Изолирующее устройство для подземной буровой камеры

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1229374 (gg 4 E 21 F 14, Е 21 В 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

28

57

21

24

Щг1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3617140/22-03 (22) 08.07.83 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Г. В. Плеханова (72) Г. Г. Мирзаев, А. Г. Протосеня и А. Ф. Борознец (53) 622.524 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1071737, кл. Е 21 В 44/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 687243, кл. Е 21 F 1/!4, 1977. (54) (57) 1. ИЗОЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЗЕМНОЙ БУРОВОЙ KAMEPbI, включающее перегородку с окном и установленный с возможностью перемещения по направляющим запорный элемент приводом, отличающееся тем, чтэ, с цель повышения надежности и эффективности п екрытия буровой камеры, устройство снабжено шлюзовым отсеком с возможностью размещения в нем запорного элемента, который снабжен тележкой и выполнен в ви де колеса с зубчатым ободом и кольцевым пазом для размещения в нем привода, а направляющие выполнены в виде монорельса и зубчатой рейки для взаимодействия соответственно с тележкой и зубчатым ободом колеса.

2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что привод выполнен в виде линейного асин. хронного двигателя, индуктор которого установлен на расположенном внутри него линейном роторе и выполнен с двойной обмоткой многофазного тока, расположенной на внутренней и наружной рабочих поверх- ностях индуктора, причем индуктор и линейный ротор выполнены с возможностью линейного перемещения один относительно другого.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что обод колеса выполнен из ферромагнитного материала в виде внешнего ротора линейного аси;.,ронного двигателя, а кольцевой паз снабжен электропроводящим покрытием.

1229374

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для изоляции горных выработок при возникновении аварийных ситуаций, связанных, например, с прорывом нефти (газа) при бурении или эксплуатации нефтяных разведочных или эксплуатационных скважинах при разработке месторождений нефти (газа) шахтным способом на шельфе морей, при прорыве воды, при возникновении подземных пожаров, а также при внезапных выбросах газов, возникающих при ведении горных работ подземным способом и в других аварийных ситуациях, а также в условиях ликвидации аварий в шахте.

Цель изобретения — повышение надежности и эффективности перекрытия буровой камеры в подземных условиях.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1 (запорный элемент в положении перекрытия окна шлюза); на фиг. 3 — индуктор линейного асинхронного двигателя, установленный на расположенном внутри него линейном роторе; на фиг. 4 — вид 5 на фиг. 3.

Устройство содержит силовой привод 1, перегородку 2 с запорными элементами 3, упругий элемент 4, уплотнитель 5, причем в перегородке 2 выполнены шлюзовые отсеки 6, а каждый запорный элемент 3 выполнен в виде колеса 7 с ободом 8 и кольцевым пазом 9, в котором на промежуточных опорах 10 размещен силовой привод 1, выполненный в виде линейного асинхронного двигателя 11, индуктор 12 которого установлен на расположенном внутри него линейном роторе 13 и выполнен с двойной обмоткой 14 многофазного тока, расположенной на внутренней 15 и наружной 16 рабочих поверхностях индуктора 12, причем индуктор 12 и линейный ротор 13 выполнены с возможностью линейного перемещения относительно друг друга. Обод 8 колеса 7 выполнен из ферромагнитного материала в виде внешнего ротора линейного асинхронного двигателя 11, а паз 9 колеса снабжен электропроводящим покрытием 17, выполненным, например, из листового алюминия.

Внутренняя рабочая поверхность 15 индуктора 12 выполнена с четырьмя активными сторонами и служит для взаимодействия с линейным ротором 13, а наружная рабочая поверхность 16 индуктора 12, имеющая тоже четыре рабочих стороны, служит для взаимодействия с ободом 8 колеса 7.

Запорный элемент 3 соединен с ходовой тележкой 18 монорельса 19. Обод 8 запорного элемента 3 снабжен зубцами 20 и соединен с подвижной зубчатой рейкой 21. Линейный ротор 13 силового привода 1 установлен в подшипниках 22 и 23, а зубчатая рейка 21 установлена на роликоопорах 24.

5 го

Зо

Линейный ротор 13 и зубчатая рейка выполнены с возможностью линейного перемещения в процессе работы из левого крайнего положения, например, при нормальном режиме в правое крайнее положение в случае аварии.

Однако линейный ротор 13 и зубчатая рейка 21 могут быть выполнены и неподвижными. В этом случае они "-à.íèìàþò положение, показанное на фиг. 1 пунктиром, т. е. такое положение, при котором обеспечивается эффективное перекрытие горной выработки или буровой камеры при любых аварийных ситуациях и режимах работы в шахте или руднике, а также открытие при нормальных условиях работы.

Выбор подвижного или неподвижного линейного ротора 13, а также подвижной или неподвижной зубчатой рейки 21 зависит от технико-экономических показателей, а также от горно-геологических факторов, влияющих на работу устройства, а также от технологии ведения горных работ. Таким образом, предлагаемое устройство может быть выполнено как с подвижными, так и со стационарными линейным ротором 13 и зубчатой рейкой 21. Тот или иной вариант конструкции зависит также и от габаритов всего устройства. Там, где линейный ротор 13 и зубчатая рейка 21 не препятствуют передвижению людей по горным выработкам можно их выполнить неподвижными, например в кровле горной выработки, а там, где они будут препятствовать перемещению людей по горным выработкам их можно выполнять убираемыми во внутрь устройства при нормальном режиме работы. Торцовая стойка

25 служит для размещения в ней концов линейного ротора 13 и зубчатой рейки 21 и стопорения их в этом правом крайнем положении. Промежуточная опора 10 снабжена фиксаторами 26 положения ротора 13 и фиксаторами 27 положения зубчатой, рейки 21. Эти фиксаторы 26 и 27 выполнены любой известной конструкции механического, электрического или другого типа, в виде храпового зацепления или в виде электромагнитов. Уплотнитель 5 выполнен в виде металлической коробки 28, расположенной в нише 29 с окном 30, по периметру которого установлен упругий элемент 4 с прижимным элементом 31, который выполнен соленоидного илн индукционного типа известной конструкции

Линейный ротор 13 силового привода 1 выполнен из ферромагнитного материала и снабжен покрытием 32, выполненным из электропроводящего износоустойчивого материала, например дюралюминия, а внутренняя рабочая поверхность 15 индуктора 12 снабжена покрытием 38 из износоустойчивого диэлектрика, выполненного таким образом, чтобы обеспечивалось свободное линейное перемещение индуктора 12 относитель1229374 но линейного ротора 13 дополнительной смазки.

Магнитопровод 34 индуктора 12 выполнен из листовой электротехнической стали и состоит из пакетов 35 и 36, соединенных между собой уголками 37 и шпильками 38 и 39. Кольцевые пазы 40 и 41 выполнены на внутренней рабочей поверхности 15 индуктора 12 и наружной рабочей поверхности

16 индуктора 12, в которых размещены обмотки 42 и 43 многофазного тока. Индук- !О тор 12 защищен снаружи кожухом 44, выполненным, например, из пластика. Запорный элемент 3 снабжен подшипником 45, выполненным, например, в виде втулки и расположенным в отверстии 46 тяги 47, соединяющей запорный элемент 3 осями 48 кат- ков 49 монорельса 19, представляющего собой, например, двутавровую балку, прикрепленную к кровле ниши таким образом, чтобы обеспечивалось свободное вращение колеса

7, а также его перемещение вместе с ходовой тележкой 18 вдоль монорельса 19 в процессе работы. Зубчатая рейка 21 выполнена с продольной канавкой 50 и опирается на роликоопоры 24, которые установлены с возможностью вращения вокруг осей 51, установленных на уголках 52 плиты 53. 25

Упругий элемент 4 выполнен из высокопрочного упругого материала, например каучука или резины, и установлен по всему периметру окна уплотнителя 5. Устройство снабжено неподвижным внешним линейным ротором 54, выполненным из внешней ферромагнитной трубы 55 и внутренней электропроводящей трубы 56, выполненной, например, из алюминия, причем размеры ротора 54 выполнены таким образом, чтобы внутри него смогла разместиться часть индуктора !2 силового привода 1. Выемки

57 и 58 стойки 25 предназначены для размещения в них свободных концов зубчатой рейки 21 и линейного ротора 13, размещенного внутри индуктора 12 силового привода

1 в процессе работы устройства. Двойная 4g обмотка 14 состоит из внутренней многофазной обмотки 42 и наружной многофазной обмотки 43.

Буровая камера 59 соединена со шлюзовыми отсеками 6. Поскольку буровая камера 59 имеет несколько шлюзовых отсе- 45 ков 6, расположенных между камерой 59 и прилегающими к ней горизонтальными и вертикальными горными выработками, то предлагаемое изолирующее устройство для подземной буровой камеры состоит из нескольких запорных устройств и элементов.

В этом случае их конструкция ничем не отличается от конструкции устройства, показанного на фиг. 1 — 3, так как они одинаковы и отличаются лишь местом расположения в пространстве горной выработки или группы выработок. Датчик 60 наличия агрессивной среды находится, например, в скважине 6!. Датчик 60 способен реагировать, например, на прорыв нефти или газа при ведении работ, связанных с разведкой на нефть или газ, а также при возникновении пожара на повышение температуры, на дым, воду и прочую агрессивную среду. Место установки датчиков 60, а также их количество определяется конкретным расчетом, применительно к той аварии, для ликвидации которой данное устройство предназначено. Дат. чик 60 может быть любой известной конструкции, применяемой в настоящее время в горном деле, а также в других областях народного хозяйства там, где необходимо выдать сигнал, оповещающий обслуживаю.ций персонал об аварии того или иного типа.

Устройство работает следующим образом.

При нормальных условиях работы в шахте или руднике запорный элемент 3 находится в левом крайнем положении (фиг. 1).

Линейный подвижный ротор 13, зубчатая рейка 21 и индуктор 12 силового привода 1 находятся в левом крайнем положении, причем индуктор 12 расположен внутри неподвижного внешнего линейного ротора 54.

Линейный подвижный ротор 13 и зубчатая рейка 21 зафиксированы в левом крайнем положении своими фиксаторами 26 и 27.

Ходовая тележка 18 монорельса 19 застопорена также в левом крайнем положении, а вместе с ней в левом крайнем положении находится и колесо 7. Окно 30 запорного устройства 2 открыто для сообщения между буровой камерой 59 и шлюзовыми отсеками 6, соединяющими буровую камеру 59 с гор. ными выработками ц ахты или рудника.

В случае прорыва нефти или газа, например, в скважине 61 с помощью датчиков 60 прорыва нефти или газа в случае ведения буровых работ на шельфе морей в подземной буровой камере, которые установлены в устье скважины 61, срабатывают фиксаторы 26 и 27 и освобождают линейный подвижный ротор 13 и зубчатую рейку 21 от стопорения в левом крайнем положении. При этом подают трехфазный ток в обмотку 14 многофазного тока, расположенную на внутренней 15 и наружной 16 рабочих поверхностях индуктора 12, которые включают таким образом, чтобы линейнобегущее магнитное поле внутренней 15 и наружной 16 рабочих поверхностей индуктора 12 имело направление слева направо. Под действием линейно-бегущего магнитного поля наружной рабочей поверхности

16 индуктора 12, создаваемого наружной обмоткой 43 кольцевого типа во внутренней электропроводящей трубе 56, индуктируются

ЭДС и токи, в результате взаимодействия которых с линейно-бегущим полем наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 последний удерживается внутри неподвижного внешнего линейного ротора 54. Удержание индуктора 12 в левом положении происходит за счет тягового усилия, направленного

1229374 сеть постоянного тока. В результате этого за счет сил электромагнитного притяжения, образованных постоянным током обмотки 42 между индуктором 12 и ротором 13, индуктор 12 фиксируется в определенном положении относительно ротора 13 и колеса 7 таким образом, чтобы площадь взаимодействия индуктора 12 и колеса 7 была наибольшей. При этом в покрытии 17 колеса 7 индуктируются ЭДС и токи, благодаря взаимодействию которых с линейно-бегущим магнитным полем наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 колесо 7 под действием вращающего момента, который возникает при этом, начинает вращаться по часовой стрелке (фиг. 1). В результате вращения колеса 7, а также благодаря наличию на колесе 7 зубцов 20, входящих в зацепление с неподвижной зубчатой рейкой

21, колесо 7 вместе с ходовой тележкой

18, которую предварительно освобождают от стопорения, перемещается в правое крайнее

55 при этом справа налево, и толкающего индуктор 12 влево во внутрь внешнего неподвижного линейного ротора 54. Одновременно с этим индуктируются ЭДС и токи в электропроводящем покрытии 17 колеса 7, 5 в результате взаимодеиствия которых с линейно-бегущим магнитным полем наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 колесо 7 со своим ободом 8 приходит во вращательное движение, оставаясь при этом в левом крайнем положении, и своими зуб- >р цами 20 перемещает зубчатую рейку 21 из левого крайнего положения в правое крайнее положение, конец зубчатой рейки 21 размещается в выемке 57 торцовой стойки 25 и фиксируется в этом состоянии фиксатором

27. Под действием линейно-бегущего магнитного поля внутренней рабочей поверхности 15 индуктора 12 в покрытии 32 линейного подвижного ротора 13 индуктируются ЭДС и токи, в результате взаимодействия которых с линейно-бегущим магнитным полем индуктора 12 линейный подвижный ротор 13 приходит в линейное движение и занимает устойчивое положение в выемке

58 стойки 25, фиксатор 26 стопорит линейный подвижный ротор 13 в правом крайнем положении. После этого двойная обмот- 25 ка 14 многофазного тока, содержащая внутреннюю обмотку 42 и внешнюю обмотку 43, отключается от сети трехфазного тока.

Затем освобождают тележку 18 монорельса 19 от стопорения в левом крайнем по- зо ложении, в котором она находится в обычном нормальном режиме работы, и, поменяв местами две какие-либо фазы наружной обмотки 43, включают ее в сеть трехфазного тока таким образом, чтобы на наружной рабочей поверхности 16 индикатора 12 возникло линейно-бегущее магнитное поле, направленное справа налево, а внутреннюю обмотку 43 многофазного тока включают в положение, показанное пунктиром на фиг. 1 и 2, после чего срабатывает прижимное уст. ройство 31 и прижимает упругий элемент 4 к ободу 8 колеса 7. Таким образом происходит перекрытие окна 30 уплотнения 5 и его дальнейшее надежное уплотнение, что позволяет прекратить проникновение нефти или газа, а также другой агрессивной среды из буровой камеры 59 в бливлежащие горные выработки, а также в шлюзовые отсеки 6. После этого обмотки 43 и 42 отключают собственно от источников трехфазного и постоянного тока, а ходовую тележку 18 монорельса 19 и индуктор 12 фиксируют в этом правом крайнем положении.

Для возвращения запорного элемента 2 в левое крайнее положение, например, после ликвидации прорыва нефти или газа, а также другой агрессивной среды, прижимное устройство 31 освобождает обод 8 колеса от воздействия на него упругого элемента 4, затем включают обмотки 42 и 43 индук тора 12 силового привода 1 в сеть трехфазного тока таким образом, чтобы в наружной 16 и внутренней 15 рабочих поверхностях индуктора 12 возникло линейно-бегущее магнитное поле, направленное справа налево. Под действием линейно-бегущего магнитного поля внутренней рабочей поверхности 5 индуктора 12 подвижный линейный ротор 13 перемещается в левое крайнее положение и фиксируется в этом положении фиксатором 26.

Под действием линейно-бегущего магнитного поля наружной рабочей поверхности

16 индуктора 12 колесо 7, находящееся в правом крайнем положении начинает вращаться по часовой стрелке и своими зубцами смещает зубчатую рейку 21 влево, которая как и ротор 13 тоже занимает левое крайнее положение и фиксируется в этом левом крайнем положении своими фиксаторами 27 (фиг. 1) . После этого в обмотку 42 подают постоянный ток, а в обмотку 43 — трехфазный ток таким образом, чтобы в наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 возникло льнейно-бегущее магнитное поле, направленное слева направо.

В результате этого в обмотке 42 протекает постоянный ток, внутренняя рабочая поверхность 15 индуктора 12 работает как обычный электромагнит, а индуктор 12 фиксируется в определенном положении относительно ротора 13. В результате того, что в наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 образовалось линейно-бегугцее магнитное поле, направленное слева направо, оно индуктирует токи и ЭДС в электропроводящем покрытии 17 паза 9:<олеса 7 запорного элемента 3. В результате взаимодействия линейно-бегущего магнитного поля наружной 16 рабочей поверхности индуктора 12 с токами в электропроводягцем покрытии 17 колеса 7 после снятия фиксации ходовой тележки колесо 7 перемещается

1229374

7 вдоль зубчатой рейки 21 в левое крайнее положение (фиг. 1). Для того, чтобы обеспечивалась достаточная площадь взаимодействия между наружной рабочей поверхностью 16 индуктора 12 и электропроводящим покрытием 17 колеса 7 по мере продвижения последнего влево или вправо относительно индуктора 12 и ротора 13 в процессе работы, индуктор 12 периодически перемещают вслед за колесом 7 вдоль ротора 13.

Для того, чтобы застопорить индуктор 12 О относительно ротора 13, в его обмотку 42 подают постоянный ток. В этот момент индуктор 12 останавливается в необходимом месте за счет сил электромагнитного притяжения между индуктором 12 и ротором 13, В момент электромагнитного стопорения индуктора 12 относительно ротора 13 в обмотку 43 наружной рабочей поверхности 16 индуктора 12 подают трехфазный ток таким образом, чтобы колесо 7 под действием крутящего момента, вращаясь, перемещалось вправо или влево относительно индуктора

12 и ротора 13. В момент подачи трехфазного тока в обмотку 42 индуктор 12 перемещается вслед за колесом 7 в ту или иную сторону для того, чтобы не выйти из взаимодействия с покрытием 17 обода 8 запорного элемента 3, выполненного в виде колеса 7. Поскольку буровая камера 59 имеет несколько шлюзовых отсеков 6, находящихся в пространстве между камерой 59 и прилегающими к ней горизонтальными и вертикальными горными выработками, то изолирующее устройство содержит несколько запорных устройств, содержащих свои запорные элементы. В этом случае работа всех этих устройств не отличается от работы устройства, представленного на фиг. !в

3, так как они имеют одну и ту же конструкцию.

12293?4 дидд

Редактор А. Сабо Техред И. Верес Корректор О. Луговая

Заказ 2219/29 Тираж 436 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г Ужгород, ул. Проектная, 4