Изолирующее устройство для подземной буровой камеры Советский патент 1986 года по МПК E21F1/14 E21B3/00 

,ЛинейнЕ)1Й ротор 13 и зубчатая рейка выполнены с возможностью линейного перемещения в процессе работы из левого крайнего положения, например, при нормальном режиме в правое крайнее положение в случае аварии.

Однако линейный ротор 13 и зубчатая рейка 21 могут быть выполнены и неподвижными. В этом случае они занимают положение, показанное на фиг. 1 пунктиром,

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для изоляции горных выработок при возникновении аварийных ситуаций, связанных, например, с прорывом нефти (газа) при бурении или эксплуатации нефтяных разведочных или эксплуатационных скважинах при разработке месторождений нефти (газа) шахтным способом на шельфе морей, при прорыве воды, при возникновении подземных пожаров, а также при внезапных вы- 10 т. е. такое положение, при котором обес- бросах газов, возникающих при ведении гор- печивается эффективное перекрытие горной

выработки или буровой камеры при любых аварийных ситуациях и режимах работы в шахте или руднике, а также открытие при нормальных условиях работы.

Выбор подвижного или неподвижного линейного ротора 13, а также подвижной или неподвижной зубчатой рейки 21 зависит от технико-экономических показателей, а также от горно-геологических факторов, влияющих на работу устройства, а также от технологии ведения горных работ. Таким образом, предлаг аемое устройство может быть выполнено как с подвижными, так и со стационарными линейным ротором 13 и зубчатой рейкой 21. Тот или иной вариант конструкперегор одку 2 с запорными элементами 3, 25 ции зависит также и от габаритов всего уст- упругий элемент 4, уплотнитель 5, причем вройства. Там, где линейный ротор 13 и зубперегородке 2 выполнены шлюзовые отсеки 6,.. а каждый запорный элемент 3 выполнен в виде колеса 7 с ободом 8 и кольцевым пазом 9, в котором на промежуточных опорах 10 размещен силовой привод 1, выполненный в виде линейного асинхронного двигателя 11, индуктор 12 которого установлен на расположенном внутри него линейном роторе 13 и выполнен с двойной

ных работ подземным способом и в других аварийных ситуациях, а также в условиях ликвидации аварий в шахте.

Цель изобретения - повышение надежности и эффективности перекрытия буро- вой камеры в подземных условиях.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (запорный элемент в положении перекрытия окна щлюза); на фиг. 3--.индук- 20 тор линейного асинхронного двигателя, установленный на расположенном внутри него линейном роторе; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3.

Устройство содержит силовой привод 1,

обмоткой 14 многофазного тока, расположенчатая рейка 21 не препятствуют передвижению людей по горным выработкам можно их выполнить неподвижными, например в кров- ле горной выработки, а там, где они будут препятствовать перемещению людей по горным выработкам их можно выполнять убираемыми во внутрь устройства при нормальном режиме работы. Торцовая стойка 25 служит для размещения в ней

линейного ротора 13 и зубчатой рейки 21

ной на внутренней 15 и наружной 16 рабо-и стопорения их в этом правом крайнем

чих поверхностях индуктора 12, причем ин-положении. Промежуточная опора 10 снабдуктор 12 и линейный ротор 13 выполненыжена фиксаторами 26 положения ротора 13

с возможностью линейного перемещения от- и фиксаторами 27 положения зубчатой, рей- носительно друг друга. Обод 8 колеса 7 ки 21. Эти фиксаторы 26 и 27 выполнены выполнен из ферромагнитного материала в 40 любой известной конструкции механического, электрического или другого типа, в виде храпового зацепления или в виде электромагнитов. Уплотнитель 5 выполнен в виде металлической коробки 28, расположенной

виде внешнего ротора линейного асинхронного двигателя 11, а паз 9 колеса снабжен электропроводящим покрытием 17, выполненным, например, из листового алюминия.

в нише 29 с окном 30, по периметру ков нише 29 с окном 30, по периметру коВнутренняя рабочая поверхность 15 торого установлен упругий элемент 4

индуктора 12 выполнена с четырьмя активными сторонами и служит для взаимодействия с линейным ротором 13, а наружная рабочая поверхность 16 индуктора 12, имеюс прижимным элементом 31, который выполнен соленоидного или индукционного типа известной конструкции

Линейный ротор 13 силового привода

щая тоже четыре рабочих стороны, служит выполнен из ферромагнитного материала и

для взаимодействия с ободом 8 колеса /. Запорный элемент 3 соединен с ходовой тележкой 18 монорельса 19. Обод 8 запорного элемента 3 снабжен зубцами 20 и соединен с подвижной зубчатой рейкой 2. Линейснабжен покрытием 32, выполненным из электропроводящего износоустойчивого материала, например дюралюминия, а внутренняя рабочая поверхность 15 индуктора 12 снабжена покрытием 38 из износоустойчиный ротор 13 силового привода 1 установ- 55 вого диэлектрика, выполненного таким обрален в подшипниках 22 и 23, а зубчатая рейка 21 установлена на роликоопорах 24.

зом, чтобы обеспечивалось свободное линейное перемещение индуктора 12 относитель,ЛинейнЕ)1Й ротор 13 и зубчатая рейка выполнены с возможностью линейного перемещения в процессе работы из левого крайнего положения, например, при нормальном режиме в правое крайнее положение в случае аварии.

Однако линейный ротор 13 и зубчатая рейка 21 могут быть выполнены и неподвижными. В этом случае они занимают положение, показанное на фиг. 1 пунктиром,

т. е. такое положение, при котором обес- печивается эффективное перекрытие горной

5 ции зависит также и от габаритов всего уст- ройства. Там, где линейный ротор 13 и зуб.. чатая рейка 21 не препятствуют передвижению людей по горным выработкам можно их выполнить неподвижными, например в кров- ле горной выработки, а там, где они будут препятствовать перемещению людей по горным выработкам их можно выполнять убираемыми во внутрь устройства при нормальном режиме работы. Торцовая стойка 25 служит для размещения в ней

линейного ротора 13 и зубчатой рейки 21

и фиксаторами 27 положения зубчатой, рей- ки 21. Эти фиксаторы 26 и 27 выполнены любой известной конструкции механического, электрического или другого типа, в виде храпового зацепления или в виде электромагнитов. Уплотнитель 5 выполнен в виде металлической коробки 28, расположенной

в нише 29 с окном 30, по периметру которого установлен упругий элемент 4

торого установлен упругий элемент 4

с прижимным элементом 31, который выполнен соленоидного или индукционного типа известной конструкции

Линейный ротор 13 силового привода

выполнен из ферромагнитного материала и

выполнен из ферромагнитного материала и

снабжен покрытием 32, выполненным из электропроводящего износоустойчивого материала, например дюралюминия, а внутренняя рабочая поверхность 15 индуктора 12 снабжена покрытием 38 из износоустойчизом, чтобы обеспечивалось свободное линейное перемещение индуктора 12 относитель3

ротора

1

13 дополнительной

но линейного смазки.

Магнитопровод 34 индуктора 12 выполнен из листовой электротехнической стали и состоит из пакетов 35 и 36, соединенных между собой уголками 37 и шпильками 38 и 39. Кольцевые пазы 40 и 41 выполнены на внутренней рабочей поверхности 15 индуктора 12 и наружной-рабочей повер.хности 16 индуктора 12, в которых размещены обмотки 42 и 43 многофазного тока. Индук- тор 12 защищен снаружи кожухом 44, выполненным, например, из пластика. Запорный элемент 3 снабжен подщипником 45, выполненным, например, в виде втулки и расположенным в отверстии 46 тяги 47, соединяющей запорный элемент 3 осями 48 кат ков 49 монорельса 19, представляющего собой, например, двутавровую балку, прикрепленную к кровле ниши таким образом, чтобы обеспечивалось свободное вращение колеса 7, а также его перемещение вместе с ходовой тележкой 18 вдоль монорельса 19 в процессе работы. Зубчатая рейка 21 выполнена с продольной канавкой 50 и опирается на роликоопоры 24, которые установлены с возможностью вращения вокруг осей 51, установленных на уголках 52 плиты 53.

Упругий элемент 4 выполнен из высокопрочного упругого материала, например каучука или резины, и установлен по всему периметру окна уплотнителя 5. Устройство снабжено неподвижным внешним линейны.м ротором 54, выполненным из внешней фер- ромагнитной трубы 55 и внутренней электропроводящей трубы 56, выполненной, например, из алюминия, причем размеры ротора 54 выполнены таким образом, чтобы внутри него смогла разместиться часть индуктора 12 силового привода 1. Выемки 57 и 58 стойки 25 предназначены для размещения в них свободных концов зубчатой рейки 21 и линейного ротора 13, размещенного внутри индуктора 12 силового привода 1 в процессе работы устройства. Двойная обмотка 14 состоит из внутренней многофазной обмотки 42 и наружной многофазной обмотки 43.

Буровая камера 59 соединена со щлю- зовыми отсеками 6. Поскольку буровая камера 59 имеет несколько шлюзовых отсеков 6, расположенных между камерой 59 и прилегающими к ней горизонтальными и вертикальными горными выработками, то предлагаемое изолирующее устройство для подземной буровой камеры состоит из нескольких запорных устройств и элементов. В этом случае их конструкция ничем не отличается от конструкции устройства, показанного на фиг. 1-3, так как они одинаковы и отличаются лишь местом расположения в пространстве горной выработки или группы выработок. Датчик 60 наличия агрессивной среды находится, например, в скважине 61. Датчик 60 способен реагировать.

1229374

0

5

0

0

5

5

0

например, на прорыв нефти или газа при ведении работ, связанных с разведкой на нефть или газ, а также при возникновении пожара на повыщение температуры, на дым, воду и прочую агрессивную среду. Место установки датчиков 60, а также их количество определяется конкретным расчетом, применительно к той аварии, для ликвидации которой данное устройство предназначено. Датчик 60 может быть любой известной конструкции, применяемой в настоящее время в горном деле, а также в других областях народного хозяйства там, где необходимо выдать сигнал, оповещающий обслуживающий персонал об аварии того или иного типа.

Устройство работает следующим образом.

При нормальных условиях работы в щах- те или руднике запорный элемент 3 находится в левом крайнем положении (фиг. 1). Линейный подвижный ротор 13, зубчатая рейка 21 и индуктор 12 силового привода 1 находятся в левом крайнем положении, причем индуктор 12. расположен внутри неподвижного внешнего линейного ротора 54. Линейный подвижный ротор 13 и зубчатая рейка 21 зафиксированы в левом крайнем положении своими фиксаторами 26 и 27. Ходовая тележка 18 монорельса 19 застопорена также в левом крайнем положении, а вместе с ней в левом крайнем положении находится и колесо 7. Окно 30 запорного устройства 2 открыто для сообщения между буровой камерой 59 и шлюзовыми отсеками 6, соединяющими буровую камеру 59 с горными выработками шахты или рудника.

В случае прорыва нефти или газа, например, в скважине 61 с помощью датчиков 60 прорыва нефти или газа в случае ведения буровых работ на щельфе морей в подземной буровой камере, которые установлены в устье скважины 61, срабатывают фиксаторы 26 и 27 и освобождают линейный подвижный ротор 13 и зубчатую рейку 21 от стопорения в левом крайнем положении. При этом подают трехфазный ток в обмотку 14 многофазного тока, расположенную на внутренней 15 и наружной 16 рабочих поверхностях индуктора 12, которые включают таким образом, чтобы линейно- бегущее магнитное поле внутренней 15 и наружной 16 рабочих поверхностей индуктора 12 имело направление слева направо. Под действием линейно-бегущего магнитного поля наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12, создаваемого наружной обмоткой 43 кольцевого типа во внутренней электропроводящей трубе 56, индуктируются ЭДС и токи, в результате взаимодействия которых с линейно-бегущим полем наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 последний удерживается внутри неподвижного внешнего линейного ротора 54. Удержание индуктора 12 в левом положении происходит за счет тягового усилия, направленного

S

при этом справа налево, и толкающего индуктор 12 влево во внутрь внешнего не

подвижного линейного ротора 54. Одновременно с этим индуктируются ЭДС и токи в электропроводящем покрытии 17 колеса 7, в результате взаимодействия которых с ли- нейно-бегущим магнитным полем наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 колесо 7 со своим ободом 8 приходит во вращательное движение, оставаясь при этом в левом крайнем положении, и своими зуб- ю цами 20 перемещает зубчатую рейку 21 из левого крайнего положения в правое крайнее положение, конец зубчатой рейки 21 размещается в выемке 57 торцовой стойки 25 и фиксируется в этом состоянии фиксатором

положение, показанное пунктиром на фиг. 1 и 2, после чего срабатывает прижимное устройство 31 и прижимает упругий элемент 4 к ободу 8 колеса 7. Таким образом происходит перекрытие окна 30 уплотнения 5 и его дальнейшее надежное уплотнение, что позводяет прекратить проникновение нефти или газа, а также другой агрессивной среды из буровой камеры 59 в бливлежа- щие горные выработки, а также в шлюзовые отсеки 6. После этого обмотки 43 и 42 отключают собственно от источников трехфазного и постоянного тока, а ходовую тележку 18 монорельса 19 и индуктор 12 фиксируют в этом правом крайнем положении. Для возвращения запорного элемента 2 в

27. Под действием линейно-бегущего маг- левое крайнее положение, например, после

нитного поля внутренней рабочей поверхности 15 индуктора 12 в покрытии 32 линейного подвижного ротора 13 индуктируются ЭДС и токи, в результате взаимодействия которых с линейно-бегущим магнитным 2Q затем полем индуктора 12 линейный подвижный ротор 13 приходит в линейное движение и занимает устойчивое положение в выемке 58 стойки 25, фиксатор 26 стопорит линейный подвижный ротор 13 в правом крайнем положении. После этого двойная обмот- 25 ка 14 многофазного тока, содержащая внутреннюю обмотку 42 и внешнюю обмотку 43, отключается от сети трехфазного тока.

Затем освобождают тележку 18 монорельса 19 от стопорения в левом крайнем по- 30 ложении, в котором она находится в обычном нормальном режиме работы, и, поменяв местами две какие-либо фазы наружной обмотки 43, включают ее в сеть трехфазного тока таким образом, чтобы на наружликвидации прорыва нефти или газа, а также другой агрессивной среды, прижимное устройство 31 освобождает обод 8 колеса от воздействия на него упругого элемента 4, включают обмотки 42 и 43 индуктора 12 силового привода 1 в сеть трехфазного тока таким образом, чтобы в наружной 16 и внутренней 15 рабочих поверхностях индуктора 12 возникло линейно-бегущее магнитное поле, направленное справа налево. Под действием линейно-бегущего магнитного поля внутренней рабочей поверхности 15 индуктора 12 подвижный линейный ротор 13 перемещается в левое крайнее по; ожение и фиксируется в этом положении фиксатором 26.

Под действием линейно-бегущего магнитного поля наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 колесо 7, находящееся в правом крайнем положении начинает вращаться по часовой стрелке и своими зубцами смещает зубчатую рейку 21 влево, коной рабочей поверхности 16 индикатора 12 5 торая как и ротор 13 тоже занимает левозникло линейно-бегущее магнитное поле, направленное справа налево, а внутреннюю обмотку 43 многофазного тока включают в сеть постоянного тока. В результате этого

вое крайнее положение и фиксируется в этом левом крайнем положении своими фиксаторами 27 (фиг. 1). После этого в обмотку 42 подают постоянный ток, а в обза счет сил электромагнитного притяжения, Q мотку 43 - трехфазный ток таким образом.

образованных постоянным током обмотки 42 между индуктором 12 и ротором 13, индуктор 12 фиксируется в определенном положении относительно ротора 13 и колеса 7 таким образом, чтобы площадь взаимодействия индуктора 12 и колеса 7 была наи- 45 больщей. При этом в покрытии 17 колеса 7 индуктируются ЭДС и токи, благодаря взаимодействию которых с линейно-бегущим магнитным полем наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 колесо 7 под действием вращающего момента, который возникает при этом, начинает вращаться по часовой стрелке (фиг. 1). В результате вращения колеса 7, а также благодаря наличию на колесе 7 зубцов 20, входящих в зацепление с неподвижной зубчатой рейкой . 21, колесо 7 вместе с ходовой тележкой 18, которую предварительно освобождают от стопорения, перемещается в правое крайнее

50

чтобы в наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 возникло лилейно-бегущее магнитное поле, направленное слева направо. В результате этого в обмотке 42 протекает постоянный ток, внутренняя рабочая поверхность 15 индуктора 12 работает как обычный электромагнит, а индуктор 12 фиксируется в определенном положении относительно ротора 13. В результате того, что в наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 образовалось линейно-бегущее магнитное поле, на 1равленное слева направо, оно индуктирует токи и ЭДС в электропроводящем покрытии 17 паза 9 .колеса 7 запорного элемента 3. В результате взаимодействия линейно-бегущего магнитного .поля наружной 16 рабочей поверхности индуктора 12 с токами в электропроводящем покрытии 17 колеса 7 после снятия фиксации ходовой тележки колесо 7 переме1цается

положение, показанное пунктиром на фиг. 1 и 2, после чего срабатывает прижимное устройство 31 и прижимает упругий элемент 4 к ободу 8 колеса 7. Таким образом происходит перекрытие окна 30 уплотнения 5 и его дальнейшее надежное уплотнение, что позводяет прекратить проникновение нефти или газа, а также другой агрессивной среды из буровой камеры 59 в бливлежа- щие горные выработки, а также в шлюзовые отсеки 6. После этого обмотки 43 и 42 отключают собственно от источников трехфазного и постоянного тока, а ходовую тележку 18 монорельса 19 и индуктор 12 фиксируют в этом правом крайнем положении. Для возвращения запорного элемента 2 в

левое крайнее положение, например, после

затем

ликвидации прорыва нефти или газа, а также другой агрессивной среды, прижимное устройство 31 освобождает обод 8 колеса от воздействия на него упругого элемента 4, включают обмотки 42 и 43 индуктора 12 силового привода 1 в сеть трехфазного тока таким образом, чтобы в наружной 16 и внутренней 15 рабочих поверхностях индуктора 12 возникло линейно-бегущее магнитное поле, направленное справа налево. Под действием линейно-бегущего магнитного поля внутренней рабочей поверхности 15 индуктора 12 подвижный линейный ротор 13 перемещается в левое крайнее по; ожение и фиксируется в этом положении фиксатором 26.

Под действием линейно-бегущего магнитного поля наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 колесо 7, находящееся в правом крайнем положении начинает вращаться по часовой стрелке и своими зубцами смещает зубчатую рейку 21 влево, которая как и ротор 13 тоже занимает левое крайнее положение и фиксируется в этом левом крайнем положении своими фиксаторами 27 (фиг. 1). После этого в обмотку 42 подают постоянный ток, а в об5.

0

чтобы в наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 возникло лилейно-бегущее магнитное поле, направленное слева направо. В результате этого в обмотке 42 протекает постоянный ток, внутренняя рабочая поверхность 15 индуктора 12 работает как обычный электромагнит, а индуктор 12 фиксируется в определенном положении относительно ротора 13. В результате того, что в наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 образовалось линейно-бегущее магнитное поле, на 1равленное слева направо, оно индуктирует токи и ЭДС в электропроводящем покрытии 17 паза 9 .колеса 7 запорного элемента 3. В результате взаимодействия линейно-бегущего магнитного .поля наружной 16 рабочей поверхности индуктора 12 с токами в электропроводящем покрытии 17 колеса 7 после снятия фиксации ходовой тележки колесо 7 переме1цается

вдоль зубчатой рейки 21 в левое крайнееобразом, чтобы колесо 7 под действием кру- положение (фиг. 1). Для того, чтобы обес-тящего момента, вращаясь, перемещалось печивалась достаточная площадь взаимодей-вправо или влево относительно индуктора ствия между наружной рабочей поверх-12 и ротора 13. В момент подачи трех- ностью 16 индуктора 12 и электропроводя- фазного тока в обмотку 42 индуктор 12 щим покрытием 17 колеса 7 по мере про-перемещается вслед за колесом 7 в ту или движения последнего влево или вправо отно-иную сторону для того, чтобы не выйти из сительно индуктора 12 и ротора 13 в процес-взаимодействия с покрытием 17 обода 8 се работы, индуктор 12 периодически пере-запорного элемента 3, выполненного в виде мещают вслед за колесом 7 вдоль ротора 13.колеса 7. Поскольку буровая камера 59 име- Для того, чтобы застопорить индуктор 1210ет несколько шлюзовых отсеков 6, находя- относительно ротора 13, в его обмотку 42щихся в пространстве между камерой 59 подают постоянный ток. В этот момент индуктор 12 останавливается в необходимом месте за счет сил электромагнитного притяжения между индуктором 12 и ротором 13.ко запорных устройств, содержащих свои

запорные элементы. В этом случае работа В момент электромагнитного стопорения индуктора 12 относительно ротора 13 в обмотку 43 наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 подают трехфазный ток таким

и прилегающими к ней горизонтальными и вертикальными горными выработками, то изолирующее устройство содержит нескольвсех этих устройств не отличается от работы устройства, представленного на фиг. 1 - 3, так как они имеют одну и ту же конструкцию.

образом, чтобы колесо 7 под действием кру- тящего момента, вращаясь, перемещалось вправо или влево относительно индуктора 12 и ротора 13. В момент подачи трех- фазного тока в обмотку 42 индуктор 12 перемещается вслед за колесом 7 в ту или иную сторону для того, чтобы не выйти из взаимодействия с покрытием 17 обода 8 запорного элемента 3, выполненного в виде колеса 7. Поскольку буровая камера 59 име- ет несколько шлюзовых отсеков 6, находя- щихся в пространстве между камерой 59 ко запорных устройств, содержащих свои

и прилегающими к ней горизонтальными и вертикальными горными выработками, то изолирующее устройство содержит нескользапорные элементы. В этом случае работа

всех этих устройств не отличается от работы устройства, представленного на фиг. 1 - 3, так как они имеют одну и ту же конструкцию.

29

57

фиг.2

JJ- /J

vvNXXVys;

1Z

фиг.З

фигЛ

Редактор A. Сабо Заказ 2219/29

Техред И. Верес Тираж 436

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор О. Луговая Подписное