ПРИВОД ПЕРЕМЕЩЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИНЫ В ГРУНТЕ Российский патент 1995 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, 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 от 20 до 60 м/ч. Кроме того, использование в качестве привода для перемещения устройства вибромолота отрицательно сказывается на надежность погружаемого в образованную скважину трубопровода за счет длительного воздействия на последний знакопеременными динамическими нагрузками.

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 и приспособление для запуска привода [2]
Силовой привод реактивного типа известного устройства для образования скважин в грунте позволяет осуществлять образование выработки практически любого диаметра и неограниченной протяженности при условии обеспечения непрерывности технологического цикла проходки. Однако использование в качестве силового привода для перемещения устройства газогенератора, который работает на комбинированном топливе: окислитель + твердое горючее или химическое топливо, приводит к существенному увеличению массы привода из-за необходимости иметь камеру сгорания и соответствующие вспомогательные агрегаты для подачи топливных компонентов в камеру сгорания, что снижает величину удельной силы тяги и протяженность проходки. При этом усложнение конструкции силового привода для перемещения известного устройства отрицательно сказывается на надежности работы устройства в целом. Выброс в окружающую среду продуктов сгорания топлива приводит к загрязнению окружающей атмосферы, что затрудняет использование известного устройства для образования скважин в грунте в условиях городской застройки.

Целью изобретения является создание такого привода перемещения устройства для образования скважины в грунте, которое позволило бы увеличить длину проходки путем увеличения удельной силы тяги привода за счет снижения массы привода и одновременно снизить вредное экологическое воздействие привода на окружающую среду.

Цель достигается тем, что в приводе перемещения устройства для образования скважины в грунте, включающем полый корпус, генератора для выработки рабочего агента, расположенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента и приспособление для запуска привода, генератор для выработки рабочего агента выполнена в виде расположенной во внутренней полости корпуса емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива, преимущественно перекиси водорода или гидразингидрата, и приспособления для подачи катализатора во внутреннюю полость емкости, при этом внутренняя полость емкости через приспособление для запуска привода сообщена с соплом соплового аппарата.

Кроме того тем, что емкость для размещения однокомпонентного унитарного топлива выполнена в виде бака из нержавеющей стали с приспособлением для заправки его топливом.

Кроме того тем, что емкость для размещения однокомпонентного унитарного топлива выполнена в виде бака из алюминия с приспособлением для заправки его топливом.

Кроме того тем, что емкость для размещения однокомпонентного унитарного топлива выполнена в виде бака из стойкой против коррозии пластмассы.

Кроме того тем, что приспособление для подачи катализатора во внутреннюю полость емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива выполнено в виде бака для размещения катализатора, размещенных во внутренней полости емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива форсунок и источника для создания давления подачи катализатора.

Кроме того тем, что источник для создания давления подачи катализатора выполнен в виде баллона с газом высокого давления.

Кроме того тем, что источник для создания давления подачи катализатора выполнен в виде насоса.

Кроме того тем, что приспособление для запуска привода выполнено в виде нормально закрытого отсечного клапана с дистанционным приводом его управления.

Кроме того тем, что приспособление для запуска привода выполнено в виде разрывной мембраны.

Анализ известных технических решений в данной и смежных областях науки и техники позволил выявить парогазогенератор, использующий реакцию разложения перекиси водорода, который состоит из реактора, то есть сосуда, в котором происходит разложение перекиси под воздействием катализатора, баков для перекиси и катализатора, а также системы подачи компонентов в реактор. В известной конструкции парогазогенератора реактор выполняет функции камеры сгорания, в которую подают однокомпонентное унитарное топливо перекись водорода и катализатор и где осуществляется образование рабочего агента, тогда как в заявленном изобретении функции камеры сгорания выполняет непосредственно бак для размещения однокомпонентного унитарного топлива.

На фиг. 1 изображено устройство для образования скважины в грунте; на фиг. 2 привод перемещения устройства для образования скважины в грунте; на фиг. 3 принципиальная схема приспособления для подачи катализатора; на фиг. 4 вариант конструктивного выполнения приспособления для подачи катализатора.

Устройство для образования скважин в грунте содержит установленное на дне рабочего приямка 1 основание 2 с направляющими 3 для размещения полого 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 перемещения размещен сопловой аппарат 6 с соплом 7 для истечения рабочего агента. Привод перемещения устройства содержит генератор для выработки рабочего агента, который выполнен в виде расположенной во внутренней полости корпуса 4 емкости 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива.

В качестве однокомпонентного унитарного топлива может быть использована перекись водорода Н₂О₂, а точнее не более, чем 65% концентрации раствор перекиси водорода в воде или гидразингидрат (NH₂)₂ ˙H₂O, или смесь метилового спирта (50%) и гидразингидрата (50%). Емкость 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива может быть выполнена в виде бака из нержавеющей стали с приспособлением для заправки его топливом, например, в виде заправочной горловины с пробкой 9. Емкость 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива может быть выполнена в виде бака из очень чистого алюминия (99,5%) с приспособлением для заправки его топливом, например, в виде заправочной горловины с пробкой 9. Кроме того емкость для размещения однокомпонентного унитарного топлива может быть выполнена в виде бака из стойкой против коррозии пластмассы. Недопустимо применение в конструкции емкости 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива деталей из меди и других тяжелых металлов, так как медь является сильным катализатором, способствующим разложению перекиси водорода.

Привод перемещения в составе генератора для выработки рабочего агента включает также приспособление для подачи катализатора во внутреннюю полость емкости 8. В качестве катализатора при использовании в качестве однокомпонентного унитарного топлива перекиси водорода предпочтительно использовать перманганат кальция, натрия или калия, двуоксид марганца или оксид железа. При использовании в качестве однокомпонентного унитарного топлива гидразингидрата в качестве катализатора может быть использована перекись водорода. При использовании твердых катализаторов, например меди или других тяжелых металлов, они могут быть размещены непосредственно во внутренней полости емкости 8 (не показано). При использовании жидкого катализатора, например 30%-ного водного раствора перманганата кальция, приспособление для подачи катализатора во внутреннюю полость емкости 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива может быть выполнено в виде установленного во внутренней полости корпуса 4 привода бака 10 для размещения катализатора, расположенных во внутренней полости емкости 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива форсунок 11 и источника для создания давления подачи катализатора.

В качестве источника для создания давления подачи катализатора может быть использован баллон 12 с газом высокого давления (фиг. 3) или насос 13 (фиг. 4), или пороховой аккумулятор давления (на чертежах не показан). При использовании баллонной системы подачи катализатора (фиг. 3) баллон 12 с газом высокого давления через дистанционно управляемый кран 14 сообщен с внутренней полостью бака 10 для размещения катализатора, который в свою очередь соединен посредством трубопроводов 15 с каждой форсункой 11. При использовании насосной системы подачи катализатора (фиг. 4) внутренняя полость бака 10 для размещения катализатора сообщена с входом насоса 13, выход которого посредством трубопроводов 15 соединен с каждой форсункой 11.

Приспособление для запуска привода установлено между емкостью 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива и сопловым аппаратом 6 и предназначено для соединения внутренней полости емкости 8 с соплом 7 соплового аппарата 6 при запуске привода. Приспособление для запуска привода может быть выполнено, например, в виде нормально закрытого отсечного клапана 16 (фиг. 2) с дистанционным приводом его управления (на чертежах не показан), который соединен с пультом управления (на чертежах не показан). При таком варианте конструктивного выполнения приспособления для запуска привода корпус отсечного клапана 16 может быть жестко соединен с корпусом 4 привода, емкостью 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива и сопловым аппаратом 6, то есть отсечной клапан 16 выполняет функции разделительной перегородки, изолирующей внутреннюю полость емкости 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива от соплового аппарата 6. В этом случае заправка емкости 8 однокомпонентным унитарным топливом осуществляется через заправочную горловину приспособления для заправки емкости 8 топливом. Приспособление для запуска привода может быть выполнено, например, в виде разрывной мембраны 17 (фиг. 1), которая обеспечивает соединение внутренней полости емкости 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива с соплом 7 соплового аппарата 6 при достижении расчетной величины давления рабочего агента во внутренней полости емкости 8. При таком варианте конструктивного выполнения приспособления для запуска привода разрывную мембрану 17 целесообразно жестко закрепить на горловине емкости 8, которая заправляется однокомпонентным унитарным топливом на заправочной станции (в заводских условиях) и транспортируется в заправленном виде к месту производства работ по образованию скважины в грунте. В этом случае корпус 4 привода может быть выполнен с люком (на чертежах не показан) для производства монтажных работ по установке заправленной емкости 8 во внутреннюю полость корпуса 4 привода.

На переднем торце корпуса 4 привода может быть закреплен рабочий орган (на чертежах не показан), например, в виде наконечника или термогазодинамического рабочего органа. При образовании скважины в грунте с одновременной ее обсадкой к переднему торцу корпуса 4 привода может быть присоединена плеть 18 прокладываемого трубопровода или обсадная труба, на переднем торце которой размещается кольцевой наконечник 19.

Привод перемещения устройства для образования скважины в грунте работает следующим образом.

В предварительно обустроенном рабочем приямке 1 с помощью грузоподъемного механизма (на чертежах не показан) размещают основание 2 и упорную плиту 5. При необходимости основание 2 может быть соединено упорной плитой 5. Затем с помощью грузоподъемного механизма на направляющих 3 основания 2 устанавливают корпус 4 привода перемещения устройства. С помощью специального топливозаправщика (на чертежах не показан) через заправочную горловину приспособления для заправки топливом внутреннюю полость емкости 8 заполняют расчетным количеством однокомпонентного унитарного топлива и после заправки заправочную горловину закрывают пробкой 9. При заправке емкости 8 однокомпонентным унитарным топливом в заводских условиях заправленную емкость 8 через люк устанавливают во внутренней полости корпуса 4 привода. Аналогичным образом осуществляют заправку бака 10 катализатором.

После окончания подготовительных работ по заправке привода с пульта управления включают приспособление для подачи катализатора во внутреннюю полость емкости 8 для размещения однокомпонентного унитарного топлива. При баллонной системе подачи катализатора (фиг. 3) открывают кран 14 и газ из баллона 12 поступает под давлением во внутреннюю полость бака 10, вытесняя из последнего катализатор по трубопроводу 15 к форсункам 11. При насосной системе подачи катализатора (фиг. 4) с пульта управления включают привод насоса 13, который подает катализатор из бака 10 по трубопроводам 15 к форсункам 11. При поступлении через форсунки 11 катализатора во внутреннюю полость емкости 8 в последней происходит разложение перекиси водорода с образованием перегретого пара и газообразного кислорода: O₂˙H₂O₂->> ->>H₂O+1/2 O₂+ теплота. Таким образом во внутренней полости емкости 8 образуется рабочий (перегретый пар + газообразный кислород), давление которого при нагреве в замкнутом объеме повышается. При повышении давления рабочего агента во внутренней полости емкости 8 до расчетной величины срабатывает (разрывается) мембрана 17, либо по сигналу с пульта управления открывают отсечной клапан 16. При этом для определения момента открытия отсечного клапана 16 давление рабочего агента во внутренней полости емкости 8 может контролироваться с помощью датчика давления (на чертежах не показан), который устанавливают внутри емкости 8. После разрыва мембраны 17 или открытия отсечного клапана 16 внутренняя полость емкости 8 сообщается с соплом 7 соплового аппарата 6, из которого рабочий агент истекает в атмосферу. При истечении рабочего агента из внутренней полости емкости 8 через сопло 7 соплового аппарата 6 возникает реактивная сила, которая воздействует на корпус 4 привода и заставляет его перемещаться в направлении, противоположном направлению истечения струи рабочего агента из сопла 7 соплового аппарата 6. Поскольку корпус 4 привода соединен с рабочим органом (наконечником 19), то последний под действием реактивной силы начнет перемещаться в грунтовом массиве, уплотняя или разрушая грунт с образованием в грунтовом массиве выработки (скважины).

После образования скважины в грунте корпус 4 привода отсоединяют от плети 18 уложенного в грунт трубопровода или от обсадной трубы и после отсоединения транспортируют к новому месту производства работ, где осуществляют монтаж устройства и заправку генератора для выработки рабочего агента соответственно однокомпонентным унитарным топливом и катализатором.

Сущность изобретения: привод перемещения устройства для образования скважины в грунте содержит полый корпус, генератор для выработки рабочего агента, расположенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента и приспособление для запуска привода. Генератор для выработки рабочего агента выполнен в виде емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива, преимущественно перекиси водорода или гидразингидрата, и приспособления для подачи катализатора во внутреннюю полость емкости. Емкость для размещения однокомпонентного унитарного топлива расположена во внутренней полости корпуса. Внутренняя полость емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива через приспособление для запуска привода сообщена с соплом силового аппарата. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ПРИВОД ПЕРЕМЕЩЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИНЫ В ГРУНТЕ, включающий полый корпус, генератор для выработки рабочего агента, расположенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента и приспособление для запуска привода, отличающийся тем, что генератор для выработки рабочего агента выполнен в виде расположенной во внутренней полости корпуса емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива, преимущественно перекиси водорода или гидразингидрата, и приспособления для подачи катализатора во внутреннюю полость емкости размещения однокомпонентного унитарного топлива, при этом внутренняя полость емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива через приспособление для запуска привода сообщена с соплом соплового аппарата. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что емкость для размещения однокомпонентного унитарного топлива выполнена в виде бака из нержавеющей стали с приспособлением для заправки его топливом. 3. Привод по п.1, отличающийся тем, что емкость для размещения однокомпонентного унитарного топлива выполнена в виде бака из алюминия с приспособлением для заправки его топливом. 4. Привод по п. 1, отличающийся тем, что емкость для размещения однокомпонентного унитарного топлива выполнена в виде бака из стойкой против коррозии пластмассы. 5. Привод по одному из пп.1 4, отличающийся тем, что приспособление для подачи катализатора во внутреннюю полость емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива выполнено в виде бака для размещения катализатора, размещенных во внутренней полости емкости для размещения однокомпонентного унитарного топлива форсунок и источника для создания давления подачи катализатора. 6. Привод по п.5, отличающийся тем, что источник для создания давления подачи катализатора выполнен в виде баллона с газом высокого давления. 7. Привод по п.5, отличающийся тем, что источник для создания давления подачи катализатора выполнен в виде насоса. 8. Привод по п.1, отличающийся тем, что приспособление для запуска привода выполнено в виде нормально закрытого отсечного клапана с дистанционным приводом его управления. 9. Привод по п.1, отличающийся тем, что приспособление для запуска привода выполнено в виде разрывной мембраны.