專利名稱：氣控式地下水定深取樣裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種地下水取樣器，尤其涉及一種氣控式地下水取樣器，主要用于地下水污染調查過程中地下水樣品的采取。
背景技術：
在地下水污染調查中，從監測井中獲取具有代表性的地下水樣品是開展調查、監 測工作的首要步驟。發達國家高度重視地下水污染調查取樣技術，對取樣裝置也進行了深 入地研究。目前地下水取樣器的種類主要有抓取式采樣器、負壓提升式采樣器、氣體置換 式采樣器、氣動葉輪泵、電動潛水泵、慣性提升泵等(1.鄭繼天，王建增，葉成明，國家發明 專利，200820109057. 5 ；2.鄭繼天，王建增，國外地下水污染調查取樣技術綜述，勘察科學 技術，2005，(06) :20-23))。其中氣控式不連續取樣器屬于一種抓取式采樣器，主要用于地 下水的定深小體積取樣。取樣過程為在取樣器下入井內之前，用高壓手動泵為其充氣，充 氣壓力最大可達1. 6MPa。到達預定的深度后，釋放壓力，在靜水壓力的作用下，來自取樣區 域的地下水充滿取樣器。氣控式不連續間隔取樣器的關鍵部件是取樣器中的兩個止回閥一進水止逆閥和 浮力閥，其中進水止逆閥主要防止取樣器中的氣體或水從進水口泄露，而不影響水進入取 樣器中；浮力閥主要防止取樣時地下水進入氣體管線。現有的氣控式不連續取樣器一般采 用鋼珠作為進水止逆閥，采用浮子球或活塞作為浮力閥。在實際應用中，兩個止回閥經常會 出現漏氣或漏水的情況，特別是對于較為渾濁的地下水，取樣器中的止回閥很容易被填塞， 使閥門密封性能失效，造成取樣的失敗。另外，即使獲取到地下水樣品后，一般也要求對地 下水樣品進行預過濾，將水樣品中的懸浮顆粒物除去，才能對地下水樣品進行保存，在空氣 中對地下水樣品進行過濾增加了水樣品被空氣中的氧氣和二氧化碳污染的可能性。
發明內容
本發明的目的是提供一種體積小、重量輕、無泄露、適于各種地下水場合的氣控式 地下水定深取樣裝置，其解決了現有氣控式不連續取樣器易泄露、無法用于渾濁地下水場 合、需對獲取的水樣品過濾處理等技術問題。本發明的技術解決方案為一種氣控式地下水定深采樣裝置，包括依次連通的氣源1、減壓閥2、氣體控制器 3、氣管5和采樣器，所述采樣器包括樣品管7，其特殊之處在于所述采樣器還包括設置在 樣品管7上端的浮力閥8以及設置在樣品管7下端的進水止逆閥6 ；所述浮力閥8包括浮 筒15、錐形橡膠塞16和出氣口 17，所述浮筒15為設置在樣品管7內的下開口空心筒狀結 構，所述錐形橡膠塞16固定在浮筒15頂部中心，所述出氣口 17的內部形狀為錐形口，所述 錐形口尺寸與錐形橡膠塞16的尺寸相匹配；所述進水止逆閥6包括定位盤10、彈簧11、閥 芯12和進水口 14 ；所述定位盤固定在樣品管7上，所述閥芯12的上部為穿過定位盤的中 心軸，其下端為錐面，所述彈簧設置在定位盤和閥芯之間，所述閥芯的錐面可在彈簧的彈力作用下將進水口 14密封。上述采樣器包括設置在進水止逆閥6的進水口 14處的管式過濾器9。上述管式過濾器9為可更換的管式PE過濾器。上述采樣裝置包括氣管絞車4。上進水止逆閥6包括設置在閥芯錐面和進水口之間的0型墊圈13。本發明的有益效果1、本發明實現了地下水的定深取樣。由于取樣器是在充氣的情況下進入水中，所 以在下入井內的途中取樣器不會進水。當取樣器到達取樣深度后，通過放氣管線釋放取樣 器中的氣體，在靜水壓力的作用下，地下水自動進入取樣器，并在地下水充滿取樣器后，兩 個止回閥自動關閉。從而實現了在一定深度范圍內地下水的定深取樣功能。2、本發明充分利用靜水壓力的作用使目標取樣深度的地下水通過過濾器進行過 濾，直接獲取到了澄清的地下水樣品，避免了對地下水樣品進一步過濾處理的繁瑣操作和 污染的可能性。而且，對水樣品的過濾程度，僅需根據要求選擇不同過濾精度的過濾器即可 實現。3、性能可靠。本發明在取樣器進水端和出氣端分別采用了彈性密封的止逆閥和錐 形橡膠密封的浮力閥，有效解決了高壓氣體和地下水容易泄露的問題。4、應用范圍廣。由于地下水在進入取樣器之前，必須先經過過濾器的過濾，因此， 即使對混濁度非常高的地下水場合，在經過過濾處理后，也會變得很澄清，從而有效避免了 地下水中的懸浮物對止回閥的干擾，保證了取樣器的正常工作。
圖1是本發明結構示意圖；圖2是本發明中取樣器結構示意圖；圖3是本發明水進入取樣器樣品管的工作狀態示意圖；圖4是本發明取樣器樣品管停止進水后的狀態示意圖；其中1-氣源，2-減壓閥，3-氣體控制器，4-氣管絞車，5-氣管，6-進水止逆閥， 7_樣品管，8-浮力閥，9-管式過濾器，10-出氣口，11-錐形橡膠塞，12-浮筒，13-閥芯， 14-定位盤，15-彈簧，16-0型墊圈，17-進水口。
具體實施例方式
參見圖1和圖2，一種氣控式地下水定深取樣裝置，包括依次連通的氣源1、減壓閥 2、氣體控制器3、氣管5和取樣器，氣源1可采用氮氣高壓鋼瓶氣源，為了方便氣管升降，還 可設置氣管絞車4 ；取樣器包括樣品管7、設置在樣品管7上端的浮力閥8、設置在樣品管7 下端的進水止逆閥6、設置在進水口 17處的管式過濾器9 ；浮力閥8是一個具有錐形橡膠 塞的浮力閥，既保證樣品管7內被水充滿，又能阻止水進入充氣管中避免形成交叉污染；浮 力閥8包括浮筒12、錐形橡膠塞11和出氣口 10，浮筒12為設置在樣品管7內的下開口空 心筒狀結構，錐形橡膠塞11固定在浮筒12頂部中心，出氣口 10的內部形狀為錐形口，錐形 口尺寸與錐形橡膠塞11的尺寸相匹配；進水止逆閥6是一個單向閥，水只能經由進水口 17 通過進水止逆閥6單向進入樣品管7內，防止水或氣體泄露于環境中；進水止逆閥6包括定
4位盤14、彈簧15、閥芯13、0型墊圈16和進水口 17 ；定位盤通過螺紋安裝在進水口 17內壁 上，閥芯13的上部為穿過定位盤的中心軸，其下端為錐體，彈簧設置在定位盤和閥芯之間， 閥芯的錐體可在彈簧的彈力作用下將進水口 17密封；通過調整定位盤14在進水口 17內的 位置來調整彈簧的松緊程度，實現設定地下水進入取樣器最小壓力的功能。0型墊圈16設 置在閥芯錐面和進水口之間，可保證進水止逆閥6更好的密封。管式過濾器9采用PE微孔 過濾器，可依據需要進行調整或更換不同的過濾精度。氣體控制器3是一個兩位三通的閥 門，三個出口分別稱為進氣口、控制出氣口以及排空口。當閥門處于“打開”狀態時，進氣口 與控制出氣口接通；當閥門處于“關閉”狀態時，排空口與控制出氣口接通。本發明工作原理本發明取樣裝置通過充氣系統控制取樣器中的壓力來作為地下 水進入取樣器樣品管的控制“開關”，利用地下水的靜壓力作用，使地下水通過管式過濾器 過濾后進入取樣器，獲得取樣深度、經過自動過濾的地下水樣品。在取樣器下入井內之前， 用鋼瓶中的高壓氣體為取樣器充氣，充氣壓力要大于取樣深度的地下水壓力。將連接有管 式過濾器的取樣器通過氣管下放至取樣井的預定深度后，通過氣體控制器釋放壓力；在靜 水壓力的作用下，來自取樣區域的地下水將通過管式過濾器過濾后進入取樣器中；浮力閥 將隨著樣品管中水位的上升而上升，在水位達到設計高度后，浮力閥的錐形橡膠塞將自動 與取樣器出氣口的錐面緊密配合，從而既保證了取樣器基本被地下水充滿，又有效防止了 地下水進入氣管中。由于本發明取樣器是在充氣的情況下進入水中，所以在下井途中取樣 器不會進水，所獲取的水樣代表了取樣深度且經過了過濾處理的地下水。本發明的工作過程參加圖1、圖3和圖4。首先打開氣體控制器通過氣管向取樣器 中充入預定壓力的氮氣，取樣器中的進水止逆閥在氣壓的作用下將處于緊密關閉的狀態， 浮力閥中連接有橡膠塞的浮筒在自身重量的作用下將處于取樣器樣品管的底部，不會對氣 體進出取樣器產生任何的阻礙。然后將取樣器下放至取樣井的預定取樣深度，在下放過程 中，取樣器中始終維持著已充入氣體的壓力，地下水不會進入取樣器中。接著，關閉氣體控 制器使樣品管與大氣相通，樣品管中的高壓氣體絕大部分被迅速排放到大氣中。在地下水 靜壓力的作用下，取樣器中的進水止逆閥被打開，地下水通過管式過濾器過濾后經進水口、 進水止逆閥進入樣品管內，樣品管中的剩余氣體被地下水樣品逐步置換。浮力閥中連接有 橡膠塞的浮筒將隨著樣品管中水位的上升而上升，當水位達到設計高度后，在靜水壓力的 作用下，浮力閥的錐形橡膠塞將自動與取樣器出氣口的內錐面緊密配合，阻止氣體和水通 過，從而既保證了取樣器被地下水基本充滿，又有效防止了地下水進入氣管中。在浮力閥關 閉后，取樣器中水的壓力將迅速與地下水的壓力達到平衡，進水止逆閥的錐體在彈簧作用 下自動關閉進水口。最后，通過氣管絞車將取樣器從取樣井中取出，將取樣器的入水口打開 后，即可獲取有代表性的地下水定深樣品，該樣品不需過濾處理，可直接用于儲存。實施例有一口監測井，水位為30米，欲獲取距地面深度為150米的地下水樣品。 調節減壓閥，打開氣體控制器向取樣器中充入1. 6MPa的高壓氮氣，然后利用氣管將安裝有 管式過濾器的取樣器下放到取樣井內的150米處。取樣器在取樣井中靜止30分鐘，以消除 取樣器在下放過程中對地下水的擾動。關閉氣體控制器，氣管和取樣器中的高壓氣體迅速 排放到大氣中。當氣體不再從氣體控制器的排空口排出時，即可將取樣器從取樣井中提拉 至地面，將水樣品從取樣器中取出后加以保存，完成水樣品的取樣過程。
權利要求
一種氣控式地下水定深采樣裝置，包括依次連通的氣源(1)、減壓閥(2)、氣體控制器(3)、氣管(5)和采樣器，所述采樣器包括樣品管(7)，其特征在于所述采樣器還包括設置在樣品管(7)上端的浮力閥(8)以及設置在樣品管(7)下端的進水止逆閥(6)；所述浮力閥(8)包括浮筒(15)、錐形橡膠塞(16)和出氣口(17)，所述浮筒(15)為設置在樣品管(7)內的下開口空心筒狀結構，所述錐形橡膠塞(16)固定在浮筒(15)頂部中心，所述出氣口(17)的內部形狀為錐形口，所述錐形口尺寸與錐形橡膠塞(16)的尺寸相匹配；所述進水止逆閥(6)包括定位盤(10)、彈簧(11)、閥芯(12)和進水口(14)；所述定位盤固定在樣品管(7)上，所述閥芯(12)的上部為穿過定位盤的中心軸，其下端為錐面，所述彈簧設置在定位盤和閥芯之間，所述閥芯的錐面可在彈簧的彈力作用下將進水口(14)密封。
2.根據權利要求1所述的氣控式地下水定深采樣裝置，其特征在于所述采樣器包括 設置在進水止逆閥(6)的進水口(14)處的管式過濾器(9)。
3.根據權利要求2所述的氣控式地下水定深采樣裝置，其特征在于所述管式過濾器 (9)為可更換的管式PE過濾器。
4.根據權利要求1或2或3所述的氣控式地下水定深采樣裝置，其特征在于所述采 樣裝置包括氣管絞車(4)。
5.根據權利要求1所述的氣控式地下水定深采樣裝置，其特征在于所述進水止逆閥 (6)包括設置在閥芯錐面和進水口之間的O型墊圈(13)。
全文摘要
本發明涉及一種氣控式地下水定深取樣裝置，包括依次連通的氣源(1)、減壓閥(2)、氣體控制器(3)、氣管(5)和采樣器，所述采樣器包括樣品管(7)，其特征在于所述采樣器還包括設置在樣品管(7)上端的浮力閥(8)以及設置在樣品管(7)下端的進水止逆閥(6)。本發明解決了現有氣控式不連續取樣器易泄露、無法用于渾濁地下水場合、需對獲取的水樣品過濾處理等技術問題，本發明實現了定深取樣功能并且性能可靠。
文檔編號G01N1/10GK101806675SQ20101001358
公開日2010年8月18日 申請日期2010年1月12日 優先權日2010年1月12日
發明者黨海軍, 劉文元, 柯昌鳳, 歐陽曉平, 段荔, 涂國榮, 王旭輝 申請人:西北核技術研究所