Устройство для образования скважин в грунте

 

Сущность изобретения: устройство для образования скважин в грунте содержит корпус, рабочий орган, генератор для выработки рабочего агента, сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента, сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента и основание с направляющими и опорным приспособлением. Генератор для выработки рабочего агента выполнен в виде емкости для размещения рабочего тела, нагревательного элемента и источника для подачи теплоносителя. Нагревательный элемент расположен во внутренней полости емкости. Источник для подачи теплоносителя соединен с нагревательным элементом. Опорное приспособление выполнено в виде упорной плиты. Сопловой аппарат соединен с упорной плитой посредством приспособления для запуска устройства. Нагревательный элемент жестко соединен с упорной плитой и установлен с возможностью выхода через сопло соплового аппарата. Внутренняя полость емкости сообщена с соплом соплового аппарата. 29 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бестраншейной прокладке трубопроводов под препятствиями.

Известно устройство для образования скважин в грунте, включающее корпус, рабочий орган, силовой механизм для заглубления рабочего органа и основание с направляющими для размещения корпуса и с опорным приспособлением для восприятия реактивного усилия от силового механизма [1] .

С помощью известного устройства для образования скважин в грунте реализуется метод статического продавливания трубы при помощи статически приложенной напорной силы. Под ее действием труба врезается в грунтовый массив забойным концом, снабженным рабочим органом в виде кольцевого наконечника, и образует в грунтовом массиве скважину с одновременной обсадкой последней обсадной трубой. Известное устройство характеризуется низкой производительностью образования скважины из-за цикличности процесса и большого объема вспомогательных работ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для образования скважин в грунте, содержащее корпус, рабочий орган, генератор для выработки рабочего агента, размещенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента и основание с направляющими для размещения корпуса и с опорным приспособлением [2] .

Использование известного из (2) устройства для образования скважин в грунте позволяет значительно повысить производительность выполняемых работ по сравнению с технологией, реализуемой с помощью известного из (1) устройства, за счет непрерывности процесса образования скважины и сокращения объема вспомогательных работ. Однако, использование в качестве генератора для выработки рабочего агента твердотопливного реактивного двигателя приводит к загрязнению окружающей среды продуктами сгорания и, следовательно, к ограничению области применения известного из (2) устройства в условиях городского строительства из-за вредного воздействия на окружающую среду и людей. Кроме того, вывод устройства на расчетный режим работы, т. е. разгон устройства до необходимой начальной скорости погружения устройства в грунт, требует либо значительного увеличения длины рабочего котлована, либо вывода генератора для выработки рабочего агента на необходимую величину тяги путем удержания корпуса устройства на месте при работающем генераторе. Указанные обстоятельства приводят к увеличению энергоемкости процесса образования скважины в грунте.

Цель изобретения - уменьшение вредного воздействия на окружающую среду при одновременном снижении энергоемкости процесса образования скважины в грунте.

Это достигается тем, что в устройстве для образования скважин в грунте, включающем корпус, рабочий орган, генератор для выработки рабочего агента, размещенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента и основание с направляющими для размещения корпуса и с опорным приспособлением, генератор для выработки рабочего агента выполнен в виде размещенной во внутренней полости корпуса емкости для размещения рабочего тела, расположенного во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела нагревательного элемента и соединенного с нагревательным элементом источника для подачи теплоносителя, а опорное приспособление выполнено в виде жестко соединенной с основанием упорной плиты, при этом сопловой аппарат соединен с упорной плитой посредством приспособления для запуска устройства, а нагревательный элемент жестко соединен с упорной плитой и установлен с возможностью выхода через сопло соплового аппарата при запуске устройства, причем внутренняя полость емкости для размещения рабочего тела сообщена с соплом соплового аппарата.

Нагревательный элемент выполнен в виде электрической спирали, а источник для подачи теплоносителя - в виде источника электрического тока, который посредством проводов соединен с электрической спиралью.

Упорная плита выполнена с каналами для размещения проводов.

Нагревательный элемент выполнен в виде теплообменника, а источник для подачи теплоносителя - в виде генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя, который посредством трубопроводов сообщен с теплообменником.

Нагревательный элемент выполнен в виде трубки для подачи высокотемпературного теплоносителя во внутреннюю полость емкости для размещения рабочего тела, а источник для подачи теплоносителя - в виде генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя, выход которого посредством трубопровода сообщен с внутренней полостью трубки.

Нагревательный элемент выполнен с дополнительной трубкой для отвода рабочего тела из внутренней полости емкости для размещения рабочего тела, при этом внутренняя полость дополнительной трубки посредством дополнительного трубопровода сообщена с входом генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя.

Устройство для образования скважин в грунте имеет клапан для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя.

Клапан для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя выполнен в виде обратного клапана.

Генератор для выработки высокотемпературного теплоносителя выполнен в виде парогазогенератора.

Упорная плита выполнена с каналами для размещения трубопроводов.

Устройство для образования скважин в грунте имеет приспособление для подачи интенсифицирующего парообразование компонента во внутреннюю полость емкости для размещения рабочего тела.

Приспособление для подачи интенсифицирующего парообразование компонента во внутреннюю полость емкости для размещения рабочего тела выполнено в виде закрепленного одним своим концом на упорной плите патрубка с расположенной на его свободном конце сопловой головкой, при этом сопловая головка расположена во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела и установлена с возможностью выхода через сопло соплового аппарата при запуске устройства.

Упорная плита выполнена с каналами для подвода интенсифицирующего парообразование компонента к внутренней полости патрубка.

Сопловой аппарат выполнен с расположенным на выходе его сопла фигурным фланцем с опорной поверхностью для взаимодействия с упорной плитой.

Устройство для образования скважин в грунте имеет уплотнительный элемент, который расположен между опорной поверхностью фланца и упорной плитой.

Приспособление для запуска устройства выполнено в виде установленных на упорной плите управляемых захватов, исполнительный элемент каждого из которых установлен с возможностью взаимодействия с сопловым аппаратом.

Приспособление для запуска устройства выполнено в виде расположенной по периметру выходного сечения сопла соплового аппарата кольцевой выемки для отделения фланца от соплового аппарата при достижении рабочего давления во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела.

Приспособление для запуска устройства выполнено в виде срезных крепежных элементов для отделения соплового аппарата от упорной плиты при достижении рабочего давления во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела.

Приспособление для запуска устройства выполнено в виде размещенного между сопловым аппаратом и упорной плитой разрывного элемента, который жестко соединен своими торцами соответственно с сопловым аппаратом и с упорной плитой.

Разрывной элемент выполнен в виде втулки с расположенной по ее периметру кольцевой выемкой для разрыва втулки при достижении рабочего давления во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела.

Втулка выполнена с расположенными на ее торцах присоединительными фланцами.

Устройство для образования скважин в грунте имеет уплотнительные элементы, которые размещены соответственно между фланцем втулки и упорной плитой и между фланцем втулки и сопловым аппаратом.

Сопловой аппарат соединен с корпусом посредством разъемного соединения.

Корпус выполнен с отверстием для заправки емкости для размещения рабочего тела.

Направляющие основания выполнены в виде охватывающего корпус кожуха, который жестко соединен с упорной плитой, при этом корпус установлен с возможностью осевого перемещения внутри кожуха.

Источник для подачи теплоносителя размещен на основании.

Корпус выполнен с расположенным на его переднем торце приспособлением для стыковки с задним торцом прикладываемого трубопровода.

Приспособление для стыковки корпуса с прокладываемым трубопроводом выполнено в виде кольцевого выступа на корпусе.

Рабочий орган выполнен в виде наконечника с приспособлением для его стыковки с передним торцом прокладываемого трубопровода.

Приспособление для стыковки наконечника с прокладываемым трубопроводом выполнено в виде расположенного на заднем торце наконечника кольцевого выступа.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - то же, вариант конструктивного выполнения отдельных его узлов; на фиг. 3 - принципиальная схема генератора для выработки рабочего агента с нагревательным элементом в виде электрической спирали; на фиг. 4 - то же, в виде теплообменника; на фиг. 5 - приспособление для запуска устройства в виде управляемых захватов; на фиг. 6 - то же, в виде срезных крепежных элементов; на фиг. 7 - принципиальная схема приспособления для подачи интенсифицирующего парообразования компонента во внутреннюю полость емкости для размещения рабочего тела.

Устройство для образования скважин в грунте содержит установленное на дне рабочего котлована 1 основание 2 с направляющими для размещения корпуса 3 устройства. Направляющие основания могут быть выполнены в виде опор 4 (фиг. 1) или в виде охватывающего корпус 3 кожуха 5 (фиг. 2). Опорное приспособление выполнено в виде жестко соединенной с основанием 2 упорной плиты 6. При выполнении направляющих основания 2 в виде кожуха 5 последний жестко соединен с упорной плитой 6. При этом корпус 3 устройства установлен во внутренней полости кожуха 5 с возможностью осевого перемещения.

Генератор для выработки рабочего агента выполнен в виде размещенной во внутренней полости корпуса 3 емкости 7 для размещения рабочего тела, например воды, расположенного во внутренней полости емкости 7 для размещения рабочего тела нагревательного элемента и соединенного с нагревательным элементом источника для подачи теплоносителя. Нагревательный элемент жестко соединен одним своим концом с упорной плитой 6 и установлен с возможностью его выхода через сопло 8 для истечения рабочего агента соплового аппарата 9, т. е. максимальный размер нагревательного элемента в поперечном сечении меньше критического сечения сопла 8 для истечения рабочего агента. Сопло 8 может быть выполнено, например, в виде сопла Лаваля, которое обеспечивает сверхзвуковое истечение рабочего агента из соплового аппарата 9.

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде электрической спирали 10 (фиг. 3). В этом случае источник для подачи теплоносителя должен быть выполнен в виде источника 11 электрического тока, например, передвижной электростанции, который посредством проводов 12 соединен с электрической спиралью 10.

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде трубчатого теплообменника 13 (фиг. 4). В этом случае источник для подачи теплоносителя должен быть выполнен в виде генератора 14 для выработки высокотемпературного теплоносителя, например масла или перегретого пара, который посредством трубопроводов 15 сообщен с теплообменником 13 по замкнутому контуру.

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде трубки 16 для подачи высокотемпературного теплоносителя, например перегретого пара, во внутреннюю полость емкости 7 для размещения рабочего тела (фиг. 2). При этом конструктивном выполнении нагревательного элемента целесообразно источник для подачи теплоносителя выполнить в виде генератора 14, выход 17 которого посредством трубопровода 18 сообщен с внутренней полостью трубки 16 с открытым свободным концом. Предпочтительно при таком конструктивном выполнении нагревательного элемента выполнить последний с дополнительной трубкой 19 для отвода рабочего тела из внутренней полости емкости 7 для размещения рабочего тела. Внутренняя полость дополнительной трубки 19 с открытым свободным концом сообщена посредством дополнительного трубопровода 20 с входом 21 генератора 14 для выработки высокотемпературного теплоносителя. На выходе 17 генератора 14 или в трубопроводе 18, соединяющем трубку 16 с генератором 14, или во внутренней полости трубки 16 установлен клапан для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора 14, который может быть выполнен в виде обратного клапана 22. Предпочтительно выполнить генератор 14 в виде парогазогенератора. Источник для подачи теплоносителя может быть расположен вне рабочего котлована 1 (фиг. 1 или 2) или размещен в рабочем котловане 1 непосредственно на основании 2.

Емкость 7 расположена во внутренней полости корпуса 3 (фиг. 1) и может быть сообщена с атмосферой через сопло 8 соплового аппарата 9. При этом емкость 7 может быть образована и непосредственно стенками корпуса 3 устройства, в котором может быть выполнено отверстие 23 для заправки емкости 7 для размещения рабочего тела с пробкой (фиг. 2).

На переднем торце корпуса 3 устройства расположен рабочий орган 24, который может быть выполнен, например, в виде наконечника конусной формы (фиг. 1) или термогазодинамического рабочего органа. При производстве работ по образованию выработки в грунте с одновременной обсадкой ее обсадной трубой или при прокладке трубопровода под препятствием бестраншейным способом корпус 3 устройства может быть выполнен с расположенным на его переднем торце приспособлением для его стыковки с задним торцом прокладываемого трубопровода 25, которое предпочтительно выполнено в виде кольцевого выступа 26 для размещения его во внутренней полости трубопровода 25. В этом случае целесообразно рабочий орган 24 выполнять в виде наконечника, например, кольцевой формы (фиг. 2) с приспособлением для стыковки его с передним торцом прокладываемого трубопровода 25, которое может быть выполнено, например, в виде расположенного на заднем торце наконечника кольцевого выступа 27 для размещения его во внутренней полости трубопровода 25.

Сопловой аппарат соединен с упорной плитой 6 посредством приспособления для запуска устройства. Сопловой аппарат 9 может быть выполнен с расположенным на выходе сопла 8 фигурным фланцем 28 с опорной поверхностью 29 для взаимодействия с упорной плитой 6. При этом внутренняя поверхность стенок емкости 7, внутренняя поверхность стенок соплового аппарата 9 и наружная поверхность упорной плиты 6 образуют замкнутую полость, которая заполняется рабочим телом и в которой размещен нагревательный элемент. Для снижения утечек рабочего тела из указанной замкнутой полости между опорной поверхностью 29 фланца 28 и упорной плитой 6 может быть размещен уплотнительный элемент 30.

Приспособление для запуска устройства может быть выполнено в виде закрепленных на упорной плите 6 управляемых захватов (фиг. 5). Каждый управляемый захват содержит исполнительный элемент 31, например, в виде штока гидроцилиндра 32 одностороннего действия с возвратом штока пружиной 33. Корпус гидроцилиндра 32 закреплен на упорной плите 6. Рабочая полость 34 каждого гидроцилиндра 32 сообщена через гидрораспределитель 35 управления захватами с гидронасосом 36 или с баком 37 для рабочей жидкости, например масла. Гидрораспределитель 35 управления захватами может быть установлен на пульте управления устройством или может иметь дистанционное управление перемещением его золотника, которое также может быть выведено на пульт управления устройством. В качестве привода для перемещения исполнительного элемента 31 управляемого захвата может быть использован или механический привод, или электрический привод. Предпочтительно исполнительные элементы 31 расположить равномерно по периметру соплового аппарата 9. При этом исполнительный элемент 31 каждого управляемого захвата установлен с возможностью взаимодействия с сопловым аппаратом 9, например с его фигурным фланцем 28, и обеспечивает соединение соплового аппарата 9 с упорной плитой 6.

Приспособление для запуска устройства может быть выполнено в виде расположенной по периметру выходного сечения сопла 8 соплового аппарата 9 кольцевой выемки 38 для отделения фланца 28 от соплового аппарата 9 при достижении рабочего давления во внутренней полости емкости 7. При таком конструктивном выполнении приспособления для запуска устройства фланец 28 жестко соединяется с упорной плитой 6, например, посредством болтового соединения (фиг. 1).

Приспособление для запуска устройства может быть выполнено в виде срезных крепежных элементов для отделения соплового аппарата 9 от упорной плиты 6 при достижении рабочего давления во внутренней полости емкости 7. Срезные крепежные элементы могут быть выполнены, например, в виде шайб 39 с кольцевой выемкой 40, которая ослабляет их сечение и обеспечивает срез шайбы 39 при расчетной нагрузке (фиг. 6). При этом с помощью болтов 41 и шайб 39 фланец 28, а следовательно, и сопловой аппарат 9 жестко соединены с упорной плитой 6. В качестве срезных крепежных элементов могут быть использованы болты или шпильки с выемкой в их теле, которая обеспечивает их разрыв при достижении расчетной нагрузки. Целесообразно срезные крепежные элементы расположить равномерно по периметру соплового аппарата 9.

Приспособление для запуска устройства может быть выполнено в виде размещенного между сопловым аппаратом 9 и упорной плитой 6 разрывного элемента 42 (фиг. 2), например втулки с кольцевой выемкой 43 для разрыва втулки при достижении рабочего давления во внутренней полости емкости 7. Разрывной элемент 42 жестко соединен своими торцами соответственно с фланцем 28 соплового аппарата 9 и с упорной плитой 6. Для соединения фланца 28 и упорной плиты 6 с разрывным элементом 42 втулка может быть выполнена с расположенными на ее торцах присоединительными фланцами 44. Между фланцами 44 и соответственно упорной плитой 6 и фланцем 28 могут быть установлены уплотнительные элементы 45, которые обеспечивают снижение утечек рабочего тела из внутренней полости емкости 7.

Сопловой аппарат 9 может быть соединен с корпусом 3 устройства посредством разъемного соединения, например, болтовым или резьбовым соединением.

Для интенсификации процесса образования рабочего агента - парогазовой смеси устройство может иметь приспособление для подачи интенсифицирующего парообразование компонента во внутреннюю полость емкости 7. Предпочтительно выполнять приспособление для подачи интенсифицирующего парообразование компонента в виде закрепленного одним своим концом на упорной плите 6 патрубка 46 с расположенной на его свободном конце сопловой головкой 47 с сопловыми отверстиями.

Сопловая головка 47 размещена во внутренней полости емкости 7 для размещения рабочего тела и установлена с возможностью ее выхода через сопло 8 соплового аппарата 9, т. е. максимальный размер сопловой головки 47 в поперечном сечении меньше критического сечения сопла 8 соплового аппарата 9. Внутренняя полость патрубка 46 сообщена трубопроводом 48 с насосом 49 для подачи интенсифицирующего парообразование компонента. Упорная плита 6 может быть выполнена с каналами 50 для размещения трубопровода 48. В трубопроводе 48 может быть установлен обратный клапан 51 для предотвращения попадания рабочего тела к насосу 49 для подачи интенсифицирующего парообразование компонента. В качестве компонента, интенсифицирующего парообразование, может быть использован спирт или бромбензол. Приспособление для подачи интенсифицирующего парообразование компонента может быть выполнено также, например, в виде емкости из упругого материала, внутренняя полость которой заполнена интенсифицирующим парообразование компонентом и сообщена с внутренней полостью емкости 7 посредством полой иглы, и нажимного механизма, который обеспечивает деформацию емкости из упругого материала для подачи интенсифицирующего парообразование компонента из ее внутренней полости во внутреннюю полость емкости 7.

Упорная плита 6 может быть выполнена с каналами 52 (фиг. 1) для размещения проводов 12, соединяющих источник 11 электрического тока с электрической спиралью 10, или с каналами 53 для размещения трубопроводов 15, соединяющих теплообменник 13 с генератором 14, или соответственно трубопроводов 18 и 20, соединяющих выход 17 и вход 21 генератора 14 с внутренними полостями трубок 16 и 19.

Устройство для образования скважин в грунте работает следующим образом.

В предварительно обустроенном рабочем котловане 1 с помощью грузоподъемного механизма устанавливают основание 2 и упорную плиту 6. Соединение упорной плиты 6 с основанием 2 может быть осуществлено или непосредственно в рабочем котловане 1, или на поверхности перед их установкой в рабочем котловане 1. Затем с помощью грузоподъемного механизма на направляющие основания 2 устанавливают корпус 3 устройства, перемещают корпус 3 по направляющим основания 2 в осевом направлении к упорной плите 6 и вводят нагревательный элемент через сопло 8 во внутреннюю полость емкости 7. Фланец 28 аппарата 9 присоединяют к упорной плите 6 с помощью болтов 41 и шайб 39. В случае необходимости между опорной поверхностью 29 фланца 28 и упорной плитой 6 устанавливают уплотнительный элемент 30, например, в виде прокладки из упругого термостойкого материала.

В зависимости от конструктивного выполнения приспособления для запуска устройства присоединение соплового аппарата 9 к упорной плите 6 может быть осуществлено с помощью исполнительных элементов 31 управляемых захватов. Исполнительные элементы 31 взаимодействуют своим скосом на торце с фланцем 28 и перемещаются внутрь корпуса соответствующего гидроцилиндра 32, сжимая пружину 33. После состыковки фланца 28 с упорной плитой 6 под действием пружин 33 исполнительные элементы 31 возвращаются в исходное положение, осуществляя тем самым соединение соплового аппарата 9 с упорной плитой 6. При этом рабочая полость 34 каждого гидроцилиндра 32 сообщена через гидрораспределитель 35 управления захватами с баком 37 для рабочей жидкости.

При использовании в качестве приспособления для запуска устройства разрывного элемента 42 в виде втулки один из присоединительных фланцев 44 предварительно соединяют с фланцем 28 соплового аппарата 9, а присоединение второго присоединительного фланца 44 разрывного элемента 42 к упорной плите 6 осуществляют непосредственно в рабочем котловане 1. При этом в случае необходимости между фланцами 44 разрывного элемента 42 и соответственно упорной плитой 6 и фланцем 28 соплового аппарата 9 устанавливают уплотнительные элементы 45, которые могут быть выполнены, например, в виде прокладок из упругого термостойкого материала.

После соединения соплового аппарата 9 с упорной плитой 6 через приспособление для запуска устройства производят заполнение через отверстие 23 емкости 7 рабочим телом, например водой. После заполнения емкости 7 для размещения рабочего тела отверстие 23 закрывают пробкой.

В случае использования устройства для образования скважин в грунте с направляющими для размещения корпуса 3 в виде охватывающего корпус 3 кожуха 5 последний может быть выполнен с монтажными люками для обеспечения возможности производства работ по сборке и заправке устройства. После производства указанных работ монтажные люки закрывают крышками.

Затем с пульта управления включают источник для подачи теплоносителя. При этом, если источник для подачи теплоносителя выполнен в виде источника 11 электрического тока, то при прохождении электрического тока через электрическую спираль 10 последняя нагревается и начинает нагревать окружающее ее рабочее тело. При выполнении нагревательного элемента в виде трубчатого теплообменника 13 вырабатываемый генератором 14 высокотемпературный теплоноситель по одному из трубопроводов 15 поступает в теплообменник 13, отдает тепло рабочему телу и по другому трубопроводу 15 возвращается в генератор 14 для нагрева и последующей повторной подачи в теплообменник 13 по замкнутому циклу. При выполнении нагревательного элемента в виде трубки 16 для подачи высокотемпературного теплоносителя во внутреннюю полость емкости 7 для размещения рабочего тела высокотемпературный теплоноситель, в качестве которого преимущественно используется вырабатываемый парогазогенератором перегретый пар, поступает из выхода 17 генератора 14 по трубопроводу 18 через открытый конец трубки 16 во внутреннюю полость емкости 7 и осуществляет нагрев размещенного в последней рабочего тела. В одном из вариантов конструктивного выполнения нагревательного элемента в виде трубки 16 для подачи высокотемпературного теплоносителя во внутреннюю полость емкости 7 для размещения рабочего тела нагревательный элемент может иметь дополнительную трубку 19, с помощью которой осуществляется частичный отвод рабочего тела из внутренней полости емкости 7 по трубопроводу 20 к входу 21 генератора 14 для выработки высокотемпературного теплоносителя. Поступившее в генератор 14 рабочее тело подвергается нагреву и преобразуется в перегретый пар, который поступает по трубопроводу 18 во внутреннюю полость трубки 16 и далее в емкость 7 для размещения рабочего тела. С помощью обратного клапана 22 предотвращается попадание рабочего тела по трубопроводу 18 на выход генератора 14.

Нагрев рабочего тела, расположенного в замкнутой полости, образованной стенками емкости 7, стенками соплового аппарата 9 и упорной плитой 6, осуществляют до 300-400^оС в зависимости от длины образуемой в грунте выработки и физико-механических характеристик грунта, в котором осуществляется проходка. При изохорном нагреве рабочего тела в указанной замкнутой полости повышается давление, а рабочее тело переходит в состояние парогазовой смеси - рабочего агента. Увеличение давления во внутренней полости емкости 7 приводит к появлению механических напряжений во всех узлах устройства, образующих указанную замкнутую полость, т. е. механическому воздействию подвергаются стенки емкости 7, стенки соплового аппарата 9, упорная плита 6 и узлы, соединяющие указанные детали между собой. При достижении величины давления во внутренней полости емкости 7 расчетной величины срабатывает приспособление для запуска устройства и сопловой аппарат 9 отделяется от упорной стенки 6. При отделении соплового аппарата 9 от упорной стенки 6 внутренняя полость емкости 7 сообщается через сопло 8 соплового аппарата 9 с атмосферой и происходит истечение струи рабочего агента через сопло 8 из внутренней полости емкости 7. При истечении рабочего агента из сопла 8 соплового аппарата 9 возникает реактивная сила, которая направлена в сторону, противоположную направлению истечения рабочего агента. Под действием указанной реактивной силы корпус 3 устройства начинает перемещаться по опорам 4 основания 2. После разгона устройства до расчетной скорости рабочий орган 24 внедряется в грунт и происходит перемещение в грунтовом массиве корпуса 3 совместно с рабочим органом 24. При перемещении в грунтовом массиве устройства за ним образуется скважина.

При выполнении приспособления для запуска устройства в виде управляемых захватов отделение соплового аппарата 9 от упорной стенки 6 осуществляется следующим образом.

При достижении величины давления во внутренней полости емкости 7 расчетной величины с пульта управления оператор подает сигнал на перемещение золотника гидрораспределителя 35 управления захватами, золотник перемещается и соединяет рабочую полость 34 каждого гидроцилиндра 32 с гидронасосом 36. Рабочая жидкость поступает от гидронасоса 36 в рабочую полость каждого гидроцилиндра 32 и под действием давления рабочей жидкости исполнительные элементы 31 перемещаются, освобождая сопловой аппарат 9, а вернее его фланец 28, от связи с упорной плитой 6. Следует отметить, что контроль за величиной давления во внутренней полости емкости 7 может быть осуществлен с помощью датчика давления, например манометра, установленного на пульте управления, или по температуре теплоносителя, поступающего из трубчатого теплообменника 13 в генератор 14.

При выполнении приспособления для запуска устройства в виде расположенной по периметру выходного сечения сопла 8 соплового аппарата 9 кольцевой выемки 38 отделение соплового аппарата 9 от упорной плиты 6 происходит автоматически при достижении расчетной величины давления во внутренней полости емкости 7. При достижении давления во внутренней полости емкости 7 расчетной величины напряжение в узлах соединения достигает такой величины, что происходит отрыв фланца 28 от соплового аппарата 9 по кольцевой выемке 38. Величина ослабления сечения по периметру выходного сечения сопла 8, т. е. глубина кольцевой выемки 38 определяется расчетным путем.

При выполнении приспособления для запуска устройства в виде срезных крепежных элементов отделение соплового аппарата 9 от упорной плиты 6 происходит аналогичным образом. При достижении давления во внутренней полости емкости 7 расчетной величины происходит срез шайбы 39 по ее кольцевой выемке 40 и головка болта 41 с оставшейся частью шайбы 39 проходит через отверстие во фланце 28, освобождая тем самым сопловой аппарат 9 от связи с упорной плитой 6. При данном конструктивном выполнении приспособления для запуска устройства обеспечивается возможность многократного использования соплового аппарата 9, поскольку сменным элементом является только шайба 39.

При выполнении приспособления для запуска устройства в виде размещенного между сопловым аппаратом 9 и упорной плитой 6 разрывного элемента 42 отделение соплового аппарата от упорной плиты 6 происходит по кольцевой выемке 43, по которой происходит разрыв втулки при достижении рабочего (расчетного) давления во внутренней полости емкости 7. При таком конструктивном выполнении приспособления для запуска устройства появляется возможность обеспечить более точное и надежное срабатывание приспособления, поскольку втулка с кольцевой выемкой 43 наиболее равномерно нагружена растягивающим усилием по периметру.

Для интенсификации процесса образования рабочего агента во внутренней полости емкости 7 в период запуска устройства включают насос 49 и по трубопроводу 48 и патрубку 46 во внутреннюю полость сопловой головки 47 подают интенсифицирующий парообразование компонент под давлением, превышающим давление рабочего агента во внутренней полости емкости 7. Интенсифицирующий парообразование компонент через сопловые отверстия в сопловой головке 47 поступает во внутреннюю полость емкости 7 и интенсифицирует процесс парообразования. При отделении соплового аппарата 9 от упорной плиты 6 подача интенсифицирующего преобразование компонента может быть продолжена до выхода сопловой головки 47 из внутренней полости емкости 7.

После выхода сопловой головки 47 из сопла 8 соплового аппарата 9 подачу интенсифицирующего парообразование компонента прекращают, для чего выключают насос 49. После срабатывания приспособления для запуска устройства выключают источник для подачи теплоносителя.

При выполнении направляющих основания 2 в виде кожуха 5 путь разгона устройства до заданной скорости вхождения рабочего органа 24 в грунтовый массив может быть сокращен. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что на задний торец корпуса 3 при перемещении его внутри кожуха 5 дополнительно воздействует давление рабочего агента истекшего из сопла 8 соплового аппарата 9 в замкнутую полость, образованную внутренней боковой поверхностью кожуха 5 и упорной стенкой 6. Давление рабочего агента в указанной замкнутой полости на задний торец корпуса 3 обуславливает появление дополнительной осевой силы, воздействующей на корпус 3 в направлении проходки. Указанная дополнительная сила действует на устройство только в период перемещения корпуса 3 во внутренней полости кожуха 5.

При производстве работ по образованию скважины в грунте с одновременной обсадкой ее обсадной трубой или при прокладке трубопровода под препятствием устройство работает аналогичным образом. (56) 1. Минаев В. И. Машины для строительства магистральных трубопроводов. М. : Недра, 1985, с. 254-256, рис. 3 и 62.

2. Авторское свидетельство СССР N 522759, кл. Е 21 С 37/16, 1973.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ, включающее корпус, рабочий орган, генератор для выработки рабочего агента, размещенный на заднем торце корпуса сопловой аппарат с соплом для истечения рабочего агента и основание с направляющими для размещения корпуса и с опорным приспособлением, отличающееся тем, что генератор для выработки рабочего агента выполнен в виде размещенной во внутренней полости корпуса емкости для размещения рабочего тела, расположенного во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела нагревательного элемента и соединенного с нагревательным элементом источника для подачи теплоносителя, а опорное приспособление выполнено в виде жестко соединенной с основанием упорной плиты, при этом сопловой аппарат соединен с упорной плитой посредством приспособления для запуска устройства, а нагревательный элемент жестко соединен с упорной плитой и установлен с возможностью выхода через сопло соплового аппарата при запуске устройства, причем внутренняя полость емкости для размещения рабочего тела сообщена с соплом соплового аппарата.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде электрической спирали, а источник для подачи теплоносителя выполнен в виде источника электрического тока, который посредством проводов соединен с электрической спиралью.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что упорная плита выполнена с каналами для размещения проводов.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде теплообменника, а источник для подачи теплоносителя выполнен в виде генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя, который посредством трубопроводов сообщен с теплообменником.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде трубки для подачи высокотемпературного теплоносителя во внутреннюю полость емкости для размещения рабочего тела, а источник для подачи теплоносителя выполнен в виде генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя, выход которого посредством трубопровода сообщен с внутренней полостью трубки.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен с дополнительной трубкой для отвода рабочего тела из внутренней полости емкости для размещения рабочего тела, при этом внутренняя полость дополнительной трубки посредством дополнительного трубопровода сообщена с входом генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно имеет клапан для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что клапан для предотвращения попадания рабочего тела во внутреннюю полость генератора для выработки высокотемпературного теплоносителя выполнен в виде обратного клапана.

9. Устройство по пп. 4 - 8, отличающееся тем, что генератор для выработки высокотемпературного теплоносителя выполнен в виде парогазогенератора.

10. Устройство по одному из пп. 4 - 9, отличающееся тем, что упорная плита выполнена с каналами для размещения трубопровода.

11. Устройство по одному из пп. 1 - 10, отличающееся тем, что оно имеет приспособление для подачи интенсифицирующего парообразование компонента во внутреннюю полость емкости для размещения рабочего тела.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что приспособление для подачи интенсифицирующего парообразование компонента во внутреннюю полость емкости для размещения рабочего тела выполнено в виде закрепленного одним своим концом на упорной плите патрубка с расположенной на его свободном конце сопловой головкой, при этом сопловая головка размещена во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела и установлена с возможностью ее выхода через сопло соплового аппарата при запуске устройства.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что упорная плита выполнена с каналами для подвода интенсифицирующего парообразование компонента к внутренней полости патрубка.

14. Устройство по одному из пп. 1 - 13, отличающееся тем, что сопловой аппарат выполнен с расположенным на выходе его сопла фигурным фланцем с опорной поверхностью для взаимодействия с упорной плитой.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что оно имеет уплотнительный элемент, который расположен между опорной поверхностью фланца и упорной плитой.

16. Устройство по одному из пп. 1 - 15, отличающееся тем, что приспособление для запуска устройства выполнено в виде установленных на упорной плите управляемых захватов, исполнительный элемент каждого из которых установлен с возможностью взаимодействия с сопловым аппаратом.

17. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что приспособление для запуска устройства выполнено в виде расположенной по периметру выходного сечения сопла соплового аппарата кольцевой выемки для отделения фланца от соплового аппарата по достижении рабочего давления во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела.

18. Устройство по одному из пп. 1 - 15, отличающееся тем, что приспособление для запуска устройства выполнено в виде срезных крепежных элементов для отделения соплового аппарата от упорной плиты по достижении рабочего давления во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела.

19. Устройство по одному из пп. 1 - 15, отличающееся тем, что приспособление для запуска устройства выполнено в виде размещенного между сопловым аппаратом и упорной плитой разрывного элемента, который жестко соединен своими торцами соответственно с сопловым аппаратом и упорной плитой.

20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что разрывной элемент выполнен в виде втулки с расположенной по ее периметру кольцевой выемкой для разрыва втулки по достижении рабочего давления во внутренней полости емкости для размещения рабочего тела.

21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что втулка выполнена с расположенными на ее торцах присоединительными фланцами.

22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что оно имеет уплотнительные элементы, которые размещены соответственно между фланцем втулки и упорной плитой и между фланцем втулки и сопловым аппаратом.

23. Устройство по одному из пп. 1 - 22, отличающееся тем, что сопловой аппарат соединен с корпусом посредством разъемного соединения.

24. Устройство по одному из пп. 1 - 23, отличающееся тем, что корпус выполнен с отверстием для заправки емкости для размещения рабочего тела.

25. Устройство по одному из пп. 1 - 24, отличающееся тем, что направляющие основания выполнены в виде охватывающего корпус кожуха, который жестко соединен с упорной плитой, при этом корпус установлен с возможностью осевого перемещения внутри кожуха.

26. Устройство по одному из пп. 1 - 25, отличающееся тем, что источник для подачи теплоносителя размещен на основании.

27. Устройство по одному из пп. 1 - 26, отличающееся тем, что корпус выполнен с расположенным на его переднем торце приспособлением для стыковки с задним торцом прокладываемого трубопровода.

28. Устройство по п. 27, отличающееся тем, что приспособление для стыковки корпуса с прокладываемым трубопроводом выполнено в виде кольцевого выступа на корпусе.

29. Устройство по п. 27 или 28, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен в виде наконечника с приспособлением для его стыковки с передним торцом прокладываемого трубопровода.

30. Устройство по п. 29, отличающееся тем, что приспособление для стыковки наконечника с прокладываемым трубопроводом выполнено в виде расположенного на заднем торце наконечника кольцевого выступа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7