Речной батометр
Иллюстрации
Реферат
№ 992 ;:Класс 42с
ПАТЕНТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ
ОПИСАНИЕ речного батометра, К патенту Н. Н. Жуковского, заявленному 18 июля 1921 г. (ваяв. свид. № 74974).
0 выдаче патента опубликовано 27 февраля 1926 гола. 1ействие патента распространяется на 15 лет от 15 сентября 1924 года.
Предлагаемый прибор предназначается для производства гидрологических наблюдений, касающихся распределения в потоке вод, как величин скоростей воды, так и наносов уд. веса большего единицы, переносимых движущейся водою во взвешенном состоянии. Он пригоден также и для исследования морских течений по скорости и по составу воды на различных глубинах.
Особенностью прибора является мгновенное, вслед за измерением скорости течения, взятие на любой, заранее выбранной, глубине потока пробы смеси воды и наносов непосредственно в тот момент,.когда эта смесь находится в состоянии поступательного своего движения. Размеры пробы могут варьироваться в зависимости от конструктивных размеров деталей прибора, при чем эти последние легко могут быть выбраны такими, чтобы относительные погрешности наблюдений были весьма малы.
Прибор состоит из металлической продолговатой рамы 7 (фиг. 1, 2, 3), несущей основные части прибора и шарнирно сочлененной со скобою 2, которая подвешивается на вертлюге 3 к тяговому шнуру 4 — 4, имеющему противоположный свой конец укрепленным на палубе судна, поставленного на якорях, или на перекинутом через водоток помосте или канате.
К переднему концу рамы 7 неподвижно прикрепляется гидрометрическая вертушка 5 той или иной системы. с обычным устройством электрической сигнализации, обслуживаемой цепью гальванического тока а — а" — a, с электрическим звонком а . Отсчитывая параллельно время наблюдений и число подаваемых этим звонком сигналов, определяют обычным способом среднюю местную скорость движения воды.
К заднему же концу рамы неподвижно прикрепляется крестообразный руль б, состоящий из четырех металлических пластин, скрепленных между собою под прямым углом при посредстве трубчатого стержня 7. Вдоль концевой части стержня 7 может перемещаться противовес 8, положение которого фиксируют тем или иным способом при выверке прибора (напр., контргайками или закрепительным винтом) по выходе его из мастерской.
К средней нижней части рамы 1 наглухо прикреплены два параллельных валика 9 (фиг. 1, 2 и 6, 7) перпенди- l кулярных к продольной оси рамы, снабженные на концах выточками 70 (фиг. 7).
К валикам 9, помощью четырех крюков 72, входящих в выточки 70, прикрепляется сосуд 77 батометра, пред- ставляющий собою полое тонко - и гладко - стенное призматическое или цилиндрическое тело с заостренными краями в обрезах и лишенное, как передней, так и задней стенок. Помощью крюков 72 по мере надобности сосуд 11 присоединяется к раме 1 или же отделяется от нее. (В те же выточки 70 валиков 9 вхо-, дят крюки 73, вырезанные в концевых частях двух металлических полос 74, плотно обхватывающих сосуд батометра, но непосредственно не скрепленных с ним и несущих донное сигнальное устройство 75 (фиг. 1). Это последнее состоит из металлического стержня 7б, наглухо прикрепленного к средним ча- I стям полос 74, плотно примыкающего к сосуду 11 батометра в нижней его части и поддерживающего помощью двух мягких кольцевых пружин 78 подвешен- ное к нему корытообразное тело 77,, при чем продольные оси: сосуда 11, J стержня 7б и тела 17 параллельны про-, дольной оси симметрии рамы 1; корытообразное тело 77 имеет длину несколько большую длины сосуда 11 и,: несколько выступает за его пределы. симметрично спереди и сзади. На, стержне 7б, в концевых его частях, укреплено на изолирующих эбонитовых прокладках по одному металлическому кольцу 79, к каждому из которых присоединено по одному проводу от двух самостоятельных цепей гальванического тока b и с, с введенными в них двумя,. электрическими звонками b и с различного тона; обратным проводом для обоих этих цепей, как и для цепи и,, служат металлические части прибора и шнура (стального троса) 4. Поэтому, когда прибор достигает дна и корыто-! образное тело 77 прикасается, например, к переднему кольцу 79, ближайшему к начальной точке касания дна телом 77, то подается сигнал звон- ком b, что и указывает на существование донного возвышения ложа реки выше входа в сосуд батометра; если же подается сигнал звонком с, то это указывает на существование неровности русла ниже выхода из сосуда батометра; если же оба звонка сразу начинают звонить одновременно, то этим отмечается однообразие поверхности ложа на пути движения той струи воды, часть которой берется в качестве пробы.
Когда проба берется в вышележащих точках вертикали, тогда приспособление 75, конечно, остается в бездействии.
Во избежание случайного соскакивания с валика 9 крюков 12 и 73 последние надеваются друг другу навстречу (фиг. 6, 7) и скрепляются с неподвижными отростками 9 рамы 1 помощью шпильки 20 со с.ьемной головкой 20 .
В верхней части сосуда 11 батометра шарнирно укреплены две металлических крышки 27, вращающиеся на осях 22 и снабженные прочными ручками 23, концы которых приспособлены для сцепления (фиг. 4, 5) их с собачками 24; последние имеют оси вращения 25, укрепленные на поверхности сосуда 11, на которой также укреплены и оси 22. В открытом и сцепленном с собачками виде обе крышки располагаются в одной плоскости, параллельной раме 1 и геометрической оси сосуда 11, достаточно удаленной от сосуда 11, для исключения возмущающего действия крышек на струю воды, втекающую в сосуд 11 и вытекающую из него. Обе крышки стягиваются двумя сильными (фиг. 1 — 3) спиральными пружинами 2б, присоединенными своими концами к отросткам 27 в средних частях крышек и побуждающих последние ко взаимному сближению, как в открытом, так и в закрытом состоянии.
Стороны крышек обращенные к сосуду 11 выстланы слоем мягкой резины 28, позволяющим достигнуть полной герметичности закрытия сосуда 11, Собачки 24 (фиг. 4) имеют вид коленчатых рычажков с плечом 24 параллельным оси симметрии сосуда 11, где на поверхности последнего укреплено спусковое приспособление, управляющее положением собачек 24. Это приспособление может иметь различное устройство из числа применяемых в аналогичных случаях. Принятое в предлагаемом устройстве (фиг. 4, 5) состоит из неподвижно укрепленной на сосуде 11 рамки 29, из спиральной пружины 30, работающей на сжатие и из стержня 31 со скрепленной с ним дугою 32, огибающей снаружи рамку 29 и имеющей боковые отростки 33. Пружина 30 верхним своим кольцом давит в крышку 29 рамки 29, а нижним на шайбу 34, опирающуюся снизу на шплинт 35, укрепленный в стержне 37 и параллельный плоскости поворотов собачек 24; отверстие 34 для стержня 37 в шайбе 34 (фиг. 9) имеет несколько овальную форму, а нижняя поверхность шайбы имеет внизу углубление 34" по направлению малой полуоси овала, ориентированной вдоль сосуда 11, в которое укладывается закругленная поверхность шплинта; благодаря этому шайба, находясь под давлением пружины, может в некоторых пределах качаться. Под шайбой располагаются (фиг. 4, 5) концы рычажков 24 собачек, несколько изогнутые и выведенные из вертикальной плоскости симметрии сосуда 11 для того, чтобы располо- житься по бокам стержня 31; снизу концы рычажков 24 опираются (фиг. 5) на буртик Зб, выточенный на стержне 37, а сверху их движение ограничивается качающейся шайбой 34. Качающаяся шайба с пружиной приводит собачки к сцеплению при подъеме крышек и вместе с тем позволяет ставить крышки на собачки порознь, не вызывая постановкой второй крышки спуска крышки первоначально поставленной на собачку. Лля облегчения выхода из сосуда 11 излишков воды в момент захлопывания крышек по направлению стержня 37 устроено отверстие 37, закрываемое и открываемое нижней плоскостью буртика Зб стержня 37, опирающейся на резиновую прокладку Зб, а в нижней части тела последнего пропилены три продольных канала для прохода воды из полости сосуда к буртику и наружу.
Боковые отростки 33 имеют призматическую форму с острой вершиной двухгранного угла, обращенной вниз, при чем размеры дуги 32 выбираются так, чтобы ребро 33 этого двухгранного угла находилось в центре тяжести прибора, погруженного в воду, при открытых крышках. Гайки 38 — 38 служат для установки и закрепления положения дуги 32 на стержне 37.
Прибор имеет горизонтальное вращение на цапфах 39 на концах болтов 40, укрепляемых в приливах 40 рамы 1.
Гайки 47 служат для точной установки горизонтальной оси вращения в цен-,ре тяжести прибора, погруженного при открытых крышках в воду и предварительно уравновешенного противовесом 8.
Для облегчения последующей установки дуги 32 на стержне 37 служат отверстия 42 в цапфах 39 и временно вставляемые в них заостренные с одного конца шпильки 43, к остриям которых и подводят, действуя гайками 38, ребра 33 . Все эти установки относятся к числу фабричных, производимых по выходе прибора из мастерской ранее его применения.
Подъем дуги 32 и расцепление собачек, благодаря чему происходит захлопывание крышек 21, производятся помощью двойного крюка 44, нажимающего при своем подъеме на ребра 33 и отжимающего, таким образом, стержень 31 от поверхности сосуда, благодаря чему открывается отверстие 37 и отклоняются собачки 24, освобождая ручки 23 крышек. Подъем же крюка 44 производится натяжением спускового шнура 45 (фиг. 1), остающегося свободным с момента спуска прибора в воду и до момента подъема пробы.
Верхний конец шнура 45 находится все время в распоряжении наблюдателя, а нижний прикреплен помощью вертлюга 46 (фиг. 1 и 4) к скобе 47, шарнирно соединенной с металлическим стержнем 48. Стержень 48 проходит через отверстие в средине скобы 2 и несет на нижнем своем конце наглухо насаженную на него колодку 49, поддерживающую прикрепленные к ней с двух сторон половинки двойного крюка 44. Каждая половинка крюка 44 прикреплена (фиг. 5) к колодке помощью плоской пружины 56; таким образом половинки крюка 44, в концевых их частях, легко раздвигаются и автоматически сдвигаются, не касаясь ребер 33 дуги 32, при постановке на место сосуда батометра 11, производимой после
его выемки по окончании наблюдения.
Этой же цели способствуют и клинообразные обводы, приданные внешним очертаниям дуги 32 и нижним частям крюков 44. Для автоматического воз- вращения крюков 44 в нормальное по- ложение служит спиральная пружина 57,, работающая на сжатие и упирающаяся одним своим концом в крышку неподвижной рамки 52, привинченной к скобе 2, а другим концом на шплинт 53,, укрепленный в надлежащем месте на ! стержне 48. В то же время рамка 52 служит направляющей для движения стержня 48, при помощи боковых про- резов, вдоль которых двигаются суха- рики 53 наглухо прикрепленные к шплинту 53; этим предотвращается возможность вращения стержня 48 вокруг, своей геометрической оси, а следовательно и возможность поворотов крюка 44.
Во избежание несвоевременного приведения спускового механизма в дей-, ствие под влиянием давления воды на спусковой шнур 45, спусковой стер- жень 48, до момента преднамеренного I спуска собачек, остается зажатым щип- цовым устройством вблизи точки его пересечения со скобою 2. С этой целью в верхней части скобы 2 укреплены оси вращения двух рычагов 54, которые короткими своими плечами производят двухсторонний, встречный нажим на стержень 48, под действием веса всего прибора на длинные плечи 54 рыча- гов. Концы этих последних соединены шарнирно с тягами 55, шарнирно же соединенных между собою и с вертлю-; гом 3. Если тяговый шнур 4 остается неподвижным, а спусковой 45 натягивается, то при этом всегда наступает момент, когда действие щипцового за- жима ослабляется, стержень 48 проскальзывает в нем и одновременно приходит в действие спусковой механизм.
Во избежание сильного сноса прибора, под действием течения, при наличии значительных глубин воды и скоростей; течения, тяговый шнур снабжается достаточно тяжелым грузом 5б (фиг. 1, 3), имеющим самостоятельное вертикальное рулевое перо 57 которое предотвра- l щает поворот груза, который мог бы, вызвать сильное движение окружающей
его воды и повлиять на точность измерений. Во избежание влияния на положение груза при раскручивании тягового шнура 4, вводится вертлюг 58.
Между грузом 5б и вертлюгом 3 прибора вводится несколько колец или цепных звеньев 59, облегчающих вращение прибора вокруг его вертикальной оси.
Изолированные провода трех цепей электр. тока а, b и с включаются в общий кабель, который может одновременно служить также и спусковым шнуром 45.
Для спуска и подъема прибора следует пользоваться при больших глубинах и скоростях одной или двумя лебелками той или иной контрукции.
Когда глубины потока невелики, взамен тягового шнура 4 можно (фиг. 8) пользоваться трубчатой штангой, устранив зажимное приспособление 54 — 55, прикрепив вместо него к скобе 2 муфту бО, свободно вращающуюся на шариковых подшипниках 67 и б2 вокруг геометрической оси штанги; штанга устанавливается вертикально, а спусковой шнур пропускается внутри штанги.
Процесс наблюдения в каждой точке потока начинают с измерения скорости воды, затем приводят в действие спусковой механизм и берут пробу воды, поднимают прибор на поверхность, отделяют донное сигнально-контактное устройство, снимают закрытый - сосуд батометра с рамы прибора и относят сосуд в помещение, служащее для анализа получаемых проб, где его опрожняют и прополаскивают. После этого сосуд, а вслед за ним и донный контакт, вновь пристегивают к раме прибора, открывают сосуд, задевая крышки собачками, и переходят к наблюдениям к следующей очередной точке потока.
Определив в дальнейшем полный вес; высушенных наносов, найденных в данной пробе, а также и скорость и воды в точке забора пробы (на продольной оси симметрии сосуда),— что проще всего сделать путем построения графика скоростей воды на данной вертикали, †лег определить величину g, секундного прохода наносов через кв. мт. живого сечения реки в пункте забора пробы при помощи равенства:
;. v гр.
К=—
1. а мт. сек. где 1 — длина сосуда батометра 11, а о — площадь его поперечного сечения, выраженные в мт.
ПРЕДМЕТ 7IATEHTA.
Речной батометр для определения скорости течения количества перемещаемых водою, во взвешенном состоянии, наносов и взятия проб воды, характеризующийся совокупным применением: а) подвешенной посредством шнура 4 (фиг. 1) или трубчатой штанги с поворотною муфтою 60 (фиг. S), рамы 1 с рулем б, несущей гидрометри-! . ческую вертушку 5 и трубчатый сосуд 11, снабженный пружинными крышками 27, автоматически закрывающими сосуд посредством спускного устройства 24. 25. 29 — 38, 44 — 53, приводимого в действие шнуром 45 и при подвешивании прибора на шнуре 4 снабжаемого зажимным приспособлением ! 54 — 55, исключающим возможность преждевременного закрытия сосуда 11, и б) донного электрического сигнально-контактного устройства 73 — 79 — с целью, по характеру сигналов, двумя звонками, включенными в него, опреде лять конфигурацию ложа реки вблизи прибора — по пути движения донной струи воды, из которой берется проба.