Подводная установка для отбора керна Советский патент 1991 года по МПК E21B49/02 G01N1/04 

1

(61) 1002496 (21)4701030/26 (22) 25.04.89 (46)23.10.91. Бюл, №39 (75) С.М. Мамаев

(53)543.053(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1002496, кл. Б 21 В 49/02, 1980.

(54)ПОДВОДНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОТБОРА КЕРНА

(57)Изобретение относится к установкам для инженерно-геологического бурения, в частности к установкам для отбора керна с дна акватории. Цель изобретения - повышение эффективности и надежности работы. Установка содержит основание, направляющую раму, установленную на ней с возможностью перемещения каретку, снабженную грунтозахватной трубой и привод ее внедрения в грунт. Привод выполнен в виде барабана с закрепленными на валу по обе его

стороны шестернями гидропневмоцилинд- ров, при этом поршневой шток каждого пневмоцилиндра на конце имеет зубчатую рейку для взаимодействия с шестерней барабана, поршневая полость одного гидро- пневмоцилиндра соединена с окружающей средой, а остальные гидравлически связаны между собой с возможностью последовательного включения их в работу. Установка снабжена буксирующим устройством, выполненным в виде корпуса и двух гребных винтов с автономным электроприводом, размещенным в герметичном контейнере. Направляющая рама снабжена тормозными зонтами, а основание - вакуумными присосками. Вакуумные присоски выполнены в виде перевернутых стаканов, снабженных обратными клапанами, а внутренние их полости сообщены между собой при помощи трубопровода, на котором установлен пробковый кран с возможностью взаимодействия с кареткой. 11 ил.

ч-/

ё

Изобретение относится к установкам для инженерно-геологического бурения, в частности к установкам для отбора керна с дна акватории, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1002496,

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы.

На фиг. 1 изображена подводная установка для отбора керна, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку (без буксирующего устройства и тормозных зонтов); на фиг. 3 - то же. вид сверху; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - привод каретки, вид сверху; на фиг. 7 - то же, вид сбоку; на фиг. 8 - кинематическая схема установки; на фиг. 9 - буксирующее устройство, общий вид; на фиг. 10 - то же, вид сверху; на фиг. 11 - принципиальная электрическая схема привода буксирующего устройства.

Подводная установка для отбора керна состоит из основания 1, в середине которого установлена направляющая рама 2, выполненная с направляющими пазами 3, по которому перемещается каретка 4, снабженная грунтоносной трубок 5. Каретка 4 жестко присоединяется к замкнутым ветвям гибких тяг 6, огибающих закрепленные на направляющей раме 2 нижние и верхние блоки 7.

ON 00 О

Ј О

ю

Каретка 4 и грунтоносная труба 5 имеют в диаметральной плоскости выступы 8, скользящие по пазам 3. Привод каждой ветви гибких тяг выполнен в виде барабана 9, закрепленного на валу 10 вместе с шестернями 11-14, которые закреплены по разным сторонам барабана 9.

В плоскости кадой шестерни расположены силовые гидропневмоцилиндры 15- 18 соответственно, причем поршневые штоки 19 всех силовых гидропневмоцилин- дров на концах имеют зубчатые рейки 20- 23. Поршневые полости 24 всех гидроцилиндров заполняются водой под гидростатическим давлением, а штоковые полости 25 заполнены воздухом, который при сжатии аккумулируется в камерах 26 сжатия.

Гидропневмоцилиндр 15 соединяется через патрубок 27 и придонный обратный клапан 28 с окружающей водяной средой. Остальные гидропневмоцилиндры связаны между собой гидравлическим трубопроводом 29 с возможностью последовательного включения их в работу после действия первого пускового гидропневмоцилиндра 15 в следующей очередности гидропневмоци- линдров 16-18.

Все гидропневмоцилиндры имеют вентили 30 для выброса жидкости из поршневой полости. Через придонный обратный клапан 28 жидкость под гидростатическим давлением поступает одновременно в гидропневмоцилиндры обоих приводов. Придонный обратный клапан 28 управляется рычагом с подвешенным к нему на тросе 31 контргрузом 32, Под собственным весом контргруза 32 связанный с ним рычаг поддерживает обратный клапан в закрытом положении и препятствует попаданию воды в гидропневмоцилиндр 15.

Спуск и подъем каретки 4 с грунтонос- ной трубой 5 осуществляется прямым и обратным вращением барабана 9 привода, что достигается тем, что зубчатые рейки 20 и 21 первых двух гидропневмоцилиндров и зубчатые рейки 22 и 23 двух других гидропневмоцилиндров входят в зацепление с шестернями 11-14 с разных сторон. Например, для левого по отношению к раме 2 привода рейки 20 и 21 входят зацепление с шестерней снизу, а рейки 22 и 23 - сверху.

К нижнему торцу основания 1 крепят вакуумные присоски, выполненные в виде перевернутых стаканов 33, снабженных обратными клапанами 34. Внутренние полости стаканов сообщены между собой посредством трубопровода, снабженного патрубками с пробковым краном 35, рычаг

которого установлен с возможностью взаимодействия с кареткой 4.

Для осуществления мягкой посадки установки на дно океана к ней в верхней части

направляющей рамы 2 прикреплены тормозные зонты 36, купол которых состоит из двух равных частей из жесткого материала с возможностью поворота на 90°. Раскрытие купола на заданной высоте от дна океа0 наосуществляетсясиловым

гидроцилиндром 37, поршневое пространство которого сообщается через обратный клапан с дистанционной пружиной с окружающей средой (не показаны).

5Для транспортировки установки на поверхность воды она снабжена буксирующим устройством 38, содержащим герметические контейнеры 39, в которых устанавливают электрические сериес-моторы 40 для

0 вращения вертикальных гребных винтов 41. В сухом отсеке герметических контейнеров 39 укладывают аккумуляторные батареи 42. В электроцепь включен пусковой реостат 43 (фиг. 11), состоящий из герметич5 ного цилиндра 44 с двусторонним штоком 45, причем к штоку 45 на изоляторе прикреплен подвижный контакт-ползун 46, который последовательно выключает контакты 47 сопротивления. Цилиндр 44 за0 полняют трансформаторным маслом для противодействия гидростатическому давлению морских глубин, а для предотвращения движения вокруг оси двустороннего штока 45 к не: у крепят направляющий ползун 48,

5 а вне цилиндра - пружину 49 выключения. Для привода в действие пускового реостата 43 служит толкатель 50, для выключения электродвигателей 40 на поверхности воды - выключатель 51, прикрепленный к подьем0 ному кольцу 52, последнее прикреплено к верхней подьемной траверсе 53 посредством подпружиненного стержня 54.

Пусковой реостат 43 устанавливают на основании 1 в районе центра с таким расче5 том, чтобы толкатель 50, прикрепленный к каретке 4, при приближении к нижней мертвой точке вошел в соприкосновение с двусторонним штоком 45 и осуществил запуск электродвигателей 40 гребных винтов 41,

0 Электроцепь и угол атаки гребных винтов 41 выполняют так, чтобы гребные винты вращались в разные стороны, но развивали одностороннюю тягу. Герметические контейнеры 39 крепят к лонжеронам 55, а

5 лонжероны - к корпусу 56. Установку для отбора керна кабель-канатом 57 крепят к нижней траверсе 58 буксирующего устройства 38.

Кроме того, к корпусу 56 крепят поплав- ки 59, которые придают незначительную положительную плавучесть буксирующему устройству. Чтобы буксирующее устройство не перевернулось во время зависания над дном-океана и при посадке на морское дно, герметичные контейнеры 39 крепят к корпусу 56 ниже поплавков 59.

Установка работает следующим образом.

При подготовке подводной установки к спуску на дно зубчатые рейки обоих приводов, кроме рейки 20, выводят из зацепления с шестернями, а грунтоносную трубу 5 устанавливают в крайнем верхнем положении. В сухой отсек герметических контейнеров 39 укладывают аккумуляторные батареи 42, а мокрый отсек заполняют трансформаторным маслом для противодействия гидростатическому давлению морских глубин.

Электроцепь от аккумуляторных батарей 42 с электродвигателями 40 разомкнута пусковым реостатом 43. Купола тормозных зонтов 36 приводят в вертикальное положение. Обратные клапаны тормозных зонтов снабжают дистанционными пружинами (не показаны), которые обеспечивают раскрытие их на некотором расстоянии от дна. Пробковый кран 35 закрывают.

После этого кабель-канатом 57 установку для отбора керна крепят к нижней траверсе 58. Затем за подьемное кольцо 52 лебедкой установку опускают за борт судна, и она в свободном падении в толще воды движется к дну океана, кромке швеллера основания 1, чтобы он не опережал концы вакуум-стаканов. Во время погружения обратный клапан 28 контргрузом 32 закрыт, а гребные винты 41 совершают холостые обороты.

При приближении к морскому дну раскрывается купол тормозных зонтов 36 и установка осуществляет мягкую посадку на дно океана. При этом в грунт дна за счет веса установки врезаются вакуум-стаканы 33, а морская вода из их полости через обратные клапаны 34 выжимается. Происходит их присасывание к дну. После этого контргруз 32 ложится на дно, ослабевает натяжение троса 31 и обратный клапан 28 открывается. Вода под гидростатическим давлением поступает через патрубки 27 в рабочие полости 24 первых гидроцилиндров 15. Поршни со штоками 19 пневмогид- роцилиндров 15 с зубчатой рейкой 20 под давлением воды перемещаются прямолинейно в сторону шестерни 11, осуществляя вращение барабанов 9. При вращении барабанов 9 нижние ветви гибких тяг 6, проходящих через блоки 7, наматываются на барабаны и перемещают каретку 4 с грунто- носной трубой 5 вниз, внедряя ее в донные

отложения, а верхние ветви гибких тяг 6, проходящих через верхние блоки, сматываются с барабанов 9. После того, как штоки 19 первыхгидропневмоцилиндров15совер- 5 шат полный рабочий ход, вода через трубопровод 29 направляется в поршневую полость следующих гидропневмоцилиндров 16, продолжая вращение барабанов 9 в ту же сторону.

0 За полные рабочие хода двух первых гидропневмоцилиндров 15 и 16 грунтонос- ная труба 5 внедряется в донные отложения на полную свою длину. При совершении рейками рабочего хода они выходят из за- 5 цепления с шестернями на валу барабана 9. При внедрении грунтоносной трубы на нее действует реактивная сила со стороны грунта, которая должна преодолеваться весом установки. Но так как вес установки 0 значительно меньше реактивной силы, то реактивная сила, действующая на грунтоносную трубу 5,компенсируется за счет присоса к дну вакуум-стаканов 33.

Реактивная сила на установку действует 5 вверх, пытаясь оторвать ее от дна, но этому препятствует вакуум-стакан, так как при выдергивании их из грунта надо преодолеть гидростатическое давление морских глубин Во время посадки на дно буксирующее 0 устройство 38 зависает над установкой за счет поплавков 59 (в это время гребные винты 41 не вращаются).

После внедрения трубы 5 в грунт толкатель 50, установленный на каретке 4, входит 0 во взаимодействие с двусторонним штоком 45 пускового реостата 43. При этом подается питание на электродвигатели 40, которые приводят во вращение гребные винты 41, обеспечивая тем самым тягу вверх. Одно- 5 временно каретка 4 поворачивает рычаг пробкового крана 35 в открытое положение, сообщая тем самым внутренние полости стаканов 33 с окружающей средой.

Этим ликвидируется эффект относи- 0 тельного вакуума, барабаны 9 начинают вращаться в обратном направлении, извлекая трубу 5 вместе с керном донных отложений из грунта. После извлечения трубы из грунта буксирующее устройство 38 начина- 5 ет поднимать установку к поверхности водоема. При достижении поверхности воды гребные винты 41 продолжают вращаться, удерживая установку на плаву. После этого, установку с помощью судовой лебедки поднимают на борт плавсредства. При этом размыкается выключатель 51 и гребные винты 41 останавливаются.

На борту плавсредства трубу вынимают из направляющей рамы 2 и извлекают из

нее проЬу керна Затем установку подготав ливают к следующему циклу отбора керна Формула изобретения Подводная установка для отбора керна по авт ев № 1002496, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности работы, она снабжена буксирующим устройством, выполненным в виде корпуса и двухгребных винтов, каждый из которых снабжен автономным электропри водом и источником питания, размещенныJ3 iJ,L

33

-5ЩГ-1-- Фиг1

0

ми в герметичных контейнерах закрепленных на корпусе, направляющая рама снаб жена тормозными зонтами а основание вакуумными присосками, выполненными в виде перевернутых стаканов, снабженных обратными клапанами, при этом их внутренние полости сообщены между собой посред- ством трубопровода, снабженного патрубком с пробковым краном, установ- пенным с возможностью взаимодействия с кареткойi

51

1

3d

П1

-К- - f - К TJ

1 Мф

$ гпф

6frl9R9l

/7

ГМ

с

ОО СТ.

Ј

ее

JJ

Фиг.8

V

38

Фиг. Ю

50