ПЛАВУЧИЙ ГРУНТОПРОВОД ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА
FLOATING PIPELINE OF HYDRAULIC DREDGE

Изобретение относится к гидромеханизации и может быть использовано для транспортирования гидросмесей различных концентраций по заглубленному трубопроводу в акваториях при ветроволновых нагрузках и плавающих льдах.
Известен плавучий грунтопровод землесосного снаряда, состоящий из жесткого металлического заглубленного ниже уровня воды в акватории трубопровода, шарнирно подвешенного к понтонам при помощи гибкой тяги, например цепной, регулируемой длины (а.с. СССР №366402, МПК E02F 3/90, 1972 г., Бюл. №14).
Однако этот грунтопровод имеет низкие надежность и долговечность, так как подвержен большим ветроволновым нагрузкам, препятствует прохождению льдин из-за невозможности затопления понтонов, что приводит к заторам и механическому повреждению конструкции от навала плавающих льдов, не обеспечивает стабильность положения жесткого металлического трубопровода без резких и значительных перемещений в вертикальном направлении из-за его крепления гибкой неэластичной тягой к понтонам.
Известен плавучий пульпопровод землесосного снаряда, включающий заглубленный ниже уровня воды в акватории жесткий металлический пульпопровод, соединенный эластичными амортизаторами с вертикальными понтонами с грушевидными наконечниками, при этом каждый грушевидный наконечник выполнен из нескольких полостей, заполненных воздухом и размещенных одна в другой, а понтоны имеют в продольном сечении грушевидную форму, причем пульпровод присоединен к понтонам у их большего основания (а.с. СССР №941491, МПК E02F 3/90, 1982 г., Бюл. №25).
Недостатками является следующее.
1. Низкие надежность и долговечность пульпопровода, так как он обеспечивает работоспособность только при транспортировании гидросмеси постоянной концентрации, однако при производстве работ концентрация изменяется, поэтому не исключены возможности возникновения чрезвычайных ситуаций, связанных, например, с перегрузками при закупорке пульпопровода грунтом, при этом непосредственное соединение пульпопровода с понтонами-поплавками эластичными амортизаторами и плавающие на поверхности акватории грушевидные наконечники не обеспечат плавучести пульпопровода, что может привести к потере работоспособности конструкции. Кроме того, выполнение пленочных грушевидных многополостных наконечников, заполняемых воздухом, приводит к быстрому разрушению целостности полостей в результате механического воздействия льдин (наличие острых выступов и закраин), что требует частой замены грушевидных наконечников и является трудоемким процессом.
2. Недостаточная вертикальная устойчивость пульпопровода, так как жесткий металлический трубопровод, подвешенный к нижним основаниям вертикальных понтонов-поплавков эластичными амортизаторами, и его стенки не имеют возможности амортизировать (демпфировать) внешние возмущающие воздействия, поэтому в местах крепления эластичных амортизаторов к жесткому металлическому трубопроводу возникают изгибные напряжения, вызванные вертикальными нагрузками, что также снижает надежность и долговечность пульпопровода.
3. Большие металлоемкость и, следовательно, вес жесткого металлического трубопровода при его заглублении ниже поверхности воды вызывают перерасход материалов на изготовление понтонов-поплавков для поддержания плавучести трубопровода.
4. Сложность конструкции и технологии изготовления понтонов-поплавков грушевидной формы в продольном сечении и грушевидных наконечников из нескольких полостей, заполненных воздухом и расположенных одна в другой.
5. Сложность регулирования величины заглубления пульпопровода и вывода его на поверхность акватории, например, для замены понтонов-поплавков, так как пульпопровод присоединен к понтонам-поплавкам непосредственно эластичными амортизаторами, и регулирование заглубления можно проводить лишь за счет веса и размеров понтонов-поплавков, что трудоемко.
6. Невозможность использования грушевидных наконечников в качестве опознавательных знаков (буев), так как при плавании по поверхности акватории из-за небольших размеров они захлестываются волнами, и поэтому малоразличимы даже в дневное время, а в сумерках или в темноте вообще не видны.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и долговечности плавучего грунтопровода при транспортировании гидросмесей различных концентраций в условиях сильных ветроволновых нагрузок и плавающих льдов, а также снижение его материалоемкости и веса, упрощение конструкции и технологии изготовления.
Технический результат по повышению надежности и долговечности плавучего грунтопровода, снижению его материалоемкости и веса, упрощению конструкции и технологии изготовления достигается тем, что в плавучем грунтопроводе землесосного снаряда, включающем заглубленный ниже уровня воды в акватории трубопровод, подвешенный эластичными амортизаторами к нижним основаниям вертикальных понтонов-поплавков, трубопровод выполнен гибким эластичным, при этом эластичные амортизаторы дополнительно шарнирно соединены с гибкой связью, закрепленной на головном и концевом понтонах землесосного снаряда с возможностью регулирования длины связи, а вертикальные понтоны-поплавки, имеющие в продольном сечении цилиндрическую форму, снабжены утяжелителями, расположенными в нижних основаниях понтонов-поплавков, на их верхних основаниях установлены сигнальные фонари.
На чертеже изображен плавучий грунтопровод в рабочем состоянии, вид сбоку.
Плавучий грунтопровод состоит из заглубленного ниже уровня воды в акватории гибкого эластичного трубопровода 1, подвешенного на эластичных амортизаторах 2 к нижним основаниям вертикальных понтонов-поплавков 3, имеющих в продольном сечении цилиндрическую форму и снабженных утяжелителями 4, расположенными в нижних основаниях понтонов-поплавков 3, на их верхних основаниях установлены сигнальные фонари 5, эластичные амортизаторы 2 дополнительно шарнирно соединены с гибкой связью 6, закрепленной на головном 7 и концевом (не показан) понтонах землесосного снаряда с возможностью регулирования длины связи.
Трубопровод 1 изготовлен из композиционных материалов, включающих силовые слои из высокопрочных синтетических тканей и нанесенные на них защитное внешнее и герметизирующее внутреннее покрытия, стойкие к гидроабразивному износу, например из резины или полиуретанов. Поэтому трубопровод и его стенки являются гибкими эластичными, что позволяет соединять трубы между собой фланцами (не показаны), при этом гибкость такого трубопровода выше, а вес намного меньше, чем у жесткого металлического трубопровода с шаровыми соединениями.
Вертикальные понтоны-поплавки 3 имеют в продольном сечении цилиндрическую форму, в их нижних основаниях расположены утяжелители 4, позволяющие сместить центры тяжести 0 понтонов-поплавков ниже их центров водоизмещения, что обеспечивает устойчивость понтонов-поплавков при любых внешних нагрузках как в игрушке «Ванька-встанька» (неваляшка). Утяжелители могут быть выполнены из различных материалов с большим удельным весом, например из металла, бетона. Понтоны-поплавки изготовлены из легких материалов, например полипропилена, пробки, пенопласта, и заключены в высокопрочные оболочки из полимерных материалов, обеспечивающих защиту от механического воздействия острых выступов и закраин льдин. На верхних основаниях понтонов-поплавков 3 установлены сигнальные фонари 5. Понтоны-поплавки имеют простую конструкцию, технологичны в изготовлении. Так как к понтонам-поплавкам 3 подвешивают облегченный гибкий эластичный трубопровод 1, то для поддержания его плавучести понтоны-поплавки должны иметь небольшой объем, а следовательно, их изготовление не вызывает перерасход материалов.
Работа плавучего грунтопровода осуществляется следующим образом.
Цилиндрические понтоны-поплавки 3 их нижними основаниями, в которых расположены утяжелители 4, прикрепляют к гибкому эластичному трубопроводу 1 эластичными амортизаторами 2, которые дополнительно шарнирно соединяют с гибкой связью 6, например тросом или цепью. Связь закрепляют на головном 7 и концевом (не показан) понтонах землесосного снаряда с возможностью изменения длины связи, что может быть реализовано, например, при помощи лебедки (не показана), размещенной на головном или концевом понтонах.
Собранный грунтопровод размещают взводной акватории, понтоны-поплавки 3 принимают вертикальное положение и гибкий эластичный трубопровод 1 оказывается подвешенным на эластичных амортизаторах 2 одновременно к нижним основаниям, в которых расположены утяжелители 4, понтонов-поплавков 3 и к гибкой связи 6. Изменением длины гибкой связи 6 можно регулировать величину заглубления гибкого эластичного трубопровода 1 ниже поверхности воды и защиту его от ветроволнового волнения, а также обеспечить снижение веса несущих понтонов-поплавков 3 путем использования плавучести трубопровода.
Вес и размеры понтонов-поплавков 3 определяют с учетом 5%-ного сохранения плавучести грунтопровода даже при самых неблагоприятных ситуациях, связанных, например, с перегрузками при закупорке трубопровода 1 грунтом. Это обеспечивает работоспособность грунтопровода при транспортировании гидросмеси любой концентрации и исключает возможность возникновения чрезвычайных ситуаций, связанных с его механическим повреждением. При этом верхние основания, с установленными на них сигнальными фонарями 5, вертикальных понтонов-поплавков 3 остаются над поверхностью воды при различных ветроволновых волнениях и обеспечивают сигнальное освещение грунтопровода в любое время суток. При необходимости, уменьшая или увеличивая длину гибкой связи 6, можно вывести гибкий эластичный трубопровод на поверхность акватории или уложить на дно, например, для технического осмотра, замены понтонов-поплавков 3 или при прохождении судов.
При отсутствии в акватории плавающих льдов понтоны-поплавки 3 занимают вертикальное положение. При наличии ветроволновых нагрузок набегающие волны несколько притапливают находящиеся над поверхностью верхние части понтонов-поплавков 3, при этом их центры тяжести 0 смещаются вниз, уменьшая длины эластичных амортизаторов 2. Возникающие при этом небольшие дополнительные Архимедовы силы стремятся сместить центры тяжести 0 понтонов-поплавков вверх, увеличивая длины эластичных амортизаторов 2. В итоге положение центров тяжести практически не изменяется, что обеспечивает стабильность положения гибкого эластичного трубопровода в вертикальном направлении. Возникающие при этом незначительные внешние возмущения гасят эластичные амортизаторы 2.
При появлении в акватории льдины, она наплывает на понтон-поплавок 3, полностью погружает его под лед и смещает центр тяжести 0 вниз. Однако возникающая Архимедова сила, вызванная увеличением объема погруженного в воду тела, выталкивает понтон-поплавок 3 и смещает центр тяжести 0 вверх. Сложное движение понтона-поплавка 3 может привести к удлинению или укорочению эластичного амортизатора 2. Вертикальная устойчивость грунтопровода обеспечивается одновременным демпфированием внешних возмущающих воздействий эластичными амортизаторами 2, гибким эластичным трубопроводом 1 и его стенками, что исключает возникновение дополнительных изгибных напряжений, вызванных вертикальными нагрузками, в местах крепления эластичных амортизаторов к гибкому эластичному трубопроводу 1. После прохождения льдины над понтоном-поплавком 3, он принимает вертикальное положение за счет расположения в его нижней части утяжелителя 4 и смещения центра тяжести 0 понтона-поплавка ниже его центра водоизмещения. Таким образом надежная и долговечная работа грунтопровода возможна при различных ветроволновых нагрузках и плавающих льдах.
Оригинальностью предложенной конструкции плавучего грунтопровода является то, что заглубленный ниже уровня воды в акватории гибкий эластичный трубопровод 1 подвешен эластичными амортизаторами 2 к вертикальным цилиндрическим понтонам-поплавкам 3 в их нижних основаниях, в которых расположены утяжелители 4, а на верхних основаниях понтонов-поплавков установлены сигнальные фонари 5, при этом эластичные амортизаторы 2 дополнительно шарнирно соединены с гибкой связью 6, закрепленной на головном 7 и концевом понтонах землесосного снаряда с возможностью регулирования длины связи, что позволяет обеспечить следующее.
1. Повысить надежность и долговечность плавучего грунтопровода при транспортировании гидросмеси любой концентрации с сохранением 5%-ной его плавучести даже при самых неблагоприятных ситуациях, связанных, например, с перегрузками при закупорке трубопровода грунтом, что обеспечено величиной заглубления эластичного трубопровода, определяемой изменением длины гибкой связи и весом (размерами) понтонов-поплавков.
2. Обеспечить вертикальную устойчивость грунтопровода демпфированием внешних возмущающих воздействий одновременно эластичными амортизаторами и гибким эластичным трубопроводом и его стенками, что исключает возникновение в местах крепления эластичных амортизаторов к гибкому эластичному трубопроводу дополнительных изгибных напряжений, вызванных вертикальными нагрузками.
3. Снизить вес гибкого эластичного трубопровода за счет изготовления его из композиционных материалов, а следовательно, вес и материалоемкость поддерживающих его понтонов-поплавков.
4. Упростить конструкцию и технологию изготовления понтонов-поплавков за счет выполнения их цилиндрическими и расположения в нижних частях утяжелителей.
5. Обеспечить регулирование величины заглубления плавучего гибкого эластичного трубопровода и вывод его на поверхность акватории, например, при прохождении судов, для технического осмотра или замены понтонов-поплавков за счет изменения длины гибкой связи.
6. Обеспечить сигнальное освещение грунтопровода в любое время суток за счет установки на верхних основаниях вертикальных понтонов-поплавков сигнальных фонарей, которые остаются над поверхностью воды при различных ветроволновых волнениях.