Устройство для измерения давления в грунте Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ГРУНТЕ

1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давлений в заданном направлении по времени в грунте с использованием приборных скважин, например, при производстве взрывов.

Известны устройства для измерения давлений в грунте с использованием приборных скважин, в которых давление на чувствительный элемент передается через жидкость 1. Однако эти устройства позволяют измерять давления на разных глубинах скважин без направления чувствительности, что не дает точного представления о характере распределения давлений в грунте.

Известно также устройство для измерения давления в грунте, включающее корпус, основание с мембраной, датчик давления и механизм для ориентированного закрепления в скважине 2.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции механизма для ориентированного закрепления его в скважине, который сожержит семь фигурных деталей, связанных функционально между собой, что повышает себестоимость устройства в целом. Кроме того, при опускании устройства в скважину в результате случайного задевания опорного штока за кабели, проходящие в скважине, или стенки скважины возможно срабатывание спускового механизма и выдвижение упора до опускания устройства на заданную глубину.

Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение стоимости устройства.

Эта цель достигается тем, что механизм для ориентированного закрепления устройства выполнен в виде двух пружинящих скоб, жестко соединенных с основанием, установленных под углом 120° относительно друг друга и горизонтальной оси, проходящей через центр основания, при этом нижние края скоб и основания расположены в-одной плоскости.

Причем скобы имеют форму незамкнутого эллипса.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид сверху на устройство, установленное в скважине; на фиг. 4 - то же, вид сбоку.

Устройство содержит основание 1, рези,новую мембрану 2, датчик 3 давления, жидкость 4. Плотность жидкости подбирается близкой к плотности окружающего массива.

С основанием жестко соединен цилиндрический корпус 5. Полость корпуса, в которой находится датчик, заполнена герметиком, что предохраняет датчик от воздействия влаги.

Основание выполнено в виде диска с полостью, закрытой мембраной. Мембрана по периметру прижимается к основанию кольцом 6.

В качестве датчика может быть использован, например индуктивный датчик ДДИ-20, выпускаемой промышленностью.

К корпусу 5 со стороны, противоположной основанию, прикреплен кронштейн 7 жестко установленными (например, при помоши сварки) на нем двумя пружиняшими скобами 8 и переходником 9.

Скобы 8 имеют форму эллипса, выполнены из пружинящей стальной проволоки и расположены относительно друг друга и горизонтальной оси, проходящей через центр основания, под углом 120° что обеспечивает наиболее устойчивое положение устройства после установки.

Скругленные верхние и нижние края скоб предохраняют их от врезания в грунт стенки скважины при опускании или извлечении устройства.

Нижние концы скоб лежат в одной (горизонтальной) плоскости с нижним краем основания, что обеспечивает прилегание мембраны всей поверхностью к грунту.

Скобы, подсоединенные к основанию, обеспечивают усилие прижатия к скважине не менее веса устройства в целом, что гарантирует надежную фиксацию устройства с заданным направлением чувствительного элемента и позволяет устанавливать устройство в скважине и без опоры на основание. Необходимое усилие прижатия основания к стенке обеспечивается за счет того, что размеры устройства со скобами вдоль горизонтальной оси больше линейных размеров сечения скважины, а также за счет диаметра и пружинящих свойств материала скоб.

Учитывая, что при предлагаемой конструкции прибора скобу можно рассматривать как балку, защемленную одним концом, к которой приложена сосредоточенная нагрузка, усилие прижатия обеспечивают за счет прогиба f скоб (фиг. 4), величину которого определяют из известного выра ™«f

зяа+Е где L - расстояние от точки защемления

скобы до места соприкосновения ее со стенкой скважины; Р -требуемое усилие прижатия; d -диаметр материала скоб; Е модуль упругости материала. При этом диаметр материала скоб берется не менее 4-5 мм, чтобы не врезались в грунт стенок скважины.

То есть при упругой деформации одной из скоб на величину f будет обеспечиваться условие фиксации устройства в скважине, а так как используются две скобы, то это усилие будет больше, а закрепление устройства в скважине более надежным.

Размеры приемной части устройства (основания с датчиком) для скважин различных диаметров постоянны, а размеры скоб в радиальном направлении скважины различны в зависимости от диаметра скважины.

При этом указанные размеры будут на величину f больше, чем необходимо для соприкосновения обеих скоб и основания со

стенками скважины.

Переходник 9 служит для соединения устройства с электромагнитным отцепом 10, связанным со штангой, при помощи которой опускают устройство в скважину.

Перед измерениями устройство при помощи переходника 9 соединяют с отцепом 10 и опускают в скважину. При опускании скобы сжимаются и скользят по стенке скважины. При прекращении опускания (т. е. вертикального приложения усилия к устJ ройству через штангу) и отсоединения отцепа устройство будет удерживаться на заданном горизонте за счет упругих сил скоб. Такая установка может применяться при измерениях давления в статике (например, бытового давления).

0 При измерениях давлений в грунте при производстве взрывов, когда существуют большие линейные и угловые перемещения, устройство опускают до опирания нижних концов скоб 8 и основания 1 на забивку. При опускании следят за сохранением ориентации направления чувствительным элементом. После опускания отцеп отделяется от устройства и извлекается из скважины. В скважину заливают грунтоцементный раствор, который со всех сторон плотно прилегает к устройству и к стенам скважины, после чего засыпают грунт, вынутый из скважины при бурении, и послойно его уплотняют.

При взрыве давление от стенки скважины через мембрану 2 и жидкость 4 передается на чувствительный элемент датчика 3 давления. Сигнал от датчика по кабелю передается на соответствующую регистрирующую аппаратуру, установленную в приборном сооружении.

. На фиг. 3 показано предлагаемое устройство, установленное в скважине с направлением чувствительного элемента в сторону взрыва.

Устройство было разработано и испытано в полевых условиях при производстве

5 взрывов.

При изготовлении устройства трудозатраты снизились на 25% за счет упрощения его конструкции, а также упростилась эксплуатация за счет исключения возможности

выдвижения упора и внезапной фиксации в момент опускания устройства.

Кроме того, измерения с помощью этого устройства дают более точные результаты, что обеспечивается более точным согласованием объемных весов прибора, установленного в скважине в грунтоцементном растворе, и среды за счет снижения или исключения инерционных сил, вызываемых разностью объемных весов среды и прибора, что приводит к дополнительным давлениям на прибор и вносит погрешность в измерения. Этот эффект в данном приборе обеспечен за счет того, что исключены металлические элементы, входящие в состав механизма фиксации и спускового механизма, у которых удельный вес значительно выше грунта. В настоящем приборе, по сути, основание полностью окружено грунтом и заполнено жидкостью, удельный вес которой подобран равным окружающему грунту.

Формула изобретения

мембраной, датчик давления и механизм для ориентированного закрепления в -сквджине, отличающееся тем, что, с целвю упрйшения конструкции и снижения стоимости устройство, механизм для ориентированного закрепления выполнен в виде жестко соединенных с основанием двух пружинящих скоб, установленных под углом 120° относительно друг друга и горизонтальной оси, проходящей через центр основания, при этом нижние края скоб и основания расположены в одной плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 590453, кл. Е 21 С 39/00, 1976 (прототип).

ВидА

ае.г

fpfje. 3

i

..-- f / /;-;/ V-;5 -:.. ///. y/

i

Ж:3 -1- .