УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБ ИЗ ОТРАБОТАВШИХ ТРУБОПРОВОДОВ
DEVICE FOR EXTRACTION OF PIPE ELEMENTS FROM EXHAUST PIPELINES

Предлагаемое изобретение относится к утилизации металла труб из отработавших трубопроводов и может быть использовано для этой цели.
Известно устройство для резки труб [1], принятое за аналог. Оно содержит кинематически связанные с приводом обратно - поступательного движения два ножа, имеющие вырезы с режущими кромками, расположенными под углом одна к другой. Вершины углов выреза каждого из ножей взаимно смещены относительно оси устройства, а режущие кромки каждого клина расположены под прямым углом одна к другой, при этом одна из них плоская, а другая наклонена к оси устройства под углом «α». При работе ножи от привода перемещаются навстречу друг другу, центрируют трубу и разрезают ее. Затем ножи возвращаются в исходное положение. Достоинство аналога состоит в равномерном нагружении ножей, ровной линии реза, перпендикулярной оси реза. Недостаток - невозможность продольного реза трубы.
Известно также устройство для вырезки поврежденных участков труб действующих магистральных трубопроводов [2], также принятое за аналог. Это устройство содержит привод, тележку с колесами, на которой установлена фреза, связанная с приводом и колесами тележки через механическую передачу и охватывающую трубу цепь с роликами. Привод передает крутящий момент на механизм резания - фрезу через центральное колесо внутреннего зацепления, сателлит и внутреннюю шестерню. Устройство устанавливается на разрезаемую трубу ходовыми колесами и закрепляется с помощью цепи через амортизатор и механизм натяжения. После включения привода ходовые колеса перемещают механизм резания. Фрезу подводят вручную с помощью винтового механизма и заглубляют ее до полного прорезания трубы. Привод останавливается и устройство переносится на новое место.
Достоинство этого аналога - малые габариты, жесткость подачи фрезы, ровный слой реза.
Недостаток - необходимость раскапывания траншеи по всей длине заменяемого трубопровода, особенно если трасса проходит под оживленными улицами, строениями, железными и автомобильными дорогами.
1
2
3
1
2
3
3
3
Известно устройство для резки и замены участков труб в трубопроводах [3], принятое за прототип. Оно содержит корпус, узел крепления тяги или троса и приспособление для разрушения старого трубопровода. Его корпус выполнен с передней ступенью, переходником и задней ступенью для размещения и закрепления на ее торцевом конце переднего конца нового трубопровода, а приспособление для разрушения старого трубопровода выполнено в виде резака с заостренным лезвием, наклоненным в сторону рабочего перемещения устройства и установленным на передней ступени и переходнике корпуса. При этом диаметр старого трубопровода D, наружный диаметр D задней ступени, диаметр переднего конца нового трубопровода D и наружный диаметр передней ступени D связаны соотношением: D≥D=D>D. Диаметр D передней ступени, высота «Н» от вершины резака до передней ступени и наружный диаметр старого трубопровода связаны соотношением: D+Н>D. Угол наклона а лезвия резака выбран в пределах α=12÷43°, а угол приострения резака β выбран в пределах β=25÷48°.
Достоинство этого устройства состоит в повышении надежности работы по сравнению с аналогами, а также в возможности замены подземного трубопровода без раскапывания траншеи с поверхности.
Недостатком является то, что с его применением практически невозможно извлекать наружу старый трубопровод. Это связано с тем, что извлечение на поверхность выдергиванием отработавшего трубопровода с одним резом, как в прототипе, невозможно из-за сильного кругового воздействия сжатием и адгезией плотно слежавшейся породы по всей наружной поверхности трубы.
Задачей настоящего изобретения является исключение недостатков аналогов и прототипа при использовании их преимуществ.
1
2
3
1
3
2
2
2
1
i
Эта задача достигается тем, что в устройстве для извлечения элементов труб из отработавших трубопроводов, содержащем корпус с передней ступенью, оснащенной узлом для закрепления вытяжного троса; переходником и задней ступенью, приспособлением на передней ступени и переводнике для разрезки отработавшего трубопровода в виде двух или более резаков с заостренными лезвиями, наклоненными в сторону рабочего перемещения устройства и разрезающими трубу на две или более отдельные части, при этом наружный диаметр отработавшего трубопровода D его внутренний диаметр D, наружный диаметр передней части корпуса D, наружный диаметр задней ступени Dкорпуса связаны соотношением: D>D>D>D; наружный диаметр передней ступени D, высоты «Н» каждой из вершин резаков до передней ступени и наружный диаметр D отработавшего трубопровода связаны соотношением: D+Н>D; углы наклона лезвий резаков выбраны в пределах α=10÷50°, а углы приострения лезвий резаков выбраны в пределах β=24÷50°. Такое решение связано с тем, что при расчленении трубы на две или более частей возникает новый эффект - радиальное давление породы на каждый из разрезанных участков отработавшего трубопровода, извлекаемого наружу порознь, а также индивидуальное тормозящее трение, препятствующее извлечению каждого из разделенных участков наружу, позволяет кратно сократить усилие вытягивания N÷N, прилагаемого к каждому из концов этих участков.
1
Еще больший эффект снижения усилия вытягивания N÷Ni, отдельных участков трубы по отдельности возникает, когда вместо двух резаков устройство оснащается тремя или более резаками. Разрезанные участки под давлением окружающей породы проваливаются в бывшее трубное пространство. При этом усилие трения контактирующей породы на усилие вытягивания каждого отдельного участка отработавшего трубопровода еще дополнительно кратно снижается.
Таким образом, предлагаемое устройство оснащено ступенчатым корпусом, передняя заходная часть которого оснащена узлом крепления, например троса, упорным переходником-уступом для размещения приспособления разрезки отслужившего трубопровода. Оно оснащено двумя или более резаками с заостренными лезвиями, наклоненными в сторону рабочего перемещения устройства. При этом задняя часть корпуса выполнена с диаметром, близким внутреннему диаметру разрезаемого устаревшего трубопровода.
Перечень фигур чертежей.
На фигуре 1 показано предлагаемое устройство для извлечения элементов труб из отработавших трубопроводов. На фигуре 2 - то же, в продольном сечении, проходящем через его ось. На фигурах 3, 4, 5 показаны поперечные сечения А-А, Б-Б, В-В, раскрывающие стадии вхождения предлагаемого устройства в полость разрезаемого отслужившего трубопровода.
2
1
2
1
2
i
В случае необходимости дополнительного центрирования передней ступени 1 относительно внутренней поверхности разрезаемого устаревшего трубопровода, возможно установление центратора 8 любой известной формы, например цилиндрической, с криволинейной или сплошной прерывистой поверхностью контакта, со сплошным или прерывистым поперечным сечением, как показано условно на фиг. 2. Передняя ступень 1 имеет наружный диаметр D, меньший, чем диаметр D задней ступени 3 (D<D) и соединена с последней при помощи жесткого переходника 2, соответствующего по размерам концу ступени 1 и началу ступени 3. Все три ступени имеют общую ось. На уступе переходника 2 установлены два (фиг. 4)или более резаков 9 с заостренными лезвиями 10 (фиг. 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11), наклоненными в сторону рабочего перемещения и выступающими на величину «Н» над поверхностью ступени 1 с условием (D+H)>D для каждого резака. Такие резаки, по форме напоминающие акульи плавники, обеспечивают при перемещении устройства внутри устаревшего трубопровода вспарыващие воздействия вдоль образующей его поверхности, вначале сминая и приподнимая зону разрушения клиновидными резцами на некоторую высоту - h (фиг. 4), а затем вспарывая ее изнутри, подобно ножу для открывания металлических консервных банок (фиг. 5). Изменение угла наклона α лезвия 10 позволяет кратно увеличить пределы разрывающего усилия F, возникающего на вершинах лезвий резаков 9 в плоскостях, проходящих через оси их симметрии. При обеспечении одного и того же тягового усилия N троса на вершинах клиновидного лезвия каждого резака возникают различные по величине вспарывающие усилия. Например, при угле наклона α=10° (фиг. 6) усилие F более, чем в 5 раз превышает это усилие N по известному правилу параллелограмма уравновешивающих сил на клине -
i
2
2
3
3
Fα=5,88N (фиг. 6). При увеличении угла α величина тягового усилия N значительно увеличивается. При α=30° Fα=2N (фиг. 7), а при α=50° Fα=1,3N (фиг. 8).
1
2
β1
2
β2
β2
3
β3
β3
/
//
/
//
/
//
/
//
Значительное влияние на величину тягового усилия, разрезающего отслуживший трубопровод, оказывает также угол приострения β клиновидных лезвий резаков 10, на гранях которого по тому же известному правилу паралеллограмма уравновешивающих сил на клине при приложении тягового разрушающего усилия N на гранях каждого остроугольного клина с углом приострения при вершине β развиваются усилия F и F, кратно превышающие само разрывающее усилие F (фиг. 9, 10, 11). Например, при β=20°, каждая из одинаковых уравновешивающих разрывающих сил F и F, приложенных перпендикулярно граням клина, почти втрое больше осевого усилия F. F=Fβ1=2,88F (фиг. 9). При β=40° эти боковые разрывающие силы F=F=1,46F (фиг. 10), а при β=60° силы F=F=F (фиг. 11). При росте угла приострения β каждого лезвия резаков боковые разрывающие усилия снижаются, однако при этом значительно возрастают прочностные свойства каждого из клиньев.
В зависимости от свойств выбираемого материала резаков, диаметра, и толщины труб устаревшего трубопровода, углы α заостренных лезвий 10 резаков 9 относительно оси предлагаемого устройства, а также углы приострения β лезвий (фиг. 2, 6, 7, 8) в каждом конкретном случае применения подбираются экспериментально. Эксперименты показывают, что в различных вариантах применения интервалы углов α=10÷50°, а углов β=25÷50° позволяют выбрать оптимальные практические варианты.
При необходимости, поверхности клиновидных лезвий могут покрываться любыми известными защитными покрытиями, наносимыми любыми известными способами.
Работает устройство следующим образом. По общей длине устаревшего трубопровода устанавливают необходимые участки, длиной, исчисляемой десятками или сотнями метров. На концах этих участков раскапывают траншеи-колодцы до оголения трубы с удобными для работы габаритами по глубине и ширине, с уклонами со стороны начала и конца участков. Оба конца выбранного по длине участка трубопровода отрезаются, например, газорезом. Через заменяемый участок разрезаемого устаревшего трубопровода любым известным способом, например с помощью продувки мячика, со стороны начала работы затягивают один конец троса. Другой его конец прикрепляют к узлу крепления тяги на первой ступени корпуса предлагаемого устройства. При создании тягового усилия N от силового привода, например, от трактора или лебедки, предлагаемое устройство для извлечения элементов труб вводится внутрь устаревшего трубопровода и протаскивается тросом по всей его длине. При этом резаки вспарывают его наподобие консервного ножа. Концы каждого полученного после разрезки частичного элемента трубы перезакрепляют с любого из их концов к тросам того же или другого тягового агрегата, например лебедки или трактора. Эти полученные отдельные концы вытягивают на поверхность сразу на всю длину или по отрезаемым частям, удобным для транспортировки.
Источники информации
1. Авторское свидетельство №912404 кл. В23Д 21/00 от 15.03.1982.
2. Авторское свидетельство №902991 кл.В23Д 21/00 от 07.02.1982.
3. Патент РФ №2359789 кл. В23Д 21/00 от 27.06.2009.