Устройство для бестраншейной замены трубопроводов

 

Изобретение относится к строительству и используется при бестраншейной прокладке и замене подземных трубопроводов. Устройство содержит колпак с режущими ножами, расширитель с муфтой для крепления замещающей трубы, пневматическую машину ударного действия. Последняя состоит из корпуса, гайки со стороны заднего торца корпуса, наковальни со стороны переднего торца корпуса, воздухопроводящей трубки, полого со сквозным каналом ударника, взаимодействующего с воздухоподводящей трубкой, камеры холостого хода со стороны наковальни, камеры рабочего хода, выпускных каналов в корпусе. Выпускные каналы выполнены радиальными в боковой стенке корпуса. Выпускная камера образована кольцевым зазором между корпусом и замещающей трубкой, а камера рабочего хода размещена в корпусе со стороны гайки. В корпусе со стороны гайки установлена крышка с центральным отверстием и образована предкамера сетевого воздуха между крышкой и гайкой. Воздухопроводящая трубка установлена в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, постоянно соединяющим камеру рабочего хода и предкамеру сетевого воздуха между собой. Повышает ударную мощность устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области строительной техники и касается пневматических устройств ударного действия, применяемых для образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки и замены трубопроводов.

Известно пневматическое устройство ударного действия (см., например: патент РФ №2063328, МКИ В 25 D 17/24, 10.07.1996 г.), содержащее корпус с полостью со стороны заднего торца корпуса, ударник со сквозными полостью и каналом, ступенчатую воздухораспределительную трубку, одним концом установленную в гайке заднего торца корпуса и противоположным концом со ступенью - в сквозную полость и канал в ударнике. Ударник разделяет полость корпуса на камеру холостого хода со стороны переднего торца, камеру рабочего хода в полости ударника и выпускную кольцевую камеру низкого давления со стороны гайки заднего торца корпуса (атмосферного) воздуха, сообщенную посредством выпускных окон в гайке с пространством скважинного канала. Выпуск отработавшего воздуха из камеры холостого хода осуществляется посредством радиального канала в стенке ударника в выпускную кольцевую камеру и через выпускные окна гайки в скважинный канал.

Выпуск воздуха в камеру холостого хода из сети осуществляется посредством ступенчатого участка воздухораспределительной трубки при взаимодействии с отсечными кромками радиального канала в ударнике.

Недостатком указанного устройства является недостаточная ударная мощность из-за конструктивного исполнения выпускной кольцевой камеры со стороны гайки заднего торца корпуса, т.к. в этом случае кольцевая рабочая площадь ударника со стороны выпускной камеры не нагружается избыточным давлением воздуха из сети и в ней не формируется силовой импульс разгона ударника при рабочем ходе.

Известно также пневматическое устройство ударного действия, применяемое в качестве движителя устройства для бестраншейной замены устаревших трубопроводов водоотведения на новые (см., например: патент РФ №2173254, М.кл. B 25 D 9/04, 9/08, 17/24, 2001 г.), содержащее корпус, в котором размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ударник, образующий с корпусом рабочую камеру обратного хода ударника. Ударник выполнен с осевой полостью и радиальными окнами. В осевой полости ударника размещена большая ступень ступенчатого воздухораспределителя, меньшая ступень которого закреплена в заднем торце корпуса. В заднем торце корпуса выполнены выхлопные окна. Большая ступень воздухораспределителя имеет на наружной поверхности две кромки. В ударнике выполнен сквозной осевой канал. В передней части корпуса выполнен сквозной осевой канал. К носовой части корпуса присоединена заглушка. На наружной поверхности корпуса в передней его части выполнена коническая поверхность для закрепления насадок, необходимых для выполнения отдельных видов работ.

Устройство приспособлено для бестраншейной замены подземных трубопроводов. На конической поверхности корпуса установлена насадка для разрушения старого трубопровода. Воздуховод присоединен к носовой или хвостовой части корпуса.

Указанное устройство для бестраншейной замены трубопроводов водоотведения принято в качестве прототипа, как содержащее наибольшее количество существенных признаков, используемых в предлагаемом техническом решении.

Недостатком прототипа является конструктивное решение тракта выпуска воздуха, отработавшею в камере холостого хода: продольные каналы - пазы и выточка на ударнике, радиальный канал в стенке ударника, кольцевой канал, образованный трубкой и внутренней полостью ударника, выпускная кольцевая камера в корпусе и выпускные окна в гайке заднего торца корпуса с выходом в канал, образованный внутренней поверхностью замещающей трубы, которые образуют сложный протяжный канал выпуска со значительным общим сопротивлением, обуславливающий увеличение времени процесса выпуска, снижение частоты ударов и ударной мощности машины.

Недостатком прототипа также является конструктивное исполнение выпускной кольцевой камеры со стороны гайки заднего торца корпуса, обуславливающей при холостом ходе противодавление в ней и торможение ударника, приводящего к уменьшению его хода, а следовательно и участка разгона при рабочем ходе. Кроме отмеченного, низкое давление воздуха со стороны выпускной кольцевой камеры, поскольку она не сообщается с сетью сжатого воздуха, а поэтому отсутствует с ее стороны возможность использования кольцевой площади ударника под давлением для формирования силового импульса при рабочем ходе, что в свою очередь снижает ударную мощность машины.

Отмеченные недостатки в целом снижают производительность проходки при замене трубопровода.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение ударной мощности и производительности проходки при замене трубопровода водоотведения бестраншейным способом.

Поставленная задача решается тем, что устройство для бестраншейной замены трубопровода, содержащее колпак с режущими ножами, расширитель с муфтой для крепления замещающей трубы, пневматическую машину ударного действия, состоящую из корпуса, гайки со стороны заднего торца корпуса, наковальни со стороны переднего торца корпуса, воздухоподводящей трубки, полого со сквозным каналом ударника, взаимодействующего с воздухоподводящей трубкой, камеру холостого хода со стороны наковальни, камеру рабочего хода, выпускных каналов в корпусе, причем выпускные каналы выполнены радиальными в боковой стенке корпуса, и выпускная камера образована кольцевым зазором между корпусом и замещающей трубой, а камера рабочего хода размещена в корпусе со стороны гайки.

Целесообразно в корпусе со стороны гайки установить крышку с центральным отверстием и образовать предкамеру сетевого воздуха между крышкой и гайкой.

Целесообразно воздухоподводящую трубку установить в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, постоянно соединяющим камеру рабочего хода и предкамеру сетевого воздуха между собой.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен разрез по заменяющей трубе с частичным продольным разрезом по пневматической машине ударного действия в процессе разрушения заменяемой трубы с одновременной протяжкой устройства.

Устройство для бестраншейной замены трубопроводов содержит тяговый канат 1, колпак 2 с режущими ножами 3, расширитель 4 с муфтой 5 для крепления замещающей трубы 6, пневматическую машину ударного действия, состоящую из корпуса 7 с гайкой 8 со стороны заднего торца корпуса, наковальни 9 со стороны его переднего торца, воздухоподводящей трубки 10 с буртиком 11 и сквозным каналом 12 в трубке, полого ударника 13 со сквозным центральным каналом 14, взаимодействующего с трубкой. Ударник 13 разделяет внутреннюю полость корпуса на камеру 15 холостого хода и камеру 16 рабочего хода. В боковой стенке корпуса выполнены радиальные выпускные каналы 17 и 18, а со стороны задней стенки корпуса установлена крышка 19 с центральным отверстием 20, в котором установлена трубка, опирающаяся буртиком на кольцевую площадку устья центрального отверстия крышки. Между гайкой и крышкой образована предкамера 21 сетевого воздуха, который поступает по воздухоподводящему гибкому рукаву 22 в предкамеру. Центральное отверстие 20 и боковая поверхность трубки 10 образуют кольцевой зазор, посредством которого предкамера сетевого воздуха и камера рабочего хода постоянно сообщены между собой. Кольцевой зазор обеспечивает радиальное и осевое перемещение трубки в отверстии крышки. Между нагруженной поверхностью 23 корпуса и внутренней поверхностью 24 замещающей трубы 6 образована проточная кольцевая камера 25 выпуска воздуха, отработавшего в камерах 15 и 16. Замещающая труба 6 закрепляется относительно муфты любым известным устройством 26, например болтовым. Разрушаемая труба 27 является направляющей для перемещающегося устройства.

Пневматическая машина ударного действия устройства для бестраншейной замены трубопроводов работает следующим образом. При подаче сжатого воздуха от компрессора по воздухоподводящему гибкому рукаву он поступает в камеру 21 сетевого воздуха. Из камеры 21 сетевой воздух поступает в камеру 16 рабочего хода по кольцевому выпускному дроссельному каналу 20, образованному зазором между боковой поверхностью трубки 10 и боковой поверхностью центрального отверстия крышки 19 через лыски, пазы и т.п. в буртике 11. Одновременно сетевой воздух из камеры 21 поступает в камеру 15 холостого хода по впускному дроссельному каналу 12 в трубке 10, сквозному центральному каналу 14 в ударнике 13 и зазору между контактными поверхностями ударника и хвостовика наковальни 9.

Давление воздуха в камере 16 будет оставаться практически равным атмосферному, так как выпускной канал 18, имеющий площадь проходного сечения, существенно превышающую площадь проходного сечения кольцевого впускного дроссельного канала, образованного зазором между поверхностью центрального отверстия 20 крышки 19 и трубки 10, открыт. Таким образом, посредством канала 18 в корпусе 7 камера 16 сообщается с проточной кольцевой камерой 25 выпуска, образованной боковой наружной поверхностью 23 корпуса и внутренней поверхностью 24 замещающей трубы 6 и далее по трубе с атмосферой.

В камере 15 давление воздуха увеличивается, и ударник 13 начнет перемещаться по трубке 10 от хвостовика наковальни 9, совершая холостой ход.

При последующем перемещении ударник 13 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 18, вследствие чего начнется повышение давления воздуха, отсеченного в камере 16, а также воздуха, вновь натекаемого в эту камеру через кольцевое отверстие 20. Продолжая движение, ударник 13 откроет выпускной канал 17, а затем и канал 18, вследствие чего давление воздуха в камере 15 холостого хода и в кольцевой камере 25 выпуска будет снижаться до величины атмосферного давления, несмотря на поступление сетевого воздуха в камеру холостого хода через сквозной канал 12 в трубке 10 из камеры 21, так как проходное сечение канала 12 существенно меньше проходного сечения каналов 17 и 18 выпуска. Таким образом, отработавший воздух из камеры 15 выпускается в кольцевую камеру 25 и далее по трубе 6 в атмосферу.

По мере совершения ударником 13 холостого хода давление воздуха в камере 16 рабочего хода будет увеличиваться. Под давлением разницы импульсов давлений воздуха в камерах 16 и 15 ударник 13 будет затормаживать свое перемещение и остановится в расчетном положении. Сразу же под давлением импульса давления со стороны камеры 16 ударник 13 начнет ускоренно перемещаться по трубке 19 в сторону хвостовика наковальни 9, совершая рабочий ход.

По мере перемещения ударника 13 давление воздуха в камере 16 будет уменьшаться. Это вызвано тем, что быстро увеличивающийся объем камеры 16 при рабочем ходе не успевает заполняться сетевым воздухом, поступающим из камеры 21 через кольцевой канал, образованный отверстием 20 и трубкой 10. Однако, давление воздуха в камере 16 будет поддерживаться расчетным.

При дальнейшем перемещении ударника 13 его боковая поверхность перекроет канал 18, а затем канал 17, после чего в камере 15 начнется сжатие воздуха, отсеченного в ней, и воздуха сетевого, вновь поступающего из камеры 21 посредством канала 12 в трубке 10.

После открытия боковой поверхностью ударника 13 канала 18 выпуска давления воздуха в камере 16 рабочего хода резко упадет до уровня давления воздуха в кольцевой камере 25 выпуска и далее до величины атмосферного давления, поскольку камера выпуска сообщена каналом в замещающей трубе 6 с атмосферой.

Преодолевая импульс противодавления воздуха со стороны камеры 15 холостого хода, ударник 13 под действием разницы импульсов давления со стороны камер 16 и 15 и импульса, приобретенного ударником при разгоне, наносит, удар по хвостовику наковальни 9, и описанный рабочий процесс пневматической машины ударного действия повторится с той лишь разницей, что последующий холостой ход будет формироваться также при участии импульса отскока ударника от хвостовика наковальни.

В предложенном конструктивном решении обеспечивается постоянство кольцевого сечения, образованного зазором, между центральным отверстием 20 в неподвижной крышке 19 и боковой поверхностью трубки 10, поскольку независимо от положения трубки 10 в центральном отверстии крышки их диаметральные сечения постоянны, а геометрическая площадь зазора определяется разностью площадей сечений трубки и отверстия крышки.

Выполнение воздухоподводящей трубки одинакового сечения позволяет максимально использовать рабочие площадки ударника со стороны крышки и наковальни в рабочем процессе.

Выпускные каналы 17 и 18 в стенке корпуса 7 создают минимальные местные сопротивления на выпуске обработавшего воздуха из камер 15 и 16, а использование кольцевой камеры 25, выпуска, образованной наружной боковой поверхностью корпуса 7 и внутренней боковой поверхностью замещающей трубы 6, позволяет обеспечить центрирование трубы относительно корпуса, чем обеспечивать равномерный зазор между ними и равномерную нагрузку на участке замещающей трубы и элементами ее крепления относительно муфты, а также меньшее “рыскание” колпака в заменяемой трубе, т.е. производительно ее разрушать с последующим уплотнением отдельных кусков в боковые стенки грунта новой скважины.

Установка крышки 19 со стороны гайки 8 между камерой 21 сетевого воздуха и камерой 16 рабочего хода позволяет создать ресивер сетевого воздуха и равномерно распределять его между камерами 15 и 16 без уменьшения диаметральных площадей сечения объемов камер и рабочих площадей ударника со стороны той или иной камеры, что обеспечивает надежность формирования силовых импульсов с их сторон и повышение энергетических параметров устройства для бестраншейной замены трубопроводов.

Формула изобретения

1. Устройство для бестраншейной замены трубопровода, содержащее колпак с режущими ножами, расширитель с муфтой для крепления замещающей трубы, пневматическую машину ударного действия, состоящую из корпуса, гайки со стороны заднего торца корпуса, наковальни со стороны переднего торца корпуса, воздухоподводящей трубки, полого со сквозным каналом ударника, взаимодействующего с воздухоподводящей трубкой, камеру холостого хода со стороны наковальни, камеру рабочего хода, выпускных каналов в корпусе, отличающееся тем, что выпускные каналы выполнены радиальными в боковой стенке корпуса, выпускная камера образована кольцевым зазором между корпусом и замещающей трубой, а камера рабочего хода размещена в корпусе со стороны гайки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе со стороны гайки установлена крышка с центральным отверстием и образована предкамера сетевого воздуха между крышкой и гайкой.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что воздухоподводящая трубка установлена в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, постоянно соединяющим камеру рабочего хода и предкамеру сетевого воздуха между собой.

РИСУНКИ