Устройство для образования скважин в грунте

 

Сущность изобретения: устройство, содержит штангу, полый корпус конической формы, дебаланс с валом, гидравлический насос, нагрузочный аппарат. Со штангой соединен полый корпус конической формы. Во внутренней полости корпуса размещен дебаланс . Дебаланс закреплен на валу. Вал расположен по продольной оси устройства. Во внутренней полости корпуса расположен гидравлический нас бссо всасывающим и нагнетательным патрубками. В нагнетательном патрубке гидравлического насоса установлен нзгрузочны й аппарат, Нагрузочный аппарат выполнен в виде напорного золотника. Выход нагнетательного патрубка гидравлически сообщен с входом всасы- /ваю.щего патрубка гидравлического насоса. Корпус выполнен с отверстием для прохода штанги. Штанга расположена во внутренней полости корпуса и кинематически связана с валомдебаланса. Вал дебаланса кинематически связан с валом гидравлического насоса. Корпус гидравлического насоса жестко соединен с корпусом устройства. 7 з.п. ф-лы, 2 ил. СЛ с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5»5 Е 02 F 5/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4896444/03 (22) 28.12.90 (46) t5.02.93. Бюл. ¹ 6 (71) Инженерно-строительный кооператив

"Магистраль" (72) В,И.Минаев, Ф.С.Губерман, В.ЕЛапшин, B.Н.Круглов, В.С.Симонов и А.А,Калугин (56) Авторское свидетельство СССР № 1577341, кл. Е 02 F 5/18, 1986.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1036859, кл. Е 02 F 5/20, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ

СКВАЖИНЪ| В ГРУНТЕ (57) Сущность изобретения. устройство содержит штангу, полый корпус конической формы, дебаланс с валом, гидравлический насос, нагрузочный аппарат. Со штангой соединен полый корпус конической формы, Во. Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам, для образования скважин в грунте и может быть использовано при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями бестраншейным способом, а также при образовании выработок при возведении котлованов для шпунтовых стенок, свай, анкеров, обсадных труб и других строительных элементов.

Известно устройство для образования скважин в грунте, включающее установленный на валу породоразрушающий инструмент, и риводы вращения и подачи, связанные с валом, механизм уплотнения Ы 17950О7А1

2 внутренней полости корпуса размещен дебаланс. Дебаланс закреплен на валу. Вал расположен по продольной оси устройства.

So внутрейней полости корпуса расположен гидравлический насос со всасывающим и нагнетательным патрубками. В нагнетательном патрубке гидравлического насоса установлен нагрузочный аппарат. Нагрузочный аппарат выполнен в виде напорного золотника. Выход нагнетательного патрубка гидравлически сообщен с входом всасывающего патрубка гидравлического насоса.

Корпус выполнен с отверстием для прохода штанги. Штанга расположена во внутренней полости корпуса и кинематически связана с валом дебаланса, Вал дебаланса кинематически связан с валом гидравлического насоса. Корпус гидравлического насоса жестко соединен с корпусом устройства, 7 з,п. ф-лы, 2 ил. грунта в виде вибратора и корпус, в котором расположен вал с эксцентрично закрепленными на нем кулачками, При вращении вала породоразрушающий инструмент взаимодействует с забоем, формируя пионерную скважину, а разбуренный грунт ссыпается на дно скважины и уплотняется вибратором. Однако известное устройство обладает сравнительно высокой энергоемкостью процесса образования скважины, поскольку образование последней происходит за счет предварительного механического разрушения породы инструментом. Кроме того, относительно сложная кинематическая схема привода породораз1795007 выполнен с отверстием для прохода штанги, а штанга расположена во внутренней поло сти корпуса и кинематически связана с валом дебаланса, который кинематически связан с валом гидравлического насоса, причем корпус гидравлического насоса жестко соединен с корпусом устройства, а выход нагнетательного патрубка гидравлически сообщен с входом всасываю"0 щего патрубка. Кроме того, тем, что нагрузочный гидроаппарат выполнен в виде напорного золотника. Кроме того, тем, что кинематическая связь штанги с валом дебаланса выполнена в виде планетарной зубча15 той передачи, при этом одно из ее центральных колес закреплено на корпусе устройства, а второе ее центральное колесо кинематически связано с валом дебаланса, причем водило планетарной зубчатой пере20 дачи соединено со штангой. Кроме того, тем что кинематическая связь центрального колеса планетарной зубчатой передачи с валом дебаланса выполнена в виде дополнительной планетарной зубчатой передачи, при этом одно из ее центральных колес закреплено на корпусе устройства. а ее другое центральное колесо закреплено на валу дебаланса, причем водило дополнительной планетарной зубчатой передачи

Э0 жестко соединено со вторым центральным колесом основной планетарной передачи, Кроме того, тем, что кинематическая связь вала дебаланса с валом гидравлического насоса выполнена в виде сцепной муфты. КроЗ5 ме того, тем, что сцепная муфта выполнена в виде зубчатой муфты, Кроме того, тем, что корпус устройства имеет расположенный в

его внутренней полости бак для размещения рабочей жидкости, при этом вход всасы40 вающего патрубка расположен во внутренней полости бака. Кроме того, тем, что корпус устройства выполнен с внутренней перегородкой, которая образует с внутренними стенками корпуса устройства бак

45 для рабочей жидкости, при этом корпус гидравлического насоса закреплен на перегородке.

На фиг, 1 изображено устройство для образования скважины в грунте;яа фиг, 2— гидравлическая схема устройства.

Устройство для образования скважины в грунте содержит штангу 1 для передачи вращающего момента и осевого усилия на корпус 2. В качестве механизма для передарушающих инструментов и вибратора снижает надежность работы устройства, а компановка исполнительных органов известного устройства не позволяет обеспечить его работу при образовании вертикальНо расположенных скважин.

Наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату является устройство для образования скважины в грунте, включающее штангу, полый корпус конической формы, в котором размещен вибратор с дебалансами и приводом, и камеры во внутренней полости корпуса для размещения дебалансов.

Недостатком известного устройства яв-. ляется то, что при образовании скважины . одновременно включены в работу и привод вибратора, и штанга, передающая вращающий момент и осевое усилие на корпус устройства, что увеличивает энергоемкость процесса образования скважины, так как при прохо>кдении устройством прослоек из дисперсного грунта не требуется включения в работу вибратора, Вибратор может быть включен принудительно с поверхности, но и в этом случае энергоемкость процесса увеличивается, поскольку с поверхности невозможно определить момент прохождения корпусом устройства прослоек с твердыми включениями. Следовательно, запаздывание с включением в работу вибратора приведет к непроизводительной трате энергии на привод штанги. Кроме того, подвод энергии к приводу вибратора, расположенному во вращающемся корпусе, требует применения специальных токосъемников, что снизит эксплуатационную надежность работы устройства, Цель изобретения заключается в снижении энергоемкости процесса образования скважины в неоднородных грунтах за счет автоматизации включения вибратора при возрастании сопротивления грунта внедре-. нию корпуса устройства при одновременном повышении надежности его работы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для образования скважины в грунте, включающем расположенную по

- продольной оси устройства штангу для передачи вращающего момента и осевого усилия, соединенный со штангой полый корпус конической формы и размещенный во внутренней полости корпуса и закрепленный на расположенном по продольной оси устройства валу дебаланс, имеется располо>кенный во внутренней полости корпуса гидравлический насос со всасывающим и йагнетательным патрубками и установленный в нагнетательном патрубке нагрузочHblA гидроаппарат, при этом корпус чи вращающего момента и осевого усилия на штангу 1 может быть использован, например, буровой станок (на чертеже не показан), который устанавливают на поверхности при образовании вертикальных скважин или в предварительно откры1795007 том рабочем котловане при образовании горизонтальных скважин. Корпус 2 выполнен полым и имеет коническую форму. Наружная поверхность корпуса 2 может быть выполнена со спиралевидными режущими выступами (на чертеже не показаны) и с центрирующим наконечником нэ его носовой части для размещения в лидерной скважине (на чертеже не показан). Во внутренней полости корпуса 2 установлен на валу 3 с возможностью вращения дебаланс 4. Корпус 2 выполнен с отверстием 5 для прохода штанги 1, в котором может быть установлено уплотнительное приспособление (на чертеже не показано) для герметизации внутренней полости 2. Вал 3 дебаланса 4 установлен на подшипниках 6.

Штанга 1 расположена во внутренней полости корпуса 2 и кинематически связана с валом 3 дебаланса 4, Вал 3 дебаланса 4 кинематически связан с валом 7 гидравлического насоса 8. Корпус гидравлического насоса 8 жестко соединен с корпусом 2 устройства. В нагнетательном патрубке 9 гидравлического насоса 8 установлен нагрузочный гидроаппарат 10, который может быть выполнен в виде напорного золотника с линией управления 11 для перемещения его запорного элемента (не по азан) и с регулируемой возвратной пру. жиной 12. Выход нагнетательного патрубка

9 гидравлически сообщен с входом всасывающего патрубка 13 гидравлического насоса

8. Целесообразно выполнение кинематической связи штанги 1 с валом 3 дебаланса 4 в виде основной планетарной зубчатой передачи, центральное колесо 14 которой жестко соединено с корпусом 2 и выполнено с внутренним зацеплением, э второе центральное колесо 15 которой кинематически связано с валом 3 дебаланса 4. Водило 16 основной планетарной зубчатой передачи закреплено на штанге 1 и на нем установлены с возможностью вращения сателлиты 17, которые находятся в зацеплении с центральными колесами l4 и 15. Кинематическая связь центрального колеса 15 основной планетарной зубчатой передачи с валом 3 дебаланса 4 может быть выполнена в виде дополнительной планетарной зубчатой передачи, одно из центральных колес 18 которой жестко соединено с корпусом 2 и выполнено с внутренним зацеплением, а другое центральное колесо 19 которой выполнено с наружным зацеплением и жестко соединено с валом 3 дебаланса 4, Водило 20 дополнительной планетарной зубчатой передачи жестко соединено с центральным колесом 15 основной планетарной зубчатой передачи, Сателлиты 21 дополнительной пример, в виде теплообменного аппарата.

Корпус 2 может быть выполнен с внутрен30 ней перегородкой 24, которая образует с гидравлического насоса 8 предпочтительно

35 закрепить на перегородке 24. Следует отметить, что при использовании устройства для

40 объема. внутренняя полость которого сооб55

25 планетарной зубчатой передачи установлены с возможностью вращения на водиле 20 и кинематически связывают между собой центральные колеса 18 и 19 дополнительной зубчатой передачи. Предпочтительно выполнение кинематической связи вала 3 дебаланса 4 с валом 7 гидравлического насоса 8 в виде сцепной муфты 22, которая может быть выполнена, например, в виде зубчатой муфты, обеспечивающей компенсацию погрешностей расположения осей валов 3 и 7. Во внутренней полости корпуса 2 может быть расположен бак 23 для размещения рабочей жидкости, в качестве которой может быть использовано, например, масло. При этом вход всасывающего патрубка 13 гидравлического насоса 8 расположен во внутренней полости бака 23 для размещения рабочей жидкости. В данном варианте конструктивного устройства выход нагнетательного патрубка 9 гидравлически сообщен через бак 23 для размещения рабочей жидкости с входом всасывающего патрубка 13. В баке 23 для размещения рабочей жидкости может быть размещено приспособление для охлаждения рабочей. жидкости (не показано), выполненное, навнутренними стенками корпуса 2 бак 23 для размещения рабочей жидкости. В данном варианте выполнения устройства корпус образования горизонтальных скважин целесообразно выполнить бак 23 для размещения рабочей жидкости в виде замкнутого щена с всасывающим патрубком 13 и с нагнетательным патруб ком 9. При использовании устройства для образования вертикальных скважин целесообразно выполнить бак 23 для размещения рабочей жидкости в виде полости, образованной перегородкой 24 и внутренними стенками корпуса 2 (см. фиг. 1), а выход нагнетательного патрубка 9 может быть расположен в зоне расположения основной планетарной зубчатой передачи, В данном случае рабочая жидкость может быть использована для принудительной смазки подшипников и передач.

Устройство для образования скважины в грунте работает следующим образом.

Предварительно соединяют штангу 1 с вращателем бурового станка и включают станок. При этом вращающий момент и осевое усилие передаются на корпус 2, который

1795007

15

50 под действием осевого усилия начинает внедряться в грунт. Одновременное вращение корпуса 2 вокруг его продольной оси симметрии обеспечивает ввинчивание устройства в грунт. Корпус 2, уплотняя грунт, образует скважину с уплотненными стенками, диаметр которой соответствует диаметру цилиндрической части корпуса 2. При этом вращающий момент от штанги 1 передается через водило 16, центральное колесо

15, водило 20 и центральное колесо 19 на вал 3 дебаланса 4. Поскольку вал 3 кинематически соединен с валом 7 гидравлического насоса 8, то будет создавать.стопорящий момент, обусловленный настройкой возвратной пружины 12 гидроаппарата 10, которая противодействует перемещению запорного элемента, то есть гидроаппарат

10 закрыт и препятствует выходу рабочей жидкости иэ нагнетательного патрубка 9 гидравлического насоса B. Таким образом, при определенной величине настройки гидроаппарата 10 вал 7 гидравлического насоса 8 будет заторможен, Следовательно, при вращении штанги 1 центральное колесо 19 будет неподвижно относительно корпуса 2; а передача вращения корпусу 2 будет происходить через водило 16 и сателлиты 17.

При входе корпуса 2 в прослоек грунта с твердыми включениями, то есть при повышении момента сопротивления грунта ввинчиванию корпуса 2 в грунт, увеличивается величина крутящего момента на валу 7 гидравлического насоса 8, Соответственно возрастает и величина давления рабочей жидкости в нагнетательном патрубке 9 и в сообщенной с последним линии управления

11 гидроаппарата 10, Под действием давления рабочей жидкости запорный элемент преодолеет сопротивление возвратной пружиньг 12 и откроет выход нагнетательного патрубка 9 на определенную величину. При этом вал 7 гидравлического насоса 8 начнет проворачиваться, поскольку рабочая жидкость будет засасываться из бака 23 и выходить через нагнетательный патрубок 9. При вращении вала 7 гидравлического насоса 8 начнет вращаться и кинематически .связанный с ним вал 3 с закрепленными на нем дебалансами 4, При этом корпус 2 и штанга

1 начнут вращаться с различными угловыми скоростями. При вращении дебаланса 4 вокруг продольной оси симметрии устройства

Формула изобретения

1. Устройство для образования скважин e грунте, включающее расположенную по продольной оси устройства штангу для певозникают колебания корпуса 2 в плоскости, перпендикулярной продольной оси симметрии устройства. Совместное воздействие указанных колебаний корпуса 2 и осевого усилия на корпус 2 обеспечивают колебательное проскальзывание последнего по грунту и преодоление прослойки грунта с твердыми включениями. При этом твердые включения будут вдавливаться в грунт боковой конической поверхностью корпуса 2. Кроме того, при прохождении корпусом 2 прослойки из несвязных грунтов колебания корпуса 2 уменьшают силы трения грунта по боковой повеохности корпуса

2. После прохождения. прослойки грунта и соответственно уменьшения момента сопротивления грунта ввинчиванию в него корпуса 2 давление в нагнетательном патрубке 9 падает и под действием возвратной пружины 12 запорный элемент гидроаппарата 10 перекрывает проходное сечение нагнетательного патрубка 9, затормаживая тем самым вал 3 дебаланса 4. Таким образом, после прохождения устройством прослойки колебательный процесс автоматически прекращается, Следует отметить, что при полном перекрытии проходного сечения нагйетательного патрубка 9 гидравлического насоса 8 вал 3 дебаланса 4 будет полностью заторможен, а при полном открытии проходного сечения нагнетательного патрубка 9 гидравлического насоса 8, то есть при полном затормаживании корпуса 2 устройства о грунт, частота колебаний, вызванных вращающимся дебалансом 4, достигнет максимальной величины.

Использование заявленного устройства по сравнению с существующими позволяет получить следующие преимущества:

1. Снижение энергоемкости процесса образования скважины в неоднородных грунтах за счет обеспечения возможности включения в процесс образования скважины вибрационных воздействий только по мере необходимости, то есть в зависимости от свойств проходимого грунта

2, Повйшение эксплуатационной надежности устройства за счет исключения необходимости подвода энергии с поверхности для привода вибратора.

3. Снижение металлоемкости устройства за счет исключения привода для вращения дебаланса. редачи вращающего момента и осевого усилия, соединенный со штангой полый корпус конической формы и закрепленный на расположенном по продольной оси устройства

1795007 валу дебаланс, который размещен во внутренней полости корпуса, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса образования скважины в неоднородных грунтах за счет автоматизации включения вибратора при возрастании сопротивления грунта внедрению корпуса устройства при одновременном повышении надежности его работы, оно снабжено расположенным во внутренней полости корпуса гидравлическим насосом со всасывающим и нагнетательным патрубками и установленным в нагнетэтельном патрубке гидравлического насоса нагрузочным гидроаппаратом, при этом корпус выполнен с отверстием для прохода штанги, а штанга расположена во внутренней полости корпуса и кинемэтически связана"с валом дебаланса. который кинематически связан с валом гидравлического насоса, причем корпус гидравлического насоса жестко соединен с корпусом устройства, а выход нэгнетательного патрубка гидравлически сообщен с входом всасывающего патрубка гидравлического насоса.

2, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что нагрузочный гидроаппарат выполнен в виде напорного золотника, 3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что кинематическая связь штанги с валом дебаланса выполнена в виде планетарной зубчатой передачи, при этом одно из центральных колес планетарной зубчатой передачи закреплено на корпусе устройст: ва, а второе центральное колесо планетарной зубчатой передачи кинематически связано с валом дебаланса, причем водило

L планетарной зубчатой передачи соединено со штангои.

4. Устройство по и. 3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что кинематическая связь центрального колеса планетарной зубчатой передачи с валом дебаланса выполнена в виде дополнительной планетарной зубчатой передачи, закрепленной на корпусе устройства, а другое центральное колесо дополнительной планетарной зубчатой передачи закреплено на валу дебаланса, причем водило дополнительной планетарной зубчатой передачи жестко соединено с вторым центральным колесом основной планетарной зубчатой передачи.

5.Устройство по и. 1, отл и ча ю щеес я тем, что кинематическая связь вала дебаланса с валом гидравлического насоса выполнена в виде сцепной муфты.

6. Устройство поп.5, о тл и ч а ю щэ ес я тем, что сцепная муфта выполнена в виде зубчатой муфты.

7. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что корпус устройства имеет расположенный в его внутренней полости бак для размещения рабочей жидкости, при этом вход всасывающего патрубка гидравлического насоса расположен во внутренней полости бака для размещения рабочей жидкости.

8. Устройство по и. 7, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что корпус выполнен с внутренней перегородкой, которая образует с внутренними стенками корпуса устройства бак для размещения рабочей жидкости, при этом корпус гидравлического насоса закреплен на перегородке.

1795007

12 в.г

Составитель B,Ìèíàåâ

Техред М,Моргентал КОРРектоР Т.Палий

Редактор

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

Заказ 409 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35. Раушская наб,; 4/5