UA37679C2 - Підводний буровий верстат - Google Patents

Abstract

Підводний буровий верстат включає платформу, механізм подачі та механізм обертання, бурову штангу, привід, встановлений у герметичному корпусі, з ущільненням на вихідному валу. Для усунення можливості забруднення водного середовища нафтопродуктами герметичний корпус заповнено газом під тиском, який рівний або трохи більший за тиск води на глибині, на якій буде проводитись буріння, а ущільнення на вихідному валу виконано з можливістю ущільнювання герметичного корпусу, принаймні тоді, коли вихідний вал приводу не обертається.

Description

Опис винаходу

Винахід належить до геологорозвідувальної галузі і може бути використаний для проведення геологорозвідувальних робіт під водою.

Відомі бурові верстати з рамою, механізмом подачі, механізмом обертання, буровою штангою та приводом, що включає спеціальний електродвигун для роботи під водою та редуктор у герметичному мастилозаповненому корпусі, наприклад верстат МД-300 ПТ японської фірми "Кокен" |Лукошков А.В., Техника исследования морского дна. Ленинград, "Судостроение", 1984, стр.152). 70 Недоліком названого верстата є складність конструкції та недостатня надійність, викликані необхідністю ущільнювати вихідні вали електродвигуна та редуктора, що обертаються під тиском рідини, складністю та ненадійністю таких ущільнень. Крім того, недоліком є недостатня екологічна безпека, обумовлена можливістю витоків мастила у воду в разі руйнування ущільнення.

Найближчим аналогом є підводний буровий верстат американської фірми "Локхід"',? що включає раму, 72 механізм подачі та механізм обертання, бурову штангу, привід у мастилозаповненому герметичному корпусі з ущільненням на вихідному валі - прототип |/Лукошков А.В., Техника исследования морского дна. Ленинград, "Судостроение", 1984, стр.151).

Недоліком цього верстата також є складність конструкції викликана складністю спеціального електродвигуна, що працює у мастиловому середовищі під тиском, а також складністю ущільнення вихідного вада, що обертається під тиском мастила з одного боку, та води з другого. Недостатня надійність ущільнення вихідного вала, що обертається під тиском, та можливість витоків мастила з герметичного корпусу створюють екологічну небезпеку забруднення водного середовища нафтопродуктами, в разі руйнування ущільнення.

В основу винаходу поставлено задачу удосконалити підводний буровий верстат шляхом заповнення герметичного корпусу привода повітрям під тиском з герметизацією його вихідного валу с ущільненням з можливістю ущільнити герметичний корпус принаймні тоді, коли вихідний вал привода не Ге) обертається та шляхом виконання вихідного вала привода з двох частин, з'єднаних муфтою і забезпечення герметичного корпусу люком з кришкою, забезпечити спрощення конструкції підводного бурового верстата, підвищення його надійності, а також забезпечення екологічної безпеки. Ме.

Для вирішення поставленої задачі пропонується підводний буровий верстат, що включає раму, механізм - подачі та механізм обертання, бурову штангу, привід, встановлений у герметичному корпусі з ущільненням на вихідному валі, при цьому герметичний корпус заповнено повітрям під тиском, який рівний або трохи більший ніж ее, тиск води на глибині, на якій буде проводитись буріння, а ущільнення на вихідному валі привода виконано з ї- можливістю ущільнювання герметичного корпусу принаймні тоді, коли вихідний вал привода не обертається, крім того, вихідний вал привода виконано з двох частин, з'єднаних муфтою, а герметичний корпус забезпечено люком о з кришкою.

Спільними з прототипом є суттєві ознаки: наявність рами, механізмів подачі та обертання, бурової штанги та привода, встановленого у герметичному корпусі з ущільненням на вихідному валі. «

Відмінними від прототипу є суттєві ознаки: герметичний корпус заповнено повітрям під тиском, а ущільнення З 70 на вихідному валі привода виконано з можливістю герметизувати корпус принаймні тоді, коли вихідний вал с привода не обертається.

Із» Ці ознаки є достатніми у всіх випадках.

Відмінними від прототипу також є суттєві ознаки: вихідний вал привода виконано з двох частин, з'єднаних муфтою, а герметичний корпус забезпечено люком з кришкою.

Ці ознаки характеризують винахід переважно в особливих умовах його використання - на великих глибинах о під водою, де великий тиск води і через це ущільнення може зруйнуватись при обертанні вала (бо воно ущільнює -І герметичний корпус принаймні тоді, коли вал не обертається). Для спрощення операції заміни ущільнення після підняття бурового верстата на поверхню служать виконаний з двох частин, з'єднаних муфтою, вихідний вал б привода та люк з кришкою, якими забезпечено герметичний корпус. -і 20 При здійсненні винаходу досягаються нові технічні результати: в зв'язку з заповненням герметичного корпусу повітрям, в конструкції підводного бурового верстата використовується загально промисловий (а с значить відносно простий і дешевий) привод замість складного і дорогого спеціального мастилозаповненого.

Крім того, вихідний вал привода ущільнюється простим і відносно дешевим загально промисловим ущільненням, бо ущільнювати герметичний корпус (щоб не вийшло повітря під тиском) необхідно тільки тоді, 25 коли вихідний вал привода не обертається; коли підводний буровий верстат опущено на дно і включено

ГФ) обертання вихідного валу, ущільнювати його вже не потрібно (ущільнення може бути й зруйнованим) - вода не зайде в герметичний корпус через повітря під тиском, для швидкої зміни ущільнення на поверхні вихідний вал о виконано з двох частин, з'єднаних муфтою, а герметичний корпус забезпечено люком з кришкою.

Таким чином, досягаються задачі 60 спрощення конструкції бурового верстата через використання загально промислових простих привода та ущільнення для його вихідного вала; підвищення надійності в зв'язку з тим, що руйнування ущільнення вихідного вала привода заплановано і не приводить до відмови; забезпечення екологічної безпеки, бо взагалі виключаються витоки мастила (через відсутність) з бо герметичного корпусу, які були можливі в разі руйнування ущільнення герметичного корпусу, заповненого мастилом.

Суть винаходу ілюструється графічними матеріалами. На фіг.1 зображений підводний буровий верстат - загальний вигляд, на фіг.2 - розріз привода у герметичному корпусі; на фіг.3 - розріз механізму подачі та механізму обертання.

Буровий верстат має раму 1, механізм подачі 2, що складається з гайки - зірочки З та підшипників 4 Її 5, в яких вона установлена з можливістю обертання; механізм обертання 6, що складається із зірочки 7 зі шпонкою 8 і підшипника 9.

Зірочка 7 установлена в підшипнику 9 та підшипнику 5 механізму подачі з можливістю обертання. Механізм 7/0 подачі 2 та механізм обертання 6 конструктивно об'єднані в єдиний диференціально-гвинтовий механізм 10 (підводні бурові верстати з такими механізмами відомі, див., наприклад, |/Лукошков А.В., Техника исследования морского дна. Ленинград, "Судостроение",1984, стр.150, рис.4.9).

По осі буріння установлена на рамі 1 та закріплена розтяжками порожниста направляюча труба 11, в середині якої проходить бурова штанга 12, на зовнішній поверхні якої зроблена гвинтова нарізка 13 і поздовжній шпонковий паз 14.

Бурова штанга 12 проходить також крізь гайку-зірочку З механізму подачі 2 та зірочку 7 механізму обертання 6, при цьому шпонка 8 зірочки 7 входить в поздовжній шпонковий паз 14.

Гайка-зірочка З та зірочка 7 за допомогою зубчастих пасів 15 та 16 з'єднані з проміжним валом 17, на якому посаджені відповідні зірочки 18 та 19. Причому, зірочка 18 з'єднана з проміжним валом 17 через односторонню муфту 20 (яка передає обертання від проміжного вала 17 зірочці 18 тільки в одному напрямку, при обертанні проміжного вала 17, в іншому напрямку зірочка 18 не обертається). При цьому співвідношення зубців пар зірочок З і 19 та 7 і 18 різні.

На корпусі диференціально-гвинтового механізму 10 встановлено промивний насос 21 з зірочкою 22 на валу та герметичний корпус 23, який заповнено повітрям під тиском. В середині герметичного корпусу 23 встановлено сч привід 24, вихідний вал якого 25 складається з двох частин - верхньої 26 та нижньої 27. Обидві частини вала мають шліци 28, з'єднані між собою шліцьовою муфтою 29, яка може легко (рукою) бути піднятою вгору (вали і) при цьому роз'єднуються), чи опущена донизу - через люк 30 в герметичному корпусі. Люк закритий кришкою 31 з ущільненням. На вихідному валі 25 (на нижній частині 27) в місці його виходу з герметичного корпусу 23 встановлено ущільнення 32, яке може ущільнювати герметичний корпус принаймні тоді, коли вихідний вал не Ге! обертається і яке можна зняти чи поставити через люк 30.

На нижній частині 25 вихідного вала встановлено блок зірочок 33 з двома зірочками 34 і 35. -

Зірочка 34 з'єднана з зубчастим пасом 36 з зірочкою 22 промивного насоса 21, а зірочка 34 - з зубчастим Ге насосом 37 з проміжним валом 17. Промивний насос 21 з'єднано за допомогою промивного рукава 38 через сальник-вертлюг 39, що встановлений на верхньому кінці бурової штанги 12, з внутрішньою порожниною бурової ї-

Зв Штанги 12. со

Бурова штанга 12 на своєму нижньому кінці має керноприймач з буровою коронкою 40, енергозабезпечення та управління верстатом відбувається через кабель-трос 41, що закріплений на кронштейні 42. Для заповнення герметичного корпусу повітрям служить штуцер 43.

Підводний буровий верстат працює таким чином. Перед занурюванням підводного бурового верстата « герметичний корпус 23 через штуцер 43 заповнюють повітрям під тиском, який рівний або трохи більший, ніж в с тиск води на глибині, на якій буде проводитись буріння. Поки вал не обертається, герметичний корпус . ущільнюється ущільненням 32, повітря не виходить із герметичного корпусу 23, Ущільнення виконане таким а чином, що ущільнює герметичний корпус принаймні тоді, коли вихідний вал не обертається - це манжетне ущільнення для нерухомих валів, найпростіше за конструкцією (ущільнення вала, що обертається під тиском

Повітря та рідини - складна технічна проблема, потребує складних рішень, конструкція такого ущільнення не оо досить надійна).

Верстат спускають під воду кабель-тросом 41 на дно, включають обертання привода 24, яке через вихідний

Ш- вал 25, зірочку 34 та зубчастий пас 37 передається проміжному валу 17, а через його зірочки 18 та 19 -

Ге» гайці-зірочці З та зірочці 7, які теж починають обертатися, але з рівними швидкостями через різні 5ор співвідношення зубців відповідних пар зірочок (див. вище). Зірочка 7 через шпонку 8 та поздовжній шпонковий

Ш- паз 14 обертає бурову штангу 12, а гайка-зірочка З (яка обертається з іншою швидкістю, ніж зірочка 7) через

Ге) гвинтову нарізку 13 створює рух бурової штанги 12 вниз, притискуючи керноприймач з буровою коронкою 40, що обертається разом з буровою штангою 12, до забою. Таким чином відбувається буріння.

Водночас обертання вихідного вала 25 через зірочку 35, зубчастий пас 36 та зірочку 22 передається промивному насосу 21, який перекачує воду, що оточує підводний буровий верстат, по промивному рукаву З8 через промивний сальник-вертлюг 39 у внутрішню порожнину бурової штанги 12, звідки вода поступає в

Ф) свердловину і виносить із неї продукти буріння. ка Після закінчення буріння керн залишається в керноприймачеві з буровою коронкою 40, привід переключають на зворотне обертання. Зірочка-гайка З при цьому обертається в зворотному напрямку, а зірочка 7 не во обертається через те, що обертання в цьому напрямку не передає зірочці 18 (а через неї зубчастий пас 16 і зірочці 7) одностороння муфта 20.

Гайка-зірочка З через гвинтову нарізку 13 створює прискорений (бо бурова штанга зовсім не обертається) зворотній (вверх) рух бурової штанги, до вихідного положення.

Після цього буровий верстат з керном, що знаходиться в керноприймачеві з коронкою 40, піднімається на 65 поверхню.

Після включення обертання привода на дні ущільнення 32, особливо на великих глибинах, через високий тиск води на нього зовні і повітря зсередини герметичного корпусу 23, може бути зруйноване, бо воно вибране простим загально промисловим для ущільнення принаймні тоді, коли вихідний вал не обертається. Але вода при цьому не зайде в герметичний корпус через високий тиск повітря в ньому, підводний буровий верстат продовжує працювати. Під час підйому підводного бурового верстата на поверхню повітря буде виходити з герметичного корпусу через зруйноване ущільнення і на поверхні його тиск зрівняється з атмосферним.

Для подальшої підготовки підводного бурового верстата до роботи відкривають кришку 31, через люк піднімають шліцьову муфту 29 вгору, виймають зруйноване ущільнення 32, а замість нього ставлять нове, після чого шліцьову муфту 29 опускають вниз, з'єднуючи обидві частини вихідного вала, кришку люка закривають, 7/0 герметичний корпус 23 заповнюють повітрям під тиском, як це описано вище.

Таким чином заповнення повітрям герметичного корпусу (замість заповнення мастилом) дає змогу використати простий загально промисловий привід, (а не створювати складний дорогий мастилозаповнений, що працює в мастилі під тиском), при цьому використовувати просте ущільнення, яке потрібно тільки тоді, коли вихідний вал привода не обертається (бо, коли підводний буровий верстат спущено на дно ущільнення вже не 7/5 потрібне, воно може бути зруйнованим - вода не зайде в герметичний корпус через тиск повітря в ньому).

Це все дозволяє значно спростити конструкцію підводного бурового верстата. Крім того, підвищується його надійність, бо зруйнування ущільнення вихідного вала не впливає на працездатність підводного бурового верстата (в прототипі це може призвести до аварії).

Заповнення герметичного корпусу повітрям під тиском (а не мастилом) повністю виключає можливість витоку 2ор мастила в навколишнє середовище і тим самим забезпечує екологічну безпеку.

В разі використання підводного бурового верстата на великих глибинах, коли є найбільша вірогідність, що ущільнення вихідного вала приводу буде зруйноване при його обертанні, спрощено заміну ущільнення на нове на поверхні - тим, що вихідний вал зроблено з двох частин з'єднаних муфтою, а в герметичному корпусі є люк. в НвТОВ "Океанмаш" виконані проробки нового підводного бурового верстата, виконані розрахунки, сч ов планується розробка документації та виготовлення. о ча ї

Моя

ІК Ф щі КеевІ -

Пе

Її КВ (Те) ч ! х і ПІК -

Й МУ г

ІА (зе)

ГО ви

Н НІ у ла ; 6 ії | і

ПА 8

ТЯ ім ! і у 6 с | - !

Й ! у и | І х

І» ! | !

ЇЇ | МАХ го п У

Й І аль 45. 56 / | дея й Її н ЇЇ в оту я 2 : | ! а у -І АХ ЩІ Гу 25 2 Ї Дикеена сна І й у ї нак вці есе у дя

Ф ЦИ ке всі са: ШИНЩІ 24

І ее ТІ В у ше ще "Кв х -і Я ПЕ Кокс в ММ Є 22 її ІБ. екран Бона (В с сяк нина і с її о рю "513

Фіг.1 іме) 60 б5

А -А й й дет

І чо 23 Я | 26 ач . в 26 зо 23 вотьсиннвних сін рати 51 зни коала в 54 Ї кв в ні. т най Се . ДЯ, я й яку Ж / 25 о

Фіг.2

Б Ф

30 .

НН й

Й о

МВ

М чн ни й

СК | В о

І ї (

І

Щ. гц Пси ті 7

МЕМ ДК « как -ер7 | а З шу А Ж й де: з» се ДА | -- п

КИ ДАК, ' ! ! (95) З в " .

З Кв

Ф у - 70

Фо Фіг. 5

Claims (2)

1. Формула винаходу Ф) юю 1. Підводний буровий верстат, що включає платформу, механізм подачі та механізм обертання, бурову штангу, привід, встановлений у герметичному корпусі, з ущільненням на вихідному валу, який відрізняється тим, що герметичний корпус заповнено газом під тиском, який рівний або трохи більший ніж тиск води на 60 глибині, на якій буде проводитись буріння, а ущільнення на вихідному валу виконано з можливістю ущільнювання герметичного корпусу, принаймні тоді, коли вихідний вал приводу не обертається.
2. 2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що вихідний вал рушія виконано з двох частин, з'єднаних муфтою, а герметичний корпус забезпечено люком з кришкою. бо Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2004, М 11, 15.11.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України.

   с о (22) їч- (Се) ча со ші с ;»

   (95) -І (22) - 50 3е)

   Ф) іме) 60 б5