МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ ДЛЯ СТАНКА-КАЧАЛКИ СКВАЖИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к свайным фундаментам и может быть использовано для передачи нагрузки от установленной на фундаменте станка-качалки скважинной насосной установки грунту.
Известен сборный металлический ростверк многосвайного фундамента башенной опоры, содержащий центральный элемент и два периферийных элемента, при этом центральный элемент выполнен сварным из двух параллельных балок, на которых закреплена пластина с отверстиями под фланцевое соединение с основанием башенной опоры, и двух приваренных к балкам поперечины, скрепляющих концы параллельных балок, каждый периферийный элемент выполнен в виде балки с отверстиями для закрепления ростверка на хвостах свай, к которой приварены две консоли, а концы консолей периферийного элемента и концы поперечин центрального элемента снабжены фланцами для болтового соединения друг с другом, (патент РФ №107191, МПК Е02Д 27/42, опуб. 10.08.11 г.).
Недостатком этой конструкции является то, что статическая нагрузка передается грунту, тогда как при ударе динамических масс (таранном ударе) приходящемся в изделии, установленном на эту конструкцию фундамента, происходят не контролируемые деформации, приводящие к разрушению конструкции в целом, а следовательно, и полной замене фундамента.
Известен металлический свайный фундамент, включающий сваи, выполненные в виде вертикально расположенных труб, по меньшей мере, две из которых жестко связаны между собой двумя соединяющими балками, каждая из не связанных между собой труб в верхней части снабжена средством для опоры ростверка, ростверк выполнен в виде системы Г-образных балок, каждая из которых снабжена одним жестко соединенным с концом балки демпфером, посредством которого она опирается на средство для опоры, (патент RU №123425, МПК Е02Д 27/14, опуб. 27.12.2012 г.).
В этом металлическом свайном фундаменте, наиболее близком к предлагаемому, хотя и снижены усилия и напряжения в элементах конструкции фундамента, но они недостаточны для передачи нагрузки грунту от установленного на фундамент станка-качалки скважинной установки.
Технический результат на достижение которого направлена полезная модель, заключается в создании высокопрочной конструкции свайного фундамента, обеспечивающего гашение импульса удара динамических масс, т.е. обеспечивающего возможность преобразования полученной ею энергии от ударной (динамической) нагрузки посредством балок, уголковых профилей и свай на грунт.
Для достижения этого технического результата металлический свайный фундамент для станка-качалки скважинной насосной установки, включающий сваи, выполненные в виде вертикально расположенных труб, по меньшей мере две из которых жестко связаны между собой двумя соединяющими балками, фундамент представляет собой четыре пары вертикально расположенных на расстоянии друг за другом труб не связанных между собой, но каждая пара жестко связана между собой соединяющей балкой для установки основания станка-качалки, причем каждая балка выполнена в виде швеллера для установки ее сверху на сваи и приваренных к швеллеру с двух концов в верхней его части пластин с отверстиями для соединения их со сваями с помощью болтов, а концы каждой сваи выполнены в виде шнека по меньшей мере с одним оборотом и с заостренным концом, при этом к верхним частям четырех пар не связанных между собой вертикально расположенных труб и к верхним частям второй, третьей и четвертой пар труб жестко связанных между собой соединяющими балками приварены по два перекрещивающихся угловых профиля, которые приварены друг к другу с помощью пластин для скрепления этих вертикальных труб, а к первой и четвертой балкам приварены пластины с отверстиями для центровочных болтов и регулировки положения основания станка-качалки, причем балки снабжены дополнительными прижимными балками с продольными пазами, шпильками и гайками для стягивания самих балок, основания станка-качалки и прижимных балок. Кроме того, первая балка установлена на три сваи, а концы угловых профилей приварены к сваям непосредственно или через накладки.
Признаки, отличающие предлагаемый металлический свайный фундамент для станка-качалки скважинной насосной установки от наиболее близкого к нему известного патента RU №123425 (прототип) характеризуют выполнение фундамента в виде четырех пар вертикально расположенных на расстоянии друг за другом труб не связанных между собой, но каждая пара жестко связана между собой соединяющей балкой для установки основания станка-качалки, выполнение каждой балки в виде швеллера для установки ее сверху на сваи и приваренных к швеллеру с двух концов в верхней его части пластин с отверстиями для соединения их со сваями с помощью болтов, выполнение концов каждой сваи в виде шнека, по меньшей мере, с одним оборотом и с заостренным концом, наличие приваренных двух перекрещивающихся угловых профиля к верхним частям четырех пар, не связанных между собой вертикально расположенных труб и к верхним частям второй, третьей и четвертой пар труб жестко связанных между собой соединяющими балками, уголковые профили приварены друг к другу с помощью пластин для скрепления этих вертикальных труб, наличие приваренных к первой и четвертой балкам пластины с отверстиями для центровочных болтов и регулировки положения основания станка-качалки, наличие у балок дополнительных прижимных балок с продольными пазами, шпильками и гайками для стягивания самих балок, основания станка-качалки и прижимных балок, кроме того установки первой балки на три сваи, выполнение концов уголковых профилей приваренными к сваям непосредственно или через накладки, что позволяет снизить усилия и напряжение в элементах конструкции фундамента и обеспечить передачу ударной (динамической) нагрузки посредством свай и балок на грунт, позволяет ускорить установку свайного фундамента, при необходимости сваи можно извлечь и использовать повторно, получить высокую точность установки свай по строго заданной отметке, сократить время установки свайного фундамента до одного дня.
Предлагаемый металлический свайный фундамент для станка-качалки скважинной насосной установки иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-6.
На фиг. 1 показана конструкция металлического свайного фундамента для станка-качалки, вид сбоку;
на фиг. 2 - то же, вид сверху;
на фиг. 3 - вид А фиг. 1;
на фиг. 4 - сечение Б-Б, фиг.1;
на фиг. 5 - узел I, фиг. 1;
на фиг. 6 - узел II, фиг. 2.
Металлический свайный фундамент для станка-качалки (фиг. 1) включает сваи, выполненные в виде вертикально расположенных труб, по меньшей мере, две из которых жестко связаны между собой соединяющей балкой. Фундамент представляет собой четыре пары вертикально расположенных на расстоянии друг за другом труб 1, 2, 3, 4, связанных между собой соединяющей балкой 5, 6, 7, 8 соответственно для установки основания 9 станка-качалки (фиг. 2, 3, 4). Каждая балка выполнена в виде швеллера, для установки ее сверху на сваи, и приваренных к швеллеру с двух концов пластин 10 и 11 с отверстиями для соединения их со сваями с помощью болтов 12 и 13.
Концы каждой сваи выполнены в виде шнека, по меньшей мере, с одним оборотом 14, и с заостренным концом 15. К верхним частям четырех пар, не связанных между собой вертикально расположенных труб 1, 2, 3, 4 и к верхним частям второй, третьей и четвертых пар труб, жестко связанных между собой соединяющими балками 6, 7, 8 приварены по два пересекающихся уголковых профиля 16 и 17, которые приварены к друг другу с помощью пластин 18, для скрепления этих вертикальных труб. К балкам 5 и 8 приварены пластины 19 с отверстиями для центровочных болтов 20 и регулировки положения основания 9 станка-качалки. Балки 5, 6, 7, 8, снабжены дополнительными прижимными балками 21, 22, 23, 24 с продольными пазами 25, шпильками 26 и гайками 27 для стягивания балок 5, 6, 7, 8, основания 9 станка-качалки и прижимных балок 21, 22, 23, 24. Балка 1 установлена на три сваи (фиг. 3), а концы уголковых профилей 16 и 17 приварены к сваям непосредственно или через накладки 28.
Принцип работы предложенной полезной модели основан на преобразования ударной (динамической) нагрузки посредством балок, уголковых профилей и свай на грунт.
В процессе работы станка-качалки статические и динамические нагрузки воздействуют на основание станка-качалки 9. Основание станка-качалки 9 в свою очередь воздействует на соединяющие балки 5, 6, 7, 8, которые воспринимают нагрузку, распределяют и передают ее на сваи.
Во время спуско-подъемных операций головка балансира станка-качалки совершает возвратно-поступательное движение, вследствие чего возникают знакопеременные нагрузки, воздействующие через основание на соединяющие балки 5, 6, 7, 8. Балка 5, находящаяся непосредственно под стойкой станка-качалки воспринимает большую нагрузку, в связи с чем она установлена на три сваи.
Прижимные балки 21, 22, 23, 24 воспринимающие изгибающий момент при возникновении знакопеременных нагрузок, раскладывают его на пару сил. Одна сила, передает усилие на шпильки 26, которые работают на сжатие-растяжение. Другая, поперечная сила, воздействуя на прижимные балки 21, 22, 23, 24, работает на сдвиг. Для снятия напряжения при воздействии данной силы прижимные балки 21, 22, 23, 24 выполнены с продольными пазами, для возможности продольного сдвига, вследствие чего на шпильках 26 возникает изгибающий момент. Шпильки 26 работают на изгиб, благодаря наличию продольных пазов 25, обеспечивая тем самым, устойчивость свай.
Свая, воспринимая нагрузку от соединяющей балки работает как, сжатый стержень в упругой среде, ее несущая способность определяется прочностью материала сваи и сопротивлением грунта под ее нижним концом, выполненным в виде шнека по меньшей мере, с одним оборотом 14, и с заостренным концом 15.
Пересекающиеся уголковые профили 16 и 17, приваренные к друг другу с помощью пластин 18, обеспечивают общую устойчивость свай при воздействии статической и динамической нагрузок.
Предложенная конструкция фундамента позволяет снизить усилие и напряжение в элементах конструкции, сократить время погружения свай в грунт до 10-15 мин., при необходимости сваи можно извлечь и использовать повторно, повысить точность установки фундамента, снизить объем земляных работ, сократить время установки фундамента станка-качалки скважинной насосной установки до одного дня.
Были проведены испытания предлагаемого металлического свайного фундамента для установки станка-качалки скважинной насосной установки на скважинах ОАО «Татнефть», которые показали их надежность, быстроту установки фундамента, снижение трудоемкости и стоимости строительства фундамента.