Ударное устройство

(ОП ИОАН И-:Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Гасударственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования списания 26.04.77Южное отделение Института океанологии им. П, П, Ширшова(54) УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к устройствам, предназначенным для производства геофизических и геологоразведочных работ на дне моря.Известны гидроударные (пневмоударные) механизмы 1, а также электрические вибраторы и вибромолоты - устройства, применяемые для погружения в донные грунты геологических кер. ноприемных труб, свай и прочих подобных элементов, Однако применение их в конструкциях, предназначенных для погружения геофизических зондов, особенно небольшого диаметра, не позволяет создать установку малогабаритную и легкую.Виброударные механизмы 2, обеспечивающие достаточное для погружения зонда возмущающее усилие (1000 - 1500 кг), громоздки и обладают большим весом. Другим существенным недостатком устройств 1 и 2 является наличие при их работе сильной вибрации, при погружении геофизических зондов, снабженных автономной аппаратурой и датчиками,В качестве прототипа принято ударное устройство, содержащее цилиндр камеры высокого давления, поршень и направляющий водомет 3. С помощью известного устройства можно получить большие по амплитуде многократные импульсы гидрореактивнсй силы, применить его в качестве силового элемента в конструкциях, предназначенных для нагружения зондов в данный грунт.Однако такая конструкция устройства не позволяет 5 расположить его козксиально относительно погружаемого зонда, что необходимо для уменьшения веса и габаритов установки в целом.Цель изобретения - уменьшение габаритов ивеса устройства и обеспечение симметричного при ложения к зонду импульса гидрореактивной силы.Поставленная цель достигается тем, что поршень выполнен полым и установлен так, что погружаемый в грунт зонд проходит через поршень и является направляющей ударного устройства, в 15 цилиндр камеры высокого давления вмонтированрегулируемый подрывной клапан.На фиг. 1 изображена установка для погружения геофизических зондов в данные грунты, общий вид; на фиг. 2 - ударное устройство к установке.20 На фиг. 1 - 2 приняты следующие обозначения:грузовая скоба 1, погружаемый згемент 2, зажимный патрон 3, опорная рама 4, импульсный водометный движитель 5, устройство перехвата 6, пружина 7, водометное сопло 8, цилиндр камеры вы еского давления 9, поршень 10, полость подрывнойкамеры 11, подрывной клапан 12, основная полость 13, приемная камера 14, штуцер 15, обойма 16, цанга 17, втулка 18, фланец 19, кольцевой упор 20, пружина 21, каналы 22 - 24.Установка монтируется на сварной опорной раме 4, на верхней части которой жестко закреплен зажимный патрон 3 одностороннего действия, удерживающий погружаемый элемент 2 от движения вверх относительно рамы установки при опускании ее на дно и подъеме.Импульсный водометный движитель 5 вместе сустройством перехвата 6 размещен коаксиально относительно погружаемого в грунт элемента 2.Устройство перехвата своей нижней частью через переходную втулку устанавливается на опорно-возвратную пружину 7, упирающуюся в основание рамы. Импульсный водометный движитель, использующий энергию холодного сжатого газа, применен в конструкции в качестве силового элемента. С целью уменьшения габаритов и симметричного приложения импульса гидрореактивной силы к погружаемому элементу движитель выполнен коакси.альным относительно этого элемента.Водометный двигатель состоит из водометного сопла 8, жестко соединенного нижней частью с цилиндром камеры высокого давления 9. В корпус цилиндра вмонтирован подрывной клапан 12 и штуцер 15 для подвода сжатого газа по каналу 22 в приемную камеру 14 и по каналу 23 в основную :полость 13 камеры высокого давления. Подрывной клапан по каналу 24 обеспечивает односторонний проход сжатого газа в полость подрывной камеры 11. Коаксиальный относительно погружаемого элемента поршень 10 разоащает основную полость камеры высокого давления и полость водомета.Цилиндр камеры высокого давления своей нижней частью прикрепляется к наружной обойме устройства перехвата.Устройство перехвата состоит из обоймы 16 с жестко прикрепленным снизу к ней фланцем 19, лепестковой цанги 17 и переходной втулки 18 с кольцевым упором 20. Переходная втулка нижней частью опирается на опорно-возвратную пружину 21.Погружение геофизических зондов и геологических керноприемных труб в донные грунты с помощью описанной установки производится следующим образом. С обеспечивающего судна установка грузоподъемной стрелой опускается на дно вместе с подсоединенной к камере высокого давления воздушной магистралью. Грузоподъемньтй трос (фиг. 1) крепится за грузовую скобу 1, жестко присоединенную к верхней части погружаемого элемента 2. Зажимный патрон 3 удерживает при натяжении троса погружаемый элемент от движения вверх относительно рамы. При натяжении грузового троса происходит заклинивание погружаемого элемента сухарями зажимного патрона 3.После опускания установки на дно от компрессора, расположенного на обеспечивающем судне, по 542158воздушной магистрали подается сжатый газ. Через штуцер 15 (фиг. 2) и каналы 22 - 23 газ заполняет приемную камеру 14 и основную полость 13 ка.меры высокого давления. При достижении в основной полости расчетного давления (выбирается в пределах 0,7 - 0,9 Ро, где Ро - максимальное давление, обеспечиваемое компрессором) происходит вскрытие подрьвного клапана 12, и сжатый газ через канал 24 вырьвается в подрывную камеру 11.1 о Соотношение площадей поршня 10 в приемной иподрьвной камере таково, что после вскрытия клапана 12 поршень под действием сил давления движется вниз, вскрьвая основную полость и сообщая ее с водометом. Вырвавшийся из основной 15 полости сжатый газ выбрасывает воду из направляющего сопла водомета, создавая импульсную гидрореактивную силу, действующую на наружную обойму цангового устройства перехвата, В первый момент воздействия импульса силы лепестковая 2 о цанга 17, опираясь через переходную втулку 18 наопорно-возвратную пружину, удерживается в ис.ходном положении, При этом наружная обойма устройства перехвата сжимает лепестки цанги, обеспечивая предварительный захват погружаемого эле мента. Затем при движении наружной обоймы вместе с движителем вниз выбирается зазор между кольцевым упором 20 и фланцем 19 и образуется зазор между верхним торцом переходной втулки и лепестками цанги. Происходит прочный захватЗО погружаемого элемента лепестками цанги, сжи.маемыми наружной обоймой. Под действием импульса гидрореактивной силы движитель вместе с устройством перехвата и погружаемым элементом движется вниз, одновременно сжимая опорно-возз 5 вратную пружину, При этом происходит задавливание погружаемого элемента в грунт. После израсходования энергии, приобретенной за счет действия гидрореактивного импульса, водометный движитель и устройство перехвата отбрасьваются пру.40 жиной вверх, возвращаясь в исходное положение.Благодаря наличию зазора между верхним торцом переходной втулки и лепестками цанги в первона.чальный момент опорно-возвратная пружина воэ.действует через фланец на наружную обойму 45 осв обождая от зажима лепестки цанги.Заполнение сжатым газом камеры высокогодавления движителя происходит непрерьвно. Опи.санный цикл работы установки повторяется по мере достижения в основной полости камеры рас 5 О четного давления, при котором происходит сраба.тывание подрьвного клапана, Таким образом, действием многократного приложения импульса гидрореактивной силы зонд (геологическая кер.ноприемная труба) погружается в донные грунты.55 Извлечение погружаемого элемента из грунта иподъем установки на обеспечивающее судно про.изводится грузоподъемной стрелой.Разработанная в Южном отделении Институтаокеанологии АН СССР опытная установка обеспе 60чивает погружение зонда с датчиками температурыв морские донные грунты на глубину до 8 - 10 м. В настоящее время для этих целей используется подводный вибробур весом 1200 кг, высота опорной рамы которого больше необходимой глубины погружения зонда. Технические параметры разработанной установки для производства геотермических исследований: вес - 140 кг, габаритные размеры 1500 х 800 х 800 мм. В конструкции применен импульсный водометный движитель с объемом камеры высокого давления 1,5 л и рабочим давлением 150 атм. Применение установки для исследований в прибрежной зоне и на шельфе дает значительный экономический эффект.Фор мула из обре гения1. Ударное устройство к установке для погружения геофизических зондов в донные грунты, содержащее цилиндр камеры высокого давления, поршень и направляющий водомет, о т л и ч а ю 542158щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса устройства и обеспечения симметричного приложения к зонду импульса гидрореактивной силы, поршень выполнен полым и установлен так, что погружаемый в грунт зонд проходит через поршень и является направляющей ударного устройства.2. Ударное устройство по и. 1, о т л ичающее ся тем, что в цилиндр камеры высокого давления вмонтирован регулируемый подрывной клапан.Источники информации, принятые во вниманиепри экспертизе:1. Авторское свидетельство У 250816,кл. Е 21 с 3/24, 28.08. 1969.2, Авторское свидетельство У 240539,кл. Е 02 б 7/10, 19.08. 1969.3, Куликов С. В. Храмкин М. Ф. Водометные20 движители, "Судостроение", О 1970. стр. 45