Устройство для свч-термостабилизации скважин

 

Использование: термообработка скважин при строительстве зданий и прокладке в земле газопроводов. Сущность изобретения: устройство содержит первый коаксиально-волноводный переход (КВП). коаксиальную линию передачи, цилиндрическую линию передачи в виде трубы с неповдижным 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, расположенную 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 05 В 6!64

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4848206/09 (22) 16.07.90 (46) 07,01.93. Бюл. М 1 (71) Научно-исследовательский инстьпуг "Титан" (72) В.Н.Удалое, Б.В.Васильев, Г.В.Лысов, В.З.Дубинин, Л.А.Бабин и Ю.M,Åãîðoâ (56) Патент США N- 4590348, кл. 219-1055, 1982.

Патент США й. 4571973, кл, 219 — 1055, 1986.: (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЧ-ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ СКВАЖИН (57) Использование: термообработка скважин при строительстве зданий и прокладке в земле газопроводов. Сущность изобретения: устройство содержит первый коаксиально-волноводный переход (КВП). коаксиальную линию передачи, цилиндрическую линию передачи в виде трубы с неповдижным 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 линии, и трансформирующую секцию, расположенную между вторым КВП и цилиндрической линией передачи. Цилиндрическая линия передачи соединена с антенным излучателем, выполйенным в виде круглого волновода с излучающими щелями, ориентированными вдоль его продольИзобретение",относится к СВЧ-технике и может быть использовано для термообработки скважин с помощью СВЧ-энергии при строительстве жилых и произвОдственных

„„ Д „„1786689 А1 ной 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 полувол новы ми дроссельными уплотнениями в стенке цилиндрической линии передачи, Для равномерного распределения СВЧ-излучения при обжиге излучающие щели в антенном излу- чателе 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. Парй 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.. зданий, а также при прокладке и фиксации в земле газопроводов.

Известна СВЧ-система для нагрева материалов электромагнитными волнами..со1786689 ской линии передачи

15

20 поглощающим СВЧ-энергию покрытием.

На фиг. 1 показано предлагаемое уст25 ройство до его рабочего участка; на фиг. 2— на подвижном транспортном средстве; на

30 фиг. 4 — защитный контур (узел на фиг. 3);

35 волноводный переход (КВП) 1 (фиг. 1), коаксиальную линию передачи 2, цилиндри40

55 держащая продольно удлиненные аппликаторы, подводящие энергию, причем каждый аппликатор излучает СВЧ-энергию вдоль значительной части своей длины. Данное устройство не создает концентрированного 5 потока энергии, необходимого для термостабилизации скважин.

Известна СЦЧ-установка для оттаивания замерзшей земли, взятая за прототип, содержащая коаксиальную линию передачи с внутренним и внешним проводниками и излучающими отверстиями во внешнем проводнике. Причем конец линии передачи, удаленный от источника СВЧ-энергии, закрыт отражающей электропроводной платой, Эта установка также не создает концентрированного потока эгнергии. Кроме того, она не обеспечивает равномерного прогрева обрабатываемой поверхности и защиту персонала от празитного СВЧ-излучения.

Целью изобретения является обеспече- ние равномерного обжига поверхности скважины.

Указанная цель достигается тем, что в известную конструкцию, содержащую коак- сиал ьную линию передачи, соединенную через первый коаксиально-волноводный переход(КВП) с СВЧ-гейератором, излучаю-щие окна, введены цилиндрическая линия передачи с неподвижно закрепленным антенным излучателем на конце, поляризатор электромагнитных волн, установленный между первым коаксиально-волноводным переходом и цилиндрической линией передачи поляризатор электромагнитных волн, состоящий из последовательйо включенных второго коаксиально-волноводного перехода и трансформирующей секции, излучающие окна выполнены в стенке цилиндрической линии передачи в виде щелей, размещенных по ее окружности, ориентированных вдоль ее образующей; цилинДрйческ я Ййййя пер6дчи выполнена. из нескольких съемных волноводных сек- 45 ций, поляризатор установлен с возможностью осевого вращения, конец внутреннего проводнйка второго КВП выведен через отверстие в его широкой стенке, коаксиальная лийия жестко соединена с первым КВП, трансформирующая секция выполнена в виде отрезка вол новода переменного сечения, излучающие щели расположены в один ряд при нечетном их количестве и в два ряда— при четном, причем оси щелей в рядах смещены одна относительно другой; соединение съемных волноводных секций между 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 цилиндричеС 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 то же, вид рабочего участка: цилиндрическая линия передачи и антенный излучатель; на фиг. 3 — устройство, установленное на фиг, 5 и 6 — расположение излучающих щелей.

Устройство для СВЧ-термостабилизации скважин содержит первый коаксиальночекую линию передачи. 3 (фйг. 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 проводником 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 приводится 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 закрыт обечайкой 14. Сочленения поляриэато1786689

10

2.0

30

40

50

55 ра 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 16 с 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 16 с 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 прямоугольного 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 устройс ва 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 СВЧэнергию материалом 26, в которой может перемещаться внутренний цилиндр 22. Это перемещение обеспечивает стабильное положение внешнего цилиндра 23 относительно отверстия в скважине при колебаниях 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 с СВЧ-генератором 28, установленным в кузове, Работа с устройством осуществляется следующим образом, Первый способ. Цилиндрическая лийия передачи 3 (далее труба) необходимой длины сочленяется на поверхности земли из нескольких съемных секций волновода 16, фиксируемых замками 17.

Длина одной секции 1250 мм, длина трубы выбирается исходя из глубины скважины. На конец трубы закрепляется излучатель 4. На входное отверстие кважины устанавливается защитный контур большим основанием к земле. Труба 3 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 защитном 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 подьезжает 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 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 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 производится и обжиг, т.к. температура на конце излучателя достигает - 1000 С.

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

1786689

15

25 подсоединяется к трубе и т.д. до полной 30 обработки скважины.

Второй способ. Автомобиль с закреп35 через защитный контур 21. Излучатель 4 за- 40 крепляется упором 29 на защитном контуре секции 10. Далее секция 10 соединяется с. устройством и излучателем 4, снимается 45

55 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 подъем заканчивается, генератор отключается, поляризатор йрекращает вращение.

Труба 3 фиксйруется на поверхноСти защитного конутра 21 упором 29 (фйг. 3). Прй этом оставшаяся в скважине труба 3 вис ит в н ей, уде ржи в аемая защитным 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 ленным 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 устрйством замками 17 и спуСкается в скважину

21, Устройство отсоединяется и поднимается навеличинудлины съемной волноводной 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 съемная 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 волноводных 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 про цесс возведейия фундаментов зданий по сравнению с дорогостоящей технологией забивки бетонных свай. Достигается это следующим: стенки предварительно пробуренного отверстия скважины (It 300 мм и глубиной 2000 — 12000 мм) с помощью предлагаемого устройства обжигаются и оплавляются. В результате получается скважина с упрочненными стенками, которую в последующем можно армировать, затем возводить фундамент.

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

СВЧ-поля и диаграммой излучения.

Формула изобретения

1. Устройство для СВЧ-термостабилизации скважин, содержащее коаксиальную линию передачи, соединенную через первый коаксиально-волноводный переход (КВП) с

СВЧ-генератором, излучающие окна, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения

" равномерного обжига поверхности скважины, введены цилиндрическая линия передачи с неподвижно закрепленным антенным излучателем на конце и поляризатор электромагнитных волн, установленный между первым КВП и цилиндрической линией передачи, при этом поляризатор электромагнитных волн состоит из последовательно включенных второго КВП и трансформирующей секции, излучающие окна вйполнены в стенке цилиндрической линии передачи в виде щелей, размещенных по ее окру>кности, ориентированных вдоль ее образующей, цили ндричес кая линия передачи выполнена из нескольких съемных секций, поляризатор установлен с возможностью осевого вращейия, причем концы внутреннего проводника второго КВП введены через отверстие в его широкой стенке. а коаксиальная линия жестко соединена с первым КВП.

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

3, Устройство по и. 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

1786689 два ряда — при четном, причем оси щелей в рядах смещены друг относительно друга, 4, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что соединение . съемных волноводных секций между собой, а также с ци- 5 линдрической линией передачи выполнено в виде замка из двух полуцилиндров.

5, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что сочленения съемных волноводных секций между собой, излучателем и ра- 10 бочим участком устройства снабжены полуволновыми дроссельными уплотнениями, выполненными в стенке цилиндрической линии передачи.

6. Устройство по пп. 1 — 7, о т л и ч а ю - 15 щ е е с я тем, что, с целью защиты от праэитного излучения, сочленения поляризатора с первым коаксиально-волноводным переходом и с цилиндрической линией передачи выполнены в виде полуволновых 20 дроссельных уплотнений в стенке цилиндрической линии передачи, 7, Устройство по пп, 1 — 8, о т л и ч а ющ е е с я тем, что введен защитный контур, установленный на цилиндрической линии передачи и выполненный в виде двух цилиндров, внутреннего и внешнего, с общим центральным отверстием, одно иэ 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 воэможностью перемещения в полости внешнего.

8. Устройство по и. 9, о т л и ч à ю щ е ес я тем, что внутренняя полость внешнего цилиндра выполнена с поглощающим СВЧэнергию покрытием, 1786689

1786б89

1786689

1786689

Составитель Б, Васильев

Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишййец

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 258 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5