УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ ТРУБОПРОВОДА
DEVICE FOR CLEANING OF PIPELINE INTERNAL SURFACE

Изобретение относится к устройствам для очистки полых изделий, например трубопроводов, изнутри с помощью движущихся приспособлений и удаления отложений из полости трубопроводов. Известно «Устройство для удаления отложений из полости трубопровода», см. описание к авторскому свидетельству СССР №1484392, кл. B08B 9/04, 1967 г., содержащее полный корпус с патрубком для рабочего агента и кольцевой полостью с эластичной наружной стенкой, установленной в корпусе по его оси с возможностью возвратно-поступательного перемещения золотника.
Это устройство не обеспечивает удаление твердых отложений, требующих значительных по силе механических воздействий. Недостаточная надежность работы золотника, сложная регулировка.
Известно «Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода», изложенное в описании к авторскому свидетельству СССР №578123, кл. B08B 9/04, 1977 г., выполненное в виде насадки с реактивными соплами, имеющее меньший по диаметру наконечник с боковыми и центральными соплами. Для повышения эффективности очистки устройство снабжено золотником, выполненным в виде перфорированной втулки и расположенным внутри насадки. Наносимые осевые удары наконечником не имеют достаточной силы для разрушения отложений в трубе из-за необходимости реверсирования золотника путем перепуска рабочей жидкости в противоположные его полости.
При малой длине перемещения золотника наконечник не успевает приобрести достаточную энергию. Регулировка золотника сложная, а его работа недостаточно надежная.
Известное устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода содержит наконечник с режущими кромками, установленный на полом валу, на котором за наконечником размещены соответственно реактивная и турбинная камеры, последняя из которых имеет торцевые стенки с осевым отверстием для прохода вала и связанное с турбинной камерой средство подачи рабочей среды. Устройство включает в себя корпус 1 с задними реактивными соплами 2. С корпусом 1 на резьбе соединена втулка 3, в которую ввинчены шайбы 4 и 5 с образованием турбинной камеры 6. На втулку 3 навинчен штуцер 7 для соединения со шлангом подачи рабочего агента. Внутри устройства размещен полый вал 8, на котором жестко закреплены лопасти турбинки 9 и опорное кольцо 10. На переднюю часть полого вала 8 на резьбе установлен наконечник 11 с режущими кромками.
Устройство снабжено эжекторной насадкой 12, установленной своим выходным соплом в осевом отверстии шайбы 5 торцевой стенки со стороны подачи рабочего агента. Эжекторная насадка 12 расположена соосно с полым валом 8 и сообщена с его внутренней полостью (каналом) 13. В шайбах 4 и 5, представляющих собой торцевые стенки турбинной камеры 6, выполнены отверстия 14 для направленной подачи рабочего агента соответственно на лопасти турбинки 9 и в реактивную камеру 15, образованную полостью корпуса 1. Шайба 4 одновременно является торцевой стенкой турбинной 6 и реактивной 15 камер.
Наконечник 11 выполнен в виде сменной головки. В зависимости от характера состояния и содержания отложений в полости и на внутренней поверхности трубопровода на наконечник 11 устанавливают соответствующие режущие элементы. Передняя часть сменной головки имеет торцовую фрезу 16 для разрушения твердых отложений в полости трубы, на лучевых кронштейнах 17 головки закреплены конусообразные спиральные ножи 18 с боковой кромкой резания для дополнительного разрушения отложений и их транспортировки в зону действия реактивных струй.
Наконечник 11, выполненный в виде фигурного ножа, лезвия 19 которого имеют S-образную форму с изгибом в средней части для получения более длинной линии среза. Такая сменная головка наиболее эффективна для разрушения рыхлых и пористых отложений, она имеет торцовую и боковую кромки резания. Но каждая сменная головка наконечника 11 непременно снабжена эксцентриковым вибратором 20 для придания устройству при его работе движения по конусной и цилиндрической спирали при очистке трубопроводов разного диаметра.
Эксцентриковый вибратор 20 жестко соединен с корпусом наконечника 11. Полый вал 8 выполнен с осевым каналом 13 для подачи рабочего агента в зону действия режущих элементов наконечника 1 для размыва разрушаемых отложений. На заднюю часть полого вала 8 жестко насажена турбинка 9, фигурные лопасти которой имеют вид шнековой спирали. Полый вал 8 установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, его продольное перемещение ограничено опорным кольцом 10 и опорным гнездом шайбы 5.
Устройство снабжено эжекторной насадкой 12, установленной своим выходным соплом в осевом отверстии торцевой стенки (шайбы) 5 со стороны подачи рабочего агента.
Для выполнения работ по очистке внутренней поверхности трубопровода устройство при помощи штуцера 7 соединяют со шлангом подачи рабочего агента.
Это устройство см. изобретение СССР а.с. №1768336, B08B 9/14.
Основными недостатками устройства является наличие на валу в турбинной камере шнека. Шнек не может развить большое количество оборотов. Вал имеет продольный канал для подачи рабочего агента. Во время работы вал постоянно прогибается и выходит из строя.
Рабочий агент, например вода, подается в заднюю часть турбинной камеры.
Лопасти турбины расположены шнекообразно. Вода, проходя через турбинную камеру, вращая турбину, толкает ее вперед. Вал турбины вращается на опорно-радиальных подшипниках или втулках. С увеличением подачи на турбину воды увеличивается продольное усилие на вал, что приводит к быстрому износу опорных втулок и опорно-радиальных подшипников. По указанным причинам устройство сложно конструктивно, малопроизводительно и ненадежно в работе.
Известное устройство (см. патент Р.Ф. на полезную модель №43201) состоит из следующих основных узлов и деталей:
корпуса 1 с реактивной Камерой 2 и реактивными задними соплами 3, турбинной камерой 4 с торцевыми стенками 5 и 6, в которых имеются отверстия 7 для направленной подачи рабочего агента на лопасти 11, 12 и в реактивную камеру 2 корпуса 1.
Устройство содержит вал 8, на переднюю часть которого установлен наконечник 9 с режущими кромками 10. На валу 8 в турбинной камере 4 жестко закреплены две лопасти 11, 12, лопасти к валу приварены и развернуты по отношению друг к другу крестообразно, под углом 90°.
Турбинная камера 4 имеет штуцер 13 для соединения со шлангом подачи рабочего агента.
Наконечник 9 выполнен в виде сменной навинтной головки.
Устройство имеет следующие недостатки:
- ненадежно в работе, т.к. реактивные сопла находятся в передней части в реактивной камере, поэтому уводят устройство в разлом очищаемой трубы;
- сложно конструктивно т.к. имеет реактивную, турбинную и напорную камеры;
- при работе на высоких давлениях рабочего агента свыше 25 атм поток воды подает вперед и заклинивает вал во втулке турбинной камеры.
Известно устройство для очистки внутренней полости трубопровода, см. патент РФ №46687 на полезную модель, 7 МКИ B08B 9/04.
Устройство состоит из следующих основных узлов и деталей:
Корпуса 1 с реактивной камерой 2 и реактивными соплами 3, турбинной камерой 4, с боковой стенкой 5 и фланцем 6, в стенке 5 имеются отверстия 7 для направленной подачи рабочего агента на лопасти 11 и в реактивную камеру 2 корпуса 1. Турбинная камера выполнена в виде голого цилиндра и установлена внутри напорной камеры. Напорная камера 12 навинчена на фланец турбинной камеры с образованием полости 17 для рабочего агента.
Устройство содержит вал 8, на переднюю часть которого установлен наконечник 9 с режущими кромками 10, на валу 8 в турбинной камере 4 размещены лопасти 11, выполненные на валу вдоль его оси вращения.
Лопасти 11 могут быть выполнены по отношению к воображаемой плоскости 18, в которой лежит ось вращения вала 8, под углом α в пределах от 0° до 90°.
На торце напорной камеры 12 имеется штуцер 13 для соединения со шлангом подачи рабочего агента.
Наконечник 9 выполнен в виде сменной навинтной головки. В зависимости от характера, состояния и содержания отложений в полости на внутренней поверхности трубопровода может быть установлен соответствующий наконечник. Вал 8 установлен в подшипнике 15 и втулке 16.
Для выполнения работ по очистке внутренней полости трубопровода устройство при помощи штуцера 13 соединяют со шлангом подачи рабочего агента, например, воды.
Устройство имеет следующие недостатки:
- реактивные сопла находятся в передней части устройства в корпусе, поэтому при прохождении устройством разлома в стенке очищаемого трубопровода под воздействием реактивной тяги, создаваемой вырывающимся агентом из сопел корпуса, устройство уходит через разлом в грунт;
- наконечник, который разрушает отложения в трубопроводе, вращается впереди реактивной камеры, отчего происходит быстрый абразивный износ реактивной камеры;
- при работе на высоких давлениях свыше 25 атм поток воды подает вперед и заклинивает вал;
- устройство осложнено наличием реактивной, напорной и турбинной камер.
Указанные недостатки не позволяют достигнуть технического результата, создаваемого предлагаемой полезной моделью.
Известно устройство, см. патент Р.Ф. на полезную модель «Устройство для очистки внутренней полости трубопровода» №53943, опубл. 10.06.2006 г. Бюл. №16.
Устройство состоит из следующих узлов и деталей: корпус 1, реактивные сопла 2, отверстия 3 в корпусе 1, турбина 4, соединяющий болт 5, втулка 6, вал 7, лопасти 9, защитный кожух 10, отверстия 11 в кожухе, патрубок 12 на турбине, штуцер 14, режущий узел.
Корпус 1 содержит полость 15 для рабочего агента и втулку 6, на которой установлена турбина 4.
В устройстве отсутствуют реактивная, турбинная и напорная камеры, существующие в аналогах по патентам на ПМ Р.Ф. №43201 поз.2, 4, 12, №46687 поз.2, 4, 12.
Отверстия 3 расположены с наклоном под углом α к воображаемой плоскости, проходящей через горизонтальную осевую линию, см. разрез по А-А.
Лопасти 9 условно не показаны.
Турбина 4 закреплена на торце корпуса 1 болтом 5.
Болт 5 и втулка 12 имеют левую резьбу, поэтому во время работы болт 5 и вал 7, навинченный на втулку 12, не откручиваются.
Это устройство принято за ближайший аналог (прототип).
Прототип обладает следующими недостатками:
- по длине он не может пройти изгибы очищаемого трубопровода малого диаметра и используется только на прямых участках трубопроводов;
- при работе в трубопроводах, засоренных тряпками, нитками, тонкими корнями, происходит их наматывание на режущий узел, что снижает работоспособность, производительность;
- при работе в трубопроводах, полностью засоренных обволакивающими фракциями, например глиной, или в трубопроводах, полностью забитых сыпучими уплотнившимися фракциями, выпуклые части турбины 4 препятствуют продвижению устройства по трубопроводу;
- рабочий агент (вода), поступающий из отверстий 3 на лопасти 9 турбины 4, выходит наружу через отверстия 11 кожуха 10, что снижает производительность, так как не способствует размыву, разжижению засоров, которые находятся впереди устройства, особенно в сильно заиленных или заброшенных трубопроводах;
- втулка 6 не защищена от попадания посторонних фракций, что снижает надежность и долговечность устройства;
- корпус 1 содержит реактивные отверстия 2, просверлить реактивные отверстия 2 ближе к краю корпуса 1, чтобы приблизить выход рабочего агента к внутренней поверхности очищаемого трубопровода и тем увеличить тягу невозможно, так как при сверлении отверстий 2 они не выходят в полость 15, а выходят наружу;
- при необходимости увеличить или уменьшить силу вращения турбины 4 надо изготовить сменный корпус 1 с пятью или шестью отверстиями 3, что сложно и трудоемко;
- при засорении сопел 3, чтобы их прочистить необходимо открутить вал 7 с головкой, открутить болт 5, снять турбину 4, прочистив сопла 3, надо открутить устройство от шланга и промыть полость 15 в корпусе 1, что является сложной операцией;
- невозможно удалять обрастания на внутренних стенках трубопровода, так как в прототипе турбина 4 закрыта невращающимся кожухом 10.
Указанные недостатки не позволяют достигнуть технический результат, создаваемый предлагаемым изобретением.
Задача и технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:
- расширение технологических возможностей устройства за счет изменения количества оборотов вала, а также изменения мощности устройства, устанавливая сменную напорную насадку с нужным количеством отверстий для выполнения нужных работ;
- повышение эксплутационной надежности, долговечности, производительности;
- упрощение техобслуживания;
- упрощение конструкции;
- повышение КПД устройства.
Это достигнуто за счет новых технических решений, находящихся в причинно-следственной связи с техническим результатом.
Сущность заявленного изобретения выражается в совокупности нижеследующих существенных признаков.
В уже известном устройстве, содержащем турбину с лопастями, соединенную с ней головку с валом, на передней части которого установлен наконечник, а также содержащей корпус с реактивными соплами, отличительными от прототипа новыми существенными признаками являются следующие:
- в корпусе установлен патрубок, на котором установлена турбина;
- на турбину навинчена указанная головка, при этом лопасти турбины размещены внутри головки;
- на указанный патрубок навинчена сменная напорная насадка с отверстиями для выхода под давлением рабочего агента на лопасти турбины;
- в головке выполнены отверстия для выхода рабочего агента наружу и размыва засорений;
- на патрубке установлен подшипник, на котором установлена турбина, а также установлен сальник и сальниковая шайба, фиксирующая подшипник в турбине;
- корпус выполнен с внутренней полостью в форме чаши с расположением сопел, приближенных к внешнему диаметру корпуса и его стенке.
Определение прототипа как наиболее близкого аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном устройстве, которые изложены в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «новизна» по действующему законодательству.
Результаты поиска показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, направленными на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное решение соответствует требованию «изобретательский уровень».
На чертеже изображено устройство для очистки внутренней полости трубопровода в разрезе, схематично.
Устройство состоит из следующих узлов и деталей.
В корпусе 1 закреплен, например ввинчен, патрубок 19, имеющий внутреннюю полость 15, в которую поступает под давлением из штуцера 14 рабочий агент, например вода. На патрубке 15 установлена турбина 4 с лопастями 9. На турбине закреплена, например навинчена, головка 16. Исключен болт 5, присутствующий в прототипе. Лопасти 9 находятся внутри головки 16, которая предохраняет лопасти от внешних воздействий. Таким образом, отпадает необходимость в кожухе 10, который присутствует в прототипе. Этим достигается такой технический результат, как повышение эксплутационной надежности и долговечности устройства. В прототипе лопасти 9 турбины не защищены от мелких частиц, которые попадают через отверстия 11 в кожухе 10 в прототипе.
Головка 16 содержит вал 7 с наконечником 8 и режущими кромками 13. На головке 16 установлены твердосплавные пластины 10. На патрубке 15 закреплена, например навинчена, напорная насадка 5 с отверстиями 3, через которые рабочий агент поступает на лопасти 9. У прототипа при засорении сопел 3, чтобы их прочистить, необходимо открутить вал 7, открутить болт 5, снять турбину 4, открутить устройство от шланга и промыть полость 15.
В предлагаемом изобретении, чтобы прочистить отверстия 3 в напорной насадке 5 надо открутить головку 16, открутить напорную насадку 5 за шестигранник 17 под ключ, продуть полость 15 в корпусе 1 и прочистить отверстия 3. Снимать турбину и откручивать устройство от шланга не надо. Этим достигнут такой технический результат, как упрощение конструкции и упрощение технического обслуживания.
У прототипа подшипник 6 не защищен, поэтому быстро изнашивается, разбалтывается и выходит из строя. У предлагаемого изобретения подшипник защищен сальником 12 и шайбой 22, фиксирующей подшипник в турбине. Подшипник 6 может быть как качения, так и скольжения в виде втулки или вкладышей.
Устройство работает следующим образом.
За шестигранник 18 устройство закрепляют в штуцере 14. Рабочий агент под давлением 150 атмосфер из штуцера 14 поступает в корпус 1 и полость 15, через отверстия 3 в напорной насадке 5 на лопасти 9, приводя во вращение турбину 4, головку 16, вал 7 с наконечником 8. Вырываясь через реактивные сопла 2 в корпусе 1, рабочий агент создает реактивную тягу и продвигает устройство вперед. За счет усовершенствования конструкции корпуса 1, выполненного в форме чаши с внутренней полостью 24, заполняемой рабочим агентом, и расположения реактивных сопел 2, приближенных к внешнему диаметру и боковой стенке 23 корпуса, повысилась тяга, так как реактивные струи из сопел 2 стали отталкиваться от стенок прочищаемого трубопровода, устройство стало легче. Этим достигнут такой технический результат, как упрощение и облегчение конструкции и повышение КПД устройства.
Напорные насадки 5 изготавливаются с различным количеством отверстий 3. В зависимости от того, какое количество оборотов вала, мощность и производительность надо получить, навинчивают напорную насадку с соответствующим количеством отверстий. В прототипе для того, чтобы изменить количество оборотов вала, надо вытачивать новый корпус 1.
Этим достигнут такой технический результат, как расширение технологических возможностей, простота в обслуживании и настройки.
Вращающийся наконечник своими режущими кромками 13 разделяет твердые и плотные отложения, а истекающий с большой скоростью и под большим давлением из отверстий 11 и сопел 2 рабочий агент размывает разрушенные отложения, которые струями рабочего агента отгоняются и транспортируются по очищаемой трубе. Установленные на вращающейся головке 16 твердосплавные пластины 10 способствуют разрушению оставшихся засорений.
На боковых вращающихся поверхностях турбины 4 и головки 16 при необходимости может быть установлена насадка 20 с твердосплавными элементами 21. Насадка 20 предназначена для очистки внутренних стенок трубопроводов.
Этим достигается такой технический результат, как расширение технологических возможностей. Выполнять такие работы прототипом невозможно, так как у него турбина 4 закрыта невращающимся кожухом 10.
В сравнении с аналогичными устройствами для очистки трубопроводов, заявленное устройство не имеет «капризных» золотников с их реверсионностью для осуществления движения рабочего наконечника, с необходимостью его вывода из «мертвого» положения и связанной с этим потерей мощности.
Заявленное устройство может быть применено для очистки подземных и наземных канализаций и иных трубопроводных систем для очистки труб от нагара, накипи и других отложений. Устройство особенно эффективно для очистки сильно забитых, продолжительное время не используемых и заросших канализаций.
На заявленное устройство изготовлены рабочие чертежи, изготовлен и испытан опытный образец. Испытания показали высокую эффективность на очистке длительно бездействующих канализационных трубопроводов. Производительность увеличилась на 5%. Повысилась надежность, снизился коэффициент трения, повысился коэффициент полезного действия.
Устройство работает в широком диапазоне давлений от 30 до 200 атм.