ПРИВОД ПЕРЕМЕЩЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 1994 года по МПК E02F9/20 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для образования выработок в грунте с силовым приводом перемещения реактивного типа, и может быть использовано при бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций под препятствиями.

Известно устройство для образования скважин в грунте, которое содержит корпус, в котором размещен вибромолот, перемещающийся по двум направляющим штангам, и закрепленную на передней части корпуса наковальню, по которой в процессе работы вибромолот наносит удары. Корпус устройства охватывается портальной рамой с размещенным на ней приводом вибромолота, в состав которого входят электродвигатель, муфта, цепная передача и карданный вал [1].

Процесс образования скважины в грунте с помощью известного устройства состоит из отдельных периодически повторяющихся циклов, в которых каждое внедрение в грунт устройства чередуется с выбором грунтового керна из образованной скважины. Такая циклическая работа известного устройства снижает производительность работ по образованию скважины за счет относительно невысоких скоростей проходки, которые колеблются в диапазоне 20-60 м/ч. Кроме того, использование в качестве привода перемещения устройства вибромолота отрицательно сказывается на надежности погружаемого в образованную скважину трубопровода за счет длительного воздействия на последний знакопеременных динамических нагрузок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является привод перемещения устройства для образования скважин в грунте, который содержит полый корпус, генератор для выработки рабочего агента, размещенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента [2].

Известное устройство для образования скважин в грунте с силовым приводом реактивного типа позволяет образовывать в грунте выработку практически любого диаметра и неограниченной протяженности при условии непрерывности технологического цикла проходки. Однако использование в качестве силового привода перемещения устройства газогенератора не позволяет обеспечить достаточно высокую силу тяги, обеспечивающую перемещение устройства в пластичных грунтах. Кроме того, развиваемая приводом сила тяги не позволяет осуществить разгон всего устройства до оптимального значения скорости на коротком отрезке рабочего приямка. Увеличение длины рабочего приямка до необходимой для разгона устройства длины ограничивает область применения устройства из-за невозможности его применения в условиях городской застройки, а также увеличивает энергоемкость процесса образования скважины в грунте.

Задачей изобретения является создание такого привода перемещения устройства для образования скважин в грунте, который позволяет снизить энергоемкость процесса образования скважины в грунте, а также расширить область использования устройств такого типа.

Указанная задача решена тем, что в приводе перемещения устройства для образования скважин в грунте, включающем полый корпус, генератор для выработки рабочего агента, расположенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента, имеется расположенная во внутренней полости корпуса емкость для размещения рабочего тела и установленный во внутренней полости емкости перфорированный патрубок, при этом внутренняя полость генератора сообщена через патрубок с внутренней полостью емкости, а внутренняя полость емкости сообщена с соплом соплового аппарата.

Кроме того, тем, что генератор выполнен в виде твердотопливного газогенератора.

Кроме того, тем, что генератор расположен во внутренней полости корпуса.

Кроме того, тем, что генератор расположен во внутренней полости емкости.

Кроме того, тем, что генератор расположен снаружи корпуса и его внутренняя полость посредством трубопровода сообщена с внутренней полостью патрубка.

Кроме того, тем, что он имеет приспособление для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора.

Кроме того, тем, что приспособление для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора выполнено в виде клапана.

Кроме того, тем, что приспособление для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора выполнено в виде мембраны.

На фиг. 1 изображено устройство для образования скважин в грунте; на фиг. 2 - привод перемещения устройства для образования скважин в грунте с расположенным во внутренней полости корпуса генератором; на фиг.3 - привод перемещения устройства для образования скважин в грунте с расположенным во внутренней полости емкости генератором.

Устройство для образования скважин в грунте содержит установленное на дне рабочего приямка 1 основание 2 с направляющими 3 для размещения корпуса 4 привода перемещения устройства. На заднем торце основания 2 установлено опорное приспособление для восприятия реактивных усилий от привода перемещения устройства в момент запуска последнего, которое может быть выполнено, например, в виде установленной с возможностью взаимодействия со стенкой рабочего приямка 1 упорной плиты 5. На заднем торце корпуса 4 привода расположен сопловой аппарат 6 с соплом 7 для истечения рабочего агента. Во внутренней полости корпуса 4 привода размещена емкость 8 для размещения рабочего тела, в качестве которого может быть использована, например, вода. Емкость 8 для размещения рабочего тела может быть образована внутренними стенками корпуса 4 привода. Внутренняя полость емкости 8 для размещения рабочего тела сообщена с соплом 7 соплового аппарата 6 через приспособление для запуска привода, которое может быть выполнено, например, в виде разрывной мембраны 9, которая установлена в сопловом аппарате 6 и изолирует внутреннюю полость емкости 8 от окружающей среды, или в виде установленного в сопловом аппарате 6 управляемого клапана (на чертеже не показан), который по сигналу оператора сообщает внутреннюю полость емкости 8 для размещения рабочего тела с окружающей средой. Генератор 10 для выработки рабочего агента может быть расположен во внутренней полости корпуса 4 привода (фиг. 2), или во внутренней полости емкости 8 для размещения рабочего тела (фиг.3), или снаружи корпуса 4 привода (фиг.1), например, на закрепленной на основании 2 опоре 11. Генератор 10 для выработки рабочего агента может быть выполнен, например, в виде жидкостного газогенератора или в виде твердотопливного (порохового) газогенератора. Во внутренней полости емкости 8 для размещения рабочего тела установлен патрубок 12 со сквозными каналами 13, посредством которых внутренняя полость патрубка 12 сообщена с внутренней полостью емкости 8 для размещения рабочего тела. Внутренняя полость генератора 10 для выработки рабочего агента сообщена через каналы 13 патрубка 12 с внутренней полостью емкости 8 для размещения рабочего тела. При варианте конструктивного выполнения привода перемещения с генератором 10, который размещен снаружи корпуса 4 привода (фиг.1), внутренняя полость генератора 10 для выработки рабочего агента посредством трубопровода 14 сообщена с внутренней полостью перфорированного патрубка 12. Для исключения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора 10 привод может иметь приспособление для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора 10, которое может быть выполнено в виде клапана 15, например обратного клапана, или в виде мембраны 16, которая обеспечивает соединение внутренней полости генератора 10 с внутренней полостью патрубка 12 при достижении определенной величины давления рабочего агента во внутренней полости генератора 10. На переднем торце корпуса 4 привода может быть размещен рабочий орган (на чертеже не показан), например, в виде наконечника или термогазодинамического рабочего органа. При образовании скважины в грунте с одновременной ее обсадкой к переднему торцу корпуса 4 может быть присоединена плеть 17 прокладываемого трубопровода или обсадная труба, не переднем торце которой размещается рабочий орган 18 в виде кольцевого наконечника.

Привод перемещения устройства для образования скважин в грунте работает следующим образом. В предварительно обустроенном рабочем приямке 1 с помощью грузоподъемного механизма (не показан) размещают основание 2 и упорную плиту 5. При необходимости основание 2 может быть соединено с упорной плитой 5. Затем с помощью грузоподъемного механизма на направляющих 3 основания 2 устанавливают корпус 4 привода перемещения устройства. Следует отметить, что заправка емкости 8 рабочим телом и снаряжение генератора 10 топливом могут быть осуществлены как непосредственно в рабочем приямке 1, так и перед установкой корпуса 4 на направляющие 3 основания 2. Для заправки емкости 8 рабочим телом корпус 4 привода может быть выполнен с заправочным отверстием (не показано). При этом вытеканию рабочего тела из внутренней полости емкости 8 препятствует мембрана 9. Рабочий орган 18 и плеть 17 прокладываемого трубопровода присоединяют к корпусу 4 привода непосредственно в рабочем приямке 1 или перед установкой корпуса 4 привода на направляющие 3 основания 2.

После завершения подготовительных работ с пульта управления (на чертеже не показан) оператор включает генератор 10 для выработки рабочего агента. Включение генератора 10 осуществляется путем воспламенения с помощью запального приспособления (не показано) смеси горючего и окислителя, в случае использования жидкостного газогенератора или порохового заряда, в случае использования твердотопливного газогенератора. В результате сгорания топливной смеси или порохового заряда образуется высокотемпературный рабочий агент, который накапливается во внутренней полости генератора 10. При достижении во внутренней полости генератора 10 определенной величины давления срабатывает приспособление для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора 10, то есть либо открывается клапан 15 или разрывается мембрана 16, и рабочий агент из внутренней полости генератора 10 поступает во внутреннюю полость патрубка 12 и далее через каналы 13 в последнем во внутреннюю полость емкости 8. При поступлении высокотемпературного рабочего агента во внутреннюю полость емкости 8 происходит нагрев рабочего тела. При изохорном нагреве рабочего тела в замкнутой емкости 8, ограниченной стенками емкости 8 или стенками корпуса 4 и мембраной 9, повышается давление рабочего тела во внутренней полости емкости 8, При нагреве рабочего тела до температуры 300-400^оС давление рабочего тела во внутренней полости емкости 8 поднимается до расчетной величины, при которой срабатывает (разрывается) мембрана 9. После разрыва мембраны 9 рабочее тело из внутренней полости емкости 8 через сопло 7 соплового аппарата истекает в атмосферу. При этом одновременно с истечением рабочего тела происходит выход через сопло 7 соплового аппарата 6 и рабочего агента, который уже поступил во внутреннюю полость емкости 8 при нагреве рабочего тела и который продолжает поступать во внутреннюю полость емкости 8 из генератора 10 через перфорированный патрубок 12. При истечении рабочего тела и рабочего агента из сопла 7 соплового аппарата 6 возникает реактивная сила, которая воздействует на корпус 4 привода и заставляет перемещаться его в направлении, противоположном направлению истечения струи рабочего тела и рабочего агента из сопла 7 соплового аппарата. Поскольку корпус 4 привода соединен с рабочим органом 18, то последний под действием реактивной силы начнет перемещаться в грунт, уплотняя или разрушая грунтовый массив и образуя скважину в грунте.

Следует отметить, что при работе привода перемещения будет нанесен меньший по сравнению с прототипом вред окружающей среде, поскольку в окружающую среду будет выбрасываться в основном рабочее тело, то есть вода (пароводяная смесь), и незначительное количество рабочего агента (продукты сгорания топлива), который к тому же будет иметь на выходе из сопла 7 более низкую температуру, чем при непосредственном выходе из генератора 10. Таким образом, в качестве дополнительного технического эффекта при использовании предлагаемого изобретения будет улучшение экологии окружающей среды за счет снижения количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Сущность изобретения: привод перемещения устройства для образования скважин в грунте содержит полый корпус, генератор для выработки рабочего агента, сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента, емкость для размещения рабочего тела и перфорированный патрубок. Сопловой аппарат расположен на заднем торце корпуса, емкость - во внутренней полости корпуса. Патрубок установлен во внутренней полости емкости. Внутренняя полость генератора сообщена через патрубок с внутренней полостью емкости. Внутренняя полость емкости сообщена с соплом соплового аппарата. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ПРИВОД ПЕРЕМЕЩЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ, включающий полый корпус, генератор для выработки рабочего агента и расположенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента, отличающийся тем, что он снабжен расположенной во внутренней полости корпуса емкостью для размещения рабочего тела и установленным во внутренней полости емкости перфорированным патрубком, при этом внутренняя полость генератора сообщена через патрубок с внутренней полостью емкости, а внутренняя полость емкости сообщена с соплом соплового аппарата. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что генератор выполнен в виде твердотопливного газогенератора. 3. Привод по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что генератор расположен во внутренней полости корпуса. 4. Привод по п.3, отличающийся тем, что генератор расположен во внутренней полости емкости. 5. Привод по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что генератор расположен снаружи корпуса и его внутренняя полость посредством трубопровода сообщена с внутренней полостью патрубка. 6. Привод по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что он имеет приспособление для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора. 7. Привод по п.6, отличающийся тем, что приспособление для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора выполнено в виде клапана. 8. Привод по п.6, отличающийся тем, что приспособление для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора выполнено в виде мембраны.