CN103900849A - 定时深水分层取水方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定时深水分层取水方法及装置，该方法及装置采用了一种取水器，该取水器设有一个可以预设时间打开取水器的进水口（8）的定时传动装置（4），还设有一个可以在取水前封闭贮水筒（6）的进水通道的顶压式启闭锥形阀总成（3），在贮水筒（6）的进水通道口还设有可在贮水筒（6）装满水后自动关闭贮水筒（6）的进水通道的反堵塞防渗浮力阀（5）。由于采用了本发明的技术方案，本发明可使取水过程中取水器在到达取水深度前提前隔水，到达取水深度后开始取水，以及取水完成后防止已取到的水样与外界水体的混合。

Description

定时深水分层取水方法及装置

技术领域

本发明涉及一种在钻孔等地下水体或者在河湖等地表水体中任意深度取水的定时分层取水方法，另外还涉及一种实现该定时分层取水方法的取水器，属于水文与水资源技术领域，尤其是水质取样与检测的技术领域。

背景技术

在水文和地质生产、科研工作中，经常需要取水下某一深度的水样进行水质分析、观测工作。这样在取水的过程中就会存在如下的几个问题，首先是在取水装置下放过程中，可能尚未到达取水深度取水装置就已经开始进水，导致所取到的水样是不同深度的水体的混合，无法代表特定深度的水质的特点；其次是无法准确设定到达取水的深度后开始取水，即无法准确设定取水开始的时间；而且，取水完成后取水装置在提升过程中，已经打开的进水口无法隔绝，这个过程中由于取水器的贮水筒没有设置防溢水装置，贮水筒中已经取到的水样在取水器提升的过程中很容易从贮水筒上部的进水口中溢出，同时外界的水会进入贮水筒导致与取得的水样混合。由于不同的深度的水样不同，因此贮水筒中的水与不同深度的水体混合后水质变化，无法准确代表相应取水深度的水质情况，对水体研究工作带来很大的影响，使水体研究结果不够准确。现有的一些取水方法及装置虽然能够在一定程度上解决上述问题，但这一类的取水装置部件较多、结构较为复杂、体积和重量均较大、操作显得繁琐，由此降低了设备的可靠性和取样深度。因此，现有的取水方法及装置还是不够理想，难以满足目前要求越来越精确的水质检测科研工作的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种定时深水分层取水方法及装置，可使取水过程中取水器在到达取水深度前提前隔水，到达取水深度后开始取水，以及取水完成后防止已取到的水样与外界水体的混合，以克服现有技术的不足。

为实现本发明的目的，本发明采用了这样的技术方案：

本发明的定时深水分层取水方法采用一种设有定时和隔水功能的取水器，并包括以下步骤：

1）、在取水点设置绞车、提绳及吊环，将取水器上的装置盒连接盖与吊环连接，然后将装置盒下端连接贮水筒；

2）、根据取水的深度通过取水器上的定时传动装置的发条部件设置取水开始的时间； 

3）、通过绞车和提绳将取水器下放到取水深度，下放过程中采用可实现定时隔水功能的顶压式启闭锥形阀总成防止上层水体预先进入取水器；

4）、到达预定深度后保持取水器静止，等待超过定时传动装置的预设时间后开始自动取水；

5）、取水完成后，贮水筒的进水通道口处设置的反堵塞防渗浮力阀自动关闭进水通道，防止外界水体与已取到的水样混合，并通过绞车和提绳提升取水器，完成取水。

由于本发明的取水方法采用了预先隔水、定时取水和取水完成封闭进水通道等技术手段，可以有效实现所取到的水体的单一性，使该水样可以较为精确地代表取水深度的水质特征，大大提高水质检测科研工作的准确性和效率。

为了实现本发明的取水方法，本发明采用了这样一种取水器，它包括装置盒连接盖，装置盒连接盖上端连接取水器提升装置，下端连接取水器装置盒顶端，装置盒下端连接贮水筒，取水器装置盒上部周边设有多个进水口，贮水筒下端用于将贮水筒中的水体放出的出水装置，其中该装置设有一个可以预设时间打开取水器的进水口的定时传动装置，还设有一个可以在取水前封闭贮水筒的进水通道的顶压式启闭锥形阀总成，在贮水筒的进水通道口还设有可在贮水筒装满水后自动关闭贮水筒的进水通道的反堵塞防渗浮力阀，反堵塞防渗浮力阀的底部和侧边设有与贮水筒连通的进出水口。

进一步的，定时传动装置是一种顶部设有定时旋帽的发条部件，定时旋帽底部设有定时连杆；定时传动装置还设有一关闭阀门连杆，在取水器的装置盒顶端上设有一压块与关闭阀门连杆活动连接，关闭阀门连杆在上下移动时可打开或关闭取水器的进水口；在定时传动装置的底部还设有可向下方传递扭力的传动轴。

更进一步的，顶压式启闭锥形阀总成的上端接所述传动轴并受传动轴传递的扭力；在传动轴与顶压式启闭锥形阀总成之间设有顶簧，在顶簧上方设有传动轴的轴承和横压杆，该横压杆可受关闭阀门连杆的推动；顶簧下方设有一截面为涡状且两边对称设有卡齿的键槽，在装置盒内侧位于该键槽的两边分别设有一个可以卡住该键槽上的卡齿的卡销，该卡销的尾端设有可将该卡销推向键槽的推簧；在键槽下方设有卡环口和内置卡环及轴承二，轴承二下方设有可堵塞进水通道的锥形的阀芯，锥形阀芯的上部为活动连接杆，活动连接在轴承二内，连接杆最顶端用卡环固定，该连接杆上设有向下加压增加阀芯与阀座密封的顶压簧，锥形的阀芯的下端为进水通道管；传动轴向顶压式启闭锥形阀总成传递扭力可旋转阀芯上部的键槽，其中的阀芯与上部结构为轴承连接，阀芯不发生旋转。

该锥形的阀芯设有高压密封圈，锥形阀芯在关闭时与装有高压密封圈的阀座双层无缝接触。键槽在受到定时传动装置的传动轴传递来的旋拧作用后可以顺时针或逆时针缓慢旋转，在旋转过程中由于键槽截面形状为涡状，在关闭阀门连杆压下后卡销可以随着键槽的旋转卡住键槽上的卡齿或者从键槽上的卡齿脱出从而使键槽与卡销脱离。当键槽与卡销脱离后，受到下部的顶簧的作用键槽以及顶压式启闭锥形阀总成的整体就会向上移动，使该顶压式启闭锥形阀总成下部的阀芯提起，贮水筒的进水通道就可以打开。

更进一步的，阀芯下方设有与反堵塞防渗浮力阀连接的进水通道管，通道管设有用于装置盒与取水装置紧固和增加密封作用的松紧螺母及垫圈。

更进一步的，反堵塞防渗浮力阀设有一个在水的浮力作用下可以向上浮起堵住贮水筒的通道管的块状的且上表面中心位置有一球形凸起的浮力阀球。并且该浮力阀球中心设有一根可防止该浮力阀球向旁侧偏移的柱状的圆头居中杆。

该装置进水过程由定时传动装置控制，通过定时传动装置的定时旋帽的旋拧圈数控制取水器开始取水的时间，取水器下至取水位置后，等待到达定时器设定的时间，开关自动弹开阀芯,打开阀门，水样进入贮水筒，待装满水后，提回地表装瓶，完成取样。

本发明在取水器进入预定取水深度之前，在带有高压密封圈的锥形阀芯与装有高压密封圈的阀座双层无缝接触，保证取水器到达所取水层前不让其它层的水进入贮水筒；水体作用在阀芯顶部平面上压力随取水的深度增大而增大，阀芯与阀座的接触更紧密，隔水能力越强，从而保证在到达取水深度前不会有水进入贮水筒。在地表为取水器里的定时器设定一个足够长的时间，在这个时间内，取样器可以下降到取水位置，并有一定的富裕时间。取水器到达预定取水位置后，保持取水器静止，等待超过定时器的预设时间，在取水器里的定时传动装置和顶簧作用下弹开锥形阀芯，水样进入贮水筒。在贮水筒进水口处设置浮力阀球，水样装满后阀球在浮力的作用向上顶起阻塞进水口，阻止水样从贮水筒中溢出，防止取水器提升过程中水样与外部水体的混合。本发明的取水器体小轻便，操作简单，单人就可作业，而且能够实现准确分层取水。

附图说明     

图1是本发明取水辅助装置示意图；

图2是本发明取水器结构示意图；

图3是定时传动装置示意图；

图4是顶压式启闭锥形阀关闭状态结构图；

图5是顶压式启闭锥形阀打开状态结构图；

图6是键槽和阀芯示意图；

图7是键槽形状立体示意图；

图8是键槽关闭阀芯原理图；

图9是键槽打开阀芯原理图；

图10是防溢水装置示意图。

附图中的标记为：1-装置盒连接盖，2-吊环，3-顶压式启闭锥形阀总成，4-定时传动装置，5-反堵塞防渗浮力阀，6-贮水筒，7-出水装置，8-进水口，9-提绳，10-绞车，11-定时旋帽，12-定时连杆，13-传动轴，14-关闭阀门连杆，15-横压杆，16-顶簧，17-轴承，18-键槽，19-卡销，20-推簧，21-轴承二，22-顶压簧，23-阀芯，24-通道管，25-垫圈，26-松紧螺母，27-浮力阀球，28-进出水口，29-居中杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

先看图1，图1展示了本发明取水辅助装置示意图，本发明取水时在取水点设置绞车10、提绳9及吊环2，将取水器上的装置盒连接盖1与吊环2连接，通过绞车10和提绳9将取水器下放到取水深度或者从水中提出。

看图2，图2展示了本发明的取水器总体的结构，从图中可以看到，该取水器包括装置盒连接盖1，装置盒连接盖1上端连接取水辅助装置的吊环2，下端连接取水器装置盒顶端，取水器的装置盒是由多个部分通过螺纹连接的，取水器装置盒上部周边设有多个进水口8，取水器下端设有贮水筒6和用于将贮水筒6中的水体放出的出水装置7，该出水装置7从图中看是一个球阀，实际操作中也可以采用其它便于将贮水筒6中的水样放出的方式和结构。

该装置设有一个可以预设时间打开取水器的进水口8的定时传动装置4，还设有一个可以在取水前封闭贮水筒6的进水通道的顶压式启闭锥形阀总成3，在贮水筒6的进水通道口还设有可在贮水筒6装满水后自动关闭贮水筒6的进水通道的反堵塞防渗浮力阀5，反堵塞防渗浮力阀5的底部和侧边设有与贮水筒6连通的进出水口28。

看图3，从图中可以看到，定时传动装置4是一种顶部设有定时旋帽11的双发条结构，通过旋拧定时旋帽11可以设定发条时间，定时旋帽11底部设有定时连杆12，定时连杆12与设置在取水器装置盒内外侧的关闭阀门连杆14相连，关闭阀门连杆14是一个活动的连杆，作用在压下顶压式启闭锥形阀总成3时关闭取水器的进水口8；在定时传动装置4的底部还设有可向下方传递扭力的传动轴13。

看图4和图5，顶压式启闭锥形阀总成3的上端接定时传动装置4的传动轴13并受传动轴13传递的扭力带动顶压式启闭锥形阀总成3旋转（其中的阀芯23与上部结构为轴承连接，阀芯23不发生旋转），键槽18可上下移动；在顶压式启闭锥形阀总成3的上端还设有一横压杆15，该横压杆15可受定时传动装置4的关闭阀门连杆14的推动；在传动轴13与顶压式启闭锥形阀总成3之间设有顶簧16，在顶簧16上方设有传动轴13的轴承17；顶簧16下方设有一截面为涡状且两边对称设有卡齿的键槽18，该键槽18两侧分别设有一个可以卡住该键槽18上的卡齿的卡销19，该卡销19的尾端设有可将该卡销19推向键槽18的推簧20；在键槽18下方阀芯23上设有一活动连接杆连接在轴承二21上，该连接杆上设有向下加压增加阀芯23密封的顶压簧22以及轴承二21。图4中展示的是顶压式启闭锥形阀关闭状态结构图，这种状态下卡销19卡住键槽18上的卡齿，使阀芯23无法向上移动，因此使贮水筒6的进水通道处于关闭状态；图5展示的是顶压式启闭锥形阀打开状态结构图，这时由于在传动轴13传递的扭力作用下，带动顶压式启闭锥形阀总成3阀芯23上部旋转，到达设定时间时，键槽18的涡状外侧面（柱面）与阀体（内面）为同一垂直面，卡销19就会退出键槽18，受顶簧16的作用力向上顶起顶压式启闭锥形阀总成3，使贮水筒6的通道管24打开，该过程如图6所示。

看图7，键槽18是涡状截面的柱形结构，其外侧两边对称设有卡齿，卡齿可以卡住卡销19。结合图8和图9我们可以更清楚地理解这个过程。图8中，键槽18逆时针旋转，卡销19相对于键槽18顺时针转动，卡销19逐渐远离键槽18上的卡齿，直至与键槽18脱离，当卡销19与键槽18脱离时，键槽18受到的约束消失，键槽18下方的顶簧16将键槽18顶起，使键槽18与卡销19不再处于同一高度，键槽18升至卡销19的上方，其下方的阀芯23因此被提起，使贮水筒6的进水通道开启。上条定时后压下关闭阀门连杆14，结合图5可以看到。同理，看图9，图9中键槽18顺时针旋转，卡销19相对于键槽18逆时针转动，键槽18被关闭阀门连杆14压至与卡销19同一高度，卡销19被推簧20推进键槽18，键槽18由于受到了卡销19卡住，即便其下方有顶簧16的推动也无法从该高度脱离，因此也就将阀芯23压住，使贮水筒6的进水通道关闭。

看图10，本发明的取水器的反堵塞防渗浮力阀5设有一个在水的浮力作用下可以向上浮起堵住贮水筒6的通道管24的浮力阀球27。浮力阀球27中心设有一根可防止该浮力阀球27向旁侧偏移的居中杆29。当贮水筒6中装满水后，浮力阀球27受到浮力作用向上浮起，由于居中杆29的存在，浮力阀球27可以准确地顶住通道管24的下出口，从而将通道管24封闭。

本发明工作时是这样操作的：在取水点设置绞车10、提绳9及吊环2，将取水器上的装置盒连接盖1与吊环2连接；根据取水的深度通过取水器上的定时传动装置4的发条部件设置取水开始的时间；通过绞车10和提绳9将取水器下放到取水深度，下放过程中采用可实现定时隔水功能的顶压式启闭锥形阀总成3防止上层水体预先进入取水器；保持取水器静止，等待超过定时传动装置4的预设时间后开始取水；取水完成后，关闭进水通道，防止外界水体与已取到的水样混合，并通过绞车10和提绳9提升取水器，完成取水。

以上只是本发明的一个具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种定时深水分层取水方法，包括使用取水器在水面以下定深度取水的方法，其特征在于：该方法采用一种设有定时和隔水功能的取水器，并包括以下步骤：

1）、在取水点设置绞车（10）、提绳（9）及吊环（2），将取水器上的装置盒连接盖（1）与吊环（2）连接，然后将装置盒下端连接贮水筒（6）；

2）、根据取水的深度通过取水器上的定时传动装置（4）的发条部件设置取水开始的时间； 

3）、通过绞车（10）和提绳（9）将取水器下放到取水深度，下放过程中采用可实现定时隔水功能的顶压式启闭锥形阀总成（3）防止上层水体预先进入取水器；

4）、到达预定深度后保持取水器静止，等待超过定时传动装置（4）的预设时间后开始自动取水；

5）、取水完成后，贮水筒（6）的进水通道口处设置的反堵塞防渗浮力阀（5）自动关闭进水通道，防止外界水体与已取到的水样混合，并通过绞车（10）和提绳（9）提升取水器，完成取水。

2.一种取水器，包括装置盒连接盖（1），装置盒连接盖（1）上端连接取水器提升装置，下端连接取水器装置盒顶端，装置盒下端连接贮水筒（6），取水器装置盒上部周边设有多个进水口（8），贮水筒（6）下端用于将贮水筒（6）中的水体放出的出水装置（7），其特征在于：该装置设有一个可以预设时间打开取水器的进水口（8）的定时传动装置（4），还设有一个可以在取水前封闭贮水筒（6）的进水通道的顶压式启闭锥形阀总成（3），在贮水筒（6）的进水通道口还设有可在贮水筒（6）装满水后自动关闭贮水筒（6）的进水通道的反堵塞防渗浮力阀（5），反堵塞防渗浮力阀（5）的底部和侧边设有与贮水筒（6）连通的进出水口（28）。

3.根据权利要求2所述的取水器，其特征在于：所述定时传动装置（4）是一种顶部设有定时旋帽（11）的发条部件，定时旋帽（11）底部设有定时连杆（12）；所述定时传动装置（4）还设有一关闭阀门连杆（14），在取水器的装置盒顶端上设有一压块与关闭阀门连杆（14）活动连接，关闭阀门连杆（14）在上下移动时可打开或关闭取水器的进水口（8）；在定时传动装置（4）的底部还设有可向下方传递扭力的传动轴（13）。

4.根据权利要求3所述的取水器，其特征在于：所述顶压式启闭锥形阀总成（3）的上端接所述传动轴（13）并受传动轴（13）传递的扭力；在所述传动轴（13）与顶压式启闭锥形阀总成（3）之间设有顶簧（16），在顶簧（16）上方设有传动轴（13）的轴承（17）和横压杆（15），该横压杆（15）可受所述关闭阀门连杆（14）的推动；顶簧（16）下方设有一截面为涡状且两边对称设有卡齿的键槽（18），在装置盒内侧位于该键槽（18）的两边分别设有一个可以卡住该键槽（18）上的卡齿的卡销（19），该卡销（19）的尾端设有可将该卡销（19）推向键槽（18）的推簧（20）；在键槽（18）下方设有卡环口和内置卡环及轴承二（21），轴承二（21）下方设有可堵塞进水通道的锥形的阀芯（23），锥形阀芯（23）的上部为活动连接杆，活动连接在轴承二（21）内，连接杆最顶端用卡环固定，该连接杆上设有向下加压增加阀芯23与阀座密封的顶簧二（22），锥形阀芯（23）的下端为进水通道管（24）；传动轴（13）向顶压式启闭锥形阀总成（3）传递扭力可旋转阀芯（23）上部的键槽（18）。

5.根据权利要求4所述的取水器，其特征在于：所述阀芯（23）下方设有与所述反堵塞防渗浮力阀（5）连接的进水通道管（24），通道管（24）设有用于装置盒与取水装置紧固和增加密封作用的松紧螺母（26）及垫圈（25）。

6.根据权利要求5所述的取水器，其特征在于：反堵塞防渗浮力阀（5）设有一个在水的浮力作用下可以向上浮起堵住贮水筒（6）的通道管（24）的块状的且上表面中心位置有一球形凸起的浮力阀球（27）。

7.根据权利要求6所述的取水器，其特征在于：所述浮力阀球（27）中心设有一根可防止该浮力阀球（27）向旁侧偏移的柱状的圆头居中杆（29）。

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