УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 2000 года по МПК E02F5/18 E21B4/14 E21B7/04 

Изобретение относится к области строительной техники и предназначено для проходки скважин заданной траектории (прямолинейных и криволинейных) в грунте путем его уплотнения.

Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте (патент Польши N 41749, опубл. в 1961 г.), выполненное в виде пневмопробойника, включающее корпус, размещенный в нем ударник, наносящий под действием сжатого воздуха удары по корпусу и забивающий его в грунт. По мере движения устройства в грунте образуется скважина. Недостатком устройства является невозможность управления направлением движения в грунте.

Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте (патент PCT N 087/03924, E 21 B 7/06, 47/022, 7/26, опубл. 1985 г.), выполненное в виде пневмопробойника, включающее корпус с размещенным в нем ударником, совершающим под действием сжатого воздуха возвратно-поступательные движения и забивающим корпус в грунт; наконечник, шарнирно закрепленный на передней части корпуса; плунжеры, индивидуально сообщенные с источником текучей среды под давлением, взаимодействующие с наконечником и отклоняющие его относительно продольной оси устройства. Отклонением наконечника от продольной оси устройства с помощью плунжеров достигается изменение направления его движения. Недостатки устройства - сложность конструкции, необходимость использования двух видов энергии (пневматика, гидравлика).

Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте (авт.св. СССР N 293957, E 02 F 5/18, E 02 F 5/16, опубл. 26.01.71 г.), включающее направляющую коническую головку (корпус) и рабочий привод ударного действия, выполненный из трех или более независимых ударных механизмов (пневмопробойников) с индивидуальным подводом сжатого воздуха, соединенных с направляющей конической головкой и расположенных симметрично и параллельно ее продольной оси. При одновременной работе ударных механизмов обеспечивается проходка прямолинейной скважины, отключение части механизмов приводит к изменению направления движения устройства. Недостатки устройства - сложность конструкции; значительные габариты по диаметру, т.к. ударные механизмы располагаются внутри головки и, как следствие, низкая удельная энергия удара, приходящаяся на площадь поперечного сечения скважины; неодновременность ударов ударных механизмов по направляющей головке, что снижает эффективность их работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство ударного действия для проходки скважин в грунте (авт.св. СССР N 236349, кл. 84 d, 5/16, E 02 f, опубл. 12.10.68 г.), включающее корпус и расположенный внутри него ударник, оболочку, шарнирно укрепленную на корпусе и объемлющую его, пневматические камеры с индивидуальным подводом сжатого воздуха, размещенные между внутренней поверхностью оболочки и корпусом и изменяющие их взаимное положение. Пневматические камеры неподвижно укреплены на корпусе без возможности относительного вращения.

При одинаковом давлении воздуха во всех камерах устройство движется прямолинейно. В случае изменения (повышения или снижения) давления воздуха в одной или нескольких камерах изменяется положение оболочки относительно корпуса, нарушается осевая симметрия устройства и оно отклоняется в сторону. Недостаток устройства состоит в том, что вследствие вращения корпуса пневмопробойника в процессе движения его в грунте, обусловленного неоднородностью грунта, вместе с корпусом вращаются и камеры. В результате, в процессе проходки скважин положение камер относительно исходного (при запуске в грунт), когда оно может быть четко зафиксировано (вверху, внизу и т.д.), становится неопределенным. Это исключает возможность управления траекторией движения, так как неизвестно, в какой камере (камерах) следует изменить давление воздуха, чтобы отклонить оболочку в нужную сторону.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение надежности и точности управления движением ударного устройства при проходке скважин в грунте за счет самоустановки элементов управления независимо от углового положения корпуса.

Это достигается тем, что устройство ударного действия для проходки скважин в грунте, включающее корпус с расположенным в нем ударником, оболочку, шарнирно укрепленную на корпусе и образующую с ним полость, пневматические камеры из упругоэластичного материала с индивидуальным подводом сжатого воздуха, размещенные в указанной полости, снабжено согласно изобретению кольцевой обоймой, установленной на корпусе в указанной полости с возможностью вращения, при этом пневматические камеры соединены с обоймой, а центр тяжести обоймы с камерами смещен относительно продольной оси устройства. Такое исполнение устройства позволяет на произвольном участке проходимой скважины установить центр тяжести кольцевой обоймы с камерами в крайнее нижнее положение. Для этого при работающем пневмопробойнике необходимо соединить все камеры с атмосферой; в результате под действием крутящего момента, обусловленного эксцентриситетом центра тяжести, последний окажется внизу. Зная порядок расположения пневматических камер на кольцевой обойме (фиксируется при сборке устройства) и положение центра тяжести, однозначно можно определить ту камеру (камеры), в которой следует изменить давление воздуха при включенных на магистральное давление других камерах для корректировки движения устройства в нужном направлении.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показано предлагаемое устройство ударного действия для проходки скважин в грунте в продольном сечении с частичными обрывами, на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.

Предлагаемое устройство (фиг. 1 и 2) выполнено в виде пневмопробойника, содержит корпус 1, в котором размещен ударник 2, приспособленный под действием текучей среды под давлением (сжатого воздуха) совершать удары по корпусу 1. На задней части корпуса 1 шарнирно закреплена оболочка 3, образующая с корпусом полость, внутри которой расположены равномерно по окружности пневматические камеры 4, соединенные с кольцевой обоймой 5. Центр тяжести кольцевой обоймы 5 и соединенных с ней пневматических камер 4 смещен относительно продольной оси корпуса 1. Это достигается известными приемами, например: выполнением кольцевой обоймы 5 эксцентричной, присоединением к ней груза 6, как показано на фиг. 1 и 2, или утяжелением одной или нескольких пневматических камер 4, расположенных с одной стороны полуокружности кольцевой обоймы 5. Для индивидуального подвода сжатого воздуха в камеры 4 служат шланги 7, а для привода устройства - шланг 8.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед запуском в грунт устройство устанавливают в нужном направлении и так, чтобы центр тяжести кольцевой обоймы 5 с камерами 4 находился внизу. Затем подают сжатый воздух от компрессора (на фиг. 1 не показан) по шлангам 7 в пневматические камеры 4 и по магистральному шлангу 8 в пневмопробойник (на фиг. 1 поз. 1 и 2). При этом, находясь под давлением сжатого воздуха, камеры 4 фиксируют оболочку 3 соосно корпусу 1, что стабилизирует направление движения, а ударник 2 совершает возвратно-поступательное движение и наносит удары по передней части корпуса 1, забивая его в грунт. Так образуется скважина.

При необходимости корректировки направления движения устройства кратковременно сообщают все камеры 4 с атмосферой, продолжая проходку скважины. Это делается для того, чтобы устранить возможное в результате вращение всего устройства в процессе движения в грунте изменение положения центра тяжести обоймы 5 с камерами 4 относительно исходного (в момент запуска в грунт) и вернуть его в крайнее нижнее положение. Сообщение всех камер 4 с атмосферой устраняет их взаимодействие (трение) с оболочкой 3 и корпусом 2 и поэтому благодаря смещенному центру тяжести обойма 5 с камерами 4 свободно поворачивается на корпусе 1, чему способствуют удары ударника.

При определенном таким образом положении центра тяжести обоймы 5 с камерами 4 и известном расположении камер 4 на обойме 5 находится та камера (камеры), в которой необходимо изменить давление воздуха (повысить или понизить), чтобы отклонить оболочку 3 относительно корпуса 1 для изменения направления движения устройства. При этом, если давление повышается в верхней камере 4, устройство отклоняется вверх и соответственно: в нижней - вниз, в левой - влево, в правой - вправо. В случае понижения давления в камере 4 отклонение, легко видеть, изменяется на противоположное.

Устройство предназначено для проходки скважин заданной траектории (прямолинейных и криволинейных) в грунте путем его уплотнения. Технической задачей является повышение надежности и точности управления движения устройства ударного действия при проходке скважин в грунте за счет самоустановки элементов управления независимо от углового положения корпуса. Это достигается тем, что устройство ударного действия для проходки скважин в грунте, включающее корпус с расположенным в нем ударником, оболочку, шарнирно укрепленную на корпусе и образующую с ним полость, пневматические камеры из упругоэластичного материала с индивидуальным подводом сжатого воздуха, размещенные в указанной полости, снабжено кольцевой обоймой, установленной на корпусе в указанной выше полости с возможностью вращения, при этом пневматические камеры соединены с обоймой, а центр тяжести обоймы с камерами смещен относительно продольной оси устройства. 2 ил.

Устройство ударного действия для проходки скважин в грунте, включающее корпус с расположенным в нем ударником, оболочку, шарнирно закрепленную на корпусе и образующую с ним полость, пневматические камеры из упруго-эластичного материала с индивидуальным подводом сжатого воздуха, размещенные в указанной полости, отличающееся тем, что оно снабжено кольцевой обоймой, установленной на корпусе в указанной полости с возможностью вращения, при этом пневматические камеры соединены с кольцевой обоймой, центр тяжести которой с камерами смещен относительно продольной оси устройства.