УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСКАТКИ СКВАЖИН Российский патент 1995 года по МПК E02F5/18 E02F5/16 

Изобретение относится к устройствам для раскатки скважин в грунте и может быть использовано при строительстве подземных коммуникаций закрытым способом. Известно аналогичное устройство [1] для образования скважин в грунте, содержащее установленные на развернутых шейках приводного эксцентрикового вала конические и цилиндрические для реверса устройства катки и штырь, жестко соединенный с головным катком.

Недостатком этого решения является то, что штырь, соединенный с головным катком, ось которого не совпадает с осью эксцентрикового вала, не позволяет стабилизировать величину эксцентриситетов катков при движении устройства в скважине и, следовательно, обеспечить надежную работу устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, выбранное в качестве прототипа, является устройство для образования скважины [2], включающее приводной эксцентриковый вал, установленные на развернутых шейках эксцентрикового вала с возможностью вращения цилиндрические катки для реверса устройства и конические катки, продольная ось каждого из которых наклонена к продольной оси эксцентрикового вала под углом, вершина которого ориентирована в направлении к головному катку, и размещенный перед головным катком направляющий элемент, продольная ось которого совпадает с продольной осью эксцентрикового вала. Направляющий элемент кинематически связан с выходным валом двигателя.

Недостатком прототипа является то, что при кинематическом соединении направляющего элемента с валом двигателя при проходке скважины не обеспечивается соосность эксцентрикового вала и направляющего элемента, что ведет к изменению величин эксцентриситетов катков, т.е. расстояний от осей катков до оси скважины.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства путем стабилизации эксцентриситетов катков.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем приводной эксцентриковый вал, установленные на развернутых шейках эксцентрикового вала с возможностью вращения цилиндрические катки для реверса устройства и конические катки, продольная ось каждого из которых наклонена к продольной оси эксцентрикового вала под углом, вершина которого ориентирована в направлении к головному катку, и размещенный перед головным катком направляющий элемент, продольная ось которого совпадает с продольной осью эксцентрикового вала, направляющий элемент закреплен на эксцентриковом валу, выполнен конусообразным и в поперечном сечении имеет форму овала. Поверхность каждого катка имеет выпуклую форму и образована вращением дуги вокруг его продольной оси. Высота сегмента образующей каждого катка не превышает одной трети величины среднего эксцентриситета соответствующего катка. Угол наклона продольной оси каждого катка к продольной оси эксцентрикового вала не менее чем в два раза превышает угол конуса соответствующего катка.

На фиг. 1 изображено устройство для раскатки скважин, общий вид; на фиг. 2 - форма катков и их внедрение в грунт; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство содержит приводной эксцентриковый вал 1, ось 2 которого совпадает с осью образуемой скважины. На шейках 3 эксцентрикового вала 1, развернутых для спирального обкатывания по стенке скважины, установлены катки 4, оси 5 которых наклонены к оси 2 эксцентрикового вала 1 на угол λ . Перед головным катком 4 на эксцентриковом валу жестко закреплена коническая направляющая 6, ось которой совпадает с осью эксцентрикового вала 1. Направляющая 6 также является раскатывающим элементом, благодаря ее овальному сечению (фиг. 3). Образующие конических поверхностей катков 4 имеют выпуклую форму и образованы вращением дуги вокруг продольных осей 5 катков 4. Высота сегмента образующей δ связана с величиной среднего эксцентриситета e_ср катка, т.е. δ≅e_cp (фиг. 2). Оси 5 катков 4 расположены эксцентрично относительно оси 2 эксцентрикового вала 1 и наклонены на угол λ , при этом λ≥2β , где β - угол конусности катков 4.

Устройство работает следующим образом.

Устройство соединяют бурильными трубами с буровой установкой, которая способна осуществлять вращение и осевую подачу устройства. Конический направляющий элемент 6, благодаря своей овальной форме в поперечном сечении, жесткому соединению с эксцентриковым валом 1 и расположению по оси 2 эксцентрикового вала 1, раздвигает и уплотняет грунт, а также удерживает эксцентриковый вал 1 и устройства на оси скважины. Это обеспечивает нормальные условия обкатки катками 4 скважины с заданными эксцентриситетами, т.е. обеспечивается стабилизация передней части вала 1 устройства. Затем последовательно, начиная с головного, вступают в действие катки 4, обкатывая каждый соответствующую часть забоя скважины, уплотняя грунт и формируя стенки скважины.

Выпуклая форма поверхностей катков 4 обеспечивает самоустановку находящихся в противофазе катков 4 (фиг. 2), благодаря автоматическому равновесию от радиальных сил, действующих на катки 4 со стороны грунта. Изменения глубины внедрения Н одного катка приводит к резкому изменению площади S его контакта с грунтом, что также резко изменяет усилие реакции со стороны грунта на каток 4. Это, в свою очередь, меняет глубину внедрения Н₁ и площадь S₁ контакта с грунтом другого катка 4 и приводит катки к равновесию. Необходимо, чтобы высота сегмента образующей катка δ была меньше величины его среднего эксцентриситета е_ср и не превышала одной трети его величины, т.е. δ≅1/3e_cp. Равновесие катков в этом случае приводит к стабилизации эксцентриситетов катков, т.е. к повышению надежности работы раскатывающего устройства.

Наклон осей 5 катков 4 к оси 3 эксцентрикового вала 1 на угол λ обеспечивает процесс раскатки при вхождении раскатывающего устройства в грунт, когда ось одного или нескольких катков 4 совпадает с осью скважины. В этом случае каток 4 с наклоненной на угол λ осью образует конической забой, в котором грунт не может полностью обжать каток по всей поверхности, что приводит к сохранению эксцентриситета катка в пределах от середины до заднего торца катка, т.е. происходит стабилизация эксцентриситета катка, которая гарантирует осуществление процесса раскатки и повышение надежности работы раскатывающего устройства.

Сущность изобретения: устройство для раскатки скважин содержит приводной эксцентриковый вал, цилиндрические катки для реверса устройства, конические катки и направляющий элемент. Цилиндрические и конические катки установлены на развернутых шейках эксцентрированного вала с возможносью вращения. Продольная ось каждого конического катка расположена к продольной оси эксцентрикового вала под углом, вершина которого ориентирована в направлении к головному катку. Направляющий элемент размещен перед головным катком и закреплен на эксцентриковом валу. Продольная ось направляющего элемента совпадает с продольной осью эксцентрикового вала. Направляющий элемент выполнен конусообразным и в поперечном сечении имеет форму овала. Наружная боковая поверхность каждого катка имеет выпуклую форму и образована вращением дуги вокруг его продольной оси. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСКАТКИ СКВАЖИН, включающее в себя приводной эксцентриковый вал, установленные на развернутых шейках эксцентрикового вала с возможностью вращения цилиндрические катки для реверса устройства и конические катки, продольная ось каждого из которых расположена к продольной оси эксцентрикового вала под углом, вершина которого ориентирована в направлении к головному катку, и размещенный перед головным катком направляющий элемент, продольная ось которого совпадает с продольной осью эксцентрикового вала, отличающееся тем, что направляющий элемент выполнен конусообразным и в поперечном сечении имеет форму овала, при этом наружная боковая поверхность каждого катка имеет выпуклую форму и образована вращением дуги вокруг его продольной оси, а направляющий элемент закреплен на эксцентриковом валу. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота сегмента образующей каждого катка не превышает 1/3 величины среднего эксцентриситета соответствующего катка. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол наклона продольной оси каждого катка к продольной оси эксцентрикового вала не менее чем в два раза превышает угол конуса соответствующего катка.