Устройство для отбора проб донного грунта кривошеева

Изобретение может быть использовано при контроле за состоянием донных отложений в водоемах, а также при производстве морских геологоразведочных работ. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение надежности работы, обеспечение взятия донной пробы различного объема и работоспособности пробоотборника при работе на различной глубине и на донных отложениях грунта различного состава (песок, ракушки, глина, галька и т.д.). Технический результат достигается тем, что устройство для отбора проб донного грунта содержит металлическую раму, на которой установлена грунтоотборная емкость, закрепленная на кронштейне, и V-образная скоба для сцепления с корабельным тросом, при этом согласно полезной модели рама выполнена из крайних продольных элементов и боковин, а посредине рамы закреплен центральный продольный элемент, при этом грунтоотборная емкость с помощью кронштейна зафиксирована на середине центрального продольного элемента, при этом концы V-образной скобы с возможностью поворота закреплены на пересечении боковин с центральным продольным элементом рамы. Грунтоотборную емкость целесообразно выполнять съемной. Каждая боковина рамы может быть выполнена из двух частей, соединенных в стык с концами центрального продольного элемента и крайними продольными элементами. Крайние продольные элементы желательно выполнять выступающими за боковины рамы.

Полезная модель может быть использована при контроле за состоянием донных отложений в водоемах, а также при производстве морских геологоразведочных работ.

Известно устройство для опробования донных отложений, содержащее колонковую трубу, снабженную в нижней части режущим башмаком. На верхнем конце колонковой трубы посажена направляющая трубка, на которой крепится стальная труба, служащая для установки грузов переменного веса, а также для монтажа четырех стабилизаторов При этом один из стабилизаторов снабжен плоской крышкой и подвижно установлен на оси. При ослаблении в момент удара грунтоноса о дно фиксатор принимает вертикальное положение. Это позволяет крышке во время извлечения трубки перекрывать верхнее отверстие грунтоноса, предотвращая выпадение пробы (И.Г.Шелковников, А.В.Лукошков Технические средства подводного разведочного бурения и опробования. - Л.: ЛГУ, 1979, с.77-78).

Недостатком устройства является сравнительно малая эффективность при опробовании морских и озерных месторождений и донных грунтов поверхностного расположения и сравнительно малой мощности, а также малый объем взятой пробы.

Известно широко применяемое для опробования несвязанных донных отложений устройство, называемое дночерпателем (Жизнь пресных вод СССР, 1956, т.4, с.293-305 Общие закономерности возникновения и развития озер. Методы изучения озер./ Под ред. академика А.Ф.Трешникова - Л Наука, 1986, с.71-73).

Дночерпатель представляет собой металлический короб размером 0,2×0,2×0,4 м, две створки закрывают его снизу с помощью пружинного механизма. Дночерпатель, к которому прикрепляют свинцовые грузы, опускают на дно с помощью лебедки с максимально возможной скоростью. В результате с раскрытыми створками он врезается в донный грунт с ограничением определенного объема донного грунта внутри дночерпателя. После этого по тросу сбрасывается посыльный груз, который приводит в действие пружинный механизм, закрывающий дно прибора, и устройство с пробой извлекается на поверхность.

Недостатком устройства является его сложность нерегулируемое по вертикали внедрение дночерпателя в опробуемые донные осадки, что может привести к недостоверности взятой пробы, а также неравномерное взятие пробы по площади и глубине опробуемого слоя отложений.

Известно также "Устройство для отбора проб донных отложений" по А.С. 1116151, М. Кл. Е21В 49/02, опубл. 1984, содержащее корпус прямоугольного сечения с опорными стойками, спускоподъемное устройство, запирающий механизм, рабочий орган с боковыми ограничителями смещения [1].

Недостатком этого устройства также является сравнительно малый объем получаемой пробы, а также прямая зависимость работоспособности устройства от возможных крупных включений, препятствующих закрытию створок.

Известные и широко применяемые для опробования несвязанных донных отложений устройства, являются, по сути, грейферным ковшом.

Недостатки грейферного ковша - это сравнительно малая эффективность при опробовании морских и озерных месторождений и донных грунтов поверхностного расположения, а также зависимость работоспособности устройства от возможных крупных включений, препятствующих закрытию створок.

Известен пробоотборник по патент на полезную модель 73396, выполненный в виде полого цилиндра, который имеет скошенный и заостренный конец, позволяющий проникать в отбираемый субстрат; цилиндр снабжен движущимися пластинами на креплении шарнирного типа, первая пластина закреплена изнутри, вторая пластина - в верхней части [2]. На внутренней стороне цилиндра имеется упор, служащий для удерживания пластины. К цилиндру прикреплена ручка разборного типа, что позволяет выбрать ее оптимальную длину. Секции скрепляются между собой болтами через отверстия в концевых участках. Движущиеся пластины не позволяют отбираемым отложениям при их выемке из водоема вываливаться либо вымываться водой.

Однако известный пробоотборник предназначен для отбора влажных и плотных глин до жидкого ила и не эффективен для отбора проб грунта, включающего ракушки, гальку и др. крупные включения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для отбора проб несвязного грунта под водой по а.с. СССР 174571, принятое в качестве прототипа. Известное устройство состоит из металлической рамы, на которой установлена грунтоотборная емкость, закрепленная на кронштейне, и V-образная скоба, соединенная с корабельным тросом [3]. Грунотоотборная емкость снабжена крышкой и приводится в действие с помощью резиновой тяги и системы рычагов. Недостатком устройства является его сложность, а также зависимость работоспособности устройства от возможных крупных включений грунта, препятствующих закрытию крышки.

Техническим результатом заявляемого устройства для отбора проб донного грунта является упрощение конструкции и повышение надежности работы, обеспечение взятия донной пробы различного объема и работоспособности пробоотборника при работе на различной глубине и на донных отложениях грунта различного состава (песок, ракушки, глина, галька и т.д.).

Технический результат достигается тем, что устройство для отбора проб донного грунта содержит металлическую раму, на которой установлена грунтоотборная емкость, закрепленная на кронштейне, и V-образная скоба для сцепления с корабельным тросом, при этом согласно полезной модели рама выполнена из крайних продольных элементов и боковин, а посредине рамы закреплен центральный продольный элемент, при этом грунтоотборная емкость с помощью кронштейна зафиксирована на середине центрального продольного элемента, при этом концы V-образной скобы с возможностью поворота закреплены на пересечении боковин с центральным продольным элементом рамы.

Грунтоотборную емкость целесообразно выполнять съемной.

Каждая боковина рамы может быть выполнена из двух частей, соединенных в стык с концами центрального продольного элемента и крайними продольными элементами.

Крайние продольные элементы желательно выполнять выступающими за боковины рамы.

Заявляемое устройство для отбора проб донного грунта поясняется следующими графическими материалами.

Фиг.1 - общая схема устройства для отбора проб донного грунта.

Фиг 2 - устройство для отбора проб донного грунта с отклоненной V-образной скобой, вид А (сверху).

Фиг.3 - устройство для отбора проб донного грунта с отклоненной V-образной скобой, вид Б (с боку).

Фиг.4 - схема использования устройства для отбора проб донного грунта при работе на небольшой глубине.

Фиг.5 - то же, но при работе на большой глубине.

Устройство для отбора проб донного грунта содержит металлическую сварную раму 1, на которой установлена грунтоотборная емкость 2 и V-образная скоба 3, предназначенная для соединения с корабельным тросом 4 (фиг 1). Рама 1 состоит из крайних продольных элементов 5 и присоединенных к ним поперечных элементов-боковин 6. К боковинам 6 рамы 1 приварен центральный продольный элемент 7 рамы.

Каждая боковина 6 рамы 1 может быть выполнена из двух частей, соединенных в стык с концами центрального продольного элемента 7 и крайними продольными элементами 5. При этом крайние продольные элементы 5 выполнены выступающими за боковины 6 рамы. Детали рамы могут быть выполнены из оцинкованной металлической трубки (диаметром от 15 до 35 мм).

Грунтоотборная емкость 2 с помощью кронштейна 10 зафиксирована на середине центрального продольного элемента 7. Грунтоотборная емкость 2 может быть выполнена в виде металлической колбы (диаметром 100-120 мм), которая жестко закреплена, например, с помощью сварки, на кронштейне. 10 Кронштейн 10 установлен с возможностью съема в защитном стакане 11, приваренном посредине центрального продольного элемента 7 рамы Выполнение грунтоотборной емкости 2 съемной позволяет использовать колбу с диаметром, соответствующим необходимому объему пробы.

К раме 1 прикреплена V-образная скоба 3, вершина 14 которой снабжена кольцом 15 для сцепления с корабельным тросом 4. Концы скобы 3 с возможностью поворота закреплены на пересечении боковин 6 с центральным продольным элементом 7 рамы. Концы V-образной скобы 3 для возможности поворота могут быть закреплены в проушинах 12, приваренных к раме 1. Опытным путем автор обнаружил, что для эффективной работы устройства необходимо ограничение отклонения V-образной скобы 3 от нормали к раме 1 на угол не более 45° (фиг.3). Для этого на концах скобы 3 с обеих сторон наварены ограничители (не показаны). Кроме того, длина L крайних элементов 5 больше длины боковин 6 (в 2-3 раза или более) Выступы крайних элементов 5 рамы служат для увеличения L, а также для защиты узлов поворота скобы 3 при ударе о грунт или о борт судна (при подъеме). Такое соотношение размеров рамы необходимо для обеспечения необходимого положения устройства при падении рамы на грунт и при отборе пробы грунта.

Работа устройства.

При выходе судна на заданные координаты выключают движители судна и сразу же опускают прибор, который привязан к тросу 13. При опускании на подводный грунт устройство падает на грунт рамой 1. В результате дрейфа судна к верхней точке 14 V-образной скобы 3 приложена сила, которая переворачивает раму 1, при этом один из крайних продольных элементов 5 всегда оказывается лежащим полностью на грунте (за счет того, что длина L крайних элементов 5 значительно больше длины боковин 6), а колба 2 за счет жесткой фиксации на раме 1 врезается в грунт (фиг 4). Край колбы - это третья точка соприкосновения устройства с грунтом. Как только трос 4 выпущен полностью (расчет длины «В» троса приведен ниже) и стал натягиваться, он увлекает за собой V-образную скобу 3. При этом скоба 3 должна быть отклонена вверх на угол не более 20 градусов. Раму с колбой протягивают на 15-20 см, при этом колба 2 зачерпывает грунт, наполняется им, после чего трос 4 выбирают и поднимают устройство на борт. При этом грунт из колбы при транспортировке не вымывается и остается полностью в колбе.

Если указанный угол будет больше 20 градусов, то проба не возьмется, т.к. колба не будет касаться дна. Если угол меньше 20 градусов, то потребуется трос большей длины. Для практического использования длину троса определяют, зная глубину Н в месте отбора пробы, по формуле: b=H/sin20°3Н, где Н - сумма глубины и высоты борта.

Такая конструкция устройства эффективна на малой глубине водоема (до 30 м).

На большой глубине для эффективной работы устройства требуется трос очень большой длины, чтобы выдержать угол =20 градусов. В этом случае для сокращения длины троса 4, на нем перед скобой 3 закрепляют груз 14 (фиг.5). Вес груза приблизительно должен быть равен весу всей конструкции или превышать этот вес. Угол плоскости скобы 3 по отношению к грунту 20 градусов, а угол, под которым трос идет к кораблю, в зависимости от веса груза может быть практически прямым. Поэтому брать пробу грунта с помощью заявляемого устройства можно тросом меньшей длины.

Заявляемое устройство для отбора проб донного грунта имеет простую и надежную конструкцию, отсутствуют рычаги, пружины, крышки и пр., что повышает надежность работы устройства. Грунт из колбы при транспортировке не вымывается и остается полностью в колбе. Сменная колба обеспечивает взятие донной пробы различного объема. Конструкция предусматривает возможность работы на различной глубине и на донных отложениях грунта различного состава (песок, ракушки, глина, галька и т.д.). Заявляемое устройство испытано на акватории Керченского пролива.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

1. Авторское свидетельство СССР 1116151 «Устройство для отбора проб донных отложений», опубликовано 1984.

2. Патент на полезную модель 73396 «Универсальный пробоотборник донных отложений и бурового шлама». Опубликовано: 2008.05.20.

3. Авторское свидетельство СССР 174571 «Устройство для отбора проб несвязного грунта под водой», опубликовано 07.09.1965 (наиболее близкий аналог).

1. Устройство для отбора проб донного грунта, содержащее металлическую раму, на которой установлены грунтоотборная емкость, закрепленная на кронштейне, и V-образная скоба для сцепления с корабельным тросом, отличающееся тем, что рама состоит из крайних продольных элементов и боковин, а посредине рамы закреплен центральный продольный элемент, при этом грунтоотборная емкость с помощью кронштейна зафиксирована на середине центрального продольного элемента, при этом концы V-образной скобы с возможностью поворота закреплены на пересечении боковин с центральным продольным элементом рамы.

2. Устройство для отбора проб донного грунта по п.1, отличающееся тем, что грунтоотборная емкость выполнена съемной.

3. Устройство для отбора проб донного грунта по п.1, отличающееся тем, что каждая боковина рамы может быть выполнена из двух частей, соединенных в стык с концами центрального продольного элемента и крайними продольными элементами.

4. Устройство для отбора проб донного грунта по п.1, отличающееся тем, что крайние продольные элементы выполнены выступающими за боковины рамы.