Ударное устройство

 

(ОП ИCÀН И-:Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (") 542158

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3а явлено 30.06.75 (21) 2149056/25 (51} И. Кл.

G 01 V 1/40 е присоединением заявки № (23) Приоритет

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 05.01.77. Бюллетень ¹ 1 (45) Дата опубликования списания 26.04.77 (53) УДК

5 50.838 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Артеменко, А. И. Михайлик, В. В. Сочельников, И. В. Паличев и И. Е. Кочанов

Южное отделение Института океанологии им. П. П. Ширшова (71) Заявитель (54) УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для производства геофизических и геологоразведочных работ на дне моря.

Известны гидроударные (пневмоударные) механизмы (1), а также электрические вибраторы и вибромолоты — устройства, применяемые для погружения в донные грунты геологических керноприемных труб, свай и прочих подобных элементов. Однако применение их в конструкциях, предназначенных для погружения геофизических зондов, особенно небольшого диаметра, не позволяет создать установку малогабаритную и легкую.

Виброударные механизмы (2), обеспечивающие достаточное для погружения зонда возмущающее усилие (1000 — 1500 кг), громоздки и обладают большим весом. Другим существенным недостатком устройств (1) и (2) является наличие при их работе сильной вибрации, при погружении геофизических зондов, снабженных автономной armapaтурой и датчиками.

В качестве прототипа принято ударное устройство, содержащее цилиндр камеры высокого давления, поршень и направляющий водомет (3). С помощью известного устройства можно получить большие по амплитуде многократные импульсы гидрореактивнсй силы, применить его в качестве силового элсмецта в конструкциях, предназначенных для нагружения зондов в данный грунт. Однако такая конструкция устройства не позволяет расположить его козксиа 1bHQ относит:;lbHQ погружаемого зонда, что необходимо для уменьшения веса и габаритов установки в целом.

Цель изобретения — уменьшение габаритов и веса устройства и обеспечение симметричного при10 ложения к зонду импульса гидрореактивной силы.

Поставленная цель достигается тем, что поршень выполнен полым и установлен так, что погружаемый в грунт зонд проходит через поршень и является направляющей ударного устройства, в

15 цилиндр камеры высокого давления вмонтирован регулируемый подрывной клапан.

На фиг. 1 изображена уста вовка для погружения геофизических зондов в данные грунты, общий вид; на фиг. 2 — ударное устройство к установке.

20 На фиг. 1 — 2 приняты следующие обозначения: грузовая скоба 1, погружаемый згемент 2, зажимный патрон 3, опорная рама 4, импульсный водометный движитель 5, устройство перехвата 6, пружина 7, водометное сопло 8, цилиндр камеры вы25 еского давления 9, поршень 10, полость подрывной камеры 11, подрывной клапан 12, основная полость 13, приемная камера 14, штуцер 15, обойма 16, цанга 17, втулка 18, фланец19, кольцевой упор 20, пружина 21, каналы 22 — 24.

Установка монтируется на сварной опорной раме 4, на верхней части которой жестко закреплен зажимный патрон 3 одностороннего действия, удерживающий погружаемый элемент 2 от движения вверх относительно рамы установки при опускании ее на дно и подъеме.

Импульсный водометньй движитель 5 вместе с устройством перехвата 6 размещен коаксиально относительно погружаемого в грунт элемента 2.

Устройство перехвата своей нижней частью через переходную втулку устанавливается на опорно-возвратную пружину 7, упирающуюся в основание рамы. Импульсный водометный движитель, использующий энергию холодного сжатого газа, применен в конструкции в качестве силового элемента. С целью уменьшения габаритов и симметричного приложения импульса гидрореактивной силы к погружаемому элементу движитель выполнен коаксиальным относительно этого элемента.

Водометньй двигатель состоит из водометного сопла 8, жестко соединенного нижней частью с цилиндром камеры высокого давления 9. В корпус цилиндра вмонтирован подрывной клапан 12 и штуцер 15 для подвода сжатого газа по каналу 22 в приемную камеру14 и по каналу23 в основную

:полость 13 камеры высокого давления. Подрывной клапан по каналу 24 обеспечивает односторонний проход сжатого газа в полость подрывной камеры 11. Коаксиальньй относительно погружаемого элемента поршень 10 разоащает основную полость камеры высокого давления и полость водомета.

Цилиндр камеры высокого давления своей нижней частью прикрепляется к наружной обойме устройства перехвата.

Устройство перехвата состоит из обоймы 16 с жестко прикрепленным снизу к ней фланцем 19, лепестковой цанги 17 и переходной втулки 18 с кольцевым упором 20. Переходная втулка нижней частью опирается на опорно-возвратную пружину 21.

Погружение геофизических зондов и геологических керноприемных труб в донные грунты с помощью описанной установки производится следующим образом. С обеспечивающего судна установка грузоподъемной стрелой опускается на дно вместе с подсоединенной к камере высокого давления воздушной магистралью. Грузоподъемньй трос (фиг. 1) крепитсязагрузовуюскобу1,жестко присоединенную к верхней части погружаемого элемента 2. Зажимный патрон 3 удерживает при натяжении троса погружаемьй элемент от движения вверх относительно рамы. При натяжении грузового троса происходит заклинивание погружаемого элемента сухарями зажимного патрона 3.

После опускания установки на дно от компрессора, расположенного на обеспечивающем судне, по

542158 воздушной магисгрып подается сжатый газ. Через штуцер 15 (фиг. 2) и каналы 22 — 23 газ заполняет приемную камеру 14 и основную полость 13 камеры высокого давления. При достижении в основной полости расчетного давления (выбирается в пределах 0,7 — 0,9 Ро, где Po — максимальное давление, обеспечиваемое компрессором) происходит вскрытие подрывного клапана12, и сжатый газ через канал 24 вырывается в подрывную камеру 11.

Соотношение площадей поршня 10 в приемной и подрывной камере таково, что после вскрытия клапана 12 поршень под действием сил давления движется вниз, вскрывая основную полость и сообщая ее с водометом. Вырвавшийся из основной полости сжатый газ выбрасывает воду из направляющего сопла водомета, создавая импульсную гидрореактивную силу, действующую на наружную обойму цангов ого устройства перехвата. В первый момент воздействия импульса силы лепестковая цанга 17, опираясь через переходную втулку 18 на опорно-возвратную пружину, удерживается в исходном положении. При этом наружная обойма устройства перехвата сжимает лепестки цанги, обеспечивая предварительный захват погружаемого элемента. Затем при движении наружной обоймы вместе с движителем вниз выбирается зазор между кольцевым упором 20 и фланцем 19 и образуется зазор между верхним торцом переходной втулки и лепестками цанги. Происходит прочный захват

ЗО погружаемого элемента лепестками цанги, сжимаемыми наружной обоймой. Под действием импульса гидрореактивной силы движитель вместе с устройством перехвата и погружаемым элементом движется вниз, одновременно сжимая опорно-возз5 вратную пружину. При этом происходит задавливание погружаемого элемента в грунт. После израсходования энергии, приобретенной за счет действия гидрореактивного импульса, водометньй движитель и устройство перехвата отбрасываются пру4р жиной вверх, возвращаясь в исходное положение.

Благодаря наличию зазора между верхним торцом переходной втулки и лепестками цанги в первоначальньй момент опорно-возвратная пружина воздействует через фланец на наружную обойму

45 осв обождая от зажима лепестки цанги.

Заполнение сжатым газом камеры высокого давления движителя происходит непрерывно. Описанньй цикл работы установки повторяется по мере достижения в основной полости камеры расчетного давления, при котором происходит срабатывание подрывного клапана. Таким образом, действием многократного приложения импульса гидрореактивной силы зонд (геологическая керноприемная труба) погружается в донные грунты.

Извлечение погружаемого элемента из грунта и подъем установки на обеспечивающее судно производится грузоподъемной стрелой.

Разработанная в Южном отделении Института океанологии АН СССР опытная установка обеспе60 чивает погружение зонда с датчиками температуры в морские донные грунты на глубину до 8 — 10 м. В настоящее время для этих целей используется подводный вибробур весом 1200кг, высота опорной рамы которого больше необходимой глубины погружения зонда. Технические параметры разработанной установки для производства геотермических исследований: вес — 140 кг, габаритные размеры

1500х800х800мм. В конструкции применен импульсный водометный движитель с объемом камеры высокого давления 1,5 л и рабочим давлением

150 атм. Применение установки для исследований в прибрежной зоне и на шельфе дает значительный экономический эффект.

Формула изобреreния

1. Ударное устройство к установке для погружения геофизических зондов в донные грунты, содержащее цилиндр камеры высокого давления, поршень и направляющий водомет, о т л и ч а ю542158 щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса устройства и обеспечения симметричного приложения к зонду импульса гидрореактивной силы, поршень выполнен полым и установлен так, что погружаемый в грунт зонд проходит через поршень и является направляющей ударного устройства.

2. Ударное устройство по и. 1, о т л ичающее ся тем, что в цилиндр камеры высокого давления вмонтирован регулируемый подрывной клапан.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство N 250816, кл. Е 21 с 3/24, 28.08. 1969.

2. Авторское свидетельство N 240539, кл. Е 02 d 7/10, 19.08. 1969.

3. Куликов С. В. Храмкин М. Ф. Водометные о движители, "Судостроение", О., 1970. стр. 45 (прототип) .