close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5085

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5085
(13) C1
(19)
7
(51) G 01N 1/10
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
БАТОМЕТР
(21) Номер заявки: a 19990788
(22) 1999.08.12
(46) 2003.03.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт радиобиологии Национальной академии наук
Беларуси" (BY)
(72) Автор: Комиссаров Феликс Давидович
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси" (BY)
BY 5085 C1
(57)
1. Батометр, включающий жесткий металлический корпус, закрепленный посредством
кронштейнов на тросе, узел компенсации изменения давления, впускной и выпускной
клапаны, установленные на оси в корпусе с возможностью поворота и прижима к седлам,
выполненные в виде сегментов, оснащенных уплотнителями из пластических материалов,
механизм фиксации клапанов, входной и выходной конусы, входное и выходное отверстия, груз, две втулки с размещенными в них цапфами оси, рычаг, отличающийся тем,
что корпус имеет шаровую форму и изготовлен из нержавеющей стали, впускной и выпускной клапаны размещены друг против друга на штоках в верхней и нижней частях корпуса, причем противоположные концы штоков установлены с возможностью перемещения в муфте, жестко закрепленной на трубе, установленной с возможностью
поворота на угол 90° на оси, имеющей возможность поворота на угол 2-3°, причем на оси
Фиг. 1
BY 5085 C1
по месту контакта с ней штоков выполнен сложной конфигурации кулачок; первая цапфа
оси, размещенная в первой из двух глухой жестко закрепленной в корпусе втулке, имеет
фаски и подпружинена пружиной, а вторая цапфа оси размещена во второй сквозной вращающейся втулке, на выступающей из корпуса части которой жестко закреплен кривошип, и имеет фигурную выборку в торцевой части по периметру образующей в угле 90°, в
которой размещен шип ползуна, установленного в канавке кривошипа с возможностью
перемещения, полуось кривошипа соединена с рычагом, имеющим паз и опорную ось,
рычаг соединен с верхней частью штанги посредством полуоси штанги, а нижняя часть
штанги посредством зажимов соединена с упором, имеющим на нижнем конце опорную
площадку, груз размещен в выпускном клапане, а узел компенсации изменения давления
пробы размещен во впускном клапане.
2. Батометр по п. 1, отличающийся тем, что первая цапфа закреплена в глухой неподвижной втулке при помощи вкладышей, а труба жестко скреплена со сквозной втулкой.
(56)
BY 1712 C1, 1997.
SU 732723, 1980.
SU 1562736 A1, 1990.
US 4037477, 1977.
Изобретение относится к освоению природных ресурсов Мирового океана, в частности для отбора проб придонной воды в глубоководных и мелководных водоемах на химический, микробиологический и биологический анализ заселения вод живыми организмами
и отбора донных взвесей.
Известны шарообразные стеклянные баллоны для стерильного отбора проб воды с
больших глубин, предназначенные для отбора проб воды с глубин до 1000 м. Такой прибор обладает рядом преимуществ, он мал по размерам и легок. Кроме того, как известно,
шарообразные полые тела, имеющие ту же площадь поверхности и толщину стенок, что и
сигарообразные и цилиндрические, при действии на них давления на 15-20 % прочнее последних. Шары диаметром 70 мм и толщиной стенок 2-3 мм не лопаются на глубине 6000 м,
выдерживая огромные давления. Более 60 % шаров не лопались на глубине 9000 м. Авторы для стерильного отбора проб использовали шарообразные баллоны из молибденового
стекла диаметром 60-70 мм с толщиной стенок около 2 мм. На противоположных сторонах баллона имелись два утолщенных соска длиной 20 мм с отверстиями в центре и с оплавленными краями. На соски надевались небольшие каучуковые вакуумные трубки. С
одной стороны баллона трубки закрывались стеклянной палочкой, а с другой присоединялась изогнутая стеклянная трубка с запаянным свободным концом. В таком виде баллоны
стерилизовались в автоклаве. При отборе проб воды баллоны в раме присоединялись к
тросу и опускались на заданную глубину. Посыльной груз отламывал стеклянную трубочку и баллон наполнялся водой. Авторы отмечают, что в применяемых стеклянных баллонах нет необходимости создавать вакуум, поскольку это связано с техническими трудностями. Так как уже на глубине 40 м баллоны без вакуума более чем на половину
наполняются водой, а на больших глубинах они наполняются полностью. На больших
глубинах воздух, находящийся в баллоне, растворяется в воде. При подъеме батометра из
больших глубин, когда внешнее давление снижается, воздух выделяется из воды и выходит из отверстия капиллярной трубки в виде пузырьков, что препятствует загрязнению
пробы воды микрофлорой в верхних слоях [1].
К недостаткам использования предложенных стеклянных баллонов для отбора проб
воды из больших глубин следует отнести: 1) их хрупкость при проведении операций по
стерилизации и при загрузке в раму; 2) авторы утверждают что баллоны выдерживают
высокое давление, забывая о том, что здесь имеет место некоторое уравнивание давления
2
BY 5085 C1
в баллоне и в окружающей среде на глубине за счет деформации, надетой на соски каучуковой вакуумной трубки; 3) малый объем баллонов и капиллярное отверстие в стеклянной
трубке не позволяют производить отбор даже мелких биологических объектов или взвесей
в воде; 4) при подъеме баллонов из глубин происходит выделение воздуха из объема отобранной пробы, растворенного в воде, и, следовательно, проба воды получается непредставительной даже для химического анализа, не говоря о том, что микрообъекты, которые
живут на больших глубинах, будут убиты или погибнут при изменении давления и состава среды за счет изменения содержания воздуха в пробе; 5) как отмечено авторами, баллоны на небольших глубинах заполнятся водой не полностью, это обстоятельство снижает
эффективность применения баллонов [1].
Известно устройство для отбора проб воды из заданных горизонтов водного объекта и
придонной воды при проведении экспрессных гидрохимических и гидробиологических
съемок с борта вертолета, судна, лодки и т.д. Устройство состоит из несущей штанги, на
которую навешены два пробоотборника с крышками, эластичными жгутами, тягами спускового механизма крышки пробоотборника поверхностной пробы, выполненного в виде
толкателя, с установленным на нем поплавком, размещенным в верхней части несущей
штанги, и спусковым механизмом крышек пробоотборника придонной пробы, выполненным в виде толкателя, установленного на штанге-лидере, коромысла-ограничителя хода
толкателя спускового механизма крышек пробоотборника придонной пробы, установленного в средней части несущей штанги [2].
Устройство работает следующим образом. В исходном положении тяга и донный толкатель находятся в нижних положениях, крышки обоих пробоотборников открыты и удерживаются в этом положении тягами с помощью ловителей, закрепленных в замках
соответствующих спусковых механизмов. При погружении в воду поплавок, всплывающий
по несущей штанге, с помощью толкателя освобождает из закрепления ловитель, и эластичные жгуты стягивают крышки пробоотборника поверхностной воды. При касании дна водного объекта штангой-лидером толкатель освобождает из закрепления ловитель второго
пробоотборника и эластичные жгуты стягивают крышки пробоотборника придонной воды.
После подъема устройства на борт транспортного средства и опорожнения пробоотборников через краны в крышке, и приведения крышек в исходное положение устройство
готово для дальнейшей работы.
К недостаткам конструкции данного устройства следует отнести: 1) устройство невозможно использовать при отборе проб из больших глубин, так как конструкция устройства такова, что крышки закрываются с наружной стороны пробоотборников и при
подъеме пробы воды с больших глубин будут происходить подтечки отобранной воды через уплотнения между крышками и корпусом устройства; 2) устройство не имеет компенсатора давления пробы, что приведет к отбору пробы с измененным внутренним
давлением и к гибели микроорганизмов и биологических объектов, и к не представительности пробы воды на химический анализ из-за изменения состава газов в отобранной пробе при ее подъеме; 3) устройство не позволяет производить отбор стерильных проб воды,
так как оно опускается на глубину с открытыми крышками и, при этом, микроорганизмы
из верхних горизонтов увлекаются в нижние слои воды на поверхностях внешних деталей
устройства. Известно устройство для отбора проб, в частности для отбора проб воды с
различных глубин мирового океана под названием "Батометр". Батометр включает в себя
корпус с узлом компенсации давления пробы, состоящим из несущего элемента, выполненного в виде подвижного поршня, выходного конуса и пружин, прижимающих выходной конус к корпусу. Выходной конус имеет свободу осевого перемещения относительно
корпуса. Батометр имеет впускной и выпускной клапаны, подпружиненные пружинами к
седлам. Клапаны выполнены в виде обтекаемых дисков, снабженных плоскими осями, и
установлены на них с возможностью поворота во внутренней полости корпуса на 90°. Обтекаемые диски установлены в корпусе батометра в открытом положении строго по вертикальной оси батометра. Выпускной клапан, установленный на поршне, снабжен узлом
3
BY 5085 C1
перевода пробы на анализ, который установлен строго по центру проекции на плоскость
выходного конуса на вертикальной оси корпуса батометра и имеет связь с выпускным
клапаном при помощи пружины, обеспечивающей герметизацию и плотное прилегание
клапана к корпусу батометра [3].
К недостаткам батометра следует отнести: 1. Расположение клапанов строго по оси
батометра, которые вместе с пружинами, упорными торцами узла перевода пробы на анализ, скобами, стойками служат препятствием потоку воды и это может иметь отрицательные последствия при прохождении через батометр крупных биологических объектов.
Кроме того, при прохождении встречного потока воды через полость батометра на вышеуказанных устройствах могут сорбироваться растворимые в воде химические элементы и
застревать не свойственные нижним слоям воды водоросли или биологические объекты и,
таким образом, это вносит погрешность в анализ содержания химических элементов, биологических объектов или организмов, присутствующих в образце отобранной пробы.
2. Размещение клапанов внутри полости батометра строго по его продольной оси, которые при перекрытии входного и выходного отверстий под действием пружин поворачиваются, вносит, тем самым, возмущение в объеме отобранной пробы и, следовательно,
быстро подвижные объекты уходят из объема возмущения. Также и малоподвижные объекты уходят, повинуясь движению потока воды, возникающего при повороте клапанов
батометра, и тем самым происходит уменьшение количества объектов в объеме отобранной пробы, т.е. получается непредставительная проба.
3. Батометр не может обеспечить отбор пробы придонной воды вместе со взвесями и
придонными организмами по причине его неприспособленности для этой операции.
4. Батометр не позволяет производить отбор стерильных проб на микробиологический
анализ, так как он опускается в толщу воды с открытыми клапанами. При этом возможно
привнесение микроорганизмов из верхних горизонтов воды и присоединение их к отобранной пробе в точке отбора пробы из-за сложной внутренней конструкции полости батометра, наличие препятствующих потоку воды через батометр деталей его конструкции.
5. Конструктивно батометр исполнен в форме цилиндра, что требует усиления корпуса для отбора проб с больших глубин по сравнению с тем, если бы он был выполнен в
форме шара.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является батометр,
предназначенный для отбора проб воды на химический, микробиологический и биологический анализ. Батометр состоит из жесткого цилиндрического корпуса, узла компенсации изменения давления, впускного и выпускного клапанов с осями поворота, поджимаемыми пружинами к седлам, запирающего механизма фиксации клапанов, соединенных
между собой штоком, и входного и выходного конусов, шарового пояса, входного и выходного отверстий, противовеса верхнего клапана и груза нижнего клапана, втулок с размещенными в них цапфами осей поворота, с фасками для обеспечения перемещения
ползуна под действием пружины, опирающейся нижним основанием в ползун, а верхним
в ось поворота с целью обеспечения плотного перекрытия входного и выходного отверстий батометра при вертикальном размещении фасок осей поворота и при этом каждый
клапан связан с осями поворота посредством пластин с ползунами [4].
Батометр работает следующим образом. Перед началом работы батометр промывают
водой, при отборе проб на химический и биологический анализ или спиртом при отборе
проб на микробиологический анализ. Закрывают верхний и нижний клапаны путем перевода рычага с противовесом вокруг оси из положения A1 в положение А2. При этом происходит поворот оси вращения клапана по часовой стрелке за счет тяжести противовеса в
положение А2. Одновременно усилие, приложенное к рычагу с противовесом, передается
через ось вращения верхнего клапана штоку и нижнему клапану, который поворачивается
на своих полуосях в положение, обеспечивающее ему устойчивое равновесие. При этом
дополнительный груз в центре тяжести нижнего клапана обеспечивает его установку против нижнего седла. Как только нижний и верхний клапаны устанавливаются каждый про4
BY 5085 C1
тив своего седла, происходит вертикальное перемещение ползуна вдоль фасок. И клапаны
под действием пружин плотно перекрывают входное и выходное отверстия батометра.
Перекрывают рычажной предохранительный клапан и пропаривают внутренний объем
батометра паром от паровой установки через вентиль, установленный в верхнем шаровом
поясе. Заполняют корпус батометра стерильной водой и перекрывают вентили, установленные на верхнем и нижнем шаровых поясах. Через подпружиненный обратный клапан,
установленный во внутреннем объеме узла компенсации изменения давления верхнего
клапана, подают сжатый газ под давлением несколько большим давления воды в точке отбора пробы.
Подготовленный таким образом батометр на тросе опускают на заданную глубину и
натяжением троса, прикрепленного к кольцу противовеса, переводят его из положения А2
в положение A1. При этом в начале происходит сброс внутреннего давления воды в батометре за счет ее выброса через предохранительный клапан под действием троса, прикрепленного одним концом к рычагу предохранительного клапана, а вторым концом к кольцу
противовеса. А затем происходит вскрытие верхнего и нижнего клапанов батометра. Вода
из батометра выходит в окружающую среду. При дальнейшем опускании батометра в заданную точку отбора пробы внутренний объем батометра заполняется встречными слоями
воды, т.е. батометр вырезает из слоя воды пробу со всеми находящимися в ней микроорганизмами и биотой. Переводом противовеса из положения A1 в положение А2 при помощи троса производят перекрытие входного и выходного отверстий батометра клапанами,
которые плавно скользящим движением перекрывают входное и выходное отверстия батометра, минимально возмущая среду с населяющими воду организмами. При подъеме
батометра на поверхность клапаны за счет изменения давления в окружающей батометр
воде плотно прижимаются к седлам, обеспечивая надежную герметизацию батометра.
Недостатком конструкции данного батометра является невозможность производить
отбор проб придонной воды и взвесей.
Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства, которое бы позволило производить отбор проб придонной воды, исключив все недостатки ранее разработанных устройств, дискуссия по которым неоднократно освещалась в специальной
литературе по достоинствам и недостаткам существующих устройств с учетом высказанных пожеланий ведущих специалистов в области глубоководной микробиологии [4].
Одним из основных условий получения достоверных результатов микробиологического изучения водоемов является стерильность отбора проб воды с заданного горизонта. Для
обеспечения стерильности проб воды и ее принадлежности к заданному горизонту необходимо соблюдать два условия: сосуд для проб воды следует опускать до заданного горизонта стерильным, т.е. закрытым; после отбора проб воды он извлекается на поверхность
также закрытым [5].
Поставленная задача решается тем, что устройство для отбора придонных вод на химический, микробиологический и биологический анализ заселения вод живыми организмами и отбора донных взвесей включает в себя жесткий металлический корпус, закрепленный посредством кронштейнов на тросе, узел компенсации изменения давления,
впускной и выпускной клапаны, установленные на оси в корпусе с возможностью поворота и прижима к седлам, выполненные в виде сегментов, оснащенных уплотнителями из
пластических материалов, механизм фиксации клапанов, входной и выходной конусы,
входное и выходное отверстие, груз, две втулки с размещенными в них цапфами оси, рычаг.
Отличительной особенностью устройства является то, что корпус имеет шаровую
форму и изготовлен из нержавеющей стали, впускной и выпускной клапаны размещены
друг против друга на штоках в верхней и нижней частях корпуса, причем противоположные концы штоков установлены с возможностью перемещения в муфте, жестко закрепленной на трубе, установленной с возможностью поворота на угол 90° на оси, имеющей
возможность поворота на угол 2-3°, причем на оси по месту контакта с ней штоков выполнен сложной конфигурации кулачек, первая цапфа оси, размещенная в первой из двух
5
BY 5085 C1
глухой жестко закрепленной в корпусе втулке, имеет фаски и подпружинена пружиной, а
вторая цапфа оси размещена во второй сквозной вращающейся втулке, на выступающей
из корпуса части которой жестко закреплен кривошип, и имеет фигурную выборку в торцевой части по периметру образующей в угле 90°, в которой размещен шип ползуна, установленного в канавке кривошипа с возможностью перемещения, полуось кривошипа
соединена с рычагом, имеющим паз и опорную ось, рычаг соединен с верхней частью
штанги посредством полуоси штанги, а нижняя часть штанги посредством зажимов соединена с упором, имеющим на нижнем конце опорную площадку, груз размещен в выпускном клапане, а узел компенсации изменения давления пробы размещен во впускном
клапане, отличающийся тем, что первая цапфа закреплена в глухой неподвижной втулке
при помощи вкладышей, а труба жестко скреплена со сквозной втулкой.
На фиг. 1 изображен батометр в сборе и в разрезе.
На фиг. 2 изображен батометр в разрезе в позиции клапана перекрывают входное и
выходное отверстия.
На фиг. 3 изображен батометр в разрезе в позиции клапана открыты.
На фиг. 4 изображен механизм фиксации клапанов устройства в положении до контакта упора с грунтом в разрезе.
На фиг. 5 изображен механизм фиксации клапанов устройства в положении контакта
упора с грунтом в разрезе.
На фиг. 6 изображен кривошип с ползуном в положении: а) вид спереди; б) вид в разрезе по линии А-А.
На фиг. 7 изображена сквозная втулка механизма фиксации клапанов батометра.
На фиг. 8 изображена глухая втулка механизма фиксации клапанов батометра.
Батометр включает в себя: металлический корпус 1, кронштейны 2, узел 3 компенсации изменения давления, впускной 4 и выпускной 5 клапаны, ось 6, седла 7, механизм 8
фиксации клапанов, входной 9 и выходной 10 конусы, входное и выходное отверстия 11,
груз 12, втулки 13, цапфы 14, рычаг 15, штоки 16, муфту 17, трубу 18, кулачок 19, глухую
втулку 20, фаски 21, пружину 22, сквозную втулку 23, кривошип 24, фигурную выборку
25, шип 26, ползун 27, канавку 28, полуось 29, паз 30, опорную ось 31, штангу 32, полуось
33, зажимы 34, упор 35, опорную площадку 36, вкладыши 37.
На фиг. 1 изображен батометр, имеющий два клапана 4 и 5. Внутри нижнего впускного клапана 4 расположен узел 3 компенсации изменения давления, состоящий из вялой
мембраны, герметично укрепленной своим основанием на внутренней поверхности клапана 4. Вялая мембрана выполнена в виде тора и образует с внутренней стенкой клапана 4
камеру, на внутренней поверхности стенки клапана 4 установлен обратный клапан для
подвода газа. Мембрану предохраняет от повреждений фланец, в который заправлена свободная часть вялой мембраны. Внутри выпускного клапана 5 размещен груз 12, обеспечивающий поворот клапанов против часовой стрелки по причине того, что вес верхнего
клапана 5 больше веса нижнего клапана 4 на вес груза 12, размещенного в верхнем клапане 5. И как только произойдет малейшее отклонение штока 16 верхнего клапана от вертикального положения, клапаны 4 и 5 сместятся относительно вертикальной оси и займут
горизонтальное положение у стенок батометра, где установлены ограничители их поворота, не допускающие поворот клапанов 4 и 5 на угол больший 90°. На фиг. 1 показан блок,
состоящий из неподвижной оси 6, цапфа 14 которой размещена с возможностью люфта в
неподвижной глухой втулке 20, слева на фиг. 1, и вторая цапфа 14, размещенная во второй
сквозной вращающейся втулке 23. Справа на фиг. 1 по центру оси изображен в вертикальной позиции кулачок 19, выфрезерованный на оси 6 по месту контакта с ним штоков 16,
которые подвижно установлены в муфте 17, жестко прикрепленной к трубе 18. С правой
стороны фиг. 1 показан кривошип 24, жестко прикрепленный к выступающей из корпуса 1
части сквозной втулки 23, и прикрепленный к нему рычаг 15, соединенный посредством
полуоси 29 со штангой 32, и прикрепленный к ней упор 35 с опорной площадкой 36.
6
BY 5085 C1
На фиг. 2 и 3 изображен в разрезе батометр с закрытыми и открытыми клапанами 4 и 5
со штоками 16, которые подвижно установлены в муфте 17 с опорой на верхнюю площадку кулачка 19, фиг. 2, и с опорой на нижнюю площадку кулачка 19, фиг. 3. В верхнем выпускном клапане 5 размещен груз 12, а в нижнем клапане 4 - узел 3 компенсации
изменения давления, состоящий из вялой мембраны, герметично закрепленной своим основанием на внутренней поверхности клапана 4, предохранительного фланца и обратного
шарикового клапана для подвода газа.
На фиг. 4-5 изображен механизм 8 фиксации клапанов 4 и 5 в положении до контакта
опорной площадки с грунтом, фиг. 4, и в положении установки батометра на дно водоема,
фиг. 5, состоящий из цапфы 14, подвижной сквозной втулки 23, шипа 26, фигурной выборки 25 в цапфе 14, кривошипа 24 и рычага 15.
На фиг. 6 изображен кривошип 24 в положении вид спереди и в разрезе по линии А-А,
которые включают: кривошип 24 - канавку 28 и полуось 33, а ползун 27 - шип 26.
На фиг. 7 изображена сквозная вращающаяся втулка 23 механизма фиксации клапанов
4 батометра с размещенной в ней цапфой 14 и фигурной выборкой 25 в цапфе 14.
На фиг. 8 изображена глухая неподвижная втулка 20 механизма фиксации клапанов
батометра, с размещенной в ней цапфой 14 с фасками 21, пружинами 22 и вкладышами 37,
которые предназначены для фиксации оси 6 батометра и позволяющими оси 6 некоторый
люфт в угле 2-3°.
Выполнение корпуса 1 батометра из нержавеющей стали обеспечивает малые сорбционные свойства материала, близкие к стеклу.
Введение в верхний выпускной клапан 5 груза 12, а в нижний выпускной клапан 4 угла 3 компенсации изменения давления обеспечивает отхождение клапанов 4 и 5 от своих
седел 7 при вскрытии корпуса батометра, верхнего - за счет веса дополнительного груза
12, а нижнего - за счет уменьшения его веса за счет заполнения сжатым воздухом узла 3
компенсации давления. А так как верхний клапан тяжелее нижнего клапана на вес груза,
размещенного в нем, то при малейшем отклонении от вертикальной оси штоков 16 мгновенно происходит свободное вращение клапанов 4 и 5 со штоками 16 против часовой
стрелки и их плавное скольжение вдоль внутренней шаровой поверхности корпуса 1 батометра на угол 90° до упоров.
Введение в устройство батометра механизма фиксации 8 клапанов, состоящего из
втулки 23 со сквозным отверстием, и цапфы 14, имеющей фигурную выборку 25 на ее
торцевой поверхности, рычага 15 с выфрезерованным пазом 30, кривошипа 24, ползуна 27
с шипом 26, кулачка 19, обеспечивает вскрытие корпуса 1 батометра при малейшем контакте опорной площадки 36 с грунтом и запирание отверстий 11 батометра, при ее отрыве
от грунта за счет большого веса упора 35 и опорной площадки 36.
Выполнение штоков 16 впускного 4 и выпускного 5 клапанов подвижными и размещение их в муфте 17 обеспечивает их устойчивый контакт с кулачком 19 даже при вращении трубы 18 и повороте муфты 17 под действием рычага 15 и кривошипа 24, механизма 8
фиксации клапанов.
Жесткое закрепление кривошипа 24 на сквозной втулке 23, выступающей за пределы
корпуса 1 батометра с возможностью его свободного поворота на полуоси 33, позволяет в
начальный момент движения рычага 15 некоторое смещение его плеча на полуоси 33 по
выфрезерованному в нем пазу 30, а это движение приводит к поперечному смещению шипа 26 в начале фигурной выборки 25 и освобождает его от зажима в ней. И, следовательно,
делает возможным в дальнейшем свободное перемещение шипа 26 по фигурной выборке
25 до ее окончания. Что позволит при повороте рычага 16 освободить штоки 16 клапанов
4 и 5 от их прижима к седлам 7 за счет помещения штоков 16 на нижнюю полку кулачка
19 выпускного клапана 5 под тяжестью груза 12 и впускного клапана 4 под действием выталкивающей силы воздуха, заполняющего узел 3 компенсации изменения давления.
Дальнейшее смещение рычага 15 происходит под действием силы тяжести батометра при
контакте опорной площадки 36 с грунтом, которое передается через упор 35 и штангу 32
7
BY 5085 C1
рычагу 15. При этом происходит поворот кривошипа 24 против часовой стрелки на угол
90° под действием давления рычага 15 на его опорную ось 31. А так как кривошип 24,
сквозная втулка 23, труба 18, муфта 17 жестко скреплены в единую конструкцию, а штоки
16 помещены подвижно муфту 17, происходит поворот клапанов 4 и 5 на угол 90° и
вскрытие входного и входного отверстий 11 батометра. При отрыве от грунта упора 35 с
опорной площадкой 36 под их весом происходит поворот рычага 15 в обратную сторону и
перекрытие входного и выходного отверстий 11.
При использовании в конструкции батометра более укороченного упора 35 можно
производить и отбор проб взвесей донных отложений совместно с придонной водой за
счет приближения входного конуса 9 к поверхности грунта.
Использование в конструкции батометра рычага 15, кривошипа 24, штанги 32, упора
35, опорной площадки 36 позволяет производить открытие и закрытие входного и выходного отверстий 11 батометра автоматически, при контакте опорной площадки 36 с грунтом. Что делает возможным исключить использование дополнительного троса, предназначенного для перемещения посыльного груза, используемого обычно для вскрытия
батометра.
Введение в глухую втулку 20, жестко скрепленную с корпусом, вкладышей 37 и пружин 22 не позволяет оси 6 осуществлять вращение, а только позволяет ей осуществлять
некоторый люфт в угле 2-3°, и, при этом, пружины 22 каждый раз возвращают ось 6 в
прежнее положение. Этот люфт является необходимым для вывода шипа 26 из положения
его фиксации в начале фигурной выборки 25.
Введение в конструкцию батометра сквозной вращающейся втулки 23, выступающей за
пределы корпуса батометра и надетой на не вращающуюся ось 6, и наделение ее функциями
передачи усилия от рычага 15 кривошипу 24, жестко соединенного с втулкой 23, трубе 18,
передающей усилие муфте 17, обеспечивающей поворот клапанов 4 и 5, требует исключения протечек воды через уплотнение между корпусом батометра и самой втулкой 23, втулкой 23 и не вращающейся осью 6. Для чего устанавливаются эластомерные, пластмассовые
комбинированные кольца или торцевые уплотнители, применяемые для механизмов с возвратно-вращательным движением, герметизирующие соединения между подвижными и неподвижными его частями, которые позволяют выдержать давление 50 МПа.
Из практики работы следует, что первыми осуществляют отбор пробы микробиологи
по причине исключения попадания внешних микроорганизмов в отобранную пробу за малый промежуток времени от подъема батометра до его вскрытия. Если батометр был перед его спуском заполнен стерилизованной водой и вскрыт уже при подъеме на судно, то
этот промежуток времени намного увеличивается, и если в качестве материала для изготовления батометров использовать не латунь, как в батометрах Нансена, а нержавеющую
сталь, то количество живых бактерий возрастет из-за более малого бактерицидного действия нержавеющей стали по сравнению с латунью, а наименьшими бактерицидными свойствами среди металлов обладает платина. Сохранение в отобранной пробе воды, поднятой
из больших глубин, микроорганизмов и биологических объектов в большей мере зависит
от сохранения постоянства давления в батометре как на глубине, так и в батометре, поднятом на поверхность. Поэтому необходимо учитывать все вышеперечисленные факторы
при подборе типов батометров и их подготовки к отбору проб. А хранение отобранной
пробы производить в стеклянной посуде, как наиболее способствующей сохранению биологических объектов.
Подготовка батометра к проведению отбора проб на химический, микробиологический, биологический анализ заселения вод биологическими организмами и отбора проб
донных взвесей.
Батометр работает следующим образом. Перед спуском батометра промывают его
внутренний объем водой при отборе проб на химический и биологический анализ или
спиртом при отборе проб на микробиологический анализ. Устанавливают клапаны 4 и 5 в
горизонтальном положении поворотом кривошипа 24 против часовой стрелки до упора.
8
BY 5085 C1
Через нижний вентиль, установленный на корпусе батометра, в его внутренний объем подают горячий пар и пропаривают его. Заполняют батометр стерилизованной водой и через
подпружиненный обратный клапан, установленный во внутреннем объеме узла 3 компенсации давления, подают сжатый воздух под давлением несколько большим, чем давление
воды в точке отбора пробы. На кронштейне 2 устанавливают противовес в виде такого же
батометра или груза. При отборе придонной воды батометр в сборе со штангой 32, с упором 35 и опорной площадкой 36 опускают в воду до контакта опорной площадки 36 с
дном водоема. При этом происходит вскрытие батометра под действием силы упора на
рычаг 15 за счет поворота кривошипа 24 на угол 90° против часовой стрелки. Батометр на
тросе под собственной тяжестью опускается до устойчивого положения на дне водоема и,
при этом, происходят два процесса: в начале при повороте кривошипа 24 против часовой
стрелки выступ на кривошипе 24 открывает предохранительный клапан и сбрасывается
давление внутри батометра, а затем при дальнейшем повороте кривошипа 24 до упора
происходит вскрытие батометра за счет отхода клапанов 4 и 5 от седел 7. При вскрытии
клапанов 4 и 5 батометра стерильная вода выходит из корпуса батометра через верхнее
выходное отверстие 11, а при установке рамы в устойчивое положение на дне водоема новая порция воды из окружающего пространства заполняет батометр через нижнее входное
отверстие 11. При подъеме батометра со дна водоема происходит перекрытие входных отверстий 11 батометра за счет тяжести конструкции рычага 15, штанги 32, упора 35 и опорной площадки 36, которая, действуя на рычаг 15, поворачивает кривошип 24 по часовой
стрелке на угол 90° и плотно перекрывает входное и выходное отверстия 11 батометра.
При использовании данной конструкции батометра для отбора проб воды с заданных
горизонтов водоема нет необходимости внесения изменений в конструкцию батометра, а
просто необходимо присоединение к правому плечу рычага трос. Батометр или набор батометров на кронштейне 2 на несущем тросе опускают в воду на заданную глубину. При
достижении заданной глубины трос, прикрепленный к рычагу 15 батометра, подтягивают,
при этом поворачивается кривошип 24, а его выступ открывает предохранительный клапан и сбрасывается давление внутри батометра, а под дальнейшим натяжением троса происходит отход клапанов 4 и 5 от своих седел 7 и поворот клапанов 4 и 5 на угол 90° и они
устанавливаются у стенок батометра, и тем самым открывают входные отверстия 11. Стерильная вода выходит из батометра. Батометр еще несколько опускают, при этом опускании окружающая батометр вода заполняет его внутренний объем, т.е. батометр вырезает
из слоя воды пробу со всеми находящимися в ней микроорганизмами и биотой. После этого трос с грузом прослабляют и, под действием тяжести груза: рычага 15, штанги 32, упора 35 и опорной плиты 36, происходит поворот рычага 15, а вместе с ним поворачивается
кривошип 24 вместе со сквозной втулкой 23, трубой 18, муфтой 17 и штоками 16 с клапанами 4 и 5. И, при этом, перекрываются нижнее и верхнее отверстия 11 батометра.
Предлагаемая конструкция батометра позволяет выполнение следующих видов работ:
он обеспечивает отбор стерильных проб для проведения микробиологического анализа, так как конструкция его устройства позволяет провести его стерилизацию горячим паром и промыть внутренний объем спиртом. Перед опусканием пробоотборника в водоем
его заполняют стерильной водой под давлением, что обеспечивается за счет нагнетания
воздуха в узел 3 компенсации давления до уровня несколько большего давления в точке
отбора пробы, и что не позволяет окружающей батометр воде проникнуть в его полость
по мере его спуска и внести загрязнение микроорганизмами, присутствующими в верхних
слоях воды, что способствует получению стерильной пробы.
Батометр опускается на глубину до контакта опорной площадки 36 с грунтом и, только в этот момент, происходит нажатие выступом кривошипа ручки предохранительного
клапана, он открывается, и сбрасывается давление в корпусе батометра. Кривошип 24 поворачивается, клапаны 4 и 5 отходят от своих седел 7, освобождая входные отверстия 11
батометра, и занимают положение у боковых стенок батометра. При этом стерильная вода
выходит из объема батометра в окружающую среду через верхнее выходное отверстие 11,
9
BY 5085 C1
а ее место занимает вода из окружающего пространства, входящая в батометр через нижнее входное отверстие 11 по мере дальнейшего опускания и установления его в устойчивое положение на дне водоема.
Выполнение батометра в форме шара обеспечивает возможность его использования
при отборе проб из максимально больших глубин, при минимальных затратах металла на
его изготовление, что обеспечивает его многократное использование без нарушения целостности.
Выполнение клапанов 4 и 5 в виде сегментов верхнего с грузом, а нижнего с размещенным в нем узлом 3 компенсации изменения давления обеспечивает быстрое вскрытие
клапанов 4 батометра за счет просадки верхнего клапана 5 и всплытия нижнего 4 клапана
при установке нижней площадки кулачков 19 против штоков 16 клапанов, что обеспечивает отход клапанов 4 и 5 от седел 7 и позволяет клапанам свободно проскользить по
внутренней сферической поверхности батометра и занять положение под углом 90° к первоначальному.
Конструкция батометра позволяет его использование и для отбора проб воды с разных
глубин, для чего нет необходимости вносить изменения в конструкцию батометра, необходимо только к рычагу 15 присоединить трос, что позволит при натяжении троса открыть полость батометра, а при освобождении троса от натяжения закрыть входное и
выходное отверстия 11 за счет веса штанги 32, упора 35, опорной площадки 36. При этом
поворачивается кривошип 24, а его выступ открывает предохранительный клапан и сбрасывается давление внутри батометра, а под дальнейшим натяжением троса происходит
отход клапанов 4 и 5 от своих седел 7 и поворот клапанов 4 и 5 на угол 90°, и они устанавливаются у стенок батометра, и тем самым открывают входные отверстия 11. Стерильная
вода выходит из батометра. Батометр еще несколько опускают, при этом опускании вода,
окружающая батометр, заполняет его внутренний объем. После этого трос с грузом прослабляют и, под действием тяжести груза: рычага 15, штанги 32, упора 35 и опорной плиты 36, происходит поворот рычага 15 по часовой стрелке, а вместе с ним поворачивается
кривошип 24 и перекрывается нижнее и верхние отверстия 11 батометра.
Конструкция батометра позволяет его использование и для отбора проб данных взвесей, для чего к рычагу 15 крепится укороченный упор 35, что обеспечивает приближение
входного конуса 9 батометра близко к поверхности грунта. В этот момент, при контакте
опорной площадки 36 грунта, происходит: поворот кривошипа 24, а в месте с ним и
сквозной втулки 23, и присоединенной к ней трубы 18 вместе с муфтой 17, и отход клапанов 4 и 5 от своих седел 7. Дальнейший поворот кривошипа 24, который происходит под
тяжестью самого батометра, приводит к зацеплению выступом кривошипа 24 ручки предохранительного клапана, давление в батометре сбрасывается и клапаны 4 и 5 открываются, в этот момент вода через верхнее выпускное отверстие 11 выбрасывается вверх, а ниже
лежащие донные взвеси засасываются в батометр вместе со своими обитателями через
нижнее входное отверстие 11. При подъеме батометра, под тяжестью груза рычага 15,
штанги 32, упора 35 и опорной площадки 36, кривошип 24 поворачивается в обратную
сторону и клапаны 4 и 5 перекрывают входное и выходное отверстия 11.
Конструкция батометра позволяет производить поочередный отбор проб воды из разных глубин за счет расположения нескольких батометров на кронштейне при опускании
или подъеме батометра.
Конструкция батометра позволяет производить выемку пробы из батометра для дальнейшего исследования без доступа атмосферного воздуха и при давлении в батометре,
равном давлению в точке отбора пробы, что обеспечивает сохранение взятой пробы воды
в исходном химическом и биологическом составе.
Конструкция батометра позволяет при присоединении к нему пробоотборника грунтов
одновременно с отбором донных взвесей производить отбор донных отложений. Пробоотборник грунта может быть присоединен к упору 35 по месту крепления опорной площадки 36.
10
BY 5085 C1
По сравнению с прототипом предложенная конструкция батометра имеет следующие
преимущества:
1. Он обеспечивает отбор стерильных проб придонной воды и взвесей для проведения
микробиологического и биологического анализа.
Одним из основных условий получения достоверных результатов микробиологического изучения водоемов является стерильность отбора проб воды с заданного горизонта. Для
обеспечения стерильности проб воды и ее принадлежности к заданному горизонту необходимо соблюдать два условия: сосуд для проб воды следует опускать до заданного горизонта стерильным, т.е. закрытым; после отбора проб воды он извлекается на поверхность
также закрытым [5]. Этим основополагающим фактором для отбора проб придонной воды
и взвесей не обладает прототип, т.к. согласно своему предназначению он позволяет производить только послойного отбор проб воды с разных глубин, исключая придонные воды
и взвеси.
2. Выполнение батометра в форме шара обеспечивает возможность его использования
при отборе проб из максимально больших глубин, при минимальных затратах металла,
что обеспечивает его многократное использование без нарушения целостности его конструкции.
3. Практика работ по отбору проб из поднятого на поверхность батометра сложилась
так, что первыми осуществляют отбор пробы микробиологи по причине исключения попадания внешних микроорганизмов в отобранную пробу за малый промежуток времени от
подъема батометра до его вскрытия. Если батометр был перед его спуском заполнен стерилизованной водой и вскрыт уже при подъеме на судно, то этот промежуток времени намного увеличивается, и если в качестве материала для изготовления батометров
использовать не латунь, как в батометрах Нансена, а нержавеющую сталь, то количество
живых бактерий возрастет из-за более малого бактерицидного действия нержавеющей
стали по сравнению с латунью, а наименьшими бактерицидными свойствами среди металлов обладает платина. Сохранение в отобранной пробе воды, поднятой из больших глубин, микроорганизмов и биологических объектов в большей мере зависит от сохранения
постоянства давления в батометре как на глубине, так и в батометре, поднятом на поверхность. Поэтому необходимо учитывать все вышеперечисленные факторы при подборе типов батометров и их подготовки к отбору проб. А хранение отобранной пробы производить в стеклянной посуде, как наиболее способствующей сохранению биологических
объектов.
4. Батометр данной конструкции может быть использован для отбора проб воды и из
заданных горизонтов водоема. Для этого нет необходимости внесения изменений в конструкцию батометра, а просто необходимо присоединить к правому плечу рычага трос. Батометр или набор батометров на раме на несущем тросе опускают в воду на заданную
глубину. При достижении заданной глубины, трос, прикрепленный к рычагу батометра,
подтягивают и при этом происходит вскрытие батометра и заполнение его окружающей
водой вместе с населяющими ее организмами. При прослаблении натяжения троса, под
тяжестью подвешенного к рычагу груза: штанги, упора и опорной площадки, происходит
поворот кривошипа и перекрытие входных отверстий.
5. Конструкция батометра позволяет его использование и для отбора проб донных
взвесей, для чего к рычагу крепится укороченный упор, что обеспечивает приближение
нижнего конуса батометра близко к поверхности грунта. В этом случае, при вскрытии батометра, стерильная вода, заполняющая батометр, под давлением выбрасывается через
верхний клапан, а через нижний клапан засасываются придонная вода и взвеси.
6. Конструкция батометра позволяет производить поочередный отбор проб воды из
разных глубин за счет расположения нескольких батометров на одной раме.
7. Конструкция батометра позволяет при присоединении к нему пробоотборника грунтов одновременно с отбором донных взвесей производить отбор донных отложений.
11
BY 5085 C1
Источники информации:
1. Романенко В.И., Младова Т.А. Биология внутренних вод // Информационный бюллетень. - N 4.
2. А.с. СССР 1472796, МПК G 01N 1/10, 1989.
3. А.с. СССР 1613914, МПК G 01N 1/10, 1988.
4. Патент BY 1714, МПК G 01N 1/10, 1997.
5. Крисс А.Е. Морская микробиология (Глубоководная). - М.: АН СССР, 1959. - С. 9.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
12
BY 5085 C1
Фиг. 5
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Фиг. 6
Фиг. 8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
231 Кб
Теги
by5085, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа