RU2457386C1

RU2457386C1 - Device for trenchless replacement of pipelines

Info

Publication number: RU2457386C1
Application number: RU2010150122/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Шайхадинов (RU); Александр Анатольевич Шайхадинов; Михаил Сергеевич Жиганов (RU); Михаил Сергеевич Жиганов; Павел Александрович Колпаков (RU); Павел Александрович Колпаков
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-07-27
Also published as: EA019648B1; EA201101370A1

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: in a device each of rope elements is arranged in the form of a crosspiece. At each end of the crosspiece there is a radial slot, in which a roller is installed on axes. In the centre of the crosspiece there is a figure slot for the rope for its entire thickness. In the figure slot in the plane of its cross section and at the angle of 30-60 degrees to the crosspiece ends there is a threaded hole, where a fixing screw is installed. Each of expanders is arranged in the form of an external hollow hemisphere, where there is a hole arranged along the axis of symmetry. In the external hemisphere there is a coupled internal hollow hemisphere with a tail, where a coupled ball is installed. The external hemisphere, the internal hemisphere and the ball are installed as capable of rotation relative to the axis of their symmetry and rotation in longitudinal and transverse directions relative to each other. By means of a detachable joint the internal hemisphere of the expander via the tail is connected with a pipe-breaking actuator, the internal hemisphere of the additional expander via the tail is connected with the expander ball, the additional expander ball is connected with an accessory for fixation of a new pipeline. Each expander is equipped with a cover arranged in the form of a ring attached to the rear wall of the external hemisphere. In the pipe-breaking actuator behind the disc knives there are additional disc knives installed oppositely to each other and in the same plane of cross section, which protrude beyond the border of the inner surface of the damaged pipeline by the value that is higher than thickness of its wall.

EFFECT: higher reliability when passing through curvilinear sections of pipelines.

8 dwg

Description

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано для бестраншейной замены трубопроводов при ремонте и реконструкции подземных инженерных коммуникаций.The invention relates to construction production and can be used for trenchless replacement of pipelines in the repair and reconstruction of underground utilities.

Известно устройство для бестраншейной замены подземных трубопроводов (патент РФ на полезную модель №42617, МПК F16L 1/028, опубл. 2004 г.), содержащее труборазрушающий орган с режущим элементом и опорным дисковым катком, ударный узел, расширитель для увеличения диаметра скважины и тяговый трос.A device is known for trenchless replacement of underground pipelines (RF patent for utility model No. 42617, IPC F16L 1/028, publ. 2004), containing a pipe-breaking organ with a cutting element and a support disk roller, a shock assembly, an expander for increasing the diameter of the well and a traction cable.

Недостатком данного устройства является сложность прохождения криволинейных участков подземных трубопроводов.The disadvantage of this device is the difficulty of passing curved sections of underground pipelines.

Также известно являющееся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому техническому решению устройство для бестраншейной замены трубопроводов (патент РФ №2374546, МПК F16L 1/028, опубл. 2009 г.), содержащее два труборазрушающих рабочих органа с дисковыми ножами, два шарнирно соединенных расширителя, выполненных в форме сферы, и тяговый элемент, выполненный в виде троса с установленными на нем элементами с шариками.It is also known to be the closest to the proposed technical solution device for trenchless pipe replacement (RF patent No. 2374546, IPC F16L 1/028, publ. 2009), which contains two pipe-breaking working bodies with circular knives, two articulated expanders, made in the form of a sphere, and a traction element made in the form of a cable with elements with balls mounted on it.

Недостатком этого устройства является высокая вероятность разрушения элементов с шариками при намотке их на лебедку, выпадания шариков из элементов при прохождении криволинейных участков трубопроводов, а также разрушения шарнирных соединений между труборазрушающими рабочими органами и расширителями при больших тяговых усилиях в связи с тем, что данные шарниры имеют низкую надежность при работе на растяжение.The disadvantage of this device is the high probability of destruction of the elements with the balls when they are wound on the winch, the balls fall out of the elements during the passage of curved sections of pipelines, as well as the destruction of the hinge joints between pipe-cutting working bodies and expanders with high traction forces due to the fact that these hinges have low reliability when working in tension.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности при прохождении криволинейных участков трубопроводов.The technical result of the invention is to increase reliability during the passage of curved sections of pipelines.

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 и выступающими за границу внутренней поверхности разрушаемого трубопровода на величину, меньшую толщины его стенки, расширитель для увеличения диаметра скважины, дополнительный расширитель для увеличения диаметра скважины и тяговый элемент, выполненный в виде троса с установленными на нем элементами, согласно изобретению каждый из элементов троса выполнен в виде крестовины, на концах которой выполнено по радиальному пазу, в которых на осях установлено по катку, в центре крестовины на всю ее толщину выполнен фигурный паз для троса, в фигурном пазу в плоскости его поперечного сечения и под углом 30-60 градусов к концам крестовины выполнено резьбовое отверстие, в котором установлен фиксирующий винт, каждый из расширителей выполнен в виде наружной полой полусферы, в которой по оси симметрии выполнено отверстие, в наружной полусфере размещена сопряженная с ней внутренняя полая полусфера с хвостовиком, в которой установлен сопряженный с ней шар, причем наружная полусфера, внутренняя полусфера и шар установлены с возможностью вращения относительно оси их симметрии и поворота в продольном и поперечном направлении относительно друг друга, при этом посредством разъемного соединения внутренняя полусфера расширителя через хвостовик соединена с труборазрушающим рабочим органом, внутренняя полусфера дополнительного расширителя через хвостовик соединена с шаром расширителя, шар дополнительного расширителя соединен с приспособлением для крепления нового трубопровода, каждый из расширителей снабжен крышкой, выполненной в виде кольца, прикрепленной к задней стенке наружной полусферы, в труборазрушающем рабочем органе за дисковыми ножами установлены друг против друга и в одной с ними плоскости продольного сечения дополнительные дисковые ножи, выступающие за границу внутренней поверхности разрушаемого трубопровода на величину, большую толщины его стенки.The problem for solving the technical result is achieved in that in a device for trenchless replacement of pipelines, containing a pipe-breaking working body with two circular knives, mounted against each other and protruding beyond the boundary of the inner surface of the pipeline being destroyed by an amount smaller than its wall thickness, an expander to increase the diameter of the well , an additional reamer to increase the diameter of the well and a traction element made in the form of a cable with elements mounted on it, according to the invention Each element of the cable is made in the form of a cross-piece, at the ends of which a radial groove is made, in which a roller is mounted on the axes, in the center of the cross-piece, a curly groove for the cable is made in its entire thickness, in a curly groove in the plane of its cross section and at an angle A threaded hole is made at 30-60 degrees to the ends of the crosspiece, in which a fixing screw is installed, each of the expanders is made in the form of an external hollow hemisphere, in which a hole is made along the axis of symmetry, an interface with an inner hollow hemisphere with a shank in which a ball mating with it is installed, the outer hemisphere, the inner hemisphere and the ball are mounted to rotate about their axis of symmetry and rotate in the longitudinal and transverse directions relative to each other, while through the detachable connection the inner hemisphere of the expander through the shank connected to the pipe-cutting working body, the inner hemisphere of the additional expander through the shank connected to the ball of the expander, the ball of the additional about the expander is connected to a device for fastening a new pipeline, each of the expanders is equipped with a cover made in the form of a ring attached to the rear wall of the external hemisphere, in the pipe-breaking working body behind the disk knives are installed opposite each other and additional disk knives are installed in the same plane of the longitudinal section protruding beyond the boundary of the inner surface of the destructible pipeline by an amount greater than the thickness of its wall.

Преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что выполнение элементов троса в виде крестовин с катками и расширителей в виде сопряженных друг с другом двух полусфер и шара позволяет повысить маневренность и надежность устройства при прохождении криволинейных участков трубопроводов.The advantage of the proposed device is that the implementation of the elements of the cable in the form of crosses with rollers and expanders in the form of two hemispheres and a ball coupled to each other can increase the maneuverability and reliability of the device when passing curved sections of pipelines.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство для бестраншейной замены трубопроводов (продольное сечение); на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.6 - разрез Д-Д на фиг.1; на фиг.7 - вид Е на фиг.1; на фиг.8 - предлагаемое устройство для бестраншейной замены трубопроводов при прохождении криволинейного участка трубопровода (продольное сечение).Figure 1 shows the proposed device for trenchless replacement of pipelines (longitudinal section); figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1; figure 4 is a section bb in figure 1; figure 5 - section GG in figure 1; in Fig.6 is a section DD in Fig.1; Fig.7 is a view of E in Fig.1; on Fig - the proposed device for trenchless replacement of pipelines when passing a curved section of the pipeline (longitudinal section).

Устройство для бестраншейной замены трубопроводов состоит из труборазрушающего рабочего органа 1, расширителя для увеличения диаметра скважины, дополнительного расширителя для увеличения диаметра скважины и тягового элемента, выполненного в виде троса 2 с установленными на нем элементами (фиг.1). Каждый из элементов троса 2 выполнен в виде съемной крестовины 3, на концах которой выполнено по радиальному пазу 4-7, в которых на осях 8-11 установлено по катку 12-15 (фиг.2). В центре крестовины 3 в продольном направлении на всю ее толщину выполнен фигурный паз 16 для троса 2. В фигурном пазу 16 в плоскости его поперечного сечения и под углом 30-60 градусов к концам крестовины 3 выполнено резьбовое отверстие 17, в котором установлен фиксирующий винт 18 для фиксации троса 2 в фигурном пазу 16. При значениях угла меньше 30 градусов или больше 60 градусов затрудняется или невозможно завинчивание (отвинчивание) фиксирующего винта 18 в резьбовое отверстие 17. Выполнение крестовин 3 съемными позволяет устанавливать их на трос 2 на требуемом расстоянии друг от друга, а также оперативно демонтировать, упрощая процесс намотки троса 2 и снижая вероятность повреждения крестовин 3 при этом. В труборазрушающем рабочем органе 1 на осях 19, 20 установлены друг против друга два дисковых ножа 21, 22 (фиг.3), выступающие за границу внутренней поверхности разрушаемого трубопровода 23 на величину, меньшую толщины его стенки. Также в труборазрушающем рабочем органе 1 за дисковыми ножами 19, 20 на осях 24, 25 установлены друг против друга в одной с ними плоскости продольного сечения два дополнительных дисковых ножа 26, 27 (фиг.4), выступающие за границу внутренней поверхности разрушаемого трубопровода 23 на величину, большую толщины его стенки. Это позволяет разрушать старый трубопровод 23 с помощью его надрезания ножами 21, 22 с последующим полным разрезанием ножами 26, 27, обеспечивая разрушение старого трубопровода 23 меньшими усилиями. Расширитель для увеличения диаметра скважины выполнен в виде наружной полой полусферы 28, в которой по оси симметрии выполнено отверстие. В наружной полусфере 28 размещена сопряженная с ней внутренняя полая полусфера 29 с хвостовиком 30, в которой установлен сопряженный с ней шар 31 (фиг.5). Наружный диаметр наружной полусферы 28 равен 1,1-1,3 внутреннего диаметра разрушаемого трубопровода 23. При этом наружная полусфера 28, внутренняя полусфера 29 и шар 31 установлены с возможностью вращения относительно оси их симметрии и поворота в продольном и поперечном направлении относительно друг друга. Дополнительный расширитель для увеличения диаметра скважины выполнен в виде наружной полой полусферы 32, в которой по оси симметрии выполнено отверстие (фиг.7). В наружной полусфере 32 размещена сопряженная с ней внутренняя полая полусфера 33 с хвостовиком 34, в которой установлен сопряженный с ней шар 35. Наружный диаметр наружной полусферы 32 равен 1,3-1,5 внутреннего диаметра разрушаемого трубопровода 23. При этом наружная полусфера 32, внутренняя полусфера 33 и шар 35 установлены с возможностью вращения относительно оси их симметрии и поворота в продольном и поперечном направлении относительно друг друга. Посредством разъемного соединения (например, резьбового) внутренняя полусфера 29 расширителя через хвостовик 30 соединена с труборазрушающим рабочим органом 1, внутренняя полусфера 33 дополнительного расширителя через хвостовик 34 соединена с шаром 31 расширителя, шар 35 дополнительного расширителя соединен с приспособлением 36, представляющим собой стакан, для крепления нового трубопровода 37. Труборазрушающий рабочий орган 1 через крюк 38 и трос 2 соединен с лебедкой 39. Расширитель снабжен крышкой 40 (фиг.6), прикрепленной к задней стенке наружной полусферы 28. Дополнительный расширитель снабжен крышкой 41, прикрепленной к задней стенке наружной полусферы 32. Крышки 40, 41 выполнены в виде колец и обеспечивают плотность сопряжения соответственно внутренних полусфер 29, 33 с шарами 31, 35. Выполнение расширителей в виде сопряженных друг с другом двух полусфер и шара позволяет им поворачиваться на больший угол при прохождении криволинейных участков трубопроводов (фиг.8). Это повышает маневренность и надежность устройства.A device for trenchless replacement of pipelines consists of a pipe-destroying working body 1, an expander to increase the diameter of the well, an additional reamer to increase the diameter of the well and a traction element made in the form of a cable 2 with elements installed on it (Fig. 1). Each of the elements of the cable 2 is made in the form of a removable crosspiece 3, at the ends of which is made along a radial groove 4-7, in which the rollers 12-15 are installed on the axes 8-11 (Fig. 2). In the center of the crosspiece 3 in the longitudinal direction to its entire thickness, a figured groove 16 for the cable 2 is made. In the figured groove 16 in the plane of its cross section and at an angle of 30-60 degrees to the ends of the crosspiece 3 there is a threaded hole 17 in which the fixing screw 18 is installed for fixing the cable 2 in the figured groove 16. At values of the angle less than 30 degrees or more than 60 degrees, it is difficult or impossible to screw (unscrew) the fixing screw 18 into the threaded hole 17. Making crosses 3 removable allows you to install them on cable 2 on t the required distance from each other, as well as quickly dismantle, simplifying the process of winding the cable 2 and reducing the likelihood of damage to the crosspieces 3. In the pipe-destroying working body 1 on the axes 19, 20, two disk knives 21, 22 are installed against each other (Fig. 3), protruding beyond the boundary of the inner surface of the pipeline being destroyed 23 by an amount smaller than its wall thickness. Also in the pipe-destroying working body 1 behind the disk knives 19, 20 on the axes 24, 25, two additional disk knives 26, 27 (Fig. 4) protruding beyond the boundary of the inner surface of the pipeline being destroyed 23 are mounted against one another in the same plane of the longitudinal section value greater than the thickness of its wall. This allows you to destroy the old pipeline 23 by cutting it with knives 21, 22, followed by complete cutting with knives 26, 27, ensuring the destruction of the old pipeline 23 with less effort. The expander to increase the diameter of the well is made in the form of an external hollow hemisphere 28, in which a hole is made along the axis of symmetry. In the outer hemisphere 28 there is an inner hollow hemisphere 29 conjugated with it with a shank 30, in which a ball 31 conjugated with it is installed (Fig. 5). The outer diameter of the outer hemisphere 28 is 1.1-1.3 of the inner diameter of the pipeline 23 being destroyed. In this case, the outer hemisphere 28, the inner hemisphere 29 and the ball 31 are mounted to rotate about their axis of symmetry and rotate in the longitudinal and transverse directions relative to each other. An additional expander to increase the diameter of the well is made in the form of an external hollow hemisphere 32, in which a hole is made along the axis of symmetry (Fig. 7). In the outer hemisphere 32 there is an inner hollow hemisphere 33 conjugated thereto with a shank 34 in which a ball 35 mating with it is mounted. The outer diameter of the outer hemisphere 32 is 1.3-1.5 of the inner diameter of the pipe 23 being destroyed. The outer hemisphere 32, the inner hemisphere 33 and the ball 35 are mounted to rotate about their axis of symmetry and rotate in the longitudinal and transverse directions relative to each other. By means of a detachable connection (for example, threaded), the internal hemisphere 29 of the expander is connected through the shank 30 to the pipe-cutting working element 1, the internal hemisphere 33 of the additional expander is connected through the shank 34 to the ball 31 of the expander, the ball 35 of the additional expander is connected to the device 36, which is a glass, for fastening the new pipeline 37. The pipe-destroying working body 1 through the hook 38 and the cable 2 is connected to the winch 39. The expander is equipped with a cover 40 (6), attached to the rear wall of the outer th hemisphere 28. The additional expander is provided with a cover 41 attached to the rear wall of the outer hemisphere 32. The caps 40, 41 are made in the form of rings and provide a density of conjugation of the inner hemispheres 29, 33 with balls 31, 35, respectively. two hemispheres and a ball allows them to rotate at a larger angle while passing curved sections of pipelines (Fig. 8). This increases the maneuverability and reliability of the device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Через старый трубопровод 23 пропускают трос 2, одновременно устанавливая на нем на требуемом расстоянии друг от друга крестовины 3. При этом трос 2 совмещают с фигурным пазом 16 и фиксируют винтом 18. Количество крестовин 3 зависит от сложности криволинейных участков трубопроводов. Затем, разместив в одном из приямков, устройство монтируют и соединяют передней частью с тросом 2, а задней частью - с приспособлением 36 для крепления нового пластмассового трубопровода 37. Включив лебедку 39, она с помощью троса 2 начинает статически (безударно) затягивать устройство в старый трубопровод 23. Продвигаясь вперед, устройство делает надрез на старом трубопроводе 23 дисковыми ножами 21, 22 и окончательно разрезает его дополнительными дисковыми ножами 26, 27, разделяя на две части. После чего расширителем и дополнительным расширителем для увеличения диаметра скважины устройство деформирует и вдавливает в грунт старый трубопровод 23, одновременно затягивая новый пластмассовый трубопровод 37 по формируемой скважине. Количество расширителей зависит от величины, на которую необходимо увеличить диаметр старого трубопровода 23, и их может быть более двух. На выходе из старого трубопровода 23 крестовины 3 демонтируют с троса 2 аналогичным образом в обратной последовательности.A cable 2 is passed through an old pipeline 23, at the same time installing crosspieces 3 on it at the required distance from each other. In this case, the cable 2 is combined with a curly groove 16 and fixed with a screw 18. The number of crosspieces 3 depends on the complexity of the curved sections of the pipelines. Then, having placed in one of the pits, the device is mounted and connected with the front part to the cable 2, and the back part - with the device 36 for fastening the new plastic pipe 37. Turning on the winch 39, it starts to pull the device statically (shocklessly) into the old one using the cable 2 pipeline 23. Moving forward, the device makes an incision on the old pipeline 23 with circular knives 21, 22 and finally cuts it with additional circular knives 26, 27, dividing into two parts. Then, with the expander and an additional expander to increase the diameter of the well, the device deforms and presses the old pipe 23 into the ground, while simultaneously tightening the new plastic pipe 37 along the well being formed. The number of expanders depends on the size by which it is necessary to increase the diameter of the old pipeline 23, and there may be more than two. At the exit from the old pipeline 23, the crosses 3 are dismantled from the cable 2 in a similar manner in the reverse order.

При наличии криволинейного участка трубопровода 23 сначала его преодолевают крестовины 3. За счет катков 12-15 они предотвращают соприкасание троса 2 со стенками внутренней поверхности старого трубопровода 23, исключают возможное перетирание троса 2 и снижают сопротивление движению устройства. За крестовинами 3 перемещается труборазрушающий рабочий орган 1. Он поворачивает за собой, соединенную с ним посредством разъемного соединения, внутреннюю полусферу 29 расширителя, тем самым обеспечивается его прохождение криволинейного участка трубопровода 23. По мере продвижения устройства этот участок преодолевает дополнительный расширитель. При этом поворачивается его внутренняя полусфера 33 за счет возможности поворота в продольном и поперечном направлении шара 31 во внутренней полусфере 29 расширителя. В конечном счете, криволинейный участок проходит приспособление 36 для крепления нового трубопровода 37, соединенное посредством разъемного соединения с шаром 35, имеющего возможность поворота в продольном и поперечном направлении во внутренней полусфере 33 дополнительного расширителя.In the presence of a curved section of the pipe 23, crosses 3 first overcome it. Due to the rollers 12-15, they prevent the cable 2 from touching the walls of the inner surface of the old pipe 23, eliminate the possible grinding of the cable 2 and reduce the resistance to movement of the device. Behind the crosses 3, a pipe-destroying working body 1 moves. It rotates behind itself, connected with it via a detachable connection, the internal hemisphere 29 of the expander, thereby ensuring its passage through a curved section of the pipeline 23. As the device advances, this section overcomes the additional expander. In this case, its inner hemisphere 33 is rotated due to the possibility of rotation in the longitudinal and transverse direction of the ball 31 in the inner hemisphere 29 of the expander. Ultimately, the curved section passes the device 36 for fastening a new pipeline 37, connected via a detachable connection to the ball 35, which can be rotated in the longitudinal and transverse directions in the inner hemisphere 33 of the additional expander.

В результате использования данного устройства можно осуществлять бестраншейную замену трубопроводов с изгибами до 90 градусов.As a result of using this device, trenchless replacement of pipelines with bends up to 90 degrees can be carried out.

Предлагаемое устройство для бестраншейной замены трубопроводов позволит повысить надежность при прохождении криволинейных трубопроводов.The proposed device for trenchless replacement of pipelines will improve reliability during the passage of curved pipelines.

Claims

A device for trenchless replacement of pipelines, containing a pipe-breaking tool with two circular knives mounted against each other and protruding beyond the boundary of the inner surface of the pipe being destroyed by an amount smaller than its wall thickness, an expander to increase the diameter of the well, an additional reamer to increase the diameter of the well, and a traction element made in the form of a cable with elements installed on it, characterized in that each of the elements of the cable is made in the form of a cross, at the end x which is made along a radial groove, in which a roller is mounted on the axes, a figured groove for the cable is made in the center of the crosspiece for its entire thickness, a threaded hole is made in the figured groove in the plane of its cross section and at an angle of 30-60 ° to the ends of the crosspiece, in which the fixing screw is installed, each of the expanders is made in the form of an external hollow hemisphere, in which a hole is made along the axis of symmetry, an internal hollow hemisphere with a shank, paired with it, is placed in the outer hemisphere, in which the pair a ball with it, while the outer hemisphere, the inner hemisphere and the ball are mounted to rotate relative to the axis of symmetry and rotate in the longitudinal and transverse directions relative to each other, while by means of a detachable connection the inner hemisphere of the expander is connected through a shank to the pipe-cutting working body, the hemisphere of the additional expander through the shank is connected to the ball of the expander, the ball of the additional expander is connected to the device for attaching a new pipeline An ode, each of the expanders is equipped with a cover made in the form of a ring attached to the rear wall of the external hemisphere, in the pipe-breaking working body behind the disk knives are mounted against each other and in the same plane of the longitudinal section additional disk knives protruding beyond the boundary of the inner surface of the pipeline being destroyed by an amount greater than the thickness of its wall.