CZ295526B6 - Uzávěrná hlava sloupkového pouzdra a způsob přípravy a provádění průzkumů s jejím využitím - Google Patents

Abstract

Uzávěrná hlava sloupkového pouzdra k přípravě a provádění průzkumů při získávání neporušených vzorků zeminy a kameniva je provedena jako dvoudílná a sestává z hlavice (7) a alespoň jednoho přítlačného kroužku (5). Mezi hlavicí (7) a přítlačným kroužkem (5) je uspořádán obvodový těsnicí kroužek (4), který je zároveň, při záběru přítlačného kroužku (5), těsně natlačen k sloupkovému pouzdru (2). Hlavice (7) je opatřena vstupní, případně výstupní dutinou (9), opatřenou vpustním případně výpustním otvorem (9a).ŕ

Description

Uzávěrná hlava sloupkového pouzdra a způsob přípravy a provádění průzkumů s jejím využitím

Oblast techniky

Vynález se týká uzávěrné hlavy sloupkového pouzdra a způsobu přípravy a provádění průzkumů s jejím využitím. Tento systém se používá hlavně k získání neporušených vzorků zeminy a kameniva při průzkumech migrace vody různým podložím. Sloupové schránky jsou oběžné nebo průběžné.

Dosavadní stav techniky

Plánování a volba vhodných opatření k nápravě škod poškozeného životního prostředí se provádí v mnoha případech po rozsáhlých průzkumných pracech v oblasti získávání vzorků zeminy a vody v laboratořích. Důležitou výpovědní hodnotu mají dynamické pokusy ohledně migrace, které se provádějí ve sloupkových pouzdrech, které slouží k simulaci transportních, výměnných a měnících se procesů v zemině. Umožňují analýzu souvislostí příčin a následků, takže je potom možno přikročit k rozsáhlým opatřením např. v úpravě spodní vody nebo u sanace dřívějších škod s relativně malými experimentálními náklady a při vysoké optimalizaci.

Je známa metoda, kdy se odebírají vzorky zeminy ve zkoumané lokalitě při navrtávání pomocí jader. To probíhá tak, že se dovnitř vrtné tyče vsadí plastová trubka jako pouzdro, která se při vrtání plní celými pásmy zeminy či horniny. Po vytažení vrtné tyče se naplněná plastová trubka i s obsahem vyjme a vloží se do pokusných sloupků kde se zkoumá migrace.

Obvykle se pouzdro naplněné vzorkem oboustranně uzavře voskovým špuntem nebo lepicí páskou. Potom se pouzdro případně konzervuje a transportuje do laboratoře nebo se ještě uloží do mrazicích schránek. V hluboce podchlazeném stavu je pak vzorek rozřezán, zavzdušněné úseky se vyřadí a přesně nařezané válce se nalisují do připraného sloupku. Sloupek se uzavře a vsadí do výzkumného zařízení. Prázdná obálka se vyhodí.

Nevýhodou tohoto známého způsobuje to, že se vzorky po skladování musejí stlačit do speciálně pro tento účel připravených sloupků. Kromě toho, že sloupky jsou poměrně drahé se negativně projevuje především mechanické zpracovávání vzorků při slisovávání a s tím spojeno opětovné zavzdušnění vzorků, což má negativní dopad na přesnost výsledků.

Ve spisu DE-U-94 120 12.9 je popsáno tvarově přesně doléhající sešroubování pomocí zdrsněného kroužku, pro zkoušky tlaku v trubkách, kdy se kónicky vytvořený zdrsněný kroužek zařízne do konce trubky působením nasazeného svěmého kroužku. Tento pevný zkušební uzávěr ještě obsahuje jako separátní dílec zařízení k utěsnění.

Nevýhodou tohoto řešení je to, že utěsnění se provádí pomocí relativně komplikovaného zařízení a dochází při něm k trvalému porušení materiálu na konci trub.

Vynález si klade za cíl představit uzávěrnou hlavu sloupkového pouzdra pro získávání neporušených vzorků zeminy a kameniva při průzkumech migrace vody různým podložím, která by byla jednoduchá a zhotovitelná s nízkými náklady a která by zajistila těsné uzavření obou stran pouzdra a přitom byla montovatelná i v polních pracovních podmínkách a dovolovala vícenásobné využití. Dalším cílem vynálezu je představit způsob přípravy a provádění průzkumů s použitím sloupkového pouzdra opatřeného právě výše uvedenými uzávěmými hlavami, které umožní opustit tradiční používání speciálních sloupků a zamezí se díky němu mechanickému zatěžování vzorků a jejich nežádoucímu provzdušnění.

- 1 CZ 295526 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry uzávěmá hlava sloupkového pouzdra podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že je provedena jako dvoudílná a sestává z hlavice a alespoň jednoho přítlačného kroužku, přičemž mezi hlavicí a přítlačným kroužkem je uspořádán obvodový těsnicí kroužek, který je zároveň, při záběru přítlačného kroužku, těsně natlačen k sloupkovému pouzdru, přičemž hlavice je opatřena vstupní, případně výstupní dutinou opatřenou vpustním případně výpustním otvorem. Velkou výhodou takové uzávěmé hlavy je to, že hlavice je univerzální a nahradí v namontovaném stavu na pouzdru tradiční sloupky.

Ve výhodném provedení jsou hlavice a přítlačný kroužek vzájemně spojeny svěmými šrouby. Toto dvoudílné provedení umožňuje zároveň dobré utěsnění vůči pouzdru, kterého se dosáhne utahováním svěrných šroubů, čímž se i natlačuje na pouzdro obvodový těsnicí kroužek. Díky tomuto kroužku a způsobu jeho těsnicího tvarování, nemusí být povrch pouzdra úplně hladký a tvarově pravidelný. Takto provedená souprava plně vyhovuje podmínkám odběrů a pokusů, kdy se pracuje v anaerobních podmínkách a je potřeba uchránit vzorky od působení světla při zajištění stálé teploty vzorku a vody v něm.

V dalším výhodném provedení je vstupní, případně výstupní dutina provedena kónicky a mezi sloupkovým pouzdrem se vzorkem zeminy a vstupní, případně výstupní dutinou je uspořádána alespoň jedna porézní filtrační deska. Filtrační desky je možno uspořádat formou sendvičové konstrukce.

Ve výhodném provedení je pod porézní filtrační deskou a/nebo mezi porézní filtrační deskou a vzorkem zeminy je uspořádána gáza.

U dalšího výhodného provedení je vpustní či případně výpustní otvor z hlavice vyveden ve směru osy vzorku zeminy a/nebo kolmo ke vzorku zeminy a opatřen přípojkami pro hadice, přičemž přípojky pro hadice jsou provedeny jako samouzávěmé rychlospojky.

V jiném výhodném provedení je mezi porézní filtrační deskou a dnem vstupní, případně výstupní dutiny je uspořádán dnový těsnicí kroužek.

V dalším výhodném provedení jsou svěmé šrouby v prodlouženém provedení vytvořeny současně jako stojan sloupkové soustavy.

Velkou výhodou je to, že je hlavice vytvořena pro opakované použití. Při zmíněné stavebnicové konstrukci celého zařízení lze potom při zkouškách realizovat hydraulicky stacionární i nestacionární proudové režimy a simulovat nasycené i nenasycené poměry. Variabilním uspořádáním sloupků a dalších prvků lze vytvořit stavebnicový systém, jehož jednotlivé části mohou být nasazeny i do jiných sestav.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob přípravy a provádění průzkumů s použitím sloupkového pouzdra s uzávěrnou hlavicí, jehož podstata spočívá v tom, že pouzdro je bezprostředně po odběru vzorku ze zkoumané lokality oboustranně uzavřeno pomocí dvoudílné uzávěmé hlavy pro opakované použití, přičemž pouzdro s uzávěmými hlavami usazenými na obou koncích tvoří samo o sobě sloupek, který je zabudovatelný do výzkumné aparatury, přičemž pouzdro se vzorkem zeminy je po ukončení výzkumu po jeho vyčištění opět použitelné včetně uzávěmých hlav.

Ve výhodném provedení je pouzdro i s nasazenými uzávěmými hlavami temperováno na teplotu odebrané zeminy a takto transportováno či uloženo.

-2 CZ 295526 B6

V dalším výhodném provedení pouzdro je před konečným uzavřením oběma uzávěmými hlavami zkráceno na vlastní délku vzorku zeminy.

Kromě možnosti zaměňovat jednotlivé díly sestav je zde rovněž možnost instalovat různá měřicí 5 zařízení, např. měřit kapilární tlak pro kontrolu probíhajícího režimu jako základ k ovládání zkušební soupravy, měření vodivosti roztoku po průchodu každým sloupkem a po připojení měřicí průtokové komoiy lze měřit pH, redox, kyslík a teplota za každým sloupkem. Dají se zabudovat i další senzory např. TDR senzory či ionově selektivní senzory.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje schematický řez uzávěmou hlavou usazenou na konci sloupku a pohled shora a obr. 2 znázorňuje sestavu sloupku 15 s oboustranně nasazenými uzávěmými hlavami a dalším příslušenstvím.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je vidět sloupkové pouzdro 2, ve kterém je uložen horninový vzorek 1. Uzávěr je tvořen dvěma uzávěmými hlavami, které jsou lépe vidět na obr. 2, a které sestávají z hlavice 7 a přítlačného kroužku 5, přičemž uzávěmé hlavy se nasadí okamžitě z obou stran na pouzdro 2 poté, co se vyjme ze země sloupkové pouzdro 2 se vzorkem a také se nasadí upínací šrouby 6. Sevřením hlavice 7 a přítlačného kroužku 5 se natlačí obvodový těsnicí kroužek 4 na pouzdro 2 a 25 zajistí se tak bezpečné upevnění stejně jako dlouhodobě spolehlivé utěsnění. Mezi sloupkovým pouzdrem 2 a vpustní či výpustní dutinou 9 je uspořádána porézní filtrační deska 3. Výpustní dutina 9 je provedena kónicky a ve svém nejužším místě má výpustní otvor 9a. Mezi porézní filtrační deskou 3 a výpustní dutinou 9 je uspořádán těsnicí kroužek 4a, který zabraňuje bočnímu úniku. Je samozřejmě možné uspořádat vícero porézních filtračních desek 3 sendvičovým 30 způsobem nebo dodatečně uspořádat gázu např. s definovaným bodem pro vstup vzduchu, aby se vyloučil vstup vzduchu v oblasti výstupního rozdělovače při průzkumu nenasycených sloupců půdy. U předvedeného příkladu provedení je výpustní otvor 9a proveden ve směru osy horninového vzorku 1 a poté vyveden z hlavice 7 kolmo k horninovému vzorku 1 a opatřen přípojkami 8 pro hadice. Přípojky 8 pro hadice jsou provedeny jako samouzávěmé lychlospojky. Upevňovací šrouby 6 tvoří zároveň v prodlouženém provedení stojan sloupku.

To je lépe zřetelné z obr. 2, kde je znázorněno provedení sloupku se stojanem z upevňovacích šroubů 6, kdy je sloupek opatřen na obou koncích uzávěmými hlavami.

V dalším textu bude popsán na příkladu pokus s průběžným sloupkem a způsob jeho provádění.

Při pokusu s průběžným sloupkem při vodou nasycených podmínkách se pouzdro 2 sloupku naplněné kamením nechá laminárně proplachovat vodou ze zásobníku 12. Tím, zeje proud vody veden proti směru zemské přitažlivosti se podporuje odplynění systému kapalina-pevná látka a 45 zamezí se případnému odplachování částic.

K prostupu vody vzhůru až k vyrovnávací nádrži 10 nutný tlak vody může být vytvářen čerpadlem 13. Vyrovnávací nádrž 10 slouží kromě určení definovaného poklesu tlaku, odpojení tlaku vody v pouzdru 2 od systému odběru vzorku i k odvodu plynových bublinek. K odebrání 50 vzorku může být např. použit frakční sběrač 11, který umožní automatické plnění vzorkových láhví z vytékajícího objemu vody v naprogramovaných časových odstupech. Jednotlivé vodní frakce se pak zkoumají s ohledem na koncentraci látek, které jsou předmětem zájmu. Případně lze přivést jinou boční přípojkou 8 další tekutinu obsahující stopovou látku, jejíž migrační chování má být prostudováno.

Závěrem lze sumarizovat výhody uspořádání uzávěmé hlavy sloupového pouzdra takto:

- Utěsnění je provedeno na obvodu pouzdra, pouzdro nemusí být opracováno hladce, aby těsnilo

- Dnový těsnicí kroužek pod filtrační deskou zamezí bočním únikům

- Je možné nasadit vícero filtračních desek sendvičovým způsobem

- Hlavice je opatřena vstupním rozdělovačem, který je kónický pod filtrační deskou a paralelní s proudem ve sloupku

- Přívodní otvory na čelní ploše a obvodu umožňují variabilní provedení přívodu a odvodu vody, odvzdušnění a přidání stopové látky

- Otvory jsou opatřeny samouzávěmými rychlospojkami

- Hlavice je vícenásobně použitelná

- Tradiční konstrukce sloupku s přírubami je nahrazena pružně sestavitelným stavebnicovým systémem pro pokusy s nejrůznějším zaměřením

Rozsah vynálezu není omezen pouze na předvedená provedení. Vhodnou kombinací zmíněných prvků lze vytvořit i jiné varianty, aniž by byl překročen rámec vynálezu.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Uzávěrná hlava sloupkového pouzdra k přípravě a provádění průzkumů při získávání neporušených vzorků zeminy a kameniva, vyznačující se tím, že je provedena jako dvoudílná a sestává z hlavice (7) a alespoň jednoho přítlačného kroužku (5), přičemž mezi hlavicí (7) a přítlačným kroužkem (5) je uspořádán obvodový těsnicí kroužek (4), který je zároveň, při záběru přítlačného kroužku (5), těsně natlačen k sloupkovému pouzdru (2), přičemž hlavice (7) je opatřena vstupní, případně výstupní dutinou (9) opatřenou vpustním případně výpustním otvorem (9a).
2. 2. Uzávěrná hlava podle nároku 1, vyznačující se tím, že hlavice (7) a přítlačný kroužek (5) jsou vzájemně spojeny upevňovacími šrouby (6).
3. 3. Uzávěrná hlava podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupní, případně výstupní dutina (9) je provedena kónicky.
4. 4. Uzávěrná hlava podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi sloupkovým pouzdrem (2) se vzorkem (1) zeminy a vstupní, případně výstupní dutinou (9) je uspořádána alespoň jedna porézní filtrační deska (3).
5. 5. Uzávěrná hlava podle nároku 4, vyznačující se tím, že pod porézní filtrační deskou (3) a/nebo mezi porézní filtrační deskou (3) a vzorkem (1) zeminy je uspořádána gáza.

   -4 CZ 295526 B6
6. 6. Uzávěrná hlava podle nároku 1, vyznačující se tím, že vpustní či případně výpustní otvor (9a) jez hlavice (7) vyveden ve směru osy vzorku (1) zeminy a/nebo kolmo ke vzorku (1) zeminy a opatřen přípojkami (8) pro hadice.
7. 7. Uzávěrná hlava podle nároku 6, vyznačující se tím, že přípojky (8) pro hadice jsou provedeny jako samouzávěmé rychlospojky.
8. 8. Uzávěrná hlava podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že mezi porézní filtrační deskou (3) a dnem vstupní, případně výstupní dutiny (9) je uspořádán těsnicí kroužek (4a).
9. 9. Uzávěrná hlava podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že upevňovací šrouby (6) jsou v prodlouženém provedení vytvořeny současně jako stojan sloupkové soustavy.
10. 10. Uzávěrná hlava podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je vytvořena pro opakované použití.
11. 11. Způsob přípravy a provádění průzkumů s použitím sloupkového pouzdra s uzávěmou hlavou podle nároků lažlO, vyznačující se tím, že pouzdro je bezprostředně po odběru vzorku ze zkoumané lokality oboustranně uzavřeno pomocí dvoudílné uzávěmé hlavy pro opakované použití, přičemž pouzdro s uzávěmými hlavami usazenými na obou koncích tvoří samo o sobě sloupek, který je zabudovatelný do výzkumné aparatury, přičemž pouzdro se vzorkem zeminy je po ukončení výzkumu po jeho vyčištění opět použitelné včetně uzávěmých hlav.
12. 12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že pouzdro i s nasazenými uzávěrnými hlavami je temperováno na teplotu odebrané zeminy a takto transportováno či uloženo.
13. 13. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že pouzdro je před konečným uzavřením oběma uzávěrnými hlavami zkráceno na vlastní délku vzorku zeminy.