Комплекс для очистки трубопроводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

трубопровод робот очистка канализация

Введение

1. Постановка задачи

2. Литературно-патентный обзор аналогов систем для перемещения внутри трубопроводов

2.1 «Pipe Explorer» и «Pipe Crawler»

2.2 ИНСПЕКТОР TYP 1000 - 6000

2.3 TUMO - PIPE CRAWLER для диагностики и очистки всех видов трубопроводов

2.4 Эксплорер

3. Методы диагностики, чистки и ремонта канализационных трубопроводов, существующие на сегодняшний день

3.1 Методы, используемые компанией ООО «Диакан»

3.1.1 Очистка водоотводящих сетей и канализационных колодцев

3.1.2 Телевизионная диагностика канализационных сетей

3.1.3 Ремонт канализационных трубопроводов и прокладка новых

3.2 Методы, используемые ЗАО «Присс»

3.2.1 Прокладка труб методом «гибкого рукава»

3.2.2 Ремонт канализационных сетей методом «Флексорен»

3.2.3 Реконструкция канализационных трубопроводов трубами «Spiro»

3.2.4 Ремонт газовых, водопроводных и канализационных трубопроводов при помощи метода принудительного изгиба

3.3 Восстановление трубопроводов бестраншейным методом

3.4 Санация напорного трубопровода под р. Москва

3.5 Диагностика трубопроводов на Петрозаводском водоканале

4. Разработка конструкции

4.1 Разработка технического предложения

4.2 Эскизное проектирование

4.2.1 Разработка эскизного проекта каретки руки робота

4.2.2 Разработка эскизного проекта механизма подачи энергоносителей к роботу

4.2.3 Разработка эскизного проекта муфты вращающейся электропневматической

4.2.4 Система управления Комплексом

4.3 Техническое проектирование

4.3.1 Техническое проектирование каретки руки робота

4.3.2 Техническое проектирование механизма подачи энергоносителей к роботу

4.3.3 Техническое проектирование муфты вращающейся электропневматической

5. Силовые и прочностные расчёты основных элементов конструкции

5.1 Силовой расчёт каретки руки робота

5.2 Расчёт привода для технологического барабана

5.3 Проверка на прочность шпоночного соединения

6. Маркетинговые исследования

6.1 Сущность маркетинговых исследований

6.2 Рассылка электронных писем посредством интернет

7. Технико-экономическое обоснование разработки

7.1 Цель расчёта и исходные данные

7.2 Расчёт годовых затрат на капитальный ремонт канализационных трубопроводов по существующей технологии

7.3 Расчёт затрат на ремонт канализационных трубопроводов при внедрении комплекса

7.4 Расчёт экономической эффективности от внедрения комплекса

7.5 Расчёт окупаемости проекта с учётом инвестиционных вложений

7.5.1 Внешний инвестор

7.5.2 Обоснование эффективности инвестиционного проекта

8. Охрана труда

8.1 Техника безопасности при работе комплекса

8.2 Промышленная санитария

8.3 Пожарная безопасность

8.4 Организационные мероприятия по безопасной эксплуатации комплекса

9. Влияние утечек канализационных стоков на окружающую среду

Заключение

Список источников

Введение

В настоящее время перед водоканалами стоит проблема проведения работ по диагностике, чистке, ремонту канализационных трубопроводов продолжительной длины и разветвлённой конфигурации. Трубопроводы могут иметь изгибы Г - образной и П - образной формы, большинство из них находятся под землёй и труднодоступны. При этом возникает потребность проводить внутри трубопроводов различные технологические операции, а именно: диагностику состояния внутренней поверхности, ремонт, прочистку, окраску, сварку и т. п. Для этого необходимо обеспечить подачу соответствующей аппаратуры и инструмента к участку обработки внутри трубопроводов.

Для осуществления этих работ необходимы устройства (роботы), способные решать вышеперечисленные задачи.

Таким образом, целью выполняемой работы является разработка и создание устройства (робота), способного перемещаться в трубопроводах сложной формы (как прямолинейных, так и изогнутых) на большие расстояния и нести на себе технологический инструмент и диагностическое оборудование для осуществления требуемых операций (диагностики, ремонта, окраски, очистки и т.д.).

1. Постановка задачи

Основной задачей магистерской диссертации является разработка устройства (робота) для диагностики, чистки и ремонта канализационных трубопроводов продолжительной длины и разветвлённой конфигурации.

Исходя из поставленной задачи, были определены основные требования к устройствам (роботам), которые будут осуществлять всевозможные работы внутри канализационных трубопроводов.

Устройство должно перемещаться в трубопроводах, имеющих следующие геометрические характеристики:

изгиб под углом не менее 90?;

диаметр от 200 мм до 1000 мм;

длину до 50 м.

Устройство должно обеспечивать плавность хода внутри трубопровода за счёт:

выбора привода;

конструкции гибкой части руки робота, которая должна быть жёсткой в осевом направлении и гибкой в поперечном;

оптимального усилия прижима колес робота к стенкам трубы.

Обеспечение скорости движения робота от 1 до 5 м/мин. Небольшие скорости передвижения необходимы для более эффективного отслеживания различных повреждений внутри трубопроводов.

Обеспечение тягового усилия не более 200 Н для необходимого натяга электрических кабелей и пневматических шлангов энергопитания, т.к. устройство (робот) помимо собственной массы нагружено тяжёлым длинным рукавом, в котором расположены кабели (воздушные шланги, электрические кабели).

2. Литературно-патентный обзор аналогов систем для перемещения внутри трубопроводов

Задача литературно - патентного обзора - найти устройства, решающие задачи прохождения и работы внутри трубопроводов продолжительной длины, имеющих изгибы и выбрать прототипы оборудования для решения поставленной задачи.

В настоящее время в промышленно развитых странах всё шире применяют автоматизированное и высокотехнологическое оборудование.

Данная тенденция не обошла и такую отрасль, как создание роботов для работ в трубопроводах.

Работы по созданию роботов, способных перемещаться по трубопроводам любой пространственной конфигурации ведутся в ряде университетов США, Германии и других странах, где создаются макеты и опытные образцы. Однако, промышленно выпускаемых роботов такого типа в настоящее время не существует.

В результате проведенного информационного поиска в различных поисковых системах сети Интернет были найдены устройства, наиболее соответствующие данной поставленной задаче.

В качестве ближайших аналогов выбраны следующие роботы.

2.1 «Pipe Explorer» и «Pipe Crawler»

Желание или потребность в автоматизированном осмотре труб не ограничены канализационными трубопроводами. Автоматизированный осмотр трубопроводов - проблема для каждого типа опасных каналов, которые должны быть осмотрены. Это включает нефте- или газопроводы, трубопроводы в химической промышленности, и системы труб для ядерных средств. Специализированная проблема в последнем случае - дезактивация и списывание атомных электростанций. В Соединенных Штатах Америки, национальная Лаборатория Технологии Энергии начала развитие соответствующей специализированной инспекционной технологии и для дезактивации и для физической, химической, и радиологической характеристики каналов атомной электростанции.

Pipe Crawler (см. рис. 1) был разработан радиологической службой лаборатории для использования как часть осмотра канала под ключ, дезактивации и обслуживания обзора. Технология состоит из колесного робота, или мула, на котором установлен массив тонких Geiger-Muller датчиков. Crawler вручную транспортируется через трубопроводы, используя гибкие стекловолоконные пруты.

Рис. 1. Pipe Crawler

Рис. 2. Pipe Explorer

Система была развита Ассоциацией науки и машиностроения как метод для того, чтобы транспортировать различные инструментальные средства в трубопроводы и трубочки. Система использует пневматическую трубчатую мембрану, чтобы буксировать лучевые датчики и видео камеры в каналы. Пластиковая мембрана обеспечивает чистоту трубопровода, через который транспортируются датчики (см. рис. 3).

Рис. 3. Внешний вид конструкции

Таблица 1. Основные технические характеристики

Линейная скорость	625 мм/сек в плоскости X-У, 125 мм/сек в плоскости Z, 250 мм/сек в дополнительной плоскости.
Воспроизводимость	0,05 мм) X-Y, (0,025 мм) Z.
Конфигурация	Оргстекло (безупречная доступная сталь), корпус, поддерживаемый в низкой обратной реакции, сверхпрочный алюминиевый каркас.
Материалы	Высококоррозионностойкие.
Опции	Поворотный стол, вращающее устройство, двойные трубы поиска (через передачу).
Обновления	Активный (управляемые компьютером диски двигателя) контроль или пассивное (добавочное кодирующее устройство) обновление, также доступное. Обновления корпуса преобразование существующего управления и/или системы приобретения данных к полностью компьютеризированному просмотру, основанному на отображении и системе анализа данных.

2.2 ИНСПЕКТОР TYP 1000 - 6000

ИНСПЕКТОР TYP 1000-6000 - это система для осмотра и внутреннего обслуживания систем трубопроводов размерами 45-900 мм, которая также выполняет заключительный осмотр перед запуском трубопровода или началом диагностики.

ИНСПЕКТОР гарантирует безопасность трубопровода через своевременное обнаружение дефектов, таких как дефекты сварных швов, коррозия, эрозия, трещины, депозиты, дефектное покрытие интерьера и т.д. Это позволяет избежать непредвиденных сбоев. Поэтому время обслуживания и ремонта могут быть определены точно, с минимизацией времени.

Стандартный ИНСПЕКТОР состоит из движущегося модуля с тремя движущимися элементами и двумя двигателями постоянного тока каждый (см. рис. 4). Ролики трения со специальным резиновым покрытием прижаты к стенкам трубопровода регулируемой предварительной нагрузкой. Давление контакта создается пневматически или пружинами.

Три движущихся элемента гарантируют толчок до 200 м в горизонтальном и вертикальном направлении, в то время как канал соединяется вплотную, изгибы в 90° с радиусами в 1,0 диаметр могут быть также преодолены.

Адаптеры для сварки, размола, измельчения, проверки и захвата возможно применять совместно с ИНСПЕКТОРОМ. Таким образом, часто возможно восстанавливать повреждения в трубопроводе и, следовательно, одновременно с осмотром.

Рис. 4. Гибкий манипулятор размола (D 220 - 270 мм) с 3 движущимися элементами и одной головкой размола



Рис. 5. Измельчающий манипулятор

Рис. 6. 6 дюймовый инспекционный манипулятор с видео головкой, 3 движущимися модулями и кабелем из стекловолокна

Наиболее важные преимущества ИНСПЕКТОРА:

гибкая, самоходная конструкция;

преодоление изгибов (1,0 D);

возможность двигаться в вертикальных трубопроводах;

возможность преодолевать длинные трубопроводы (приблизительно 1 км);

возможность двигаться в трубопроводах маленького диаметра (от 76 мм);

наличие высококачественной цветной камеры с автоматической или ручной фокусировкой и 10-кратным увеличением;

изменения диаметра и ответвления в пределах трубопроводов могут быть преодолены;

подземные трубопроводы могут быть осмотрены;

инспекционный робот может быть введен в трубопровод посредством открытого клапана или ему подобного.

2.3 TUMO - PIPE CRAWLER для диагностики для очистки всех видов трубопроводов

Запатентованный TUMO-PIPE CRAWLER (см. рис. 7) независимый, с гидравлическим управлением робот, который предназначен для диагностики и очистки всех видов трубопроводов. Гидравлическая жидкость может быть основана как на минеральном, так и на растительном масле, или также на лучшей чистой воде. Использование чистой воды в качестве гидравлической жидкости дает большие выгоды, например в случае утечек в системе.

Первоначальная идея относительно этого изобретения была рождена в то время как возникла проблема вырезки корней деревьев из каналов сточных вод. Решение этой задачи TUMO-PIPE CRAWLER'ом, является превосходящим по сравнению с его конкурентами. Только естественно, что приложения этого робота намного более обширны, чем только вырезка корней. TUMO-PIPE CRAWLER является также единственным устройством на рынке, разработанным для этой цели, которое может быть оборудовано легкой видеокамерой, допускающей оперативный контроль работы.

Рис. 7. TUMO-PIPE CRAWLER

TUMO-PIPE CRAWLER был разработан в сотрудничестве с Гидравлическим Отделом Технического Университета г. Тампере. TUMO-PIPE CRAWLER'ы используются и в Финляндии, и в Швеции, и они оказались очень надежными. TUMO- PIPE CRAWLER может быть встроен в полностью независимый модуль на трейлере с бензиновым двигателем. Это позволяет очень широко использовать данное устройство.

2.4 Эксплорер

Проектная команда Эксплорера в составе NREC с Нью-Йоркской Газовой Группой (NYGAS), НАСА и Министерством поставила следующую задачу: произвести телевизионный беспроводной видео осмотр дальнего действия действующих газовых магистралей.

Проблема: старение газовых линий и неэффективность инспекционных систем.

Диагностика и ремонт газовых линий стоят более чем 650 миллионов долларов в год в одних США, частично из-за неспособности оценить самый рентабельный подход ремонта. Диапазон существующих инспекционных систем слишком мал, они требуют привязи, трудно разворачиваемые, имеют трудность в работе с действующими линиями, не могут пройти через изгибы газовых линий, не могут осмотреть и 6-ти и 8-ми дюймовые линии.

Решение: Эксплорер.

Система (см. рис. 8) разрабатывается беспроводной, газовая линия обследуется визуальной инспекционной системой робота, которая обеспечивает видео в реальном времени изнутри линии, может быть развернута на действующих линиях, и может пройти через все углы и изгибы, а также 6-ти и 8-ми дюймовые линии. Система обеспечивает отображение высокого качества внутренней части газовых магистралей, чтобы оптимизировать как ремонт, так и профилактическое обслуживание. Потенциальные сбережения - 25 % к 50 % по обычным методам замены, равносильным десяткам миллионов долларов ежегодно.

Рис. 8. Эксплорер

Выгоды:

действующий трубопровод, визуальный осмотр дальнего действия для коррозии, утечки и развалин в одном доступе;

профилактическое обслуживание и планирующая работу система для городских линий распределения;

потенциал, чтобы уменьшить дорогостоящую ежегодную чрезвычайную утечку в высоко населенных столичных и городских областях;

большой потенциал для сокращения стоимости ремонта через надлежащий выбор метода ремонта, основанный на визуальном осмотре, применимом ко многому критическому положению в национальном масштабе.

Эксплорер будет иметь следующие преимущества перед существующими системами осмотра газовой магистрали:

путешествия на более длинные расстояния от одного доступа, не прерывая обслуживание;

может пройти прямо и через изгибы трубопровода;

самоходный и в 6-ти (150 мм) и в 8-ми (200 мм) дюймовых газовых магистралях;

относительно маневренный;

беспроводной.

Цель проекта Эксплорера состоит в том, чтобы развить беспроводной видео осмотр дальнего действия действующих газовых магистралей распределения, которые могут пересечь 2 500 футов (760 мм) и диаметром 6-8 дюймов (150-200 мм) трубопровод с изгибами. Работа ведется в действующей газовой магистрали из стали, чугуна или пластмассы с низким или средним давлением с живым управлением и обратной видео связью. Робот должен передвигаться точно, быть восстановимым после отказа или неудачи и требовать только одного оператора. Участники проекта развивают опытный образец как систему для доступа к действующей газовой магистрали с беспроводным видео и связью данных с перезаряжающейся батареей.

В результате информационного поиска аналогов, проведенного в различных поисковых системах сети Интернет, было выявлено следующее.

Исследования и разработки в области создания змеевидных роботов для перемещения в трубопроводах сложной формы ведутся во многих промышленно развитых странах (Германия, США, Япония и др.). Большинство из этих разработок относится к нескольким последним годам.

Позиционируются эти роботы их разработчиками как устройства для проведения различных операций в труднодоступных местах сложных трубопроводов (ремонт, диагностика, поиск опасных предметов, предотвращение утечек, аварий).

Однако большинство найденных аналогов представляют собой университетские разработки, макеты и опытные образцы, существующие в нескольких экземплярах.

3. Методы диагностики, чистки и ремонта канализационных трубопроводов, существующие на сегодняшний день

3.1 Методы, используемые компанией ООО «Диакан»

3.1.1 Очистка водоотводящих сетей и канализационных колодцев

Для Санкт-Петербурга характерно устройство канализационных сетей с минимальными уклонами, что способствует накоплению осадка в канализационных трубах и колодцах (см. рис. 9). Поэтому одной из главных проблем в ходе эксплуатации канализационной сети является ее своевременная и эффективная прочистка.

Рис. 9. Загрязнённые канализационные трубопроводы

До 1968 г. в Санкт-Петербурге прочистка сети производилась только механическим и гидравлическим способами. Но эти способы малоэффективны и имеют низкую производительность. В настоящее время актуально использовать гидродинамический способ очистки. Именно так при помощи машин «Мерседес-Бенц» и КАМАЗ-53213 (см. рис. 10) ООО «Диакан» прочищает канализационные сети. Для очистки канализационных колодцев используются илососные машины ЗИЛ «КО -510» и КАМАЗ-«КО-507-А».



Рис. 10. КАМАЗ-53213

Используемые технологии по диагностике и ремонту канализационных сетей требуют обязательной очистки при заиленности более 30 %. ООО «Диакан» успешно производит данные работы.

Проблема очистки канализационных сетей рано или поздно встает перед каждым работающим предприятием.

ООО «Диакан» готово оперативно своей спецтехникой прочистить канализационные трубы Ш от 100 мм до 600 мм при любой степени заиленности гидродинамической машиной давлением до 200 атм.

Нет проблем также с очисткой канализационных колодцев и жироловушек на пищевых предприятиях. Мы очистим Ваши колодцы и сдадим их содержимое на утилизацию.

3.1.2 Телевизионная диагностика канализационных сетей

«Предупрежден - значит вооружен!» - этот девиз определяет задачу телевизионной диагностики трубопроводов.

Рис. 11. Телевизионная диагностика

Телевизионные методы диагностики сетей (см. рис. 10) в настоящее время могут решать следующие задачи:

определять техническое состояние трубопроводов различного назначения диаметром от 50 мм до 2000 мм из любого материала;

приемка новых канализационных, водопроводных и других трубопроводов, а также приемка после ремонта сетей;

выбор дефектных участков коллекторов для капитального и выборочного ремонта;

регулярный контроль трубопроводов в процессе их эксплуатации для выявления их предаварийного состояния;

находить засыпанные грунтом или заасфальтированные крышки шахт и колодцев;

составление паспортов (дефектных карточек) технического состояния трубопроводов.

Работы осуществляются оригинальной телевизионной установкой «Филин» (см. рис. 12), - собственной разработкой ООО «Диакан».

Рис. 12. Телевизионная установка «Филин»

Результаты TV обследования передаются Заказчику в виде:

TV запись внутреннего изображения трубы на информационном носителе (видеокассета, диск), карта телевизионного обследования, где по 4-х балльной системе определяется состояние труб сети;

заключение о состоянии трубопровода и рекомендации по дальнейшей эксплуатации или ремонту.

Заключение, выданное ООО «Диакан», принимается ГУП «Водоканал СПб» при приемке в эксплуатацию сетей.

3.1.3 Ремонт канализационных трубопроводов и прокладка новых

ООО «Диакан» успешно применяет как траншейный, так и бестраншейный ремонт канализационных сетей (см. рис. 13). Метод ремонта определяется по согласованию с Заказчиком.

Рис. 13. Ремонт канализационных трубопроводов

Надежное водоотведение и водоснабжение, как известно, обеспечиваются выполнением различных технических и организационных мероприятий. Важнейшее из них - своевременный капитальный ремонт и восстановление изношенных участков канализационных сетей.

До недавнего времени ремонт сетей осуществлялся в основном открытым способом: для восстановления разрушенных или изношенных участков вскрывали дорожное полотно, газоны, в некоторых случаях сносили зеленые насаждения, закрывали транспортные потоки и т.д., а после работ восстанавливали нарушенную окружающую среду. Альтернативой открытому способу являются закрытые методы ремонта. Бестраншейные технологии являются высокоэффективными. Особенно в городских условиях. В настоящее время в мире 95 % всего объема работ по сооружению подземных инженерных коммуникаций производится этими методами. За рубежом во многих городах прокладка инженерных коммуникаций открытым способом запрещена. Существуют различные методы по ремонту и санированию трубопроводов, применяемые в нашем городе.

ООО «Диакан» при бестраншейном ремонте канализационных трубопроводов применяет метод, основанный на разрушении (метод разрушения) существующей дефектной трубы и замене ее новой, максимально большого диаметра. Этот метод реализуется с помощью пневмопробойника - пневматической машины ударного действия, предназначенной для проходки скважин в грунтах различных категорий, разрушения старых трубопроводов, забивания в грунт стальных труб и шпунта. В качестве нового трубопровода «Диакан» использует короткие патрубки длиной до 1,5 метров (чаще всего 0,5м), монтаж которых выполняется из колодца с помощью резьбовых соединений. Лебедка, соединенная тросом с пневмопробойником, - это вспомогательное устройство, предназначенное только для обеспечения направленного движения пневмопробойника. В противном случае пневмопробойник может отклониться от оси старой трубы и уйти в сторону (в грунт).

После производства ремонтных работ производится промывка трубопровода и телевизионный осмотр для подтверждения качества выполненных работ.

Данный метод разрушения позволяет отремонтировать участки канализационных сетей, имеющих небольшие провалы и смещение труб относительно друг друга (до 0,25 Dy). Если на участке трубопровода есть большие провалы и восстановить его указанным методом не удается. То производят локальную раскопку трубы и ее замену традиционным способом.

3.2 Методы, используемые ЗАО «Присс»

3.2.1 Прокладка труб методом «гибкого рукава»

Позволяет обходиться без рытья траншей, не препятствует движению транспорта и не причиняет больших неудобств горожанам (см. рис. 14).

Метод экономит время и деньги, т. к. не требует применения громоздкой техники и оборудования. Метод дешевле традиционного при различных условиях от 10 до 45 %.

Рис. 14. Метод гибкого рукава

В течение дня можно восстановить до 400 метров трубопровода.

Метод применяется для восстановления газовых, химических и канализационных трубопроводов, т. к. "чулок" (см. рис. 15) состоит из кислотоупорного поливолокна, спрессованного с резиной.

Рис. 15. «Чулок»

Образовавшаяся внутри старой полости новая труба способна противостоять значительным механическим воздействиям, имеет гладкую и ровную внутреннюю поверхность, гарантирующую максимальную защиту от течей, неподверженную аккумуляции осадка. "Чулочный" метод идеален для всех типов труб диаметром от 75 до 2000 мм. Трубы могут быть круглые, овальные, яйцеобразные или квадратные. В любом случае новая труба примет туже форму, что и старая.

3.2.2 Ремонт канализационных сетей методом «Флексорен»

Новая, надежная труба вставляется внутрь старой, и нет необходимости вскрывать асфальт (см. рис. 16). Отдельные трубы длиной 6-10 метров соединяются с помощью электросварки методом SWJ.

Рис. 16. Метод «Флексорен»

Преимущества метода:

Можно прокладывать сотни метров ежедневно.

Канализация может быть восстановлена в самые короткие сроки, какие только возможны.

Ремонт причинит неудобства окружающим только на короткое время.

Специальная организация движения автотранспорта не требуется.

Экономия затрат во время производства работ.

Гладкая внутренняя поверхность пластмассовых труб, даже меньшего диаметра, полностью способна обеспечить необходимую пропускную способность.

Ремонт канализационных сетей методом "Флексорен" требует обязательного ТВ-обследования и промывки трубопровода.

3.2.3 Реконструкция канализационных трубопроводов трубами «Spiro»

Наиболее удачный способ ремонта канализационных трубопроводов большого диаметра и водопропускных труб, изготовленных из бетона или стали. В зависимости от диаметра трубы «Spiro» (см. рис. 17) могут соединяться сваркой, муфтами или резьбовыми соединениями.



Рис. 17. Трубы «Spiro»

Требования заказчика являются самым важным для нас условием, и мы всегда можем разработать систему соединения, отвечающую всем пожеланиям клиента.

Укладка труб осуществляется экскаватором и создает наименьшие неудобства во время проведения работ.

3.2.4 Ремонт газовых, водопроводных и канализационных трубопроводов при помощи метода принудительного изгиба

Рис. 18. Метод принудительного изгиба

Старые чугунные, бетонные и иные трубы заменяют новыми большими или такого же диаметра пластиковыми трубами (см. рис. 18).

Преимущества по сравнению с традиционным методом:

Короткое время установки.

Большая скорость работ: 20-30 м/час.

Малые размеры входного и выходного колодца.

Экономность, небольшой размер земляных работ.

Поскольку машина идет внутри трубы, то отсутствует опасность, что будут повреждены другие трубы и кабели, находящиеся в земле.

При работах по принудительному изгибу применяют ударно-сверлильный аппарат "Грундокрак". Аппарат "Грундокрак" протягивают сквозь старую трубу, ломая и сдвигая обломки в сторону, одновременно протягивая новую трубу.

Диаметры труб, для которых применяется метод принудительного изгиба, - от 250 до 1200 мм.

3.3 Восстановление трубопроводов бестраншейным методом

На рис. 19 схематично показано, как проходит процесс восстановления трубопроводов методом бестраншейной технологии, где 1 - стартовый котлован; 2 - полимерная труба; 3 - старая труба; 4 - оголовок полиэтиленовой трубы; 5 - трос; 6 - лебедка.

Рис. 19. Метод бестраншейной технологии

Метод восстановления трубопроводов заключается в замене старой технически изношенной (металлической, железобетонной, керамической) трубы на новую полимерную трубу из ПЭ или ПВХ путем протяжки ее вовнутрь восстанавливаемой.

Данный способ целесообразно применять для ремонта технически изношенных трубопроводов в стесненных условиях и местах с высокой концентрацией инженерных коммуникаций.

Перед началом восстановительных работ, для определения состояния ремонтируемого трубопровода, проводится осмотр его внутренней поверхности при помощи портативной телевизионной установки (см. рис. 20).

Рис. 20. Портативная телевизионная установка

Как правило, чаще всего применяются ПЭ трубы, соединенные в плеть стыковой сваркой с использованием специального оборудования (см. рис. 21).

Рис. 21. Стыковая сварка

Сварку ПЭ труб можно производить как на дневной поверхности, так и непосредственно в стартовом котловане с ее последующим затягиванием лебедкой в старый, предварительно подготовленный трубопровод (см. рис. 22).

Рис. 22. Сварка в стартовом котловане

При проведении плановых работ по бестраншейной замене трубопроводов на ПЭ, участок длиной 100 м можно отремонтировать за 2-3 дня, причем непосредственно протягивание новой трубы и ее подключение занимает, как правило, не более 5-6 часов.

Применение данного метода позволяет существенно сократить время ремонта водопроводных и канализационных сетей, значительно увеличить срок их эксплуатации (до 50 лет).

При восстановлении водопроводных сетей полимерными трубами полностью устраняются утечки на отремонтированных участках, уменьшается образование отложений на внутренней поверхности трубопроводов, исключается химическая и электрохимическая коррозия труб.

При ремонте канализационных сетей, полимерные трубопроводы имеют следующие преимущества, перед керамическими или железобетонными: значительно меньшая шероховатость поверхности, высокая стойкость к истиранию, не подвержены газовой (сероводородной) коррозии.

Этим методом можно ремонтировать самотечные трубопроводы диаметром 100-1200 мм, и напорные трубопроводы диаметром 76-700 мм. Диаметр новых полиэтиленовых труб (наружный) 50-1000 мм (при использовании труб отечественного производства).

Преимущества полиэтиленовых труб в сравнении с чугунными и стальными:

Полиэтиленовые трубы имеют значительно больший срок эксплуатации, чем стальные или чугунные. Следует учитывать, что срок службы стальных трубопроводов, разрушающихся, как правило, в результате коррозии, в среднем составляет 10-15 лет. Сборные, чугунные водоводы выходят из строя чаще всего в осенне-весенний период из-за подвижки грунтов, а также в результате гидроударов. Полиэтиленовые трубопроводы не подвержены коррозии и не боятся подвижек грунта. Срок службы полиэтиленовых трубопроводов может составить до 50 лет.

При протаскивании или проталкивании полиэтиленовая труба может повторять изгибы старого трубопровода с радиусом кривизны более 120 диаметров полиэтиленовой трубы. Это совершенно невозможно при прокладке стальных труб.

Вес полиэтиленовой трубы в 2-3 раза меньше чем вес стальной трубы, что значительно уменьшает усилия необходимые для протаскивания или проталкивания трубы.

При сварке стальных труб на внутренней поверхности образуются наплывы металла (грат), которые ухудшают гидравлические характеристики трубопровода и способствуют его засорению. Грат с внутренней поверхности полиэтиленовых труб при необходимости несложно удалить.

Шероховатость полиэтиленовых труб (0,008-0,040 мм) значительно меньше, чем шероховатость стальных (0,1-1,5 мм) или чугунных (1-3 мм). Как показывает практика, шероховатость старых стальных труб составляет до 5-10 мм и более. Малая шероховатость полиэтиленовых труб в значительной степени компенсирует уменьшение диаметра трубопровода при протаскивании полиэтиленовой трубы меньшего диаметра в стальную.

Более высокая стоимость полиэтиленовых труб по сравнению со стальными трубами компенсируется в несколько раз большим сроком службы (до 50 лет) и отсутствием затрат на аварийно-восстановительные работы и повторные перекладки трубопровода.

Преимущества метода бестраншейной технологии:

Проведение ремонтно-восстановительных работ без разрушения дорожного покрытия, инженерных коммуникаций и зеленых насаждений;

возможность восстановления сильно разрушенных трубопроводов;

высокая устойчивость к абразивному износу;

сжатые сроки выполнения работ;

продолжительный, более 50 лет, срок эксплуатации;

низкая себестоимость работ позволяет сократить вложение денежных средств почти на 50%, по сравнению с традиционными способами;

компактность, мобильность, автономность;

скорость, надежность, качество (скорость проведения работ зачастую достигает 100 м уложенного трубопровода в сутки);

преимущества при производстве работ в условиях современного города;

высокая эффективность при строительстве участков сетей проходящих вдоль городских улиц, особенно когда речь идет о центральных благоустроенных улицах и площадях крупных городов, насыщенных большим числом коммуникаций, загруженных активным движением транспорта и пешеходов;

минимализация ущерба, наносимого городской инфраструктуре и требующего затрат на восстановительные работы;

сведение к минимуму таких негативных факторов, как создание неудобств движению пешеходов и транспорта, нарушение асфальтового покрытия улиц, нанесение ущерба ландшафту, зеленым насаждениям, элементам городской архитектуры и т.д.;

экологическая чистота применяемых при бурении материалов, отсутствие необходимости во внешних экскавациях грунта, исключение нанесения ущерба флоре и фауне водоемов;

универсальность применения технологии для выполнения широкого спектра задач, включая строительство водопроводов, дренажных систем, сетей напорной, самотечной и ливневой канализации, а также их санацию и замену методом динамического разрушения существующих с использованием специального инструмента.

3.4 Санация напорного трубопровода под р. Москва

Впервые в России и Европе уникальный опыт ремонта канализационного трубопровода под руслом р. Москвы диаметром 1.4 метра специалистами Мосводоканала.

Система водоотведения города Москвы - это сложный комплекс инженерных сооружений, состоящий из напорных и самотечных сетей, насосных станций и очистных сооружений. В настоящий момент в эксплуатации у МГУП "Мосводоканал" находится свыше 7000 км канализационных сетей, более 600 км из которых - сети напорной канализации. Особое внимание уделяется дюкерам через различные водные объекты, построенные, как правило, из стальных труб. (Дюмкер - нем. Dьker, напорный трубопровод, сооружаемый при пересечении водоводом реки, канала, дороги и т. п.).

Одним из таких сооружений является дюкер напорного трубопровода диаметром 1400мм от Саввинской насосной станции под р. Москва в районе пешеходного Пушкинского моста.

Саввинская канализационная насосная станция (КНС) расположена в Центральном административном округе по адресу: Саввинская набережная, дом 7, стр. 1.

Станция введена в эксплуатацию в 1958 году с проектной производительностью 540 тыс. м3/сутки и обеспечивает перекачку сточных вод от бассейна канализования, охватывающего территорию жилой и промышленной застройки частей Центрального, Северо-западного и Северного округов города Москвы с общей численностью населения более 500 тыс. человек. Сточные воды поступают на станцию по двум подводящим каналам диаметром 2500 и 2600мм и перекачиваются по системе трех напорных трубопроводов в самотечные Юго-западные каналы, берущие начало на правом берегу реки Москва в районе пересечения Титова проезда и Ленинского проспекта. Далее сточные воды транспортируются на Курьяновские очистные сооружения. На сегодняшний момент объем перекачиваемых стоков Саввинской КНС составляет 350 тыс. м3/сутки.

Рассматриваемый участок напорного трубопровода диаметром 1400мм построен в 1958 году, имеет длину 299, 5 п.м., глубину заложения до 6 метров и начинается на левом берегу р. Москва в районе Пушкинского моста (Фрунзенская наб.), проходит под руслом реки Москва и заканчивается на Пушкинской набережной (территория ЦПКиО).

Исходными данными для рассмотрения возможных вариантов санации трубопровода послужило его техническое состояние, определяемое по результатам регулярно проводимой специалистами МГУП "Мосводоканал" технической диагностики с использованием современных инструментальных методов контроля, включая водолазные работы. По результатам диагностики было установлено, что фактическая толщина стенок стального трубопровода достигла 5-6мм.

Специалистами МГУП «Мосводоканал» рассматривались различные варианты реновации напорного водовода. Учитывая территориальное расположение объекта, насыщенность подземного пространства коммуникациями, наличие проезжей части с интенсивным движением и парковой зоны на правом берегу р. Москва, предпочтение отдавалось бестраншейным методам ремонта, которые значительно уменьшают объем земляных работ и не приводят к перекрытию судоходного русла реки Москвы, как в случае с традиционным способом прокладки дюкеров.

В итоге за основу было принято проектное решение, предусматривающее санацию дюкера методом «полимерного рукава».

Данный метод является одним из наиболее перспективных на сегодняшний день способов восстановления самотечных и напорных трубопроводов.

Сущность метода - это введение в старый трубопровод "полимерного рукава" выполненного из мягкого материала, пропитанного тем или иным видом смолы, с последующим отвердением пропиточной композиции. При данной технологии практически отсутствует ограничение по диаметру санируемого трубопровода, т.е. восстанавливать можно трубопроводы диаметром от 150 до 3000 миллиметров. При этом длина санируемого трубопровода может доходить до 500 метров. Главным преимуществом метода является практически полное сохранение «живого», рабочего сечения трубопровода, что минимизирует потери пропускной способности.

"Полимерный рукав" состоит из одного или нескольких слоев полиэфирного фетра, которые сшиваются в рукав и спаиваются между собой. Внутренний слой представляет собой более плотный фетр ламинированный специальным защитным покрытием. При этом внутренняя поверхность приобретает водоотталкивающие свойства. Толщина "полимерного рукава" рассчитывается в соответствии с глубиной заложения трубы, степенью внешней нагрузки и технического состояния существующего трубопровода. В цифровом выражении толщина стенки "полимерного рукава" может составлять от 6 до 50 миллиметров.

Каждый "полимерный рукав" сшивается непосредственно для восстанавливаемого участка.

Основные этапы работы:

Отключение участка трубопровода. Выполняется путем изменения режимов работы насосных агрегатов и напорных трубопроводов Саввинской КНС.

Подготовительные работы. Как уже было сказано, при использовании метода "полимерный рукав" значительно уменьшается объем земляных работ, поэтому для всего процесса санации потребовалось устройство всего двух небольших котлованов: монтажного - на Фрунзенской набережной и приемного - на Пушкинской набережной. Через эти котлованы и выполнялись все необходимые операции, включая водолазные работы.

Прочистка трубопровода. Работы по прочистке дюкера проводились под особым контролем специалистов МГУП «Мосводоканал, так как качество очистки и подготовки поверхности старой трубы во многом обеспечивало успешные последующие работы по устройству "полимерного рукава". Для выполнения этих работ были задействованы две специальные каналоочистительные машины, а также водолазное оборудование и снаряжение.

Санация. В данном случае, для повышения надежности работы санируемого трубопровода была применена следующая схема. В предварительно очищенный трубопровод при помощи специальной лебедки был протянут первый (пилотный) рукав. После этого, в него под действием давления столба воды, создаваемого при помощи специальной оснастки, методом инверсии (выворот) было выполнено протаскивание второго рукава. Отвердение (полимеризация) достигается за счет прогрева воды использованной для установки "рукава" до температуры 90ОС. Весь процесс полимеризации занял около 3 суток.

Работы по диагностике, прочистке и санации выполняются без полного опорожнения трубопровода, чтобы исключить возможность его "всплытия" или деформации.

Диагностика. После отвердения "полимерного рукава" было выполнено обследование внутренней поверхности трубопровода при помощи теледиагностического модуля, подтвердившее качественное выполнение работ по санации.

Полный комплекс работ по санации участка напорного трубопровода с момента разработки проектно - сметной документации был выполнен в течении 4 месяцев.

Своевременное выполнение работ по санации участка напорного трубопровода диаметром 1400 мм позволило повысить надежность работы такого важного звена в системе Московской канализации как Саввинская насосная станция, исключив в обозримом будущем возможные проблемы и аварийные ситуации в одном из самых красивых и живописных районов Москвы.

Метод "полимерный рукав" и другие современные бестраншейные технологии восстановления трубопроводов уже давно нашли свое применение в практике МГУП "Мосводоканал". Такими методами ежегодно восстанавливается более 60 км канализационных сетей. Увеличение объемов этих работ заложено в схему развития систем водоснабжения и канализации города Москвы до 2020 года.

3.5 Диагностика трубопроводов на Петрозаводском водоканале

На Петрозаводском водоканале широкое распространение получили акустический и телевизионный методы диагностики трубопроводов.

Посредством акустической диагностики течеискателями осуществляется поиск и ликвидация утечек водопровода без раскопки траншей большой протяженности, и обеспечивается возможность ремонта с локальной раскопкой в установленном месте.

Рис. 23

Для целей телевизионной диагностики применяется специальный роботехнический комплекс (см. рис. 23). Это аналоговая система на базе колесного самоходного робота «Р-100» с поворотной видеокамерой. Перемещаясь в трубе, робот осуществляет передачу видеоизображения ее внутренней поверхности на монитор оператора. После обработки полученного материала, специалисты могут сделать объективное заключение о техническом состоянии сети.

Данный метод позволяет достоверно оценить состояние трубопровода, характер разрушений, что дает возможность оперативно принять решение по дальнейшей эксплуатации трубопровода, определить первоочередные задачи по ремонту, профилактике и предупреждению аварийных ситуаций. Кроме того, имея архив видео и фотоматериалов, можно с достаточно высокой степенью вероятности спрогнозировать возникновение аварийной ситуации на конкретном участке сети по имеющимся деструктивным признакам. В результате сокращаются сроки ремонта и значительно экономятся средства.

При приемке завершенных строительством работ данный метод позволяет выявить наличие посторонних предметов и песка в построенном трубопроводе, выполнить проверку качества соединения труб, и таким образом обеспечить повышение надежности, принимаемых новых трубопроводов.

В канализации указанный способ диагностики позволяет также выявить зарытые колодцы и определить схемы прокладки трубопроводов, например, для восстановления утраченных схем инженерных коммуникаций, а также обнаружить несанкционированные врезки.

4. Разработка конструкции

4.1 Разработка технического предложения

После проведения поиска аналогов было разработано техническое предложение на создание Комплекса, на основании которого составлено техническое предложение на разработку опытного образца Комплекса для диагностики, чистки и ремонта внутренних поверхностей канализационных трубопроводов.

Согласно ГОСТ 2.118-73, техническое предложение - совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования разработки документации изделия на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений изделий, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентные исследования.

Техническое предложение разрабатывается с целью выявления дополнительных или уточненных требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др.), которые не могли быть указаны в техническом задании, и это целесообразно сделать на основе предварительной конструкторской проработки и анализа различных вариантов изделия.

Перечень работ, выполняемых на стадии технического предложения, устанавливается на основе технического задания и определяется разработчиком в зависимости от характера и назначения изделия.

В общем случае при разработке технического предложения проводят следующие работы:

выявление вариантов возможных решений, установление особенностей вариантов (принципов действия, размещения функциональных составных частей и т.п.), их конструкторскую проработку. Глубина такой проработки должна быть достаточной для сравнительной оценки рассматриваемых вариантов;

проверку вариантов на патентную чистоту и конкурентоспособность, оформление заявок на изобретения;

проверку соответствия вариантов требованиям техники безопасности и производственной санитарии;

сравнительную оценку рассматриваемых вариантов. Сравнение проводится по показателям качества изделия, например, надежности, экономическим, эстетическим, эргономическим. Сопоставление вариантов может проводиться также по показателям технологичности (ориентировочной удельной трудоемкости изготовления, ориентировочной удельной материалоемкости и др.), стандартизации и унификации. При этом следует учитывать конструктивные и эксплуатационные особенности разрабатываемого и существующих изделий, тенденции и перспективы развития отечественной и зарубежной техники в данной области, вопросы метрологического обеспечения разрабатываемого изделия (возможности выбора методов и средств измерения). Если для сравнительной оценки необходимо проверить принцип работы различных вариантов изделия, а также сравнить их по эргономическим и эстетическим показателям, то могут быть изготовлены макеты;

выбор оптимального варианта (вариантов) изделия, обоснование выбора;

установление требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др.) и к последующей стадии разработки изделия (необходимые работы, варианты возможных решений, которые следует рассмотреть на последующей стадии и др.);

подготовку предложений по разработке стандартов (пересмотр или внесение изменений в действующие стандарты), предусмотренных техническим заданием на данной стадии.

Выявление недостатков ближайшего аналога

По результатам поиска аналогов было выявлено, что ближайшим аналогом является Эксплорер, осуществляющий беспроводной видео осмотр дальнего действия действующих магистралей.

Недостатки Эксплорера:

узко специализированная система, предназначенная только для диагностики;

использование видеокамеры с беспроводным сигналом - это, во-первых, очень дорогая система, во-вторых, такая видеокамера подвержена помехам в большей степени, чем обычная проводная видеокамера;

система не является силовой, то есть на неё нельзя устанавливать приводные модули, предназначенные для чистки и ремонта трубопроводов, поскольку мощности аккумулятора хватает только для подачи питания на видеокамеру;

использование батареи ограничивает время нахождения робота внутри трубопровода (не более 4-х часов в рабочем режиме).

В результате было принято решение о создании универсального силового Комплекса, имеющего внешнюю систему управления, то есть Комплекса, снабжённого кабелем. На основании этого было разработано техническое предложение.

Техническое предложение на разработку

Назначение

Комплекс предназначен для диагностики, ремонта и чистки канализационных трубопроводов диаметром от 200 до 1000 мм, развернутой длиной до 50 м, изогнутых Г-образно и П-образно под углом не менее 900), при радиусе гибки не менее двух диаметров.

Состав комплекса

Комплекс имеет следующий комплект оборудования:

Рука робота, предназначенная для перемещения технологического инструмента и диагностического оборудования внутри канализационных трубопроводов и состоящая из 3-х технологических кареток, соединённых в гибкую многошарнирную цепь с полостью внутри, в которой в зависимости от решаемой технологической задачи проложены:

электрический кабель питания видеокамер;

шланги подачи воздуха к пневматическим цилиндрам;

электрический кабель питания технологического инструмента.

Технологический модуль механизма подачи электрического питания на привода кареток руки робота; сжатого воздуха на питание центрирующих пневматических цилиндров кареток и электрического питания технологического инструмента и диагностического оборудования (электрические кабели, пневматические шланги).

Модуль, включающий измерительный узел с датчиками положения, предназначенный для определения местонахождения внутренних повреждений трубопроводов.

Устройство видеоконтроля.

Технологический инструмент для ремонта.

Пульт управления и контроля.

Описание работы Комплекса

Комплекс диагностики трубопроводов доставляется непосредственно на объект, который может находиться в полевых условиях.

Далее происходит постановка задачи для конкретного трубопровода.

Робот программируется для конкретной геометрии трубопровода (диагностика проводится только для трубопроводов известной геометрии. Например: необходимо произвести диагностику трубопровода через каждые 5 метров, а на расстоянии от 20 до 25 необходима непрерывная диагностика, то есть требуется перемещение робота с очень малой скоростью).

На переднюю каретку руки робота при помощи вспомогательного фланца, соединяющегося с кареткой при помощи шарнира, крепится технологический инструмент или диагностическое оборудование (в зависимости от поставленной задачи: ремонт, чистка, либо диагностика канализационных трубопроводов).

Рука робота, состоящая из 3-х кареток, каждая из которых имеет собственный независимый привод и центрирующие пневматические цилиндры, перемещается и фиксируется внутри трубопровода.

При перемещении руки робота внутрь трубопровода осуществляется его диагностика, ремонт или чистка, при этом снаружи оператор наблюдает процесс выполнения работы по видеомонитору, соединённому непосредственно с головкой видео наблюдения, закреплённой на передней каретке руки робота.

За роботом тянутся шланги с энергопитанием (электрические кабели и пневматические шланги), которые разматываются с барабана, находящегося вне трубы на рамной конструкции. Для обеспечения натяга этих кабелей и шлангов барабан должен иметь свой независимый от кареток привод, который в свою очередь не должен оказывать влияние на привода кареток руки робота.

Для определения местонахождения робота внутри трубопровода предусмотрена система слежения, представляющая измерительный узел с датчиками положения.

4.2 Эскизное проектирование

Следующим этапом разработки является эскизное проектирование.

Согласно ГОСТ 2.119-73* эскизный проект - совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия.

Эскизный проект после согласования и утверждения в установленном порядке служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации.

Эскизный, проект разрабатывают, если это предусмотрено техническим заданием или протоколом рассмотрения технического предложения.

Эскизный проект разрабатывают с целью установления принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений изделия, дающих общее представление о принципе работы и (или) устройстве изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта или рабочей документации.

На стадии разработки эскизного проекта рассматривают варианты изделия и (или) его составных частей. Эскизный проект может разрабатываться без рассмотрения на этой стадии различных вариантов.

При разработке эскизного проекта выполняют работы, необходимые для обеспечения предъявляемых к изделию требований и позволяющие установить принципиальные решения. Перечень необходимых работ определяется разработчиком в зависимости от характера и назначения изделия.

В общем случае при разработке эскизного проекта проводят следующие работы:

выполнение вариантов возможных решений, установление особенностей вариантов (характеристики вариантов составных частей и т.п.), их конструкторскую проработку. Глубина такой проработки должна быть достаточной для сопоставления рассматриваемых вариантов;

предварительное решение вопросов упаковки и транспортирования изделия;

изготовление и испытания макетов с целью проверки принципов работы изделия и (или) его составных частей;

разработку и обоснование технических решений, направленных на обеспечение показателей надежности, установленных техническим заданием и техническим предложением;

оценку изделия на технологичность и правильность выбора средств и методов контроля (испытаний, анализа, измерений);

оценку изделия по показателям стандартизации и унификации;

оценку изделия в отношении его соответствия требованиям эргономики, технической эстетики. При необходимости, для установления эргономических, эстетических характеристик изделия и для удобства сопоставления различных вариантов по этим характеристикам изготавливают макеты;

...