Насос для инъекционных работ, инъекционный пакер и система для инъектирования органических и минеральных составов

Группа полезных моделей относится к области строительства, а именно все полезные модели могут быть использованы комплексно или отдельно при ведении гидроизоляционных, ремонтных, восстановительных и реставрационных работ на различных строительных объектах. Цель полезных моделей заключается в создании такой комплексной системы для инъектирования органических и минеральных составов при ведении ремонтных и гидроизоляционных работ, которая обеспечивает проведение широкого спектра работ в различных строительных конструкциях при непрерывном контроле давления закачиваемого состава. Для этого насос для инъекционных работ снабжен защитным приспособлением, выполненным в виде корпуса с двумя смежными изолированными камерами, разделенными между собой мембраной, при этом одна камера связана с нагнетательной полостью клапанной коробки, а вторая камера гидравлически связана с входным штуцером манометра и заполнена жидкостью для передачи давления на манометр. Инъекционный пакер, на одном конце которого закреплен с упором эластичный рукав, установленный совместно с толкателем коаксиально

на трубчатом корпусе с возможностью ограниченного осевого смещения и распора под действием нажимной гайки, позволяет производить надежную герметизацию скважины при подаче через упомянутую скважину инъектирующего состава. Система, состоящая из насоса, пакера и связывающего их рукава высокого давления позволяет вести широкий спектр ремонтных и изоляционных работ при использовании малогабаритного надежного оборудования.

Настоящая группа полезных моделей относятся к строительству и все полезные модели могут быть использованы комплексно или отдельно при ведении гидроизоляционных, ремонтных, восстановительных и реставрационных работ с использованием органических и минеральных составов.

Эта группа полезных моделей может быть использована в применяемых в настоящее время технологиях, которые позволяют проводить укрепление грунтов, фундаментов и строительных конструкций путем инвестирования в поры и трещины различных укрепляющих составов, содержащих в качестве добавки минеральные дисперсные порошки с высокой удельной поверхностью и тонкопористой структурой, например, бентонит (удельная поверхность - 100000 см² /г).

Также группа полезных моделей может быть использована при проведении работ с использованием гидроактивных полиуретановых составов с вязкостью в неотвержденном состоянии от 15 до 1200 МПа*с, что позволяет производить качественную закачку при ведении широкого спектра гидроизоляционных работ.

При проведении подобных работ в грунтах и строительных конструкциях, необходимо предварительно пробурить скважины. Затем в

скважине раскрепляется инъекционный пакер, через который производится нагнетание инъекционного состава в скважину. Из скважины соответствующий закрепляющий или гидроизолирующий состав поступает по трещинам в тело конструкции. Нагнетание производится насосом небольшой производительности, но развивающим давление до 10 МПа.

Известны насосы для перекачивания неоднородных вязких материалов, например, бетонов. Эти насосы могут быть выполнены по различным конструктивным схемам. Так, при необходимости обеспечения перекачивания больших объемов смеси, бетононасос может быть выполнен с двумя цилиндрами (см. например, патент РФ №2127829, опублик. 20.03.99). Однако такая конструкция насоса не пригодна для инъектирования составов в бетонные конструкции в локальных ограниченных местах.

Известен также насос, предназначенный для перекачивания неоднородных вязких материалов, который может быть использован для дозированной подачи бетона и проведения инъекционных работ.

Насос включает установленные на раме приводной рычаг, связанный с поршнем, размещенным в цилиндре, гидравлически связанную с рабочей камерой цилиндра клапанную коробку и манометр для определения давления прокачиваемого раствора (см., например, пат. РФ №2150606, м. кл. F 04 B 15/02, 10.06.2000) (1).

Однако в этом насосе манометр для определения давления в системе и количества прокачиваемого раствора не связан непосредственно с гидромагистралью раствора, а включен в систему датчика количества прокачиваемого раствора. Это с одной стороны снижает точность определения необходимых параметров, а с другой стороны -усложняет конструкцию насоса.

Первая полезная модель группы, относящаяся к насосу для инъекционных работ, направлена на решение задачи по созданию конструкции, которая обеспечивала бы надежную работу как самого насоса, так и всей системы для инъектирования прокачиваемого инъекционного состава, с обеспечением непрерывного контроля его давления.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого насоса, заключается в обеспечении защиты узла манометра от действия прокачиваемого состава, который может вывести из строя весь узел манометра при его несвоевременном удалении из каналов системы, а также в повышении точности замеряемых рабочих параметров системы.

Поставленная задача решена за счет того, что в насосе для инъекционных работ, включающем установленный на раме цилиндр с поршнем, размещенным в цилиндре, гидравлически связанную с рабочей камерой цилиндра клапанную коробку и манометр, имеется защитное приспособление, выполненное в виде корпуса с двумя смежными изолированными камерами, разделенными между собой мембраной, при этом одна камера связана с нагнетательной полостью клапанной коробки, а вторая камера гидравлически связана с входным штуцером манометра и заполнена жидкостью для передачи давления на манометр.

Целесообразно в качестве жидкости для передачи давления на манометр, камеру, гидравлически связанную с входным штуцером манометра, заполнить глицерином.

Кроме того, поставленная задача решена за счет выполнения корпуса защитного приспособления разъемным и его установки на корпусе клапанной коробки.

Другой важной задачей, которая должна быть решена и на решение которой направлена конструкция второй полезной модели

группы, является создание такого инъекционного пакера, который позволил бы решать широкий круг задач, возникающих при инъектировании состава в различные конструкции. При этом возникает необходимость в создании простой конструкции инъекционного пакера, позволяющего разместить и надежно закрепить его в пробуренной скважине, выбранной в соответствии с конструктивными особенностями, размерами и трещиноватостью конструкции, в которую осуществляется инъектирование.

Известен инъекционный пакер, применяемый для нагнетания уплотняющей смеси, например, в грунт (см., например, свидетельство РФ на полезную модель №29735, М. кл. Е 02 D 3/12, опублик. 27.05.2003).

Указанный инъекционный пакер включает трубчатый корпус, на одном конце которого закреплен эластичный рукав, образующий эластичную надувную камеру а на другом конце - глухой фланец.

Недостатком этого пакера является сложность его применения в скважинах малого диаметра, поскольку для обеспечения надежного перекрытия скважины при ее герметизации, необходимо создавать большие давления в полости эластичной надувной камеры, имеющей очень малые размеры.

Полезная модель, относящаяся к инъекционному пакеру, направлена на решение задачи по созданию простой и надежной конструкции пакера для герметизации скважин, через которые производится инъектирование раствора в конструкцию.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого инъекционного пакера, заключается в надежном раскреплении (анкеровке) различных типоразмеров пакера в скважине с обеспечением необходимой герметичности узла крепления при использовании унифицированной конструкции.

Поставленная задача решена за счет того, что инъекционный пакер, включает трубчатый корпус с двумя резьбовыми концами, на одном из которых закреплен с упором эластичный рукав, установленный совместно с толкателем коаксиально на трубчатом корпусе с возможностью ограниченного осевого смещения и распора под действием нажимной гайки, размещенной на втором резьбовом конце трубчатого корпуса совместно с обратным клапаном.

А также за счет того, что обратный клапан выполнен в виде корпуса клапана, внутри которого размещен подпружиненный запорный шарик, а на наружной поверхности выполнено посадочное гнездо для подсоединения нагнетательного шланга насоса для инъекционных работ.

А также за счет того, что эластичный рукав, установленный коаксиально на корпусе, выполнен из вулканизированной резины, у которой эффективная концентрация поперечных связей должна находиться в пределах (3-19)*10 ¹⁹ см^-3, твердость по Шору А 50-90.

А также за счет того, что пакер может быть выполнен с наружным диаметром эластичного рукава, установленного коаксиально на корпусе, в пределах от 8 до 19 мм, при этом отношение площади поперечного сечения эластичного рукава к его наружному диаметру находится в пределах от 4,5 до 12,5 соответственно.

Общая система для инъектирования рабочих растворов в различные строительные конструкции решает задачу создания мобильной, компактной и надежной установки для ведения гидроизоляционных и ремонтных работ.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой системы для инъектирования, заключается в обеспечении возможности быстрого и качественного проведения различных работ в самых разнообразных условиях, начиная от поверхностных

работ и заканчивая ремонтными работами в тоннелях и коллекторах.

Поставленная задача решена за счет того, что в системе для инъектирования, содержащей насос для инъекционных работ и инъекционный пакер, насос для инъекционных работ, включает установленный на раме цилиндр с поршнем, размещенным в цилиндре, гидравлически связанную с рабочей камерой цилиндра клапанную коробку и манометр. Насос снабжен защитным приспособлением, выполненным в виде корпуса с двумя смежными изолированными камерами, разделенными между собой мембраной, при этом одна камера связана с нагнетательной полостью клапанной коробки, а вторая камера гидравлически связана с входным штуцером манометра и заполнена жидкостью для передачи давления на манометр.

Насос и инъекционный пакер гидравлически связаны между собой посредством соединительного шланга, на котором закреплен зажим для герметичного соединения с посадочным гнездом инъекционного пакера, включающего корпус с двумя резьбовыми концами, на одном из которых закреплен эластичный рукав, установленный совместно с толкателем коаксиально на трубчатом корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения под действием нажимной гайки, размещенной на втором резьбовом конце трубчатого корпуса совместно с обратным клапаном.

Описание полезных моделей поясняется тремя чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид инъекционного насоса, на фиг.2 показано защитное приспособление, а на фиг.3 показан инъекционный пакер.

Насос (фиг.1) для инъекционных работ, включает раму 1, на которой установлен цилиндр 2 с размещенным внутри цилиндра поршнем 3. Поршень 3 перемещается возвратно-поступательно внутри цилиндра

2 посредством приводного рычага 4, связанного с поршнем 2. С рабочей камерой цилиндра 2 гидравлически связана клапанная коробка 5, на которой закреплен манометр 6. Нагнетательная полость (на чертеже не показана) клапанной коробки 5 связана с входным штуцером манометра 6 через защитное приспособление 7 (фиг.2), которое выполнено в виде разъемного корпуса 8 с двумя смежными изолированными камерами 9,10. Обе камеры 9 и 10 разделены между собой мембраной 11. Камера 9 связана с нагнетательной полостью клапанной коробки 5, а камера 10 гидравлически связана с входным штуцером манометра 6 и заполнена жидкостью для передачи давления на манометр 6. В качестве жидкости для передачи давления на манометр 6 камера 10, гидравлически связанная с входным штуцером манометра, заполнена глицерином. Вместо глицерина может быть применена и другая не агрессивная не замерзающая жидкость, например, спирт.

Кроме камеры 9, нагнетательная полость клапанной коробки 5 насоса гидравлически связана с инъекционным пакером посредством соединительного шланга (на чертежах не показан).

Инъекционный пакер (см. фиг.3), содержит трубчатый корпус 12 с двумя резьбовыми концами, на одном из которых закреплен с упором эластичный рукав 13, установленный совместно с толкателем 14 коаксиально на трубчатом корпусе 12 с возможностью ограниченного осевого смещения и распора под действием нажимной гайки 15, размещенной на втором резьбовом конце трубчатого корпуса 12 совместно с обратным клапаном. За счет варьирования длины и диаметра трубчатого корпуса и эластичного рукава, получают набор инъекционных пакеров для использования в скважинах различной глубины и диаметра, в зависимости от требуемых условий. Наиболее предпочтительным

является следующий ряд длин инъекционных пакеров: 110 мм, 150 мм, 200 мм, 300 мм и 400 мм.

Обратный клапан выполнен в виде корпуса 16, внутри которого размещен подпружиненный запорный шарик 17, а на наружной поверхности выполнено посадочное гнездо 18 для подсоединения нагнетательного шланга насоса.

Раскрепление пакера в скважине производится механическим способом, а именно путем перемещения толкателя 14 под действием нажимной гайки 15. При своем перемещении толкатель 14 воздействует на нажимную шайбу 19 и на эластичный рукав 13, который установлен на трубчатом корпусе 12 с упором в концевую гайку и шайбу 20.

Под действием сжимающей нагрузки эластичный рукав распирается и фиксирует инъекционный пакер в скважине с одновременной ее герметизацией. Для обеспечения необходимого усилия фиксации пакера, а также надежной герметизации скважины, существенным является выбор характеристик материала эластичного рукава 13, а также его относительных размеров, которые позволяют производить многоразовую деформацию рукава без его повреждения.

В качестве материала для изготовления эластичного рукава использована вулканизированная резина, у которой эффективная концентрация поперечных связей должна находиться в пределах (3-19)*10 ¹⁹ см^-3, а твердость по Шору А 60-90, при этом отношение площади поперечного сечения эластичного рукава к его наружному диаметру лежит в пределах от 4,5 до 12,5. Такой значительный интервал отношения объясняется необходимостью подбора конструктивных параметров пакера, позволяющих использовать унифицированную конструкцию в различных условиях и для решения самых разнообразных технологических задач, связанных с использованием описываемых

полезных моделей. Такая унифицированная конструкция пригодна для создания ряда типоразмеров пакеров, предназначенных для установки в скважинах, различающихся между собой как по диаметру, так и по глубине.

Для герметизации скважины, пробуренной буром диаметром равным 20 мм, наружный диаметр эластичного рукава 13, установленного коаксиально на корпусе, равен 19 мм, а отношение площади поперечного сечения эластичного рукава к его наружному диаметру равно 12,5. Такое соотношение обеспечивает распор эластичного рукава с достижением герметизации полости скважины.

Для герметизации скважины, пробуренной буром диаметром равным 18 мм, наружный диаметр эластичного рукава 13, установленного коаксиально на корпусе, равен 17 мм, а отношение площади поперечного сечения эластичного рукава к его наружному диаметру равно 10.

Для герметизации скважины, пробуренной буром диаметром равным 16 мм, наружный диаметр эластичного рукава 13, установленного коаксиально на корпусе, равен 15 мм, а отношение площади поперечного сечения эластичного рукава к его наружному диаметру равно 8,5.

При выполнении эластичного рукава 13 наружным диаметром 13 мм, отношение площади поперечного сечения эластичного рукава к его наружному диаметру равно 8.

Наименьший наружный диаметр эластичного рукава 13 при данной конструкции инъекционного пакера равен 8 мм. При этом отношение площади поперечного сечения эластичного рукава к его наружному диаметру равно 4,5.

Вместе насос и инъекционный пакер гидравлически сообщаются посредством соединительного рукава высокого давления 21 (сриг.1),

образуя единую систему для инъектирования при ведении гидроизоляционных, ремонтных, восстановительных и реставрационных работ с использованием органических и минеральных инъекционных составов.

1. Насос для инъекционных работ, включающий установленный на раме цилиндр с поршнем, размещенным в цилиндре, гидравлически связанную с рабочей камерой цилиндра клапанную коробку и манометр, отличающийся тем, что насос снабжен защитным приспособлением, выполненным в виде корпуса с двумя смежными изолированными камерами, разделенными между собой мембраной, при этом одна камера связана с нагнетательной полостью клапанной коробки, а вторая камера гидравлически связана с входным штуцером манометра и заполнена жидкостью для передачи давления на манометр.

2. Насос для инъекционных работ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости для передачи давления на манометр камера, гидравлически связанная с входным штуцером манометра, заполнена глицерином.

3. Насос для инъекционных работ по п.1, отличающийся тем, что корпус защитного приспособления выполнен разъемным и установлен на корпусе клапанной коробки.

4. Инъекционный пакер, включающий трубчатый корпус с двумя резьбовыми концами, на одном из которых закреплен с упором эластичный рукав, отличающийся тем, что эластичный рукав установлен совместно с толкателем коаксиально на трубчатом корпусе с возможностью ограниченного осевого смещения и распора под действием нажимной гайки, размещенной на втором резьбовом конце трубчатого корпуса совместно с обратным клапаном.

5. Инъекционный пакер по п.4, отличающийся тем, что обратный клапан выполнен в виде корпуса, внутри которого размещен подпружиненный запорный шарик, а на наружной поверхности выполнено посадочное гнездо для подсоединения нагнетательного шланга насоса, выполненного в соответствии с п.1.

6. Инъекционный пакер по п.4, отличающийся тем, что эластичный рукав, установленный коаксиально на корпусе, выполнен из вулканизированной резины, у которой эффективная концентрация поперечных связей должна находиться в пределах (3-19)·10 ¹⁹ см^-3, а твердость по Шору А 50-90.

7. Инъекционный пакер по п.4, отличающийся тем, что он выполнен с эластичным рукавом, установленным коаксиально на корпусе, имеющим наружный диаметр в пределах от 8 до 19 мм, при этом отношение площади поперечного сечения эластичного рукава к его наружному диаметру находится в пределах от 4,5 до 12,5 соответственно.

8. Система для инъектирования рабочих растворов, содержащая насос для инъекционных работ и инъекционный пакер, отличающаяся тем, что насос выполнен в соответствии с п.1, при этом насос и инъекционный пакер гидравлически связаны между собой посредством соединительного шланга, на котором закреплен зажим для герметичного соединения с посадочным гнездом инъекционного пакера, выполненного в соответствии с п.4.