采样管30的两端来将地下水存储在水采样管30中的步骤S300：当提升元件40的活塞44被牵拉时，被连接于提升元件40的连接管41和第二插头22将向上移动，因此使整个水采样管30向上移动。

第一插座12和第二插座21分别由中央套管50的底面(α)和形成于中央套管50顶端内的凸起部分(β)来保持，并且因此它们被推向底端，从而被从第一插头11和第二插头22上分离开来，这样水采样管30的两端都被密封起来，从而能够采集到地下水。

当提升元件40运行时，第一管接头10被首先分离开，并且随后第二管接头20被分离开。但是在此之间所存在的时间差是非常小的，因此第一管接头10和第二管接头20被认为是几乎同步地被分离开的。随着第一和第二插座12和21被分离开，水采样管30的两端被密封，这样在目标深度所采集的地下水样品就被保存在水采样管30中了。

4.通过将地下水采样器从井眼中拉出来安全获取地下水样品的步骤S400：当地下水样品被收集到水采样管30中时，采样器就被拉出到地面上，并且从地下水采样器100上分离开的水采样管30被转送到实验室中。

根据本发明，可以使用单个的地下水采样器，或者可以通过使用用于连续地连接各采样器的各种连接单元中的任何一个来使用多个地下水采样器。在本发明中，连接单元C使用了被形成在水采样管的顶端和底端(最上面套管53的顶端，下套管51的底端)上的连接环60。为了将多个地下水采样器彼此/互相连接起来，连接环60通过各种连接线(例如线W)连接起来，这样多个地下水采样器就可以被同时使用。另外，在使用多个地下水采样器的时候，连接线W的长度可以被调整，以将每个水采样管设置到不同的目标深度处。(连接环60可以被直接地连接于各采样器之间。)也就是，当被连续地彼此/相互连接的各地下水采样器被放置到地下水井眼中时，在每一个不同深度处的每一个水采样管都能够采集到地下水。

另外，为了各套管(比方说分别连接于中央套管50的顶端和底端的上套管52和下套管51、以及与上套管52相连的最上面套管53)之间的相互连接，内螺纹或外螺纹被形成在每个管的端部的外圆周表面上，两个相关的管随着拧紧而被连接于彼此。但是，各管之间的连接结构可以由使用者进行改变，只要其能够将各管彼此之间连接起来或者分离开来。

另外，根据本发明的地下水采样器的使用也不受到地下水的限制。其可以被应用于采集地表水、其他液体或气体的样品。

尽管本发明已经参照其示例性实施方式进行了具体图示和描述，但本领域技术人员应该理解的是，在形式上以及细节上可以进行各种各样的改变，只要不脱离本发明通过后面的权利要求所限定的精神和范围即可。

Claims (6)

1.一种使用液力管接头进行地下水采样的装置，包括：

水采样管(30)，其顶端与第二插座(21)连接成单个单元，其底端与第一插头(11)连接成单个单元；

中央套管(50)，其容纳水采样管(30)，从而第一插头(11)突出到中央套管底端外面；

第一插座(12)，其可附接地/可拆卸地连接于第一插头(11)；

第二插头(22)，其在水采样管(30)的外面顶端处可附接地/可拆卸地连接于第二插座(21)；以及

提升元件(40)，其一端与第二插头(22)相连，用于提升水采样管(30)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，水采样管(30)在顶端与第二插头(22)相连，在底端与第一插座(12)相连，以打开水采样管(30)的两端，并且其后，水采样管(30)被设置在地下水井眼中的目标深度处，以允许地下水样品流入到水采样管(30)中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当水采样管(30)向上移动时，因为位于第一和第二插座(12，21)外圆周处的每一个插座盖(13)都由中央套管(50)的底面(α)和形成在中央套管(50)内部的凸起部分(β)来保持并因此被推向底端，第一插座(12)从第一插头(11)上分离开来且第二插座(21)从第二插头(22)上分离开来，以密封住水采样管(30)的两端。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一插座(12)被插入以便被安装到与中央套管(50)的底端相连的下套管(51)中，从而当第一插座(12)从第一插头(11)上分离开来时，使得第一插座(12)落入到下套管(51)中，并且因此防止了第一插座(12)丢失。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中多个地下水采样器通过连接单元(W)而被纵向地连续地彼此/相互连接，以在井眼中的不同深度处同时采集地下水样品。

6.一种使用液力管接头进行地下水采样的方法，包括以下步骤：

步骤(S100)，其中，将位于水采样管(30)顶端处的第二插座(21)连接于第二插头(22)并且将被位于水采样管(30)底端处的第一插头(11)连接于第一插座(12)，以打开水采样管(30)的两端；

步骤(S200)，其中，将地下水采样器设置于地下水井眼内的目标深度处，并在水采样管(30)中采集地下水样品；

步骤(S300)，其中，使用提升元件(40)提升水采样管(30)，从而第一和第二插座(12，21)由中央套管(50)的底面(α)和形成在中央套管(50)内部的凸起部分(β)保持并因此被推向底端以从第一和第二插头(11，22)上分离开来，从而密封水采样管(30)的两端；以及

步骤(S400)，其中通过将地下水采样器从地下水井眼中拉出来确保地下水样品。

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