Устройство для СВЧ-термостабилизации скважин Советский патент 1993 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для термообработки скважин с помощью СВЧ-энергии при строительстве жилых и производственных

зданий, а также при прокладке и фиксации в земле газопроводов.

Известна СВЧ-система для нагрева материалов электромагнитными волнами, соержащая продольно удлиненные апплика- оры, подводящие энергию, причем каждый ппликатор излучает СВЧ-энергию вдоль начительной части своей длины. Данное стройство не создает концентрированного 5 потока энергии, необходимого для термотабилизации скважин.

Известна СВЧ-установка для оттаивания замерзшей земли, взятая за прототип, содержащая коаксиальную линию передачи 10 с внутренним и внешним лровбдниками И излучающими отверстиями во внешнем проводнике. Причем конец линии передачи; удаленный от источника СВЧ-энергии, закрыт отражающей электропроводной пла- 15 той. Эта установка также не создает концентрированного потока эгнергии. Кроме того, она не обеспечивает равномерного прогрева обрабатываемой поверхности и защиту персонала от празитного СВЧ-излу- 20 чения. . :V/ ...

Целью изобретения является обеспече- ние равномерного обжига поверхности скважины.. ..

Указанная цель достигается тем, что в 25 известную конструкцию, содержащу о коаксиальную линию пёредачиГсоединенную через первый коаксиально-волноводный переход (КВП) с СВЧ-гё йератбро м. изЬучаю- . щие окна, введены цилиндрическая линия 30 передачи с неподвижно закрепленным антенным излучателем на конце, поляризатор электромагнитных в.олн, установленный между первьГм коакскально-волноводным переходом и цилиндрической линией пере- 35 дачи; йбляризатбр электромагнитных волн, состоящий из последовательно включенных второго коаксиально-волноводного перехода и трансформирующей секции, излучающие окна выполнены в стенке 40 цилиндрической линии передачи в виде ще- лей, размещенных по ее окружности, ориентированных вдоль ее образующей, цилйЩр йЧё;бк я 71:йн11 я пе р едчи выполнена, из нескольких съемных волноводных сек- 45 ций, поляризатор установлен с возможностью бсёвого вращения, конец внутреннего проводника второго КВП выведем через отверстие в его широкой стенке, коаксиальная линия жестко соединена с первым КВП, 50 трансформирующая секция выполнена в ви- . деотрезка волновода переменного сечения, излучающие щели расположены в один ряд .при нечетном их количестве и в два ряда - при четном, причем оси щелей в рядах сме- 55 (цены одна относительно другой; соединение съемных волноводных секций между1 собой, а также с цилиндрической линией передачи выполнено в виде замка из двух полуцилиндров, сочленения съемных волноводных секций между собой, излучателем и рабочим участком устройства снабжены полуволновыми дроссельными уплотнениями, выполненными в стенке цилиндрической линии передачи.

С целью защиты от паразитного излучения сочленения поляризатора с первым КВП и цилиндрической линией передачи выполнены в виде полуволновых дроссельных уплотнений в стенке цилиндрической линии передачи; введен защитный контур, установленный на цилиндрической линии передачи, выполненный в виде двух цилиндров

- внутреннего и внешнего с общим центральным отверстием, одно из которых больше, с тремя полуволновыми дроссельными уплотнениями, одно из которых выполнено в стенке цилиндра, два других - в двух сторонах большего основания, а внутренний цилиндр выполнен с возможностью перемещения в полости внешнего, внутренняя полость внешнего цилиндра выполнена с поглощающим СВЧ-энергию покрытием.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство до его рабочего участка; на фиг. 2 - то же, вид рабочего участка: цилиндрическая линия передачи и антенный излучатель; на фиг. 3 - устройство, установленное на подвиж ном транспортном средстве; на фиг. 4 - защитный контур (узел I на фиг. 3); на фиг. 5 и 6 - расположение излучающих щелей. ;

Устройство для СВЧ-термостабилиза- ции скважин содержит первый коаксиально- волноводный переход (КВП) 1 (фиг. 1), коаксиальную линию передачи 2. цилиндри- чекую линию передачи 3 (фиг, 2) в виде трубы с неподвижным антенным излучателем 4 на конце, поляризатор электромагнитной волны, который расположен в корпусе 5 между первым КВП 1 и цилиндрической линией передачи 3. Поляризатор представляет собой второй КВП 6, соединенный с первым КВП внутренним проводникбм 7 коаксиальной линии 2, и трансформирующую секцию 8, расположенную между вторым КВП 6 и цилиндрической линией передачи 3, которая соединена с антенным излучателем 4. выполненным в виде круглого волновода с излучающими щелями 9, ориентированными вдоль его продольной оси. Линия передачи 3 состоит из нескольких съемных волноводов секций 10. Поляризатор приво- дится во вращение двумя электродвигателями 11 через шестерню 12. Поляризатор вращается в подшипниках, которые закреплены в верхнем фланце корпуса 5. Соединение корпуса 5 с первым КВП 1 осуществляется крышкой 13. Корпус 5 за- крыт обечайкой 14. Сочленения поляризатоpa с первым КВП 1 и цилиндрической линией передачи 3 выполнены с полуволновыми дроссельными уплотнениями 15 в стенке цилиндрической линии передачи.

Рабочий участок устройства начинается с закрепленного на нижнем фланце корпуса 5 отрезка круглого волновода 16с коническим наконечником, который при соединении с ответной частью съемной волноводной секции 10 образует полуволновое дроссельное уплотнение 15.

Каждая съемная волноводная секция - это отрезок круглого волновода 16с двумя наконечниками. Несколько отрезков, соединяясь друг с другом, составляют цилиндрическую линию передачи 3. При этом в месте соединения образуется полуволновое дроссельное уплотнение 15. Между собой секции крепятся замками 17, состоящими из двух полуцилиндров с фиксаторами.

Для подведения энергии в поляризатор внутренний проводник 7 соединен с широкой стенкой 18 прямоугольного волновода второго КВП 6. Трансформирующая секция 8 представляет собой переход с прямо угольного волновода на круглый. Неподвижное соединение прямоугольного волновода первого КВП 1 с наружным проводником коаксиальной линии обеспечивается пайкой. С целью равномерного распределения СВЧ-излучения при обжиге излучающие щели 9 в антенном излучателе расположены в один ряд при нечетном их количестве и в два ряда при четном. При этом для улучшения согласования оси щелей в рядах смещены одна относительно другой.

При работе устройства в скважине образуется большое количество паров и газов, которые удаляются продувкой воздуха вдоль цилиндрической линии передачи через штуцер 19 на прямоугольном волноводе первого КВП 1, содержащем защитную диэлектрическую пластину 20. Пары и газы отводятся через пространство между стенками скважины и цилиндрической волноводной линией 3, а также через защитный контур 21....-.-Защитный контур 21 (фиг. 4) устройства предназначен для защиты обслуживающего персонала и окружающей среды от паразитного СВЧ-излучения, которое может излучаться из входного отверстия скважины. Контур состоит из двух цилиндров - внутреннего 22 и внешнего 23 с общим центральным отверстием 24, через которое проходит цилиндрическая линия передачи 3. Одно из оснований обоих цилиндров выполнено больше другого. В боковой стенке и в большем основании с двух его сторон

внутреннего цилиндра 22 выполнены полуволновые дроссельные уплотнения 15. Внешний цилиндр 23 имеет внутреннюю полость 25, покрытую поглощающим СВЧ5 энергию материалом 26, в которой может перемещаться внутренний цилиндр 22. Это перемещение обеспечивает стабильное положение внешнего цилиндра 23 относительно отверстия в скважине при колебаниях

10 линии передачи 3 и, следовательно, внутреннего цилиндра 22.

Устройство закрепляется на платформе грузового автомобиля упорным фланцем 27 (фиг. 1 и 3). Первый КВП 1 состыковывается

15 с СВЧ-генератором 28, установленным в кузове.

Работа с устройством осуществляется следующим образом.

Первый способ. Цилиндрическая линия

20 передачи 3 (далее труба) необходимой длины сочленяется на поверхности земли из нескольких съемных секций волновода 16, фиксируемых замками 17.

Длина одной секции 1250мм, длина тру25 бы выбирается исходя из глубины скважи- ны. На конец трубы закрепляется излучатель 4. На входное отверстие кважи- ны устанавливается защитный контур большим основанием к земле. Труба 3

30 зацепляется краном за конец, противоположный излучателю 4, и вставляется в скважину через защитный контур 21 излучателем 4 вниз. Выступающий конец трубы 3 закрепляется упором 29 на защит35 нем контуре 21, и кран отсоединяется от трубы 3. Потом выступающий конец трубы 3 замком 17 соединяется с частью устройства, закрепленной на автомобиле. Для этого автомобиль с этой частью устройства подъез40 жает к скважине с установленной в ней трубой 3. Для точного сочленения трубы 3 с устройством на автомобиле необходимо произвести некоторые маневры автомобилем и платформой, которая должна иметь

45 возможность перемещаться вверх-вниз. После сочленения устройства с трубой 3 платформа с устройством начинает подниматься, поднимая при этом и трубу 3 с излучателем 4. В момент начала подъема

50 включается СВЧ-генератор 28, и поляризатор начинает вращаться, приводимый в движение двумя электродвигателями 11. СВЧ-энергия от генератора поступает через излучатель 4 на стенки скважины. При этом

55 производится и обжиг, т.к. температура на конце излучателя достигает 1000°С,

Для удаления возникающих газов и паров предусмотрена принудительная вентиляция - подача воздуха через штуцер 19 вдоль трубы 3. Газы и пары удаляются из

скважины через пространство, образуемое наружными стенками трубы 3 и стенками скважины.

Подъем устрйосТва с излучателем осуществляется на длину съемной волноводной секции. Скорость подъема 0,3 м/мин. Далее подъём заканчивается, генератор отключается, поляризатор прекращает вращение.

Труба 3 фиксируется на поверхности за- щитйого конутра 21 упором 29 (фиг. 3). При этом оставшаяся в скважине труба 3 ви; сит в ней, удерживаемая заЩйтнУм контуром 21.

Выдвинутый на Поверхности земли верхний съемный волноводный узел секции 10 снимается с трубы 3. Для этого замки 17 отводят съемником перпендикулярно продольной оси трубы 3. Платформа с устройством спускается к выступающему концу трубы 3, т.е. к следующей более нижней секции, и соединяется с ней замками 17. Далее Снова производится подъем устройства на длину следующей волноводной секции 10. Включается СВЧ-генератор, поляризатор начинает вращаться Производится дальнейший обжиг стенок скважины. Потом снова оставшаяся труба фиксируется на защитном контуре, снимается следующая волноводная секция 10. Устройство подсоединяется к трубе и т.д. до полной обработки скважй ны;

Второй способ. Автомобиль с закрепленным на нем устройством подъезжает к скважине с установленным защитным контуром 21. Платформа, на которой установлено устройство, поднимается вместе с ним на высоту, достаточную для подсоединения излучателя 4, который соединяется с устрй- ством замками 17 и спускается в скважину через.защитный контур 21, Излучатель 4 закрепляется упором 29 на защитном контуре 21. Устройство отсоединяется и поднимается на величину длины съемной волноводной секций 10. Далее Секция 10 соединяется с., устройством и излучателем 4, снимается упор 29 и излучатель 4 с одной секцией 10 опускается в скважину. Полученная труба 3, состоящая из съемной волноводной секции и излучателя, фиксируется упором 29 на защитном контуре и отсоединяется от устройства.. Платформа с устройством поднимается. Затем на устройстве и трубе 3 закрепляется следующая съёмная волноводная секция, снимается упор 29, труба 3 опускается. Длина трубы 3 выбирается исходя из глубины скважины.

Подъем трубы 3 и обработка стенок скважины Осуществляется способом, описанным выше.

Устройство рассчитано на глубину скважины до 12 м. Количество съемных волно- водных секций от одной до десяти. Длина каждой съемной секции 1250 мм, излучателя

2000 мм. Внутренний диаметр трубы 235 мм, наружный 273 мм, диаметр скважины 300 мм. Предлагаемое устройство позволяет упростить и удешевить технологический процесс возведения фундаментов зданий по

0 сравнению с дорогостоящей технологией забивки бетонных свай. Достигается это следующим: стенки предварительно пробуренного отверстия скважины (. ф 300 мм и глубиной 2000-12000 мм) с помощью пред5 лагаемого устройства обжигаются и оплавляются. В результате получается скважина с упрочненными стенками, которую в последующем можно армировать, затем возводить фундамент ,.

0 Кроме того, заявляемое устройство обеспечивает равномерный обжиг цилиндрических скважин, стенок траншей для ленточного фундамента за счет принудительного управления поляризацией

5 СВЧ-поля и диаграммой излучения. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для СВЧ-термостабилиза- ции скважин, содержащее коаксиальную линию передачи, соединенную через первый

0 коаксиальнр-волноводный переход (КВП) с СВЧ-генератором, излучающие окна, отличающееся тем, что, с целью обеспечения равномерного обжига поверхности скважины, введены цилиндрическая линия переда5 чи с неподвижно закрепленным антенным излучателем на конце и поляризатор электромагнитных волн, установленный между первым КВП и цилиндрической линией передачи, при этом поляризатор электромаг0 нитных волн состоит из последовательно включённых второго КВП и трансформирующей секций, излучающие окна выполнены в стенке цилиндрической линии передачи в виде щелей, размещенных по ее окружно5 сти, ориентированных вдоль ее образующей, цилиндрическая линия передачи выполнена из нескольких съемных секций, поляризатор установлен с возможностью осевого вращения, причем концы внутрен0 него проводника второго КВП введены через отверстие в его широкой стенке, а коаксиальная линия жестко соединена с первым КВП.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- 5 с я тем, что трансформирующая секция выполнена в виде отрезка волновода переменного сечения.

3. Устройство по п. 1. о т л и ч а ю щ е е

с я тем, что излучающие щели расположены

в один ряд при нечетном их количестве и в

два ряда - при четном, причем оси щелей в рядах смещены друг относительно друга,

А. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что соединение ; съемных волно- водных секций между собой, а также с цилиндрической линией передачи выполнено в виде замка из двух полуцилиндров.

5. Устройство по п. 1. о т л и ч а ю щ е б- с я тем, что сочленения съемных волновод- ных секций между собой, излучателем и рабочим участком устройства снабжены полуволновыми дроссельными уплотнениями, выполненными в стенке цилиндрической линии передачи.

6. Устройство по пп. 1-7, отличающееся тем, что, с целью защиты от пра- зитного излучения, сочленения поляризатора с первым коаксиально-волноводным переходом и с цилиндрической линией передачи выполнены в виде полуволновых

дроссельных уплотнений в стенке цилиндрической линии передачи.

7. Устройство по пп. 1-8, отличающееся тем, что введен защитный контур,

установленный на цилиндрической линии передачи и выполненный в виде двух цилиндров, внутреннего и внешнего, с общим центральным отверстием, одно из оснований которых выполнено большим, с тремя полуволновыми дроссельными уплотнениями, одно из которых выполнено в стенке цилиндра, два других - в двух сторонах большего основания, а внутренний цилиндр выполнен с возможностью перемещения в полости

внешнего.

8. Устройство по п. 9, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что внутренняя полость внешнего цилиндра выполнена с поглощающим СВЧ- энергию покрытием.

Использование: термообработка скважин при строительстве зданий и прокладке в земле газопроводов. Сущность изобретения: устройство содержит первый коакси- ально-волноводный переход (КВП). коаксиальную линию передачи, цилиндрическую линию передачи в виде трубы с не- повдижным антенным излучателем на конце, поляризатор электромагнитных волн, который расположен в корпусе между первым КВП и цилиндрической линией передачи. Поляризатор представляет собой второй КВП, соединенный с первым КВП внутренним проводником коаксиальной линий, и трансформирующую секцию, распо- ложенную между вторым КВП и цилиндрической линией передачи. Цилиндрическая линия передачи соединена с антенным излучателем, выполненным в виде круглого волновода с излучающими щелями, ориентированными вдоль его продольной оси, и состоит из нескольких съемных волноводов секций. Поляризатор приводится во вращение двумя электродвигателями через шестерню и вращается в подшипники, которые закреплены в верхнем фланце корпуса. Соединение корпуса с первым КВП осуществляется крышкой. Корпус закрыт обечайкой. Сочленения поляризатора с первым КВП и цилиндрической линией передачи выполнены с полуволновыми дроссельными уплотнениями в стенке цилиндрической линии передачи. Для равномерного распределения СВЧ-излучения при обжиге излучающие щели в антенном излучателе расположены в один ряд при нечетном их количестве и в два ряда при четном. При этом для улучшения согласования оси щелей в рядах смещены одна относительно другой. При работе устройства в скважине образуется большое количество паров и газов, которые удаляются продувкой воздуха вдоль цилиндрической линии передачи через штуцер на прямоугольном волноводе первого КВП, содержащем защитную диэлектрическую пластину. Пары и газы отводятся через пространство между стенками скважины и цилиндрической волноводной линией, а также через защитный контур, предназначенный для защиты обслуживающего персонала и окружающей среды от паразитного СВЧ-излучения, которое может излучаться из входного отверстия скважины. 3 п.ф-лы, 6 ил. Ё V| 00 ON ON 00 NO

Ум./

Фиг

Фиг.4