СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ (ЗАМЕНЫ) ТРУБОПРОВОДА, УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕЕ КРЕПЛЕНИЯ В КОТЛОВАНЕ Российский патент 1999 года по МПК F16L1/28 

Изобретение может быть использовано в строительном деле, в частности при создании и ремонте инженерных коммуникаций.

Известно устройство для замены магистральных трубопроводов (патент ЕВП N 0149528, кл. E 21 B 7/26), содержащее гидроцилиндр и поршень, служащие для продвижения устройства.

К недостаткам устройства и реализуемого им способа можно отнести узкие функциональные возможности, т. к. оно может применяться только для замены имеющегося трубопровода и не пригодно для прокладки нового трубопровода в грунте.

Известно также устройство местного ремонта труб (патент США N 4955755, кл. 16 L 55/16), содержащее передний и задний модули, соединенные с гидравлическими средствами перемешивания.

К недостаткам устройства и реализуемого им способа можно отнести сложность конструкции, недостаточную надежность, потребность в тянуще-направляющем тросе.

Известен способ замены трубопровода (заявка Японии N 6043877, кл. 16 L 1/024), по которому внутрь разорванной и раздвинутой части трубопровода со стороны рабочего котлована вводят новую трубу, используя для этого механизм подачи с электроприводом, который не закреплен относительно стен, что может привести к случайному его сдвигу относительно котлована и вызвать аварийную ситуацию.

Наиболее близким по технической сущности является выбранное авторами в качестве прототипа устройство и способ замены подземной трубы (патент PCT N 92/13226, кл. F 16 L 55/165). Устройство содержит головку разрушения старой трубы, тянущую головку новой трубы и силовой гидроцилиндр для их перемещения.

К недостаткам устройства следует отнести сложность конструкции разрушающей головки, содержащей два приводящих в действие разрушающие сегменты добавочных гидроцилиндра и связывающие их подъемные соединители.

Способ заключается в том, что разрушающую головку подвергают радиальному расширению, а затем с помощью гидроцилиндра и направляюще-тянущего троса осуществляют подачу новой трубы. При продольном перемещении новой трубы осуществляют радиальное сжатие разрушающей головки.

К недостаткам способа можно отнести также необходимость использования для операций направления движения и приложения усилий к разрушающей головке направляюще-тянущего троса, а также невозможность удаления из скважины старой трубы без ее разрушения, что в случае трубы из прочного материала, например из стали, затруднительно.

Задачей предлагаемой группы изобретений является создание установки, простой и надежной как по конструкции, так и по способу ее использования.

Предлагаемый для решения указанной задачи способ бестраншейной прокладки (замены) трубопровода заключается в том, что формируют рабочий и вспомогательный котлованы, образуют скважину между ними и затягивают новый трубопровод, рабочие головки прикрепляют к концу штанги, которую свинчивают из одинаковых секций, наращивая (уменьшая) ее длину, и сообщают ей движение в прямом (обратном) направлении; или пропускают штангу через старую трубу до вспомогательного котлована, закрепляют на ее конце разрушающе-тянущую головку, прикрепляют к головке новую трубу и сообщают штанге возвратное движение; или на конец штанги прикрепляют толкающую головку и перемещают старую трубу, например стальную, в сторону вспомогательного котлована до полного ее выхода из скважины. Установка для бестраншейной прокладки (замены) трубопровода содержит головку разрушения старой трубы, проникающую в грунт головку и тянущую головку новой трубы, закрепляемые на конце толкающе-тянущей штанги, и силовой устройство перемещения штанг; каждая секция штанги имеет местное увеличение диаметра, образующее кольцеобразные упорные торцы; силовое устройство выполнено в виде гидроцилиндра с пустотелым плунжером и гильзой, расположенной по оси цилиндра с возможностью прохода внутри нее штанги; на выходной оконечности плунжера закреплен узел схвата штанги, содержащий корпус, в котором на осях установлены кулачки с возможностью контакта с упорными торцами штанги, причем кулачки подпружинены "на схват" штанги и связаны кинематически; на оконечности гидроцилиндра, смежной с торцом плунжера, закреплен узел фиксации штанги; на оконечностях силового гидроцилиндра на гайках установлены фланцы, скрепленные между собой планками профильного сечения, например угольника. Устройство для закрепления установки для бестраншейной прокладки (замены) трубопровода в котловане содержит днищевую плиту, переднюю и заднюю пристеночные плиты с отверстиями для прохода штанги с проникающей тянущей или разрушающей головкой, а вдоль днищевой плиты по ее краям закреплены трубы прямоугольного сечения, в которых с возможностью относительного перемещения и фиксации размещены штанги профильного сечения, например отрезки швеллера, скрепленные с пристеночными плитами; фланцы, закрепленные на гайках, расположенных на оконечностях силового гидроцилиндра, имеют регулируемые упоры, контактирующие с пристеночными плитами и расположенные на уровне оси гидроцилиндра по обеим его сторонам в горизонтальной плоскости; на оконечностях труб прямоугольного сечения со стороны задней пристеночной плиты закреплены гайки регулируемых винтовых упоров, контактирующих с плитой; силовой гидроцилиндр имеет местные утолщения с опорными площадками, которыми он установлен и закреплен на П-образном опорном "мостике", установленном на днищевой плите с помощью винтовых регулируемых упоров; опорный "мостик" силового гидроцилиндра имеет регулируемые винтовые упоры, контактирующие с трубами прямоугольного сечения.

На фиг. 1 представлена в осевом разрезе передняя часть гидроцилиндра с узлом схвата штанги (по А-А); на фиг. 2 - задняя часть гидроцилиндра с механизмом фиксации штанги (по Б-Б); на фиг. 3 - механизм схвата штанги (вид В); на фиг. 4 - узел крепления новой трубы на тянущей головке; на фиг. 5 - общий вид установки с устройством крепления ее в котловане; на фиг. 6 - установка, в плане; на фиг. 7 - узлы регулировки положения оси гидроцилиндра (по Г-Г); на фиг. 8 - разрез по направляющим устройства крепления установки (по Д-Д).

Установка для бестраншейной прокладки (замены) трубопровода устроена следующим образом.

Функциональной и конструктивной основой установки является силовой гидроцилиндр 1 с пустотелым плунжером 2, имеющим сквозное осевое отверстие. В сквозном отверстии плунжера расположена также пустотелая гильза 3, служащая для уплотнения плунжера по внутреннему диаметру. На концевую часть гидроцилиндра 1 со стороны выхода из него плунжера 2 навинчена гайка 4 с отверстием для прохода плунжера 2, на которую, в свою очередь, одет фланец 5 с отверстием для прохода плунжера. На противоположную концевую часть цилиндра 1 навинчена гайка 6 с отверстием для прохода штанги 7, на которую надет фланец 8. Фланцы 5 и 8 скреплены планками профильного сечения 9. На выходном конце плунжера 2 закреплен узел схвата штанги, в корпусе 10 которого на осях 11, 12 с возможностью поворота установлены упорные кулачки ("собачки") 13, 14, подпружиненные "на схват" штанги 7. Оконечности упорных кулачков, непосредственно контактирующие с упорными кольцеобразными торцами штанги 7, имеют угол заострения несколько меньше 90^o для предотвращения случайного раскрытия схвата. С гайкой 6 контактирует корпус 20 узла фиксации штанги. Тянущая головка 21 для закрепления новой трубы 22 имеет кольцевое углубление и винты 23 с цилиндрическими шейками, которые удерживают новую трубу 22 за рассверленные в ее передней части отверстия 24. Устройство для закрепления установки для бестраншейной прокладки (замены) трубопровода в котловане содержит днищевую 25, переднюю 26 и заднюю 27 пристеночные плиты из листового метала толщиной 10 мм. К днищевой плите 25 по краям закреплены с обеих сторон трубы прямоугольного сечения 28, 29, внутри которых с небольшим зазором размещены две штанги 30 из сортового проката, например из швеллера, скрепленные с передней пристеночной плитой 26, и две штанги 31, скрепленные с задней пристеночной плитой 27. Для регулировки расстояния между плитами 26, 27 при использовании в котлованах разных размеров штанги 30 перемещаются внутри прямоугольных труб 28, 29 и фиксируются штифтом 32. В пристеночных плитах 26, 27 соосно с гидроцилиндром 1 имеются отверстия для прохода давящей головки 33 и тянущей головки 21 соответственно. Гидроцилиндр устанавливается "в распор" относительно пристеночных плит 26, 27. Для этого с обеих сторон цилиндра 1 в горизонтальной плоскости устанавливаются распорные элементы (на фиг. 5 не показаны), каждый из которых кантактирует с фланцами 5 и 8 и содержит винт 34 с шаровой головкой, входящий в трубу 35, которая в свою очередь вставляется в ловитель 36, представляющий собой отрезок трубы большего диаметра, закрепленный на плитах 26 и 27. Выборка продольных зазоров распорных элементов осуществляется гайками 37. На трубах прямоугольного сечения 28, 29 закреплены гайки 38 с упорными винтами 39, которые входят в распорные трубы 40, входящие в ловители 41 - отрезки труб, закрепленные на плитах 26, 27. Выборка продольного зазора осуществляется гайкой 42. Гидроцилиндр 1 своими площадками, выполненными в местных утолщениях, закрепляется болтами на П-образном опорном "мостике" 43, устанавливаемом на днищевой плите 25 с помощью регулировочных винтов 44 с контргайками 45, чем осуществляется изменение положения оси гидроцилиндра 1 по высоте. Регулировка в поперечном направлении осуществляется регулировочными винтами 46 со сферическими головками, контактирующими с трубами прямоугольного сечения 28, 29 с контактирующей гайкой 47.

Установка работает следующим образом.

Рабочими органами установки являются проникающая (разрушающая) 33 либо тянущая 21 головки. Возможно использование комбинированных головок, например разрушающе-тянущих и т.п. Усилие на них передается с помощью штанги 7, которая свинчена из отдельных одинаковых секций, выполненных с местными увеличениями диаметра с образованием упорных торцов кольцеобразной формы с обеих стон утолщения.

Благодаря тому, что цилиндр 1 и плунжер 2 выполнены пустотелыми, обеспечивается возможность "центрального" (без перекосов) приложения усилий плунжера 2 к штанге 7, что уменьшает износ трущихся поверхностей. При рабочем движении плунжера 7 (по фиг. 1, 2, 5 - влево) упорные кулачки 13, 14 своими рабочими оконечностями упираются в кольцеобразный торец утолщений штанги 7 и продвигают ее вперед. При этом проникающая (разрушающая) головка 33 своим пулеобразным концом раздвигает грунт (разрушает старую трубу), оставляя за собой канал цилиндрической формы для размещения в нем новой трубы 22. После окончания рабочего хода плунжера кулачки фиксирующего узла, расположенные в корпусе 20, своими рабочими поверхностями контактируют с упорным торцом последней секции штанги, предотвращая случайный сдвиг штанги 7 назад. Далее на штангу 7 навинчивают следующую секцию. При обратном ходе плунжера 2 кулачки 13 раскрываются, обходя утолщение секции штанги 7. При достижении проникающей головкой 33 вспомогательного котлована она заменяется тянущей головкой 21, на которой закрепляется новая труба 22. Гидроцилиндр при этом переставляется в обратном направлении рабочего хода, для чего с помощью гаек 37, 46 освобождаются упорные винты 34, 39. После разворота цилиндра на 180^o в плане упомянутые упоры восстанавливаются в обратном порядке. Расположение оси цилиндра 1 в поперечном направлении и по высоте регулируется с помощью винтов 44 и 46, которые по окончании регулировки контрятся гайками 45, 47.

Представленное выше описание работы установки является детализированным и может быть представлено в обобщенном виде на уровне операций способа. Следует учесть, что для описания в целом процесса прокладки (замены) трубопровода необходимо предварительно сформировать рабочий и вспомогательный котлованы, а также обеспечить установку гидравлической энергией высокого давления.

В способ могут быть введены уточняющие варианты, имеющие конкретные особенности, например:
- пропускают штангу через старую трубу до вспомогательного котлована, закрепляют на ее конце разрушающе-тянущую головку, прикрепляют к ней новую трубу и сообщают штанге возвратное движение;
- на конец штанги прикрепляют толкающую головку и перемещают старую трубу, например стальную, в сторону вспомогательного котлована до полного ее выхода из скважины. Удаление металлической трубы необходимо с точки зрения экологии.

В состав установки входит также гидронасос и гидроманипулятор для управления направлением движения плунжера 2 в ту или другую сторону (на чертежах не показаны).

За счет заявляемой совокупности признаков получены новые свойства установки - простота конструкции и надежность крепления в котловане. Заявляемый способ позволяет осуществлять как тянущее, так и толкающее рабочее движения.

Возможность промышленного применения изделия не вызывает сомнений, так как:
- установка предназначена для использования в конкретной отрасли народного хозяйства, а именно в строительном деле;
- реализация изобретения возможна с помощью описанных технических средств;
- установка способна обеспечить достижение заявленного технического эффекта;
- установка технологична в изготовлении, т.к. в ней применены узлы и детали, освоенные в производстве.

Использование: строительстве при прокладке или замене ранее уложенных в грунт трубопроводов. Формируют рабочий и вспомогательный котлованы, образуют скважину между ними и затягивают новый трубопровод, причем рабочие головки (проникающую, разрушающую, тянущую или комбинированную) прикрепляют к концу штанги, которую свинчивают из одинаковых секций, наращивая (уменьшая) ее длину, и сообщают ей движение в прямом (обратном) направлении с помощью установки, содержащей силовое устройство, выполненное в виде гидроцилиндра с пустотелым плунжером с возможностью прохода штанги внутри него. Каждая секция штанги имеет местное утолщение, в кольцевой торец которого упираются кулачки узла схвата (фиксации), закрепленные на выходном конце плунжера и противоположном ему конце цилиндра. Кулачки связаны кинематически и подпружинены "на схват" штанги. Устройство для закрепления установки в котловане содержит днищевую, переднюю и заднюю пристеночные плиты. Вдоль днищевой плиты по ее краям с обеих сторон от цилиндра закреплены трубы прямоугольного сечения, в которые входят с возможностью перемещения и фиксации штанги, выполненные из отрезков швеллера и скрепленные с пристеночными плитами. Гидроцилиндр установлен на П-образном "мостике", в котором имеются винты для регулировки положения оси цилиндра по высоте и в поперечном направлении. На оконечностях цилиндра установлены фланцы, которые через регулируемые по длине упоры контактируют с пристеночными плитами, обеспечивая жесткое крепление установки в котловане. Задачей изобретений является создание простой и надежной установки как по конструкции, так и по способу использования. 3 с. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ бестраншейной прокладки или замены трубопровода, заключающийся в формировании рабочего и вспомогательного котлованов, образовании между ними скважины и затягивании в нее трубопровода, отличающийся тем, что образование скважины ведут проколом грунта или посредством удаления заменяемого трубопровода пошаговым продвижением из рабочего котлована во вспомогательный котлован наращиваемой сборной штанги с рабочей головкой, а затягивание в скважину нового трубопровода производят из вспомогательного котлована возвратным пошаговым ходом сборной штанги с уменьшением ее длины посредством тянущей головки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление заменяемого трубопровода ведут с его разрушением, для чего через него пропускают до вспомогательного котлована сборную штангу, на ее конце закрепляют разрушающе-тянущую головку и сообщают сборной штанге возвратное движение. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление заменяемого трубопровода осуществляют его выталкиванием во вспомогательный котлован, для чего на конце сборной штанги закрепляют толкающую головку. 4. Установка для бестраншейной прокладки или замены трубопровода, содержащая силовое устройство, устройство для закрепления в котловане, сборную штангу с рабочей головкой, отличающаяся тем, что силовое устройство выполнено в виде гидроцилиндра с пустотелым плунжером для прохода через гидроцилиндр по его оси сборной штанги, а последняя снабжена местными увеличениями диаметра с образованием упорных кольцевых торцов, взаимодействующих с кулачками узлов схватки сборной штанги и закрепленных на переднем и заднем фланцах гидроцилиндра. 5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что передний и задний фланцы установлены на гайках по концам гидроцилиндра, причем фланцы скреплены между собой планками профильного сечения и снабжены регулируемыми упорами, расположенными на уровне оси гидроцилиндра в горизонтальной плоскости по обеим его сторонам. 6. Установка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что узел схватки сборной штанги содержит корпус, в котором на осях установлены кулачки, а последние связаны между собой кинематически и подпружинены на схват сборной штанги. 7. Установка по п.4, отличающаяся тем, что гидроцилиндр снабжен местными утолщениями с опорными площадками для его установки и закрепления. 8. Устройство для закрепления в котловане установки для бестраншейной прокладки или замены трубопровода, содержащее днищевую плиту, переднюю и заднюю пристеночные плиты с отверстиями для прохода сборной штанги с рабочими головками, отличающееся тем, что содержит П-образный опорный мостик, установленный на днищевой плите, вдоль последней по ее краям закреплены прямоугольного сечения трубы, в которых размещены штанги профильного сечения с возможностью относительного перемещения и фиксации, при этом штанги скреплены с пристеночными плитами. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что на концах труб прямоугольного сечения со стороны задней пристеночной плиты закреплены гайки регулируемых винтовых упоров гидроцилиндра. 10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что гидроцилиндр закреплен на П-образном опорном мостике, а последний установлен на днищевой плите посредством регулируемых винтовых упоров. 11. Устройство по пп.8 - 10, отличающееся тем, что регулируемые винтовые упоры П-образного опорного мостика контактируют с трубами прямоугольного сечения.