УСТАНОВКА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к области строительства, в частности к машинам горизонтального бурения для бестраншейной укладки трубопроводов и их ремонта.

Известна установка горизонтального бурения, включающая направляющее устройство, устройство осевой подачи, обсадную трубу и устройство удаления разбуренного грунта [1].

Однако такая установка имеет сложную конструкцию, металлоемка, а процесс бурения такой установкой характеризуется высокой энергоемкостью.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемой установке является устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов в виде обсадной трубы с рабочим наконечником, коаксиально которому закреплен вибратор [2].

Недостатком известного устройства является недоработанная конструкция, не позволяющая рекомендовать его к производству.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, выражается в повышении эффективности прокладки трубопроводов в твердых и монолитных грунтах.

Это достигается тем, что буровая головка соединена с обсадной трубой компенсирующим устройством и выполнена в виде отрезка трубы с жестко закрепленным коаксиально ее оси вибратором круговых колебаний, и цилиндрического корпуса, который насажен на отрезок трубы с помощью элементов качения, обеспечивающих вращение, но исключающих его осевое перемещение относительно общей оси, при этом на забойном торце цилиндрического корпуса закреплены режущие ножи, а на его внутренней поверхности закреплены подъемные лопасти, причем к торцевой плоскости внутренней части цилиндрического корпуса вплотную, но без ограничения свободы его вращения относительно отрезка трубы установлена вертикальная сегментная перегородка, жестко приваренная по периметру к отрезку трубы и соединенная с отвальным листом, наклонно расположенным для удаления грунта.

На фиг. 1 изображена предлагаемая установка горизонтального бурения; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2; на фиг.4 - выносной элемент на фиг.2.

Описываемая установка горизонтального бурения включает в себя направляющее устройство 1, устройство осевой подачи 2, обсадную трубу 3, устройство удаления разбуренного грунта 4, буровую головку 5, жестко закрепленный в ней вибратор 15 и компенсирующее устройство 6.

Буровая головка 5 (фиг.1) включает в себя отрезок трубы 8 (фиг.2), на которую с помощью элементов качения 9, обеспечивающих возможность вращения, но исключающих осевое перемещение насажен цилиндрический корпус 10. На внутренней поверхности корпуса 10 закреплены подъемные лопасти 11, на забойном торце корпуса 10 установлены режущие ножи 12, а на наружной его поверхности закреплены грунтозацепы 13, выполненные в виде фрагментов винтовой лопасти (фиг. 1, фиг.2). Внутри трубы 8 коаксиально ее оси жестко закреплен посредством тяг 14 вибратор 15. К торцевой плоскости 17 внутренней части цилиндрического корпуса 10 вплотную, но без ограничения свободы его вращения относительно трубы 8 установлена вертикальная сегментная перегородка 18 (фиг. 2, фиг.3). Перегородка 18 жестко приварена по периметру к трубе 8 таким образом, что в верхней части последней образовано сегментное разгрузочное окно 19 (фиг.3). К прямолинейному верхнему участку сегментной перегородки 18 приварен отвальный лист 20, боковые поверхности которого по всему периметру плотно прилегают к стенкам трубы 8, а нижний конец листа 20 выведен в обсадную трубу 3. Угол наклона γ листа 20 определяется следующей зависимостью:
γ>κφ_e.o /1/
где к - коэффициент, учитывающий условия работы;
φ_e.o - угол естественного откоса разрабатываемого грунта.

Компенсирующее устройство 6 (фиг.1) включает в себя резиновую обойму 21 (фиг.2), внутри которой равномерно по окружности размещены шары 22. При этом крепежные фланцы 26 труб 3 и 8 (фиг.4) соединяются болтами 23 через сферические шайбы 24 и пружины 25.

Предлагаемая установка работает следующим образом.

При включении привода вибратора 15 его дебаланс 16 (фиг.3) начинает совершать колебательные, вращательные движения относительно оси скважины (фиг. 1). Вынуждающая сила дебаланса передается через его корпус, тяги 14, трубу 8 и элементы качения 9 на корпус 10 буровой головки. При этом за счет вращательной циркуляции вектора вынуждающей силы корпус 10 буровой головки вовлекается во вращательное движение относительно оси скважины 7. За счет прижатия к стенкам скважины 26 корпус 10 обкатывается по стенкам скважины с частотой ω_б.г = f(ω_д) (фиг. 3). Таким образом, буровая головка 5 (фиг.1) совершает вращательно-колебательное движение относительно оси скважины и трубы 3. Движение относительно последней осуществляется за счет компенсирующего устройства 6. Одновременно с вращением корпуса 10 буровая головка подается в направлении проходки устройством осевой подачи 2 (например, канатно-блочным). Осевое усилие подачи передается на корпус 10 последовательно через обсадную трубу 3, компенсирующее устройство 6, трубу 8 и элементы качения 9. При передаче осевого усилия через компенсирующее устройство 6 на буровую головку 5 при ее вращательно-колебательном движении шары 22 совершают ограниченное обоймой 21 и крепежными фланцами 26 труб 3 и 8 колебательные движения, а болты 23 с шайбами 24 и пружинами 25, совершая угловые перемещения в плоскостях XOZ и YOZ, обеспечивают смещение осей буровой головки 5 и обсадной трубы 3 (фиг.2) для исключения взаимной передачи радиальных нагрузок. Движение буровой головки 5 и обсадной трубы 3 вдоль скважины осуществляется не только с помощью устройства 2, но и за счет осевого усилия ввинчивания в грунт корпуса 10, снабженного грунтозацепами 13 (фиг.1, фиг.2), выполненными в виде фрагментов винтовой лопасти. При подаче буровой головки в направлении проходки скважины и одновременном вращательно-колебательном обкатывании корпуса 10 относительно оси скважины и невращающейся трубы 8 ножи 12 срезают грунт в режиме циклоидного движения относительно разрушаемого грунта. Частицы срезанного грунта падают вниз и захватываются подъемными лопастями 11, которые, вращаясь вместе с корпусом 10, поднимают грунт до нижнего края разгрузочного окна 19. До этого момента грунт, расположенный на лопастях 11, удерживается от схода в направлении вектора v_гр (фиг.2) сегментной перегородкой 18. Как только лопасть 11 выйдет за пределы верхнего края перегородки 18, грунт под собственным весом ссыпается с лопасти 11 на отвальный лист 20 и далее в трубу 3, откуда удаляется устройством 4 (например, шнековым).

В результате повышается эффективность прокладки трубопроводов в твердых и монолитных грунтах.

Источники информации
1. Полтавцев И.С., Орлов В.Б., Ляхович И.Ф. Специальные землеройные машины и механизмы для городского строительства. Киев: Будiвельник, 1977, 136 с.

2. А.с. СССР 787575, кл. Е 02 F 5/18, 25.12.1980.

Изобретение относится к области строительства, в частности к машинам горизонтального бурения для бестраншейной укладки трубопроводов и их ремонта. Установка включает направляющее устройство, устройство осевой подачи, буровую головку, жестко закрепленный в ней вибратор круговых колебаний. Буровая головка соединена с обсадной трубой компенсирующим устройством и выполнена в виде отрезка трубы с жестко закрепленным коаксиально ее оси вибратором круговых колебаний, и цилиндрического корпуса, который насажен на отрезок трубы с помощью элементов качения, обеспечивающих вращение, но исключающих его осевое перемещение относительно общей оси. На забойном торце цилиндрического корпуса закреплены режущие ножи, а на его внутренней поверхности закреплены подъемные лопасти. К торцевой плоскости внутренней части цилиндрического корпуса вплотную, но без ограничения свободы его вращения относительно отрезка трубы, установлена вертикальная сегментная перегородка, жестко приваренная по периметру к отрезку трубы и соединенная с отвальным листом, наклонно расположенным для удаления грунта. Изобретение обеспечивает повышение эффективности прокладки трубопроводов в твердых и монолитных грунтах. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Установка горизонтального бурения грунтов, включающая направляющее устройство, устройство осевой подачи, буровую головку, соединенную с обсадной трубой, жестко закрепленный в буровой головке вибратор круговых колебаний, отличающаяся тем, что буровая головка соединена с обсадной трубой компенсирующим устройством и выполнена в виде отрезка трубы с жестко закрепленным коаксиально ее оси вибратором круговых колебаний и цилиндрического корпуса, который насажен на отрезок трубы с помощью элементов качения, обеспечивающих вращение, но исключающих его осевое перемещение относительно общей оси, при этом на забойном торце цилиндрического корпуса закреплены режущие ножи, а на его внутренней поверхности закреплены подъемные лопасти, причем к торцевой плоскости внутренней части цилиндрического корпуса вплотную, но без ограничения свободы его вращения относительно отрезка трубы, установлена вертикальная сегментная перегородка, жестко приваренная по периметру к отрезку трубы и соединенная с отвальным листом, наклонно расположенным для удаления грунта. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что компенсирующее устройство выполнено в виде резиновой обоймы, внутри которой равномерно размещены шары, обжатые крепежными фланцами, соединенными между собой болтами через сферические шайбы и пружины. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отвальный лист наклонен под углом γ>kφ_e.o, где k - коэффициент, учитывающий условия работы; φ_e.o - угол естественного откоса разрабатываемого грунта.