УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ И ЗАЩИТЫ СТЫКОВ ТРУБОПРОВОДОВ С БЕТОННЫМ ПОКРЫТИЕМ ОТ НАГРУЗОК И ВОЗДЕЙСТВИЙ

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и ремонта трубопроводов, а именно к стыкам трубопроводов с балластным покрытием, укладываемых на дно водоема, заболоченной местности и в сейсмоопасных районах, а также случаях, повышенных требований к защите трубопровода.
Известен кольцевой бетонный утяжелитель (см. патент на полезную модель №90521, публ. 10.11 2010 г.), содержащий две соединяемые с зазором между собой и регулируемыми по длине стяжными элементами секции по форме полуколец в их поперечном сечении. Обращенная к трубе внутренняя поверхность стяжных элементов имеет форму цилиндрической поверхности, а внешняя выпуклая поверхность каждой секции имеет в продольном сечении дугообразную кривую, соединяющую торцевые стороны утяжелителя. Для размещения стяжных элементов выполнены открытые с внешней поверхности, по крайней мере, одной секции ниши с соосными каналами, в которых стяжные элементы размещены предпочтительно заподлицо с внешней поверхностью секции.
Недостатком данного кольцевого бетонного утяжелителя трубопровода является сложность его монтажа, а также сложности логистического характера определяемые габаритом и весом утяжелителя, при реализации данной полезной модели в проводящих трубах большого диаметра, более 1000 мм.
Известен кольцевой бетонный утяжелитель трубопровода, (см. патент на полезную модель №157233, публ. 27.11.2015 г.) имеющий две соединенные между собой секции по форме полуколец, стяжные элементы соединяющие секции и монтажные элементы. Секции выполнены в виде жестких оболочек, например нержавеющей стали, при этом в них имеется люк для заполнения через него секции бетонной смесью.
К недостаткам данного кольцевого бетонного утяжелителя трубопровода можно отнести: сложность его монтажа при достаточно больших размерах проводящих труб (более 1000 мм), когда вес утяжелителя может превышать полтонны, а также проблемы логистического характера определяемые габаритом и весом.
Устройство для балластировки стыка трубопровода (см. патент на полезную модель №62443, публ. 10.04.2007 г.) состоящее из двух бетонных полуколец, имеющих продольные стальные торцы, образующие бетонное кольцо после установки и закрепления их над стыком проводящих труб. Каждое кольцо имеет арматуру, выполненную в виде стального сетчатого полукольца приваренного к продольным стальным торцам из сортового проката. На наружную поверхность полуколец наклеена лента из термопластичного материала.
Во время монтажа трубопровода в соответствии с проектными решениями и выбранными способами производства, трубопровод подвергается упругому изгибу. В месте стыка трубопровода усилие изгиба имеет максимальное значение, что в конечном итоге может привести к деформации трубопровода в месте стыка.
Вышеописанное устройство для балластировки стыка трубопровода решает эту задачу, но в тоже время возникают проблемы с весом полуколец, их габаритами, а как следствие задачи логистического характера связанные с доставкой массивных и громоздких полуколец к месту монтажа их разгрузку и пр.
Так, например, при диаметре подводящих труб 1000 мм, вес двух полуколец будет составлять около 400 кг. Это так же значительно затрудняет реализации монтажных работ ее в походных условиях на трассе.
Кроме того, использование шарнира, его монтаж на полукольцах требует большой точности и выдержки параллельности торцов полуколец. А при их значительной массе это достаточно трудоемкая операция.
Техническим результатом предложенного технического решения является приближение прочностных характеристик защитного покрытия стыка проводящих труб к характеристикам обетонированного трубопровода, а также снижение нагрузок на стыковое соединение и его упрочнение.
Следствием полученного техническим результата является повышение устойчивости трубопровода к природным и техногенным факторам.
Кроме того, техническим результатом заявленного решения является уменьшение, логистических и монтажных расходов.
Также к техническому результату заявленного решения следует отнести, облегчение операции монтажа устройства для защиты стыка обетонированных трубопроводов с использованием съемного шарнира.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для компенсации напряжений и защиты стыков трубопроводов с бетонным покрытием от нагрузок и воздействий, включающем парные полукольца, заполняющие пространство стыкового соединения труб с бетонным покрытием и соединенные между собой крепежом через проушины с одного торца и шарниром с противоположного, парные полукольца разделены на модули парных полуколец, в которых полукольца соединены между собой крепежом через проушины с одного торца и съемным шарниром и крепежом размещенными в проушинах имеющими форму паза с противоположного торца.
Предпочтительно чтобы полукольца модуля парных полуколец были снабжены внутренним арматурным каркасом, связанным со стальными торцами проушин.
Предпочтительно чтобы полукольца модуля парных полуколец были снабжены внутренним штампованным каркасом, связанным со стальными торцами проушин.
Предпочтительно чтобы арматурный каркас был выполнен из стальной или композитной арматуры.
Предпочтительно чтобы арматурный каркас был выполнен из сетки сетки, например, металлической, полимерной, или композитной.
Предпочтительно чтобы модули парных полуколец были выполнены из бетонной смеси, в том числе с наномодифицированными добавками.
Предпочтительно чтобы модули парных полуколец были выполнены, из фибробетона.
Предпочтительно чтобы модули парных полуколец были выполнены, из фибробетона с наномодифицированными добавками.
Предпочтительно чтобы модули парных полуколец были выполнены, например, из композитного состава.
Предпочтительно чтобы на наружную поверхность трубы было нанесено антикоррозионное покрытие.
Предпочтительно, чтобы съемный шарнир модуля парных полуколец был выполнен в виде U-образной скобы круглого сечения, каждый конец которой, снабжен отверстием для грузозахватного устройства и пазом, взаимодействующим с фиксатором положения модуля парных полуколец.
Предпочтительно, чтобы паз U-образной скобы и фиксатор положения модуля парных полуколец были выполнены в виде клиновой самотормозящейся пары.
Предпочтительно, чтобы фиксатор положения модуля парных полуколец был снабжен отверстием в виде паза.
На фиг. 1 - представлен разрез устройства для компенсации напряжений и защиты стыков трубопроводов с бетонным покрытием от нагрузок и воздействий.
На фиг. 2 - показан разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 - узел 1 на фиг. 2.
На фиг. 4 - показано раскрытие полуколец перед закреплением на стыке. На фиг. 5 - узел 2 на фиг. 4.
На фиг. 6 - изображен модуль парных полуколец с предварительно стянутыми нижними торцами.
На фиг. 7 - узел 3 на фиг. 6
На фиг. 8 - показан разрез Б-Б на фиг. 7.
На фиг. 9 - изображено положение торцов модуля парных полуколец после извлечения фиксатора из U-образной скобы.
На фиг. 10 - представлена эпюра нагрузок на трубопровод.
На фиг. 11 - эпюра нагрузок на трубопровод с размещенным на стыке трубопровода предлагаемым техническим решением задачи.
Узел стыка трубопровода (фиг. 1) состоит из двух концов труб 1 с антикоррозионным 2 и бетонным 3 покрытиями, соединенных сварным швом 4. Внешняя поверхность стыка труб 1, покрыта термопластичным материалом 5. Модули парных полуколец 6 закреплены (стянуты) на трубах 1 с помощью крепежа 7 и 8 через их проушины 9 и 10 (фиг. 2).
Модули парных полуколец 6 могут быть снабжены внутренним арматурным каркасом 11 (фиг. 2, фиг. 3), связанным со стальными торцами проушин 9 и 10.
Модули парных полуколец 6 могут быть снабжены внутренним штампованным каркасом (не показано), связанным со стальными торцами проушин 9 и 10.
Съемный шарнир модуля парных полуколец 6, выполнен в виде U -образной скобы 12 имеющей в своем сечении - круг и размещен в пазе 13 проушин 9 (фиг. 4). Концы 14, U-образной скобы 12, снабжены отверстиями 15, в которые вставлены грузозахватные устройства. В пазы 16 выполненные в U-образной скобе 12, вставлен фиксатор 17 положения модуля парных полуколец 6. Фиксатор 17 положения модуля парных полуколец 6 и паз 16, U-образной скобы 12, выполнены в виде клиновой самотормозящейся пары. Это достигается малым углом клина а -составляющем 3-5 градуса (фиг. 8).
Фиксатор 17 положения модуля парных полуколец 6 снабжен отверстием 18 в виде паза предназначенного для удобства извлечения фиксатора 17 из пазов 16, U-образной скобы 12.
Модули парных полуколец 6 могут быть выполнены, например, из бетонной смеси с наномодифицированными добавками или фибробетона в том числе с наномодифицированными добавками.
Модули парных полуколец могут быть также выполнены, из композитного состава, а арматурный каркас 11 может быть заменен на сетку, например, металлическую, полимерную, или композитного состава.
Устройство работает следующим образом.
На узел стыка (фиг. 1) состоящий из двух труб 1 соединенных сварным швом 4, наносится термопластичный материал 5, который затем нагревают, в результате чего он плотно ложится на наружную поверхность стыка. Далее берется модуль парных полуколец 6 и вывешивается на стропах с помощью U-образной скобы 12, в которой для этих целей в отверстия 15 (фиг. 5) вставлены грузозахватные устройства, например, скобы Кросби. При этом торцы 19 и 20 модуля парных полуколец 6 упираются в фиксатор 17.
После этого каждое полукольцо модуля парных полуколец 6, вывешенного над трубами 1, растягивается в разные стороны с помощью строп и скоб Кросби (не показаны), закрепленных в проушинах 10 (фиг. 4). В результате они разворачиваются вокруг своей оси - фиксатора 17. Это возможно за счет паза 13 проушин 9 модуля парных полуколец 6. С раздвинутыми в разные стороны полукольцами модуль парных полуколец 6 опускается на стык, а усилие растяжения на стропах необходимое для их разворота, сбрасывается. В этот момент происходит обратное вращение полуколец модуля парных полуколец 6 вокруг своей оси. В результате нижняя сторона модуля парных полуколец 6 смыкается, и ее предварительно стягивают крепежом 8, например, болтовым соединением (фиг. 6).
Затем фиксатор 17 выдергивается из пазов 16 U-образной скобы 12, используют для этих целей отверстие 18 в виде паза. Чтобы предотвратить вероятность выскакивания фиксатора 17 из пазов 16, они выполнены в виде клиновой самотормозящейся пары. Это достигается малым углом клина α - составляющем 3-5 градусов (фиг. 7 и фиг. 8).
В результате выдергивания фиксатора 17 из пазов 16, проушины 9 модуля парных полуколец 6, скатываются по U-образной скобе 12, к центру и прижимаются друг к другу торцами 19 и 20. (фиг. 9). То есть происходит точная стыковка торцов 19 и 20, что в конечном итоге снижает трудозатраты и время монтажа модулей парных полуколец 6. После этого, полукольца модуля парных полуколец 6 стягиваются с помощью крепежа 7. Проушина 9 выполнена таким образом чтобы при размещенной в ней U-образной скобой 12 под ней оставалось место для установки крепежа 7, например болтового соединения.
После стягивания верхней и нижней сторон модуля парных полуколец 6, снимаются стропы и извлекаются из отверстий 15, U-образной скобы 12 грузозахватные устройства (например, скобы Кросби), а затем извлекается из проушин 9 и сама U-образная скоба 12. На этом операция закрепления первого модуля парных полуколец 6, заканчивается.
Далее, съемный шарнир закрепляется на втором модуле парных полуколец 6, и все операции по его закреплению повторяются по аналогии с предыдущим. Те же самые операции осуществляются и с третьим модулем парных полуколец 6.
Количество размещаемых на стыке модулей парных полуколец зависит от диаметра труб. Чем он больше, тем большее количество модулей потребуется. Это определяется исходя из их массы, габаритов и элементов логистики. При этом желательно иметь нечетное количество модулей парных полуколец, так как в этом случае центральный из них будет накрывать (зажимать) непосредственно сварной шов 4 стыка (см. фиг. 1).
На фиг. 10 показано распределение нагрузки на трубопровод. Здесь видно, что максимальная нагрузка приходится на место стыка. На фиг. 11 - показана равномерность распределения нагрузки по трубопроводу при использовании модулей парных полуколец.
Использование съемного шарнира позволяет сократить время на операцию монтажа модулей парных полуколец, а также трудозатраты в связи с точной стыковкой верхнего их торца.
Предлагаемое техническое решение может быть применено в трассовых условиях при непосредственной укладке трубопровода, так как модули парных полуколец 6 имеют меньшую массу и поэтому необходимость в тяжелом грузоподъемном оборудовании отпадает, а операция монтажа облегчается.
Кроме того, трубопровод, с использованием предложенного технического решения позволяет выполнить задачу по увеличению срока службы трубопровода, и повысить устойчивость трубопровода к природным, техногенным или террористическим воздействиям, а также приводит к снижению затрат на его монтаж и эксплуатацию.