Силовой привод Советский патент 1993 года по МПК E21C37/04 

Изобретение относится к машиностроению, к тепловым двигателями, в которых применяются элементы из сплава с термомеханической памятью формы, позволяющие при тепловых деформациях получать значительные усилия подачи при требуемой величине рабочего хода, что делает возможным их использование в различных агрегатах в качестве приводов, в частности в устройстве для передачи давления на флюид в скважине с целью образования направленных трещин в массиве горных пород при добыче, например, строительного камня.

Цель изобретения -- увеличение мощности привода при уменьшении его габаритов.

На фиг. 1 изображен привод, продольный разрез; .на фиг, 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез устройства (пример конкретного использования силового привода): на фиг.

5 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 4,

Силовой привод состоит из соосно расположенной с зазором относительно друг друга пары опорных колец 1 и 2, силового элемента 3 в виде прутка из сплава с термомеханической памятью формы, связывающего опорные кольца 1 и 2 между собой и расположенного с последовательным спиральным охватом опорных колец 1 и 2, одна из которых закреплена на кронштейнах 4, связанных с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 5, а другое опорное кольцо 2 посредством штоХа 6 связана с опорным диском 7, между которым и упорной стенкой 8, жестко закрепленной на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 5, установлена возвратная пружина 9. На силовом, элементе 3 равномерно по всей его длине закреплены электроизоляциы

о

00

о с

онные втулки 10. Для обеспечения электроизоляции и жесткости пазы 11 для силового элемента 3 в кольцевых опорах 1 и 2 изготовлены в виде металлических сегментов 12, а каждый сегмент 12 изолирован от сосед- них и от опорных колец 1 и 2 посредством прокладки 13 из элетроизоляционного материала. Металлические сегменты 12 установлены при помощи шипа 14 в паз электроизоляционной прокладки 13.

Примером конкретного использования силового привода может являться устройство для передачи давления на флюид в скважине с целью образования направленных трещин в массиве горных пород при добыче, например, строительного камня. При этом устройство состоит из силового привода 15, головного 16 и хвостового 17 упоров. Головной упор состоит, из клинового стопорного механизма с обоймой шариков 18, причем клин 19 жестко соосно соединен с одним из опорных колец 2, а обойма шариков 18 установлена коаксиально клину 19 и подвижно связана с опорной колодкой 20. Хвостовой упор 17 выполнен в виде конического клина 21, связанного посредством пары шариков 22 с подпружиненными дуговыми пластинами 23, соединенными друг с другом шарнир- но. Дуговые пластины 23 подпружинены пружиной сжатия 24 и спиральной пружи- ной 25. Противоположный хвостовому упору 17 торец цилиндрического корпуса 5 выполнен в виде поршня 26.

Силовой элемент в виде прутка изготавливают из сплава с термомеханической па- мятью формы, что позволяет при мартенситном превращении получать значительные механические напряжения порядка 40-80 кг/мм2 их поперечного сечения. К работе силовые элементы в виде прутка подготавливаются следующим образом. Предварительно проволоку из сплава с термомеханической памятью формы требуемого диаметра и достаточной длины в бухте отжигают в муфельной печи в течение 60 минут при. температуре 550-600 градусов для снятия внутренних напряжений и задания формы с последующим постепенным, охлаждением до комнатной температуры вместе с печью. Затем проволоку из сплава с термомеханической памятью формы устанавливают на опорные кольца специального стенда, имитирующего работу элементов в конструкции, и подвергают термоциклиро- ваншо порядка 100 циклов для отработки обратимой памяти формы, после чего их можно устанавливать в устройство для работы.

Устройство работает следующим образом.

В предварительно пробуренный шпур с прорезанной инициирующей щелью устанавливают подающую трубу со специальным пакером (условно не показаны), заполненную флюидом, пространство инициирующей щели пакеруют, и помещают устройство в подающую трубу. На силовые элементы 3 подается электроэнергия. При нагреве до температуры конца обратного мартенситного перехода силовой элемент 3, генерируя значительные механические напряжения, уменьшает свою длину, тем самым заставляя перемещаться нижнее опорное кольцо 2 по направлению к верхнему опорному кольцу 1. При этом жестко соосно связанный с нижним опорным кольцом 2 клин 19 совершает поступательное движение.в том же направлении, чем приводит в движение обойму шариков 18, которая, скользя шариками по наклонной поверхности клина 19, поднимается по нему и воздействует на опорные колодки 20, выдвигая их из цилиндрического корпуса 5 устройства для фиксации на внутренней поверхности подающей трубы. На это затрачивается часть рабочего хода, получаемого за счет сокращения по длине силового элемента 3. Оставшаяся часть рабочего хода расходуется на перемещение устройства относительно зафиксированных опорных колодок 20. Таким образом, малая часть рабочего хода расходуется на движение обоймы шариков 18 по клину 19 до расклинивания головного упора 16 в подающей трубе, а большая часть рабочего хода идет на перемещение цилиндрического корпуса 5 устройства относительно расклинивающихся опорных колодок 20. При перемещении устройства по подающей трубе происходит подача флюида в обьем инициирующей щели. В качестве флюида следует использовать, например, пластилин, который обладает высокой вязкостью и низкой текучестью, что позволяет при флюдоразрыве горных пород получать трещины, распространяющиеся равномерно в разных направлениях и создающих круговую в плане плоскость раскола. После исчерпания полного рабочего хода отключается подача электроэнергии на силовой элемент 3, который будет возвращать исходную форму, чему также будет способствовать возвратная пружина 6. При удлинении силового элемента 3 возникает обратное движение клина 19, связанного с нижним опорным кольцом 2. обойма шариков 18, перемещаясь вдоль клина 19, выходит из защемления с опорными колодками 20 и происходит освобождение головного упора 16. Обратному движению устройства вследствие сопротивления флюида сжатию

будет препятствовать хвостовой упор 17, который срабатывает при незначительном перемещении устройства назад, т. к. пара шариков 22, накатываясь на конический клин 21, раздвигает подпружиненные дуговые пластины 23 до их фиксации на внутренней поверхности подающей трубы. После этого вновь подается напряжение на силовой элемент 3 и цикл повторяется до вытеснения флюида в межпакерное пространство и создания давления, достаточного для разрыва горной породы в устье инициирующей щели и осуществления разрыва породы,

Использование в данном устройстве предлагаемой конструкции привода со спиральным охватом силовым элементом из

0

5

сплава с термомеханической памятью формы опорных колец, позволит повысить мощность силового привода при уменьшении его габаритов.

Формула из обретения Силовой привод, включающий соосно расположенную с зазором относительно друг друга пару опорных колец, и силовой элемент, выполненный в виде прутка из сплава с термомеханической памятью формы, связывающий опорные кольца между собой, от л и чающийся тем, что, с целью повышения мощности силового привода при уменьшении его габаритов, силовой элемент расположен с последовательным охватом опорных колец.

Б-Б

Использование: передача силовых усилий на исполнительные элементы в устройствах различного назначения. Сущность изобретения: силовой привод состоит из со- осно расположенной с зазором относительно друг друга пары опорных колец и силового элемента в виде прутка из сплава с термомеханической памятью формы. Силовой элемент спиралью охватывает опорные кольца. При подаче электрического тока на силовой элемент они нагреваются. При достижении температуры обратного мазо- тенситного превращения силовой элемент уменьшает свою длину, перемещая опорные кольца относительно друг друга. 6 ил.

в-в