Устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов
DEVICE FOR TRENCHLESS REPLACEMENT OF UNDERGROUND PIPELINES

Техническое решение относится к строительному производству и может быть использовано для бестраншейной замены подземных трубопроводов при ремонте и реконструкции подземных трубопроводов при ремонте и реконструкции подземных коммуникаций.
Известен пневматический расширитель по патенту ЕР 0379707, кл. Е21В 7/20, Е21В 7/26, Е21В 4/06, Е21В 29/10, Е21В 7/28, Е21В 10/40, опубл. 01.04.1987, содержащий ударный механизм, расположенное спереди труборазрушающее устройство с по меньшей мере одним ножом, размещенный сзади расширитель для крепления затягиваемой трубы. Устройство направляется натяжным тросом. Труборазрушающее устройство выполнено в виде режущего калибра, несущего цилиндрические укороченные по отношению к ударному механизму ножи и, посредством шарнирного соединения, соединенного с конической вершиной ударного механизма.
Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: ударный механизм, труборазрушающий орган, расширитель для увеличения скважины, вдавливание осколков в окружающий грунт и затягивание обсадной или новой трубы, натяжной трос.
Недостатком данного устройства являются неблагоприятные условия передачи ударной нагрузки на режущее приспособление из-за наличия шарнирного приспособления, которое помогает только погружению и извлечению устройства из рабочих приямков, но резко ухудшает надежность передачи ударной нагрузки на ножи. Кроме того, фиксация ножей в расширителе посредством штифтов также не обеспечивает достаточной надёжности и долговечности работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для бестраншейной замены трубопроводов по патенту РФ №2115053, опубл. 10.07.1998, содержащее ударный механизм, труборазрушающий орган, расширитель для увеличения скважины, вдавливания осколков разрушенного трубопровода в окружающий грунт и затягивания обсадного или нового трубопровода, натяжной трос, при этом труборазрушающий орган и расширитель свободно установлены относительно ударного механизма с возможностью непосредственного восприятия ударной нагрузки.
Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: ударный механизм, труборазрушающий орган для разрушения старого трубопровода, увеличения диаметра скважины, вдавливания осколков разрушенного трубопровода в окружающий грунт и затягивания нового трубопровода, натяжной трос, присоединенный к ударному механизму, при этом труборазрушающий орган выполнен в средней части в виде конической втулки, с по меньшей мере, одним неподвижным ножом снаружи и имеет внутреннюю поверхность, свободно контактирующую с головной частью сферической наружной поверхности ударного механизма, с возможностью непосредственного восприятия ударной нагрузки.
Недостатками данного устройства являются: условия передачи ударной нагрузки на режущий инструмент, поскольку удар передается через корпус ударного механизма, что существенно снижает ударную нагрузку непосредственно на труборазрушающий орган; использование двух устройств (труборазрушающий орган и расширитель), монтируемых на ударный механизм, что увеличивает время подготовительных работ, снижая надёжность работы и эффективность устройства.
Проблема заключается в повышении надёжности и эффективности устройства для бестраншейной замены подземных трубопроводов за счет передачи ударной нагрузки непосредственно на режущий инструмент, значительного сокращения времени подготовительных работ путем применения одного труборазрушающего органа монтируемого на ударный механизм, выполняющего функции расширителя, и модернизации режущего инструмента.
Проблема решается тем, что в устройстве для бестраншейной замены подземных трубопроводов, содержащем ударный механизм, труборазрушающий орган для разрушения старого трубопровода, увеличения диаметра скважины, вдавливания осколков разрушенного старого трубопровода в окружающий грунт и затягивания нового трубоппровода, натяжной трос, присоединенный к ударному механизму, при этом труборазрушающий орган выполнен в средней части в виде конической втулки, с по меньшей мере, одним неподвижным ножом снаружи и имеет внутреннюю поверхность,  свободно контактирующую с головной частью сферической наружной поверхности ударного механизма, с возможностью непосредственного восприятия ударной нагрузки, согласно техническому решению натяжной трос  закреплен на передней части наковальни ударного механизма и пропущен через вершину и переднюю часть указанной конической втулки труборазрушающего органа, который имеет в средней части сферическую внутреннюю поверхность, продолжающую коническую внутреннюю поверхность указанной втулки, и смонтирован на свободно установленной в ударном механизме наковальне с возможностью контакта своей сферической внутренней поверхностью со сферической наружной поверхностью средней части наковальни, при этом труборазрушающий орган в задней части выполнен с цилиндрическими внутренней и наружной поверхностями и приспособлен для крепления нового трубопровода.
Передача ударной нагрузки на труборазрушающий орган через сферическую наружную поверхность наковальни, свободно установленной в ударном механизме, значительно сокращает потери энергии удара, что повышает эффективность работы устройства. Использование одного монтируемого на ударный механизм устройства для разрушения старого трубопровода, вдавливания осколков в окружающий грунт позволяет сократить время подготовительных работ при замене подземных трубопроводов, повысить ремонтопригодность устройства, снижая стоимость его изготовления, что существенно повышает надёжность работы и эффективность устройства.
Изготовление режущих ножей труборазрушающего органа ступенчатой формы за счет срыва ножей ступени и последующего нанесения удара в процессе замены дает возможность сократить мощность ударного механизма и тягового усилия лебедки, что существенно снижает энергозатраты всего процесса замены и, как следствие, повышает эффективность устройства. Кроме того, использование предлагаемого труборазрушающего органа со ступенчатыми режущими ножами при замене керамических ветхих трубопроводов позволяет обойтись без ударного механизма, поскольку ударная нагрузка передается на старый трубопровод после срыва каждой ступени режущего ножа. Подобная замена при разрушении керамических ветхих трубопроводов в несколько раз сокращает энергозатраты процесса замены, время подготовительных работ, себестоимость замены, что определяет высокую надежность работы и эффективность предлагаемого устройства
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства для бестраншейной замены подземных трубопроводов и чертежом, на котором представлен общий вид устройства в продольном разрезе.
Устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов состоит из ударного механизма 1, свободно расположенной в нем наковальни 2, имеющей в средней части сферическую наружную поверхность, труборазрушающий орган 3 для разрушения старого трубопровода, увеличения диаметра скважины, вдавливания осколков разрушенного старого трубопровода в окружающий грунт и затягивания нового трубопровода 4, натяжного троса 5, присоединенного к наковальне 2 ударного механизма 1. Труборазрушающий орган 3 в средней части выполнен в виде конической втулки, по меньшей мере, с одним неподвижным ножом 6 снаружи и имеет сферическую внутреннюю поверхность, свободно контактирующую со сферической наружной поверхностью наковальни 2 ударного механизма 1, с возможностью непосредственного восприятия ударной нагрузки. Натяжной трос 5 смонтирован на передней части (левой по чертежу) наковальни 2 ударного механизма 1 посредством монтажного узла 7. Труборазрушающий орган 3 имеет в средней части сферическую внутреннюю поверхность, продолжающую коническую внутреннюю поверхность упомянутой втулки. Сферическая внутренняя поверхность труборазрушающего органа 3 соответствует сферической наружной поверхности наковальни 2 ударного механизма 1 для непосредственного восприятия ударной нагрузки. В задней части (правой по чертежу) труборазрушающий орган 3 имеет цилиндрические наружную и внутреннюю поверхности для вдавливания осколков разрушенного старого трубопровода в окружающий грунт и затягивания нового трубопровода 4. Также в задней части (правой по чертежу) труборазрушающий орган 3 оснащен узлом 8 для крепления нового трубопровода 4. Ножи 6 труборазрушающего органа 3 изготовлены из твердосплавного материала и выполнены ступенчатой формы.
Устройство работает следующим образом. Через вершину и переднюю часть конической втулки труборазрушающего органа 3 пропускают натяжной трос 5 и закрепляют последний посредством монтажного узла 7. Затем на сферическую поверхность наковальни 2 ударного механизма 1 монтируют труборазрушающий орган 3.  На нем посредством узла 8 устанавливают первую секцию нового трубопровода 4. После натяжения натяжного троса 5 и включения ударного механизма 1 устройство движется по старому трубопроводу, разрушая последний ножами 6. Правая (по чертежу) цилиндрическая поверхность труборазрушающего органа 3 обеспечивает устойчивость скважины и вдавливание осколков старого трубопровода в окружающий массив грунта. Свободное размещение наковальни 2 в ударном механизме 1 позволяет значительно повысить энергию воздействия на старый трубопровод ножами 6. Контакт сферической внутренней поверхности труборазрушающего органа 3 и сферической наружной поверхности наковальни 2 обеспечивает устойчивое положение всего устройства в старом трубопроводе, исключает возможность выхода устройства из него. Срыв ножей 6 в старом трубопроводе в процессе замены на новый 4 позволяет дополнительно эффективно воздействовать на старый трубопровод в процессе его разрушения. При замене ветхих керамических трубопроводов из-за такой формы ножей 6 существует возможность обойтись без ударного механизма 1. В этих случаях ударная нагрузка ножам 6 обеспечивается благодаря форме последних.