УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ЗАМЕНЫ ТРУБОПРОВОДА
TRENCHLESS PIPELINE REPLACEMENT DEVICE

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано для бестраншейной замены трубопроводов при ремонте и реконструкции подземных инженерных коммуникаций.
Известно устройство для бестраншейной замены трубопроводов [патент РФ №2349823, МПК F16L 1/00, опубл. 20.03.2009 г.], содержащее труборазрушающий рабочий орган с двумя дисковыми ножами, в котором установлен с возможностью поворота двуплечий рычаг с двумя опорными катками, расширитель для увеличения диаметра скважины и тяговый элемент. Труборазрушающий рабочий орган соединен с расширителем и с тяговым элементом шарнирно.
Недостатком данного устройства является высокая вероятность застревания при прохождении криволинейных участков трубопроводов.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для бестраншейной замены трубопроводов [патент РФ №2374546, MПК F16L 1/028, опубл. 27.11.2009 г.], содержащее труборазрушающий рабочий орган с двумя дисковыми ножами, установленными друг против друга, расширитель для увеличения диаметра скважины, приспособление для крепления нового пластмассового трубопровода и тяговый элемент, выполненный в виде троса с установленными на нем элементами, в которых расположены по три равноудаленных друг от друга шарика с возможностью вращения во всех направлениях. Труборазрушающие рабочие органы, расширители для увеличения диаметра скважины и приспособление для крепления нового пластмассового трубопровода последовательно соединены между собой шарнирами.
Недостатком этого устройства является высокая вероятность разрушения элементов с шариками, установленными на тросе, при намотке их на лебедку. Кроме того, шарнирные соединения между труборазрушающими рабочими органами и расширителями имеют низкую надежность при работе на растяжение.
Задачей изобретения является увеличение надежности прохождения устройством криволинейных участков трубопроводов в процессе их бестраншейной замены.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности шарнирных соединений и тягового элемента при прохождении криволинейных участков трубопроводов.
Задача для решения технического результата достигается тем, что в устройстве для бестраншейной замены трубопроводов, содержащем труборазрушающий рабочий орган с двумя дисковыми ножами, установленными друг против друга, расширитель для увеличения диаметра скважины, приспособление для крепление нового пластмассового трубопровода и тяговый элемент, выполненный в виде троса с установленными на нем элементами, в которых расположены по три равноудаленных друг от друга шарика с возможностью вращения во всех направлениях, согласно изобретению, каждый элемент, установленный на тросе, выполнен в виде съемной втулки с тремя равноудаленными радиально ориентированными цилиндрическими стержнями, в каждом из которых с возможностью фиксированного радиального перемещения установлена вилка с шариком, на всю длину съемной втулки между соседними цилиндрическими стержнями выполнен радиальный паз, посредине которого в резьбовое отверстие вставлен фиксирующий винт, причем на поверхности съемной втулки радиальный паз расположен равноудалено относительно соседних цилиндрических стержней, труборазрушающий рабочий орган выполнен в виде сборного двухсекционного каркаса, центр заднего торца которого имеет сферический паз, расширитель выполнен в виде сборного двухсекционного усеченного конуса, центры обоих торцов которого имеют сферические пазы, в центре приспособления для крепления нового пластмассового трубопровода выполнено осевое отверстие, задний торец труборазрушающего рабочего органа и передний торец расширителя соединены посредством шарнирного соединения, состоящего из шпильки, на оба конца которой посредством резьбы установлены шары, вставленные в сферические пазы в заднем и переднем торцах труборазрушающего рабочего органа и расширителя соответственно, задний торец расширителя и приспособление для крепления нового пластмассового трубопровода соединены с помощью шарнирного соединения, состоящего из дополнительной шпильки, на один конец которой посредством резьбы установлен шар, вставленный в сферический паз заднего торца расширителя, а другой конец дополнительной шпильки установлен в осевое отверстие приспособления для крепления нового трубопровода и зафиксирован гайкой.
Выполнение каждого элемента, установленного на тросе, в виде съемной втулки, на всю длину которой выполнен радиальный паз, позволяет упростить и ускорить монтаж/демонтаж данных элементов на трос на требуемом расстоянии друг от друга, а также снизить вероятность повреждения этих элементов при намотке троса.
Для фиксации съемной втулки на тросе посредине радиального паза в резьбовое отверстие вставлен фиксирующий винт.
За счет того, что на поверхности съемной втулки радиальный паз расположен равноудалено относительно соседних цилиндрических стержней также упрощается и ускоряется монтаж/демонтаж съемной втулки на трос.
Установка с возможностью фиксированного радиального перемещения вилки, в которой с возможностью вращения во всех направлениях расположен шарик, в каждый из трех равноудаленных радиально ориентированных цилиндрических стержней съемной втулки, обеспечивает равенство расстояния от центра съемной втулки до поверхности шариков, соприкасающихся с внутренней поверхностью старого трубопровода, и внутреннего радиуса старого трубопровода (внутренний радиус старого трубопровода равен половине его внутреннего диаметра). Это обеспечивает устойчивое расположение элементов, установленных на тросе, в старом трубопроводе, предотвращает соприкасание троса со стенками внутренней поверхности старого трубопровода, исключает возможное перетирание троса и снижает сопротивление движению устройства при прохождении криволинейных участков трубопроводов.
Шарнирное соединение между задним торцом труборазрушающего рабочего органа и переднем торцом расширителя, состоящее из шпильки, на оба конца которой посредством резьбы установлены шары, вставленные в сферические пазы в заднем и переднем торцах труборазрушающего рабочего органа и расширителя соответственно, обладает возможностью поворота в разных направлениях, что позволяет повысить надежность и маневренность устройства при прохождении криволинейных участков трубопроводов.
Шарнирное соединение между задним торцом расширителя и приспособлением для крепления нового пластмассового трубопровода, состоящее из дополнительной шпильки, на один конец которой посредством резьбы установлен шар, вставленный в сферический паз заднего торца расширителя, а другой конец дополнительной шпильки установлен в осевое отверстие приспособления для крепления нового трубопровода и зафиксирован гайкой, обеспечивает возможность поворота в разных направлениях шара, вставленного в сферический паз заднего торца расширителя, а также надежную фиксацию другого конца дополнительной шпильки, установленного в осевое отверстие приспособления для крепления нового трубопровода.
На фиг.1 показано предлагаемое устройство для бестраншейной замены трубопроводов (продольное сечение); на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Ж на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.1; на фиг.8 - разрез Е-Е на фиг.1; на фиг.9 - заявляемое устройство для бестраншейной замены трубопроводов при прохождении криволинейного участка трубопровода (продольное сечение).
Устройство для бестраншейной замены трубопроводов содержит тяговый элемент, труборазрушающий рабочий орган, выполненный в виде сборного цилиндрического двухсекционного каркаса, расширитель, выполненный в виде сборного двухсекционного усеченного конуса, и приспособление 1 для крепления нового пластмассового трубопровода 2 (фиг.1).
Тяговый элемент выполнен в виде троса 3 с установленными на нем сборными элементами. Каждый сборный элемент, установленный на тросе 3, выполнен в виде съемной втулки 4 с осевым отверстием 5 и с тремя равноудаленными радиально ориентированными цилиндрическими стержнями. В каждый равноудаленный радиально ориентированный цилиндрический стержень съемной втулки 4 посредством резьбового соединения с возможностью фиксированного радиального перемещения установлена вилка 6 с шариком 7. Шарики 7 расположены в вилках 6 с возможностью вращения во всех направлениях. Центром сборного элемента является центр съемной втулки 4. Расстояние от центра сборного элемента, установленного на тросе 3, до поверхности шариков 7, соприкасающихся с внутренней поверхностью старого трубопровода 8, названо вылет и равно радиусу внутренней поверхности старого трубопровода 8.
Как видно на фиг.2, съемная втулка 4 имеет Y-образное поперечное сечение. На всю длину съемной втулки 4 между соседними цилиндрическими стержнями выполнен радиальный паз 9, посредине которого в резьбовое отверстие вставлен фиксирующий винт 10 (фиг.3). Причем на поверхности съемной втулки 4 радиальный паз 9 расположен равноудалено относительно соседних цилиндрических стержней.
Как видно на фиг.4, труборазрушающий рабочий орган содержит две одинаковые полуцилиндрические секции 11 и 12. Секции 11 и 12 соединены зеркально друг относительно друга в горизонтальной плоскости а-а посредством болтов 13, концы которых спрятаны в пазах. В вертикальной плоскости b-b секций 11 и 12 выполнены пазы, в которых на осях установлены друг против друга дисковые ножи 14 и 15 соответственно.
Как видно на фиг.5, в горизонтальной плоскости задний торец труборазрушающего рабочего органа имеет осевой сферический паз 16, состоящий из двух осевых полусферических пазов, выполненных в задних торцах секций 11 и 12.
Как видно на фигурах 6 и 7, расширитель содержит две одинаковые секции 17 и 18. Секции 17 и 18 соединены зеркально друг относительно друга в горизонтальной плоскости посредством болтов 19, концы которых спрятаны в пазах. Передний и задний торцы расширителя имеют осевые сферические пазы 20 и 21 соответственно. Осевой сферический паз 20 состоит из двух осевых полусферических пазов, выполненных в передних торцах секции 17 и 18, а осевой сферический паз 21 - двух осевых полусферических пазов, выполненных в задних торцах секций 17 и 18.
В центре приспособления 1 для крепления нового пластмассового трубопровода 2 выполнено осевое отверстие 22 (фиг.8).
Передний торец труборазрушающего рабочего органа соединен с тросом 3 посредством петель 23, закрепленных симметрично оси симметрии устройства на передних торцах секций 11 и 12 (фиг.1).
Задний торец труборазрушающего рабочего органа и передний торец расширителя соединены между собой посредством шарнирного соединения, состоящего из шпильки 24, на оба конца которой посредством резьбы установлены шары 25 и 26. Шары 25 и 26 вставлены в сферические пазы 16 и 20 в заднем и переднем торцах труборазрушающего рабочего органа и расширителя соответственно. Диаметры заднего и переднего торцов труборазрушающего органа и расширителя равны.
Задний торец расширителя и приспособление 1 для крепления нового пластмассового трубопровода 2 соединены с помощью шарнирного соединения, состоящего из дополнительной шпильки 27, на один конец которой посредством резьбы установлен шар 28, а на другом конце выполнена резьба. Шар 28 вставлен в сферический паз 21 заднего торца расширителя. Другой конец дополнительной шпильки 27 установлен в осевое отверстие 22 приспособления 1 для крепления нового трубопровода 2 и зафиксирован гайкой 29 (фиг.7). Диаметр заднего торца расширителя больше диаметра переднего торца расширителя и равен диаметру приспособления 1 для крепления нового трубопровода 2.
Устройство работает следующим образом.
Устройство размещают в одном из приямков и осуществляют его сборку.
В пазах секций 11 и 12 устанавливают на осях дисковые ножи 14 и 15 соответственно.
На оба конца шпильки 24 посредством резьбы устанавливают шары 25 и 26, а на один из концов дополнительной шпильки 27 - шар 28.
В полусферический паз, выполненный в заднем торце секции 11 труборазрушающего рабочего органа, размещают шар 25 со шпилькой 24, а в полусферический паз, выполненный в переднем торце секции 17 расширителя, - шар 26 со шпилькой 24. Одновременно в полусферический паз, выполненный в заднем торце расширителя, помещают шар 28 с дополнительной шпилькой 27, другой конец с резьбой которой устанавливают в осевое отверстие 22 приспособления 1 для крепления нового трубопровода 2 и фиксируют гайкой 29. Приспособление 1 соединяют с новым трубопроводом 2 винтами.
Секцию 11 труборазрушающего рабочего органа с секцией 12 соединяют зеркально друг относительно друга в горизонтальной плоскости a-a посредством болтов 13 таким образом, чтобы задний торец труборазрушающего рабочего органа имел осевой сферический паз 16, в который вставлен шар 25 со шпилькой 24, а дисковые ножи 14 и 15 были установлены в вертикальной плоскости b-b друг напротив друга (фиг.4).
Одновременно секцию 17 расширителя с секцией 18 соединяют зеркально друг относительно друга в горизонтальной плоскости посредством болтов 19 таким образом, чтобы передний и задний торцы расширителя имели осевые сферические пазы 20 и 21, в которых вставлены шар 26 со шпилькой 24 и шар 28 с дополнительной шпилькой 27 соответственно.
Затем осуществляют сборку элементов, устанавливаемых на тросе 3. В каждый равноудаленный радиально ориентированный цилиндрический стержень съемных втулок 4 посредством резьбового соединения с возможностью фиксированного радиального перемещения устанавливают вилки 6 с шариками 7. Далее через старый трубопровод 8 из другого приямка пропускают трос 3, на который на требуемом расстоянии друг от друга устанавливают сборные элементы. Трос 3 пропускают через радиальный паз 9 до его совмещения с осевым отверстием 5 съемной втулки каждого сборного элемента. Каждый сборный элемент фиксируют на тросе 3 с помощью фиксирующего винта 10, вставленного в резьбовое отверстие посредине радиального паза 9 съемной втулки 4.
При сборке элементов, устанавливаемых на тросе 3, их вылет должен быть равен внутреннему радиусу старого трубопровода 8. Количество съемных втулок 4 зависит от сложности криволинейных участков трубопроводов. Чем большее количество поворотов и изгибов трубопровода, а также значение их кривизны, тем требуется большее количество съемных втулок 4.
Затем пропущенный через старый трубопровод 8 трос 3 соединяют посредством петель 23 с труборазрушающим рабочим органом.
Далее включают лебедку (на фигурах не показана). Она посредством установленных на тросе 3 сборных элементов, которые катятся по внутренней поверхности старого трубопровода 8 с помощью шариков 7, начинает статически (безударно) затягивать устройство в старый трубопровод 8. При движении устройства внутри старого трубопровода 8 дисковые ножи 14 и 15 труборазрушающего рабочего органа разделяют разрезанный старый трубопровод 8 на две части. Расширитель деформирует и вдавливает в грунт разрезанные части старого трубопровода 8, за счет чего происходит формирование новой скважины с увеличенным диаметром. Одновременно расширитель в формируемую скважину затягивает приспособление 1 с закрепленным на нем новым пластмассовым трубопроводом 2.
Криволинейный участок старого трубопровода 8 сборные элементы, установленные на тросе 3, преодолевают за счет установки шариков 7 в вилках 6 съемных втулок 4 с возможностью с возможностью вращения во всех направлениях. За счет того, что вылет сборных элементов, установленных на тросе 3, равен внутреннему радиусу старого трубопровода 8, при движении по криволинейному участку старого трубопровода 8 трос 3 не соприкасается со стенками внутренней поверхности старого трубопровода 8 (фиг.9). Это исключает возможное перетирание троса 3 и снижается сопротивление движению устройства.
При прохождении криволинейного участка старого трубопровода 8 шар 25 со шпилькой 24 вращается и поворачивается в осевом сферическом пазу 16 заднего торца труборазрушающего рабочего органа, обеспечивая тем самым прохождение криволинейного участка трубопровода 8 труборазрушающим рабочим органом. Вслед за ним по криволинейному участку старого трубопровода 8 проходит расширитель за счет вращения и поворота шара 26 со шпилькой 24 и шара 28 с дополнительной шпилькой 27 в сферических пазах 20 и 21 соответственно. Кроме того, вращение и поворот шара 28 с дополнительной шпилькой 27 в сферическом пазу заднего торца расширителя обеспечивает прохождение криволинейного участка старого трубопровода 8 приспособления 1 для крепления нового трубопровода 2.
В результате использования заявляемого устройства можно осуществлять бестраншейную замену трубопроводов с изгибами до 90 градусов.
Заявляемое устройство для бестраншейной замены трубопроводов позволит повысить надежность прохождения криволинейных трубопроводов.