Устройство для очистки внутренней полости трубопровода (варианты)

Изобретение относится к устройствам для очистки полых изделий, например трубопроводов, изнутри с помощью движущихся устройств и с удалением отложений из полости трубопровода. Изобретение обеспечивает повышение надежности, увеличение срока службы, улучшение условий ремонта, уменьшение коэффициента трения, повышение коэффициента полезного действия. Оба варианта устройства содержат турбину с лопастями, корпус с реактивными соплами и отверстиями для выхода под давлением рабочего агента на лопасти турбины, а также кожух и наконечник с режущими кромками. По первому варианту в устройстве головка турбины выполнена в форме цилиндра, внутри которой установлены подшипник качения и сальник, турбина снабжена крышкой, выполняющей функцию масленки, а между кожухом и турбиной выполнен зазор для выхода рабочего агента и предотвращения трения турбины о кожух. По второму варианту головка турбины также выполнена в форме цилиндра, внутри которой установлены подшипник качения и сальник, и снабжена крышкой, выполняющей функцию масленки, но при этом кожух закреплен на головке турбины. Устройство особенно эффективно для очистки сильно забитых, продолжительное время не используемых и заросших канализаций. Устройство работает в широком диапазоне давлений от 30 до 200 атм. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

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. Сменная головка, передняя часть которой 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 α в пределах от 0° до 90°.

На торце напорной камеры 12 имеется штурец 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, 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 РФ № 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.

- головка турбины имеет конусообразную форму, которая, соприкасаясь с удаляемым загрязнением, быстро изнашивается;

- втулка 6, являющаяся подшипником скольжения, расположена сразу за лопастями 9. При поступлении рабочего агента (воды) из отверстий 3 вымывается смазка из втулки 6, что приводит к ее быстрому износу;

- навинтная часть вала 7 упирается в болт 5, при вращении турбины происходит трение навинтной части о болт, что приводит как к износу болта, так и к износу турбины 4;

- болт 5 вкручен в корпус 1, находится внутри посадочного места втулки 6, что ослабляет эту часть корпуса 1;

- турбина 4 вращается на бронзовой втулке 6. При больших оборотах турбины отсутствие смазки приводит к быстрому износу втулки 6, вследствие чего происходит поперечный люфт, при котором лопасти 9 турбины 4 начинают биться о кожух 10 и о корпус 1, что приводит к поломке лопастей 9 и выходу из строя турбины 4.

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.

Сущность заявленного изобретения выражается в совокупности нижеследующих существенных признаков, находящихся в причинно-следственной связи с техническим результатом.

В предлагаемом устройстве для очистки внутренней полости трубопровода, содержащем турбину с лопастями, корпус с реактивными соплами и отверстиями для выхода под давлением рабочего агента на лопасти турбины, а также содержащем кожух и наконечник с режущими кромками, отличительными от прототипа признаками являются следующие.

По варианту 1.

Головка турбины выполнена в форме цилиндра, что уменьшает ее трение об удаляемые отложения и износ, чем достигается долговечность устройства, снижение коэффициента трения как технический результат.

Внутри головки, имеющей цилиндрическую форму, установлен подшипник качения и сальник, что препятствует проникновению воды в подшипник и выходу его из строя, этим объясняется повышение надежности и долговечности как технический результат.

Турбина снабжена крышкой выполняющей функцию масленки.

При износе крышка может быть заменена, чем достигается ремонтопригодность устройства как технический результат.

Между кожухом и турбиной выполнен зазор для выхода рабочего агента и предотвращения трения турбины о кожух, что повышает надежность устройства как технический результат.

По варианту 2.

Головка турбины выполнена в форме цилиндра, внутри которой установлен подшипник качения и сальник.

Турбина снабжена крышкой, выполняющей функцию масленки.

Указанный кожух закреплен на турбине.

Между корпусом и кожухом установлен подшипник качения, что препятствует биению края кожуха о корпус, это повышает надежность и долговечность устройства как технический результат.

Внешние диаметры кожуха и головки турбины меньше или равны внешнему диаметру крышки, что уменьшает трение головки турбины и кожуха об окружающее засорение и увеличивает срок службы, уменьшает коэффициент трения, повышает коэффициент полезного действия устройства как технический результат.

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 и техническому результату, 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, вариант 1.

На фиг.2 - общий вид предлагаемого устройства в разрезе, схематично, вариант 2.

Предлагаемое устройство состоит из следующих узлов и деталей.

Корпус 1, реактивные сопла 2, отверстия 3 в корпусе 1, турбина 4, гайка 5, подшипник качения 6, вал 7 с наконечником 8, лопасти 9 турбины, кожух 10 с отверстиями 11, сальник 12, режущие кромки 13 наконечника 8, штуцер 14, полость 15 в корпусе 1, крышка 16, хвостовик 17 с резьбой корпуса 1, головка 18 турбины, зазор 19 (вариант 1), подшипник 20 (вариант 2), упор 21 (вариант 2).

Корпус 1 содержит полость 15 для рабочего агента, например воды.

В корпусе имеются реактивные сопла 2 и отверстия 3 для выхода под давлением рабочего агента на лопасти 8 турбины 4. Вал 7 с наконечником 8, содержащим режущие кромки 13, закреплен в крышке 16.

Корпус 1 содержит хвостовик 17 с резьбой, на которую навинчена гайка 5, поджимающая подшипник 6. Кожух 10 содержит отверстия 11, предназначенные для выхода рабочего агента (воды) наружу.

На крышке 16, на головке 18 турбины (по варианту 1), на крышке 16 на головке 18 и кожухе 10 (по варианту 2) могут быть закреплены ножи (на фиг.1, 2 не показаны) для более эффективных работ по разрыхлению и отбрасыванию удаляемых отложений, что повышает качество очистки трубопровода и скорость продвижения заявленного устройства.

По варианту 1 (фиг.1).

Головка 18 турбины имеет цилиндрическую форму, что уменьшает ее трение об удаляемые отложения и износ, чем достигается долговечность устройства, снижение коэффициента трения как технический результат по сравнению с прототипом, в котором головка турбины конусообразной формы, при быстром износе необходимо заменять всю турбину, в то время как в предлагаемом устройстве заменяют только крышку 16.

Внутри головки 18 установлены подшипник качения 6 и сальник 12, что препятствует проникновению в подшипник рабочего агента, например воды, вымыванию смазки и выходу его из строя, этим объясняется повышение надежности и долговечности как технического результата.

Головка 18 турбины снабжена крышкой 16, выполняющей функцию масленки для подшипника 6. При износе крышка может быть заменена, чем достигается в техническом результате такой показатель надежности, как ремонтопригодность.

Кожух 10 неподвижно соединен с корпусом 1. Между кожухом 10 и турбиной 4 имеется зазор 19 для выхода рабочего агента и предотвращения трения турбины о кожух. Рабочий агент, выходя через зазор 19 и отверстие 11, создает водяную подушку, что облегчает продвижение устройства по удаляемым засорениям, снижает коэффициент трения, повышает надежность устройства как технический результат.

По варианту 2, (фиг.2.)

Головка 18 турбины имеет цилиндрическую форму. Внутри головки установлены подшипник качения 6 и сальник 12. Головка 18 турбины снабжена крышкой 16, выполняющей функцию масленки для подшипника 6, что повышает показатели надежности. Кожух 10 закреплен на головке турбины, например, резьбой с возможностью вращения вместе с турбиной. Между корпусом 1 и кожухом 10 установлен подшипник качения 20, что препятствует биению края кожуха 10 о корпус 1, это повышает надежность и долговечность устройства как технический результат.

Внешние диаметры кожуха и головки 18 турбины меньше или равны внешнему диаметру крышки 16, что уменьшает трение головки 18 и кожуха 10 об окружающее засорение и увеличивает срок службы устройства, снижает коэффициент трения как технический результат.

Упор 21 предназначен для фиксации подшипника 20.

Устройство работает следующим образом.

Рабочий агент (вода, воздух, пар и т.д.) под давлением из штуцера 14 поступает в полость 15 корпуса 1, через отверстия 3 поступает на лопасти 9 турбины 4, приводя во вращение вал 7 и наконечник 8. Далее, вытекая через реактивные сопла 2, рабочий агент создает реактивную тягу и продвигает устройство вперед.

Устройство развивает необходимое количество оборотов как при малом (от 30 атм), так и при большом (от 150 до 200 атм) давлении рабочего агента.

При большой скорости вращения режущего наконечника устройство приобретает центробежную силу и движется по спирали.

Режущий наконечник своими режущими кромками 13 разделяет твердые и плотные отложения, которые реактивными струями отгоняются и транспортируются по очищаемой трубе. Вращение турбины 4 происходит за счет удара струи воды из отверстий 3 на лопасти 9 внутри кожуха 10 со свободным выходом под низким давлением через отверстия 11 кожуха.

Смазка, которой заполняют крышку 16, поступает на подшипник 6. Рабочий агент не поступает на подшипник, так как этому препятствует сальник 12. Цилиндрическая форма головки 18 позволяет более свободно перемещаться устройству в очищаемой трубе. При износе крышки 16 ее заменить значительно проще, чем турбину в прототипе.

По варианту 1

Рабочий агент из-под кожуха 10 вытекает не только через отверстия 11, но и через зазор 19 между головкой 18 и кожухом 10.

По варианту 2.

При работе устройства кожух 10 вращается вместе с турбиной, при этом кожух поддерживает от биения и вибраций подшипник 20, удерживаемый упором 21.

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.

1. Устройство для очистки внутренней полости трубопровода, содержащее турбину с лопастями, корпус с реактивными соплами и отверстиями для выхода под давлением рабочего агента на лопасти турбины, а также содержащее кожух и наконечник с режущими кромками, отличающееся тем, что головка турбины выполнена в форме цилиндра, внутри которой установлен подшипник качения и сальник, при этом турбина снабжена крышкой, выполняющей функцию масленки, а между кожухом и турбиной выполнен зазор для выхода рабочего агента и предотвращения трения турбины о кожух.

2. Устройство для очистки внутренней полости трубопровода, содержащее турбину с лопастями, корпус с реактивными соплами и отверстиями для выхода под давлением рабочего агента на лопасти турбины, а также содержащее кожух и наконечник с режущими кромками, отличающееся тем, что головка турбины выполнена в форме цилиндра, внутри которой установлен подшипник качения и сальник, при этом турбина снабжена крышкой, выполняющей функцию масленки, а указанный кожух закреплен на головке турбины.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между корпусом и кожухом установлен подшипник качения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что внешние диаметры кожуха и турбины меньше или равны внешнему диаметру крышки.