Силовой элемент
POWER ELEMENT

Изобретение относится к конструкции силового элемента используемого в горной промышленности для силового отделения от массива монолитных блоков пород, при проходе выработок, а также в машиностроении в качестве силового привода.
Известен силовой элемент по патенту РФ № 2046944, М. кл. Е21С37/10, включающий раздвижные силовые щеки со скосами на внутренних поверхностях, вставки трапецеидальной формы, установленные между раздвижными щеками и прилегающие наклонными гранями к скошенным поверхностям раздвижных щек, эластичную трубчатую камеру, установленную между раздвижными силовыми щеками и большими основаниями вставок, торцовые запорные устройства со штуцером для подвода рабочего агента в эластичную трубчатую камеру, разделительные перегородки, направляющие и торцовой элемент.
К недостаткам известного силового элемента можно отнести низкие технологические возможности, связанные с созданием усилия в одной плоскости в момент расклинивания и расширения. Так, в случае необходимости использования силового элемента для расклинивания по внутренней поверхности стальной трубы (обсадной трубы) данная конструкция силового элемента приводит к деформации стальной трубы (обсадной трубы) с потерей геометрических параметров, что делает невозможным применение прототипа силового элемента для этих целей. Поэтому, так же, к недостаткам можно отнести низкую стойкость эластичной камеры, претерпевающую растяжение в поперечном и продольном направлениях.
Известен более совершенный силовой элемент см. патент РФ № 2203418, М. кл. Е21С37/10, содержащий корпус, состоящий из соединенных между собой центральной и периферийных частей, при этом его центральная часть выполнена разъемной вдоль продольной оси, эластичную камеру, расположенную внутри и соосно корпуса, распорные вставки, размещенные между частями корпуса вдоль разъема и взаимодействующие с эластичной камерой и имеющие на торцах выступы, запорные обоймы, расположенные в торцах корпуса, в одной из которых установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, уплотнители эластичной камеры, расположенные в кольцевых проточках корпуса, ограничитель объема рабочего агента, установленный в эластичной камере, выполненный в виде подпружиненного шарикового клапана, размещенного в штуцере для подвода рабочего агента, толкателя, связанного с клапаном и управляющим элементом, конец которого зафиксирован в торцевой щели направляющего корпуса, расположенного в эластичной камере, при этом периферийные части корпуса соединены с центральной частью соединением паз - выступ и на внешней поверхности вдоль образующей каждой части корпуса выполнен паз, в котором размещена фиксирующая пластина с крепежными отверстиями, предназначенными для соединения пластины с частями корпуса, а распорные вставки и соответствующие им внутренние стороны центральной разрезной части корпуса, выполнены переменного сечения, угол раствора которого уменьшается по мере удаления от штуцера для подвода рабочего агента и на внутренней поверхности корпуса выполнен направляющий паз, в котором установлены с возможностью перемещения вдоль него выступы распорных вставок, при этом щель в направляющем корпусе выполнена параллельно плоскости разъема корпуса силового элемента и на запорной обойме, в которой установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, вдоль ее образующей в плоскости установки распорных вставок выполнен паз, предназначенный для размещения расклинивающей пики, а на внешней торцевой поверхности распорных вставок выполнено углубление.
К недостаткам известного силового элемента - прототипа можно отнести ограниченные технологические возможности, связанные с ненадежностью и низкой эффективностью использования силового элемента.
Так, в случае необходимости использования прототипа силового элемента для расклинивания по внутренней поверхности стальной трубы (обсадной трубы) данная конструкция силового элемента приводит к деформации стальной трубы (обсадной трубы) с потерей геометрических параметров, что делает невозможным применение прототипа силового элемента для этих целей. Приложение усилий силового элемента в одной плоскости приводит к постепенному изменению и потере геометрии обсадной трубы, ее деформации в плоскости осевой линии и что также приводит, как к ускоренному износу эластичной камеры, так и к заклиниванию силового элемента, сложности его извлечения из обсадной трубы для замены, обслуживания и ремонта.
Техническим результатом предлагаемого в качестве изобретения технического решения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение надежности и эффективности использования силового элемента, расширение его технологических возможностей связанных с приложением разнонаправленных усилий по периметру цилиндрической части силового элемента и уменьшение износа эластичной камеры.
Поставленный технический результат достигается путем использования сочетания известных общих с прототипом признаков включающих силовой элемент, выполненный в виде корпуса цилиндра образованного продольными сегментами с полостью в центральной части с эластичной камерой и смещающими сегменты, распирающие вставки трапецеидального сечения (клиновым распором), при этом сегменты связаны друг с другом при помощи торцовых обойм-оснований со средствами герметизации и подачи жидкости в полость эластичного элемента и новых признаков, заключающихся в том, что цилиндрический корпус выполнен, по меньшей мере, в виде трех продольных сегментов с возможностью их равномерного радиального смещения при помощи, по меньшей мере, трех клиновых распоров контактно связанных с эластичной камерой, при этом грани продольных элементов внутренней полости корпуса выполнены закругленными радиусом равным 0,1 - 0,3 наружного диаметра эластичной камеры. Торцовая поверхность клинового распора, контактирующая с эластичной камерой, выполнена выпуклой или прямой или вогнутой.
Новизной предложенного технического решения является выполнение цилиндрического корпуса, по меньшей мере, в виде трех продольных сегментов с возможностью их равномерного радиального смещения при помощи, по меньшей мере, трех клиновых распоров, контактно связанных с эластичной камерой, при этом грани продольных элементов внутренней полости корпуса выполнены закругленными радиусом равным 0,1 - 0,3 наружного диаметра эластичной камеры. Торцовая поверхность клинового распора, контактирующая с эластичной камерой, выполнена выпуклой или прямой или вогнутой.
Так, выполнение цилиндрического корпуса, по меньшей мере, в виде трех продольных сегментов с возможностью их равномерного радиального смещения позволяет за счет радиального смещения увеличить диаметр силового элемента и передавать равномерно силовую нагрузку по всему его периметру без деформации обсадной трубы - сохраняя, тем самым, ее геометрию во время приложения силовой нагрузки.
Равномерное радиальное смещение при помощи, по меньшей мере, трех клиновых распоров, контактно связанных с эластичной камерой позволяет в зависимости от количества продольных сегментов образующих корпус силового элемента более полно воздействовать силовой нагрузкой на окружающий силовой элемент через обсадную трубу в грунт, увеличив эффективность использования силового элемента и уменьшить износ эластичной камеры.
Выполнение граней продольных элементов внутренней полости корпуса закругленными радиусом равным 0,1 - 0,3 наружного диаметра эластичной камеры, предотвращает износ этой камеры о грани продольных сегментов, повышая тем самым надежность работы элемента.
Признаки выполнения торцовой поверхности клинового распора, контактирующей с эластичной камерой, выпуклой, прямой или вогнутой - являются признаками дополнительными способствующими достижению поставленного технического результата.
Проведенный в процессе подготовки заявочных материалов патентно-информационный поиск, сочетания предложенных известных и новых признаков предполагаемого изобретения в патентной и научно-технической литературе - не выявил, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.
Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и позволяет получить более высокий и даже неожиданный технический результат, то предлагаемые существенные признаки можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.
Описание осуществления предлагаемого способа и проведенные опытные работы позволяют отнести предложенный способ к промышленно выполнимым.
На фиг. 1 схематично изображен (вид сверху) четырех сегментный силовой элемент.
На фиг. 2 схематично показан разрез силового элемента (вид с боку).
На фиг. 3представлен трех сегментный корпус силового элемента с тремя клиновыми распорами находящимися в исходном положении.
На фиг. 4 изображен трех сегментный корпус силового элемента с тремя клиновыми распорами, находящимися в крайнем рабочем смещенном положении. На виде А показано скругление граней сегментов корпуса, с которыми контактирует эластичная камера.
На фиг. 5 представлен четырех сегментный корпус силового элемента с четырьмя клиновыми распорами, находящимися в исходном положении.
На фиг. 6 изображен четырех сегментный корпус силового элемента с четырьмя клиновыми распорами, находящимися в крайнем рабочем смещенном положении.
Предлагаемый силовой элемент состоит их продольных сегментов 1 корпуса с клиновыми между ними распорами 2 и эластичной камерой 3 установленной в полости образованной внутри продольных сегментов. Грани 4 продольных сегментов корпуса выполнены закругленными радиусом, равным 0,1 - 0,3 наружного диаметра эластичной камеры. Торцы эластичной камеры герметично связаны с боковыми штуцерами (на чертеже не показано), при помощи которых в полость эластичной камеры под давлением подается рабочая жидкость. Пунктирной линией 5 на фиг.6 показан контур, по периметру которого в исходном положении находятся наружные поверхности продольных сегментов корпуса. На торцах продольных сегментов корпуса смонтированы торцовые обоймы 6 с фланцами 7 со штуцерами 8 с клапанными механизмами.
Силовой элемент работает следующим образом.
Предварительно собранный и отрегулированный силовой элемент подключают к подводящему каналу источника рабочей жидкости (агента) и размещают в обсадной трубе, в предварительно подготовленной скважине. Подаваемый через штуцер 8 рабочий агент расширяет эластичную камеру 3, передавая возникающие от давления рабочего агента усилия на разъемные продольные сегменты 1 корпуса и дополнительно через клиновые распоры 2, которые во время работы силового элемента - за счет радиального смещения увеличивают диаметр силового элемента и передают равномерно силовую нагрузку по всему его периметру без деформации обсадной трубы, сохраняя, тем самым, ее геометрические параметры. Именно равномерное радиальное смещение при помощи, по меньшей мере, трех клиновых распоров, контактно связанных с эластичной камерой позволяет более полно воздействовать силовой нагрузкой на окружающий силовой элемент через обсадную трубу в грунт, увеличивая эффективность использования силового элемента.
Стенки эластичной камеры 3, расширяясь под воздействием рабочей жидкости, обеспечивают надежное и герметичное закрепление эластичной камеры 3 на штуцере 8, при этом выполнение граней продольных элементов внутренней полости корпуса закругленными радиусом равным 0,1 - 0,3 наружного диаметра эластичной камеры, предотвращает износ этой камеры о грани продольных сегментов, повышая надежность работы элемента.
Осуществив максимальное расширение продольных сегментов корпуса элемента и выполнив силовое воздействие на обрабатываемую среду (грунт), рабочее давление сбрасывают до нуля, при этом все подвижные части силового элемента, возвращаются в исходное положение, легко перемещается и извлекается из обсадной трубы для замены, обслуживания и ремонта без его заклинивания.
В настоящее время на силовой элемент разработана техническая документация, изготовлен опытный образец, показавший стабильный результат работы силового элемента при сохранении геометрии обсадной трубы - отсутствие ее деформации, без заклинивания силового элемента во время работы, при извлечении и замене в лабораторных условиях.