устройство для образования скважин в грунте

Формула изобретения

1. Устройство для образования скважин в грунте, содержащее виброударный механизм, переходный элемент с упором и отклоняющий клин, соединенные между собой посредством ограничителя отклонений, отличающееся тем, что ограничитель отклонений выполнен подпружиненным и имеет упорную втулку и шток, шарнирно закрепленный на отклоняющем клине, а в конусных углублениях отклоняющего клина и переходного элемента, установлены термосиловые элементы на основе монокристаллов с памятью формы со средствами нагрева, обеспечивающими их удлинение для прохождения криволинейного участка траектории скважины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на торце корпуса отклоняющего клина выполнен кольцевой бурт с возможностью радиального перемещения внутри кольцевого упора переходного элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительной техники и может быть использовано для образования скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций (телефонные и электрические кабели, и т.п.), с возможностью искривления скважины.

Известно устройство ударного действия для образования скважин в грунте, имеющее цилиндрический корпус и ударник, выполненный с возможностью нанесения внецентренного удара [1].

При проходке прямолинейного участка скважины известным устройством его ударник наносит удары по центру наковальни. Чтобы изменить направление оси скважины, ударник с помощью постороннего привода выставляется в определенное положение и начинает наносить внецентренные удары. Подобное устройство сложно по конструкции и не может вследствие небольшой величины эксцентриситета удара образовывать скважины, имеющие большую кривизну (радиус кривизны скважин, проходимых такими устройствами, обычно не меньше 20 м).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для искривления горизонтальных скважин [2]. Устройство имеет жестко скрепленный с пневмопробойником переходный элемент с упором, с которым посредством ограничителя отклонений соединен отклоняющий клин.

Недостатком данной системы является фиксированный угол отклонения и невозможность прохождения скважин сложной траектории с первого раза.

Изобретение направлено на повышение надежности, точности, скорости прохождения скважины по заданной траектории и увеличение диапазона регулирования отклонения.

Это достигается тем, что устройство для образования скважин имеет жестко скрепленный с виброударным устройством переходный элемент, в кольцевом упоре которого посредством бурта и подпружиненного ограничителя отклонений закреплен отклоняющий клин (одновременно выполняющий роль формообразователя скважины), а в качестве механизма отклонения применена система из нескольких термосиловых элементов на основе монокристаллов с памятью формы (например, системы Cu-Al-Ni), опирающихся одним концом в конусные углубления переходного элемента, а другим в конусные углубления отклоняющего клина.

Кроме того, один конец ограничителя отклонений шарнирно закреплен на отклоняющем клине, а шток проходит через центральное отверстие в переходном элементе и посредством упорной втулки и регулирующей гайки опирается на возвратную пружину. Для того чтобы предотвратить поворот отклоняющего клина в сторону от требуемой траектории при прохождении искривленного участка, на торцевой поверхности бурта сделаны опорные площадки.

На фиг.1 изображено описываемое устройство при прохождении прямолинейных скважин, продольный разрез; на фиг.2 - то же, при прохождении скважин с искривлением, продольный разрез; на фиг. 3 - термосиловой элемент, продольный разрез.

Устройство для образования скважин в грунте содержит виброударный механизм (пневмопробойник) 1, к которому присоединен переходный элемент 2, содержащий кольцевой упор 4, шток ограничителя отклонений 5, пружину 6, гайку 7, упорную втулку 12 и термосиловые элементы 8. На отклоняющем клине 3 присутствует сделанный по нижнему краю бурт 9 и шарнир ограничителя отклонений 10. Термосиловые элементы 8 расположены в конусных углублениях 11 отклоняющего клина 3 и переходного элемента 2.

Устройство работает следующим образом.

При пробивании прямолинейной скважины отклоняющий клин 3 установлен соосно с виброударным механизмом 1. При этом нагрев термосиловых элементов 8 отсутствует, они находятся в деформированном (сжатом) состоянии под действием пружины 6 ограничителя отклонений. Таким образом, отклоняющий клин 3 находится в исходном положении, т.е. опирается на кольцевой упор 4 всей поверхностью.

При прохождении искривленного участка траектории термосиловые элементы 8 с противоположной от поворота стороны устройства, посредством пропускания через нагревательные элементы электрического тока, нагреваются и удлиняются, что вызывает поворот отклоняющего клина 3. При этом край отклоняющего клина расположенный со стороны поворота, продолжает опираться на кольцевой упор 4. Отклоняющий клин поворачивается до тех пор, пока не будет остановлен упорной втулкой 12 ограничителя отклонений. Для предотвращения поперечных перемещений отклоняющего клина 3 на нем сформирован бурт 9, который входит в кольцевой упор 4.

Для приведения устройства в исходное состояние нагрев термосиловых элементов 8 прекращают и под действием пружины 6 ограничителя отклонений они снова сжимаются (деформируются), а отклоняющий клин 3 возвращается в соосное с пневмопробойником 1 положение.

Отклонение происходит в связи с тем, что нагрев вызывает увеличение реактивных силовых характеристик деформированных монокристаллов, а охлаждение - уменьшение. Необходимым условием работы устройства при прохождении искривленного участка траектории является возможность индивидуального нагрева каждого (в зависимости от задачи) термосилового элемента до определенной температуры (деформации). Эту функцию несет коммутатор (не показан) электрических цепей, управляемый оператором устройства непосредственно или дистанционно (по проводам).

На фиг.3 изображен термосиловой элемент, продольный разрез. В представленной заявке в качестве термосилового элемента подразумевается применение монокристаллических стержней 13 сплава Cu-Al-Ni круглого сечения, вставленных в направляющие металлические (стальные) трубки 14 на 10-12% большего внутреннего диаметра, чем монокристаллические стержни. На направляющей трубке навит электронагревательный элемент 15 (например, нихромовая проволока), который при пропускании электротока по проводам 16 является средством нагрева данного термосилового элемента.

Нагрев при пропускании электротока через электронагревательный элемент 15 вызывает увеличение реактивных силовых характеристик деформированных монокристаллов - происходит удлинение монокристаллического стержня 13 пропорционально степени нагрева, а охлаждение - уменьшение, т.е. монокристаллический стержень укорачивается, также пропорционально степени охлаждения. Охлаждение термосилового элемента происходит при прекращении подачи электротока за счет теплообмена с окружающей средой (воздухом).

При использовании в данном устройстве датчика перемещений (не показан) штока ограничителя отклонений 5 возможно прохождение скважин с промежуточным углом поворота отклоняющего клина (втулка 12 не доходит до упора).

С помощью предлагаемого устройства, вследствие большого диапазона регулирования угла поворота отклоняющего клина относительно продольной оси виброударного механизма без выемки устройства на поверхность, можно проходить скважины, имеющие широкий предел регулирования кривизны с одного раза. Поскольку механизм регулирования кривизны скважины не содержит механических передач, стопоров и т.п., надежность работы предлагаемого устройства выше, чем у аналогов.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР №354085, кл. Е 02 F 5/16, 09.10.1972.

2. Авторское свидетельство СССР №924277, кл. Е 02 F 5/18, 30.04.1982.