专利名称：气控式地下水定深取样装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地下水取样器，尤其涉及一种气控式地下水取样器，主要用于地下水污染调查过程中地下水样品的采取。
背景技术：
在地下水污染调查中，从监测井中获取具有代表性的地下水样品是开展调查、监 测工作的首要步骤。发达国家高度重视地下水污染调查取样技术，对取样装置也进行了深 入地研究。目前地下水取样器的种类主要有抓取式采样器、负压提升式采样器、气体置换 式采样器、气动叶轮泵、电动潜水泵、惯性提升泵等(1.郑继天，王建增，叶成明，国家发明 专利，200820109057. 5 ；2.郑继天，王建增，国外地下水污染调查取样技术综述，勘察科学 技术，2005，(06) :20-23))。其中气控式不连续取样器属于一种抓取式采样器，主要用于地 下水的定深小体积取样。取样过程为在取样器下入井内之前，用高压手动泵为其充气，充 气压力最大可达1. 6MPa。到达预定的深度后，释放压力，在静水压力的作用下，来自取样区 域的地下水充满取样器。气控式不连续间隔取样器的关键部件是取样器中的两个止回阀一进水止逆阀和 浮力阀，其中进水止逆阀主要防止取样器中的气体或水从进水口泄露，而不影响水进入取 样器中；浮力阀主要防止取样时地下水进入气体管线。现有的气控式不连续取样器一般采 用钢珠作为进水止逆阀，采用浮子球或活塞作为浮力阀。在实际应用中，两个止回阀经常会 出现漏气或漏水的情况，特别是对于较为浑浊的地下水，取样器中的止回阀很容易被填塞， 使阀门密封性能失效，造成取样的失败。另外，即使获取到地下水样品后，一般也要求对地 下水样品进行预过滤，将水样品中的悬浮颗粒物除去，才能对地下水样品进行保存，在空气 中对地下水样品进行过滤增加了水样品被空气中的氧气和二氧化碳污染的可能性。

发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、无泄露、适于各种地下水场合的气控式 地下水定深取样装置，其解决了现有气控式不连续取样器易泄露、无法用于浑浊地下水场 合、需对获取的水样品过滤处理等技术问题。本发明的技术解决方案为一种气控式地下水定深采样装置，包括依次连通的气源1、减压阀2、气体控制器 3、气管5和采样器，所述采样器包括样品管7，其特殊之处在于所述采样器还包括设置在 样品管7上端的浮力阀8以及设置在样品管7下端的进水止逆阀6 ；所述浮力阀8包括浮 筒15、锥形橡胶塞16和出气口 17，所述浮筒15为设置在样品管7内的下开口空心筒状结 构，所述锥形橡胶塞16固定在浮筒15顶部中心，所述出气口 17的内部形状为锥形口，所述 锥形口尺寸与锥形橡胶塞16的尺寸相匹配；所述进水止逆阀6包括定位盘10、弹簧11、阀 芯12和进水口 14 ；所述定位盘固定在样品管7上，所述阀芯12的上部为穿过定位盘的中 心轴，其下端为锥面，所述弹簧设置在定位盘和阀芯之间，所述阀芯的锥面可在弹簧的弹力作用下将进水口 14密封。上述采样器包括设置在进水止逆阀6的进水口 14处的管式过滤器9。上述管式过滤器9为可更换的管式PE过滤器。上述采样装置包括气管绞车4。上进水止逆阀6包括设置在阀芯锥面和进水口之间的0型垫圈13。本发明的有益效果1、本发明实现了地下水的定深取样。由于取样器是在充气的情况下进入水中，所 以在下入井内的途中取样器不会进水。当取样器到达取样深度后，通过放气管线释放取样 器中的气体，在静水压力的作用下，地下水自动进入取样器，并在地下水充满取样器后，两 个止回阀自动关闭。从而实现了在一定深度范围内地下水的定深取样功能。2、本发明充分利用静水压力的作用使目标取样深度的地下水通过过滤器进行过 滤，直接获取到了澄清的地下水样品，避免了对地下水样品进一步过滤处理的繁琐操作和 污染的可能性。而且，对水样品的过滤程度，仅需根据要求选择不同过滤精度的过滤器即可 实现。3、性能可靠。本发明在取样器进水端和出气端分别采用了弹性密封的止逆阀和锥 形橡胶密封的浮力阀，有效解决了高压气体和地下水容易泄露的问题。4、应用范围广。由于地下水在进入取样器之前，必须先经过过滤器的过滤，因此， 即使对混浊度非常高的地下水场合，在经过过滤处理后，也会变得很澄清，从而有效避免了 地下水中的悬浮物对止回阀的干扰，保证了取样器的正常工作。


图1是本发明结构示意图；图2是本发明中取样器结构示意图；图3是本发明水进入取样器样品管的工作状态示意图；图4是本发明取样器样品管停止进水后的状态示意图；其中1-气源，2-减压阀，3-气体控制器，4-气管绞车，5-气管，6-进水止逆阀， 7_样品管，8-浮力阀，9-管式过滤器，10-出气口，11-锥形橡胶塞，12-浮筒，13-阀芯， 14-定位盘，15-弹簧，16-0型垫圈，17-进水口。
具体实施例方式
参见图1和图2，一种气控式地下水定深取样装置，包括依次连通的气源1、减压阀 2、气体控制器3、气管5和取样器，气源1可采用氮气高压钢瓶气源，为了方便气管升降，还 可设置气管绞车4 ；取样器包括样品管7、设置在样品管7上端的浮力阀8、设置在样品管7 下端的进水止逆阀6、设置在进水口 17处的管式过滤器9 ；浮力阀8是一个具有锥形橡胶 塞的浮力阀，既保证样品管7内被水充满，又能阻止水进入充气管中避免形成交叉污染；浮 力阀8包括浮筒12、锥形橡胶塞11和出气口 10，浮筒12为设置在样品管7内的下开口空 心筒状结构，锥形橡胶塞11固定在浮筒12顶部中心，出气口 10的内部形状为锥形口，锥形 口尺寸与锥形橡胶塞11的尺寸相匹配；进水止逆阀6是一个单向阀，水只能经由进水口 17 通过进水止逆阀6单向进入样品管7内，防止水或气体泄露于环境中；进水止逆阀6包括定
4位盘14、弹簧15、阀芯13、0型垫圈16和进水口 17 ；定位盘通过螺纹安装在进水口 17内壁 上，阀芯13的上部为穿过定位盘的中心轴，其下端为锥体，弹簧设置在定位盘和阀芯之间， 阀芯的锥体可在弹簧的弹力作用下将进水口 17密封；通过调整定位盘14在进水口 17内的 位置来调整弹簧的松紧程度，实现设定地下水进入取样器最小压力的功能。0型垫圈16设 置在阀芯锥面和进水口之间，可保证进水止逆阀6更好的密封。管式过滤器9采用PE微孔 过滤器，可依据需要进行调整或更换不同的过滤精度。气体控制器3是一个两位三通的阀 门，三个出口分别称为进气口、控制出气口以及排空口。当阀门处于“打开”状态时，进气口 与控制出气口接通；当阀门处于“关闭”状态时，排空口与控制出气口接通。本发明工作原理本发明取样装置通过充气系统控制取样器中的压力来作为地下 水进入取样器样品管的控制“开关”，利用地下水的静压力作用，使地下水通过管式过滤器 过滤后进入取样器，获得取样深度、经过自动过滤的地下水样品。在取样器下入井内之前， 用钢瓶中的高压气体为取样器充气，充气压力要大于取样深度的地下水压力。将连接有管 式过滤器的取样器通过气管下放至取样井的预定深度后，通过气体控制器释放压力；在静 水压力的作用下，来自取样区域的地下水将通过管式过滤器过滤后进入取样器中；浮力阀 将随着样品管中水位的上升而上升，在水位达到设计高度后，浮力阀的锥形橡胶塞将自动 与取样器出气口的锥面紧密配合，从而既保证了取样器基本被地下水充满，又有效防止了 地下水进入气管中。由于本发明取样器是在充气的情况下进入水中，所以在下井途中取样 器不会进水，所获取的水样代表了取样深度且经过了过滤处理的地下水。本发明的工作过程参加图1、图3和图4。首先打开气体控制器通过气管向取样器 中充入预定压力的氮气，取样器中的进水止逆阀在气压的作用下将处于紧密关闭的状态， 浮力阀中连接有橡胶塞的浮筒在自身重量的作用下将处于取样器样品管的底部，不会对气 体进出取样器产生任何的阻碍。然后将取样器下放至取样井的预定取样深度，在下放过程 中，取样器中始终维持着已充入气体的压力，地下水不会进入取样器中。接着，关闭气体控 制器使样品管与大气相通，样品管中的高压气体绝大部分被迅速排放到大气中。在地下水 静压力的作用下，取样器中的进水止逆阀被打开，地下水通过管式过滤器过滤后经进水口、 进水止逆阀进入样品管内，样品管中的剩余气体被地下水样品逐步置换。浮力阀中连接有 橡胶塞的浮筒将随着样品管中水位的上升而上升，当水位达到设计高度后，在静水压力的 作用下，浮力阀的锥形橡胶塞将自动与取样器出气口的内锥面紧密配合，阻止气体和水通 过，从而既保证了取样器被地下水基本充满，又有效防止了地下水进入气管中。在浮力阀关 闭后，取样器中水的压力将迅速与地下水的压力达到平衡，进水止逆阀的锥体在弹簧作用 下自动关闭进水口。最后，通过气管绞车将取样器从取样井中取出，将取样器的入水口打开 后，即可获取有代表性的地下水定深样品，该样品不需过滤处理，可直接用于储存。实施例有一口监测井，水位为30米，欲获取距地面深度为150米的地下水样品。 调节减压阀，打开气体控制器向取样器中充入1. 6MPa的高压氮气，然后利用气管将安装有 管式过滤器的取样器下放到取样井内的150米处。取样器在取样井中静止30分钟，以消除 取样器在下放过程中对地下水的扰动。关闭气体控制器，气管和取样器中的高压气体迅速 排放到大气中。当气体不再从气体控制器的排空口排出时，即可将取样器从取样井中提拉 至地面，将水样品从取样器中取出后加以保存，完成水样品的取样过程。
权利要求
一种气控式地下水定深采样装置，包括依次连通的气源(1)、减压阀(2)、气体控制器(3)、气管(5)和采样器，所述采样器包括样品管(7)，其特征在于所述采样器还包括设置在样品管(7)上端的浮力阀(8)以及设置在样品管(7)下端的进水止逆阀(6)；所述浮力阀(8)包括浮筒(15)、锥形橡胶塞(16)和出气口(17)，所述浮筒(15)为设置在样品管(7)内的下开口空心筒状结构，所述锥形橡胶塞(16)固定在浮筒(15)顶部中心，所述出气口(17)的内部形状为锥形口，所述锥形口尺寸与锥形橡胶塞(16)的尺寸相匹配；所述进水止逆阀(6)包括定位盘(10)、弹簧(11)、阀芯(12)和进水口(14)；所述定位盘固定在样品管(7)上，所述阀芯(12)的上部为穿过定位盘的中心轴，其下端为锥面，所述弹簧设置在定位盘和阀芯之间，所述阀芯的锥面可在弹簧的弹力作用下将进水口(14)密封。
2.根据权利要求1所述的气控式地下水定深采样装置，其特征在于所述采样器包括 设置在进水止逆阀(6)的进水口(14)处的管式过滤器(9)。
3.根据权利要求2所述的气控式地下水定深采样装置，其特征在于所述管式过滤器 (9)为可更换的管式PE过滤器。
4.根据权利要求1或2或3所述的气控式地下水定深采样装置，其特征在于所述采 样装置包括气管绞车(4)。
5.根据权利要求1所述的气控式地下水定深采样装置，其特征在于所述进水止逆阀 (6)包括设置在阀芯锥面和进水口之间的O型垫圈(13)。
全文摘要
本发明涉及一种气控式地下水定深取样装置，包括依次连通的气源(1)、减压阀(2)、气体控制器(3)、气管(5)和采样器，所述采样器包括样品管(7)，其特征在于所述采样器还包括设置在样品管(7)上端的浮力阀(8)以及设置在样品管(7)下端的进水止逆阀(6)。本发明解决了现有气控式不连续取样器易泄露、无法用于浑浊地下水场合、需对获取的水样品过滤处理等技术问题，本发明实现了定深取样功能并且性能可靠。
文档编号G01N1/10GK101806675SQ20101001358
公开日2010年8月18日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者党海军, 刘文元, 柯昌凤, 欧阳晓平, 段荔, 涂国荣, 王旭辉 申请人:西北核技术研究所