Устройство для раскатки скважин

 

Изобретение относится к устройствам для бестраншейной проходки скважин методом раскатки и может быть использовано при прокладке подземных коммуникаций. Устройство содержит приводной вал с последовательно развернутыми и эксцентрично установленными относительно оси вращения цилиндрическими катками, выполненными в виде дисков, на боковых поверхностях которых установлены вращающиеся ободья. Продольная ось каждого из катков образует с осью вращения угол, значение которого определяется выражением ϕ_I = arcsin[р/2(d_i+2ε_i)], где р - практический шаг винтовой линии, d_i, ε_i - значения диаметра и эксцентриситета катка соответственно. Изобретение обеспечивает высокую производительность и снижение энергетических затрат при проходке скважин. 5 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для бестраншейной проходки скважин методом раскатки и может быть использовано при прокладке подземных коммуникаций.

Известно устройство (см., например: Свирщевский В.К. Проходка скважин в грунте способом раскатки. - Новосибирск, 1982. - с.24-27) для бестраншейной проходки скважин, содержащее приводной вал с последовательно развернутыми вокруг его оси эксцентриковыми шейками, на которых установлены вращающиеся относительно друг друга конические и цилиндрические реверсивные катки, причем значения величин эксцентриситета шеек вала, средних диаметров катков и углов наклона продольных осей катков к оси устройства закономерно изменяются по длине вала.

При вращении вала известного устройства катки последнего, обкатываясь по своим забоям, формируют стенки скважины и одновременно, перемещаясь по винтовой линии за счет разворота осей катков относительно оси скважины, обеспечивают прямую продольную подачу (ввинчивание) устройства в скважину. При реверсировании вала известное устройство выходит (вывинчивается) из скважины.

Для обеспечения эффективной самоподачи устройства в скважине значение шага винтовой линии, определяющего скорость проходки и производительность устройства, должно быть одинаковым и пропорциональным диаметру катков по всей длине устройства. Для конических катков указанное условие практически невыполнимо, и фактическое значение шага каждого из катков непостоянно по длине последних. Как следствие, при работе известного устройства катки проскальзывают относительно стенок скважины, что приводит к ослаблению (вплоть до исчезновения) эффекта самоподачи устройства и, в конечном счете, снижению производительности проходки и кпд устройства.

В устройстве по а.с. SU №1765313, МПК E 02 F 5/18, 1992 г. с целью снижения указанных выше недостатков каждый конический каток разделен на ряд конических секций, установленных на одной эксцентриковой шейке с возможностью их раздельного вращения относительно вала, при этом для обеспечения расчетного значения шага подачи продольная ось каждой из секций наклонена к продольной оси устройства на угол, обратно пропорциональный среднему диаметру секции.

Разделение каждого катка на отдельные, автономно работающие секции позволило выровнять неоднородность расчетного шага по длине катков и за счет этого снизить скольжение последних, однако полученный положительный эффект незначителен.

Кроме того, наличие дополнительных зазоров между секциями катков известных устройств требует разработки специальных уплотнительных элементов, исключающих попадание грунта в зазоры, что усложняет конструкцию и снижает технологичность изделия.

Задачами настоящего изобретения являются увеличение производительности и кпд устройства для раскатки скважин при одновременном упрощении конструкции и повышении технологичности последнего.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в устройстве для раскатки скважин, состоящем из приводного вала с последовательно развернутыми вокруг его оси, эксцентрично установленными относительно оси вращения цилиндрическими катками, продольные оси которых расположены под углом к оси вала, катки содержат ободья, установленные с возможностью вращения на их боковых поверхностях, а угол наклона продольных осей катков к оси вала равен ϕ_i=arcsin[р/2(d_i+2ε_i)], где р - практический шаг винтовой линии, d_i и ε_i, - значения диаметра и эксцентриситета катка соответственно.

Катки жестко установлены на приводном валу. Ободья имеют толщину не менее величины шага винтовой линии и снабжены концентраторами напряжений, выполненными, например, в виде кольцевых, продольных ребер, или в виде ребер, расположенных под углом к образующей цилиндра.

На фиг.1 изображен общий вид заявляемого устройства.

На фиг.2 - продольный разрез схематичного изображения одного из дисков.

Устройство содержит вал 1 с катками, каждый из которых включает диск 2, обод 3, подшипник 4.

Устройство работает следующим образом.

Приводной вал 1 устройства для раскатки скважин приводится в действие (вращение) любым известным движителем, например, электродвигателем (не показан).

При вращении вала 1 катки, обкатываясь ободьями 3 по своим забоям, формируют стенку скважины, а само устройство ввинчивается в скважину.

В заявляемом устройстве практический шаг винтовой линии, заданный соотношением между диаметрами и углами наклона осей катков к оси вращения, одинаков для всех катков по всей длине устройства. Вследствие постоянства шага стенки скважины при самоподаче устройства не сминаются, и устройство эффективно, без проскальзывания ввинчивается в скважину.

Наличие на боковых поверхностях катков вращающихся ободьев усиливает эффект самоподачи, так как последние обеспечивают четкую, физическую фиксацию винтовой линии непосредственно на стенках скважины.

Уменьшение величины проскальзывания, достигнутое в заявляемом объекте, обуславливает, в свою очередь, увеличение скорости самоподачи и, соответственно, производительности устройства, и снижение непроизводительных затрат энергии.

Кроме того, выполнение катков в виде дисков позволяет отказаться от использования эксцентрикового вала, что упрощает конструкцию и повышает технологичность изделия.

Формула изобретения

1. Устройство для раскатки скважин, состоящее из приводного вала с последовательно развернутыми вокруг его оси и эксцентрично установленными относительно оси вращения цилиндрическими катками, продольные оси которых расположены под углом к оси вала, отличающееся тем, что катки содержат ободья, установленные с возможностью вращения на их боковых поверхностях, при этом для каждого катка угол наклона его продольной оси к оси вала равен

ϕ_i = arcsin[р/2(d_i+2ε_i)],

где р - практический шаг винтовой линии;

d_i и ε_i - диаметр и эксцентриситет катка соответственно.

2. Устройство для раскатки скважин по п.1, отличающееся тем, что толщина каждого обода не менее величины практического шага винтовой линии.

3. Устройство для раскатки скважин по п.1, отличающееся тем, что ободья снабжены концентраторами напряжений.

4. Устройство для раскатки скважин по п.3, отличающееся тем, что концентраторы выполнены в виде кольцевых ребер.

5. Устройство для раскатки скважин по п.3, отличающееся тем, что концентраторы выполнены в виде продольных ребер.

6. Устройство для раскатки скважин по п.3, отличающееся тем, что концентраторы выполнены в виде ребер, расположенных под углом к образующей цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2