Ударное устройство Советский патент 1977 года по МПК G01V9/00 

1

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для производства геофизических и геологоразведочных работ на дне моря.

Известны гидроударные (пневмоударные) механизмы 1 , а также электрические вибраторы и вибромолоты - устройства, применяемые для погружения в донные грунты геологических керноприемных труб, свай и прочих подобных элементов. Однако применение их в конструкциях, предназначенных для погружения геофизических зондов, особенно небольшого диаметра, не позволяет создать установку малогабаритную и легкую.

Виброударные механизмы 2, обеспечивающие достаточное для погружения зонда возмущающее усилие (1000-1500 кг), громоздки и обладают большим весом. Другим существенным недостатком устройств 1 и 2 является наличие при их работе сильной вибрации, при погружении геофизических зондов, снабженных автономной аппаратурой и датчиками.

В качестве прототипа принято ударное устройство, содержащее цилиндр камеры высокого давления, поршень и направляющий водомет 3. С помощью известного устройства можно получить большие по амплитуде многократные импульсы

гидрореактивной силы, применить его в качестве силового элемента в коксгрукциях, предназначенных для нагружения зондов в данный грунт. Однако такая конструкция устройства не позволяет расположить его коаксиально относительно погружаемого зонда, что необходимо для уменьшения веса и габаритов установки в целом.

Цель изобретения -- уменьшеш1е габаритов и веса устройства и обеспечение симметричного приложения к зонду импульса гидрореактивной силы.

Поставленная цель достигается тем, что поршень выполнен полым и установлен так, что погружаемый в грунт зонд проходит через поршень и является направляющей ударного устройства, в цилиндр камеры высокого давления вмонтирован регулируемый подрьтной клапан.

На фиг. 1 изображена установка для погружения геофизических зондов в данные грунты, общий вид; на фиг. 2 - ударное устройство к установке.

На фиг. 1-2 приняты следуюш ие обозначения: грузовая скоба 1, погружаемый элемент 2, зажимный патрон 3, опорная рама 4, импульсный водометный движитель 5, устройство перехвата 6, пружина 7, водометное сопло 8, цилиндр камеры высокого давления 9, поршень 10, полость подрьшной

камеры 11, подрьтной клапан 12, основная полость 13, приемная камера 14, штуцер 15, обойма 16, цанга 17, втулка 18, фланец 19, кольцевой упор 20, пружина 21, каналы 22-24.

Установка монтируется на сварной опорной раме 4, на верхней части которой жестко закреплен зажимньш патрон 3 одностороннего действия, удерживаюпщй погружаемый элемент 2 от движения вверх относительно рамы установки при опускании ее на дао и подъеме.

Импульсный водометный движитель 5 вместе с устройством перехвата 6 размещен коаксиально относительно погрзокаемого в грунт элемента 2. Устройство перехвата своей нижней частью через переходную втулку устанавливается на опорно-возвратную пружину, упирающуюся в основание рамы. Импульсный водометный движитель, использующий энергию холодного сжатого газа, применен в конструкции в качестве силового элемента. С целью уменьщения габаритов и симметричного приложения импульса гидрореактивной силы к погружаемому элементу движитель вьшолнен коаксиальным относительно этого элемента.

Водометньш двигатель состоит из водометного сопла 8, жестко соединенного нижней частью с цилиндром камеры высокого давления 9. В корпус цилиндра вмонтирован подрьшной клапан 12 и щтуцер 15 для подвода сжатого газа по каналу 22 в приемную камеру 14 и по каналу 23 в основную |полость 13 камеры высокого давления. Подрывной клапан по каналу 24 обеспечивает односторонний проход сжатого газа в полость подрьшной камеры И. Коаксиальньш относительно погружаемого элемента поршень 10 разобщает основную полость камеры высокого давления и полость водомета. Цилиндр камеры высокого давления своей нижней частью прикрепляется к наружной обойме устройства перехвата.

Устройство перехвата состоит из обоймы 16 с жестко прикрепленным снизу к ней фланцем 19, лепестковой цанги 17 и переходной втулки 18 с кольцевым упором 20. Переходная втулка нижней частью опирается на опорно-возвратную пружину 21.

Погружение геофизических зондов и геологических керноприемных труб в донные грунты с помощью описанной установки производится следующим образом. С обеспечивающего судна установка грузоподъемной стрелой опускается на дно вместе с подсоединенной к камере высокого давления воздушной магистралью. Грузоподъемный трос (фиг. 1) крепится за грузовую скобу 1, жестко присоединенную к верхней части погружаемого элемента 2. Зажимньш патрон 3 удерживает при натяжении троса погружаемый элемент от движения вверх относительно рамы. При натяжении грузового троса происходит заклинивание погружаемого элемента сухарями зажимного патрона 3.

После опускания установки на дно от компрессора, расположенного на обеспечивающем судне, по .

воздушной магистрали подается сжатьш газ. Через щтуцер 15 (фиг. 2) и каналы 22-23 газ заполняет приемную камеру 14 и основную полость 13 камеры высокого давления. При достижении в основной полости Расчетного давления (выбирается в пределах 0,7-0,9 Ро, где Ро - максимальное давление, обеспечиваемое компрессором) происходит вскрытие подрьшного клапана 12, и сжатьш газ через канал 24 вырьшается в подрьшную камеру 11. Соотношение площадей поршня 10 в приемной и подрьтной камере таково, что после вскрытия клапана 12 поршень под действием сил давления движется вниз, вскрьюая основную полость и сообщая ее с водометом. Вырвавшийся из основной полости сжатьш газ выбрасьшает воду из направляющего сопла водомета, создавая импульсную шдрореактивную силу, действующую на наружную обойму цангового устройства перехвата. В первый момент воздействия импульса силы лепестковая цанга 17, опираясь через переходную втулку 18 на опорно-возвратную пружину, удерживается в исходном положении. При этом наружная обойма устройства перехвата сжимает лепестки цанги, обеспечивая предварительньш захват погружаемого элемента. Затем при движении наружной обоймы вместе с движителем вниз выбирается зазор между кольцевым упором 20 и фланцем 19 и образуется зазор между верхним торцом переходной втулки и лепестками цанги. Происходит прочньш захват погружаемого элемента лепестками цанги, сжимаемыми наружной обоймой. Под действием импульса гидрореактивной силы движитель вместе с устройством перехвата и погружаемым элементом движется вниз, одновременно сжимая опорно-возвратную пружину. При этом происходит задавливание погружаемого элемента в грунт. После израсходования энергии, приобретенной за счет действия гидрореактивного импульса, водометный движитель и устройство перехвата отбрасьшаются пружиной вверх, возвращаясь в исходное положение. Благодаря наличию зазора между верхним торцом переходной втулки и лепестками цанги в первоначальный момент опорно-возвратная пружина воздействует через фланец на наружную обойму освобождая от зажима лепестки цанги.

Заполнение сжатым газом камеры высокого давления движителя происходит непрерьшно. Описанньш цикл работы установки повторяется по мере достижения в основной полости камеры расчетного давления, при котором происходит срабатьшание подрьтного клапана. Таким образом, действием многократного приложения импульса гидрореактивной силы зонд (геологическая керноприемная труба) погружается в донные грунты.

Извлечение погружаемого элемента из грунта и подъем установки на обеспечивающее судно производится грузоподъемной стрелой.

Разработанная в Южном отделении Института океанологии АН СССР опытная установка обеспечивает погружение зонда с датчиками температуры в морские донные грунты на глу&1ну до 8- 10 м. В настоящее время для этих целей используется подводный вибробур весом 1200 кг, высота опорной рамы которого больше необходимой глубины погружения зонда. Технические параметры разработанной установки для производства геотермических исследований: вес - 140 кг, габаритные размеры 1500x800x800 мм. В конструкции применен импульсньш водометньш движитель с объемом камеры высокого давления л и рабочим давлением 150 атм. Применение установю для исследований в прибрежной зоне и на шельфе дает значительный экономический эффект. Формула изобретения 1. Ударное устройство к установке для погружения геофизических зондов в донные грунты, содержащее цилиндр камеры высокого давления, порщень и направляющий водомет, отличаю510 .|5 20 щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса устройства и обеспечения симметричного приложения к зонду импульса гидрореактивной жлы, поршень выполнен полым и установлен так, что погружаемый в грунт зонд проходит через поршень и является направляющей ударного устройства. 2.Ударное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в цилиндр камеры высокого давления вмонтирован регулируемый подрьшной клапан. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Авторское свидетельство № 250816, КЛ.Е21 с 3/24, 28.08. 1969. 2. Авторское свидетельство № 240539, кл. E02d7/10, 19.08.1969. 3.Куликов С. B.J Храмкин М. Ф. Водометные движители , Судостроение, О., 1970, стр. 45 (прототип).

иг.