УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ ТРУБОПРОВОДА
DEVICE TO CLEAN PIPELINE INNER SPACE

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», смотри описание к авторскому свидетельству СССР №1484392, Кл. В08В 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 к описанию к авторскому свидетельству СССР №578123, Кл. В08В 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 штурец 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 выполнен 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 11 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, В08В 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 РФ 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 на полезную модель №46687, 7 МКИ В08В 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 полого 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 пол углом 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, турбинной камер. Указанные недостатки не позволяют достигнуть технического результата, создаваемого предлагаемой полезной моделью.
Известно устройство, см. патент РФ 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, подш. 6, вал 7, лопасти 9, защитный кожух 10, отверстия 11 в кожухе, сальник 12 на турбине, штуцер 14, режущий узел. Корпус 1 содержит полость 15 для рабочего агента, подшипник 6, турбину 4.
В устройстве отсутствуют реактивная, турбинная и напорная камеры, существующие в аналогах по патентам на ПМ РФ №43201, поз.2, 4, 12, №46687, поз.2, 4, 12.
Отверстия 3 расположены с наклоном под углом а 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 имеет левую резьбу, поэтому во время работы болт 5 и вал 7 не откручиваются.
Это устройство принято за ближайший аналог (прототип), (см. патент на ИЗ RU №2334564 (вариант 1).
Прототип обладает следующими недостатками:
- по длине он не может пройти изгибы очищаемого трубопровода малого диаметра и используется только на прямых участках трубопроводов;
- рабочий агент (далее вода) из сопел 3, отработав на лопастях, удаляется через отверстия 11 в кожухе 10 и частично через щель между кожухом 10 и корпусом 1. При движении устройства вода выходит и через отверстия 11 сбоку по окружности. При этом выходящая вода не отбрасывает назад загрязнения, что ухудшает очистку трубопровода;
- устройство имеет внешний диаметр 67-70 мм, что не позволяет использовать его в трубопроводах с внутренним диаметром 70-100 мм.
В трубопроводах с диаметром 100 мм мелкие твердые фракции заклинивают гидроснаряд в трубопроводе.
Уменьшить внешний диаметр гидроснаряда за счет стенок турбины 4, или за счет уменьшения ширины лопастей 9, или уменьшения диаметра полости 15 приводит к неработоспособности прототипа. При уменьшении диаметра полости 15 необходимо сохранять толщину стенок этой полости, так как гидроснаряд работает при высоком давлении, сопла 3 смещаются к центру полости, что приводит к резкому снижению мощности и работоспособности. Уменьшается подача воды, что приводит к неработоспособности, так как вода одновременно подается на сопла.
- при работе в трубопроводах, засоренных тряпками, нитками, тонкими корнями, происходит их наматывание на режущий узел, что снижает работоспособность, производительность;
- в прототипе имеется защитный кожух 10, что усложняет конструкцию.
У прототипа корпус 1 выполнен из цельного куска металла, что утяжеляет конструкцию поэтому реактивные сопла 2 не могут быть просверлены с большим удалением от центра по окружности корпуса, чтобы приблизить выход рабочего агента к поверхности трубопровода, так как при сверловке отверстий 2 выходят не во внутрь полости, 15 а наружу. Если увеличить угол сверления реактивных отверстий, то снижается тяга.
Указанные недостатки не позволяют достигнуть технический результат, создаваемый предлагаемым устройством, получить доброкачественное устройство и добротную работу по очистке внутренней полости трубопроводов.
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения, связанными с существенными признаками, является устранение указанных недостатков, повышение надежности, в том числе таких технических показателей надежности, как долговечность, работоспособность, увеличение срока службы, ремонтопригодность. Уменьшение коэффициента трения, увеличение коэффициента полезного действия. Уменьшение массогабаритных показателей и внешнего диаметра устройства. Расширение технологических возможностей устройства за счет использования его в трубах меньшего диаметра в пределах внутренних диаметров очищаемых труб от 70-400 мм.
Сущность заявленного изобретения выражается в совокупности нижеследующих существенных признаков, находящихся в причинно-следственной связи с техническим результатом.
Хвостовик 19 с каналом 15 для рабочего агента содержит напорную камеру 18 и сопла 3 для выхода рабочего агента на лопасти 9, закрепленные на втулке 4 с возможностью ее вращения.
На втулке могут быть закреплены винтообразные наружные шнековые выступы 20, продвигающие устройство вперед. Между корпусом и втулкой выполнен зазор для выхода после лопаток отработанного агента.
На внутренней стороне втулки закреплены лопатки 9 с возможностью ее вращения под воздействием агента.
Головка 16 навинчена на втулку 4, имеет с ней одинаковый диаметр и поэтому не мешает продвижению устройства внутри трубы.
Приведенная совокупность существенных признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна». В то же время совокупность отличительных признаков, приводящих к решению поставленной задачи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг.1 - общий вид предлагаемого устройства в разрезе схематично, на фиг.2 - вид по стрелке А фрагмент схематично.
Предлагаемое изобретение устроено и работает следующим образом.
Изобретение содержит корпус 1, реактивные сопла 2 и 3, втулку 4, гайку 5 поджимающую подшипники 6, вал 7 с наконечником 8 и режущими лопастями 21, деталь корпуса 10 приварена к штуцеру 14, отверстия 11 предназначены для выхода отработанной на лопатках 9 воды. Имеется уплотнительный сальник 12. Ножи 13 на головке 15 служат для разрыхления твердых фракций. Полость 15 в хвостовике 19 предназначена для подачи рабочего агента в напорную камеру 18, из которой рабочий агент под давлением вытекает через сопла 3 на лопатки 9, приводя в движение втулку 4.
В предлагаемом устройстве подшипник 6 расположен во втулке 4. Головка 16 имеет ножи 13, которые позволяют вести очистку трубопровода не только наконечником 8, но и головкой 16 по всему диаметру гидроснаряда, что повышает работоспособность и скорость очистки трубопровода, таким образом повышается КПД устройства.
Шнековая поверхность втулки отбрасывает назад фракции, разрыхленные наконечником 8 и ножами 13.
Вращение втулки 4 со шнековыми выступами 20 способствует продвижению гидроцилиндра с меньшим давлением воды, так как устройство будет двигаться не только за счет реактивных сопел 2, но и за счет вращения втулки 4.
Наружный диаметр устройства благодаря предложенным техрешениям может быть 40-50 мм в зависимости от применяемых подшипников. Это позволяет использовать его для труб диаметром начинается с 70 и до 400 мм.
Этим достигнут технический результат, заключающийся в уменьшении внешнего диаметра предлагаемого устройства и его массогабаритных показателей. Отработанный агент, выходящий назад через отверстия 11, увеличивает тягу гидроснаряда.
У предлагаемого устройства корпус 1 состоит из двух частей, сваренных между собой, а именно штуцера 14 и передней части 10 с резьбой для крепления хвостовика 19. Такая конструкция корпуса легче и позволяет расположить сопла 2 ближе к отталкиваемой поверхности, что увеличивает скорость и усилие движения гидроснаряда как технический результат.
Втулка 4 снаружи может быть гладкая или с выступами (не показаны) или со шнеком снаружи в зависимости от отложений в очищаемой трубе, устройство шнековыми выступами 20, а также реактивными струями из сопел 2 и отработанным агентом, выходящим из отверстий 11, продвигается вперед, разрушая засорения ножами 13 и наконечником 8 в трубопроводах, в которых отсутствуют отложения из мелких фракций. Устройство может быть использовано при выполнении ряда работ без сопел 2, так как движение устройства происходит за счет шнековых выступов 20 при вращении втулки 4, что обеспечивает экономию воды и повышение КПД.
Головка 16 свинченная с втулкой 4, на которой закреплен вал 7. Державка 17 с резьбой установлена на подшипниках 6, поджатых гайкой 5. Камера напорная 18 в хвостовике 19 соединяется с каналом 15 для прохода рабочего агента. Шнековые выступы 20 расположены на внешней поверхности втулки 4.
Шестигранник 14 соединяют со штуцером, подающим рабочий агент, поступающий через канал 15 в камеру 18 и через реактивные сопла 3 на лопатки 9, приводя во вращательное движение втулку 4.
Уменьшен диаметр полости 15, так как она подает воду только на сопла 3, а сопла 2 расположены в штуцере 10.
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 завяленное устройство изготовлены рабочие чертежи, изготовлен и испытан опытный образец. Испытания показали высокую эффективность на очистке длительно бездействующих канализационных трубопроводов. Обороты вала при прежнем расходе рабочего агента, а также производительность увеличились на 25-30%.
Устройство работает в широком диапазоне давления от 30 до 200 атм.