УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСКАТКИ СКВАЖИН Российский патент 2004 года по МПК E02F5/18 E21B7/26 E21B7/28 

Изобретение относится к устройствам для бестраншейной проходки скважин методом раскатки и может быть использовано при прокладке подземных коммуникаций.

Известно устройство (см., например: Свирщевский В.К. Проходка скважин в грунте способом раскатки. - Новосибирск, 1982. - с.24-27) для бестраншейной проходки скважин, содержащее приводной вал с последовательно развернутыми вокруг его оси эксцентриковыми шейками, на которых установлены вращающиеся относительно друг друга конические и цилиндрические реверсивные катки, причем значения величин эксцентриситета шеек вала, средних диаметров катков и углов наклона продольных осей катков к оси устройства закономерно изменяются по длине вала.

При вращении вала известного устройства катки последнего, обкатываясь по своим забоям, формируют стенки скважины и одновременно, перемещаясь по винтовой линии за счет разворота осей катков относительно оси скважины, обеспечивают прямую продольную подачу (ввинчивание) устройства в скважину. При реверсировании вала известное устройство выходит (вывинчивается) из скважины.

Для обеспечения эффективной самоподачи устройства в скважине значение шага винтовой линии, определяющего скорость проходки и производительность устройства, должно быть одинаковым и пропорциональным диаметру катков по всей длине устройства. Для конических катков указанное условие практически невыполнимо, и фактическое значение шага каждого из катков непостоянно по длине последних. Как следствие, при работе известного устройства катки проскальзывают относительно стенок скважины, что приводит к ослаблению (вплоть до исчезновения) эффекта самоподачи устройства и, в конечном счете, снижению производительности проходки и кпд устройства.

В устройстве по а.с. SU №1765313, МПК E 02 F 5/18, 1992 г. с целью снижения указанных выше недостатков каждый конический каток разделен на ряд конических секций, установленных на одной эксцентриковой шейке с возможностью их раздельного вращения относительно вала, при этом для обеспечения расчетного значения шага подачи продольная ось каждой из секций наклонена к продольной оси устройства на угол, обратно пропорциональный среднему диаметру секции.

Разделение каждого катка на отдельные, автономно работающие секции позволило выровнять неоднородность расчетного шага по длине катков и за счет этого снизить скольжение последних, однако полученный положительный эффект незначителен.

Кроме того, наличие дополнительных зазоров между секциями катков известных устройств требует разработки специальных уплотнительных элементов, исключающих попадание грунта в зазоры, что усложняет конструкцию и снижает технологичность изделия.

Задачами настоящего изобретения являются увеличение производительности и кпд устройства для раскатки скважин при одновременном упрощении конструкции и повышении технологичности последнего.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в устройстве для раскатки скважин, состоящем из приводного вала с последовательно развернутыми вокруг его оси, эксцентрично установленными относительно оси вращения цилиндрическими катками, продольные оси которых расположены под углом к оси вала, катки содержат ободья, установленные с возможностью вращения на их боковых поверхностях, а угол наклона продольных осей катков к оси вала равен ϕ_i=arcsin[р/2(d_i+2ε_i)], где р - практический шаг винтовой линии, d_i и ε_i, - значения диаметра и эксцентриситета катка соответственно.

Катки жестко установлены на приводном валу. Ободья имеют толщину не менее величины шага винтовой линии и снабжены концентраторами напряжений, выполненными, например, в виде кольцевых, продольных ребер, или в виде ребер, расположенных под углом к образующей цилиндра.

На фиг.1 изображен общий вид заявляемого устройства.

На фиг.2 - продольный разрез схематичного изображения одного из дисков.

Устройство содержит вал 1 с катками, каждый из которых включает диск 2, обод 3, подшипник 4.

Устройство работает следующим образом.

Приводной вал 1 устройства для раскатки скважин приводится в действие (вращение) любым известным движителем, например, электродвигателем (не показан).

При вращении вала 1 катки, обкатываясь ободьями 3 по своим забоям, формируют стенку скважины, а само устройство ввинчивается в скважину.

В заявляемом устройстве практический шаг винтовой линии, заданный соотношением между диаметрами и углами наклона осей катков к оси вращения, одинаков для всех катков по всей длине устройства. Вследствие постоянства шага стенки скважины при самоподаче устройства не сминаются, и устройство эффективно, без проскальзывания ввинчивается в скважину.

Наличие на боковых поверхностях катков вращающихся ободьев усиливает эффект самоподачи, так как последние обеспечивают четкую, физическую фиксацию винтовой линии непосредственно на стенках скважины.

Уменьшение величины проскальзывания, достигнутое в заявляемом объекте, обуславливает, в свою очередь, увеличение скорости самоподачи и, соответственно, производительности устройства, и снижение непроизводительных затрат энергии.

Кроме того, выполнение катков в виде дисков позволяет отказаться от использования эксцентрикового вала, что упрощает конструкцию и повышает технологичность изделия.

Изобретение относится к устройствам для бестраншейной проходки скважин методом раскатки и может быть использовано при прокладке подземных коммуникаций. Устройство содержит приводной вал с последовательно развернутыми и эксцентрично установленными относительно оси вращения цилиндрическими катками, выполненными в виде дисков, на боковых поверхностях которых установлены вращающиеся ободья. Продольная ось каждого из катков образует с осью вращения угол, значение которого определяется выражением ϕ_I = arcsin[р/2(d_i+2ε_i)], где р - практический шаг винтовой линии, d_i, ε_i - значения диаметра и эксцентриситета катка соответственно. Изобретение обеспечивает высокую производительность и снижение энергетических затрат при проходке скважин. 5 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для раскатки скважин, состоящее из приводного вала с последовательно развернутыми вокруг его оси и эксцентрично установленными относительно оси вращения цилиндрическими катками, продольные оси которых расположены под углом к оси вала, отличающееся тем, что катки содержат ободья, установленные с возможностью вращения на их боковых поверхностях, при этом для каждого катка угол наклона его продольной оси к оси вала равен

ϕ_i = arcsin[р/2(d_i+2ε_i)],

где р - практический шаг винтовой линии;

d_i и ε_i - диаметр и эксцентриситет катка соответственно.