Устройство для очистки труб, забитых вертикально открытым торцом в грунт

 

Использование: очистка забитых вертикально в грунт открытым торцом труб различного назначения. Сущность изобретения: устройство для очистки труб, забитых вертикально в грунт открытым торцом, содержит ударный узел с рабочим органом. Последний выполнен в виде обечайки с торцевым окном и радиальными выступами на внутренней поверхности в передней части. Устройство имеет фланец с каналом, прикрепленным к корпусу ударного узла и к обечайке. Канал фланца соединен с пневмомагистралью, а радиальные выступы на внутренней поверхности обечайки выполнены с обратным конусом. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технологии строительных работ и может быть использовано для очистки забитых вертикально в грунт открытым торцом труб различного назначения.

Широко известны различные грунтозаборники, выполненные в виде грейферов, осуществляющих отбор грунта из забитой в грунт трубы с открытым торцом. Они извлекаются с помощью лебедки с тросом, которая устанавливается над трубой. Так известно устройство по авт.свид. N 1120069. Оно содержит трубчатой формы емкость и соединенный с ней ударный механизм для погружения в грунт. Емкость со стороны приема грунта снабжена свободно поворотной заслонкой, а ударный механизм закреплен на внутренней стенке емкости.

При использовании этого устройства для очистки вертикаль но забитых в грунт труб оно имеет следующие недостатки: а) происходит заклинивание емкости в трубе при ее подъеме. Дело в том, что частицы грунта, а иногда и твердые включения попадают между стенками грунтозаборника и трубы при движении вниз или вверх, что и является причиной заклинивания; б) грунт из грунтозаборника частично осыпается в скважину; в) сложная конструкция, т.к. необходим специальный механизм-заслонка, которая при эксплуатации иногда заклинивается грунтом.

Известно устройство по авт.свид. N 910927, содержащее пневмопробойник (ударный узел) и закрепленный в передней его части грунтозаборник цилиндрической формы. В передней части он выполнен с кольцевым выступом большего диаметра, чем ударный узел. При внедрении в массив грунтозаборник набирает внутрь грунт. При извлечении из массива грунт, находящийся в грунтозаборнике, за счет сил трения удерживается его стенкам и. Для обеспечения этого осуществляют переуплотнение грунта, что приводит к дополнительной трате времени. Однако при подъеме грунтозаборника большой объем гpунта оcыпаетcя.

Недостатком рассматриваемого устройства является сложность очистки грунтозаборника при извлечении на поверхность от уплотненного в нем грунта.

Наиболее близким аналогом по технической сущности (прототипом) является устройство для извлечения керна из колонковой трубы по авт.свид.N 905423, содержащее реверсивный пневмоударный механизм с полым корпусом, колонковую трубу с переходником, соединяющим колонковую трубу с ударным механизмом. В переходнике выполнен канал, сообщающий полости корпуса пневмоударного механизма и колонковой трубы, при этом кран в одном из положений перекрывает канал, а в другом -сообщает полость колонковой трубы с атмосферой.

Недостатками известного устройства являются: a) невозможность полной очистки трубы; б) невозможность одновременной работы ударного узла с очисткой, т. к. сжатый воздух из камеры обратного хода по каналу переходника удаляется в полость колонковой трубы (нет воздуха для заброса вверх ударника); в) воздушный поток действует на небольшое сечение керна; 2) объем камеры в колонковой трубе постоянно возрастает по мере движения керна, в то время как объем камеры обратного хода по терминологии авторов полости ударного механизма) постоянен, что, в конечном счете, приводит к нестабильности работы устройства, т.к. ударник может не сместиться вверх, что исключит поступление сжатого воздуха в колонковую камеру.

Целью предлагаемого устройства является повышение производительности процесса.

Это достигается за счет того, что в устройство, содержащее ударный узел с рабочим органом, выполненным в виде обечайки с торцевым окном, фланец с каналом, прикрепленный к корпусу ударного узла и к обечайке, и пневмосистему, снабжено установленными вдоль обечайки на ее внутренней поверхности радиальными выступами для удержания и уплотнения грунта в обечайке. Такое выполнение устройства обеспечит повышение производительности процесса, т.к. позволит больший объем грунта извлечь на поверхность при каждом его заборе.

Целесообразно радиальные выступы выполнять с обратным конусом. Такое выполнение конструкции позволит более надежно удалить грунтовый керн из рабочего органа, т.к. обеспечивается локальный пережим керна в передней его части, что обеспечивает герметизацию грунтовой камеры, а следовательно, обеспечивается лучшее воздействие сжатого воздуха на керн при разгрузке, что способствует повышению скорости разгрузки, а, значит и повышению производительности.

Целесообразно радиальные выступы выполнять в виде разнесенных друг от друга продольно закрепленных полос. Такое выполнение конструкции обеспечивает локальное уплотнение грунта в передней части устройства, т.е. уменьшает вероятность обрушения грунта из устройства при его извлечении из трубы.

Целесообразно каждую полосу выполнять в виде двух наклонных поверхностей, одна из которых наклонена к хвостовой части, а другая к передней. Такое выполнение устройства позволяет надежнее удалить грунтовый керн из рабочего органа, т. к. это способствует локанизационного пережима грунтового керна в передней части устройства.

Целесообразно в обечайке впереди радиальных выступов выполнять продольные пазы, разнесенные по окружности. Такое выполнение конструкции устройства исключает вопрос керна из рабочего органа в конце процесса разгрузки, что повышает безопасность проведения работ.

Целесообразно продольные пазы выполнять переменного сечения. Такое выполнение конструкции позволяет управлять процессом очистки рабочего органа от грунта в конце операции.

Целесообразно канал во фланце выполнять под углом к продольной и поперечной осям (по винтовой линии), а выступы выполнять наклонными. Такое выполнение конструкции позволяет полностью очистить рабочий орган от грунта за счет направления струи по винтовой линии, что позволит при следующем заборе извлечь большее его количество и таким образом повысить производительность процесса.

Принцип работы устройства для очистки трубы иллюстрируется следующими чертежами.

На фиг. 1 показано устройство, размещенное в очищаемой трубе; на фиг. 2 устройство, у которого обечайка выполнена с продольно закрепленными выступами, имеющими обратный конус; на фиг. 3 устройство с продольными пазами и подвижной герметизирующим ободом, наклоненным под углом к продольной и поперечной осям; на фиг. 5 устройство с наклонными к продольной оси каналом и выступами; на фиг. 4 устройство с пазами переменного сечения и каналами, наклоненными к оси.

Устройство состоит из ударного узла 4 например, пневмопробойника, на корпусе которого закреплен рабочий орган 2 (фиг. 1).

Рабочий орган 2 состоит из обечайки 5 с торцевым окном и радиальными выступами 7 на внутренней ее поверхности в передней части обечайки 5, фланца 12 с каналом 13, сообщенным магистралью 9 через вентиль 14 с пневмосетью. Обечайка 5, фланец 12 и корпус ударного узла 4 закреплены между собой. Выступы 7 могут быть кольцевой формы с обратным конусом 15 (фиг. 1) или разнесены друг от друга в виде продольно закрепленных полос 16 (фиг. 2, 4, 5). При этом каждая из полос 16 может быть выполнена в виде двух наклонных поверхностей 17, 18, одна из которых наклонена к хвостовой части, а другая к передней. В передней части обечайки 5 имеются продольные пазы 10 (фиг. 3). Они могут быть одного сечения (фиг. 3) или с переменным сечением (фиг. 4). В последнем случае большее сечение размещено ближе к передней части рабочего органа 2. Канал 13 во фланце 12 может быть выполнен соосно продольной оси (фиг. 1), либо наклоненным под углом (фиг. 4, 5) к продольной и поперечной осям (по винтовой линии), а выступы 16 могут быть выполнены наклонными (фиг. 5). Позицией 8 обозначен трос (фиг. 1) для извлечения рабочего органа 2 из забитой в грунт трубы 1. Позицией 6 обозначена внутренняя полость обечайки 5.

Принцип работы предлагаемого устройства.

Опускают на троc 8 рабочий орган 2 с ударным узлом 4 в трубу 1, забитую открытым торцом в грунт, до соприкосновения переднего торца обечайки 5 с грунтовым керном 3. Затем подают сжатый воздух в ударный узел 4 - пневмопробойник, который создает ударные импульсы, направленные на забой. Под действием этих импульсов рабочий орган 2 внедряется в забой. Силы отдачи, возникающие при работе устройства, компенсируются его массой.

По мере внедрения рабочего органа 2 грунт поступает в полость 6, при этом происходит герметизация входного отверстия обечайки 5 за счет уплотнения грунта.

После набора грунта осуществляют подъем рабочего органа 2 с ударным узлом 4 и грунтом, находящимся в полости 6. Подъем осуществляют лебедкой (на чертежах не показана), которая посредством троса 8 соединена с устройством. Грунт из полости 6 обечайки 5 не обрушается, т.к. сила трения между грунтом и стенкой обечайки 5 способствуют его удержанию.

После извлечения устройства из трубы 1 подают сжатый воздух по магистрали 9, для чего открывают вентиль 14. Сжатый воздух заполняет весь объем между фланцем 12 и грунтом и воздействует на всю его поверхность. Создаваемое усилие выталкивает грунт из обечайки 5. При движении грунта через зауженную часть 7 обечайки 5 происходит локальное уплотнение грунта, что предотвращает утечку сжатого воздуха из полости 6 в атмосферу. Сужающий выcтуп 7 может быть выполнен из продольных полос 16, закрепленных на внутренней поверхности обечайки 5 (фиг. 3, 4). При таком выполнении конструкции для обеспечения такого же уплотнения грунта, что и при кольцевом выступе 7 (фиг. 1), выступы должны иметь большую высоту, что обеспечит более глубокое воздействие на грунт. При выполнении выступов 7, 16 с обратными конусами 15, 16, 19 (фиг. 1, 2, 4) будет более плавное воздействие на грунт, что исключит разрыв керна.

Для исключения резкого выброса грунта из обечайки 5 впереди выступов на внутренней поверхности размещены продольные пазы 10 (фиг. 3, 4). По мере подхода заднего торца грунтового керна через эти пазы произойдет выхлоп сжатого воздуха из полости 6. При этом пазы 10 могут иметь переменное сечение (фиг. 4), что позволяет управлять выхлопом. При выхлопе воздуха через пазы 10 сила воздействия сжатого воздуха на керн будет уменьшаться. С другой стороны поверхность обечайки 5, находящаяся впереди пазов 10, будет тормозить керн. Подбирая длину передней части обечайки 5 и сечение пазов 10, можно ограничить скорость выталкивания грунта из обечайки 5, что повысит безопасность проведения работ.

При проходке в неоднородных грунтах с неуплотняемыми включениями (щебень, галька) не исключено образование пор, через которые сжатый воздух будет удаляться из полости 6 в атмосферу. В этом случае в полости 6 будет малое давление сжатого воздуха, что затруднит удаление грунта. Для предотвращения этого в обечайке 6 устанавливается оболочка 11, имеющая возможность свободного перемещения вдоль продольной оси. В качестве оболочки 11 может использоваться резиновое кольцо.

Основное требование к оболочке 11 быть воздухонепроницаемой. В начале оболочка 11 опирается на выступ 7 или 16. По мере заполнения полости 6 грунтом оболочка 11 поднимается вверх, доходя до передней части ударного узла 4. После подачи сжатого воздуха по каналу 13 оболочка 11 сжатым воздухом прижимается к верхней поверхности грунтового керна, находящегося в обечайке 5. В результате произойдет герметизация.

Применение предлагаемого способа и устройства для очистки трубы, забитой вертикально в грунт, позволяет повысить производительность процесса и использовать сравнительно простое оборудование. Это достигается за счет того, что очистка рабочего органа от грунта осуществляется сжатым воздухом. Эта операция осуществляется быстро, сжатый воздух фактически заменяет механическую систему, используемую в настоящее время для выполнения этой операции.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки труб, забитых вертикально открытым торцом в грунт, содержащее ударный узел с рабочим органом, выполненным в виде обечайки с торцевым окном, фланец с каналом, прикрепленный к корпусу ударного узла и к обечайке, и пневмосистему, отличающееся тем, что oно снабжено установленными вдоль обечайки на ее внутренней поверхности радиальными выступами для удержания и уплотнения грунта в обечайке, а канал фланца соединен с пневмосистемой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальные выступы выполнены с обратным конусом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальные выступы выполнены в виде разнесенных друг от друга продольно закрепленных волос.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждая полоса выполнена в виде двух наклонных поверхностей, одна из которых наклонена к хвостовой части, а другая к передней.

5. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что в обечайке впереди радиальных выступов выполнены продольные пазы, разнесенные по окружности.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что продольные пазы выполнены переменного сечения.

7. Устройство по пп.1 6, отличающееся тем, что канал во фланце выполнен под углом к продольной и поперечной осям (по винтовой линии), а выступы выполнены наклонными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5