SU1198407A1

SU1198407A1 - Гидродинамический пробоотборник донного грунта

Info

Publication number: SU1198407A1
Application number: SU843712294A
Authority: SU
Inventors: Yurij L Garanko
Original assignee: Yurij L Garanko
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1985-12-15

Description

Изобретение относится к морской

геологоразведочной технике, в частности к гидродинамическим пробоотборникам донного грунта. Пробоотборник предназначен для поиска и 5

отбора точечных проб твердых пород, выходящих нН' поверхность дна глубоководных водоемов и может использоваться при геологических и океанологических исследованиях в Мировом 10

океане. _{ь ;}

Целью изобретения является экономия времени и трудозатрат при пробоотборе.

На фиг.1 показан гидродинамиче- ,5 ский пробоотборник, продольный разрез; на фиг.2 - то же, в момент касания твердого грунта; на фиг.З - то же; в момент разгона грунтоноса; на фиг.4 - то же, в момент внедрения в 20 грунт; на фиг.5 - то же, в момент извлечения из грунта.

Гидродинамический пробоотборник донного грунта содержит полый цилиндрический корпус 1 с установленным 25 в его верхней части поршнем 2, который удерживается в верхней части цилиндрического корпуса при помощи фиксирующего устройства, состоящего из обоймы 3 с колцевой канавкой 4 и и шариков 5, установленных в стен— ке корпуса 1 и выступающих в кольцевую канавку 6, сделанную на поршне 2’.

В нижней части корпуса 1 установлена крышка 7 с центральным отверстием 8, сквозь которое пропущен шток 9, верхним концом соединенный с поршнем 2, а нижним - с грунтоносом, содержащим поршень 10, цилиндр 11 с отверстиями 12, поршень 13,шток 14 с отверстиями 15, керноприемную трубу 16, керноудерживающий клапан 17, крышечный клапан 18, направляющие шпильки 19.

45

Поршень 10, диаметр которого меньше, чем у поршня 2, установлен в расточке 20, сделанной в крышке 7. Для герметизации подпоршневых полостей корпуса 1 и цилиндра 11 по- 50 ставлены уплотнительные кольца 21-25.

К корпусу 1 посредством фланца 26 прикреплено опущенное ниже грунтоноса опорное кольцо 27. Вдоль наружной поверхности корпуса 1 установ- 55 лены с возможностью осевого перемещения зондирующие штанги 28, взаимо· действующие своими верхними концами

с обоймой 3 устройства, фиксирующего поршень 2 относительно корпуса 1. Нижние концы зондирующих штанг 28 пропущены сквозь опорное кольцо 7 и выступают из его «.опорной поверхности. На верхнем торце корпуса 1 закреплено сопло 29, к которому подсоединен трос 30 судовой лебедки (не показана).

Гидродинамический пробоотборник донного грунта работает следующим образом.

Предварительно с помощью сейсмопрофилирования находят, участки дна, имеящие выходы скальных пород. Пробоотборник, приведенный в положение, показанное на фиг.1, на тросе 30 опускают на дно. По мере погружения пробоотборника в глубину возрастающее гидростатическое давление, действующее на поршень 2, стремится сместить его вниз, а такое же давление, действующее па поршень 10, стремится поднять последний вверх. Поскольку поршни 2 и 10 жестко связаны штоком 9, а диаметр поршня 2 больше, чем поршня 10, то результирующее усилие равно произведению гидростатического давления на разность площадей поршней 2 и 10 и направлено вниз. Под действием этого результирующего усилия шарики 5 плотт но прижимаются к обойме 3, создавая силу трения, препятствующую ее перемещению вверх.

При попадании пробоотборника в рыхлый грунт (ил, песок, глина) лобовое сопротивление выступающих из опорного кольца 27 концов зондирующих штанг 28 недостаточно для смещения обоймы 3. Опорное кольцо 27 ложится на грунт,и трос 30 получает слабину, по которой оператор на судне фиксирует момент контакта пробоотборника с дном. После этого пробоотборник приподнимают от дна на 20-30 м и повторяют сбрасывание в новой точке. Подъем-сброс пробоотборника продолжают до тех пор, пока он не попадет в твердый грунт.

При ударе выступающих концов зондирующих штанг 28 о твердый грунт вес пробоотборника и его кинетическая энергия падения расходуются на смещение обоймы 3 вверх относительно корпуса 1. Разность диаметров поршней 2 и 10 выбрана такой, чтобы на самых больших глубинах океана (до 10км)

3

1198407

4

вес пробоотборника был достаточен

для смещения обоймы 3.

После смещения обоймы 3 в крайнее верхнее положение (до упора в сопло ₍29) кальцевая канавка 4 совмещается с шариками 5 и последние выдавливаются из канавки 6 поршня 2 в канавку 4 обоймы 3 (фиг.2). Поршень 2 ос!вобовдается и под действием гидростатического давления перемещается вниз, разгоняя грунтонос.

После Выхода поршня 10 из расточки 20 усилие, разгоняющее грунтонос, резко возрастает и становится равным произведению гидростатического давления на разность площадей поршня 2 и штока 9. Такое же по величине усилие действует внизу ни крышку 7, подбрасывая корпус 1 вместе с опорным кольцом 27 вверх (фиг. 3). Поскольку масса корпуса 1 с опорным кольцом 27 и их лобовое сопротивление в воде значительно больше, чем у грунтоноса с прикрепленными к нему деталями, перемещение (отскок) корпуса 1 вверх происходит с меньшей скоростью и на меньшее расстояние по сравнению с перемещением грунтоноса.

При ударе о грунт керноприемная труба 16 и жестко связанные с ней шток 14 и поршень 13 резко тормозятся. Цилиндр 11, срезав шпильку (не показана), соединяющую его с поршнем 13, смещается относительно последнего и создает под ним вакуумную полость, на образование которой расходуется часть кинетической энергии разогнанного грунтоноса, равная произведению гидростатического давления на объем вакуумной полости. Остаток кинетической энергии идет на удар цилиндра 11 по керноприемной трубе 16. Во время образования вакуумной полости вода из надпоршневой полости цилиндра 11 выталкивается поршнем 13 через отверстие 12 в

гидросферу. Клапан 18 в это время плотно прижат гидростатическим давлением к торцу поршня 13 (фиг.4). Подпоршневая полость цилиндра 11 сообщена с полостью керноприемной трубы 16 отверстиями 15. Поэтому в момент удара давление в керноприемной трубе резко понижается.

Все виды твердых грунтов имеют систему сообщающихся пор, т.е.являются водопроницаемыми. Стремясь заполнить вакуум в керноприемной трубе, поровая вода грунта переходит из состояния покоя в направленное вверх движение. Давление восходящего фильтрационного потока поровой воды в сочетании с ударом наконечника керноприемной трубы 16 разрушает грунт. Вырванный из массива образец грунта или его осколки потоком воды проталкиваются внутрь керноприемной трубы 16'выше керноудерживающего клапана 17 (фиг.4).

Корпус 1, продолжая движение вверх, ударяет по поршню 2, выдергивая керноприемную трубу 16 из грунта (фиг.5). Вода из подпоршневой полости цилиндра 11 через отверстие 15, приподняв клапан 18, выталкивается г надпоршневую полость цилиндра 11.

Заполнение полости цилиндрического корпуса 1 водой гидросферы приисходит с большой скоростью, вызывающей сейсмоакустические волны.Эти волны могут быть зарегистрированы стандартными приборами (сейсмоприемник, эхолот, гидрофон), которыми обычно оснащены суда, производящие морские геологоразведочные работы. Оператор, получив сигнал о сраба- ’ тывании пробоотборника, реверсирует лебедку и тросом 30 поднимает пробоотборник на судне.

1198407

.Максимишинец

Claims

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОБООТБОРНИК ДОННОГО ГРУНТА, содержащий полый цилиндрический корпус с установленным в его верхней части поршнем, устройство, фиксирующее поршень относительно полого цилиндрического корпуса, и крышку, установленную в нижней части последнего, причем в

крышке сделано центральное отверстие, сквозь которое пропущен шток, верхним концом соединенный с поршнем, а нижним - с грунтоносом, отличающийся тем, что, с целью экономии времени и трудозатрат при пробоотборе, полый цилиндрический корпус снабжен опорным кольцом, расположенным ниже грунтоноса, и установленными с возможностью осевого перемещения зондирующими штангами, расположенными вдоль наружной поверхности корпуса с возможностью взаимодействия с устройством фикса-, ции поршня, опорное кольцо выполне- д но со сквозными отверстиями, а нижние концы штанг' расположены в отверстиях ниже опорного кольца.

δ и „„1198407

>

< 1198407