УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРЕЗАНИЯ ОТВЕРСТИЯ В ДЕЙСТВУЮЩЕМ ТРУБОПРОВОДЕ

Полезная модель относится к устройствам, осуществляющим металлообрабатывающие процессы для вырезки отверстий с целью присоединения ответвлений к стенкам труб, находящихся под давлением рабочей среды, и может быть использовано при трубопроводном транспорте нефти.
Известно устройство для вырезания отверстия в действующем трубопроводе [Патент RU №2313028, МПК F16L 41/04, опубл. 20.12.2007], содержащее установленный в корпусе полый шпиндель с режущем инструментом на конце, выходящем из корпуса через герметичное уплотнение подвижного контакта, механизм вращения шпинделя от электродвигателя и механизм осевого перемещения шпинделя. Механизм вращения шпинделя содержит кинематически связанное с электродвигателем зубчатое колесо, ступица которого установлена на шпинделе на скользящей шпонке, неподвижно присоединенной к шпинделю. Механизм осевого перемещения шпинделя содержит винт, установленный в полом шпинделе с возможностью относительного вращения, и блок из двух, неподвижно соединенных между собой соосных шестерен, которые установлены с возможностью взаимодействия с зубчатыми колеса механизма вращения шпинделя. Режущий инструмент включает фрезу и сверло. Корпус фрезы имеет чашеобразную форму и снабжен по окружности своей торцевой части зубьями. Зубья могут быть, например, двух типов: трапецеидальные и с ломаной режущей кромкой, расположенные с чередованием. Сверло расположено в центре фрезы и выступает относительно плоскости резания фрезы.
Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная надежность при работе, особенно в полевых условиях.
Наиболее близким по совокупность существенных признаков к заявляемому является устройство для вырезания отверстия в действующем трубопроводе [Патент RU №2380199, МПК В23В 1/08, F16L 41/04, опубл. 27.01.2010 г.].
Известное устройство содержит установленный в корпусе шпиндель, приводимый в действие от гидромотора и имеющий продольное отверстие, которое герметично закрыто со стороны режущего инструмента. Режущий инструмент, установленный на конце шпинделя и выходящий из корпуса через герметичное уплотнение подвижного контакта, включает чашеобразную фрезу и сверло. Сверло расположено в центре чашеобразной фрезы и выступает относительно плоскости резания фрезы. Известное устройство включает гильзу, установленную в корпусе на двух разнесенных по ее длине подшипниковых опорах, имеющую шпоночный паз по высоте своего отверстия с заложенной в паз шпонкой, выполненной с возможностью скольжения по длине шпоночного паза, причем шпиндель установлен в продольном отверстии гильзы, а шпонка неподвижно присоединена к шпинделю. Винт, установленный в продольном отверстии шпинделя с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, закреплен от осевого перемещения концом, противоположным режущему инструменту. Гайка, образующая с винтом механическую передачу, неподвижно соединена с концом шпинделя, противоположным режущему инструменту. Первое зубчатое колесо неподвижно соединено с гильзой. Второе зубчатое колесо установлено в корпусе на подшипниковой опоре и неподвижно соединено с винтом. Второе зубчатое колесо имеет количество зубьев, неравное количеству зубьев первого зубчатого. Гильза, винт, гайка, первое и второе зубчатые колеса расположены соосно со шпинделем, а между торцевыми поверхностями первого и второго зубчатых колес установлен упорный шариковый подшипник. Известное устройство также включает блок шестерен, установленный на валу, кинематический соединенным с валом гидромотора. Блок шестерен содержит две неподвижно соединенные между собой соосные шестерни с одинаковым количеством зубьев, установленные с возможностью взаимодействия с первым и вторым зубчатыми колесами и выполненные с возможностью осевого перемещения по своему валу. Зубья одной из шестерен блока выполнены корригированными. Для подвода невращающегося шпинделя к прорезаемой трубе известное устройство содержит две стойки и неподвижную ось, параллельные между собой и валу блока шестерен. На неподвижную ось посажены кулачковая муфта с возможностью осевого перемещения и шестерня с возможностью углового перемещения и закрепления от осевого перемещения, находящаяся в зацеплении с первым зубчатым колесом и снабженная кулачками, выполненными с возможностью взаимодействия с кулачками муфты. На каждой стойке установлено по каретке, одна из которых соединена с блоком шестерен, а вторая соединена с кулачковой муфтой. Известное устройство содержит также рычаг, каждое плечо которого соединено с одной из кареток. Рычаг выполнен и установлен с возможностью перемещения блока шестерен и кулачковой муфты до разъединения шестерен блока с первым зубчатым колесом и одновременного взаимодействия кулачковой муфты с кулачками шестерни, установленной на неподвижной оси.
Известное устройство работает следующим образом.
Вращательное движение от вала гидромотора по кинематической цепи передается блоку шестерен, первому и второму зубчатым колесам. Первое зубчатое колесо передает вращение гильзе и через шпоночный паз и шпонку к шпинделю. Второе зубчатое колесо передает вращение винту.
Так как первое и второе зубчатые колеса имеют неравное количество зубьев, то скорость вращения шпинделя не равна скорости вращения винта. За счет разности скоростей вращения шпиндель начинает перемещаться по винту. Перемещение шпинделя в сторону трубопровода обеспечивается направлением вращения вала гидромотора и направлением витков резьбы винта. В результате режущий инструмент осуществляет вырезку отверстия в трубопроводе.
Для подачи невращающегося шпинделя к поверхности прорезаемого трубопровода с помощью рычага передвигают каретки вдоль стоек. Вместе с каретками перемещаются блок шестерен до его разъединения с первым зубчатым колесом и кулачковая муфта вплоть до взаимодействия ее кулачков с кулачками шестерни.
В результате взаимодействия кулачков муфты с кулачками шестерни шестерня стопорится от вращения. Поскольку шестерня находится в зацеплении с первым зубчатым колесом, то это зубчатое колесо также перестает вращаться.
Второе зубчатое колесо по-прежнему находится в зацеплении с блоком шестерней и может вращаться от гидромотора. При вращении второго зубчатого колеса вращается винт. Шпиндель передвигается по винту, а шпонка на шпинделе передвигается по шпоночному пазу в гильзе. Передвижение шпинделя без вращения обусловлено закреплением гильзы от вращения путем стопора первого зубчатого колеса, с которым эта гильза неподвижно соединена. В результате обеспечивается передвижение невращающегося шпинделя к поверхности трубопровода под действием гидромотора.
Недостатком данного устройства является сравнительно низкая эксплуатационная надежность, обусловленная абразивным износом герметичного уплотнения подвижного контакта, на который в процессе вырезания попадает металлическая стружка.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности конструкции устройства.
Задача полезной модели достигается тем, что устройство для вырезания отверстия в действующем трубопроводе, содержащее установленный в корпусе шпиндель, приводимый в действие от гидромотора и имеющий продольное отверстие, режущий инструмент, установленный на конце шпинделя и выходящий из корпуса через герметичное уплотнение подвижного контакта, включает чашеобразную фрезу и сверло, причем продольное отверстие в шпинделе герметично закрыто со стороны режущего инструмента, гильзу, установленную в корпусе на двух разнесенных по ее длине подшипниковых опорах, имеющую шпоночный паз по высоте своего отверстия с заложенной в паз шпонкой, выполненной с возможностью скольжения по длине шпоночного паза, причем шпиндель установлен в продольном отверстии гильзы, а шпонка неподвижно присоединена к шпинделю, винт, установленный в продольном отверстии шпинделя с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, закрепленный от осевого перемещения концом, противоположным режущему инструменту, гайку, образующую с винтом механическую передачу и неподвижно соединенную с концом шпинделя, противоположным режущему инструменту, первое зубчатое колесо, неподвижно соединенное с гильзой, второе зубчатое колесо, установленное в корпусе на подшипниковой опоре, неподвижно соединенное с винтом и имеющее количество зубьев, неравное количеству зубьев первого зубчатого колеса, при этом гильза, винт, гайка, первое и второе зубчатые колеса расположены соосно со шпинделем, а между торцевыми поверхностями первого и второго зубчатых колес установлен упорный шариковый подшипник, блок шестерен, установленный на кинематический соединенным с валом гидромотора валу, содержит две неподвижно соединенные между собой соосные шестерни с одинаковым количеством зубьев, установленные с возможностью взаимодействия с первым и вторым зубчатыми колесами, при этом зубья одной из шестерен выполнены корригированными, две стойки и неподвижную ось, на которую посажены кулачковая муфта и шестерня с возможностью углового перемещения, снабженная кулачками, выполненными с возможностью взаимодействия с кулачками муфты, на каждой стойке установлено по каретке, одна из которых соединена с блоком шестерен, а вторая соединена с кулачковой муфтой, рычаг, каждое плечо которого соединено с одной из кареток, согласно заявляемому техническому решению дополнительно содержит сборный защитный экран, состоящий из двух плоских полудисков, выполненных из магнитной стали и размещенных между чашеобразной фрезой и сверлом режущего инструмента.
Введение в конструкцию устройства сборного защитного экрана, состоящего из двух плоских полудисков, выполненных из магнитной стали и установленных с помощью резьбового соединения между чашеобразной фрезой и сверлом режущего инструмента, обеспечивает улавливание металлическую стружки, образованной в процессе вырезания отверстия, препятствуя ее попаданию на герметичное уплотнение подвижного контакта. Это, как следствие, уменьшает абразивный износ герметичного уплотнения подвижного контакта, что повышает эксплуатационную надежность конструкции устройства в целом.
Заявляемое устройство изображено на фигурах 1-5 со следующими обозначениями: 1 - корпус; 2 - шпиндель; 3 - чашеобразная фреза режущего инструмента; 4 - сверло режущего инструмента; 5 - герметичное уплотнение подвижного контакта; 6 - вал гидромотора; 7 - гидромотор; 8 - гильза; 9 - подшипниковые опоры гильзы; 10 - шпоночный паз по высоте отверстия гильзы; 11 - шпонка; 12 - винт; 13 - гайка; 14 - первое зубчатое колесо; 15 - второе зубчатое колесо; 16 - подшипниковая опора второго зубчатого колеса; 17 - блок шестерен; 18 - вал блока шестерен; 19 - первая стойка; 20 - вторая стойка; 21 - неподвижная ось; 22 - кулачковая муфта; 23 - шестерная на неподвижной оси; 24 - кулачки шестерни; 25 - кулачки муфты; 26 - каретка, соединенная с блоком шестерен; 27 - каретка, соединенная с кулачковой муфтой; 28 - рычаг; 29 - плечо рычага; 30 - плечо рычага; 31 - рукоятка рычага; 32 - упорный шариковый подшипник; 33 - вилка для блока шестерен; 34 - вилка для кулачковой муфтой; 35 - болты; 36 - плоские полудиски.
В корпусе 1 заявляемого устройства установлен шпиндель 2. На одном конце шпинделя 2 установлен режущий инструмент, включающий чашеобразную фрезу 3 и сверло 4. Сверло 4 расположено в центре фрезы и выступает относительно плоскости резания фрезы. Шпиндель 2 имеет продольное отверстие (не обозначено), которое закрыто герметичным уплотнением 5 со стороны режущего инструмента для исключения попадания нефти из трубопровода в заявляемое устройство. Шпиндель 2 кинематически связан с валом 6 гидромотора 7, который обеспечивает плавную регулировку скорости вращения и изменений крутящегося момента в зависимости от нагрузки на шпиндель 2.
Для создания хорошей устойчивости заявляемое устройство включает гильзу 8, установленную в корпусе 1 на двух разнесенных по ее длине подшипниковых опорах 9. Гильза 8 имеет по высоте своего отверстия шпоночный паз 10, в котором заложена шпонка 11. Шпонка 11 выполнена с возможностью скольжения по длине шпоночного паза 10 и неподвижно присоединена к шпинделю 2, установленному в продольном отверстии гильзы 8.
В продольном отверстии шпинделя 2 установлен винт 12 с возможностью вращения вокруг своей продольной оси. Эта возможность обеспечивается размерами винта 12. Винт 12 закреплен от осевого перемещения концом, противоположным режущему инструменту. В конкретном исполнении заявляемого устройства винт 12 закреплен в ступице второго зубчатого колеса 15 шпоночным соединением и крепится в корпусе 1 поджимной гайкой (на фигурах позицией не указана).
Гайка 13, образующая с винтом 12 механическую передачу, неподвижно соединена с концом шпинделя 2, противоположным режущему инструменту. Резьба гайки 13 ответна резьбе винта 12.
Первое зубчатое колесо 14 неподвижно соединено с гильзой 8, например, с помощью шпоночного соединения.
Второе зубчатое колесо 15 установлено в корпусе 1 на подшипниковой опоре 16 и неподвижно соединено с винтом 12, например, с помощью шпоночного соединения. Второе зубчатое колесо 15 имеет количество зубьев, неравное количеству зубьев первого зубчатого колеса 14.
Гильза 8, винт 12, гайка 13, первое 14 и второе 15 зубчатые колеса расположены соосно со шпинделем 2.
Заявляемое устройство также включает блок шестерен 17 установлен на валу 18, кинематический соединенном с валом 6 гидромотора 7. Блок шестерен 17 содержит две неподвижно соединенные между собой соосные шестерни с одинаковым количеством зубьев, при этом зубья одной из шестерен выполнены корригированными. Шестерни блока 17 установлены с возможностью взаимодействия с первым 14 и вторым 15 зубчатыми колесами.
Для подвода невращающегося шпинделя 2 к прорезаемой трубе заявляемое устройство содержит первую 19 и вторую 20 стойки, а также неподвижную ось 21. Стойки 19 и 20 и ось 20 параллельны между собой и параллельны валу 18 блока шестерен 16. На неподвижную ось 21 посажены кулачковая муфта 22 с возможностью осевого перемещения и шестерня 23 с возможностью углового перемещения. Шестерня 23 снабжена кулачками 24, выполненными с возможностью взаимодействия с кулачками 25 муфты 22, и находится в зацеплении с первым 14 зубчатым колесом.
На первой 19 и второй 20 стойках соответственно установлены каретка 26, соединенная с блоком шестерен 17, и каретка 27, соединенная с кулачковой муфтой 22. Соединение каретки 26 и блока шестерен 17 осуществлено с помощью вилки 33, а соединение каретки 27 с кулачковой муфтой 22 осуществлено с помощью раздвоенной вилки 33.
Заявляемое устройство содержит также рычаг 28. Плечо 29 и плечо 30 рычага 28 соединены соответственно с кареткой 26 и кареткой 27. На рычаге 28 установлена рукоятка 31.
Для уменьшения трения при больших осевых нагрузках на шпиндель 2 устройство содержит упорный шариковый подшипник 31, установленный между торцевыми поверхностями первого 14 и второго 15 зубчатых колес.
Для улавливания металлической стружки, образованной в процессе вырезания отверстия, заявляемое устройство дополнительно содержит сборный защитный экран, состоящий из двух плоских полудисков 36. Плоские полудиски 36 выполнены из магнитной стали и размещены между чашеобразной фрезой 3 и сверлом 4 режущего инструмента.
В конкретном исполнении (см. фиг.5) чашеобразная фреза 3 соединена с основанием сверла 4 посредством болтов 35. Плоские полудиски 36 закреплены перпендикулярно оси сверла 4 на его основании посредством болтов 35 с зазором, размер которого меньше диаметра улавливаемой металлической стружки. Зазор между плоскими полудисками 36 и сверлом 4 обеспечивает уменьшение трения между данными элементами. Вследствие того, что размер зазора меньше диаметра улавливаемой металлической стружки, вероятность попадания стружки в зазор очень мала.
Устройство работает следующим образом.
Передвижение невращающегося шпинделя 2 к поверхности трубопровода под действие гидромотора 7 обеспечивается аналогично по прототипу.
В процессе вырезания отверстия на поверхности прорезаемого трубопровода между чашеобразным фрезой 3 и сверлом 4 образуется металлическая стружка. Образуемая металлическая стружка притягивается к поверхности плоских полудисков, выполненных из магнитной стали. Тем самым сборный защитный экран препятствует попаданию образуемой металлической стружки на поверхность герметичного уплотнения подвижного контакта, уменьшая его абразивный износ.
Таким образом, предлагаемое устройство для вырезания отверстий в действующем трубопроводе позволяет повысить эксплуатационную надежность и долговечность работы устройства.