RU1788157C - Устройство дл образовани скважин в грунте - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : устройство содержит цилиндрический корпус с сужающейс  передней частью, ударный механизм, трос дл  присоединени  к лебедке при извлечении устройства из скважины, расширитель и приспособление дл  фиксации расширител  на корпусе. Ударный механизм размещен в корпусе. Трос закреплен на задней части корпуса. Наружный диаметр расширител  превышает максимальный диаметр корпуса. Расширитель выполнен в виде установленного на корпусе с возможностью продольного перемещени  кольцевого элемента из упругого материала. Приспособление дл  фиксации расширител  на корпусе выполнено в виде гибкой т ги. Кольцевой элемент соединен гибкой т гой с передней частью корпуса. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относитс  к строительной технике и может быть использовано дл  образовани  скважин в уплотн емых грунтах преимущественно при вертикальной проходке скважин различного назначени  (фор- мовании набивных свай, глубинном уплотнении грунта).

Известны устройства дл  проходки скважин уплотнением грунта, которые именуютс  пневмопробойниками. Дл  извлечени  его из глухой скважины используют обратный ход или дополнительную силу, создаваемую на поверхности лебедкой, соединенной тросом с корпусом устройства.

При использовании обратного хода (например , реверсивный пневмопробойник) необходимо преодолеть силу трени  о стенку скважины, что предопредел ет повышенную энергоемкость процесса, при этом работа в реверсивном режиме практически

приходитс  на половину ресурса работы. Это приводит к снижению производительности процесса, так как выход устройства из скважины (особенно глубокой) продолжителен .

Известно устройство дл  образовани  скважины в грунте, содержащее пневмопробойник , в передней части которого жестко крепитс  конический расширитель, наружный диаметр которого превышает диаметр корпуса. Недостатком такого устройства  вл етс  сложность извлечени  его из скважины. Особенно этот недостаток ощущаетс  когда проход т вертикальные скважины , так как при каждой проходке осуществл етс  извлечение устройства из скважины. Прежде всего возникает большое трение по боковой поверхности при извлечении устройства из скважины, так как больший диаметр расширител  имеет поVJ 00 00

VI

сто нный размер на прот жении всего процесса извлечени . Кроме того, щелеобразо- ватель создает дополнительное сопротивление при движении за счет обрушени  стенки скважины,

Наиболее близким аналогом  вл етс  устройство дл  проходки скважин в уплотн емом грунте, у которого при извлечении из скважины изменение радиального размера осуществл етс  за счет того, что расширитель распадаетс  на отдельные части,

Недостатками известного технического решени   вл ютс  сложность конструкции , невозможность использовани  без существенного расширени  диаметра проходимой скважины (т.е. невозможно использовать в устройстве, не содержащем расширитель), повышенные размеры проходимой скважины, что приводит к снижению производительности.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы в неоднородных грунтах при одновременном повышении его производительности за счет сокращени  затрат времени на вспомогательные операции по сборке расширител  при запуске устройства.

Это достигаетс  за счеттого, что устройство , содержащее цилиндрический корпус с сужающей передней частью, размещенный в корпусе ударный механизм, закрепленный на задней части корпуса трос дл  присоединени  к лебедке при извлечении устройства из скважины, расположенный на корпусе расширитель, наружный диаметр которого превышает максимальный размер корпуса, и приспособление дл  фиксации расширител  на корпусе, при этом расширитель выполнен в виде установленного на корпусе с возможностью продольного перемещени  кольцевого элемента из упругого материала, а приспособление дл  фиксации расширител  на корпусе выполнено в виде гибкой т ги, при этом кольцевой элемент соединен гибкой т гой с передней частью корпуса.

Такое выполнение обеспечивает извлечение устройства из скважины за трос, при этом его диаметр будет меньше диаметра скважины.

Целесообразно кольцевой элемент выполн ть в виде пружинного кольца. Така  конструкци  проста в изготовлении.

Целесообразно кольцевой элемент выполн ть в виде нескольких шарнирносоеди- ненных между собой кольцевых сегментов. Такое выполнение устройства повышает надежность работы, так как деформирование кольца может происходить по любому из шарниров.

Целесообразно кольцевой элемент выполн ть из троса. Такое исполнение предопредел ет наипростейшую конструкцию при минимальном диаметре проходимой

5 скважины.

Целесообразно кольцевой элемент выполн ть из цепи. Такое выполнение конструкции обеспечивает максимальную надежность работы, так как складывание

0 кольца может происходить по любому из сочленений.

Целесообразно кольцевому элементу придавать форму эллипса, при этом поперечна  ось его симметрии расположена под

5 углом менее 90° к продольной оси корпуса. Такое выполнение конструкции обеспечивает совмещение функций кольца (расширение скважины) с т гой (удержание кольца на корпусе), что упрощает конструкцию и повы0 шает надежность работы, так как уменьшаетс  количество деталей.

Целесообразно в наковальне корпуса выполн ть отверстие дл  размещени  болта , при этом соединение гибкой т ги с кор5 пусом выполнено в виде болта, который установлен в отверстии наковальни корпуса . Такое выполнение устройства обеспечи- ваетнадежное крепление деформированного в радиальном направле0 нии кольца, что способствует повышению надежности работы,

Целесообразно сегменты выполн ть с упорами дл  ограничени  их поворота друг относительно друга, а шарниры, соедин ю5 щие сегменты между собой, расположены на торцах сегментов со стороны передней части корпуса.

Такое выполнение устройства обеспечивает складывание кольцевых элементов в

0 переднем направлении и надежное фиксирование в горизонтальном направлении при проходке скважин.

Целесообразно упоры выполн ть со стороны торцов сегментов, а их контактиру5 ющую поверхность ориентировать вдоль продольной оси устройства. Такое выполнение устройства обеспечивает проходку скважины диаметром, превышающим диаметр устройства, что позвол ет извлекать

0 его из скважины тросом, т.е. прикладыва  дополнительную силу с поверхности через трос.

На фиг. 1 показано устройство с кольцом , выполненным из троса в грунте; на

5 фиг.2 - устройство с деформируемым в радиальном направлении кольцевым элементом; на фиг.З - деформируемый пружинный разрезной кольцевой элемент; на фиг.4 - составное кольцо из нескольких шарнирно

соединенных элементов; на фиг.5 - устройство с цеп ми, служащими одновременно как кольца и т га; фиг.б - устройство с расширителем , на котором монтировано кольцо и на нем же оно закреплено; на фиг.7 - составное кольцо с упорами.

Ударное устройство дл  проходки скважин в грунте содержит ударный узел 1, в качестве которого может использоватьс  широко известный в промышленности пневмопробойник, в корпусе которого име- етс  ударник, нанос щий удары по передней части корпуса в режиме работы пр мого хода и по задней части в режиме обратного хода (чтобы не усложн ть чертеж внутренние элементы конструкции не пока- заны). Корпус 2 ударного узла 1 выполнен заостренным в передней части (фиг.1, 2, 5). На нем может быть закреплен расширитель 3 (фиг.6),также выполненный с конической поверхностью в передней части. На цилин- дрической поверхности или на конической поверхности у максимального диаметра установлен расширитель в виде деформируемого в радиальном направлении кольцевого элемента, который выполнен Ъ внешним диаметром, превышающим диаметр корпуса (расширител ) ударного узла 1. При уста- новке кольцевого элемента 4 на цилиндрической поверхности корпуса 2 его внутренний диаметр соответствует диамет- ру корпуса 4, при установке кольцевого элемента на конической поверхности (впереди цилиндрической) его внутренний диаметр меньше диаметра корпуса 2, но в любом случае внешний диаметр кольцевого эле- мента 4 превышает диаметр корпуса 2.

Кольцевой элемент 4 прикреплен гибкой т гой 5 к передней части корпуса 2 или расширител  3 (фиг. 1, 2, 5, 6), Он может быть выполнен из скрученного троса (фиг.1), цепи (фиг.5), пружинным (фиг.З), либо жестким , состо щим из нескольких элементов, соединенных между собой шарнирно (фиг. 4,7). Возможно использование нескольких (двух) кольцевых элементов, выполненных в виде цепи (троса), один из концов которых закреплен в передней части корпуса 2 ударного узла 1, дл  чего в наковальне 6 (расширителе 3) выполнено отверстие 7. В это отверстие 7 продета гибка  т га 5, либо воз- можнз установка в нем болта, к которому прикреплена гибка  т га 5. При выполнении кольцевого элемента 4 составным его элементы 8 (фиг.7) соединены между собой шарнирами 9, которые выполнены с пере- днего торца. Элементы 8, 9 снабжены упорами 10, расположенными у их контактируемых торцов, причем упоры 10 ориентированы вдоль продольной оси устройства . Позицией 11 обозначен трос дл 

извлечени  устройства из скважины 12. Позицией 13 обозначена петл , посредством которой усилие со стороны закрепленного в его центре троса 11 передаетс  симметрично по обе стороны от продольной оси. Грунт обозначен позицией 14.

Принцип работы предлагаемого устройства дл  проходки скважин в грунте.

При вертикальном запуске устройства в грунт по мере углублени  его кольцевой элемент 4 будет грунтом сдвигатьс  в сторону хвостовой части корпуса 2 ударного узла 1. Продвижение вперед осуществл етс  за счет ударных импульсов, создаваемых устройством . После нат жени  гибкой т ги 5 кольцевой элемент 4 будет зафиксирован в крайнем своем положении. У составного кольца 5 составные злеме нты 8 займут положение , перпендикул рное продольной оси устройства (фиг.7). В случае использовани  гибкого кольцевого элемента 4, выполненного из троса или цепи, оно приобретает эллиптическую форму. Если внутренний размер кольцевого элемента 4 меньше диаметра цилиндрического участка корпуса 2 (или расширител  3), то он установитс  на конической поверхности у перехода ее в цилиндрическую. Длина упругой т ги 5 будет иметь размер от точки креплени  ее переднего конца до кольцевого элемента 4. В случае;если внутренний размер кольцевого элемента 4 равен диаметру цилиндрической поверхности корпуса 2 ударного узла 1, то кольцевой элемент будет зафиксирован за пределами конической поверхности корпуса 2 (фиг.б).

При движении устройства вниз сначала образуетс  скважина 12 диаметром, соответствующим диаметру корпуса 2, а затем кольцевой элемент 4 увеличивает его диаметр .

После достижени  требуемой глубины ударный узел 1 переключают в режим обратного хода, в результате чего ударные импульсы осуществл ютс  по хвостовой части корпуса 2 и он движетс  вверх до тех пор, пока имеетс  сцепление корпуса 2 с грунтом 14, т.е. когда имеетс  контакт между грунтом 14 и корпусом 2,

В силу того, что гибка  т га 5 передает только одностороннее усилие при движении устройства вверх, кольцевой элемент 4 удерживаетс  силами трени  о грунт 14 и при движении устройства вверх оно остаетс  на месте. Гибка  т га 5 при этом складываетс . После этого ударный узел - пневмопробойник 1 извлекаетс  из скважины тросом 11, закрепленным к хвостовой части корпуса 2 ударного узла.

Обычно дл  обеспечени  вертикального извлечени  ударного узла 1 из скважины 12 трос 11 закрепл ют к корпусу 2 через петлю 13, оба конца которого симметрично прикреплены к корпусу 2. При извлечении удар- ного узла 2 из скважины 12 в силу того, что гибка  т га 5 закреплена к корпусу 2, ударного узла 1 (к его наковальне 6 (фиг.2) либо к расширителю 3 (фиг.6)). При ее нат жении сила передаетс  на деформируемый кольце- вой элемент 4, который измен ет свой радиальный размер (у пружинного кольцевого элемента-4 (фиг.З) один из его концов заходит за другой, у складывающегос  кольцевого элемента 4 один элемент 8 конструкции разворачиваетс  относительно другого по шарнирному соединению 9). В итоге все устройство извлекаетс  из скважины 12. Обратный ход (реверс) используетс  только дл  движени  устройства на длину гибкой т ги 5, т.е. примерно 30% длины устройства, а затем подачу сжатого воздуха в ударный узел 1 прекращают. На фиг.4 показан кольцевой элемент с 4-м  шарнирами.

Применение предлагаемого устройства позвол ет упростить извлечение устройства из скважины и одновременно упрощает конструкцию .

По отношению к базовому устройству- пневмопробойнику ИП 4603, у которого об- ратный ход осуществл етс  на прот жении всей глубины проходки, у предложенного - примерно на 0,5 м. При глубине проходки 5 м базовый образец работает 10 мин (5 туда и 5 назад), предлагаемый - 5,5 мин. Следо- вательно, дл  выполнени  одного объема работ необходимо на 45% больше базовых машин.

Claims (9)

1. Устройство дл  образовани  скважин в грунте, включающее цилиндрический корпус с сужающейс  передней частью, размещенный в корпусе ударный механизм, закрепленный на задней части корпуса трос дл  присоединени  к лебедке при из- влечении устройства из скважины, расположенный на корпусе расширитель, наружный диаметр которого превышает максимальный диаметр корпуса, и приспособление дл  фиксации расширител  на корпусе, отличающеес  тем, что, с

целью повышени  надежности его в работе в неоднородных грунтах при одновременном повышении его производительности за счет сокращени  затрат времени на вспомогательные операции по сборке расширител  при запуске устройства, расширитель выполнен в виде установленного на корпусе с возможностью продольного перемещени  кольцевого элемента из упругого материала , а приспособление дл  фиксации расширител  на корпусе выполнено в виде гибкой т ги, при этом кольцевой элемент соединен гибкой т гой с передней частью корпуса.

2. Устройство по п. отличающеес  тем, что кольцевой элемент выполнен в виде разрезного пружинного кольца.

3. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что кольцевой элемент выполнен в виде нескольких шарнирно соединенных между собой кольцевых сегментов.

4. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что кольцевой элемент выполнен в виде троса.

5. Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что кольцевой элемент выполнен в виде цепи.

6. Устройство по пп. 1,4 и 5, от л и ч а ю- щ е е с   тем, что кольцевой элемент имеет форму эллипса, при этом поперечна  ось симметрии кольцевого элемента расположена под углом менее 90° к продольной оси корпуса.

7. Устройство по п.6, отличающее- с   тем, что наковальн  корпуса выполнена с отверстием дл  размещени  болта, при этом соединение гибкой т ги с корпусом выполнено в виде болта, который установлен в отверстии наковальни корпуса.

8. Устройство по п.З, отличающее- с   тем, что сегменты выполнены с упорами дл  ограничени  их поворота друг относительно друга, а шарниры, соедин ющие сегменты между собой, расположены на торцах сегментов со стороны передней части корпуса .

9. Устройство по п.8, отличающее- с   тем, что упоры расположены на контактирующих друг с другом торцах сегментов, при этом опорные поверхности смежных упоров ориентированы вдоль продольной оси устройства.