RU215436U1 - Device for sampling water from under-ice reservoirs - Google Patents

Device for sampling water from under-ice reservoirs Download PDF

Info

Publication number
RU215436U1
RU215436U1 RU2022114767U RU2022114767U RU215436U1 RU 215436 U1 RU215436 U1 RU 215436U1 RU 2022114767 U RU2022114767 U RU 2022114767U RU 2022114767 U RU2022114767 U RU 2022114767U RU 215436 U1 RU215436 U1 RU 215436U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sampling
piston
sampling container
water
under
Prior art date
Application number
RU2022114767U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Аркадий Анатольевич Захаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ)
Application granted granted Critical
Publication of RU215436U1 publication Critical patent/RU215436U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для извлечения проб воды с больших глубин морей и озер через пробуренную ледовую скважину, заполненную незамерзающей холодной жидкостью, с целью исследования биохимического и физического состава воды и растворенных в ней газов.The utility model relates to devices for extracting water samples from great depths of seas and lakes through a drilled ice well filled with a non-freezing cold liquid in order to study the biochemical and physical composition of water and gases dissolved in it.

Устройство содержит пробоотборную емкость, с отверстием в донышке, расположенную внутри ее вертикальную пробоотборную трубку. Внутри пробоотборной емкости наверху закреплен магнит, под которым находится поршень с магнитным кольцом сверху, пробоотборная трубка проходит через центр поршня, закреплена в нем верхней своей части, имеет верхнюю резьбу под поршнем. Конец вертикальной пробоотборной трубки выведен наружу через донышко пробоотборной емкости, на нижнем наружном резьбовом креплении пробоотборной трубки установлен фланец с уплотнительным кольцом и затвор. В верхней части корпуса пробоотборной емкости выполнены два отверстия, расположенные под магнитом, снабжены вентилями, и наверху вдоль внутренней поверхности корпуса пробоотборной емкости выполнены пазы, длина каждого превышает расстояние между боковыми поршневыми уплотнительными кольцами. Нагревательные элементы окружают пробоотборную емкость. Пробоотборная емкость размещена внутри конической формы защитного каркаса, в верхней части которого расположено крепление для подъема.The device contains a sampling container, with a hole in the bottom, located inside its vertical sampling tube. Inside the sampling container, a magnet is fixed at the top, under which there is a piston with a magnetic ring on top, the sampling tube passes through the center of the piston, its upper part is fixed in it, and has an upper thread under the piston. The end of the vertical sampling tube is brought out through the bottom of the sampling container; a flange with a sealing ring and a lock are installed on the lower outer threaded fastening of the sampling tube. In the upper part of the body of the sampling container, two holes are made, located under the magnet, equipped with valves, and grooves are made at the top along the inner surface of the body of the sampling container, the length of each exceeds the distance between the side piston sealing rings. Heating elements surround the sampling vessel. The sampling container is placed inside the conical shape of the protective frame, in the upper part of which there is a mount for lifting.

Технический эффект - получение проб не только воды, но и растворенного в ней газа непосредственно из подледного водоема через пробуренную ледяную скважину.

Figure 00000001
EFFECT: obtaining samples not only of water, but also of gas dissolved in it directly from a subglacial reservoir through a drilled ice well.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к области океанологии и лимнологии, в частности к пробоотборным устройствам, применяемым для извлечения проб воды с больших глубин морей и озер с целью изучения состава и количества растворенного в воде газа и проведения физико-химических и биологических исследований воды, извлеченной с различных глубин. Работа с пробоотборником может производиться с борта судна или с поверхности льда через скважину небольшого диаметра. Полезная модель также может использоваться в карьерах, прудах и других водных объектах искусственного происхождения. Основное назначение полезной модели заключается в извлечении проб воды и растворенных в ней газов из подледниковых водоемов через пробуренную ледовую скважину, заполненную незамерзающей холодной жидкостью.The utility model relates to the field of oceanology and limnology, in particular to sampling devices used to extract water samples from great depths of seas and lakes in order to study the composition and amount of gas dissolved in water and conduct physicochemical and biological studies of water extracted from various depths . The sampler can be operated from a vessel or from the ice surface through a small bore hole. The utility model can also be used in quarries, ponds and other artificial water bodies. The main purpose of the utility model is to extract samples of water and gases dissolved in it from subglacial reservoirs through a drilled ice well filled with a non-freezing cold liquid.

В качестве аналога рассмотрено устройство по патенту РФ №2244913 "Устройство для отбора проб из подледных водоемов" [1]. Устройство содержит: цилиндрический корпус, в котором смонтированы нижний и верхний нагреватели, грузонесущий кабель для выполнения спуско-подъемных операций, кабельный замок для крепления устройства на грузонесущем кабеле, блок электроразъемов, блок, содержащий набор параллельно соединенных кассет, в каждой из них находится микробиологический фильтр (например: поликарбонатный фильтр 0,23 мкм), два электромагнитных клапана для изоляции исследуемой пробы от окружающей среды и насос для прокачки исследуемой воды через блок, трубу для выливания отфильтрованной воды в озеро. Устройство работает следующим образом. После проходки скважины с использованием заливочной жидкости для бурения и вскрытия скважиной подледного водоема буровой снаряд извлекается из скважины. При этом определенная часть воды поднимается в скважину до выравнивания давлений в водоеме и столба заливаемой жидкости в скважине. Затем через скважину в исследуемый водоем опускается устройство для отбора проб с предварительно простерилизованным блоком фильтров на заданную глубину, посредством грузонесущего кабеля. Так как за время спуско-подъемных операций вода, поднявшаяся в скважину, может намерзнуть на стенках скважины, устройство опускают с включенным нижним нагревателем. На заданной глубине, открываются электромагнитные клапаны, включают насос, обеспечивающий поступление подледниковой воды во внутренний сосуд, который прокачивает исследуемую воду через блок, содержащий набор параллельно соединенных кассет с микробиологическими фильтрами. При этом вода прокачивается через все кассеты этого блока фильтров параллельно, благодаря чему суммарная площадь фильтров при сравнительно небольшом диаметре пробоотборника позволяет значительно увеличить объем исследуемой пробы. Профильтрованная вода через трубу попадает обратно в озеро. По окончании процесса пробоотбора оба электромагнитных клапана закрывают, выключают насос, и устройство извлекают из скважины. После извлечения устройства из скважины из него вынимается блок с кассетами вместе с электромагнитными клапанами, находящимися в закрытом положении, и передается для проведения исследований воды. Устройство имеет следующие недостатки:As an analogue, a device is considered according to the patent of the Russian Federation No. 2244913 "Device for sampling from under-ice reservoirs" [1]. The device contains: a cylindrical body in which the lower and upper heaters are mounted, a load-carrying cable for performing tripping operations, a cable lock for fixing the device on a load-carrying cable, a block of electrical connectors, a block containing a set of parallel-connected cassettes, each of which contains a microbiological filter (for example: polycarbonate filter 0.23 µm), two solenoid valves for isolating the test sample from the environment and a pump for pumping the test water through the unit, a pipe for pouring the filtered water into the lake. The device works as follows. After drilling a well using a drilling fluid and opening a sub-ice reservoir, the drill string is removed from the well. In this case, a certain part of the water rises into the well until the pressures in the reservoir and the column of the poured liquid in the well equalize. Then, a sampling device with a pre-sterilized filter block is lowered through the well into the reservoir under study to a predetermined depth by means of a load-carrying cable. Since during tripping operations the water that has risen into the well may freeze on the walls of the well, the device is lowered with the lower heater turned on. At a given depth, electromagnetic valves open, turn on a pump that ensures the supply of subglacial water to the inner vessel, which pumps the test water through a block containing a set of parallel-connected cassettes with microbiological filters. In this case, water is pumped through all the cassettes of this filter unit in parallel, due to which the total area of the filters with a relatively small diameter of the sampler can significantly increase the volume of the sample under study. The filtered water goes back to the lake through a pipe. At the end of the sampling process, both solenoid valves are closed, the pump is turned off, and the device is removed from the well. After removing the device from the well, a block with cassettes is removed from it, together with electromagnetic valves in the closed position, and transferred to water testing. The device has the following disadvantages:

1) устройство не обеспечивает качественный отбор пробы, поскольку заливочная жидкость из скважины попадает в устройство при открытии клапана и включении насоса поступит на стерильные фильтры и загрязнит их;1) the device does not provide high-quality sampling, since the drilling fluid from the well enters the device when the valve is opened and the pump is turned on, it will enter the sterile filters and contaminate them;

2) порция заливочной жидкости, содержащаяся в полости перед входным клапаном, проходит через устройство, насос и выпускной клапан и поступает в озеро, что приведет к загрязнению подледного водоема;2) a portion of the drilling fluid contained in the cavity in front of the inlet valve passes through the device, pump and outlet valve and enters the lake, which will lead to pollution of the under-ice reservoir;

3) наличие активных механических устройств: насоса и клапанов, снижает надежность устройства в условиях высокого давления в подледных водоемах;3) the presence of active mechanical devices: a pump and valves, reduces the reliability of the device under high pressure conditions in under-ice reservoirs;

4) устройство создано для сбора микробиологических проб на фильтрах и не предназначено непосредственно для извлечения проб воды и растворенного в ней газа.4) the device is designed to collect microbiological samples on filters and is not intended directly for extracting samples of water and gas dissolved in it.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является устройство, по патенту РФ №2645539 "Устройство для отбора пробы воды из подледных водоемов" [2]. Устройство предназначено для отбора пробы подледной воды, которая поступает из озера в нижнюю часть пробуренной скважины.The closest analogue of the proposed utility model is a device according to RF patent No. 2645539 "Device for sampling water from under-ice reservoirs" [2]. The device is designed to take samples of under-ice water, which comes from the lake to the lower part of the drilled well.

Устройство содержит наружный корпус, расположенную внутри него пробоотборную емкость, нагреватели, отверстия в наружном корпусе и внутреннем сосуде, причем верх наружного корпуса имеет средства для закрепления подъемного механизма, а отверстие в дне наружного корпуса предназначено для вывода пробоотборной трубки, внутри пробоотборной емкости установлен электромагнит и расположен поршень, и на боковой поверхности в верхней части пробоотборной емкости выполнено боковое отверстие для поступления пробы воды внутрь сосуда, в дне пробоотборной емкости выполнено другое отверстие, предназначенное для слива воды из-под поршня в наружный корпус, причем пробоотборная емкость снабжена крышкой с буртиком, герметично охватывающим его наружную часть, и крышка с буртиком установлена на пробоотборной емкости с образованием зазора вверху, а в зазоре между наружным корпусом и пробоотборной емкости расположена трубка, которая является пробоотборной, один конец которой выведен с обеспечением герметичности наружу через отверстие в дне наружного корпусе. Верхняя часть крышки внутреннего сосуда имеет два сквозных отверстия с заглушками, а внутри буртика крышки по всей его высоте выполнено сквозное вертикальное отверстие, в которое герметично входит второй конец пробоотборной трубки, и вбок от этого отверстия в буртике по направлению к внутреннему сосуду выполнено два отверстия, первое из которых совмещено с отверстием на стенке в верхней части внутреннего сосуда для поступления анализируемой пробы воды, а второе отверстие в буртике совмещено с верхним зазором между крышкой и краем пробоотборной емкости для обеспечением сообщения с зазором между внутренним сосудом и наружным корпусом. Нагревательные элементы установлены на наружной части пробоотборной трубки и в зазоре между наружным корпусом и пробоотборной емкостью. Электромагнит имеет кабель, выведенный на поверхность льда водоема.The device comprises an outer case, a sampling container located inside it, heaters, holes in the outer case and the inner vessel, wherein the top of the outer case has means for fixing the lifting mechanism, and the hole in the bottom of the outer case is designed to lead out the sampling tube, an electromagnet is installed inside the sampling container, and a piston is located, and on the side surface in the upper part of the sampling container there is a side hole for entering the water sample into the vessel, another hole is made in the bottom of the sampling container, designed to drain water from under the piston into the outer casing, and the sampling container is equipped with a lid with a shoulder, hermetically covering its outer part, and a cover with a shoulder is installed on the sampling container with a gap at the top, and in the gap between the outer case and the sampling container there is a tube, which is a sampling tube, one end of which is brought out to ensure tightness out through the hole in the bottom of the outer case. The upper part of the lid of the inner vessel has two through holes with plugs, and inside the collar of the lid, a through vertical hole is made along its entire height, into which the second end of the sampling tube tightly enters, and two holes are made to the side of this hole in the collar towards the inner vessel, the first of which is aligned with the hole on the wall in the upper part of the inner vessel for receiving the analyzed water sample, and the second hole in the shoulder is aligned with the upper gap between the cover and the edge of the sampling container to provide communication with the gap between the inner vessel and the outer casing. The heating elements are installed on the outer part of the sampling tube and in the gap between the outer casing and the sampling container. The electromagnet has a cable brought to the surface of the ice of the reservoir.

Таким образом, в прототипе наружный корпус пробоотборника выполняет защитную функцию пробоотборной емкости, служит для размещения элементов крепежа грузонесущего кабеля, но также и совмещает одновременно элементы пробоотбора, т.к. пробоотборная труба размещена именно внутри наружного корпуса вне пробоотборной емкости.Thus, in the prototype, the outer body of the sampler performs the protective function of the sampling container, serves to accommodate the fasteners of the load-carrying cable, but also combines the sampling elements at the same time, because the sampling pipe is located exactly inside the outer casing outside the sampling container.

Устройство имеет следующие недостатки, ограничивающие его использование:The device has the following disadvantages that limit its use:

1) устройство не позволяет производить отбор растворенного в воде газа;1) the device does not allow the selection of gas dissolved in water;

2) с помощью устройства можно отбирать только пробу, поступившую в скважину из водоема, устройство не предназначено для отбора пробы ниже скважины внутри водоема из-за конструкции наружного корпуса в виде трубы;2) using the device, you can only take a sample that has entered the well from the reservoir, the device is not intended for sampling below the well inside the reservoir due to the design of the outer casing in the form of a pipe;

3) устройство сложно в эксплуатации, т.к. для закрытия пробоотборной трубки на ее наружном конце намораживается ледяная пробка с последующим ее расплавлением электрическим нагревателем в месте пробоотбора, что усложняет процедуру подготовки и проведения пробоотбора;3) the device is difficult to operate, because to close the sampling tube, an ice plug is frozen at its outer end, followed by its melting by an electric heater at the sampling site, which complicates the procedure for preparing and conducting sampling;

4) процедура удаления пробы из пробоотборной емкости недостаточно стерильна, поскольку для удаления пробы необходимо введение внутрь пробоотборной емкости трубки для слива пробы воды и трубки для подачи вытесняющего ее газа, что потенциально создает условия для загрязнения пробы;4) the procedure for removing the sample from the sampling container is not sterile enough, since to remove the sample, it is necessary to insert a tube to drain the water sample and a tube to supply the gas displacing it inside the sampling container, which potentially creates conditions for sample contamination;

4) для удаления пробы из пробоотборной емкости используется система подачи сверхчистого газа, что усложняет и удорожает пробоотбор.4) to remove the sample from the sampling tank, an ultrapure gas supply system is used, which complicates and increases the cost of sampling.

Техническим эффектом заявляемой полезной модели является получение проб не только воды, но и растворенного в ней газа непосредственно из подледного водоема через пробуренную ледяную скважину, которая заполнена заливочной жидкостью.The technical effect of the claimed utility model is to obtain samples not only of water, but also of the gas dissolved in it directly from a subglacial reservoir through a drilled ice well, which is filled with a drilling fluid.

Технический эффект достигается тем, что в известном устройстве для отбора проб из подледных водоемов, включающем корпус пробоотборной емкости с отверстием в донышке, помещенный в защитный корпус с креплением для подъема, внутри в верхней части корпуса пробоотборной емкости расположен электромагнит, к которому примагничен поршень с магнитным кольцом сверху, конец вертикальной пробоотборной трубки выведен наружу, в верхней части корпуса пробоотборной емкости под электромагнитом выполнены два отверстия, новым является то, что пробоотборная трубка установлена внутри пробоотборной емкости, проходит через центр поршня, закреплена на нем в верхней своей части, имеет верхнюю резьбу под поршнем и выведена наружу через донышко пробоотборной емкости, на нижнем наружном резьбовом креплении пробоотборной трубки установлен фланец с уплотнительным кольцом и затвор, а два отверстия в верхней части корпуса пробоотборной емкости, расположенные под электромагнитом, снабжены вентилями, и наверху вдоль внутренней поверхности корпуса пробоотборной емкости выполнены пазы, длина каждого превышает расстояние между боковыми поршневыми уплотнительными кольцами, нагревательные элементы окружают пробоотборную емкость, а защитный корпус выполнен в виде каркаса и имеет коническую верхнюю часть.The technical effect is achieved by the fact that in a well-known device for sampling from under-ice reservoirs, including a body of a sampling container with a hole in the bottom, placed in a protective housing with a mount for lifting, an electromagnet is located inside in the upper part of the body of the sampling container, to which a piston with a magnetic ring on top, the end of the vertical sampling tube is brought out, two holes are made in the upper part of the body of the sampling container under the electromagnet, what is new is that the sampling tube is installed inside the sampling container, passes through the center of the piston, is fixed on it in its upper part, has an upper thread under the piston and brought out through the bottom of the sampling container, a flange with a sealing ring and a lock are installed on the lower outer threaded fastening of the sampling tube, and two holes in the upper part of the sampling container body, located under the electromagnet, are equipped with valves, and at the top along the outer grooves are made on the outer surface of the body of the sampling container, the length of each exceeds the distance between the side piston sealing rings, the heating elements surround the sampling container, and the protective housing is made in the form of a frame and has a conical upper part.

Как было сказано выше, в прототипе наружный корпус пробоотборника выполняет защитную функцию пробоотборной емкости, служит для размещения элементов крепежа грузонесущего кабеля, но также и совмещает одновременно элементы пробоотбора, т.к. пробоотборная труба размещена именно внутри наружного корпуса вне пробоотборной емкости.As mentioned above, in the prototype, the outer body of the sampler performs the protective function of the sampling container, serves to accommodate the fasteners of the load-carrying cable, but also combines the sampling elements at the same time, because the sampling pipe is located exactly inside the outer casing outside the sampling container.

В заявляемом пробоотборном устройстве защитный корпус, выполненный в виде каркаса, обеспечивает доступ к двум вентилям на отверстиях в верхней части корпуса пробоотборной емкости, выполняет защитную функцию для пробоотборной емкости, вентилей и служит для размещения элементов крепежа грузонесущего кабеля, а пробоотборная трубка и другие элементы, связанные с пробоотбором, установлены внутри пробоотборной емкости. Пазы вдоль внутренней поверхности корпуса пробоотборной емкости с длиной каждого, превышающей расстояние между боковыми поршневыми уплотнительными кольцами, обеспечивают выравнивание давления над и под поршнем в начальный момент его движения, а также служат для заполнения пробоотборной емкости дистиллированной водой и удаления воздуха при заполнении.In the inventive sampling device, the protective case, made in the form of a frame, provides access to two valves at the holes in the upper part of the sampling container, performs a protective function for the sampling container, valves and serves to accommodate the fasteners of the load-carrying cable, and the sampling tube and other elements, associated with sampling are installed inside the sampling container. Slots along the inner surface of the body of the sampling container with a length of each exceeding the distance between the side piston sealing rings ensure pressure equalization above and below the piston at the initial moment of its movement, and also serve to fill the sampling container with distilled water and remove air during filling.

Такие конструктивные изменения пробоотборника позволяют достичь технического эффекта, что подтверждено ниже.Such design changes of the sampler allow to achieve a technical effect, which is confirmed below.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, фиг 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5.The essence of the utility model is illustrated in Fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4, fig. five.

На фиг. 1 схематически изображен пробоотборник воды, где пробоотборная емкость 1, в нижней части корпуса пробоотборной емкости имеется донышко 2 с отверстием, а в верхней части расположено отверстие с вентилем 3а и отверстие с вентилем 3б, причем вентиль 3б находится выше вентиля 3а, и герметичный электрический разъем 4, а сам корпус пробоотборной емкости 1 снаружи имеет электронагревательные элементы с теплоизоляцией 5 и помещен в защитный корпус-каркас 6 с подъемным креплением 7, в котором закрепляется грузонесущий кабель 8. Внутри, в верхней части корпуса пробоотборной емкости 1 расположен электромагнит 9, который соединен с грузонесущим кабелем 8 через герметичный электрический разъем 4. Внутри корпуса пробоотборной емкости 1 на электромагните 9 примагничен поршень 10 с кольцом из магнитного сплава с радиальными пазами и уплотнительными поршневыми кольцами 11. Через поршень проходит пробоотборная трубка 12 с верхним резьбовым креплением 13 и нижним резьбовым креплением 14, которые предусмотрены для наворачивания фланца 15 с уплотнительным кольцом; затвор 16 наворачивается на нижнее резьбовое крепление 14.In FIG. Fig. 1 schematically shows a water sampler, where the sampling container is 1, in the lower part of the body of the sampling container there is a bottom 2 with a hole, and in the upper part there is a hole with a valve 3a and a hole with a valve 3b, moreover, the valve 3b is located above the valve 3a, and a sealed electrical connector 4, and the case of the sampling container 1 itself has electric heating elements with thermal insulation 5 on the outside and is placed in a protective frame-case 6 with a lifting mount 7, in which the load-carrying cable 8 is fixed. Inside, in the upper part of the body of the sampling container 1, an electromagnet 9 is located, which is connected with a load-carrying cable 8 through a sealed electrical connector 4. Inside the body of the sampling container 1 on an electromagnet 9, a piston 10 with a ring made of a magnetic alloy with radial grooves and sealing piston rings 11 is magnetized. A sampling tube 12 passes through the piston with an upper threaded fastening 13 and a lower threaded fastening 14, which are provided drills for screwing on the flange 15 with a sealing ring; the shutter 16 is screwed onto the lower threaded fastener 14.

На фиг. 2 изображен затвор 16 с резьбовым отверстием в верхней части, где 17 - боковые отверстия, 18 - уплотнительная прокладка.In FIG. 2 shows a valve 16 with a threaded hole in the upper part, where 17 are side holes, 18 is a sealing gasket.

На фиг. 3 представлено устройство в момент отбора пробы - при движении поршня вниз.In FIG. 3 shows the device at the time of sampling - when the piston moves down.

На фиг. 4 представлено устройство, где поршень находится в крайнем нижнем положении в пробоотборной емкости после отбора пробы воды.In FIG. 4 shows a device where the piston is in the lowest position in the sampling container after sampling the water.

На фиг. 5 представлено устройство в перевернутом положении при удалении пробы воды из пробоотборной емкости.In FIG. 5 shows the device in an inverted position while removing a water sample from a sampling container.

За счет конструктивного решения пробоотборник обеспечивает два режима пробоотбора. Первый режим предназначен для выделения и сбора растворенного в пробе воды газа с целью изучения его количественного состава на определенной глубине водоема. Второй режим предназначен для отбора пробы воды с целью проведения ее физико-химических и биологических исследований.Due to the constructive solution, the sampler provides two sampling modes. The first mode is designed to isolate and collect the gas dissolved in the water sample in order to study its quantitative composition at a certain depth of the reservoir. The second mode is designed to take water samples for the purpose of conducting its physicochemical and biological studies.

Пробоотборник воды работает следующим образом.The water sampler works as follows.

Подготовка устройства к отбору пробы на поверхности.Preparing the device for sampling on the surface.

Электромагнит 9 удерживает в верхнем положении поршень 10 с кольцом из магнитного сплава с радиальными пазами. На нижнее резьбовое крепление 14 наворачивается и герметизируется фланец с уплотнительным кольцом 15 и затвор 16 в положении, когда прокладка 18 прижата к нижнему концу пробоотборной трубки 12. Вентили 3а и 3б находятся в открытом состоянии. Через вентиль 3а подается дистиллированная вода, прошедшая обработку для удаления растворенных в ней газов, которая протекает по пазам на внутренней боковой поверхности пробоотборной емкости и заполняет объем под поршнем 10.The electromagnet 9 holds in the upper position the piston 10 with a magnetic alloy ring with radial grooves. A flange with a sealing ring 15 and a shutter 16 are screwed onto the lower threaded fastener 14 and sealed in the position when the gasket 18 is pressed against the lower end of the sampling tube 12. Valves 3a and 3b are in the open state. Distilled water, which has been treated to remove the gases dissolved in it, is supplied through the valve 3a, which flows through the grooves on the inner side surface of the sampling container and fills the volume under the piston 10.

Пазы вдоль внутренней поверхности корпуса пробоотборной емкости, каждый длиной, превышающий расстояние между боковыми уплотнительными кольцами поршня, обеспечивают выравнивание давления над и под поршнем в начальный момент его движения. Вытесняемый водой воздух через пазы на внутренней боковой поверхности пробоотборной емкости выходит наружу через вентиль 3б. При появлении воды на выходе вентиля 3б затвор 16 открывается (фиг. 2), прокладка 18 отходит от конца пробоотборной трубки 12, вода по радиальным пазам на магнитном кольце поршня 10, поступает в пробоотборную трубку 12 и заполняет затвор 16, после чего вентили 3б и 3а закрываются. Вода в пробоотборной трубке 12 удерживается атмосферным давлением, воздействующим через открытый затвор 16. Грузонесущий кабель 8 соединяется с герметичным электрическим разъемом 4 и фиксируется в подъемном креплении 7 (фиг. 1).The grooves along the inner surface of the body of the sampling container, each longer than the distance between the side sealing rings of the piston, ensure equalization of pressure above and below the piston at the initial moment of its movement. The air displaced by water exits through the grooves on the inner side surface of the sampling vessel through valve 3b. When water appears at the outlet of the valve 3b, the shutter 16 opens (Fig. 2), the gasket 18 moves away from the end of the sampling tube 12, the water flows through the radial grooves on the magnetic ring of the piston 10, enters the sampling tube 12 and fills the shutter 16, after which the valves 3b and 3a are closed. The water in the sampling tube 12 is retained by atmospheric pressure acting through the open gate 16. The load-carrying cable 8 is connected to a sealed electrical connector 4 and fixed in the lifting fixture 7 (Fig. 1).

С помощью грузонесущего кабеля 8 производится опускание пробоотборного устройства через скважину с незамерзающей жидкостью в подледный водоем. Электронагревательный элемент с теплоизоляцией 5 находится во включенном состоянии, чтобы предотвратить замерзание дистиллированной воды в пробоотборной емкости.Using the load-carrying cable 8, the sampling device is lowered through the well with non-freezing liquid into the under-ice reservoir. The electrically insulated heating element 5 is switched on to prevent the distilled water from freezing in the sampling vessel.

После погружения пробоотборного устройства на заданную глубину, через грузонесущий кабель 8 к электромагниту 9 подается напряжение, и он отпускает поршень 10, который начинает двигаться вниз и вытесняет дистиллированную воду из пробоотборной емкости под поршнем через отверстие в донышке 2 наружу (фиг. 3). Боковые поршневые уплотнительные кольца 11 смещаются ниже пазов, выполненных на внутренней поверхности корпуса пробоотборной емкости (на фиг. 1 не показаны), уплотняют поршень 10 внутри пробоотборной емкости 1. При этом вода из водоема через затвор 16 и пробоотборную трубку 12 поступает в объем пробоотборной емкости над поршнем 10. Дистиллированная вода, которая содержится в пробоотборной трубке 12 и не содержащая растворенных газов, поступает в пробоотборную емкость 1 и смешивается с пробой из водоема. При этом не нарушается качественный биохимический и газовый состав пробы. После достижения поршнем крайнего нижнего положения он прижимается своим уплотнительным кольцом к донышку 2, процесс пробоотбора заканчивается, и пробоотборное устройство поднимают на поверхность. В результате понижения давления при подъеме из глубины и за счет прогрева пробоотборной емкости 1 электронагревательным элементом 5 растворенный газ выделяется из воды и собирается в верхней части пробоотборной емкости, при этом вода вытесняется газом наружу через пробоотборную трубку 12 и открытый затвор 16.After the sampling device is immersed to a predetermined depth, voltage is applied to the electromagnet 9 through the load-carrying cable 8, and it releases the piston 10, which starts moving down and displaces distilled water from the sampling container under the piston through the hole in the bottom 2 to the outside (Fig. 3). The side piston sealing rings 11 are displaced below the grooves made on the inner surface of the body of the sampling container (not shown in Fig. 1), seal the piston 10 inside the sampling container 1. In this case, water from the reservoir through the gate 16 and the sampling tube 12 enters the volume of the sampling container above the piston 10. Distilled water, which is contained in the sampling tube 12 and does not contain dissolved gases, enters the sampling container 1 and mixes with the sample from the reservoir. At the same time, the qualitative biochemical and gas composition of the sample is not disturbed. After the piston reaches its lowest position, it is pressed by its sealing ring against the bottom 2, the sampling process ends, and the sampling device is raised to the surface. As a result of the pressure drop when rising from the depth and due to the heating of the sampling container 1 by the electric heating element 5, the dissolved gas is released from the water and collected in the upper part of the sampling container, while the water is forced out by the gas through the sampling tube 12 and the open shutter 16.

После подъема устройства на поверхность затвор 16 закрывается, фланец с уплотнительным кольцом 15 наворачивается на верхнее резьбовое крепление 13 пробоотборной трубки 12 и притягивает поршень 10 через уплотнительное кольцо под ним к донышку 2, герметичный электрический разъем 4 разъединяется, и грузонесущий кабель 8 отсоединяется от подъемного крепления 7 (фиг. 4). Пробоотборное устройство транспортируется в место, подготовленное для удаления из него отобранной пробы воды и выделенного из нее газа. Удаление пробы из пробоотборной емкости производится через вентиль 3а, к которому присоединяется внешняя система, обеспечивающая стерильно чистое извлечение пробы из пробоотборного устройства для проведения дальнейших физико-химических и биологических исследований. Режим отбора пробы воды.After lifting the device to the surface, the shutter 16 closes, the flange with the sealing ring 15 is screwed onto the upper threaded fastening 13 of the sampling tube 12 and draws the piston 10 through the sealing ring under it to the bottom 2, the sealed electrical connector 4 is disconnected, and the load-carrying cable 8 is disconnected from the lifting fastening 7 (FIG. 4). The sampling device is transported to a place prepared for removal of the selected water sample and the gas released from it. The sample is removed from the sampling vessel through valve 3a, to which an external system is connected, which ensures sterile clean extraction of the sample from the sampling device for further physicochemical and biological studies. Water sampling mode.

После описанной выше процедуры подготовки устройства к отбору пробы на поверхности (фиг. 1) затвор 16 на нижнем резьбовом креплении 14 пробоотборной трубки 12 переводится в закрытое состояние (прокладка 18 прижата к концу пробоотборной трубки 12), вентиль 3а открывается, вентиль 3б закрыт. Устройство опускают на заданную глубину.After the above-described procedure for preparing the device for sampling on the surface (Fig. 1), the shutter 16 on the lower threaded fastening 14 of the sampling tube 12 is transferred to the closed state (the gasket 18 is pressed against the end of the sampling tube 12), the valve 3a opens, the valve 3b is closed. The device is lowered to a predetermined depth.

При погружении на заданную глубину через грузонесущий кабель 8 к электромагниту 9 подается напряжение, и он отпускает поршень 10, который начинает двигаться вниз, при этом вода из водоема через вентиль 3а поступает в объем пробоотборной емкости над поршнем 10, а дистиллированная вода, находящаяся под поршнем, через отверстие в донышке 2 выходит наружу. После достижения поршнем крайнего нижнего положения он прижимается своим нижним уплотнительным кольцом к донышку 2, процесс пробоотбора заканчивается, и пробоотборное устройство поднимается на поверхность. В результате понижения давления при подъеме из глубины и за счет прогрева пробоотборной емкости 1 электронагревательным элементом 5 растворенный газ выделяется из воды и выходит наружу через вентиль За, оставляя пробоотборную емкость полностью заполненной пробой воды.When diving to a predetermined depth through the load-carrying cable 8, voltage is applied to the electromagnet 9, and it releases the piston 10, which begins to move down, while the water from the reservoir through the valve 3a enters the volume of the sampling tank above the piston 10, and the distilled water under the piston , through the hole in the bottom 2 comes out. After the piston reaches the extreme lower position, it is pressed by its lower sealing ring against the bottom 2, the sampling process ends, and the sampling device rises to the surface. As a result of the pressure drop when rising from the depth and due to the heating of the sampling container 1 by the electric heating element 5, the dissolved gas is released from the water and goes out through the valve 3A, leaving the sampling container completely filled with water sample.

После подъема на поверхность вентиль 3а закрывается, фланеп с уплотнительным кольцом 15 наворачивается на верхнее резьбовое крепление 13, притягивая поршень 10 через уплотнительное кольцо под ним к донышку 2, герметичный электрический разъем 4 разъединяется и грузонесущий кабель 8 отсоединяется от подъемного крепления 7.After lifting to the surface, the valve 3a closes, the flannel with the sealing ring 15 is screwed onto the upper threaded fastener 13, pulling the piston 10 through the sealing ring under it to the bottom 2, the sealed electrical connector 4 is disconnected and the load-carrying cable 8 is disconnected from the lifting fastener 7.

Пробоотборное устройство транспортируется в место, где из него удаляется отобранная проба воды. Удаление пробы воды из пробоотборной емкости производится в перевернутом состоянии пробоотборной емкости 1 через вентиль 3а при закрытом вентиле 3б за счет перемещения поршня 10 вниз (фиг. 5). К вентилю 3а присоединяется внешняя система, обеспечивающая стерильно чистое извлечение пробы из пробоотборного устройства для проведения дальнейших физико-химических и биологических исследований.The sampling device is transported to a place where the selected water sample is removed from it. Removal of the water sample from the sampling container is carried out in the inverted state of the sampling container 1 through the valve 3a with the valve 3b closed by moving the piston 10 down (Fig. 5). An external system is attached to valve 3a, which ensures sterile clean extraction of a sample from a sampling device for further physicochemical and biological studies.

Пробоотборник воды по сравнению с аналогами и прототипом обладает новыми качественными свойствами, которые заключаются в том, что он позволяет собирать пробы не только воды, но и растворенного в ней газа непосредственно из подледного водоема через пробуренную ледяную скважину, которая заполнена заливочной жидкостью.The water sampler in comparison with analogues and the prototype has new qualitative properties, which consist in the fact that it allows you to collect samples not only of water, but also of the gas dissolved in it directly from the under-ice reservoir through a drilled ice well, which is filled with drilling fluid.

К достоинствам устройства можно отнести также то, что упрощается процедура подготовки устройства к работе, процедура удаления пробы из пробоотборной емкости, повышается чистота отобранной пробы и защитный корпус-каркас позволяет извлекать пробоотборник из-подо льда, обеспечивая вход в нижнее отверстие ледовой скважины.The advantages of the device also include the fact that the procedure for preparing the device for operation is simplified, the procedure for removing a sample from the sampling tank, the purity of the sample is increased, and the protective case-frame allows you to remove the sampler from under the ice, providing entry into the lower opening of the ice well.

1 - корпус пробоотборной емкости, 2 - донышко с отверстием, 3 - отверстие с вентилем, 4 - герметичный электрический разъем, 5 - электронагреватель с теплоизоляцией, 6 - защитный корпус-каркас, 7 - подъемное крепление, 8 - грузонесущий кабель, 9 - электромагнит, 10 - поршень с магнитным кольцом, 11 - поршневые уплотнительные кольца, 12 - пробоотборная трубка, 13 - верхнее резьбовое крепление, 14 - нижнее резьбовое крепление, 15 - фланец с уплотнительным кольцом, 16 - затвор, 17 - боковые отверстия, 18 - уплотнительная прокладка.1 - body of the sampling vessel, 2 - bottom with a hole, 3 - hole with a valve, 4 - sealed electrical connector, 5 - electric heater with thermal insulation, 6 - protective frame, 7 - lifting mount, 8 - load-carrying cable, 9 - electromagnet , 10 - piston with magnetic ring, 11 - piston o-rings, 12 - sampling tube, 13 - top threaded mount, 14 - bottom threaded mount, 15 - flange with o-ring, 16 - plug, 17 - side holes, 18 - seal pad.

Claims (1)

Устройство для отбора проб воды из подледных водоемов, включающее корпус пробоотборной емкости с отверстием в донышке, помещенный в защитный корпус с креплением для подъема, внутри в верхней части корпуса пробоотборной емкости расположен электромагнит, к которому примагничен поршень с магнитным кольцом сверху, конец вертикальной пробоотборной трубки выведен наружу, в верхней части корпуса пробоотборной емкости под электромагнитом выполнены два отверстия, отличающееся тем, что пробоотборная трубка установлена внутри пробоотборной емкости, проходит через центр поршня, закреплена на нем в верхней своей части, имеет верхнюю резьбу под поршнем и выведена наружу через донышко пробоотборной емкости, на нижнем наружном резьбовом креплении пробоотборной трубки установлен фланец с уплотнительным кольцом и затвор, а два отверстия в верхней части корпуса пробоотборной емкости, расположенные под электромагнитом, снабжены вентилями, и наверху вдоль внутренней поверхности корпуса пробоотборной емкости выполнены пазы, длина каждого превышает расстояние между боковыми поршневыми уплотнительными кольцами, нагревательные элементы окружают пробоотборную емкость, а защитный корпус выполнен в виде каркаса и имеет коническую верхнюю часть.A device for sampling water from under-ice reservoirs, including a body of a sampling container with a hole in the bottom, placed in a protective housing with a fastening for lifting, inside in the upper part of the body of the sampling container there is an electromagnet, to which a piston with a magnetic ring is attached from above, the end of a vertical sampling tube brought out, in the upper part of the body of the sampling container under the electromagnet, two holes are made, characterized in that the sampling tube is installed inside the sampling container, passes through the center of the piston, is fixed on it in its upper part, has an upper thread under the piston and is brought out through the bottom of the sampling container tank, a flange with a sealing ring and a lock are installed on the lower external threaded fastening of the sampling tube, and two holes in the upper part of the body of the sampling tank, located under the electromagnet, are equipped with valves, and at the top along the inner surface of the body of the sampling tank and grooves are made, the length of each exceeds the distance between the side piston sealing rings, the heating elements surround the sampling container, and the protective housing is made in the form of a frame and has a conical upper part.
RU2022114767U 2022-05-30 Device for sampling water from under-ice reservoirs RU215436U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU215436U1 true RU215436U1 (en) 2022-12-13

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117589515A (en) * 2023-11-24 2024-02-23 山东省淄博生态环境监测中心 Device and method suitable for sampling water body on ice

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2034692U (en) * 1988-02-27 1989-03-22 黑龙江省科技咨询中心农村经济咨询部 Sampling device for water environment under ice layer
RU2244913C1 (en) * 2003-07-16 2005-01-20 Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет) Device for sampling under-ice reservoirs
RU2282842C1 (en) * 2005-04-08 2006-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)" Device for sample taking from water pools covered with ice
CN204536043U (en) * 2015-04-29 2015-08-05 吉林大学 The resonant subglacial marine sediment sampler of straight line
RU2645539C1 (en) * 2016-09-16 2018-02-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" (ФГБУ "ПИЯФ") Device for sampling water from subglacial water bodies
RU184551U1 (en) * 2018-06-13 2018-10-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации WATER SAMPLING DEVICE
RU2747235C1 (en) * 2019-07-23 2021-04-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук Sub-ice water sampling device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2034692U (en) * 1988-02-27 1989-03-22 黑龙江省科技咨询中心农村经济咨询部 Sampling device for water environment under ice layer
RU2244913C1 (en) * 2003-07-16 2005-01-20 Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет) Device for sampling under-ice reservoirs
RU2282842C1 (en) * 2005-04-08 2006-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)" Device for sample taking from water pools covered with ice
CN204536043U (en) * 2015-04-29 2015-08-05 吉林大学 The resonant subglacial marine sediment sampler of straight line
RU2645539C1 (en) * 2016-09-16 2018-02-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" (ФГБУ "ПИЯФ") Device for sampling water from subglacial water bodies
RU184551U1 (en) * 2018-06-13 2018-10-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации WATER SAMPLING DEVICE
RU2747235C1 (en) * 2019-07-23 2021-04-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук Sub-ice water sampling device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117589515A (en) * 2023-11-24 2024-02-23 山东省淄博生态环境监测中心 Device and method suitable for sampling water body on ice

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7191672B2 (en) Single phase sampling apparatus and method
US5901788A (en) Well fluid sampling tool and well fluid sampling method
Seewald et al. A new gas-tight isobaric sampler for hydrothermal fluids
RU2645539C1 (en) Device for sampling water from subglacial water bodies
RU2008135335A (en) SYSTEM AND METHOD FOR SAMPLING A Borehole Fluid
US5611671A (en) Pumping system for groundwater sampling
NO313716B1 (en) Method and test instrument for obtaining a sample of an intact phase pore fluid
US9644479B2 (en) Device for sampling fluid under pressure for geological site development monitoring
WO2002075114B1 (en) Method and apparatus to provide miniature formation fluid sample
US20030121336A1 (en) Method of retrieving a liquid sample, a suction lysimeter, a portable suction lysimeter, a lysimeter systen, and a deep lysimeter
KR101606686B1 (en) Groundwater sampling device for each of a depth of the hole
US20150083403A1 (en) Device for sampling fluid under pressure for geological site development monitoring
CN103323285A (en) Freezing sampler for sediments in different depth of rivers or lakes
CN103823022A (en) System for artificial synthesis of oil-gas containing fluid inclusion
RU215436U1 (en) Device for sampling water from under-ice reservoirs
CN111122244A (en) Water quality monitoring water sample collection device
US9116082B1 (en) Deep water sampler
WO1996012088A1 (en) Well fluid sampling tool and well fluid sampling method
RU2282842C1 (en) Device for sample taking from water pools covered with ice
RU2244913C1 (en) Device for sampling under-ice reservoirs
RU2758051C1 (en) Method for penetration into a subglacial reservoir with the selection of sterile samples and a device for its implementation
CN204731130U (en) Rock-fluid reaction in-situ observation the device of controlled temperature and pressure
CN115112852A (en) Water quality monitoring device for environmental protection detection
SU1445301A1 (en) Device for sampling soil water from well
RU51221U1 (en) LIQUID SAMPLE