RU2061210C1

RU2061210C1 - Water sampler

Info

Publication number: RU2061210C1
Application number: RU94005974A
Authority: RU
Inventors: М.К. Герцык; С.А. Воропай
Original assignee: Акционерное общество "Ленгидропроект"
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: drawing samples from different depths of well or open water basins for exploration and construction. SUBSTANCE: water sampler is provided with cover which is securred in upper portion of inner surface of housing and is sealed relative to it. Water valve is made in form of piston provided with seal. Piston is connected with upper and lower rods. Seat of water valve has chamber for receiving the piston. Water valve has blind bore in axial direction and radial hole connected with it. Seat of water valve has through radial passage for matching with radial hole. Diameter of piston exceeds that of disk. Disk is provided with seal. Ferrule is made of transparent material and is provided with scale showing depth of drawing water samples. Disk is provided with indicator. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к геологоразведке и может быть использовано для отбора проб воды из различных глубин скважин или открытых водоемов при проведении инженерно-изыскательских работ. The invention relates to geological exploration and can be used for sampling water from various depths of wells or open reservoirs during engineering and survey works.

Известен водоотборник, содержащий корпус с подпружиненными водяным и воздушным клапанами, снабженный кольцевым упором и подпружиненным относительно него поршнем с выведенным наружу штоком, уплотненным относительно корпуса и снабженным тягами, имеющими на концах шарнирные захваты, установлены с возможностью зацепления с кольцевым упором и имеющие хвостовики, установленные с возможностью кинематического взаимодействия с водяным клапаном [1]
Однако, в известном водоотборнике благодаря поршневой пружине удаляется только воздух, находящийся над поршнем, тогда как воздух под поршнем, занимающий объем, соответствующий высоте поршневой пружины остается, тем самым уменьшая полезный объем водоотборника.A water sampling device is known, comprising a housing with spring-loaded water and air valves, equipped with an annular stop and a piston spring-loaded relative to it with a rod brought out, sealed with respect to the housing and provided with rods having articulated grips at the ends, mounted for engagement with the annular stop and having shanks installed with the possibility of kinematic interaction with a water valve [1]
However, in the known water sample, only the air above the piston is removed due to the piston spring, while the air under the piston occupying a volume corresponding to the height of the piston spring remains, thereby reducing the useful volume of the water sample.

Уплотнение поршня в одной манжете не гарантирует прямолинейность пути перемещающегося поршня. Возможны перекосы, что снижает надежность зацепления захватов с кольцевым упором. Sealing the piston in one cuff does not guarantee the straightness of the path of the moving piston. Misalignment is possible, which reduces the reliability of engagement of the grippers with an annular stop.

Кроме того, отсутствует средство для извлечения из водоотборника взятой пробы. Это снижает удобство обслуживания и приводит к неизбежной потере части взятой пробы при ее извлечении из водоотборника, что снижает точность исследований. In addition, there is no means to extract the sample from the water sampler. This reduces the ease of maintenance and leads to the inevitable loss of part of the sample taken when it is removed from the water sample, which reduces the accuracy of the studies.

Известен также водоотборник, содержащий полый корпус со смонтированным в нем, подпружиненным и уплотненным относительно него поршнем, выполненным с центральным сквозным отверстием, в котором размещен патрубок с крышкой, и снабженным в нижней своей части опорами, на которых закреплены захваты с хвостовиками, водяной клапан, имеющий седло с фигурным буртом для зацепления с захватами поршня, верхний шток для взаимодействия с хвостовиками захватов, обечайку в нижней части, в которой размещен нижний шток с резьбовым концом, выходящим за пределы обечайки, и натяжной гайкой для перемещения диска, смонтированного в обечайке с возможностью перемещения относительно нижнего штока водяного клапана и подпружиненного относительно седла водяного клапана [2]
Однако, в известном пробоотборнике с помощью резьбового соединения сила затяжки пружины противостоит гидростатическому давлению, пока водоотборник не опустится до требуемой глубины отбора пробы.A water sampling device is also known, comprising a hollow body with a piston mounted in it, spring-loaded and sealed relative to it, made with a central through hole in which the nozzle with a cover is placed and provided with supports in its lower part on which grips with shanks are attached, a water valve, having a saddle with a figured collar for engagement with piston grips, an upper stem for interacting with gripper shanks, a shell in the lower part, in which a lower rod with a threaded end extending beyond ly the sleeve, and the clamping nut to move the drive mounted in the shell to move relative to the lower water valve stem and spring-loaded relative to the seat water valve [2]
However, in a known sampler using a threaded connection, the tightening force of the spring resists hydrostatic pressure until the water sampler drops to the desired sampling depth.

На заданной глубине гидростатическое давление окажется выше силы затянутой пружины, в результате диск поднимется, сжимая пружину, а вместе с диском поднимается водяной клапан, и проба воды будет поступать в водоотборник. Однако, данное устройство имеет чисто конструктивный недостаток, заключающийся в том, что диаметр диска, на который рассчитано гидростатическое давление, равен диаметру корпуса. Это приводит к тому, что на большой глубине, например 50 м, сила гидростатического давления на площадь диска обычных размеров водоотборника составит сотни килограммов. При этом диаметр пружины в данном случае принят равным внутреннему диаметру корпуса. Как показали ориентировочные расчеты, проволока пружины должна быть диаметром 8-9 мм, что для такого прибора выполнить просто невозможно. At a given depth, the hydrostatic pressure will be higher than the force of the tightened spring, as a result, the disk will rise, compressing the spring, and together with the disk, the water valve rises, and a sample of water will flow into the water intake. However, this device has a purely structural drawback, namely, that the diameter of the disk for which hydrostatic pressure is designed is equal to the diameter of the housing. This leads to the fact that at a great depth, for example 50 m, the force of hydrostatic pressure on the disk area of the usual dimensions of the water intake will be hundreds of kilograms. Moreover, the diameter of the spring in this case is taken equal to the inner diameter of the housing. As shown by approximate calculations, the spring wire should be 8-9 mm in diameter, which is simply impossible for such a device.

Технический результат изобретения состоит в повышении работоспособности и надежности устройства, упрощении конструкции и уменьшении габаритов и автоматизации процесса отбора пробы воды. The technical result of the invention consists in increasing the operability and reliability of the device, simplifying the design and reducing the size and automation of the process of sampling water.

Для достижения указанного технического результата водоотборник, содержащий полый корпус со смонтированным в нем, подпружиненным и уплотненным относительно него поршнем, выполненным с центральным сквозным отверстием, в котором размещен патрубок с крышкой, и снабженным в нижней своей части опорами, на которых закреплены захваты с хвостовиками, водяной клапан, седло для него с фигурным буртом для зацепления с захватами поршня, верхний шток для взаимодействия с хвостовиками захватов, обечайку в нижней части, в которой размещен нижний шток с резьбовым концом, выходящим за пределы обечайки, и натяжной гайкой для перемещения диска, смонтированного в обечайке с возможностью перемещения относительно нижнего штока водяного клапана и подпружиненного относительно седла водяного клапана, согласно изобретению, он снабжен крышкой, закрепленной в верхней части внутренней поверхности корпуса и уплотненной относительно нее, а водяной клапан выполнен в виде снабженного уплотнением поршня, связанного с верхним и нижним штоками, при этом в седле водяного клапана выполнена полость для размещения поршня, причем в водяном клапане выполнены глухое сверление в аксиальном направлении и соединенное с ним радиальное отверстие, а в седле водяного клапана выполнен сквозной радиальный канал для совмещения с радиальным отверстием, при этом поршень выполнен с диаметром, превышающим диаметр диска, снабженного уплотнением. To achieve the specified technical result, a water sampler comprising a hollow body with a piston mounted in it, spring-loaded and sealed relative to it, made with a central through hole in which the pipe with a cover is placed and provided with supports in its lower part on which grips with shanks are fixed, a water valve, a saddle for it with a figured collar for engagement with piston grips, an upper stem for interacting with gripper shanks, a casing in the lower part in which the lower stem is located according to the invention, it has a cap fixed to the upper part of the inner surface of the casing and sealed relative to the threaded end extending beyond the shell and the tension nut to move the disc mounted in the shell with the ability to move relative to the lower stem of the water valve and spring-loaded relative to the seat of the water valve her, and the water valve is made in the form of a piston equipped with a seal connected with the upper and lower rods, while in the saddle of the water valve there is a cavity for displacement of the piston, and in the water valve, blind drilling in the axial direction and a radial hole connected to it are made, and in the saddle of the water valve there is a through radial channel for alignment with the radial hole, while the piston is made with a diameter exceeding the diameter of the disk provided with a seal.

Кроме того, обечайка выполнена из прозрачного материала и снабжена шкалой глубины отбора проб воды, при этом диск снабжен указателем. In addition, the shell is made of transparent material and is equipped with a scale for the depth of water sampling, while the disk is equipped with a pointer.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен продольный разрез устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of the device.

Водоотборник состоит из полого корпуса 1, обечайки 2, седла 3 водяного клапана 4, соединенных фланцами. В корпусе смонтирован подпружиненный поршень 5, уплотненный относительно корпуса двухъярусными манжетами 6 и 7. Поршень выполнен с центральным сквозным отверстием, в котором закреплен полый патрубок 8, который выведен из корпуса наружу через крышку 9. The water sampler consists of a hollow body 1, a shell 2, a seat 3 of a water valve 4 connected by flanges. A spring-loaded piston 5 is mounted in the housing, sealed relative to the housing by two-tier cuffs 6 and 7. The piston is made with a central through hole in which the hollow pipe 8 is fixed, which is led out of the housing through the cover 9.

Наружный верхний торец патрубка 8 закрыт глухой гайкой 10, а нижний торец сообщен с водяной полостью корпуса 1. The outer upper end of the pipe 8 is closed with a blind nut 10, and the lower end is in communication with the water cavity of the housing 1.

Крышка 9, уплотненная относительно верхней части внутренней поверхности корпуса, опирается на внутреннее пружинное кольцо 11 и прижата к нему верхним пружинным кольцом 12. Крышка снабжена воздушным клапаном 13. The cover 9, sealed relative to the upper part of the inner surface of the housing, rests on the inner spring ring 11 and is pressed against it by the upper spring ring 12. The cover is equipped with an air valve 13.

Поршень 5 состоит из полой втулки 14 с сухарем 15 внутри, соединенными общей накладкой 16 с винтами 17. В кольцевом зазоре между втулкой 14 и сухарем 125 размещена цилиндрическая пружина сжатия 18, упирающаяся наверху в накладку 16, а внизу в горизонтальный участок 19 у седла 3 водяного клапана 4. The piston 5 consists of a hollow sleeve 14 with a cracker 15 inside, connected by a common plate 16 with screws 17. In the annular gap between the sleeve 14 and the cracker 125 there is a cylindrical compression spring 18 resting on the top of the plate 16 and at the bottom in the horizontal section 19 at the seat 3 water valve 4.

К нижнему свободному торцу сухаря 15 закреплены опоры 20, поддерживающие оси 21 и свободно посаженные на них захваты 22 с хвостовиками 23. Захваты своей 5 кромкой могут взаимодействовать с заостренной поверхностью фигурного бурта 24, а затылочной частью с наклонной поверхностью 25 фигурного бурта 24. Supports 20 are fixed to the lower free end of the cracker 15, supporting axles 21 and grips 22 with shanks 23 freely set on them. The grips with their 5 edges can interact with the pointed surface of the figured collar 24, and the occipital part with the inclined surface 25 of the figured collar 24.

Хвостовики 23 расположены горизонтально и направлены радиально к центру. The shanks 23 are arranged horizontally and directed radially to the center.

Опоры 20 установлены таким образом, что в момент взаимодействия захватов 22 с фигурным буртом 24 заостренная поверхность фигурного бурта 24 оказывается между положением оси 21 и центром тяжести 26 захватов 22, примерно на середине их проекции на горизонтальную плоскость. The supports 20 are installed in such a way that at the moment of interaction of the grippers 22 with the curly shoulder 24, the pointed surface of the curly shoulder 24 is between the position of the axis 21 and the center of gravity 26 of the grippers 22, approximately in the middle of their projection onto the horizontal plane.

В седле водяного клапана выполнена полость, а водяной клапан 4 выполнен в виде поршня, уплотненного относительно выполненной в седле 3 полости и связанного с верхним штоком 27 и нижним штоком 28. Между верхним штоком и хвостовиками 23 предусмотрен зазор в пределах 2-3 мм. A cavity is made in the seat of the water valve, and the water valve 4 is made in the form of a piston sealed relative to the cavity made in the saddle 3 and connected with the upper stem 27 and lower stem 28. A gap of 2-3 mm is provided between the upper stem and shanks 23.

В поршне 4 выполнено центральное аксиальное глухое сверление 29 и соединенное с ним радиальное отверстие 30 с возможностью совмещения с сквозным радиальным каналом 31 в седле 3. In the piston 4, a central axial blind drilling 29 and a radial hole 30 connected to it are made with the possibility of alignment with the through radial channel 31 in the seat 3.

Нижний шток 28 выходит за пределы обечайки 2 и выходит наружу своим резьбовым концом с натяжной гайкой 32. The lower rod 28 extends beyond the shell 2 and exits with its threaded end with a tension nut 32.

Обечайка 2 содержит уплотненный относительно ее диск 33, свободно насаженный на нижний шток 28, подпружиненный размещенной над диском пружиной 34 с возможностью перемещения натяжной гайкой 32. The shell 2 comprises a disk 33 sealed relative to its disk 33, loosely mounted on the lower stem 28, spring loaded with a spring 34 located above the disk and can be moved with a tension nut 32.

Обечайка 2 выполнена из прозрачного материала, например, из оргстекла. Вдоль наружной поверхности нанесена шкала с рисками 35, соответствующими в масштабе глубине отбора пробы воды. Диск 33 снабжен указателем 36. The shell 2 is made of a transparent material, for example, plexiglass. Along the outer surface there is a scale with risks 35 corresponding to the scale of the depth of water sampling. The disk 33 is provided with a pointer 36.

Корпус 1 в верхней части снабжен кольцами 37 для крепления тросика (не показан). The housing 1 in the upper part is provided with rings 37 for attaching a cable (not shown).

Перед подходом водоотборника к глубине заданного отбора пробы воды тросик прибора подвешивается к пружинным весам (не показано). Before the water intake approaches the depth of a given water sampling, the device cable is suspended from a spring balance (not shown).

Водоотборник работает следующим образом. The water intake works as follows.

Вращая гайку 32 и наблюдая за указателем 36 и шкалой 35, следует установить указатель на риске, соответствующей в масштабе глубине, на которой необходимо взять пробу воды. При этом пружина 34 будет сжата до силы несколько менее, чем гидростатическое давление на глубине отбора пробы. Во время вращения гайки 32 и сжатия пружины 34 будет соответственно перемещаться вверх диск 33, но нижний шток 28 и водяной клапан-поршень 4 будут оставаться на месте, так как диск 33 насажен на шток 28 свободно с зазором. Turning the nut 32 and observing the pointer 36 and the scale 35, you should install the pointer on the risk, corresponding in scale to the depth at which it is necessary to take a water sample. In this case, the spring 34 will be compressed to a force slightly less than the hydrostatic pressure at the depth of sampling. During rotation of the nut 32 and compression of the spring 34, the disk 33 will move upward, but the lower stem 28 and the water valve-piston 4 will remain in place, since the disk 33 is freely seated on the rod 28 with a clearance.

Затем необходимо затянуть пружину 18 путем нажатия на глухую гайку 10 до тех пор, пока захваты 22 на войдут во взаимодействие с кромкой фигурного бурта 24 и тем самым сжатая пружина окажется застопоренной. Then it is necessary to tighten the spring 18 by pressing on the blind nut 10 until the grippers 22 do not come into contact with the edge of the curly shoulder 24 and thereby the compressed spring is locked.

По мере приближения захватов к фигурному бурту 24 (окончание затяжки) они будут скользить затылочной частью по наклонной плоскости 25 фигурного бурта 24 и поворачиваться вокруг оси 21. При этом центр тяжести 26 выйдет из общей с осью вертикали и в результате между ними будет возникать крутящий момент, стремящийся прижимать захваты к фигурному бурту. Это обеспечит надежность сцепления захватов 22 и с кромкой фигурного бурта 24. As the grips approach the curly shoulder 24 (end of tightening) they will slide the occipital part along the inclined plane 25 of the curly shoulder 24 and rotate around axis 21. In this case, the center of gravity 26 will come out of common with the vertical axis and, as a result, torque will occur between them seeking to clasp grips to a curly shoulder. This will ensure the reliability of the engagement of the grippers 22 and with the edge of the curly shoulder 24.

Когда водоотборник опустится до заданной глубины, гидростатическое давление на торец нижнего штока 28 и на диск 33 будет несколько больше, чем противодействующее этой силе давление пружины 34, сжатой вращением гайки 32. Избыточная сила поднимет нижний шток 28, поршень 4 и верхний шток 27, который поднимет хвостовик 23, и выведет из зацепления захваты 22 с фигурным буртом 24. Пружина 18 расстопорится и, расширяясь, пошлет поршень 5 вверх, освобождая подпоршневую полость для пробы воды. В результате подъема водяного клапана-поршня 5, радиальное отверстие 30 совместится со сквозным радиальным каналом 31 седла 3. When the water collector drops to a predetermined depth, the hydrostatic pressure on the end of the lower rod 28 and on the disk 33 will be slightly greater than the pressure of the spring 34, which counteracts this force, compressed by the rotation of the nut 32. Excessive force will raise the lower rod 28, piston 4 and upper rod 27, which raises the shank 23, and disengages the grippers 22 with a curly shoulder 24. The spring 18 will open and expand, will send the piston 5 up, freeing the under-piston cavity for a sample of water. As a result of the lifting of the water valve-piston 5, the radial hole 30 is aligned with the through radial channel 31 of the seat 3.

При подъеме нижнего штока 28 и диска 33 пружина 34 соответственно сожмется. Характеристика пружины 34 подобрана так, что в результате дополнительного сжатия сила пружины увеличится и станет равной силе гидростатического давления. Наступит равновесие и дальнейший подъем штока 28 прекратится. When lifting the lower rod 28 and the disc 33, the spring 34 is compressed accordingly. The characteristic of the spring 34 is selected so that as a result of additional compression, the force of the spring increases and becomes equal to the force of hydrostatic pressure. There will be equilibrium and the further rise of the rod 28 will stop.

Вода будет поступать в водоотборник через аксиальное глухое сверление 29 и заполнять объем под поршнем 5. Water will enter the water sample through axial blind drilling 29 and fill the volume under the piston 5.

Когда водоотборник заполнится водой, давление в нем сравняется с наружным гидростатическим давлением. When the water sampler is filled with water, the pressure in it will equal the external hydrostatic pressure.

Диаметр поршня 4 больше диаметра диска 33, поэтому при равенстве давлений внутри и снаружи водоотборника, сила этого давления от поршня 4 будет больше, чем сила от гидростатического давления, действующая на торец нижнего штока 28 и диска 33. Эта избыточная сила опустит шток 28 в первоначальное положение, при котором радиальное отверстие 30 удалено от сквозного радиального канала 31. Таким образом, взятая проба воды окажется запертой и водоотборник можно поднимать из воды. The diameter of the piston 4 is larger than the diameter of the disk 33, therefore, if the pressures inside and outside the water are equal, the force of this pressure from the piston 4 will be greater than the force from hydrostatic pressure acting on the end face of the lower rod 28 and disk 33. This excess force will lower the rod 28 to the original the position at which the radial hole 30 is removed from the through radial channel 31. Thus, the taken water sample will be locked and the water intake can be lifted out of the water.

Сигналом к подъему водоотборника служат показания пружинных весов, на которых подвешивается трос прибора при подходе его к заданной глубине. Начало поступления воды в водоотборник фиксируют по увеличению веса, окончание когда увеличение веса устройства прекратится. По мере подъема водоотборника гидростатическое давление будет уменьшаться, и тогда сработает воздушный клапан 13 и сжатый воздух в надпоршневой полости будет стравливаться в воду. The signal to the lift of the water intake is the readings of a spring balance, on which the cable of the device is suspended when it approaches the set depth. The beginning of the flow of water into the water intake is recorded by weight gain, the end when the weight gain of the device stops. As the water intake rises, the hydrostatic pressure will decrease, and then the air valve 13 will operate and the compressed air in the over-piston cavity will be blown into the water.

Забор воды из водоотборника производится после снятия глухой гайки 10 с патрубка 8. The water is taken from the water sampler after removing the blind nut 10 from the pipe 8.

По сравнению с известными средствами предлагаемое решение имеет следующие преимущества:
надежность работы за счет улучшенной конструкции, при которой регулировка натяжения пружины диска не влияет на положение водяного клапана;
уменьшение габаритов и веса за счет уменьшения размеров обечайки по сравнению с корпусом, размеры которого диктуются количеством воды, необходимой для пробы;
начало отбора пробы воды, заполнение водоотборника взятой пробой и закрытие прибора после окончания отбора происходит автоматически в требуемой последовательности;
неограниченная глубина отбора пробы воды.Compared with known means, the proposed solution has the following advantages:
reliability due to the improved design, in which the adjustment of the spring tension of the disk does not affect the position of the water valve;
reduction in size and weight by reducing the size of the shell compared with the body, the dimensions of which are dictated by the amount of water needed for the sample;
the beginning of the sampling of water, filling the sampler with the sample taken and closing the device after the sampling is completed automatically in the required sequence;
unlimited depth of water sampling.

Claims

1. A water sampler comprising a hollow body with a piston mounted spring-loaded and sealed relative to it, made with a central through hole in which the nozzle with a cover is placed and provided with supports in its lower part, on which grips with shanks, a water valve, a saddle are fixed for it with a figured shoulder for engagement with the piston grips, the upper rod for interacting with the gripper shanks, a shell in the lower part, in which the lower rod with a threaded end extending beyond the shell, is placed, a tension nut to move the disk mounted in the shell with the ability to move relative to the lower stem of the water valve and spring-loaded relative to the seat of the water valve, characterized in that it is provided with a cover fixed to the upper part of the inner surface of the housing and sealed relative to it, and the water valve is made in the form provided with a piston seal associated with the upper and lower rods, while in the seat of the water valve a cavity is made to accommodate the piston, moreover, in the water valve s blind drilling in the axial direction and connected with it a radial hole, and the water valve seat is made through the radial passage for alignment with the radial bore, wherein the piston is formed with a diameter greater than the diameter of the disc, provided with a seal.

2. The water sample according to claim 1, characterized in that the shell is made of transparent material and is equipped with a scale for the depth of water sampling, while the disk is equipped with a pointer.