Установка горизонтального бурения

Изобретение относится к области строительства, в частности к машинам горизонтального бурения для бестраншейной укладки трубопроводов и их ремонта. Технический результат - повышение производительности при прокладке трубопроводов в твердых грунтах. Установка горизонтального бурения грунтов включает направляющее устройство, устройство осевой подачи, буровую головку с вибратором круговых колебаний, соединенную с обсадной трубой, компенсирующим устройством и выполненную в виде отрезка трубы, цилиндрического корпуса насаженного на отрезок трубы с помощью элементов качения, режущих ножей, закрепленных на забойном торце цилиндрического корпуса и вертикальной сегментной перегородки, с отвальным листом для удаления грунта. Вибратор круговых колебаний жестко закреплен посредством тяг внутри цилиндрического корпуса коаксиально его оси, при этом тяги расположены под углом к оси цилиндрического корпуса, значение которого превышает угол внешнего трения разрабатываемого грунта. 3 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, в частности к машинам горизонтального бурения для бестраншейной укладки трубопроводов и их ремонта.

Известно устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов, включающее обсадную трубу с рабочим наконечником, коаксиально которому закреплен вибратор [1].

Однако такая установка имеет недоработанную конструкцию, не позволяющую рекомендовать ее к производству.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемой установке является установка горизонтального бурения, включающая направляющее устройство, буровую головку и жестко закрепленный в ней вибратор круговых колебаний [2].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, выражается в повышении производительности при прокладке трубопроводов в твердых грунтах.

Это достигается тем, что вибратор круговых колебаний жестко закреплен посредством тяг внутри цилиндрического корпуса коаксиально его оси, при этом тяги расположены под углом к оси цилиндрического корпуса, значение которого превышает угол внешнего трения разрабатываемого грунта, и выполняют функцию подъемных лопастей.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка горизонтального бурения; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2.

Описываемая установка горизонтального бурения (фиг.1) включает в себя направляющее устройство 1, устройство осевой подачи 2, обсадную трубу 3, устройство удаления разбуренного грунта 4, буровую головку 5, жестко закрепленный в ней вибратор 14 (фиг.2) и компенсирующее устройство 6.

Буровая головка 5 (фиг.1) включает в себя отрезок трубы 8 (фиг.2), на которую с помощью элементов качения 9, обеспечивающих возможность вращения, но исключающих осевое перемещение, насажен цилиндрический корпус 10. На забойном торце корпуса 10 установлены режущие ножи 11, а на наружной его поверхности закреплены грунтозацепы 12, выполненные в виде фрагментов винтовой лопасти (фиг.1, фиг.2). На внутренней поверхности корпуса 10 коаксиально его оси жестко закреплен посредством тяг 13 вибратор 14, при этом тяги расположены под углом к оси цилиндрического корпуса, значение которого превышает угол внешнего трения разрабатываемого грунта, и выполняют функцию подъемных лопастей. К торцевой плоскости 16 внутренней части цилиндрического корпуса 10 вплотную, но без ограничения свободы его вращения относительно трубы 8 установлена вертикальная сегментная перегородка 17 (фиг.2, фиг.3). Перегородка 17 жестко приварена по периметру к трубе 8 таким образом, что в верхней части последней образовано сегментное разгрузочное окно 18 (фиг.3). К прямолинейному верхнему участку сегментной перегородки 17 приварен отвальный лист 19, боковые поверхности которого по всему периметру плотно прилегают к стенкам трубы 8, а нижний конец листа 19 выведен в обсадную трубу 3. Угол наклона листа 19 определяется следующей зависимостью:

где κ - коэффициент, учитывающий условия работы;

ϕ_е.о - угол естественного откоса разрабатываемого грунта.

Компенсирующее устройство 6 (фиг.1) включает в себя отрезок цилиндрической пружины 20 (фиг.2), свитой без промежутков между витками. Концевые витки жестко закреплены к торцам обсадной трубы 3 и отрезка трубы 8. Компенсирующие устройство защищено от попадания грунта резиновыми чехлами 21 и 22.

Предлагаемая установка работает следующим образом:

При включении привода вибратора 14 его дебаланс 15 (фиг.3) начинает совершать колебательные, вращательные движения относительно оси скважины (фиг.1). Вынуждающая сила дебаланса передается через его корпус, тяги 13 на корпус 10 буровой головки. При этом за счет вращательной циркуляции вектора вынуждающей силы корпус 10 буровой головки вовлекается во вращательное движение относительно оси скважины 7. За счет прижатия к стенкам скважины 25 корпус 10 обкатывается по стенкам скважины с частотой ω_б.г=f(ω_д) (фиг.3). Таким образом, буровая головка 5 (фиг.1) совершает вращательно-колебательное движение относительно оси скважины 7 и трубы 3. Движение относительно последней осуществляется за счет компенсирующего устройства 6. Одновременно с вращением корпуса 10 буровая готовка подается в направлении проходки устройством осевой подачи 2 (фиг.1). Осевое усилие подачи передается на корпус 10 последовательно через обсадную трубу 3, компенсирующее устройство 6, трубу 8 и элементы качения 9. При передаче осевого усилия через компенсирующее устройство 6 на буровую головку 5 при ее вращательно-колебательном движении отрезок пружины 20 деформируется, обеспечивая смещение осей буровой головки 5 и обсадной трубы 3 (фиг.2) для исключения взаимной передачи радиальных нагрузок. Движение буровой головки 5 и обсадной трубы 3 вдоль скважины осуществляется не только с помощью устройства 2, но и за счет осевого усилия ввинчивания в грунт корпуса 10, снабженного грунтозацепами 12 (фиг.1, фиг.2), выполненными в виде фрагментов винтовой лопасти. При подаче буровой головки в направлении проходки скважины и одновременном вращательно-колебательном обкатывании корпуса 10 относительно оси скважины и невращающейся трубы 8 ножи 11 срезают грунт в режиме циклоидного движения относительно разрушаемого грунта. Частицы срезанного грунта падают вниз и подхватываются тягами 13, закрепляющими вибратор 14, которые, вращаясь вместе с корпусом 10, поднимают грунт до нижнего края разгрузочного окна 18. До этого момента грунт, расположенный на тягах 13, удерживается от схода в направлении вектора V_гр (фиг.2) сегментной перегородкой 17. Как только тяга 13 выйдет за пределы верхнего края перегородки 17, грунт под собственным весом ссыпается с тяги 13 на отвальный лист 19 и далее в трубу 3, откуда удаляется устройством 4.

В результате повышается эффективность прохождения грунта от забойного торца буровой головки к устройству удаления грунта и, как следствие, повышается производительность при прокладке трубопроводов в твердых грунтах.

Источники информации

1. A.c. СССР №787575, кл. Е02F 5/18, 25.12.1980.

2. Патент РФ №2193628, 7 Е02F 5/18, 15.06.1998.

Установка горизонтального бурения грунтов, включающая направляющее устройство, устройство осевой подачи, буровую головку с вибратором круговых колебаний, соединенную с обсадной трубой, компенсирующим устройством и выполненную в виде отрезка трубы, цилиндрического корпуса, насаженного на отрезок трубы с помощью элементов качения, режущих ножей, закрепленных на забойном торце цилиндрического корпуса, подъемных лопастей, расположенных на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, вертикальной сегментной перегородки с отвальным листом для удаления грунта, отличающаяся тем, что вибратор круговых колебаний жестко закреплен посредством тяг внутри цилиндрического корпуса коаксиально его оси, при этом тяги расположены под углом к оси цилиндрического корпуса, значение которого превышает угол внешнего трения разрабатываемого грунта.