Материал: Инновационные технологии и материалы. сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых

УДК 622.243.23

РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЕМОГО УСТРОЙСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ

О.Ю.Челяпин, А.А.Максименко Воронежский государственный технический университет

E-mail: olegfm031@rambler.ru

Одним из этапов строительного цикла при возведении новых и реконструкции существующих промышленных и гражданских сооружений является прокладка инженерных коммуникаций различного назначения. Бестраншейный метод позволяет проводить работы без нарушения поверхностного слоя грунта, что приводит к снижению трудовых и материальных затрат, сокращению сроков строительства. Поэтому бестраншейные технологии прокладки подземных коммуникаций находят все более широкое распространение в строительстве и в развитых странах становятся преобладающими. В настоящее время при устройстве подземных переходов бестраншейными методами широко применяют установки горизонтального направленного бурения (ГНБ). В основном данные установки зарубежного производства (США, Китай, и др.). Стоимость установок составляет 100 – 500 т.долл. Применение установок ГНБ осложняется их большими габаритами и малым радиусом искривления создаваемой скважины.

В мировой практике подземного строительства при сооружении переходов длиной до 40 м и диаметром 40 - 250 мм значительные объемы работ выполняются с использованием пневмоударной техники, представленной в основном пневмопробойниками. Их стоимость находится в пределах 50 – 250 т.р. в зависимости от модели. Небольшой вес и габариты пневмопробойников позволяют их применять в различных стеснѐнных условиях. Многолетний опыт их эксплуатации показывает, что скважины, полученные путем уплотнения грунтового массива, не разрушаются длительное время, в некоторых случаях - несколько лет. Однако процесс уплотнения грунта характеризуется значительной величиной деформации массива, поэтому таким способом получают скважины диаметром не более 300 мм и низкой скоростью прокладки скважины. Другим существенным недостатком существующих пневмопробойников является практически полное отсутствие возможности курсового управления, что приводит к ограничениям их использования

151

(только прямолинейные скважины) и частым потерям устройств.

Нами ставилась цель разработать конструкцию управляемого, высокоэффективного пневмопробойника способного с большой скоростью создавать скважины высокой кривизны. Результатом разработки стал комплекс, сочетающий в себе высокую эффективность с низкой стоимостью и малыми габаритами.

Основными составляющими комплекса являются ѐмкость с жидкостью и гидронасосом 1 (или система водоснабжения при работах в городской черте), контейнер с полимерным рукавом 2, пульт дистанционного управления 3, управляемый грунтопроходческий робото-снаряд (ГПРС) 4. Основным и самым ответственным узлом комплекса является ГПРС, выполняющий прокладку рукава с жидкостью или закрепляющим составом в грунте. Существенным отличием разработанного ГПРС от существующих пневмопробойников является возможность управления направлением его движением в широких пределах с помощью отклоняемого рабочего элемента (формообразователя скважины). Другим кардинальным отличием является то, что движения ГПРС используется не только принцип «сухого трения» как в существующих пневмопробойниках, но и применение для ускоренной прокладки скважины дополнительного продавливающего усилия, возникающего вследствие давления жидкости в прокладываемом рукаве.

Рис.1 Функциональная схема комплекса прокладки скважин

Предлагаемое устройство предназначено для повышения эффективности существующих методов прокладки направленных скважин и снижения затрат.

Функционально устройство (ГПРС) представляет собой основной корпус 1 и отклоняемый с помощью поворотного устройства 2, находящегося в основном корпусе, формообразователь скважины 3. Кроме отклоняющего механизма основной корпус содержит устройство управления отклоняющим устройством 4 с датчиками перемещения, соединительное устройство 5, пожарный рукав 6 с проводами питания/управления.

152

Рис. 2 Устройство ГПРС

Отклонение ГПРС происходит в связи с тем, что нагрев вызывает увеличение реактивных силовых характеристик деформированных монокристаллов, а охлаждение - уменьшение. Необходимым условием работы устройства при прохождении искривленного участка траектории является возможность индивидуального нагрева каждого (в зависимости от задачи) термосилового элемента до определенной температуры (деформации). Эту функцию несет блок управления, управляемый оператором устройства дистанционно (по проводам). В отклоняющем устройстве могут используются как монокристаллы с памятью формы, так и гидроцилиндры.

Слежение за положением ГПРС можно осуществляться либо по датчикам перемещений, находящихся внутри основного корпуса, либо по координатам, выдаваемыми прибором поиска.

Контейнер с полимерным рукавом представляет собой герметичный металлический корпус, рассчитанный на давление ~ 25 атм., внутри которого содержится катушка с намотанным на ней полимерным рукавом и кабелем питания/управления ГПРС. Для укладки пожарного рукава и кабеля питания/управления «виток к витку» применено направляющее устройство с электроприводом. На корпусе контейнера находится разъѐм для подвода жидкости от автоцистерны, разъѐм для кабеля питания/управления и разъѐм подсоединения ГПРС. При прокладке скважины персонал подсоединяет хвостовик рукава, находящегося внутри устройства, к водяному насосу цистерны (ПЦ) а провод – к пульту управления (ноутбук) и, не включая насос, заглубляют в грунт (прикапывают) ориентируя устройство формообразователем в направлении прокладки. После включения насоса, жидкость (вода) под давлением подаѐтся в контейнер с полимерным рукавом и в рукав ГПРС. Возросшее давление позади ГПРС создаѐт движущую силу толкающее его вперѐд. Рукав при движении устройства начинает распрямляться,

153

толкая ГПРС вперѐд. Формообразователь разрыхляет грунт и создаѐт скважину.

1 - герметичный корпус, 2 – катушка с уложенным на ней пожарным рукавом и кабелем питания/управления ГПРС, 3 - направляющее

устройство, 4 - электропривод направляющего устройства, 5 - разъѐм для

подвода тушащей жидкости от автоцистерны, 6 - разъѐм для подсоединения рукава ГПРС,

7 - разъѐм кабеля питания/управления. Рис. 3 Контейнер с пожарным рукавом

При движении ГПРС возможно использовать жидкость для смачивания грунта, что позволяет значительно снижать сопротивление его движению. В случае подачи закрепляющего состава происходит образование скважины с укреплѐнными стенками, что позволяет отказаться от обсадных труб (при прокладке кабелей, ирригационных работах и др.) и снизить себестоимость работ.

В зависимости от применяемого рукава величина образуемой скважины может составлять от 20 до 500м.

Скорость устройства зависит от состава грунта и может достигать 10 метров в минуту на лѐгких почвах (песок, торф).

Литература

1. Патент RU2272873C1 устройство для образования скважин в грунте, автор Максименко Александр Александрович, дата начала отсчета срока действия патента: 06.07.2004.

154

УДК 628.5

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ СРЕД

И.А.Поздняков Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)

E-mail: mr_907@mail.ru

Разрабатываемый инновационный проект предназначен для повышения безопасности и защиты человека от влияния на него негативных факторов окружающей среды путем удаления из нее загрязняющих веществ и воссоздания газовых сред со сбалансированными параметрами.

Устройство очистки газовых сред состоит из электроочистителя воздуха со встроенным ионо-озонатирующим устройством различного предназначения (бытового или промышленного).

Необходимость чистого воздуха очевидна, но как этого добиться? Американское Агентство по Защите Окружающей Среды предлагает три решения:

1.Исключить все источники загрязнения.

2.Увеличить вентиляцию помещения.

3.Фильтровать и обновлять использованный воздух.

Все эти решения обладают существенными недостатками, такими как, например: - первое решение внедрить практически невозможно в настоящее время;

-увеличение вентиляции помещения не приводит к желаемым результатам, т.к. даже самая лучшая вентиляционная система меняет только одну треть воздуха в помещении;

-третий метод также мало эффективен, т.к. фильтр способен пропустить только 10% от общего объема воздуха помещения, в процессе удержания загрязнений происходит проскок частиц загрязнений через фильтр, а также происходит накопление и рост концентрации микроорганизмов в фильтровальном материале. Известно также, что при фильтрации воздуха через фильтровальный слой он становится «мертвым», т.е. оставляет на слое электрические заряды, в том числе отрицательные аэроионы - «витамины воздуха».

Авторами предлагается способ, лишенный вышеперечислен-

155