Устройство для очистки внутренней полости трубопровода
Изобретение относится к устройствам для очистки внутренней полости полых изделий, например трубопроводов, и обеспечивает повышение производительности, долговечности, надежности, увеличение срока безаварийной работы устройства. Устройство содержит наконечник с режущими кромками, установленный на валу, реактивную, турбинную и напорные камеры, устройство для вращения вала, патрубок для подачи рабочего агента, например воды, подшипники качения. На валу по его поверхности выполнена спиралевидная канавка для отбрасывания наружу и предотвращения попадания жидкости и твердых фракций из очищаемой полости трубопровода в подшипники качения, на которых установлен вал. 1 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 удаления твердых отложений, требующих значительных по силе механических воздействий. Недостаточная надежность работы золотника, сложная регулировка.
Известно «Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода», изложенное в описании 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 штуцер 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, выполненный 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 1 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:
- не надежно 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 №46687 на полезную модель, 7 МКИ В08В 9/02, Бюл. №21 от 27.07.05.
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.
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 во втулке 16.
Для выполнения работ по очистке внутренней полости трубопровода устройство при помощи штуцера 13 соединяют со шлангом подачи рабочего агента, например воды.
Это устройство принято за ближайший аналог-прототип.
Устройство имеет следующие недостатки.
При работе устройства вал вращается со скоростью 15-20 тыс. об/мин. Между втулкой 16 и валом попадает часть фракций, находящихся в очищаемой устройством трубе, а также жидкость, что приводит к быстрому износу втулки и прекращению работы;
устройства для проведения ремонтных работ и для замены изношенных втулок.
Задача и технический результат заключаются в повышении долговечности, надежности и увеличении срока безаварийной работы устройства.
Это достигнуто совокупностью существенных признаков, находящихся в причинно-следственной связи с техническим результатом.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом устройстве для очистки внутренней полости трубопровода (далее - устройство), содержащем наконечник с режущими кромками, установленный на валу, реактивную, турбинную и напорную камеры, устройство для вращения вала и патрубок для подачи рабочего агента, например воды, отличительным от прототипа признаком является то, что на указанном валу по его поверхности выполнена спиралевидная канавка, работающая как шнек, эффективно отбрасывающая и предотвращающая попадание жидкости и твердых фракций из очищаемой полости трубопровода в подшипники качения, на которых установлен вал вместо быстро изнашиваемых втулок, как это выполнено в прототипе.
Определение прототипа, как наиболее близкого аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном устройстве, которые изложены в формуле.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «новизна» по действующему законодательству.
Результат поиска показывает, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, направленными на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное решение соответствует требованию «изобретательский уровень».
На чертеже - общий вид устройства для очистки внутренней полости трубопровода, продольный разрез, схематично.
Позиции на чертеже обозначают: 1 - наконечник; 2 - режущие кромки наконечника; 3 - вал; 4 - подшипники качения; 5 - реактивная камера; 6 - отверстия, выходящие из реактивной камеры; 7 - турбинная камера; 8 - устройство для вращения вала; 9 - напорная камера; 10 - патрубок; 11 - отверстия для подачи воды под давлением на устройство для вращения вала; 12 - реактивные сопла; 13 - шайба; 14 - шейка вала; 15 - спиралевидная канавка.
Устройство имеет следующее исполнение.
Наконечник 1 с режущими кромками 2 навинчен на вал 3. Вал и его шейка 14 установлены на подшипниках качения 4. Подшипники поджаты шайбами 13.
Турбинная камера 7 выполнена в виде полого цилиндра, на которую навинчена реактивная камера 5 с отверстиями 6. Напорная камера 9 с реактивными соплами 12, с патрубком 10 навинчена на турбинную камеру 7.
В турбинной камере размещено устройство 8 для вращения вала 3.
На валу выполнена спиралевидная канавка 15.
Устройство 8 может быть выполнено в виде лопастей, косозубой шестерни, шнека (не показаны) или иметь другое исполнение.
Наконечник 1 выполнен в виде сменной навинтной головки.
В зависимости от характера, состояния и содержания отложений в полости и на внутренней поверхности трубопровода может быть установлен соответствующий наконечник.
Для выполнения работ по очистке внутренней полости трубопровода устройство при помощи штуцера (не показан), навинчиваемого на резьбу патрубка 10, соединяют со шлангом подачи рабочего агента.
Устройство работает следующим образом.
Рабочий агент (вода, воздух, пар и т.п.) под давлением из патрубка 10 поступает в напорную камеру 9, через отверстия 11 поступает в турбинную камеру 7 на устройство 8, приводя во вращение вал 3 и соединенный с ним наконечник 1. Вытекая через реактивные сопла 12, рабочий агент создает реактивную тягу и продвигает устройство вперед. Далее рабочий агент поступает в реактивную камеру 5, вытекая через отверстия 6, размывает разрушенные отложения вращающемся с большой скоростью наконечником 1.
Вал 1 при работе устройства вращается с большой скоростью 15-20 тыс. об/мин, спиралевидная канавка 15 работает как шнек, эффективно отбрасывает наружу и предотвращает попадание жидкости и твердых фракций, например песка, из очищаемой полости трубопровода в подшипники качения устройства. Спиралевидная канавка, выполненная на валу, и подшипники качения, на которых установлен вал, отсутствуют в приведенных аналогах по патентам РФ на полезные модели №№21154, 43201, этим объясняется повышение долговечности, надежности и увеличение срока безаварийной работы устройства как технический результат.
В сравнении с аналогичными устройства для очистки трубопроводов, заявленное устройство не имеет «капризных» золотников с 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 по очистке длительно бездействующих канализационных трубопроводов. Производительность увеличилась на 5%, повысилась надежность, долговечность, увеличился срок безаварийной работы устройства.
Устройство работает в широком диапазоне давлений от 6 до 200 атм.
Устройство для очистки внутренней полости трубопровода, содержащее наконечник с режущими кромками, установленный на валу, реактивную, турбинную и напорную камеры, устройство для вращения вала и патрубок для подачи рабочего агента, например, воды, отличающееся тем, что на указанном валу по его поверхности выполнена спиралевидная канавка, отбрасывающая наружу и предотвращающая попадание жидкости и твердых фракций из очищаемой полости трубопровода в подшипники качения, на которых установлен вал.
