УШИРИТЕЛЬ СКВАЖИНЫ
BOREHOLE SPREADER

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при создании уширений в скважинах под буронабивные сваи, возводимые преимущественно в слабых грунтах.
Известен фундаментный бур, выполненный с возможностью бурения и уширения скважины, содержащий раздвижную штангу с верхней перекладиной, две породоразрушающие пластины, диаметрально расположенные и фиксируемые на штанге с возможностью изменения угла наклона пластин в вертикальной плоскости по отношению к горизонтальному их положению с помощью шарнирно закрепленных на штанге тяг, накопитель грунта и бур, при этом выдвижная часть штанги соединена с накопителем грунта (патент РФ №167751 U1, дата приоритета 11.07.2016, дата публикации 10.01.2017, автор Родионов А.В., RU).
Недостатками аналога являются: нарушение структуры грунта основания резанием породы, что влечет за собой потерю несущей способности околосвайного грунта и самой буронабивной сваи, а также повышенные трудозатраты для поднятия и опускания бура.
Известен расширитель скважин, содержащий два коаксиально расположенных вала с размещенными на них скользящей и фиксированной на внутреннем валу муфтами, к которым шарнирно прикреплен пантографный механизм, снабженный элементами, формирующими уширение скважины, и стабилизаторы осевого положения. Оба коаксиально расположенных вала выполнены с возможностью взаимной фиксации и соединения с бурильным валом буровой установки. Пантографный механизм содержит породосжимающие элементы в виде шаровых сегментов, установленные с возможностью формирования уширения скважины уплотнением грунта посредством вдавливания породосжимающих элементов при продольном перемещении от гидропривода наружного вала (патент РФ №2655280 С1, дата приоритета 06.07.2017, дата публикации 24.05.2018, авторы: Преснов О.М. и др., RU).
Недостатками прототипа являются высокая энергозатратность и сложность устройства, обусловленные наличием пантографного механизма, а также использованием буровой установки для передачи поворотных и поступательно направленных усилий.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание упрощенной облегченной конструкции уширителя скважины, обеспечивающей выполнение уширений путем уплотнения грунта без использования буровой установки и пантографного механизма.
Для решения технической проблемы предложен уширитель скважины, содержащий породосжимающие элементы, установленные с возможностью формирования уширения скважины уплотнением грунта посредством вдавливания породосжимающих элементов при передаче им усилия. Новым является то, что уширитель содержит штангу с рукояткой и несущей пятой, передаточный стержень, жестко закрепленный на штанге, опорный диск, размещенный на несущей пяте с возможностью поворота вокруг штанги, на опорном диске шарнирно установлены два диаметрально расположенных дугообразных породосжимающих элемента и ограничители их поворота относительно осей шарниров, при этом дугообразные породосжимающие элементы выполнены в виде двойных металлических дуг, включающих каплеобразные замкнутые части с перемычками жесткости, контактирующие с грунтом, и хвостовые дугообразные части, взаимодействующие с передаточным стержнем при его повороте, а в зоне перехода каплеобразной замкнутой части в хвостовую дугообразную часть к ним присоединены с вогнутой стороны втулки шарниров.
На фиг. 1 схематично представлена конструкция заявляемого уширителя скважины в состоянии покоя, общий вид; на фиг. 2 - то же, при выполнении уширения, общий вид; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4а, 4б, 4в - уширитель в промежуточных рабочих состояниях, разрез; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2.
Заявляемый уширитель скважины выполнен облегченной конструкцией с возможностью формирования уширения скважины уплотнением грунта посредством вдавливания дугообразных породосжимающих элементов 1 при передаче усилия от крутящего момента. При этом уширитель скважины содержит штангу 2 с рукояткой 3 и несущей пятой 4, передаточный стержень 5, жестко закрепленный на штанге 2, опорный диск 6, размещенный на несущей пяте 4 с возможностью поворота вокруг штанги 2. На опорном диске шарнирно установлены два диаметрально расположенных дугообразных породосжимающих элемента 1 и ограничители 7 их поворота относительно осей шарниров 8, выполненных, например, в виде шпилек с гайками. Дугообразные породосжимающие элементы 1 выполнены в виде двойных металлических дуг, жестко соединенных с шарнирными втулками 9 и имеющих каплеобразные замкнутые части 10 с перемычками жесткости 11, контактирующие с грунтом, и хвостовые дугообразные части 12, взаимодействующие с передаточным стержнем 5 при его повороте. При этом шарнирная втулка 9 соединена с дугообразным породосжимающим элементом 1 в зоне перехода каплеобразной замкнутой части 10 в хвостовую дугообразную часть 12.
Заявляемый уширитель скважины используется следующим образом. Уширитель опускают в пробуренную скважину в положении, показанном на фиг. 1 и фиг. 3, на необходимую для выполнения уширения глубину. Передаточный стержень 5, жестко закрепленный на штанге 2, при ее повороте с помощью рукоятки 3 давит на внутреннюю поверхность каплеобразной замкнутой части 10 дугообразных породосжимающих элементов 1, поворачивая их против часовой стрелки вокруг оси Б шарнира 8. За этим следует движение каждой каплеобразной замкнутой части 10 в сторону грунта и уплотнение породы. В определенный момент времени передаточный стержень 5 перестанет контактировать с внутренней поверхностью каплеобразной замкнутой части 10 и провернется вокруг оси А штанги 2, как показано на фиг. 4а, пока не упрется во внешнюю поверхность хвостовой дугообразной части 12 породосжимающего элемента 1. В этом положении уплотнение грунта возобновится. Когда поворот дугообразного породосжимающего элемента 1 вокруг оси Б шарнира 8 ограничится упором в ограничитель 7, как показано на фиг. 4б, усилие при повороте передаточного стержня 5 перераспределится на поворот самого диска 6. Диск 6 вместе с дугообразными породосжимающими элементами 1 повернется вокруг оси А штанги 2, как показано на фиг. 4в, что также повлечет за собой уплотнение грунта с уширением скважины. После полного поворота диска 6 вокруг оси А штанги 2 уширение будет завершено (фиг. 5). Затем следует повернуть передаточный стержень 5 против часовой стрелки. Передаточный стержень 5 надавит на внутреннюю поверхность хвостовой дугообразной части 12 и повернет дугообразные породосжимающие элементы 1 по часовой стрелке вокруг оси Б шарнира 8, пока не вернется в исходное состояние (фиг. 3). Уплотнение грунта может быть выполнено за один цикл, который состоит из поворота сначала по часовой стрелке (для уплотнения грунта), а затем против часовой стрелки (для возвращения уширителя в исходное состояние). После этого цикла уширитель может быть извлечен из скважины.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в расширении арсенала технических средств, используемых для уширения скважин путем уплотнения грунта без использования сложных механизмов за счет создания упрощенной облегченной конструкции уширителя скважины.