устройство для вырезки отверстий в действующем трубопроводе и режущий инструмент

Формула изобретения

1. Устройство для вырезки отверстий в действующем трубопроводе, содержащее размещенный в корпусе полый шпиндель, в котором установлены винт и гайка, размещенная на винте, режущий инструмент, механизм вращения шпинделя и механизм осевого перемещения, включающие червячную пару, два зубчатых колеса с неравным количеством зубьев, соосно расположенных на шпинделе с возможностью взаимодействия посредством блока из двух шестерен, связанного с механизмом радиального перемещения указанного блока, при этом первое зубчатое колесо жестко связано с червячным колесом червячной пары, отличающееся тем, что механизм осевого перемещения связан со шпинделем и содержит полый вал, установленный снаружи шпинделя и связанный с ним подвижным в осевом направлении, по меньшей мере, одним шпоночным соединением, и гильзу, жестко связанную со вторым зубчатым колесом и винтом, при этом шпоночный паз для подвижного шпоночного соединения выполнен в полом валу и первом зубчатом колесе, а шестерни блока шестерен выполнены с одинаковым количеством зубьев, причем зубья одной из шестерен выполнены коррегированными.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм радиального перемещения блока шестерен содержит ось, установленную эксцентрично.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком осевого перемещения шпинделя, подвижная часть которого связана с винтом, а неподвижная закреплена на корпусе.

4. Режущий инструмент устройства для вырезки отверстий в действующем трубопроводе, состоящий из центрального сверла и кольцевого сверла, при этом на наружной поверхности центрального сверла выполнены углубления, в которых размещены захватные элементы, выполненные с возможностью радиального перемещения, отличающийся тем, что углубления на наружной поверхности центрального сверла выполнены в виде продольных пазов, соединенных поперечным отверстием, а захватные элементы выполнены в виде загнутых концов пружинного стержня, размещенного в упомянутом поперечном отверстии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортировке жидкостей и газов трубопроводным транспортом и может быть использовано при врезке отводов в действующие трубопроводы.

Известно устройство для вырезания отверстия в действующем трубопроводе, содержащее смонтированный в корпусе шпиндель с режущим инструментом, механизм поступательного и механизм вращательного перемещения шпинделя с двигателем. Механизм поступательного перемещения шпинделя выполнен в виде винта, гайки и двух цилиндров - верхнего и нижнего с резьбой, шаг которой меньше шага винта. Для демонтажа устройства верхний стакан с винтом, а также двигатель выполнены съемными (см. патент РФ №214878, В 23 В 41/08, F 16 L 41/04 от 15.06.1998 г.).

Недостатки устройства: необходимость его частичной разборки при монтаже и демонтажа на трубопроводе, однако выполнять разборку и сборку устройства в полевых условиях достаточно сложно; невозможность осуществления дистанционного контроля за работой, что не обеспечивает безопасности при работе на газонефтепроводах; конструкция инструмента не позволяет удерживать вырезанный из трубы остаток на шпинделе устройства, а это требует дополнительных приспособлений для его удержания.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для вырезки отверстий в действующем трубопроводе (см. патент РФ №2147975, В 23 В 41/08, F 16 L 41/04 от 11.03.1999 г.), содержащее размещенный в корпусе шпиндель, вал которого связан с механизмами его вращения и осевого перемещения, которые объединены и выполнены в виде редуктора, включающего червячную пару, выдвижную каретку (механизм радиального перемещения) с установленным на ней блоком шестерен и два зубчатых колеса, соосно расположенных на валу шпинделя с возможностью взаимодействия между собой посредством упомянутого блока шестерен, при этом первое зубчатое колесо жестко соединено с червячным колесом червячной пары и имеет скользящие шпонки, а второе зубчатое колесо выполнено с количеством зубьев меньшим, чем у первого зубчатого колеса.

Недостатком данного известного устройства являются его большие габариты в силу того, что оно имеет вал шпинделя в виде продолжения шпинделя, в результате к длине шпинделя добавляется длина резьбовой части вала. Такая конструкция требует расположения привода механизмов вращения и осевого перемещения шпинделя на значительном расстоянии от фланцевого крепления устройства на задвижке, что создает неудобство при его монтаже как в горизонтальном, так и в вертикальном положении и исключает его применение в стесненных условиях эксплуатации.

Недостатком данного устройства является также наличие выдвижной каретки для радиального перемещения блока шестерен в направлении зубчатых колес, которая усложняет конструкцию, увеличивает габариты устройства и время на включение и отключение осевого перемещения режущего инструмента. Кроме того, в данном устройстве отсутствует дистанционный контроль за работой устройства, что необходимо при работе на нефтегазопроводах для безопасной работы. В устройстве отсутствует приспособление для удержания остатка трубы после сверления, а это не позволяет сверлить отверстия большого диаметра, что уменьшает технологические возможности устройства.

Известен режущий инструмент устройства для вырезки отверстий в действующих трубопроводах, выполненный комбинированным, состоящий из центрального сверла и кольцевого сверла (см. патент РФ №2148478, В 23 В 41/08, F 16 L 41/04 от 1998 г.). Инструмент выполнен комбинированным для обеспечения сверления отверстий большого диаметра.

Однако данный инструмент не обеспечивает удержания вырезанного остатка трубы, что снижает надежность устройства и безопасность работы.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение технологических возможностей устройства, повышение безопасности работы, надежности устройства и снижение его габаритов и массы.

Поставленная техническая задача решается благодаря тому, что в известном устройстве для вырезки отверстий в действующих трубопроводах, содержащим размещенный в корпусе шпиндель с режущим инструментом, механизм вращения и осевого перемещения шпинделя, включающего червячную пару, два зубчатых колеса с неравным количеством зубьев, соосно расположенных на шпинделе с возможностью взаимодействия между собой посредством блока шестерен, связанного механизмом радиального перемещения указанного блока, при этом первое зубчатое колесо жестко связано с червячным колесом червячной пары, новым является то, что механизм осевого перемещения шпинделя дополнительно содержит установленные в полом шпинделе винт и гайку, размещенную на винте, а также полый вал, установленный снаружи шпинделя и связанный с ним подвижным в осевом направлении, по меньшей мере, одним шпоночным соединением, и полую гильзу, жестко связанную со вторым зубчатым колесом и винтом, при этом шпоночный паз для подвижного шпоночного соединения выполнен в полном валу и первом зубчатом колесе, а блок шестерен состоит из двух шестерен и имеет одинаковое количество зубьев у обеих шестерен, причем зубья одной из шестерен выполнены корригированными. Механизм радиального перемещения блока шестерен содержит вместо выдвижной каретки эксцентричную ось. Устройство дополнительно снабжено датчиком осевого перемещения шпинделя, подвижная часть которого связана с винтом, а неподвижная закреплена на корпусе устройства.

Поставленная техническая задача решается также благодаря тому, что в режущем инструменте, состоящем из центрального сверла и кольцевого сверла, новым является то, что на наружной поверхности центрального сверла выполнены углубления в которых размещены захватные элементы, выполненные с возможностью радиального перемещения.

Углубления на наружной поверхности центрального сверла выполнены в виде продольных пазов, соединенных поперечным отверстием, а захватные элементы выполнены в виде загнутых концов пружинного стержня, размещенного в поперечном отверстии.

Благодаря предложенному конструктивному выполнению устройства, в котором механизм осевого перемещения шпинделя дополнительно содержит винт и гайку, установленные в полом шпинделе, и полый вал, установленный снаружи шпинделя и связанный со шпонкой на шпинделе посредством шпоночного паза, выполненного в полом валу и в первом зубчатом колесе, а также благодаря наличию полой гильзы, связывающей второе зубчатое колесо с винтом, уменьшается длина устройства и соответственно повышается удобство при его монтаже и демонтаже на трубопроводе.

Благодаря тому, что блок из двух шестерен имеет одинаковое количество зубьев у обеих шестерен, а зубья одной шестерни выполнены корригированными обеспечивается необходимое передаточное отношение при минимальном количестве зубьев, а следовательно, минимальном диаметре зубчатых колес, что позволяет уменьшить поперечные размеры и соответственно массу устройства.

Уменьшению габаритов устройства способствует также применение эксцентричной оси у блока шестерен взамен выдвижной каретки, при этом сокращается время на включение и выключение механизма осевого перемещения шпинделя.

Применение датчика осевого перемещения, подвижная часть которого расположена на полой гильзе, связывающей второе зубчатое колесо с винтом, позволяет за счет регистрации количества оборотов гильзы с винтом дистанционно следить за осевым перемещением шпинделя с режущим инструментом во время работы устройства, что повышает безопасность работ.

Конструкция режущего инструмента, состоящего из кольцевого сверла и центрального сверла, на наружной поверхности которого выполнены углубления с размещенными в них захватными элементами, выполненными с возможностью радиального перемещения к оси центрального сверла при заходе в просверленное отверстие и от оси центрального сверла за пределы диаметра отверстия при выходе, позволяет надежно удерживать высверленный кольцевым сверлом остаток трубы. При этом захватный элемент может быть выполнен в виде расположенного в поперечном отверстии на центральном сверле пружинного стержня с загнутыми в сторону упомянутых углублений концами, выступающими за пределы диаметра сверла.

Таким образом, предложенная совокупность конструктивных признаков в заявленном устройстве и режущем инструменте для устройства позволяет решить поставленную техническую задачу.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен продольный разрез заявленного устройства.

Устройство для вырезки отверстий в действующем трубопроводе состоит из корпуса 1, шпинделя 2 с режущим инструментом 3, гайкой 4 и шпонкой 5, установленного снаружи шпинделя 2 полого вала 6 со шпоночным пазом 7, в котором подвижно расположена шпонка 5. Полый вал 6 жестко связан с червячным колесом 8, приводимым во вращение двигателем (не показан), расположенным на оси червяка 9. Винт 10 осевого перемещения шпинделя размещен в полом шпинделе 2, подвижно соединен с гайкой 4 и жестко соединен с цилиндрическим зубчатым колесом 11 посредством полой гильзы 12 и штифта 13. Цилиндрическое зубчатое колесо 14, жестко связанное с червячным колесом 8 и полым валом 6, шпоночный паз которого является продолжением шпоночного паза зубчатого колеса 14, выполнено с возможностью его взаимодействия с зубчатым колесом 11 через блок шестерен 15 и 16, посаженный на эксцентричную ось 17, при этом количество зубьев зубчатого колеса 11 меньше или больше, чем на зубчатом колесе 14, а шестерни 15 и 16 имеют одинаковое количество зубьев, но для обеспечения полного зацепления с зубчатыми колесами 11 и 14 зубья одной из шестерен 15 или 16 выполнены корригированными.

Датчик осевого перемещения шпинделя 2 состоит из подвижной 18 и неподвижной 19 частей. Подвижная часть 18 закреплена на гильзе 12, жестко связанной с винтом 10, а неподвижная часть 19 закреплена на корпусе 1. Режущий инструмент выполнен комбинированным и состоит из кольцевого сверла 20 и центрального сверла 21. На наружной поверхности центрального сверла выполнены углубления 22 с расположенными в них захватными элементами в виде загнутых концов 23 и 24 пружинного стержня 25, установленного в поперечное отверстие 26 сверла 21, при этом загнутые концы 23 и 24 выступают за пределы диаметра сверла 21 и имеют возможность перемещения в радиальном направлении в углублениях 22.

Работа устройства для вырезки отверстий в действующем трубопроводе производится следующим образом.

Устройство фланцем корпуса 1 устанавливают и герметично крепят на фланце задвижки, закрепленной на приваренном к трубопроводу патрубке.

Выводят поворотом эксцентричной оси 17 блок шестерен 15 и 16 из зацепления с зубчатыми колесами 11 и 14. Вращением винта 10 через гайку 4 перемещают шпиндель 2 с режущим инструментом 3 до соприкосновения центрального сверла 21 с поверхностью трубы 27, при этом шпонка 5 скользит по шпоночному пазу 7 полого вала 6 и попадает в шпоночный паз зубчатого колеса 14. Поворотом эксцентричной оси 17 вводят блок шестерен 15 и 16 в зацепление с зубчатым колесами 11 и 14. Фиксируют показания датчика осевого перемещения шпинделя 2 и включают двигатель вращения червяка 9, от которого вращение передается на червячное колесо 8, зубчатое колесо 14, а далее через шпонку 5 - на шпиндель 2 и режущий инструмент 3.

Одновременно через блок шестерен 15 и 16 вращение передается зубчатому колесу 11, количество зубьев которой меньше или больше количества зубьев зубчатого колеса 14, далее - на гильзу 12, штифт 13 и винт 10. Из-за разности количества зубьев колес 11 и 14 скорость вращения винта 10 будет больше или меньше скорости вращения шпинделя 2 и закрепленной в нем гайки 4, в результате происходит перемещение гайки 4 по винту 10. При этом движение шпинделя 2 в сторону трубы 27 обеспечивается направлением витков резьбы винта 10.

Если число зубьев колеса 11 будет меньше, чем у колеса 14, то есть скорость вращения винта 10 будет меньше скорости шпинделя 2, то направление резьбы будет правое, если наоборот - то левое. Величина осевого перемещения шпинделя 2 фиксируется путем счета количества оборотов винта 10, которое обеспечивает закрепленная на гильзе 12 подвижная часть 18 датчика, проходя за каждый оборот мимо неподвижной части 19 датчика.

Режущий инструмент 3 центральным сверлом 21 сверлит вначале центральное отверстие в трубе 27. При подходе захватных элементов - загнутых концов 23 и 24 пружинного стрежня 25, установленного в отверстии 26, - к краю просверленного отверстия, они усилием подачи перемещаются в радиальном направлении к оси сверла 21 в углубления 22 на наружной поверхности сверла 21. После выхода захватных элементов (загнутых концов 23 и 24) из просверленного в трубе 27 отверстия они в силу пружинящих свойств стержня 25 перемещаются от оси сверла 21 и выходят за пределы диаметра просверленного отверстия. После этого кольцевое сверло 20 прорезает стенку трубы, при этом остаток трубы остается на центральном сверле 21 и надежно удерживается упомянутыми выше захватными элементами.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем. Использование предлагаемого устройства позволит значительно уменьшить его массу и габариты, это повысит удобство монтажа и демонтажа устройства на трубопроводе, что особенно важно в полевых условиях, а также расширить технологические возможности устройства. При этом обеспечиваются безопасность работы и эксплуатационная надежность устройства при вырезке отверстий.