Гидростатический дночерпатель

 

Изобретение относится к морской геологоразведочной технике и может быть использовано для отбора проб грунта и придонной воды в глубоководных районах океана. Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение скорости и надежности отбора проб придонной воды и грунта различной плотности. Дночерпатель содержит челюсти 1, шарнирно соединенные с нижней траверсой 2 и тягами 3. Последние шарнирно прикреплены к верхней траверсе 4, жестко соединенной с полым цилиндром 5, закрытым сверху крышкой. Сквозь отверстие пропущен шток 8, соединенный с поршнем 9, который связан штангой 10 с нижней траверсой 2. Надпоршневая полость цилиндра 5 заполнена воздухом и герметизирована. Поршень 9 снабжен плунжером, связанным со штангой 10, которая имеет возможность осевого перемещения относительно нижней траверсы 2 и снабжена опорным фланцем 18. Челюсти 1 дночерпателя закрываются под действием гидростатического давления на поршень 9. Отбор скальных пород обеспечивается благодаря дополнительному прижиму челюстей к грунту неуравновешенным гидростатическим давлением на крышку. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (13) (5о 4 G 01 N 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4352564/23-26 (22) 29. 12.87 (46) 30.08.89. Бюп. М 32 (75) Ю.Л. Гаранько и С.Н. Шашура (53) 543.053(088 ° 8) (56) Воропаев А.А., Лукошков А.В °

Техника и технология гелогоразведочных работ в океане. — Морская геология и геофизика, Обзор ВН3МС, М,, 1983, с. 29.

Авторское свидетельство СССР

У 641102, кл. Е 21 С 45/00, 1979.

2 (54) ГИДРОСТАТИЧЕСКИИ ДНОЧЕРПАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к морской геологоразведочной технике и может быть использовано для отбора проб грунта и придонной воды в глубоководных районах океана. Цель изобретения — упрощение конструкции, повышение скорости и надежности отбора проб придонной воды и грунта различной плотности. Дночерпатель содержит челюсти 1, шарнирно соединенные с нижней траверсой 2 и тягами 3 ° По1504 следние шарнирно прикреплены к верхней траверсе 4, жестко соединенной с полым цилиндром 5, закрытым сверху крышкой. Сквозь отверстие пропущен шток 8, соединенный с поршнем 9, который связан штангой 10 с нижней траверсой 2. Надпоршневая полость цилиндра 5 заполнена воздухом и герметиэирована. Поршень 9 снабжен плунжером, связанным со штангой 10, ко544

4 торая имеет воэможность осевого перемещения относительно нижней траверсы 2 и снабжена опорным фланцем 18.

Челюсти 1 дночерпателя закрываются под действием гидростатического давления на поршень 9. Отбор скальных пород обеспечивается благодаря дополнительному прижиму челюстей к грунту неуравновешенным гидростатическим давлением на крышку. 3 ил.

Изобретение относится к морской геологоразведочной технике, в част— ности к дночерпателям, отбирающим пробы грунта с использованием энергии гидростатического давления воды.

Целью изобретения является упрощение конструкции дночерпателя, повышение скорости и надежности отбора проб придонной воды и грунта различной плотности.

На фиг. 1 показан гидростатический дночерпатель в раскрытом положении на дне, на фиг. 2 — то же, в закрытом положении после отбора пробы, на фиг. 3 — узел I на фиг. 1.

Гидростатический дночерпатель включает челюсти 1, шарнирно соединенные с пожней траверсой 2 и с тягами 3, шарнирно прикрепленными к верхней траверсе 4, жестко соединен- 35 ной с полым цилиндром 5, закрытым сверху крышкой 6, имеющей осевое отверстие 7, сквозь которое пропущен шток 8. Последний соединен с поршнем 9, установленным в нижней части 40 цилиндра 5 и связанным штангой 10 с нижней траверсой 2 °

Поршень 9 снабжен устройством фиксации, состоящим из подпружиненного пружиной 11 плунжера 12, имеющего 45 кольцевую канавку 13. Своей цилиндрической частью плунжер 12 взаимодействует с шариками 14, установленными в отверстиях 15 поршня 9 и выступающими иэ него в кольцевую канавку 16, 50 сделанную на внутренней поверхности цилиндра 5. Плунжер 12 закреплен на верхнем конце штанги 10 и центрируется в поршне 9 втулкой 17. На нижнем конце штанги 10 размещен опорный фла- 55 нец 18.

В верхнем торце крышки 6 сделана расточка 19, в которой установлен соединенный со штоком 8 поршень 20 с диаметром меньшим, чем у поршня

9. Поршень 20 связан скобой 21 с трос.ом 22 судовой лебедки (на схеме не показана).

Для отбора пробы рыхлого грунта с ненарушенной структурой на опорном фланце 18 закреплена колонковая труба 23, имеющая отверстия 24 для выхода воды, породоразрушающий наконечник 25 и керноудерживающий кла-пан 26.

Для отбора пробы придонной воды концентрично штанге 10 на расстоя.нии от поршня 9, не превьш ающем его ход, установлена пробка 2 7, герметично закрывающая нижнее отверстие цилиндра 5. Надпоршневая полость последнего заполнена воздухом под атмосферным давлением и герметизирована уплотнительными кольцами 28-30.

Для стравливания сжатого воздуха из надпоршневой полости в гидросферу при подъеме дночерпателя предусмотрены клапаны 31,32.

На цилиндре 5 в проушинах 33 закреплена тросовая петля 34, предназначенная для разгрузки дночерпателя, Гидростатическнй дночерпатель работает следующим образом.

Предварительно с помощью сейсмопрофилирования определяют тип грунта на исследуемом участке дна. Если это рыхлые отложения, то дночерпатель оснащают колонковой трубой 23.

Если же имеется выход на поверхность дна скальных пород, то колонковую трубу не ставят.

Дночерпатель, приведенный в положение, показанное на фиг. 1, на тросе 22 опускают на дно. По мере погружения дночерпателя в глубину возрастающее гидростатическое давление, действующее на поршень 9, стремится5 1 поднять его, а такое же давление

1 ° t действующее на поршень 20, стремится сместить его вниз. Поскольку поршни

9 и 20 жестко связаны штоком 8, а диаметр поршня 9 больше, чем поршня

20, то результирующее усилие равно произведению гидростатического давления на разность площадей поршней

9 и 20 и направлено вверх . Под действием этого результирующего усилия шарики 14 плотно прижимаются к верхнему скосу канавки 16 и к цилиндрической поверхности плунжера 12, создавая силу трения, препятствующую . перемещению последнего. В начальный период погружения, когда гидростатическое давление невелико, пружина

11 препятствует перемещению плунжера 12 вверх, нейтрализуя лобовое сопротивление колонковой трубы 23 в воде.

При ударе опорного фланца 18 о скальный грунт или при торможении колонковой трубы 23 в рыхлых осадках вес дночерпателя и его кинетическая энергия падения расходуется на смещение штанги 10 относительно нижней траверсы 2. Разность диаметров поршней 9 и 20 выбрана такой, чтобы на самых больших глубинах океана (до 10 км) вес дночерпателя был достаточен для смещения плунжера 12.

После смещения плунжера !2 в крайнее верхнее положение (до упора в поршень 9) кольцевая канавка 13 совмещается с шариками 14 и последние выдавливаются иэ канавки 16 цилиндра 5 в канавку 13 плунжера 12.

Поршень 9 освобождается и, перемещаясь под действием гидростатического давления вверх, тянет эа собой штангу 10 и нижнюю траверсу 2, закрывая челюсти 1.

После выхода поршня 20 из рас-точки 19 усилие, перемещающее штангу 10, резко возрастает и становится равным произведению гидростатического давления на разность площадей поршня 9 и штока 8. При этом возрастает и скорость смыкания челюстей.

Такое же по величине усилие действует сверху на крьппку 6 и через тяги 3 передается на челюсти 1, прижимая их к грунту, причем усилие прижима может во много раз превьппать их вес, создавая удельное давление режущих кромок челюстей, достаточное для разрушения не только рыхльм отложе504544 6 ний, но и скальных пород. Одновременно с закрытием челюстей извлекается из грунта колонковая труба 23 с пробой ненарушенного грунта. Поступившая в подпоршневую полость цилиндра 5 придонная вода при смыкании челюстей отделяется от гидросферы пробкой 27,- герметично закрывающей

1р нижнее отверстие цилиндра (фиг,2).

Тросом 22 дночерпатель извлекают из грунта и поднимают на судно. При подъеме дночерпателя челюсти 1 остаются в сомкнутом положении под

15 дейетвием собственного веса. Сжатый воздух из надпоршневой полости цилиндра 5 по мере подъема и уменьшения окружающего гидростатического давления вытравливается наружу через обратный клапан 31, Подняв на палубу, дночерпатель в закрытом положении укладывают в поддон, не ослабляя трос 22. Через клапан 32 сливают отобранную пробу

28 придонной воды в заранее приготовленную емкость, а затем гаком грузовой стрелы захватывают тросовую петлю 34 и приподнимают дночерпатель над поддоном. Под весом челюстей 1, нижней траверсы 2 и грунта дночерпатель раскрывается, и отобранная проба грунта вываливается в поддон.

Отсоединив колонковую трубу 23, извлекают из нее отобранную колонку ненарушенного грунта.

Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства эа счет более простоИ системы впуска окружающей воды в цилиндр, повысить скорость

4о смыкания челюстей дночерпателя и обеспечить на больших глубинах океана практически неограниченную ско- 1 рость смыкания челюстей, которую лимитируют только инерция движущихся

46 частей дночерпателя и сопротивление разрушаемого грунта.

Кроме того, быстродействие дночерпателя повьппает надежность отбора проб вследствие того, что дрейфующее судно эа короткое время (от долей секунды до нескольких секунд) не успевает далеко уйти от точки посадки дночерпателя и опрокинуть его.

Повьппается надежность отбора полускальньм и скальньм пород благодаря дополнительному прижиму дночерпателя к дну неуравновешенным гидростатическим давлением на цилиндр, 1 504 544 цилиндром с крышкой и осевым отверстием, сквозь которое пропущен шток поршня, связанного с нижней траверсой, причем надпоршневая полость цилиндра заполнена воздухом и герметиэирована, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения скорости и надежности отбора проб при}бронной воды и грунта различной плотности, поршень снабжен шариковым замком, штангой с опорным фланцем и колонковой трубой, а штанга снабжена пробкой, концентрично установленной на расстоянии от поршня, равном его рабочему ходу, причем штанга установлена с возможностью осевого перемещения относительно нижней траверсы.

Повышается информативность опробования рыхлых отложений за счет отбора колонки грунта с ненарушенной структурой.

Повышается информативность опробования благодаря отбору пробы придонной воды в цилиндр, дополнительно используемый в качестве батометра отсекающего типа.

Формула и з обретения

Гидростатический дночерпатель, включающий челюсти, шарнирно соединенные с нижней траверсой и тягами, шарнирно связанными с верхней траверсой, жестко соединенной с полым

Составитель Е. Гарбуз

Техред А.Кравчук Корректор Т. Малец

Редактор M. Циткина

Подписное

Тираж 789

Заказ 5244/43

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101