Підводна бурова установка

Винахід належить до геологічної розвідки дна Світового океану шляхом його розвідувального підводного буравлення з підводного герметичного апарату /батискафу/. Це буравлення дуже необхідне тому, що 72% поверхні нашої планети Земля знаходиться під водою і в геологічному відношенні ця поверхня в порівнянні з поверхнею суші дуже мало розвідана. Аналогом винаходу вибрано станок крутильного буравлення [В.С.Заленский, А.И. Иванов "Строительные машины и оборудование", Москва, Стройиздат, 1979г. Глава 13, §46 стр.232-233]. Буравлення виконується коронкою бурильної штанги, що крутиться, а видалення продуктів буравлення по спіральній канавці тієї ж штанги при її обертанні. Прискорення буравлення досягається промивкою свердловин водою. Станок крутильного буравлення має вертикальну бурильну вишку (раму), вздовж якої рухається пересувна платформа (візок) разом з електродвигуном, редуктором і бурильною штангою. Вихідний вал редуктора (шпиндель) закінчується перехідною муфтою, в якій закріплюється бурильна спіральна штанга з різцем-коронкою на її кінці. Для виконання заданого напрямку бурильної штанги служить втулка. Станок служить для буравлення свердловин діаметром до 200мм. При буравленні середніх по міцності порід виробітна станка дорівнює 40¸80 метрів за зміну. При використанні цього станка для підводного буравлення його можна помістити в спеціально для нього виготовлений підводний герметичний апарат (батискаф), опустити його на дно океану і через сальник в його герметичному корпусі пропустити бурильну штангу, що крутиться. Але в сучасній техніці немає поки що такого сальника, яким надійно затримав би океанську воду (тиск якої може досягати 2000кг/см 2) від її прориву між лабіринтами сальника і бурильною штангою (що крутиться) в середину корпусу підводного апарату (батискафу), що на великих глибинах являє собою велику загрозу не тільки для обладнання, але й для його обслуговуючого персоналу. Для з’ясування наскільки складний цей сальник на такий високий тиск порівняння: на сучасних електростанціях сальники для герметизації турбін на тиск пару в них всього на 200¸300кг/см 2 - не цілі складні лабіринтні системи на їх валах з окремими для них масляними насосами і масляними станціями з відповідним тиском масла також на 200¸300кг/см 2, яке надається в лабіринти з метою протидії виходу пару з корпусу турбіни через ці лабіринти в таких сальниках. Прототипом винаходу являється станок крутильного буравлення [В.С.Заленский, А.И.Иванов "Строительные машины и оборудование", Москва, Стройиздат, 1979 год, Глава 13, §46, стр.232-233], який також має бурильну вишку (вертикальну раму), вздовж якої рухається пересувна платформа (візок), разом з електродвигуном, редуктором і бурильного штангою (трубою). Вихідний вал редуктора закінчується перехідного муфтою, в якій закріплюється бурильна штанга з буром (долотом) на її кінці. При крутінні бурильної штанги конічні елементи бура обкатують дно свердловини і дроблять породу зубцями. Подрібнені частинки породи, які виникають під час буравлення, виводяться із свердловини за допомогою води по каналу бурильної штанги. При використанні цього станка для підводного буравлення його можна помістити, як і аналог, в спеціально для нього виготовлений підводний герметичний апарат (батискаф), а бурильну штангу в місці її виходу із його корпусу герметизувати сальником. Але в прототипі, як і в аналозі, виникає таж сама проблема: немає в сучасній техніці такого простого і надійного сальника, яким затримав би океанську воду (тиск якої може досягати 2000кг/см 2) від її прориву між лабіринтом сальника і бурильною штангою (що крутиться) в середину корпусу підводного апарату (батискафу). В основу винаходу поставлено задачу винайти таку підводну бурову, якій не потрібен зовсім вищезгаданий сальник на високий тиск, без якого не можуть обійтись ні аналог, ні прототип. І, при цьому також, як і в них, виконувалась би передача крутіння від електродвигуна до буру. Це досягається шляхом того, що нова підводна бурова, маючи як і прототип бурильну вишк у, вздовж якої рухається пересувна платформа разом з електродвигуном, редуктором і бурильного штангою, відрізняється від прототипу тим, що в ній статор електродвигуна поміщений в одну герметичну ємність, а активна сталь і обмотка його ротора - в іншу герметичну ємність. При цьому між двома цими герметичними ємностями вільно проходить океанська вода під тиском, що відповідав глибині океану, на якій знаходиться підводна бурова. Ротор жорстко зв’язаний з бурильного штангою, одержує крутильний момент від магнітного поля електродвигуна, яке проходить через океанську воду між герметизованими ротором і статором. Таким чином відпадає необхідність в сальнику, який би герметизував бурильну штангу в місці її виходу з корпусу підводної бурової, так як тепер бурильна штанга вся повністю знаходиться в океанській воді, крутиться в ній і в ніякий її частині не потребує герметизації від неї сальником. Підводна бурова, що заявляється представлена в кресленнях, де: На Фіг.1 - зображеним її загальний вигляд на Фіг.2 - зображений переріз її електродвигуна 1 (Фіг.2) осьового площиною. Конструкція підводної бурової така: Швелер 2 (Фіг.1), швелер 3, а також два аналогічних вертикальних швелера (на кресленнях не показані) зв’язані між собою привареними до них поперечних швелерами (які, крім поперечного швелера 4, на кресленні не показані) і створюють собою квадратну в поперечному перерізі бурильну вишку, яка служить для направленого руху вздовж неї пересувної платформи (на кресленні не показаної) разом з прикріпленою до неї герметичного цистерною 5 (тороїдальної форми) і герметичною ємністю 6 (по формі - пустотілий тороїд), яка має герметичний люк (на кресленні не показаний) прикріплений до неї болтами (на кресленні не показаними). Всередині герметичної ємності 6 розташований статор 7 (Фіг.2) електродвигуна 1, ротор 8 якого при допомозі його підшипникового вузла 9, підшипника 10, підшипникового вузла 11 і підшипника 12 прикріплений до герметичної ємності 6. Підшипники 10 і 12 являють собою підшипники ковзання з водяним змащенням океанською водою (на кресленні не показаною). Активна сталь 13 ротора 8 разом з його електричною обмоткою (на кресленні показаною) поміщена в герметичну ємність 14, яка захищає ви щезгадані його частини від проникнення в них океанської веди (на кресленні не показаної). Електродвигун 1 являє собою асинхронний електродвигун змінного струму з короткозамкненим ротором. Стінка 15 герметичної ємності 6 розрахована на витримку глибинного тиску океанської води. Всередині герметичної ємності 6 над статором 7, розташовано джерело електричної енергії (на кресленні не показано), яке складається із не показаних на кресленні: акумуляторної батареї, мотор - генератора (що являє собою електродвигун постійного струму, який крутить генератор змінного струму, котрі на кресленні також не показані) та пускорегулюючої електроапаратури (реверсивним магнітний пускач, реле максимального струму; реле часу, допоміжне реле часу, проміжне реле, які на кресленні також не показані). Вал 16 електродвигуна 1 через перехідну муфту (на кресленні не показану) зв’язаний з валом (на кресленні не показаний) редуктора (на кресленні не показаний), який служить для установки необхідного числа обертів на його вихідному валі (на кресленні не показаному). Цей вихідний вал через перехідну муфту (на кресленні не показану) зв’язаний з валом (на кресленні не показаним) водяного насоса 17 (Фіг.1), корпус якого прикріплений до герметичної ємності 6. Вал водяного насоса 17 через перехідну муфту (на кресленні не показану) зв’язаний з бурильного штангою 18, яка складається із двох труб однакових по довжині, одна із яких внутрішня, (на кресленні не показана) вставлена в другу (яка являє собою зовнішню поверхню бурильної штанги 18). Подовжній канал (на кресленні не показаний) між цими двома трубами служить для проходження води від водяного насоса 17 до бур у 19. Бурильна штанга 18 просмикнута через центруючий отвір (на кресленні не показаний) в бурильній платформі 20. Бурильна штанга 18 закінчується буром 19, який являє собою долото з конічними елементами (на кресленні не показаними). Величина тиску бура 19 на породу океанського дна відрегульовано кількістю води (на кресленні не показаною), влитою в герметичну цистерну 5 (в якій окрім води знаходиться повітря, на кресленні не показане). Бурильна платформа 20 в плані має форму кола і до неї, через 120 по колу, прикріплені опора 21, опора 22 і третя опора (на кресленні не показана). До бурильної платформи 20 приварена герметична цистерна 23 тероїдальної форми, всередині якої знаходиться електромагніт (на кресленні не показаний) теж тороїдальної ферми і акумуляторна батарея (на кресленні не показана) для його живлення. Герметична цистерна 23 герметичний люк (на кресленні не показаний), який прикріплений до неї болтами (на кресленні не показані). Вищезгаданий електромагніт утримує в положенні, притиснутому до герметичної цистерни 23, вантаж 24, який представляв собою кусок металу тороїдальної форми. Бурильна платформа 20 має поворотний затискач (на кресленні не показаний), який утримує бурильну штангу 18 в положенні, коли вона виступає на 1 метр за опору 21 в напрямку океанського дна при зануренні і який не дозволяє при цьому бурильній штанзі 18 опускатись нижче фіксованої позначки в напрямку океанського дна, але дозволяє їй рухатись в протилежному напрямку, рухаючись по якому вона повертає цей поворотний затискач і відключає його з роботи. Другий кінець вала 16 (Фіг.2) через храповик (на кресленні не показаний) з собачкою (на кресленні не показаного) та редуктор (на кресленні не показаний) передає свій крутильний момент барабану (на кресленні не показаному). Барабан жорстко прикріплений до вищезгаданої пересувної платформи таким чином, що його вісь обертання (на кресленні не показана) перпендикулярна до осі обертання (на кресленні не показаної) вала 16. Вищезгаданий редуктор конструктивно виконаний так, що передаючи через себе крутильний момент змінює його на 90 на виході редуктора і дякуючи ви щезгаданій собачці, яка жорстко закріплена на його валу, вищезгаданий барабан може крутитися від валу 16 тільки в одному напрямку - на намотування на нього тросу (на кресленні показаному), один кінець якого закріплений на вищезгаданому барабані, а другим - на перекладині (на кресленні не показаній), яка закріплена на вершині вищезгаданої вишки. Це намотування відбувається під час підйому підводної бурової з дна океану на його поверхню. При розмотуванні ж вищезгаданого троса з вищезгаданого барабана (яке відбувається в процесі буріння на дні океану) вищезгадана собачка ковзає по зубцям вищезгаданого храповика і не перешкоджає вільному обертанню вищезгаданого барабану, а тому не передаючи йому при цьому крутіння, від валу 16. Герметична ємність 25 (Фіг.1) тороїдальної форми наповнена повітрям (на кресленні не показаним), жорстко прикріплена до швелерів 2 і 3. Вона має герметичний люк (на кресленні не показаний), прикріплений до неї за допомогою болтів (на кресленні не показані). Всередині герметичної ємності 25 знаходиться радіопередавач (на кресленні не показаний), працюючим на ультракоротких хвилях на антену (на кресленні не показану), яка виступає з герметичної ємності 25. Підводна бурова зберігається і транспортується на надводному судні (на кресленні не показаному). Працює підводна бурова таким чином: Перед зануренням на дно океану в заданому місці (квадраті) підводної бурової, яка поки що знаходиться на борту транспортного судна, обслуговуючий персонал судна відкриває герметичний люк в герметичній ємності 6, включає в роботу мотор-генератор від акумуляторної батареї, а також електродвигун 1 (Фіг.2) і опробує їх роботу. Після цього зупиняє мотор-генератор і включає реле часу, яке знову включає його в роботу через деякий час, розрахованим з урахуванням часу, необхідного для досягнення підводного буровою океанського дна, і закриває герметичний люк герметичної ємності 6 на болти. Потім персонал судна приєднує за допомогою бортового вантажопідйомного крану (на кресленні не показаного) вантаж 24 (Фіг.1) до цистерни 23, відкривав герметичним люк на ній і підключає акумуляторну батарею до електромагніту (які знаходяться в ній) і закриває її герметичний люк на болти. Крім того обслуговуючим персонал судна відкриває; герметичний люк на герметичній ємності 25, включаючи в роботу радіопередавач, який знаходиться в ній і закривав її герметичний люк на болти. Бортовим вантажопідйомним краном підводна бурова опускається в воду за борт судна де після звільнення її від підтримки цього крана герметична ємність 25 намагається утримати її наплаву, але вантаж 24 пересилює її і тягне підводну бурову на океанське дно буром 19 вниз. При досягненні дна океану бур 19 при зіткненні з ним піднімається вгору вздовж бурильної вишки разом з бурильною штангою 18, яка при своєму русі повертає поворотний затискач на бурильній платформі 20 і звільняється від свого фіксованого положення. Після цього підводна бурова, продовжуючи опускатись стаз на свої опори 21 і 22, а також на свою третю опору, яка не показана на кресленні. Раніш згадане реле часу включає мотор-генератор, який починає живити струмом статор 7 (Фіг.2) електродвигуна 1. Виникаючий при цьому магнітний потік статора 7 замикається через стінку 15 герметичної ємності 6, через океанську воду, яка вільно циркулює між герметичною ємністю 6 та герметичною ємністю 14, через стінку герметичної ємності 14, через активну сталь 13 ротора 8, знову через стінку герметичної ємності 14, через океанську воду, через стінку 15 герметичної ємності 6 знову на ста тор 7. При цьому він перетинає обмотку (біляче колесо, на кресленні не показану) ротора 8 і збуджує в ній електричний струм, під впливом якого виникав магнітний потік (на кресленні не показаний) ротора 8. Магнітний потік ротора 8 і магнітний потік статора 7 зціплюються між собою, в результаті цього ротор 8 починає крутитись і крутити при цьому водяний насос 17 (Фіг.1), а також бурильну штангу 18 з буром, який буравить породу океанського дна (на кресленні не показаного), заглиблюючись у нього. При цьому водяний насос засмоктує в себе воду із океану і потім витискає її в подовжній канал між двома трубами бурильної штанги 18, по якому вона йде до бур у 19 і після нього по внутрішній трубі бурильної штанги 18 виносить разом з собою в океан, розроблені буром 19, частинки породи океанського дна при його буравленні. Буравлення продовжується до ти х пір, поки водяний насос 17 не досягне бурильної платформи 20 і зіткнеться з нею, або бур 19 не натрапить на породу дна, яку він не зможе пробурити. Б обох ци х випадках зростає навантаження на електродвигун 1 (Фіг.2) і в результаті цього зростає електричний струм в його статорі 7 і в пуско-регулюючій апаратурі. Спрацьовує реле максимального струму, яке відключає електродвигун 1 і включає в роботу проміжне реле та допоміжне реле часу, яке потім через реверсивний магнітний пускач знову включає в роботу електродвигун 1, але тепер уже з крутінням в протилежному напрямку. При крутінні електродвигун 1 крутить барабан і намотує на нього трос і піднімав вгору по бурильній вишці бурильну платформу разом з її цистерною 5 (Фіг.1), герметичною ємністю 6, водяним насосом 17, бурильною штангою 18, буром 19, до зіткнення герметичної цистерни 5 з перекладиною на вершині бурової вишки, до якої прикріплений трос. В результаті цього зіткнення підвищується навантаження на електродвигун 1 (Фіг.2), внаслідок чого в його статорі 7 зростає електричний струм від якого спрацьовує реле максимального струму, яке тепер через нормально розімкнені контакти (на кресленні не показані) раніш включеного проміжного реле пуско-регулюючої апаратури відключає електродвигун 1 від мотор-генератора, а також мотор-генератор від акумуляторної батареї. Водночас пересувна платформа при її підході до вершини бурильної вишки повертає захват (на кресленні не показаний) закріплений на вершині бурильної вишки, який і стопорить пересувну платформу в верхньому її положенні на буровій вишці. З часом, коли акумуляторна батарея, яка знаходиться в цистерні 23 (Фіг.1), розрядиться, електромагніт вже не зможе далі утримувати вантаж 24 притисненим до цистерни 23. Тоді підводна бурова звільнюється від вантажу 24 і під дією герметичної ємності 25 піднімається на поверхню океану і радіопередавач через антену, яка виступає з неї передає в ефір радіосигнали, по яким персонал обслуговуючо го судна довідується про місце знаходження підводної бурової і піднімає її на борт судна. В інших прикладах замість електродвигуна 1 (Фіг.2) можна використати електродвигун постійного струму. В цьому відпадає необхідність мати мотор-генератор, але дуже ускладнюється регулювання роботи електродвигуна в підводному положенні і виникає необхідність мати акумуляторну батарею не тільки в герметичній ємності 6, але й другу акумуляторну батарею в герметичній ємності 14.