УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ЗАМЕНЫ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2004 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано для бестраншейной замены подземных трубопроводов при ремонте и реконструкции подземных коммуникаций.

В устройствах для реализации способа бестраншейной замены трубопроводов поставленная задача решается тем, что оно включает перемещаемые вдоль старого трубопровода тяговое устройство, рабочий орган и соединенную с ним новую трубу. Причем рабочий орган состоит из отдельных узлов, выполненных сборно-разборными с возможностью центровки относительно друг друга и относительно старого трубопровода, приспособленных для взаимной сборки-разборки в стесненных условиях. Такое выполнение расширяет возможности устройства, повышает точность прокладки нового трубопровода.

Известно устройство для бестраншейной замены трубопроводов (см., например, патент ФРГ 4014775, F 16 L 1/028, 1990), в передней части корпуса которого размещены режущие ножи, корпус снабжен тяговым устройством в виде троса, а к хвостовой части корпуса присоединена новая труба.

Недостатками устройства являются его длина, необходимость сборки в специально предназначенных для этих целей местах и неудобство манипулирования в стесненных условиях приямка-колодца при установке устройства в старую трубу, подлежащую разрушению.

Также известно устройство для бестраншейной замены трубопроводов (см., например, патент США 4738565, F 16 L 1/028, 1988), в передней части корпуса которого размещены подвижные режущие ножи в виде консольных балок, закрепленных шарнирно, ударное или нажимное устройство в виде скалки или поршня с односторонним подводом к нему сжатого воздуха, тяговый трос, закрепленный на передней части корпуса, предназначенный для затягивания устройства с новой трубой в отверстие трубы, подлежащей разрушению.

Недостатками устройства являются его длина, низкая надежность подвижных ножей из-за примененного вида шарнирного крепления и их привода ударного или нажимного типа, обусловливающих подготовку и расширение приямков-колодцев для манипулирования устройством при его установке и низкая эффективность передачи усилия (импульса) режущим ножом, которые из-за низкой прочности шарнирного устройства не могут воспринимать значительные необходимые и достаточные усилия, а следовательно, эффективно разрушать старую трубу.

Известно устройство для бестраншейной замены трубопроводов (см. патент РФ 2116547, кл. 6 F 16 L 1/028, 1998 г. - прототип), состоящее из пневмоударного движителя, направляющей насадки и расширителя, расширитель выполнен со ступенью цилиндрической формы меньшего диаметра в сравнении с расширяющим диаметром, причем цилиндрическая часть снабжена штифтами-фиксаторами для надежного присоединения к ней новой трубы и отсоединения трубы от расширителя. Направляющая насадка в виде колпака с режущими элементами соосно опирается на расширитель, который также опирается на корпус пневмоударного движителя, к носовой части которого закреплен шарнирно тяговый трос лебедки, устанавливаемой со стороны принимающего приямка-колодца.

По указанному патенту РФ предусмотрены другие варианты направляющих насадок и расширителей, а описанный вариант принят в качестве прототипа, как содержащий наибольшее количество существенных признаков в сравнении с предлагаемым техническим решением.

Недостатками прототипа и его вариантов являются: конструктивное решение последовательности взаимодействия отдельных узлов, участвующих в передаче ударного импульса последовательно от источника формирования импульса корпусу, от корпуса расширителю с закрепленной на нем новой трубкой значительной протяженности и, наконец, направляющему насадку-колпаку с режущими элементами для разрушения старой трубы, учитывая, что последовательное соединение указанных частей устройства не является жестким и его части: корпус, расширитель с новой трубой обладают массами, превышающими массу источника импульсов, и передаваемый импульс последовательно уменьшается в связи с потерями в контактах между частями устройства. Указанные потери могут составлять до 50% в зависимости от соотношения масс, передающих импульс источника (ударника) к направляющему насадку-колпаку с режущими элементами через посредство корпуса и расширителя. При разрушении старых труб из металлических материалов пневмоударный движитель должен обладать удвоенной энергией удара, что в свою очередь потребует упрочнения корпуса и расширителя, а также их масс, увеличение которых крайне нежелательно, поскольку усложнит работу оператора, работающего в стесненных условиях приямка-колодца. Кроме отмеченного, повышение энергии удара пневмоударного движителя обусловит увеличение расхода сжатого воздуха или его стоимости для получения более высоких его давлений. Последнее обстоятельство нежелательно по технике безопасности и обусловит использование прочных и дорогостоящих воздушных рукавов (шлангов).

Отмеченные недостатки прототипа исключаются наполовину, если ударный импульс от источника (ударника) передать через подвижный относительно корпуса хвостовик наковальни с массой, не большей массы ударника и опертый непосредственно на расширитель с новой трубой, и далее направляющему колпаку с режущими элементами, минуя, таким образом, корпус, масса которого в 3-4 раза больше массы ударника. При этом протяжка корпуса, а также направляющего колпака и расширителя с новой трубой осуществляются, например, канатом тяговой лебедки, установленной со стороны принимающего приямка-колодца.

Техническая задача по исполнению устройства для бестраншейной замены трубопроводов решается следующим конструктивным исполнением и размещением частей: устройство для бестраншейной замены трубопроводов включает перемещаемый вдоль оси старого трубопровода рабочий орган, состоящий из пневмоударной машины, закрепленное шарнирно на ее корпусе тяговое устройство в виде каната, установленные соосно ему направляющий колпак с режущими элементами для разрушения старой трубы, расширитель для уплотнения разрушенных частей старой трубы в грунт, соединенную с расширителем муфту для соединения с ней секции новой трубы, причем корпус пневмоударной машины снабжен установленной подвижно относительно его наковальней с буртиком, опирающимся на расширитель и взаимодействующим с ним при передаче ударного импульса. Целесообразно также буртик наковальни выполнить с отверстиями для пропуска элементов тягового устройства.

Выполнение устройства поясняется чертежом, на котором представлен его частичный продольный разрез.

Устройство для бестраншейной замены трубопроводов включает рабочий орган, состоящий из пневмоударной машины 1, тяговое устройство 2 с канатом 3, закрепленное посредством шарнира 4 к корпусу 5 машины и шарнира 6 к канату. Корпус 5 снабжен наковальней 7, подвижно установленной относительно его продольной оси и удерживаемой фиксатором 8 относительно корпуса. Наковальня 7 выполнена со ступенчатым буртиком 9 с отверстиями 10 в виде лысок, пазов, щелей и т.п. сквозных каналов для пропуска элементов тягового устройства 2. Буртик 9 опирается посредством поверхности (конической или сферической формы) на соответствующую по форме поверхность расширителя 11, состоящего из уплотняющего кольца 12 и муфты 13 для закрепления на ней посредством штифтов-фиксаторов 14 секции 15 новой трубы. Уплотняющее кольцо 12 и муфта 13 расширителя 11 соединены кольцевым элементом 16 между собой с возможностью разборки-сборки при ремонтах. Рабочий орган содержит направляющий насадку-колпак 17 с режущими элементами 18 для разрушения старой трубы. Колпак 17 опирается поверхностью (конической или сферической формы) на соответствующую по форме поверхность расширителя 11. Генератором ударных импульсов, воспринимаемых наковальней 7, является ударник 19, периодически наносящий удары по наковальне, принадлежащей пневмоударной машине 1. Уплотняющее кольцо 12, муфта 13 расширителя 11 и направляющий колпак 17 снабжены центральными отверстиями 20, 21 и 22 для пропуска элементов тягового устройства 2 с канатом 3. Тяговое усилие канату 3 сообщается, например, от тяговой лебедки с любым известным двигателем, расположенной со стороны принимающего приямка-колодца (на чертеже не показан). Сжатый воздух от компрессора (на чертеже не показан) по воздухопроводному рукаву (шлангу) 23 подается со стороны стартового приямка-колодца. Секции 15 новой трубы подаются по рукаву 23 и соединяются между собой в стартовом приямке-колодце по мере затяжки предыдущей секции в скважину нового трубопровода.

Рабочему процессу устройства для бестраншейной замены трубопровода предшествует его сборка в стартовом приямке-колодце в последовательности: канат 3 пропускается сначала через отверстие 22 в направляющем колпаке 17, затем через отверстия 21 расширителя 11; к канату 3 посредством шарнира 6 закрепляется тяговое устройство 2, пропускается через отверстия 10 в виде лысок, пазов, щелей и т.п. сквозных каналов в буртике 9 наковальни 7 и посредством шарниров 4 закрепляется на корпусе 5 пневмоударной машины 1; канатом 3 перечисленные детали вводятся в контакт между собой с одновременным центрированием относительно друг друга и стартового отверстия старой трубы; секция 15 новой трубы присоединяется к муфте 13 и закрепляется на ней штифтами-фиксаторами 14. Секция новой трубы может быть присоединена к муфте расширителя на дневной поверхности перед спуском, то есть вне старого приямка-колодца. Следующим этапом перед включением в работу устройства является затягивание его канатом 3 в устье отверстия старой трубы. Если принимающий приямок-колодец является финишным, то разборка устройства в нем осуществляется в последовательности, обратной сборке.

Рабочий процесс устройства для бестраншейной замены трубопроводов осуществляется следующим образом.

После затяжки собранного устройства в устье старой трубы посредством тягового каната 3 включается подача сжатого воздуха по рукаву 23 к пневмоударной машине 1. В положении, изображенном на чертеже, ударник 19 за счет поступления сжатого воздуха в камеру холостого хода взводится, перемещаясь в сторону камеры рабочего хода (на чертеже не показаны). После достижения расчетного положения ударник 23 останавливается и начинает движение в сторону камеры холостого хода - к наковальне 7. Воздухораспределение между камерами рабочего и холостого ходов и периодический выпуск отработавшего воздуха осуществляется одним из известных распределителей: золотникового, клапанного или беззолотникового (бесклапанного) типа (на чертеже не показано). В результате соударения ударника 19 и наковальни 7 ударный импульс передается последовательно: буртику 9 наковальни 7, расширителю 11, направляющему колпаку 17 и режущим элементам 18, которые взаимодействуют со стенками старой трубы и разрушают ее. При этом ударный импульс передается без посредства корпуса 5, что сохраняет величину ударного импульса без потерь на восстановление, которое имело бы место после соударения ударника с корпусом. В зависимости от качества обработки контактных поверхностей буртика 9 и расширителя 11, а также качества их контактов кпд передачи ударного импульса повышается от 10 до 20% в сравнении с передачей его при посредстве корпуса. При этом корпус 5 подтягивается канатом 3 в положение контакта между направляющим колпаком 17, расширителем 11 и буртиком 9 наковальни 7 с одновременным уплотнением элементов разрушенной трубы в грунт скважины, по которой будет протягиваться секция 15 нового трубопровода.

В процессе уплотнения грунта избыточная часть ударного импульса используется расширителем 11 и корпусом 5 посредством контактного взаимодействия фиксатора 8 с корпусом и наковальней 7, что способствует увеличению скорости проходки, а снижение напряженности каната 3 и корпуса 5 повышает их долговечность и ресурс устройства.

После соударения ударника 19 с наковальней 7 часть ударного импульса (в виде импульса отскока) возвращается ударнику и, наряду с импульсом давления воздуха, используется в очередном процессе его холостого хода (взвода). Рабочий цикл устройства повторяется.

После затяжки предыдущей секции нового трубопровода к ней присоединяется и закрепляется последующая секция. Закрепление секций трубопровода друг с другом производиться любым из известных способов, например посредством резьбового соединения. Циклы закрепления секций новой трубы повторяется по мере их затягивания в новую скважину трубопровода, с остановкой устройства или без его остановки.

Выполненная таким образом последовательность установки и взаимодействия между направляющим колпаком 17 с режущими элементами 8, расширителем 11 и наковальней 7 без посредства корпуса 5 в передаче ударного импульса от ударника 19 к режущим элементам 18 направляющего колпака 17 и стенками старой трубы, позволяет повысить кпд передачи ударного импульса до 20%, что обусловливает увеличение производительности проходки по замене трубопроводов и повышение ресурса устройства для бестраншейной замены трубопроводов.

Изобретение относится к строительству и используется при ремонте и реконструкции трубопроводов. Устройство содержит перемещаемую вдоль оси старого трубопровода пневмоударную машину, закрепленное шарнирно на ее корпусе тяговое устройство в виде каната, установленные соосно ему колпак с режущими элементами для разрушения старой трубы и расширитель для внедрения разрушенных частей старой трубы в грунт. С расширителем соединена муфта для закрепления на ней секции новой трубы. Корпус пневмоударной машины снабжен подвижной относительно него наковальней с буртиком, опирающимся на расширитель и взаимодействующим с ним при передаче ударного импульса. Буртик наковальни снабжен отверстиями для пропуска элементов тягового устройства. Расширяет арсенал технических средств. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для бестраншейной замены трубопроводов, включающее перемещаемый вдоль оси старого трубопровода рабочий орган, состоящий из пневмоударной машины, закрепленное шарнирно на ее корпусе тяговое устройство в виде каната, установленные соосно ему колпак с режущими элементами для разрушения старой трубы, расширитель для уплотнения разрушенных частей старой трубы в грунт, соединенную с расширителем муфту для закрепления на ней секции новой трубы, отличающееся тем, что корпус пневмоударной машины снабжен установленной подвижно относительно его наковальней с буртиком, опирающимся на расширитель и взаимодействующий с ним при передаче ударного импульса.2. Устройство для бестраншейной замены трубопроводов по п.1, отличающееся тем, что буртик наковальни снабжен отверстиями для пропуска элементов тягового устройства.