УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАВИВКИ ТРУБЫ ИЗ ПОЛОСЫ
TUBE ARRANGEMENT DEVICE

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для навивки труб из полосы, и может быть использовано при ремонте внешних инженерных сетей, например трубопроводов безнапорной самотечной канализации.
Производство ремонтных работ возможно без отключения ремонтируемого участка трубопровода (в случае загруженности трубы менее 25%), либо с частичным отключением и ведется без раскопок. При этом все узлы и механизмы спроектированы так, что они транспортируются для монтажа в рабочую камеру смотрового колодца через существующий стандартный люк.
Известны способ и устройство для восстановления герметичности поврежденного или изношенного трубопровода самотечной канализации путем ввода спиральной трубы меньшего диаметра по патенту US 5799701. Межтрубное пространство между старой и новой трубой заполняется затвердевающим раствором, как правило, на основе минеральных вяжущих компонентов.
В этом способе используется кольцевой механизм, который в процессе навивки продвигается по существующему трубопроводу. Основным недостатком данной технологии является довольно большая разница в диаметрах между существующей и новой трубой, вследствие чего проявляется несоответствие расчетной пропускной способности новой пластиковой трубы пропускной способности старой трубы, выполненной из других материалов, особенно на трубопроводах относительно малого диаметра. Также недостатком данного способа является наличие довольно большого зазора между старой и новой трубой, что ведет к большому расходу материалов для заполнения межтрубного пространства, что экономически нецелесообразно.
Известный способ не позволяет увеличить диаметр навиваемой пластиковой трубы, так как при навивке внутреннего вкладыша поврежденного трубопровода для соединения бесконечной пластиковой ленты при формировании трубопровода используются прижимные ролики, которые посредством давления на пластиковый профиль закрывают герметизирующие замки, находящиеся с внешней стороны навиваемой трубы. Это не позволяет выполнить трубу с диаметром, близким к диаметру существующего трубопровода.
Также известно устройство по патенту RU 2232933 С2, содержащее раму, выполненную в виде центрального элемента с установленными на нем по меньшей мере тремя разнесенными по окружности кронштейнами, прижимные ролики, установленные на кронштейнах, силовые приводы для изменения радиального положения кронштейнов, по меньшей мере один привод вращения по меньшей мере одного прижимного ролика, роликовое приспособление для перемещения полосы и блок управления, выполненный с возможностью регулировки радиального положения роликов и углов между осями роликов и продольной осью устройства. Устройство выполнено без опорного приспособления, установленного с возможностью опоры на наружную поверхность навиваемой трубы для соединения смежных кромочных частей полосы. При этом соединение смежных кромочных частей полосы осуществляется исключительно силами, действующими на перемещаемую полосу, и силами противодействия, создаваемыми натяжением в смежном витке полосы.
Известное устройство по сравнению указанным выше устройством по патенту US 5799701 позволяет уменьшить зазор между старой и новой трубой, однако не может полностью исключить его из-за того, что соединение смежных кромочных частей полосы осуществляется без упора во внутреннюю поверхность старой трубы, а только за счет сил, действующих на перемещаемую полосу, и противодействующих сил натяжения смежных витков полосы. По этой же причине известное устройство допускает лишь небольшое отклонение от круглой формы поперечного сечения навиваемой трубы, не позволяя формировать трубу по форме, близкой к квадрату или прямоугольнику.
Задачей изобретения является разработка устройства для навивки трубы из полосы, которое позволяет навивать трубу максимально близко к внутренней поверхности ремонтируемой трубы вне зависимости от изменения формы и размеров ее поперечного сечения и с учетом всех неровностей и перепадов, не требуя при этом остановки оборудования для его переналадки.
Кроме того, желательно обеспечить возможность смены направления навивки от горизонтального к вертикальному без демонтажа устройства.
Указанная задача решается в устройстве для навивки трубы из полосы, содержащем раму, выполненную в виде центрального элемента с установленными на нем по меньшей мере тремя разнесенными по окружности кронштейнами, прижимные ролики, установленные на кронштейнах, силовые приводы для изменения радиального положения кронштейнов, по меньшей мере один привод вращения по меньшей мере одного прижимного ролика и блок управления, выполненный с возможностью независимой регулировки радиального положения каждого из кронштейнов.
Согласно изобретению устройство дополнительно содержит самоходную платформу и 3D-сканер, при этом центральный элемент установлен на самоходной платформе с возможностью вращения вокруг своей оси, 3D-сканер установлен на центральном элементе, а блок управления дополнительно соединен с 3D-сканером, приводом перемещения платформы и по меньшей мере одним приводом вращения по меньшей мере одного прижимного ролика.
Наличие связанного с блоком управления 3D-сканера позволяет получить трехмерную модель существующего трубопровода, на основе которой блок управления задает и устанавливает необходимые рабочие параметры устройства в каждый момент времени: радиальное положение кронштейнов, скорость перемещения самоходной платформы и скорость вращения приводного ролика (приводных роликов) для наиболее точной установки сечения навиваемого трубопровода с учетом неровностей и перепадов в существующем трубопроводе, а также навивку колодцев и камер как круглого, так и квадратного сечения. При этом самоходная платформа обеспечивает бесперебойное, устойчивое движение устройства, учитывая все изломы и шероховатости, для наиболее эффективной работы с точки зрения поддержания устройства в постоянном рабочем состоянии, в особенности для больших диаметров трубопровода (коллекторов).
Предпочтительно каждый из кронштейнов установлен на двух телескопических штангах, а соответствующий силовой привод выполнен в виде гидроцилиндра и расположен между указанными штангами.
Привод вращения прижимного ролика предпочтительно включает в себя гидромотор.
Желательно, чтобы общее число прижимных роликов являлось четным, а количество прижимных роликов, связанных с приводами их вращения, было кратно этому числу.
В этом случае прижимные ролики, связанные с приводами их вращения, могут быть более равномерно расположены в окружном направлении, обеспечивая более равномерную нагрузку по периметру трубы.
В частности, общее число прижимных роликов предпочтительно равно восьми, а количество прижимных роликов, связанных с приводами их вращения, равно четырем.
Тем не менее, при любом четном числе прижимных роликов желательно, чтобы прижимные ролики, связанные с приводами их вращения, были размещены равномерно по окружности.
Для повышения качества замкового соединения витков полосы на одном из кронштейнов может быть установлено устройство для непрерывной подачи быстротвердеющего силикона в это соединение.
Для обеспечения возможности смены направления навивки от горизонтального к вертикальному без демонтажа устройства оно может быть дополнительно снабжено средствами подъема самоходной платформы, а рама установлена с возможностью поворота на 90° в вертикальной плоскости.
Средства подъема самоходной платформы могут быть выполнены в виде гидроцилиндров.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано устройство для навивки трубы из полосы, общий вид сбоку;
на фиг. 2 отдельно показана рама устройства с навиваемой полосой без самоходной платформы, вид спереди;
на фиг. 3 - установленный на центральном элементе рамы один из кронштейнов, несущий прижимной ролик, связанный с приводом его вращения, с условно не показанными остальными кронштейнами, вид в перспективе;
на фиг. 4 - то же, но с прижимным роликом без привода его вращения;
на фиг. 5 схематично показано устройство, навивающее трубу в вертикальном направлении;
на фиг. 6 - то же, что на фиг. 3, но в положении навивки трубы квадратной формы в поперечном сечении.
Как показано на фиг. 1, устройство для навивки трубы из полосы содержит самоходную платформу 1 с колесным или гусеничным (не показано) ходом и раму 2, установленную на платформе 1 с возможностью поворота на 90° в вертикальной плоскости посредством привода 3, например гидроцилиндра. Самоходная платформа 1 снабжена средствами ее подъема, например гидроцилиндрами 4 (фиг. 5).
Как показано на фиг. 2, рама 2 содержит центральный элемент 5 и установленные на нем равномерно разнесенные по окружности кронштейны 6. Центральный элемент 5 установлен на самоходной платформе 1 с возможностью свободного вращения вокруг своей оси. На фиг. 2 показана рама с восемью кронштейнами 6 и с центральным элементом, имеющим в поперечном сечении форму правильного восьмиугольника, однако количество кронштейнов 6 и форма поперечного сечения центрального элемента 5 могут быть и другими. Например, форма поперечного сечения центрального элемента 5 может иметь форму круга или правильного многоугольника с числом сторон, отличным от восьми, но равным числу кронштейнов. При этом желательно, чтобы число кронштейнов было четным. Преимущества от использования четного числа кронштейнов будут пояснены ниже.
Каждый кронштейн 6 установлен на двух телескопических штангах 7, между которыми расположен силовой привод, выполненный в виде гидроцилиндра 8 (фиг. 3, 4). На кронштейнах 6 установлены прижимные ролики 9, при этом по меньшей мере один из этих роликов связан с приводом его вращения, например, гидромотором 10 (фиг. 3). Предпочтительно количество прижимных роликов, связанных с приводами их вращения, составляет половину общего количества прижимных роликов, что позволяет расположить их равномерно по окружности, обеспечивая тем самым оптимальное их взаимодействие с наматываемой полосой 11 (фиг. 2). Иными словами, желательно, чтобы общее число прижимных роликов 9 являлось четным, а количество прижимных роликов, связанных с приводами их вращения (гидромоторами 10), было кратно этому числу.
На одном из кронштейнов 6 может быть установлено устройство 12 для непрерывной подачи быстротвердеющего силикона в замковое соединение витков полосы для повышения качества этого соединения.
На торце центрального элемента 5 расположен 3D-сканер 13, причем он неподвижно установлен на оси, вокруг которой может вращаться центральный элемент 5.
Устройство также включает в себя блок управления (не показан), выполненный на основе компьютера и соединенный с 3D-сканером 13, приводом перемещения самоходной платформы 1, гидромоторами 10 привода вращения прижимных роликов 9 и гидроцилиндрами 8. Блок управления, который может располагаться на поверхности земли, выполнен с возможностью обработки полученной с 3D-сканера информации и выдачи управляющих команд на указанные привод перемещения самоходной платформы 1, гидромоторы 10 и гидроцилиндры 8. В результате для любого положения самоходной платформы 1 в ремонтируемой трубе могут быть установлены параметры устройства (скорость перемещения самоходной платформы, радиальное положение каждого из кронштейнов 6 и скорость вращения гидромоторов привода вращения прижимных роликов), обеспечивающие наиболее точную установку сечения навиваемого трубопровода с учетом неровностей и перепадов в существующем трубопроводе, а также навивку труб как круглого (фиг. 2), так и квадратного (фиг. 6) сечения.
Устройство работает следующим образом.
В рабочей камере смотрового колодца монтируется самоходная платформа 1 на гусеничном или колесном ходу, на которую устанавливается рама 2 с встроенным лазерным 3D-сканером 13. Бесконечная полоса 11 в виде полимерного профиля с замковым соединением, выполненным в поперечном сечении зеркально на краях с возможностью соединения при радиально-осевой укладке полосы в теле существующего трубопровода, подается с поверхности земли через стандартный люк смотрового колодца в осевом направлении существующего трубопровода.
Перед началом процесса навивки происходит сканирование поверхности существующей трубы. 3D-сканер считывает профиль трубы и передает полученную информацию в компьютерный блок управления, который выдает соответствующие команды на привод перемещения самоходной платформы 1, гидромоторы 10, приводящие во вращение прижимные ролики 9, и гидроцилиндры 8, устанавливающие радиальное положение каждого из кронштейнов 6 независимо от радиального положения других кронштейнов.
Посредством прижимных роликов 9 происходит последовательный прижим пластикового профиля полосы 11 к стенке существующей трубы по длине окружности с последующей заправкой зеркального замкового соединения.
Во время вращения рамы, осуществляемого за счет взаимодействия приводимых во вращение гидромоторами 10 прижимных роликов 9 с полосой 11, в результате давления прижимных роликов 9 на пластиковый профиль полосы происходит прижим этой полосы 11 к стенке существующей трубы с одновременным закрытием герметичного замкового соединения. При этом в замковое соединение витков полосы посредством устройства 12 может подаваться быстротвердеющий силикон. В результате новая труба навивается практически без зазора относительно внутренней поверхности существующей трубы, т.е. диаметр навитой трубы оказывается почти равным диаметру ремонтируемого трубопровода.
В процессе навивки блок управления контролирует конфигурацию профиля существующего и навиваемого трубопровода, что позволяет посредством изменения положения установленных на кронштейнах прижимных роликов плавно изменять диаметр формируемой трубы в соответствии с проходным сечением ремонтируемого трубопровода.
После навивки относительно ровного участка трубопровода устройство позволяет без его разборки после сканирования пространства, находящегося спереди по ходу движения, перейти к навивке трубопровода другой конфигурации в осевом сечении.
Кроме того, за счет установки рамы 2 на платформе 1 с возможностью поворота на 90° в вертикальной плоскости, а также гидроцилиндров 4 подъема платформы 1 возможна навивка горловин смотровых колодцев (камер) в вертикальном положении без демонтажа устройства (фиг. 5).