Устройство для термомеханического бурения скважин

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах. Устройство термомеханического бурения скважин включает буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающим патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, в своем поперечном сечении имеющие вид "ласточкин хвост" и продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом осесимметричными отверстиями. Фильтр выполнен в виде резонатора. Отражатель выполнен в виде биметаллического материала. Магистраль подачи воды соединена с баком, корпус которого установлен вертикально, и на наружную поверхность бака нанесен тонковолокнистый базальтовый материал, продольно расположенный в виде пучков по его высоте. Кривизна винтообразных канавок, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла фильтра, выполнена по линии циклоиды как брахистохроны, причем начальная точка линии циклоиды как брахистохроны размещена у входного отверстия, а нижележащая точка линии размещена у выходного отверстия суживающегося сопла. Обеспечивается поддержание нормированных энергозатрат при термомеханическом бурении скважин в течение длительной эксплуатации путем обеспечения постоянства аэродинамического сопротивления суживающегося сопла фильтра компрессора за счет устранения забивания полостей в виде "ласточкиного хвоста" и винтообразных канавок. 5 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах.

Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. патент РФ №2190077 МПК E21B 7/14, E21C 37/6. Опубликовано 27.09.2002), включающее устройство для термомеханического бурения скважин, включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающим патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с диаметрально противоположно расположенными отверстиями заполненными пластичным материалом с осесимметричными отверстиями, изменяющими свое сечение под действием избыточного давления потока всасываемого воздуха, винтообразные канавки на внутренней поверхности сопла в поперечном сечении имеют вид ласточкина хвоста, при этом фильтр выполнен в виде резонатора, а отражатель выполнен в виде биметаллического материала.

Недостатком данного устройства является энергоемкость процесса бурения и продувки скважин, особенно в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации, обусловленная необходимостью сверхнормативного производства сжатого воздуха из-за поступления в компрессор всасываемого воздуха, загрязненного твердыми частицами пыли и каплеобразованной влаги, что приводит к необходимости последующей дополнительной продувки пневмосистемы. При этом закручивание воздуха во всасывающем патрубке фильтра компрессора сопутствует наличию температурного перехода, воздействующего на отражательную перегородку фильтра, и приводит к возникновению местного колебания и, соответственно, невозможности образования и поддержания во время эксплуатации эффективного резонансного наддува компрессора, когда воздействие переменной массы загрязнений, находящихся во всасываемом воздухе, и его температурных перепадов на отражательную перегородку приводит к возникновению местного ее колебания в виде волнообразных изгибов, как в поперечном, так и в продольном направлении, что в конечном итоге выводит систему всасывания атмосферного воздуха из резонансного состояния.

Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. патент РФ №2577559, опубл. 27.0.2016), включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательном патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственна с всасывающимся патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, в своем поперечном сечении имеющие вид "ласточкин хвост" и продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом с осесимметричными отверстиями, при этом фильтр выполнен в виде резонатора, а отражатель выполнен в виде биметаллического материала, кроме того магистраль подачи воды соединена с баком, корпус которого установлен вертикально и на наружную поверхность бака нанесен тонковолокнистый базальтовый материал, продольно расположенный в виде пучков по его высоте.

Недостатком является энергоемкость, возрастающая при длительной эксплуатации из-за забивания полостей в виде "ласточкина хвоста" винтообразных канавок, следствии медленно перемещающихся под действием центробежных сил закрученного потока мелкодисперсных, твердых и каплеобразных частиц, имеющих высокую концентрацию во всасываемом атмосферном воздухе. Это обусловлено спецификой термомеханического бурения скважин, загрязняющих пылегазовыми выбросами окружающую среду и приводящих к увеличению аэродинамического. сопротивления суживающегося сопла фильтра компрессора.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированных энергозатрат при термомеханическом бурении скважин в течение длительной эксплуатации, путем обеспечения постоянства аэродинамического сопротивления суживающегося сопла фильтра компрессора, за счет устранения забивания полостей в виде ласточкиного хвоста винтообразных канавок при выполнении их кривизны по линии циклоида как брахистохрона, при этом начальная точка линии циклоида расположена у входного отверстия, а ниже лежащая точка расположена у выходного отверстия суживающегося сопла.

Технический, результат достигается тем, что устройство термомеханического бурения, скважин включает буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающимся патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, в своем поперечном сечении имеющие вид "ласточкин хвост" и продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом с осесимметричными отверстиями, при этом фильтр выполнен в виде резонатора, а отражатель выполнен в виде биметаллического материала, кроме того магистраль подачи воды соединена с баком, корпус которого установлен вертикально и на наружную поверхность бака нанесен тонковолокнистый базальтовый материал, продольно расположенный в виде пучков по его высоте, при этом кривизна винтообразных канавок, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла фильтра, выполнена по линии циклоида как брахистохрона, причем начальная точка линии циклоида, как брахистохрона расположена у входного отверстия, а ниже лежащая точка расположена у выходного отверстия суживающегося сопла.

На фиг. 1 изображено устройство для термомеханического бурения скважин (общий вид), на фиг. 2 - разрез воздушного фильтра компрессора, на фиг. 3 - сечение по А-А (разрез по кольцевой канавке суживающегося сопла), на фиг. 4 - поперечное сечение в виде "ласточкина хвоста" винтообразной канавки, на фиг. 5 - винтообразная канавка, кривизна которой выполнена по линии циклоида как брахистохрона.

Устройство включает буровой орган в виде бурового става 1, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка 2, к которой присоединены: магистраль 3 подачи воды, магистраль 4 подачи топлива. Магистраль 5 подачи воздуха через теплообменник 6, находящийся в баке 7, и адсорбер 8, по нагнетательному патрубку 9 от компрессора 10, связанного посредством всасывающего патрубка 11 с фильтром 12, размещенным на компрессоре 10, состоящим из корпуса с днищем конической формы 13 и суживающимся соплом 14, отражателя 15, выполненного из биметаллического материала и подвижно укрепленного посредством шарнира 16 к корпусу фильтра 12, конденсатоотводчика-поплавка 17, соединенного посредством тяги 18 и рычага 19 с отражателем 15, внутренних камер 20 и 21, сообщающихся соответственно со всасывающим патрубком 11 и суживающимся соплом 14, на внутренней поверхности которого выполнены продольные от входного 22 к выходному 23 отверстиям винтообразные канавки 24, в поперечном сечении выполненные в виде "ласточкина хвоста" и заканчивающиеся кольцевой канавкой 25, в которой расположены отверстия 26, заполненные эластичным материалом 27 с осесимметричными отверстиями 28. Магистраль 3 подачи воды соединена с баком 7, корпус 29 которого установлен вертикально, и на наружной поверхности 30 корпуса 29 бака 7 нанесен тонковолокнистый базальтовый материал 31, продольно расположенный в виде пучков 32 по его высоте.

Кривизна винтообразных канавок 24, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла 14 фильтра 12, выполнена по линии 33 циклоида как брахистохрона. Начальная точка (А) линии 33 циклоида как брахистохрона расположена у входного 22, а ниже лежащая точка (В) линии 33, расположена у выходного 23 отверстия суживающегося сопла 14.

Устройство работает следующим образом.

Специфика эксплуатации устройства для термомеханического бурения скважин заключается в том, что воздушная среда при производстве скважин интенсивно насыщается твердыми частицами технологических загрязнений, как в процессе бурения, так и последующей продувки скважин с высокой температурой транспортирующей парообразной массой. В результате этого, во всасывающий фильтр компрессора поступает смесь атмосферного воздуха с мелкодисперсными твердыми частицами и каплеобразной, а так же парообразной влагой. Мелкодисперсные твердые частицы технологических загрязнений процесса термомеханического бурения, и атмосферная пыль с каплеобразной влагой перемещаются по винтообразным канавкам 24 суживающегося сопла 14 фильтра 12 в процессе работы компрессора 10, коагулируют, укрупняются в полостях в виде "ласточкин хвост". В связи с тем, что перемещение загрязнений в винтообразных канавках 24 происходит под действием лишь центробежных сил закрученного потока, т.е. без ускорения силы тяжести, то при длительной эксплуатации наблюдается забивания с последующим закупориванием полостей в виде "ласточкин хвост". Это приводит не только снижению степени закрутки потока, т.к. внутренняя поверхность сужающегося сопла 12 становится практически "гладкой" т.е. без винтообразных направляющих для поступающего атмосферного всасываемого воздуха, но и способствует возрастанию аэродинамического сопротивления воздушного фильтра 12 из-за выпадающих из полостей в виде "ласточкин хвост" частиц загрязнений во внутреннем объеме. Как известно, это приводит к возрастанию мощности привода компрессора 10 на 20-25% (см., например, Кургавин В.М., Мезенцев А.П. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. - Л.: 1985 - 80 с), что способствует увеличению энергозатрат на процесс термомеханического бурения скважин.

При выполнении винтообразных канавок 24, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла 14 фильтра 12 с кривизной по линии циклоида как брахистохрона, твердые и каплеобразные частицы загрязнений перемещаются не только под действием центробежных сил закругленного потока но и со скорейшим спуском из начальной точки А входного 22 к ниже лежащей точке В у выходного 23 отверстия относительно центра кривизны (точка К) линии циклоида как брахистохрона (см., например, Некоторые замечательные кривые, стр. 802. М.Я. Выгодский Справочник по высшей математике. М.: Недра. 1965-872 с., ил.). В результате твердые частицы перемещаются от входного отверстия 22 (точка А) с ускорением в полостях в виде ласточкина хвоста, ударяется об укрупненные, за счет увлажнения твердые частицы, скапливающиеся перед выходным отверстием 23 (точка В) суживающегося сопла 14 и под действием энергии удара (см. например, Седов А.И. Механика сплошных сред. М.: Наука. 1990 - 303 с.; ил.), разрушаются образующиеся накопления. Все это способствует устранению закупоривания полостей в виде ласточкина хвоста винтообразных каналов 24 и как следствие устраняется возрастание аэродинамического сопротивления. Кроме того суммарная тепловая энергия удара и тепловая энергия скольжения способствует повышению температуры атмосферного воздуха перед выходным отверстием 23 на величину превышающего теплоту конденсации парообразной влаги, возникающей в соответствии с эффектом Джоуля-Томпсона, при внезапном расширении потока, выходящего из суживающегося сопла 14 (см., например, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа. 1980-469 с., ил.). Следовательно, не наблюдается дополнительного увлажнения твердых частиц с их последующим укрупнением, предотвращается образование закупоривания полостей в виде "ласточкин хвост" с последующим возрастанием аэродинамического сопротивления фильтра 12 и, как следствие, устраняются дополнительные энергозатраты на привод компрессора 10 и, соответственно, в целом на термомеханическое бурение скважин.

Наличие отрицательных температур наружного воздуха замерзания воды создает условия замерзания воды в баке 7, что препятствует поступлению ее в магистрали 3 подачи воды в буровой столб и далее к огнеструйной горелке 2, что усложняет удаление выбуренной массы из скважины: вплоть до забивания искомом, и соответственно создание аварийной Ситуации. Использование теплообменника 6 с источником энергии в виде теплоты сжатого в компрессоре 10 воздуха с расходом, необходимым для осуществления термомеханического бурения скважины, и количеством воды, находящимся в баке 7 при тепловых потерях через наружную поверхность 30 корпуса 29, недостаточно из-за существенной разности теплоемкостей воздуха (Ср=1,01кДж/кг°С) и воды (Ср=4,19 кДж/кг°С).

Поэтому в теплообменнике 6 наряду с теплотой сжатого воздуха применяют нагреватели, преимущественно электронагреватели, с дополнительным потреблением энергии, что увеличивает энергоемкость термомеханического бурения скважин. Снижение непроизводственных энергозатрат, обусловленных потерями теплоты остывающей воды 7, обеспечивается покрытием наружной поверхности 30 тонковолокнистым базальтовым материалом 31, продольно расположенным по высоте корпуса 29 в виде пучков 32. По мере прохождения сжатого воздуха с температурой свыше 100°С по теплообменнику 6 вода, находящаяся в баке 7, нагревается в конвективном теплообменнике конвекцией в нагревательном слое с внутренней поверхностью корпуса 30 и теплопроводностью по его толщине и передает тепловую энергию от наружной поверхности 30 к тонковолокнистому базальтовому материалу 31. Выполнение тонковолокнистого базальтового материала 31 в виде пучков 32 приводит не только к устранению потери теплоты к воздуху окружающей среды от наружной поверхности вследствие теплозащитных свойств, но и к аккумулированию тепловой энергии, а предлагаемое продольное расположений пучков 32 по высоте корпуса 29 на наружной поверхности 30, способствует образованию перемещающегося снизу вверх температурного поля, и соответственно, процессу выравнивания температуры по объему воды в баке 7, который происходит существенно интенсивнее, чем отвод теплоты с наружной поверхности 30.

В результате для устранения процесса замерзания воды в баке 7 при отрицательных температурах окружающей среды достаточно теплоты сжатого воздуха и/или значительно меньше количество энергии для дополнительного нагревателя, что в целом снижает энергоемкость устройства для термомеханического бурения скважин.

При термодинамическом разрушении горных пород и в процессе удаления выбуренной массы наблюдается интенсивное загрязнение атмосферного воздуха технологическими загрязнениями в виде твердых частиц и каплеобразной влаги. В результате даже при усовершенствованной очистке от мелкодисперсных загрязнений над установкой пылепарогазоподавления на выходе из вытяжных труб постоянно находится значительная масса парогазовой смеси, насыщенная твердыми частицами, которая в процессе работы компрессора 10 при производстве сжатого воздуха смещается в сторону всасывающего фильтра 12. Суживающееся сопло 14, работая по принципу воронки для полусферы окружающего атмосферного воздуха с парогазовой смесью, насыщенной твердыми частицами, всасывает данную массу. В результате уменьшения проходного сечения суживающегося сопла 14 и возрастания скорости всасываемого потока загрязнения оттесняются к стенке и попадают в продольные, начинающиеся от входного отверстия 22, винтообразные канавки 24, выполненные в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", где сталкиваются с другими частицами (твердыми и каплеобразными), укрупняются и становятся "ядрами конденсации " водяного пара.

Необходимость применения винтообразных канавок 24, выполненных в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", обусловлена тем, что в процессе термомеханического бурения и продувки скважин наблюдаются продольные и поперечные вибрации корпуса бурового става и соответственно элементов пневмосети в диапазоне от 1 до 30 Гц/см. Это приводит к постоянному витанию твердых и каплеобразных частиц в пограничном слое винтообразных канавок 24 с высокой вероятностью последующего, поступления их во внутреннюю камеру 20. Наличие же полости в виде "ласточкина хвоста" практически устраняет возможность выпадения твердых и каплеобразных частиц из винтообразных канавок 24 дополнительного нагревателя, что в целом снижает энергоемкость устройства для термомеханического бурения скважин.

При термодинамическом разрушении горных пород и в процессе удаления выбуренной массы наблюдается интенсивное загрязнение атмосферного воздуха технологическими загрязнениями в виде твердых частиц и каплеобразной влаги. В результате даже при усовершенствованной очистке от мелкодисперсных загрязнений над установкой пылепарогазоподавления на выходе из вытяжных труб постоянно находится значительная масса парогазовой смеси, насыщенная твердыми частицами, которая в процессе работы компрессора 10 при производстве сжатого воздуха смещается в сторону всасывающего фильтра 12. Суживающееся сопло 14, работая по принципу воронки для полусферы окружающего атмосферного воздуха с парогазовой смесью, насыщенной твердыми частицами, всасывает данную массу. В результате уменьшения проходного сечения суживающегося сопла 14 и возрастания скорости всасываемого потока загрязнения оттесняются к стенке и попадают в продольные, начинающиеся от входного отверстия 22, винтообразные канавки 24, выполненные в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", где сталкиваются с другими частицами (твердыми и каплеобразными), укрупняются и становятся "ядрами конденсации " водяного пара.

Необходимость применения винтообразных канавок 24, выполненных в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", обусловлена тем, что в процессе термомеханического бурения и продувки скважин наблюдаются продольные и поперечные вибрации корпуса бурового става и соответственно элементов пневмосети в диапазоне от 1 до 30 Гц/см. Это приводит к постоянному витанию твердых и каплеобразных частиц в пограничном слое винтообразных канавок 24 с высокой вероятностью последующего поступления их во внутреннюю камеру 20. Наличие же полости в виде "ласточкина хвоста" практически устраняет возможность выпадения твердых и каплеобразных частиц из винтообразных канавок 24 при вибрационном воздействии по мере движения их от входного 22 к выходному 23 отверстиям. В результате вся масса загрязнений направляется к кольцевой канавке 25. Закручивание в винтообразных канавках 24 более плотного пограничного слоя интенсифицирует завихрение всего потока всасываемого воздуха, обеспечивая его термодинамическое расслоение на "горячий" - периферийный с избыточным давлением и "холодный" - осевой с пониженным (относительно давления окружающей среды) давлением.

"Горячий" поток термодинамически расслоенного всасываемого воздуха в суживающемся сопле 14 концентрируется с избыточным давлением в пограничном слое продольных винтообразных канавок 24 и достигает кольцевой канавки 25, в которой расположены отверстия 26, заполненные эластичным материалом 27 с осесимметричными отверстиями 28. Упругость эластичного материала 27 выбрана таким образом, что "лишь под воздействием избыточного давления "горячего" потока термодинамически расслоенного всасываемого воздуха осесимметричные отверстия 28 открываются, соединяя отверстия 26 кольцевой канавки 25 с атмосферой. Тогда основная масса "горячего" потока, направляемая из пограничного слоя винтообразных канавок 24, выполненных в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", в кольцевую канавку 25 с загрязнениями в виде твердых частиц и каплеобразной влаги выбрасывается через отверстия 26, открытые отверстия 28 (за счет выпуклости эластичного материала 27) в атмосферу, а "холодный" - осевой поток и часть "горячего" не успевшего выброситься в атмосферу потока поступает к выходному отверстию 23 суживающегося сопла 14.

Полученная смесь "холодного" и частично "горячего" потоков имеет температуру, меньшую чем температура атмосферного всасываемого воздуха. Чем выше плотность термодинамически расслаиваемого воздуха (атмосферный воздух насыщен технологическими загрязнениями и атмосферной каплеобразной влагой) на входе в дозвуковое сопло (суживающееся сопло 14), выполняющее функцию вихревой трубы, тем ниже температура "холодного" потока. Поэтому сброс перед поступлением в компрессор 10 наряду с загрязнениями хотя бы части "горячего" потока обеспечивает увеличение плотности всасываемого воздуха и соответственно массовой производительности, тем самым снижая энергоемкость термомеханического бурения и продувки скважин.

На выходе из отверстия 23 суживающегося сопла 14 вращающийся охлажденный всасываемый воздух во внутренней камере 20 внезапно расширяется, дополнительно снижая свою температуру еще на 3-5 градусов и ударяется об отражатель 15. При наличии продольных и поперечных колебаний бурового става, сопутствующих термомеханическому бурению и расширению скважин, а также пульсирующему воздействию вращающегося потока, наблюдается вибрационное перемещение отражателя 15, подвижно укрепленного на шарнире 16. Кроме этого, твердые частицы загрязнений и каплеобразная влага, не попавшие в полости винтообразных канавок 24 и находящиеся во всасываемом воздухе внутренней камеры 20, ударяются об отражатель 15, отклоняя его в сторону внутренней камеры 21, объем которой является резонатором в корпусе фильтра 12. В результате работы устройства для термомеханического бурения скважин и процесса поступления всасываемого воздуха в компрессор 10 создаются резонансные колебания столба всасываемого воздуха внутренней камеры 21 фильтра 12 под действием возбудителей: уровни жидкости с конденсатоотводчиком-поплавком 17 и отражателя 15, взаимосвязанных между собой посредством тяги 18 и рычага 19, обеспечивающих суммарное действие как поперечных, так и продольных вибрационных перемещений.

Поддержание режима резонанса в изменяющихся технологических и погодно-климатических условиях эксплуатации устройства для термомеханического бурения скважин обеспечивается тем, что, например, уменьшение массы твердых и каплеобразных частиц во внутренней камере 20 (по условиям работы заключающихся в отсутствии дождя, снега, воздействия ветра в сторону от фильтра и т.д.) снижает силу удара их об отражатель 15, и, соответственно, его отклонение во внутреннюю камеру 21 уменьшается, в то же время количество выпавших частиц в коническое днище 13 также уменьшается, в результате возрастают вибрации в поперечном направлении конденсатоотводчика-поплавка 17 (чем меньше масса конденсата в днище 13, тем интенсивнее колебания конденсатоотводчика-поплавка 17, и соответственно чем больше масса конденсата в днище 13 фильтра 12, тем с меньшей амплитудой колеблется конденсатоотводчик-поплавок 17), который через тягу 18 и рычаг 19 воздействует на отражатель 15, поддерживая столб всасываемого атмосферного воздуха во внутренней камере 21 в режиме резонанса с воздухом, поступающим в компрессор 10 по всасывающему патрубку 11.

При увеличении массы твердых и жидких частиц во внутренней камере 20 по сравнению с отрегулированным значением резонансного явления возрастает сила их удара об отражатель 15 и соответственно его отклонение в направлении внутренней камеры 21 увеличивается, одновременно возрастает количество выпавших твердых частиц в коническом днище 13, конденсатоотводчик-поплавок 17 поднимается и через тягу 18 и рычаг 19 воздействует на отражатель 15, возвращая его в исходное положение (положение, обеспечивающее резонансные колебания столба всасываемого воздуха в компрессоре 10 воздушного фильтра 12). Ввиду того что термодинамически расслоенный на "горячий" и "холодный" вращающийся поток, выходящий из отверстия 23 суживающегося сопла 14, имеет различную температуру, распределяемую в виде концентрических окружностей по его сечению, то и на отражателе 15 при контакте с вращающимся потоком наблюдается распределение температур от более "холодной" в центре к более "горячей" по периферии. В результате различного температурного воздействия по поверхности отражателя 15 образуется волновое колебательное движение, выводящее систему из резонансного состояния. Для устранения данного явления выполняем отражатель 15 из биметаллического материала, наличие которого устраняет вибрационное образование волнообразных колебательных волн. В этом случае отражатель 15 вне зависимости от температурного воздействия работает как элемент, препятствующий образованию волнообразных колебательных волн, нарушающих резонансный наддув, в результате обеспечивается надежность максимального массового поступления всасываемого воздуха в компрессор.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что поддержание нормированных энергозатрат при длительной эксплуатации устройства для термомеханического бурения скважин достигается выполнением кривизны винтообразных канавок по линии циклоида как брахистохрона на внутренней поверхности суживающегося сопла фильтра компрессора, причем начальная точка линии циклоида как брахистохрона размещена у входного отверстия, а ниже лежащая ее точка размещена у выходного отверстия суживающегося сопла из-за закупоривания полостей в виде ласточкина хвоста. Это устраняет возрастание аэродинамического сопротивления воздушного фильтра компрессора счет обеспечения скорейшего спуска загрязнений атмосферного всасываемого воздуха в полостях в виде ласточкина хвоста, следовательно не требуются дополнительные энергозатраты на привод компрессора, что и обеспечивает энергосберегающее термомеханическое бурение скважин.

Устройство термомеханического бурения скважин включает буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающим патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, в своем поперечном сечении имеющие вид "ласточкин хвост" и продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом осесимметричными отверстиями, при этом фильтр выполнен в виде резонатора, а отражатель выполнен в виде биметаллического материала, кроме того, магистраль подачи воды соединена с баком, корпус которого установлен вертикально, и на наружную поверхность бака нанесен тонковолокнистый базальтовый материал, продольно расположенный в виде пучков по его высоте, отличающееся тем, что кривизна винтообразных канавок, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла фильтра, выполнена по линии циклоиды как брахистохроны, причем начальная точка линии циклоиды как брахистохроны размещена у входного отверстия, а нижележащая точка линии размещена у выходного отверстия суживающегося сопла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для теплового бурения скважин во льду и может быть использовано для исследования внутреннего строения ледников и нагромождений морского льда - торосов и стамух.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах. Устройство включает буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающим патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом с осесимметричными отверстиями.

Изобретение относится к строительству гидротермальных электростанций, использующих тепловую энергию в глубоких слоях недр земли. Способ строительства подземных испарительных систем в высокотемпературных слоях земной породы состоит: в создании системы испарительных полостей на конечном участке глубокой скважины методом выплавления породы плавильным агрегатом, а также в использовании установленного в зоне испарительных полостей испарительного агрегата вместо плавильного агрегата, подающего пресную или морскую воду в испарительные полости, где разбрызгиваемая на горячие поверхности полостей вода превращается в перегретый пар высокого давления и температуры, поступающий в турбогенератор, вырабатывающий электроэнергию, а после конденсации пара используемый для обогрева зданий опресненной горячей водой.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин. Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин содержит буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления с встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, который имеет вид двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра для размещения адсорбента между внутренней стенкой большего цилиндра и внешней стенкой меньшего цилиндра, а внутренней стенкой он насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу.

Изобретение относится к буровым коронкам для разрушения крепких горных пород, в том числе трещиноватых и перемежающихся по твердости. Технический результат заключается в эффективном разрушении забоя, высокой механической скорости бурения.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано для бурения различных отверстий. Устройство содержит электродвигатель, редуктор с полым валом, источник лазерного излучения, инструмент для сверления, механизм возвратно-поступательной подачи инструмента сверления, оптическое волокно, газовую систему, резервуар для жидкости, смеситель, систему впрыскивания жидкости в смеситель, систему отсасывания, каналы для охлаждения оптического волокна, для подачи хладагента в зону забоя и для отвода отсасываемых из зоны забоя хладагента и шлама.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано в сейсмических районах для бурения различных отверстий.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано в сейсмических районах для бурения отверстий в бетонных зданиях с целью их укрепления стяжками и в опасных отвесных участках горной породы, для бурения тонких диагностических глубоких отверстий в многометровых бетонных стенах могильников с захоронениями радиоактивных веществ, для бурения в стенке скважины локальных боковых отверстий в окружающей породе.

Группа изобретений относится к способу и устройству для бурения с расплавлением для выполнения точных по размеру скважин, шахт и туннелей в грунте, в частности в скальной породе, в котором с помощью расплава расплавляют основание скважины и расплав вскрышной породы выдавливают в окружающую среду, в частности в разрыхленную за счет воздействия температуры и давления окружающую скальную породу, и в котором во время бурения за счет затвердевающего расплава образуется затяжка скважины вокруг образованной из трубных элементов колонны обсадных труб.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин. Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин содержит электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер выполнен в виде двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра, причем адсорбер внутренней стенкой меньшего цилиндра плотно насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу, адсорбент размещен в подпружиненной кассете, свободно перемещающейся в вертикальном направлении между внутренней поверхностью большего цилиндра и внешней поверхностью меньшего цилиндра.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах. Устройство термомеханического бурения скважин включает буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающим патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, в своем поперечном сечении имеющие вид ласточкин хвост и продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом осесимметричными отверстиями. Фильтр выполнен в виде резонатора. Отражатель выполнен в виде биметаллического материала. Магистраль подачи воды соединена с баком, корпус которого установлен вертикально, и на наружную поверхность бака нанесен тонковолокнистый базальтовый материал, продольно расположенный в виде пучков по его высоте. Кривизна винтообразных канавок, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла фильтра, выполнена по линии циклоиды как брахистохроны, причем начальная точка линии циклоиды как брахистохроны размещена у входного отверстия, а нижележащая точка линии размещена у выходного отверстия суживающегося сопла. Обеспечивается поддержание нормированных энергозатрат при термомеханическом бурении скважин в течение длительной эксплуатации путем обеспечения постоянства аэродинамического сопротивления суживающегося сопла фильтра компрессора за счет устранения забивания полостей в виде ласточкиного хвоста и винтообразных канавок. 5 ил.

Наверх