CN206546267U - 浅层底泥柱状采样器 - Google Patents

浅层底泥柱状采样器 Download PDF

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钱奎梅
桑瑞
徐德兰
季鑫
钱琳
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Abstract

一种浅层底泥柱状采样器,包括手柄、采样装置和封闭装置,手柄从上至下为T型手柄(1)和连接手柄(2),二者通过接驳件I(3)连接;采样装置包括外套管(6)和内套管(7);内套管(7)下部开有内套管缺口(15),内套管(7)的上端和连接手柄(2)的下端通过接驳件II(9)连接,接驳件II(9)的外壁上开有带有内螺纹的凹槽;外套管(6)底部斜切形成钻头(5),中部开有外套管缺口(12),上部具有定螺栓轨道(11);定螺栓(8)的一端穿过定螺栓轨道(11)后与凹槽固接;封闭装置为与外套管(6)连接的合页(13)。该采样器能够最大程度的保持原状的浅层底泥的柱状样品的完整性,能有效减小分析误差。

Description

浅层底泥柱状采样器
技术领域
本实用新型涉及一种采样器,具体涉及一种浅层底泥柱状采样器。
背景技术
底泥是黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物在经过长时间物理、化学及生物等作用及水体传输而沉积于水体底部形成的,由于底泥可向水体释放污染物造成水体的内源污染,因而对水体底泥的采集和分析成为治理水污染的一个重要途径。
底泥的采样,要求其最大限度的保持底泥样品的完整性、真实性。根据采样原理,可分为抓取式采样器和钻取式采样器两大类,抓取式采样器在设计时并未考虑底泥纵向剖面的特征,在一定程度上破坏了底泥样品纵向剖面的完整性;钻取式采样器通过人为的外力或净水压力作用在采样器上,使底泥从采样器的采样口进入到采样器中,用其采集的底泥样品为柱状,研究者可以通过对底泥分层,以全面地了解底泥的基本特征,但目前常用的钻取式采样器多为单层管,每次取样后必须即时将泥样从取样管取出,清洗后再进行下一样取样工作,而泥样从取样管取出后,由于失去取样管的定型作用,在从取样点回到研究地点的运输途中容易发生断裂,其完整性被破坏。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本实用新型提供一种浅层底泥柱状采样器,其操作简易,能够最大程度的保持原状的浅层底泥的柱状样品的完整性,能有效减小分析误差。
为了实现上述目的,本实用新型提供一种浅层底泥柱状采样器,包括手柄、采样装置和封闭装置,还包括定螺栓,
所述的手柄从上至下为T型手柄和连接手柄,二者通过接驳件I连接;
所述的采样装置包括外套管和内套管,内套管置于外套管的内部;
所述的内套管下部的侧壁上开有内套管缺口,内套管的上端和连接手柄的下端通过接驳件II连接,所述的接驳件II的外壁上开有带有内螺纹的凹槽;
所述的外套管底部斜切形成钻头,中部的侧壁上开有外套管缺口,上部对应所述凹槽的位置横切形成一条形的定螺栓轨道,定螺栓轨道的弧长不小于外套管缺口的弧长;钻头切面上方的外套管外表面对称设有一对限位片;所述的外套管缺口与内套管缺口有叠合部;
所述的定螺栓的一端穿过定螺栓轨道后螺纹连接于所述凹槽内;
所述的封闭装置为闭合方向向上的合页,所述的合页位于外套管底部斜切口的上方,其横轴与外套管管壁垂直并固定连接在外套管管壁内侧。
本实用新型通过将内套管和外套管配合使用,实现了双层管取样的技术效果,具体是将内套管通过接驳件与手柄连接,并在接驳件的外壁上开设带有内螺纹的凹槽,用于与定螺栓配合,将内套管置于外套管内部,在凹槽所对应的的高度位置的外套管上横向切出一条形定螺栓轨道,定螺栓的一端穿过此轨道并与凹槽处拧紧配合,转动T形手柄即可由定螺栓带动内套管在定螺栓轨道上旋转运动,限位片的设置能防止在旋转T型手柄时,外套管会随着内套管转动。当限位片竖向插入底泥中时,其能限位外套管在度泥中的转动,从而不仅能仅通过转动T形手柄就能进行取样操作,而且能减小取样过程中对底泥的破坏,有助于采样的精确性。内套管和外套管上均开设有缺口,且这两个缺口有叠合部,取样时保持叠合状态,能保证水下取样管内各方面力的平衡,能使由外套管下部进入的泥样的各处压力保持平衡,这样不仅对保证采样时对底泥的扰动性小,而且还能保证所采取泥样的各层的结构不易被破坏,能保障所采取的泥样精确性,内套管和外套管最佳的状态是内套管缺口完全被囊括在外套管缺口内,采样作业前,使内套管缺口和外套管缺口最大程度的进行叠合,旋入定螺栓,根据水体深度和采样深度选择手柄的长度,安装完毕,使内外套管处于相对固定状态,将采样器垂直缓慢地插入水体,达到采样深度后,旋转T型手柄,内套管沿定螺栓轨道旋转,旋转到轨道另一端时,内套管缺口完全避开外套管缺口,泥样自然形成柱状,将采样器提出水面,旋下定螺栓,将装有泥样的内套管取出,进行下一处采样时,换上新的内套管即可,本采样器采样时对底泥扰动小,采样完成后可将充满泥样的内套管直接取出,从取样点带到研究地点,运输过程中内套管一直保持对泥样的定型,最大程度的保持了原状的浅层底泥的柱状样品的完整性,有效的减小了分析误差,为水体底泥的采集和分析提供了操作简易、实用、准确的装置。
进一步地,为了使取样时更为省力,钻头的切面与取样插面之间的角度为45°~70°。
进一步地,为了能对设深度的浅层底泥进行精确采样,同时,也为了能便于确定水深及采样深度,T型手柄和连接手柄上均设有长度标尺。
进一步地,为了便于区分采样样品的上下顺序,内套管上设有取样层次标识。
进一步地,为了便于内套管在旋转的过程中能顺利地形成柱状的泥样,外套管缺口和内套管缺口均为120°的弧面。当外套管缺口和内套管缺口均为120°的弧面时,内套管只需要转过稍大于120°的角度即能将所采取的泥样旋切出一个柱状的样体。同时,外套管缺口和内套管缺口均为120°的弧面时,能有效地平衡采样过种中的压力,有助力提升采样的精度。
进一步地,为了保证采样时底泥进入内套管时可以有较大的行程,所述内套管缺口的高度占内套管高度的1/3。这样,泥样在这部分行程中上行时能避免因内套管管壁的存在而可能对泥样的产生的径向挤压作用,进而能避免因挤压而对泥样结构的破坏。
进一步地,所述的合页为椭圆形。
进一步地,为了采样过程中能更省力,所述外套管是外径由上到下逐渐变小的PVC圆管,所述内套管是外径由上到下与所述外套管同步的逐渐变小的PVC圆管,外套管和内套管竖直放置时其外壁与竖直方向的夹角范围为0.5°~1.5°。
本实用新型结构简单,携带方便,成本低廉,操作简易,采样实用、准确,易推广,采样时对底泥扰动小,可采用设定点和设深度的完整的保持原状的浅层底泥的柱状样品,所采样品分析时误差小,从而有助于对底泥性质的准确研究;本实用新型还可用于其他浅水沉积物柱状样品的采集。
附图说明
图1是本实用新型的外观视图;
图2是图1所示的本实用新型的半剖视图;
图3是图1中A-A向剖视图;
图4是图1中B-B向剖视图;
图5是图1中C-C向剖视图。
图中:1、T型手柄,2、连接手柄,3、接驳件I,4、长度标尺,5、钻头,6、外套管,7、内套管,8、定螺栓,9、接驳件II,10、取样层次标识,11、定螺栓轨道,12、外套管缺口,13、合页,14、限位片,15、内套管缺口。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1至5所示,一种浅层底泥柱状采样器,包括手柄、采样装置和封闭装置,还包括定螺栓8,所述的手柄从上至下为T型手柄1和连接手柄2,二者通过接驳件I3连接;
所述的采样装置包括外套管6和内套管7,内套管7置于外套管6的内部;外套管6和内套管7均可以采用可重复使用的PVC材料制成;
所述的内套管7下部的侧壁上开有内套管缺口15,内套管7的上端和连接手柄2的下端通过接驳件II9连接,所述的接驳件II9的外壁上开有带有内螺纹的凹槽;手柄2、接驳件I3和接驳件II9均可采用不锈钢材料制成。接驳件I3和接驳件II9均可以为带有内螺纹的套管。
所述的外套管6底部斜切形成钻头5,中部的侧壁上开有外套管缺口12,上部对应所述凹槽的位置横切形成一条形的定螺栓轨道11,定螺栓轨道11的弧长不小于外套管缺口12的弧长;所述的外套管缺口12与内套管缺口15有叠合部;为了便于T形手柄1旋转,并防止外套管6随着内套管7转动,在切面上方的外套管6外表面上对称设置一对材质为PVC的限位片14。限位片14与取样插面相平行,其可以呈方形,且可以通过PVC材料制成。当限位片14竖向插入底泥中时,其能限位外套管6在度泥中的转动,从而不仅能仅通过转动T形手柄1就能进行取样操作,而且能减小取样过程中对底泥的破坏,有助于采样的精确性。
所述定螺栓8的一端穿过定螺栓轨道11后螺纹连接于所述凹槽内;
定螺栓8与定螺栓轨道11滑动配合以实现带动内套管7相对外套管6进行一定角度的转动,定螺栓轨道11的弧长能满足定螺栓8在其中转动时,内套管7上内套管缺口15可由与外套管缺口12叠合的状态转动到非叠合的状态。内套管7的外径与外套管6的内径相匹配,这样,定螺栓8带动内套管7转动过程中,可以使内套管7的远离内套管缺口15的一侧壁转动到外套管缺口12的位置,以将外套管缺口12给封闭。
所述的封闭装置为闭合方向向上的合页13,所述的合页13位于外套管6底部斜切口的上方,其横轴与外套管6管壁垂直并固定连接在外套管6管壁内侧。合页13达到向上闭合时的顶点时,恰好与内套管7的下端相接,在采样器向下插入的时候,合页13向上闭合,外套管6在合页13处的取样通道口打开,在采样器向上提出的时候,进入到合页13上方的泥样会对合页13产生向下的压力,进而使合页13向下打开将外套管6的上部封闭。
为了便于取样时钻头5顺利插入底泥中,钻头5的切面与插面之间的角度为45°~70°,最好为60°,60°时能保证取样时最省力,尤其是在底泥比较硬的地方,能更便于取样时的顺利插入;
如图1和图2所示,为了能对设深度的浅层底泥进行精确采样,同时,也为了能便于确定水深及采样深度,在T型手柄1和连接手柄2上均设有长度标尺4。
为了便于区分采样样品的上下顺序,如图2所示,在内套管7上设有取样层次标识10。取样层次标识10可以为字体标识,如“上”或“下”,也可以是凸出设置在内套管7内壁上的凸条或凹部,当为凸条或凹部时,其能在所获取的泥样上形成凹陷区或突出部,从而能在泥样由采样器中取出后仍能方便地进行辨识。
在采样时,为保证管内各方面压力平衡,并利于减小采集器下压过程中的阻力,外套管缺口12和内套管缺口15均切为为120°的弧面,当外套管缺口12和内套管缺口15均为120°的弧面时,内套管7只需要转过稍大于120°的角度即能将所采取的泥样旋切出一个柱状的样体,因为与内套管缺口15相对的一侧的240°的弧面均是有管壁存在的,即在采样初始时,内套管7的这部分240°的弧面的管壁已经形成了柱状泥样的240°弧面,只要内套管7转动过120°,即能完成对柱状泥样的剩下的120°弧面的旋切,从而能形成一个完整的柱状泥样。同时,外套管缺口12和内套管缺口15均为120°的弧面时,能有效地平衡采样过种中的压力,能最大程度地保障采样的精度,还能有效降低采样时的施力强度。其中内套管缺口15的上端可以稍高于外套管缺口12的上端,也可以和外套管缺口12的上端相平齐;内套管缺口15的下端可稍低于外套管缺口12的下端,也可以和外套管缺口12的下端相平齐,这样能形成更好的封闭效果,能更有效地保证泥样的完整性和不被破坏性。外套管6和内套管7可以是外管径和内管径上下均一致的PVC圆管。而为了能较为省力的进行取样,作为另一种方案,外套管6和内套管7的外管径可以由上到下逐渐变小,而外套管6和内套管7的内径可以上下一致,也可以同外管径一样由上到下逐渐变小,这样也能使取样装置的外观整体呈流线型,较为美观。所述外套管6和内套管7均为PVC圆管,当外套管6与内套管7的外径同步地由上到下逐渐变小时,外套管6和内套管7竖直放置时其外壁与竖直方向的夹角范围为0.5°~1.5°,最佳角度是外套管6和内套管7竖直放置时其外壁与竖直方向的夹角均为1°。为了保证采样时底泥进入内套管时可以有较大的行程,内套管缺口15的高度占内套管7高度的1/3。这样,泥样在这部分行程中上行时能避免因内套管管壁的存在而可能对泥样的产生的径向挤压作用,进而能避免因挤压而对泥样结构的破坏。合页13优选为椭圆形。
使用时,首先将带有凹槽的接驳件II9与内套管7相接后,按内套管7上的取样层次标识10,例如“上”的标识指引将内套管7置于外套管6内,使内套管缺口15完全叠合于外套管缺口12内,并将定螺栓8通过外套管6上面的定螺栓轨道11旋入接接驳件II9上的凹槽内;
根据水体深度和采样深度选择手柄的长度,例如在本次实施实例中需每段手柄段长一米,以螺纹接驳件I3接驳T型手柄1与连接手柄2,形成2米长的手柄,而后将这2米长的手柄与接驳件II9相连接;
安装完毕后,对准设定点将取样管垂直缓慢地插入水体,当钻头5接触到水与底泥界面时,读取水面在手柄上的读数a(水深),继续向下均匀用力,当水面在手柄读数b与a之差恰为设定深度时,达到采样深度,底泥在压力的作用下冲开合页13,进入采样器,并将外套管6和内套管7的下部空间进行填充,停止向下用力,旋转T型手柄1,使内套管缺口15在定螺栓8的带动下沿定螺栓轨道11转动至定螺栓轨道11的另一端,这时内套管缺口15完全避开外套管缺口12,此时,内套管7内的泥样形成柱状,然后上下反复移动T型手柄1,反复3-5次后,缓慢地向上提采样器。在取样管插入水体和底泥的整个过程中,由于外套管缺口12与内套管缺口15相重合且整个手柄、采样管与空气相通,因而管内各方面的力处于平衡状态,这样取样时能够达到最省力的状态,同时也能最大程度的减小对底泥的扰动性,进而能保证对所取的泥样的精确性,不会破坏所采取的泥样的形态和结构。
在采样器插入水体和底泥的时候,合页13向上闭合,通道口打开,在采样器向上提出的时候,合页13由于受进入的泥样的自重作用而受到压力,而使合页13向下打开并将外套管6的下部堵塞以形成封闭的效果,所述合页13向下打开的最大状态为两个页片均与外套管6的轴心线相垂直,即均处于水平状态。
取样时,先倾斜取样管整体,待水排出后,旋下定螺栓8,并使其从定螺栓轨道11中移出,将装有泥样的内套管7从外套管6中取出放置好,清洗外套管6并更换上新的内套管7,继续采集其他设定点样品。
所有样品带回实验室后,将泥样从内套管缺口15取出,并可根据研究需要将样品分层,待取完样品后,将内套管7清洗干净后可循环使用。

Claims (8)

1.一种浅层底泥柱状采样器,包括手柄、采样装置和封闭装置,其特征在于,还包括定螺栓(8),
所述的手柄从上至下为T型手柄(1)和连接手柄(2),二者通过接驳件I(3)连接;
所述的采样装置包括外套管(6)和内套管(7),内套管(7)置于外套管(6)的内部;
所述的内套管(7)下部的侧壁上开有内套管缺口(15),内套管(7)的上端和连接手柄(2)的下端通过接驳件II(9)连接,所述的接驳件II(9)的外壁上开有带有内螺纹的凹槽;
所述的外套管(6)底部斜切形成钻头(5),中部的侧壁上开有外套管缺口(12),上部对应所述凹槽的位置横切形成一条形的定螺栓轨道(11),定螺栓轨道(11)的弧长不小于外套管缺口(12)的弧长;钻头(5)切面上方的外套管(6)外表面对称设有一对限位片(14);所述的外套管缺口(12)与内套管缺口(15)有叠合部;
所述的定螺栓(8)的一端穿过定螺栓轨道(11)后螺纹连接于所述凹槽内;
所述的封闭装置为闭合方向向上的合页(13),所述的合页(13)位于外套管(6)底部斜切口的上方,其横轴与外套管(6)管壁垂直并固定连接在外套管(6)管壁内侧。
2.根据权利要求1所述的一种浅层底泥柱状采样器,其特征在于,钻头(5)的切面与取样插面之间的角度为45°~70°。
3.根据权利要求1或2所述的一种浅层底泥柱状采样器,其特征在于,T型手柄(1)和连接手柄(2)上均设有长度标尺(4)。
4.根据权利要求3所述的一种浅层底泥柱状采样器,其特征在于,内套管(7)上设有取样层次标识(10)。
5.根据权利要求4所述的一种浅层底泥柱状采样器,其特征在于,外套管缺口(12)和内套管缺口(15)均为120°的弧面。
6.根据权利要求5所述的一种浅层底泥柱状采样器,其特征在于,所述内套管缺口(15)的高度占内套管(7)高度的1/3。
7.根据权利要求6所述的一种浅层底泥柱状采样器,其特征在于,所述的合页(13)为椭圆形。
8.根据权利要求7所述的一种浅层底泥柱状采样器,其特征在于,所述外套管(6)是外径由上到下逐渐变小的PVC圆管,所述内套管(7)是外径由上到下与所述外套管(6)同步的逐渐变小的PVC圆管,外套管(6)和内套管(7)竖直放置时其外壁与竖直方向的夹角范围为0.5°~1.5°。
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