Реактивно-перемещающийся аппарат

 

Изобретение относится к реактивной технике, а именно к реактивно-перемещающимся аппаратам, предназначенным для проходки скважин в средах с различной плотностью (песок, мерзлый грунт, глина, суглинок и т. д. ). Технической задачей, решаемой изобретением, является получение максимально возможной глубины проходки за цикл работы одного аппарата. Аппарат содержит камеру сгорания, заряд твердого топлива, воспламенитель и цилиндро-конический насадок 1. На насадке выполнены сопла, в том числе на конической части - центральные сопла 2. Их срезы находятся от вершины конуса на расстоянии, не меньшем, чем диаметр окружности, на которой лежат оси центральных сопел. Вращательные сопла 6 и прижимающие сопла 4 ориентированы в сторону камеры сгорания. Ряд боковых сопел 3 расположен под острым углом к образующей конической части насадка в сторону вершины конуса. Угол наклона сопел относительно продольной оси аппарата от вращательных сопел к центральным соплам увеличивается, а диаметры-уменьшаются. Внутри насадка полость разделена дроссельным отверстием на две части. В зоне вращательных сопел внутренняя полость выполнена расширяющейся в сторону от вершины соплового насадка. Площадь проходного сечения и суммарные площади проходных сечений сопел связаны соотношением, приведенным в тексте описания и формуле. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к реактивной технике, а именно реактивно-перемещающимся аппаратам (РПА), предназначенным для проходки скважин в средах с различной плотностью (песок, мерзлый грунт, глина, суглинок и т. д. ).

Известен РПА, содержащий камеру сгорания с размещенным в ней зарядом твердого ракетного топлива, сопловой насадок конусообразной формы, при этом в вершине конуса расположено центральное сопло, а несколько рядов сопел расположены на боковой поверхности.

Известен РПА, принятый в качестве прототипа, содержащий камеру сгорания с зарядом твердого топлива, цилиндроконический насадок с центральным соплом, несколькими рядами боковых сопел и вращательными соплами на цилиндрической части насадка.

Недостатком РПА является невозможность получить максимальную глубину скважины при работе одного РПА.

Технической задачей, решаемой изобретением, является получение максимально возможной глубины проходки за цикл работы одного РПА.

Сущность изобретения заключается в том, что реактивно-перемещающийся аппарат, содержащий камеру сгорания, заряд твердого топлива, воспламенитель и цилиндроконический насадок в котором выполнены центрально сопло, ряд боковых и ряд прижимающих сопел на конической части, вращательные сопла на цилиндрической части, центральное сопло насадка выполнено в виде отверстий равномерно расположенных по окружности параллельно продольной оси аппарата, при этом их срезы отстоят от вершины конической части на расстоянии, не менее диаметра расположения осей центральных сопел, вращательные сопла ориентированы в сторону, противоположную вершине насадка, ряд боковых сопел ориентирован в сторону вершины под острым углом к образующей конической части насадка, а ряд прижимающих сопел ориентирован в сторону, противоположную вершине насадка, причем угол наклона относительно продольной оси аппарата во всех рядах сопел увеличивается от вращательных к центральным соплам, а диаметр сопел уменьшается, при этом внутренняя полость насадка разделена дроссельным отверстием, причем в зоне вращательных сопел внутренняя полость выполнена расширяющейся в сторону вершины насадка. Площадь дроссельного отверстия и суммарные площади проходных сечений сопел связаны соотношением: 0,3 < < 0,85 , где F_д - площадь дроссельного отверстия; F_вращ - суммарная площадь всех вращательных сопел; F_бок - суммарная площадь всех боковых сопел; F_пр - суммарная площадь всех прижимающих сопел; F_центр - суммарная площадь всех центральных сопел.

Концевая часть насадка выполнена из твердосплавного материала, а расширяющаяся часть внутренней полости насадка выполнена в форме сопла Лаваля.

На фиг. 1 изображен цилиндроконический насадок; на фиг. 2 - общий вид реактивно-перемещающегося аппарата.

В теле 1 конической части насадка ближе к вершине конуса расположен ряд центральных сопел 2, оси которых параллельны центральной оси аппарата, ряд боковых расширяющих сопел 3, оси которых находятся под острым углом к образующей конической части насадка аппарата и которые наклонены в сторону вершины конуса и ряд боковых прижимающих сопел 4, расположенных под углом к образующей насадка аппарата и направленных в противоположную сторону по отношению к расширяющим соплам.

В теле цилиндрической части насадка 5 расположен ряд вращательных сопел 6, которые также находятся под углом к образующей цилиндра и направлены в ту же сторону, что и прижимающие.

Внутренняя цилиндрическая часть насадка разделена дроссельным отверстием 7, причем в зоне вращательных сопел внутренняя полость выполнена расширяющейся в сторону вершины насадка 8.

Аппарат функционирует следующим образом.

В заранее подготовленную выемку в грунте в соответствии с требуемым направлением оси будущей скважины устанавливается устройство, упираясь в грунт. Запуск РПА осуществляется при помощи специального пускового устройства: воспламенителя с навеской дымного пороха, пускового двигателя с пиротехническими шашками или спирали накаливания от электрического тока.

При подаче электроимпульса на пиропатрон (или спираль накаливания) происходит зажигание воспламенителя и заряда твердого топлива, запуск двигателя и выход его на рабочий режим. Образующиеся при сгорании заряда продукты сгорания истекают с высокой скоростью из 4-х ярусов сопел 6,4,3,2.

Принцип работы РПА основан на разрушении породы в забое скважины кромкой соплового насадка, прижимаемой к грунту реактивной силой струй из прижимных сопел и собственной массой аппарата, а также кинетической энергией сверхзвуковых газовых струй, истекающих из центральных сопел. Газы, истекающие через центральные сопла и носик разрушают грунт и создают скважину небольшого диаметра перед аппаратом, а газы из боковых сопел дополнительно расширяют скважину, удерживают аппарат во взвешенном состоянии в забое и расширяет скважину до требуемого диаметра.

Очистка скважины от разрушенной породы при газодинамическом бурении осуществляется непрерывно восходящим газовым потоком под действием избыточного давления, возникающего в донной части скважины. Прижимные сопла также выносят грунт наверх.

Основное назначение прижимных сопл - создавать реактивное усилие давления носика, перемещать аппарат вглубь скважины.

Скорость перемещения аппарата вглубь забоя определяется скоростью удаления грунта из скважины.

Глубина скважины зависит от усилия воздействия на грунт, которая определяется условиями истечения сверхзвуковых струй из сопел. (56) Авторское свидетельство СССР N 763579, кл. Е 21 В 7/14, 1980.

Патент США N 3934569, кл. 175/14, 1976 (фиг. 5).

Формула изобретения

1. РЕАКТИВНО-ПЕРЕМЕЩАЮЩИЙСЯ АППАРАТ, содержащий камеру сгорания, заряд твердого топлива, воспламенитель и цилиндроконический насадок, в котором выполнены центральное сопло, ряд боковых и ряд прижимающих сопл на конической части, вращательные сопла на цилиндрической части, отличающийся тем, что центральное сопло насадка выполнено в виде отверстий, равномерно расположенных по окружности параллельно продольной оси аппарата, при этом их срезы отстоят от вершины конической части на расстоянии не менее диаметра расположения осей центральных сопл, вращательные сопла ориентированы в сторону, противоположную вершине насадка, ряд боковых сопл ориентирован в сторону вершины под острым углом к образующей конической части насадка, а ряд прижимающих сопл ориентирован в сторону, противоположную вершине насадка, причем угол наклона относительно продольной оси аппарата во всех рядах сопл увеличивается от вращательных к центральным соплам, а диаметр сопл уменьшается, при этом внутренняя полость насадка разделена дроссельным отверстием, причем в зоне вращательных сопл внутренняя полость выполнена расширяющейся в сторону вершины насадка.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в нем площадь дроссельного отверстия и суммарные площади проходных сечений сопл связаны соотношением 0.3< < 0.85 , где F_д - площадь дроссельного отверстия; F_вращ - суммарная площадь всех вращательных сопл; F_бок - суммарная площадь всех боковых сопл;
F_пр - суммарная площадь всех прижимающих сопл;
F_центр - суммарная площадь всех центральных сопл.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в нем концевая часть насадка выполнена из твердосплавного материала.

4. Аппарат по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в нем расширяющаяся часть внутренней полости насадка выполнена в форме сопла Лаваля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2