Насос для забора проб подпочвенного воздуха
Насос для забора проб подпочвенного воздуха предназначен для взятия проб подпочвенного воздуха с заданной глубины для последующего анализа содержания в подпочвенном воздухе других газов и для исключения подмешивания в пробу газа атмосферного и почвенного воздуха.
Насос для забора проб подпочвенного воздуха состоит из корпуса с закрепленным на его нижнем торце коническим буром в виде архимедова винта, у нижнего торца корпуса в его цилиндрической стенке выполнены отверстия для забора подпочвенного воздуха, закрытые изнутри корпуса упругим кольцом, внутри корпуса размещен поршень с полым штоком, на наружном торце которого установлен заглушенный патрубок с отверстиями в боковой стенке, а на патрубок с натягом надет эластичный шланг, соединяющий насос с пробосборником любого известного типа.
Новым в устройстве является то, что корпус насоса на нижнем торце снабжен коническим буром в виде архимедова винта.
Предлагаемая полезная модель относится к измерению концентрации различных газов в подпочвенном воздухе и/или воздухе внутри складированных (насыпанных и/или сложенных) значительными массами других сыпучих или гранулированных веществ. Предлагаемая полезная модель может применяться при геологических изысканиях, экологических исследованиях или для мониторинга подземных газопроводов с целью обнаружения и оценки интенсивности утечки газа без вскрытия газопроводов.
Известен способ определения концентрации водорода в подпочвенном воздухе (В.Ларин, Н.Ларин. Жара в России. (Hydrogen-future.com.), В.Н.Ларин «Наша Земля». М.: Изд-во «Агар», 2005. 244 с.), заключающийся в том, что штангу диаметром более 1 см забивают на глубину свыше 1 м в почву. Затем штангу вытаскивают и в образовавшуюся скважину быстро погружают приемную трубку водородного газоанализатора, которую у устья скважины обжимают землей для исключения газообмена между воздухом и объемом скважины. По показаниям водородного газоанализатора судят о концентрации водорода в подпочвенном воздухе.
При этом имеет место ряд недостатков, приводящих к тому, что подпочвенный воздух смешивается с почвенным и атмосферным. Во-первых, фактически штаяга играет роль поршня всасывающего насоса, корпусом которого являются стенки скважины, уплотненные штангой. При извлечении штанги подпочвенный воздух засасывается в скважину через ее стенки на всей длине скважины по мере извлечения штанги, поэтому в скважину засасывается не только подпочвенный, но и почвенный воздух. Также в скважину засасывается и атмосферный воздух - при неконтролируемом покачивании штанги в процессе ее извлечения. В результате в скважине оказывается смесь подпочвенного воздуха с воздухом почвенным и. атмосферным в неизвестных пропорциях. Во-вторых, воздух из скважины приходится принудительно откачивать и подавать к датчику газоанализатора. При откачке воздуха из скважины он замещается - скорее всего, атмосферным воздухом, - в результате чего проба подпочвенного воздуха дополнительно разбавляется в неизвестной пропорции.
Целью предполагаемого изобретения является получение возможности отбора проб подпочвенного воздуха с заданной глубины и исключение подмешивания в пробу почвенного и атмосферного воздуха.
Технический эффект, достигаемый применением этого устройства, заключается в том, что применение устройства позволяет измерять состав подпочвенного воздуха с высокой точностью.
Предлагаемый насос схематически показан на чертеже фиг.1.
Насос состоит из цилиндрического корпуса 1, к верхней части которого с помощью болтов присоединены две рукоятки 2 и 3, а к нижнему торцу корпуса 1 жестко присоединен бур 4 в виде архимедова винта - ось со спиральной лентой 5. В нижней части корпуса 1 выполнены заборные отверстия 6 и 7, закрытые изнутри упругим кольцом 8. На полом штоке неподвижно закреплен поршень в виде двух центрирующих уплотняющих колец 10 и 11, которые от смещения вдоль штока удерживаются четырьмя неподвижными относительно штока шайбами. Полый шток 9 открыт с нижнего торца и закрыт с верхнего торца заглушкой 12, через которую пропущен патрубок 13, открытый внутрь полости штока 9 и заглушенный с противоположного торца. У заглушенного торца патрубка 13 на боковой поверхности выполнены выпускные отверстия 14 и 15. Эластичный шланг 16 надет с натягом на патрубок 13 и соединяет насос с пробосборником любого известного типа. К верхней части штока 9 на уровне заглушки присоединены рукоятки 17 и 18.
Работает насос следующим образом. Исходное положение штока - максимально вдвинут в корпус насоса. Насос устанавливают вертикально коническим буром 4 вниз на выбранном участке и за рукоятки 2 и 3 ввинчивают корпус насоса 1 в землю таким образом, чтобы участок корпуса с заборными отверстиями 6 и 7 достиг заданной глубины. После достижения нужной глубины за рукоятки 17 и 18 поднимают шток вверх до упора верхнего уплотнительного кольца 10 в головки болтов крепления рукояток 2 и 3. Подпочвенный воздух всасывается через впускные отверстия 6 и 7 в корпус насоса. Затем шток опускают до упора вниз. Подпочвенный воздух из корпуса насоса через отверстия 14 и 15 в патрубке 13 по эластичному шлангу 16 поступает в пробосборник любого известного типа. Операцию повторяют необходимое число раз для заполнения пробосборника.
После заполнения пробосборника корпус насоса обратным вращением за рукоятки 2 и 3 вывинчивают из образовавшейся скважины.
Естественно, что внутри насоса имеется некоторый постоянный исходный объем Vo - это внутренний объем штока плюс объем, вызванный ограничением хода поршня вниз из-за наличия упругого кольца 8 и внутренний объем эластичного шланга 16, соединяющего выходной патрубок 13 с пробосборником. Объем Vx всасываемого насосом подпочвенного воздуха определяется внутренним диаметром корпуса 1 и длиной хода поршня. Таким образом, объем воздуха, поступившего в пробосборник, можно выразить формулой:
где n - число рабочих ходов поршня насоса, требующихся для заполнения воздухом объема пробосборника.
Следовательно, действительную концентрацию С д исследуемого газа в подпочвенном воздухе следует определять по формуле:
где Сизм - концентрация исследуемого газа по показаниям газоанализатора.
1. Насос для забора проб подпочвенного воздуха, включающий цилиндрический корпус с поршнем, отличающийся тем, что на нижнем торце корпуса жестко закреплен конический бур в виде архимедова винта - ось со спиральной лентой, у нижнего торца корпуса выполнены отверстия для забора подпочвенного воздуха, закрытые изнутри корпуса упругим кольцом, а у верхнего торца корпуса закреплены рукоятки.
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что шток поршня выполнен полым с открытым внутрь корпуса торцом и снабжен на верхнем торце заглушкой, через которую пропущен патрубок, открытый внутрь полости штока и заглушенный с противоположного торца, в боковой поверхности которого у заглушенного торца выполнены отверстия, на патрубок с натягом надет эластичный шланг, соединяющий насос с пробосборником любого известного типа, а на наружном конце штока закреплены две рукоятки.
