PL245000B1 - Wiertniczy zespół pilotażowy - Google Patents

Abstract

Wiertniczy zespół pilotażowy do wykonywania przecisku pilotażowego, jako pierwszego etapu przewiertu z gwarantowanym spadkiem grawitacyjnym w technologii bezwykopowej, wyposażony w zespół nawigacji optycznej składający się z teodolitu wyposażonego w minikamerę, rejestrującą obraz tarczy LED, głowicę pilotażową i zespół żerdzi pilotażowych, z których pierwsza żerdź połączona jest z głowicą, a ostatnia żerdź mocowana jest  do urządzenia wiertniczego charakteryzuje się tym, że głowica pilotażowa (8) połączona jest z żerdzią pilotażową mająca postać dwóch rur o różnej średnicy, połączonych ze sobą w układzie współosiowym, przy czym wewnątrz rury zasadniczej - zewnętrznej (1) umieszczona jest rura wewnętrzna (2) połączona jednym końcem z tuleją uszczelniającą męską (5), a drugim końcem z tuleją przepływową żeńską (6), połączoną nierozłącznie ze zwornikiem z gwintem zewnętrznym (4) rury zasadniczej - zewnętrznej (1), mającą na jednym końcu osadzony zwornik z gwintem wewnętrznym (3), a na drugim końcu zwornik z gwintem zewnętrznym (4).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wiertniczy zespół pilotażowy opracowany, przeznaczony do wykonywania w gruncie przecisków pilotażowych, zwłaszcza w technologii bezwykopowej, dla podziemnych przewodów odprowadzających lub zaopatrujących bez naruszania nawierzchni nad miejscem instalacji. Najczęściej technologie bezwykopowe wykorzystuje się do budowy kanalizacji sanitarnej, deszczowej, na terenach o rozbudowanej infrastrukturze naziemnej, pod przeszkodami terenowymi typu nasypy kolejowe, drogi, autostrady, fundamenty budynków, a także w trudnych warunkach skalistego podłoża lub podczas prowadzenia prac na dużych głębokościach.

Dotychczas znane są różne konstrukcje urządzeń wiertniczych do wykonywania specjalistycznych odwiertów, wyposażone w uchwyty napędzane, w których mocowane są żerdzie wiertnicze połączone ze sobą za pomocą połączenia gwintowego. Żerdzie, zwłaszcza wiertnicze łączone ze sobą poprzez wkręcenie za pomocą połączenia gwintowego lub mufy łączącej, sprzęgającej, jednakże oba tego typu połączenia obarczone są ryzykiem nieumyślnego rozłączenia na skutek ruchu obrotowego lub obrotowo - udarowego w kierunku zwolnienia połączenia gwintowego. Chcąc uniknąć powyższych niedogodności zwolnienia połączenia gwintowego stosuje się elementy ryglujące lub blokujące, co przedstawiono w europejskim opisie EP0587131, gdzie pomiędzy obwodem zewnętrznym łączonych elementów żerdziowych i wewnętrznym obwodem mufy łączącej stosuje się dużą liczbę elementów ryglujących lub zaciskowych.

Znana żerdź wiertnicza przedstawiona w PL120404 stanowi jednolity element wykonywany najczęściej o długości od 3 do 4 m ze stali konstrukcyjnej stopowej do nawęglania, posiadający w przekroju kształt sześciokąta lub okrągły z otworem w środku dla przepłuczki wodnej. Jeden koniec żerdzi zakończony chwytem połączony jest w czasie pracy z wiertarką, a drugi koniec zaopatrzony w gwint np. falisty zewnętrzny połączony jest z koronką wiertniczą. Charakterystyczne dla gwintu falistego, znanego np. z normy ISO nr 1719 z 1974 r. jest to, że odpowiadające sobie promienie tworzące zarys gwintu śruby i nakrętki leżą na tych samych prostopadłych do osi gwintu, co powoduje, że połączenie ma styk liniowy a w przekroju przez połączenie gwintowe uwidacznia się to jako styk punktowy. Ponieważ po pewnym okresie pracy wskutek zbicia powierzchni czołowej gwintowego końca żerdzi następuje przekazywanie energii udarowej poprzez połączenie gwintowe, liniowy styk przy poru przyczynia się do szybkiego zużycia gwintu żerdzi a tym samym do przedwczesnego zużycia całej żerdzi.

Z polskiego opisu wzoru użytkowego 64956 znany jest zespół żerdzi wiertniczej, w którym żerdź jednym końcem mocowana jest w uchwycie urządzenia wiertniczego z wykorzystaniem zabieraka. Na odcinku osadzonym w uchwycie urządzenia wiertniczego żerdź ma obwodowy rowek, w których w każdym osadzony jest rozcięty na całej swojej długości sprężysty pierścień zabezpieczający, w taki sposób, że obydwie obwodowe krawędzie pierścienia zlokalizowane są pomiędzy krawędziami obwodowego rowka, a na odcinku otworu w zabieraku odpowiadającym położeniem pierścieniowi zabezpieczającemu wykonane jest podtoczenie z nim współpracujące. Powyższe rozwiązanie pozwala na zastąpieniu stopki blokującej wysuw żerdzi z zabieraka za pomocą pierścienia zabezpieczającego.

Z opisu WO02079603 znany jest system łączenia automatycznego żerdzi dla utworzenia przewodu rurowego, w którym na obwodzie żerdzi umieszcza się znaczniki umożliwiające określenie obrotowego położenia żerdzi. Powyższy system służy do poziomego posuwu przewodu rurowego pod ziemią, zawierającego napęd i wał napędowy do przenoszenia siły napędowej do żerdzi wiertniczej połączonej śrubowo, przy czym wał napędowy jest zamontowany w sposób, który umożliwia przesuwać go osiowo między dwoma położeniami końcowymi, aby skompensować przesunięcie osiowe podczas skręcania lub odkręcania pręta. Ponadto co najmniej jeden detektor lub czujnik jest umieszczony w obszarze wału napędowego, a wał napędowy wzbudza detektor po osiągnięciu co najmniej jednej określonej pozycji.

Z japońskiego opisu JP2001041213 znana jest konstrukcja żerdzi, w której dwie rury o tej samej średnicy połączone są ze sobą w układzie współosiowym tak, że ich powierzchnie końcowe zwrócone są do siebie, natomiast połączone są za pomocą rdzenia łączącego, którego końce umieszczone są wewnątrz obu rur, przy czym pomiędzy rdzeniem łączącym, pierwszą i drugą rurą znajdują się podkładki.

Ponadto z innego polskiego opisu patentowego PL192295 znany jest zespół wiertniczy wyposażony w żerdź wiertniczą i uchwyt, w którym żerdź wiertnicza ma wiele powierzchni czołowych, przeciwległe końce i mającą pierwszą część w pobliżu jednego z przeciwległych końców, pośrednią część oddaloną od tej pierwszej części oraz pierwszą część przejściową pomiędzy pierwszą częścią i pośrednią częścią łączącą jej pierwszą część i pośrednią część, przy czym pierwsza część żerdzi wiertniczej ma pierwsze ukierunkowanie powierzchni czołowych, a pośrednia część żerdzi ma drugie ukierunkowanie powierzchni czołowych, a chwyt jest sprzęgnięty z częścią przejściową żerdzi wiertniczej do mocowania żerdzi wiertniczej charakteryzuje się tym, że sprzęgnięta z chwytem pierwsza część przejściowa żerdzi wiertniczej ma skręcone ukierunkowanie powierzchni czołowych o ogólnie stałym skręcie powierzchni czołowych od pierwszego ukierunkowania pierwszej części do drugiego ukierunkowania pośredniej części. Korzystnie chwyt ma środkowy otwór z wieloma wybraniami, przy czym wybrania odpowiadają powierzchniom czołowym żerdzi wiertniczej.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego wzoru użytkowego W.128089 znany jest zestaw wiertniczy składający się z żerdzi, łącznika, koronki i wałka zdawczego, przy czym koronka składa się z korpusu, w którym w otworach rozmieszczone są węgliki w taki sposób, że kąt pomiędzy węglikami zawiera się w przedziale 25-60 stopni, a kąt pomiędzy osią węglika, a osią korpusu zawiera się w przedziale 30-40 stopni, przy czym kąt wierzchołkowy części roboczej węglika jest paraboliczny lub zawiera się w przedziale 50-90 stopni, dodatkowo w korpusie zastosowano gwint NP11 i o skoku 13-15. Powyższe rozwiązanie pozwala na uzyskanie korzystnego rozdrobnienia zawiesin podczas wiercenia, tym samym lepsze ich odprowadzenie.

Podstawowym wymogiem, jaki musi być spełniony chcąc uzyskać dokładny przecisk pilotażowy jest śledzenie pozycji głowicy wiertniczej na całej długości wymaganej trasy przewiertu, której dokładność lokalizowania zależy od użytych metod optycznych np. z wykorzystaniem kamer lub techniki laserowej, które muszą mieć odpowiednią dokładność pomiaru nachylenia (dla spadku i wznoszenia) oraz orientacji kołowej (położenie podłużnej osi głowicy wiertniczej jest określane na zasadzie tarczy zegara), zapewniającej operatorowi dokładną informację o ustawieniu głowicy wiertniczej pod ziemią.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie ulepszonej konstrukcji wiertniczego zespołu pilotażowego, poprzez zastosowanie technicznie nowego rozwiązania przepływu płuczki pomiędzy rurą zasadniczą zewnętrzną, a rurą wewnętrzną oraz przepływu płuczki w głowicy, przy wykorzystaniu odpowiednich systemów uszczelnień i specjalnych połączeń gwintowanych pomiędzy poszczególnymi żerdziami.

Wiertniczy zespół pilotażowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że głowica pilotażowa połączona jest z żerdzią pilotażową mająca postać dwóch rur o różnej średnicy, połączonych ze sobą w układzie współosiowym, przy czym wewnątrz rury zasadniczej - zewnętrznej umieszczona jest rura wewnętrzna połączona jednym końcem z tuleją uszczelniającą męską, a drugim końcem z tuleją przepływową żeńską, połączoną nierozłącznie ze zwornikiem z gwintem zewnętrznym rury zasadniczej zewnętrznej, mającą na jednym końcu osadzony zwornik z gwintem wewnętrznym, a na drugim końcu zwornik z gwintem zewnętrznym.

Korzystnie w wiertniczym zespole pilotażowym według wynalazku wewnątrz głowicy pilotażowej umieszczona jest ślepa tuleja mocująca tarczę LED za pomocą kołka ustalającego.

Korzystnie w wiertniczym zespole pilotażowym według wynalazku rura wewnętrzna na zewnętrznej powierzchni posiada trwale przymocowane wkładki centrujące.

Korzystnie w wiertniczym zespole pilotażowym według wynalazku tuleja uszczelniająca męska ma na obwodzie nacięcia w postaci rowków pod uszczelki, korzystnie okrągłe.

Korzystnie w wiertniczym zespole pilotażowym według wynalazku tuleja przepływowa żeńska ma na zewnętrznej powierzchni wykonane wzdłużnie nacięcia w postaci kanałów.

Korzystnie w wiertniczym zespole pilotażowym według wynalazku zwornik z gwintem wewnętrznym i zwornik z gwintem zewnętrznym, wyposażone są w gwint dwuzwojowy, stożkowy.

Korzystnie w wiertniczym zespole pilotażowym według wynalazku ślepa tuleja posiada nacięcia w postaci kanałów umieszczonych wzdłużnie na powierzchni zewnętrznej dla przepływu płuczki oraz na zewnętrznej powierzchni dna tulei.

Korzystnie w wiertniczym zespole pilotażowym według wynalazku na dnie tulei znajdują się kanały wykonane koncentrycznie i promieniowo lub jako jedna przestrzeń wypełniona płuczką.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zwiększony zasięg wykonywania przecisku pilotażowego w stosunku do obecnie znanych, chłodzenia rury zewnętrznej i głowicy, ponadto istnieje możliwość współpracy z innymi wiertnicami przystosowanymi do sterowania teleoptycznego pozwalającego na zachowanie dokładności przecisku pilotażowego, przy pokonaniu dużych odległości. Korzystnym skutkiem rozwiązania według wynalazku jest ograniczenie błędów, na całej długości przecisku, oraz możliwość wykonania go o dowolnym spadku z zachowaniem wymaganej precyzji. Korzystnym skutkiem wynalazku jest mniejsza waga żerdzi, oszczędność czasu podczas montażu i demontażu, stały, niezawężony prześwit ułatwiający precyzyjne śledzenia pozycji świateł LED na całej długości trasy przecisku z wykorzystaniem metod teleoptycznych w postaci kamer lub techniki laserowej, zapewniającej operatorowi dokładną informację o ustawieniu głowicy pilotażowej pod ziemią. Ponadto mniejsza średnica żerdzi, w stosunku do obecnie stosowanych, zmniejsza opory podczas wykonywania przecisków pilotażowych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na przykładowym rysunku, który przedstawia przekrój podłużny i przekroje poprzeczne głowicy pilotażowej połączonej z żerdziami.

Wiertniczy zespół pilotażowy według przykładowej realizacji wynalazku wyposażony jest w głowicę pilotażową (8) ze skośnym ścięciem, z którą skręcona jest żerdź pilotażowa mająca postać dwóch rur, którą stanowi: rura zewnętrzna (1) oraz rura wewnętrzna (2), przy czym rura zewnętrzna (1) ma na końcach osadzone dwa zworniki, zwornik z gwintem wewnętrznym (3) i zwornik z gwintem zewnętrznym (4), gwinty są dwuzwojowe, stożkowe, rura wewnętrzna (2) połączona jest nierozłącznie z tuleją uszczelniająca (5) i tuleją przepływową (6). Rura wewnętrzna (2) ma przyspawane na zewnątrz wkładki centrujące (7). Tuleja uszczelniająca (5) ma na obwodzie nacięte rowki pod uszczelki okrągłe (10), natomiast tuleja przepływowa (6) ma na zewnętrznej powierzchni wykonane wzdłużnie nacięcia w postaci kanałów (11). Wewnątrz głowicy pilotażowej (8) umieszczona jest ślepa tuleja (9) mocująca tarczę LED (12) za pomocą kołka ustalającego (13), przy czym ślepa tuleja (9) posiada umieszczone wzdłużnie na powierzchni zewnętrznej kanały (11) i kanały (11) umieszczone na dnie wykonane koncentrycznie i promieniowo, służące do przepływu płuczki.

Metoda wykonywania przewiertu z gwarantowanym spadkiem grawitacyjnym pod kontrolą teleoptyczną

Etap I

W pierwszej kolejności wykonuje się przecisk pilotażowy ze spadkiem zgodnym z dokumentacją projektową, który odwzorowuje oś zainstalowanej w dalszych etapach rury przewodowej. Ustawia się wiertnicę na fundamencie ze spadkiem przy użyciu teodolitu, na którym umieszczona jest kamera, wyświetlająca na monitorze obraz widoczny w okularze. W głowicy pilotażowej (8) umieszcza się tarczę LED (12) i wtłacza się ją w grunt jednocześnie kręcąc przy pomocy żerdzi pilotażowych. Dopóki widoczne są wszystkie punkty, przecisk wykonywany jest po osiowo, gdy punkty świetlne zaczynają się przemieszczać wówczas oznacza to, że przecisk schodzi z osi i należy dokonać korekty. W tym celu bez kręcenia tylko poosiowo wtłacza się żerdzie ustawiając ścięcie głowicy przeciwnie do kierunku schodzenia z osi. Z uwagi na to, że żerdzie pilotażowe wtłaczane są w grunt z ogromną siłą (ok. 150-400 kN) to powstałe tarcie wywołuje wzrost temperatury głowicy i żerdzi, w konsekwencji ruchy konwekcyjne powietrza w rurze rozmywające obraz na monitorze. W tradycyjnych rozwiązaniach chcąc zmniejszyć tarcie, podaje się płuczkę smarującą małą rurką wewnętrzną, która przy większych długościach przecisku przysłania obraz na monitorze. W rozwiązaniu według wynalazku płuczkę podaje się między rurami.

Etap II

Po wykonaniu pilota do żerdzi pilotażowych przykręca się i wtłacza trój-ramienny prowadnik rurowy a za nim segmentowe rury obsadowe. Grunt który napłynie do prowadnika transportem ślimakowym odprowadzany jest do komory startowej z wiertnicą. Żerdzie pilotażowe wypycha się do komory odbiorczej.

Etap III

Instalowanie rury przewodowej (np. kamionkowej) polega na wyciśnięciu rur obsadowych segmentowymi rurami przewodowymi do komory odbiorczej.

Claims (8)

1. Wiertniczy zespół pilotażowy do wykonywania przecisku pilotażowego, jako pierwszego etapu przewiertu z gwarantowanym spadkiem grawitacyjnym w technologii bezwykopowej, wyposażony w zespół nawigacji optycznej składający się z teodolitu wyposażonego w minikamerę, rejestrującą obraz tarczy LED, głowicę pilotażową i zespół żerdzi pilotażowych, z których pierwsza żerdź połączona jest z głowicą, a ostatnia żerdź mocowana jest do urządzenia wiertniczego, znamienny tym, że głowica pilotażowa (8) połączona jest z żerdzią pilotażową mająca postać dwóch rur o różnej średnicy, połączonych ze sobą w układzie współosiowym, przy czym wewnątrz rury zasadniczej - zewnętrznej (1) umieszczona jest rura wewnętrzna (2) po łączona jednym końcem z tuleją uszczelniającą męską (5), a drugim końcem z tuleją przepływową żeńską (6), połączoną nierozłącznie ze zwornikiem z gwintem zewnętrznym (4) rury zasadniczej - zewnętrznej (1), mającą na jednym końcu osadzony zwornik z gwintem wewnętrznym (3), a na drugim końcu zwornik z gwintem zewnętrznym (4).

2. Wiertniczy zespół pilotażowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnątrz głowicy pilotażowej (8) umieszczona jest ślepa tuleja (9) mocująca tarczę LED (12) za pomocą kołka ustalającego (13).

3. Wiertniczy zespół pilotażowy według zastrz. 1, znamienny tym, że rura wewnętrzna (2) na zewnętrznej powierzchni posiada trwale przymocowane wkładki centrujące (7).

4. Wiertniczy zespół pilotażowy według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja uszczelniająca męska (5) ma na obwodzie nacięcia w postaci rowków pod uszczelki (10) okrągłe.

5. Wiertniczy zespół pilotażowy według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja przepływowa żeńska (6) ma na zewnętrznej powierzchni wykonane wzdłużnie nacięcia w postaci kanałów (11).

6. Wiertniczy zespół pilotażowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zwornik z gwintem wewnętrznym (3) i zwornik z gwintem zewnętrznym (4), wyposażone są w gwint dwuzwojowy, stożkowy.

7. Wiertniczy zespół pilotażowy według zastrz. 2, znamienny tym, że ślepa tuleja (9) posiada nacięcia w postaci kanałów (14) umieszczonych wzdłużnie na powierzchni zewnętrznej dla przepływu płuczki oraz na zewnętrznej powierzchni dna tulei (9).

8. Wiertniczy zespół pilotażowy według zastrz. 7, znamienny tym, że na dnie tulei (9) znajdują się kanały (14) wykonane koncentrycznie i promieniowo lub jako jedna przestrzeń wypełniona płuczką.