Вакуумный грунтонос Советский патент 1992 года по МПК G01N1/04 E02D1/04 

Изобретение относится к технике производства инженерно-геологических изысканий, в частности к устройствам для отбора монолитов мягко- и текучепластич- ных грунтов из скважин ниже и выше уровня подземных вод.

Наиболее близким известным решением к заявляемому изобретению является вакуумный грунтонос, включающий корпус, башмак, грунтоприемную гильзу, крышку с торцевым центральным проходным отверстием и тарельчатый клапан, размещенный под крышкой на приводном штоке с возможностью осевого перемещения (см. Ребрик Б.М. Бурение скважин при инженерно-геологических изысканиях,- М., Недра, 1973 с.299, рис. 72), при этом на штоке закреплены направляющий диск под клапаном и

упорный диск над крышкой, клапан и направляющий диск по размерам равны внутреннему диаметру корпуса, а упорный диск - наружному диаметру крышки, причем клапан, направляющий и упорный диски имеют проходные отверстия, размещенные за пределами проходного отверстия крышки.

Недостатками известного грунтоноса являются:

- нарушение естественной структуры грунтов в отбираемых монолитах из-за затрудненного выхода воздуха, воды и жидко- текучей массы через проходные отверстия направляющего диска, клапана, крышки и упорного диска со сравнительно малым проходным сечением, но соизмеримым с объемом выходящих из грунтоноса воздуха, воды и разжиженного грунта;

VI

О

VJ

со

00

со

-усложнение конструкции грунтоноса;

-повышение требований к точности изготовления сопрягаемых деталей: корпуса с клапаном и направляющим диском;

-сложность и трудоемкость очистки узла клапана и деталей грунтоноса от налипшего грунта перед, очередным отбором монолита для их надежной работы (создание вакуума).

1 Наличие этих недостатков снижает качество отбора монолитов и ухудшает эксплуатационные характеристики известного грунтоноса.

Целью настоящего изобретения является повышение качества отбора монолитов и улучшение эксплуатационных характеристик грунтоноса.

Эта цель достигается тем, что, в отличие от известного технического решения, в заявляемом вакуумном грунтоносе, включающем корпус, башмак, грунто приемную гильзу, крышку с центральным проходным отверстием и тарельчатый клапан, размещенный под крышкой на приводном штоке, проходящем через проходное отверстие с возможностью осевого перемещения и имеющем ограничитель хода, клапан выполнен сплошным в поперечном сечении и имеет зазор по отношению к внутренней поверхности корпуса, проходное отверстие по периметру со стороны клапана имеет заостренную кромку, а шток размещен в направляющей втулке, закрепленной на крышке с помощью кронштейна, имеющем зазор по отношению к продолжению наружной поверхности корпуса, при этом клапан, проходное отверстие и кронштейн имеют размеры, при которых площади рабочей поверхности клапана, проходного отверстия, зазора между клапаном и внутренней поверхностью корпуса и зазора между кронш- тейном и продолжением наружной поверхности корпуса равны между собой.

Указанная совокупность признаков заявляемого технического решения отличает его от прототипа и обуславливает соответствие предложенного технического решения критерию новизна.

Поскольку известных технических решений со сходными признаками не обнаружено, можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями и новизной, т.е. новой совокупностью конструктивных элементов, выражающейся в наличии новых узлов и деталей в сравнении с прототипом и находящихся во взаимосвязи с другими узлами и деталями грунтоноса, обеспечивающих достижение нового положительного эффекта.

На фиг.1 изображен грунтонос; фиг.2 и 3 - схемы оптимального соотношения элементов грунтоноса с разным конструктивным выполнением клапана и проходного

отверстия.

Вакуумный грунтонос состоит из корпуса 1, башмака 2, грунтоприемной гильзы 3, крышки 4 с центральным проходным отверстием 5 и тарельчатого клапана 6, разме0 щенного под крышкой на приводном штоке 7, проходящем через проходное отверстие 5.

Для упрощения конструкции грунтоноса и очистки крышки 4 и проходного отвер5 стия 5 от грунта после отбора монолитов приводной шток 7 размещен в направляющей втулке 8, закрепленной на крышке 4 с помощью кронштейна 9.

Для гарантированного открытия про0 ходного отверстия 5 при погружении грунтоноса в грунт и его закрытия при извлечении и подъеме грунтоноса с монолитом приводной шток 7 в направляющей втулке 8 размещен с возможностью осевого

5 знакопеременного перемещения и выполнен с ограничителем 10 хода нижнего положения.

Для предотвращения нарушения естественной структуры грунтов во время отбо0 ра монолитов путем создания наиболее оптимальных условий для выхода из корпуса 1 воздуха, воды и жидкотекучей массы, способствующих исключению противодавления на монолиты, между клапаном 6 и

5 внутренней поверхностью корпуса 1 выполнен зазор 11, а между кронштейном 9 и продолжением наружной поверхности корпуса 1 - зазор 12, при этом клапан 6, проходное отверстие 5 и кронштейн 9 имеют

0 размеры, при которых рабочая площадь (5кл) клапана б, площадь (So) проходного отверстия 5, площадь (S3i) зазора между кла- паном 6 и внутренней поверхностью корпуса 1 и площадь (S32) зазора между

5 кронштейном 9 и продолжением наружной поверхности корпуса 1 равны между собой, т.е. 5кл So S31 S32(1)

или

О™2 - Ош2 Do2 - Ьш2 Оке2 - D™2

0 Окн -ОкР%(2)

где Окл, Ош, Do, DKB, DKH и Окр - диаметры соответственно клапана, штока, проходного отверстия, внутренней поверхности корпуса, наружной поверхности корпуса и кронш5 теина, мм.

Для того, чтобы клапан б не проваливался в проходное отверстие 5 его диаметр (Окл) должен незначительно превышать диаметр (Do) проходного отверстия 5, например на 5 мм, т.е. Окл Do + 5 (3).

Подставляя (3) в (21имеем

(Do + 5)2 - DU Do2 - Ош2 DKB2 - (Do + 5)2 0кн2-0кр2,(4)

Для надежной герметизации полости корпуса 1 при перекрытии клапаном 6 проходного отверстия 5 клапан 6 имеет обрези- ненную поверхность, а проходное отверстие 5 имеет по периметру со стороны клапана заостренную кромку 13.

Работает грунтонос следующим образом.

Грунтонос приводным штоком 7 закреп- ля ют на буровой штанге, опускают в скважину и погружают в забой. При погружении грунтоноса режущее лезвие башмака 2 вырезает из грунта монолит, который поступает в полость грунтоноса. В начальный момент погружения грунтоноса приводной шток 7 перемещается в направляющей втулке 8 вниз до упора в ограничитель 10, отводит тарельчатый клапан б от крышки 4 и открывает ее проходное отверстие 5, которое остается открытым в течение всей операции погружения грунтоноса. При этом воздух, вода и жидкотекучая масса через зазор 11 между клапаном 6 и внутренней поверхностью корпуса 1, проходное отверстие 5 крышки 4 и зазор 12 между кронштейном 9 и продолжением наружной поверхности корпуса 1, являющимся стенкой скважины, свободно выходят из грунтоноса наружу, без нарушения естественной структуры грунта в отобранном монолите.

После погружения грунтоноса на глубину, при которой нарушенный слой грунта на забое окажется выше верхнего торца грун- топриемной гильзы-3 грунтонос поднимают за приводной шток 7 на дневную поверхность. В начальный момент подъема грунтоноса приводной шток 7 перемещается в направляющей втулке 8 вверх до упора клапана 6 в заостренную кромку 13 крышки 4, герметично перекрывает ее проходное от- вертие 5 и остается в этом положении в течение всей операции подъема грунтоноса. При этом открытие и закрытие проходного отверстия 5 происходит одновременно соответственно с погружением и подъемом грунтоноса, не требует вмешательства буровика и гарантируется качество отбора монолита.

На поверхности скважины с грунтоноса отсоединяют башмак 2, разгерметизируют корпус 1 путем незначительного утаплива- ния приводного штока 7 и извлекают грунтоприемную гильзу 3 с монолитом, отсоединяют крышку 4 и очищают от грунта клапан б, проходное отверстие 5 и полость корпуса 1. При этом очистка грунтоноса от грунта не вызывает затруднений.

Затем грунтонос собирают и аналогичным образом производят отбор очередного монолита.

Использование изобретения упрощает конструкцию грунтоноса, упрощает и ускоряет технологию отбора монолитов, повышает сохранность естественной структуры грунтов в отбираемых монолитах, упрощает и ускоряет очистку деталей грунтоноса от грунта и т.о. позволяет повысить качество

отбора монолитов, улучшить эксплуатационные характеристики грунтоноса и получить определенный технико-экономический эффект.

Формула изобретения

Вакуумный грунтонос, включающий корпус, башмак, грунтоприемную гильзу, крышку с центральным проходным отверстием и тарельчатый клапан, размещенный под крышкой на приводном штоке, проходящем через проходное отверстие с возможностью осевого перемещения и имеющем ограничитель хода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества отбора монолитов и улучшения эксплуатационных

характеристик, грунтонос снабжен направляющей втулкой с кронштейном, установленным на крышке с зазором по отношению к продолжению наружной поверхности корпуса, а клапан выполнен сплошным в поперечном сечении и установлен с зазором по отношению к внутренней поверхности корпуса, причем крышка со стороны проходного отверстия выполнена с заостренной кромкой, шток клапана размещен во втулке,

а клапан, проходное отверстие и кронштейн выполнены с такими размерами, что площади рабочей поверхности клапана, проходного отверстия, зазора между клапаном и внутренней поверхностью корпуса и зазора

между кронштейном и продолжением наружной поверхности корпуса равны между собой.

10

12

Использование: относится к технике производства инженерно-геологических изысканий, в частности к устройствам для отбора монолитов мягко- и текучепластичных грунтов из скважин ниже и выше уровня подземных вод. Сущность изобретения заключается в том, что вакуумный грунтонос снабжен направляющей втулкой с кронштейном, установленным на крышке с зазором по отношению к продолжению наружной поверхности корпуса, а клапан выполнен сплошным в поперечном сечении и установлен с зазором по отношению к внутренней поверхности корпуса, причем крышка со стороны проходного отверстия выполнена с заостренной кромкой, шток клапана размещен во втулке, а клапан, проходное отверстие и кронштейн выполнены с такими размерами, что площади рабочей поверхности клапана, проходного отверстия, зазора между клапаном и внутренней поверхностью корпуса и зазора между кронштейном и продолжением наружной поверхности корпуса равны между собой 3 ил.

Фиг.1

(yff+с)-& ni - %

p

p

Фиг.2.