ПОЛИМЕРНО-ПАНЕЛЬНОЕ БАЛЛАСТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА (ВАРИАНТЫ) И ЕГО РАМКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к строительству и используется при сооружении и ремонте подземных трубопроводов для их закрепления на проектных отметках, балластировки и обвалования трубопровода при полузаглубленной прокладке, а также для погружения трубопровода на дно обводненной траншеи.
Из уровня техники известен утяжелитель трубопровода, содержащий налагаемое на трубопровод полотнище, прикрепленную к его кромкам одной стороной пару наклонных жестких рамок, связанные с ними и заполненные грунтом емкости из гибкого материала в виде мембран, а также гибкие перемычки, соединенные концами со свободной стороной каждой из рамок (см. RU 2062938 C, 27.06.1996, F 16 L 1/06). Данное решение принято в качестве наиболее близкого аналога заявленной полезной модели.
Недостатком известного решения является возникновение клиновидных зазоров с обеих сторон трубопровода между соседними утяжелителями при их непрерывной (групповой) установке на трубопроводе. Поскольку в известном решении емкости утяжелителя образованы из полотнища, плоские габариты которого равны габаритам жесткой рамки, то под воздействием насыпного балластирующего грунта участки полотнища в пределах жестких рамок вытягиваются, образуют емкости утяжелителя, а поперечные кромки полотнища, прижатого средней частью к трубопроводу, вследствие вытягивания полотнища деформируются, искривляются. Наибольшие деформации полотнища возникают в его углах. Это приводит к просыпанию балластирующего грунта в возникшие зазоры и уменьшению общего веса балласта группы утяжелителей. Кроме того, при отсутствии сплошного перекрытия полотнищами трубопровода возможно повреждение его изоляционного покрытия под влиянием атмосферных факторов - разрушение изоляции трубопровода от воздействия радиационного излучения солнца, а также переохлаждение трубопровода, что вызывает изменение
температурного режима трубопровода и его температурные деформации или смещение трубопровода с проектных отметок. Монтаж утяжелителя на трубопровод в полевых условиях затруднен, особенно при балластировке трубопроводов больших диаметров, вследствие не технологичности сборки жестких рамок.
В условиях эксплуатации жесткие рамки утяжелителя находятся в сложном напряженном состоянии, вызванном воздействием значительного веса балластирующего грунта и распирающих усилий, действующих от гидростатического воздействия слоя грунта засыпки на боковые поверхности емкостей утяжелителя. Необходимо также учитывать эксплуатационные нагрузки, например, продольные перемещения трубопровода, когда утяжелитель защемлен в грунте засыпки. Таким образом, узлы соединения продольных и поперечных элементов жесткой рамки находятся в сложном напряженном состоянии, а при загрузке емкостей утяжелителя балластирующим грунтом односторонняя нагрузка от засыпаемой первой емкости вызывает скручивание жестких рамок, что создает дополнительный крутящий момент, воздействующий на узлы соединения жесткой рамки.
Соединяющие продольные стороны и распорные элементы узлы выполнены сварными швами. Учитывая условия эксплуатации (размещение в обводняемых грунтах, значительные нагрузки на элементы рамки), сварной шов следует выполнять плотным, без дефектов, то есть сварочные работы должен выполнять сварщик высокой квалификации.
Задачей, решаемой полезной моделью, является устранение указанных недостатков - повышение эффективности использования грунта балластировки, повышение технологичности монтажных работ.Кроме того, существует задача создания рамки утяжелителя, которая обеспечивает технологичность ее изготовления, устраняет или снижает количество сварных швов, устраняет рихтовку рамки после выполнения сварочных работ.
Достигаемым техническим результатом является повышение технологичности изготовления, монтажа балластирующего устройства и повышение надежности балластировки трубопровода.
Указанная задача решается тем, что в полимерно-панельном балластирующем устройстве для трубопровода, которое содержит пару симметрично расположенных жестких рамок, связанные с ними и выполненные из гибкого материала с возможностью их заполнения балластирующим грунтом емкости, удерживающие жесткие рамки наклонно и соединенные с ее несущими продольными относительно трубопровода верхними сторонами гибкие перемычки, соединенный с нижними относительно трубопровода продольными сторонами жестких рамок силовой пояс, причем последний и гибкие перемычки скреплены своими серединами, при этом с каждой жесткой рамкой связаны смежно-расположенные пары емкостей, для чего каждая жесткая рамка снабжена поперечными распорными элементами, увеличенной длины продольными сторонами и размещенными в ее средней части сдвоенными поперечными распорными элементами, при этом каждая пара противолежащих относительно трубопровода емкостей образована гибким единым полотнищем с возможностью наложения его на трубопровод и с огибанием снизу или сверху нижних продольных сторон жестких рамок, а края единого полотнища проушинами соединены с соответствующими верхними продольными сторонами жестких рамок, силовой пояс каждой указанной пары емкостей выполнен в виде гибкого полотнища, концы которого снабжены проушинами, в которых размещены нижние продольные стороны жестких рамок, причем для устранения контакта жестких рамок с трубопроводом в каждой указанной паре емкостей силовой пояс наложен сверху или снизу на единое полотнище и скреплен с ним на всей длине, а емкости снабжены торцовыми стенками, каждая из которых по периметру соединена с краями соответственно силового пояса, единого полотнища и гибких перемычек, при этом жесткие рамки выполнены сборно-разборными.
Задача решается также вариантом полезной модели, в которой полимерно-панельное балластирующее устройство для трубопровода, содержит пару симметрично расположенных жестких рамок, связанные с ними и выполненные из гибкого материала с возможностью их заполнения балластирующим грунтом емкости, удерживающие жесткие рамки наклонно и соединенные с ее несущими продольными относительно трубопровода верхними сторонами гибкие перемычки, соединенный с нижними относительно трубопровода продольными сторонами жестких рамок силовой пояс, причем последний и гибкие перемычки скреплены своими серединами, при этом обе указанные емкости для балластирующего грунта образованы гибким единым полотнищем с возможностью наложения его на трубопровод и с огибанием снизу или сверху нижних продольных сторон жестких рамок, а края единого полотнища проушинами соединены с соответствующими верхними продольными сторонами жестких рамок, силовой пояс выполнен в виде гибкого полотнища, концы снабжены проушинами, в которых размещены нижние продольные стороны жестких рамок, причем для устранения контакта сторон жестких рамок с трубопроводом силовой пояс наложен на единое полотнище и скреплен с ним на всей длине, емкости снабжены торцовыми стенками, каждая из которых по периметру соединена с краями соответственно силового пояса, единого полотнища и гибких перемычек, при этом жесткие рамки выполнены сборно-разборными.
Наличие торцовых стенок утяжелителя гарантированно обеспечивает устранение перетекания грунта балластировки утяжелителей при их групповой установке даже при наличии монтажных зазоров между утяжелителями, что предотвращает просыпание балластирующего грунта под утяжелители и обеспечивает полное использование его веса для балластировки трубопровода, соответствующую защиту его изоляционного покрытия и соблюдение температурного режима трубопровода.
Кроме того, в частных случаях выполнения вариантов БУ проушины каждого конца силового пояса выполнены в виде ряда ориентированных вдоль силового пояса параллельных щелей, причем длина каждой из них не менее длины окружности нижних продольных сторон жестких рамок, что упрощает процесс изготовления текстильной части БУ, исключает многострочную прошивку нескольких слоев технической ткани.
В частном случае выполнения вариантов БУ длина части единого полотнища, формирующей дно каждой емкости, превышает размер поперечных распорных элементов жестких рамок, что обеспечивает получение емкостей необходимого объема.
Кроме того, в частных случаях выполнения БУ поперечные распорные элементы жестких рамок располагаются снаружи относительно указанных торцовых стенок и размещаются в закрепленных на них проушинах.
Возможно выполнение БУ при котором каждый поперечный распорный элемент жестких рамок располагается с внутренней стороны соответствующей поперечной торцовой стенки и проходит через выполненное в ней отверстие, при этом нижняя часть каждого указанного поперечного распорного элемента располагается снаружи соответствующей ему торцовой стенки емкости.
Такое выполнение БУ обеспечивает удобство монтажа устройства на трубопроводе и перераспределяет силовые нагрузки, действующие на поперечные стенки емкостей.
Задача решается тем, что жесткая рамка полимерно-панельного балластирующего устройства для трубопровода, выполнена из металлических труб в виде плоского замкнутого каркаса для закрепления на ней емкости БУ и содержит соединенные в углах рамки несущие элементы - продольные относительно трубопровода стороны и, соответственно, поперечные - распорные элементы, при этом жесткая рамка выполнена сборно-разборной, каждый из концов продольных сторон на заданной длине деформирован сжатием до соприкосновения противоположных стенок трубы
с образованием на заданной длине плоского участка, а в каждом распорном элементе на его концевой части выполнен соответствующих размеров сквозной паз, в котором размещен указанный плоский участок продольной стороны жесткой рамки и зафиксирован стопорным элементом.
В варианте выполнения устройства жесткая рамка полимерно-панельного балластирующего устройства (БУ) для трубопровода, выполнена из металлических труб в виде плоского замкнутого каркаса и содержит соединенные в углах рамки несущие элементы - продольные относительно трубопровода стороны и, соответственно, поперечные - внешние распорные элементы, при этом жесткая рамка выполнена сборно-разборной с возможностью размещения в ней смежно-расположенной пары емкостей, для чего снабжена в своей средней части сдвоенными распорными элементами, при этом середина и каждый из концов продольных сторон на заданной длине деформированы сжатием до соприкосновения противоположных стенок трубы с образованием на заданной длине плоского участка, а в каждом внешнем распорном элементе на каждой его концевой части выполнен соответствующих размеров сквозной паз, в котором размещен указанный плоский участок продольной стороны жесткой рамки с фиксацией его стопорным элементом, причем в сдвоенных распорных элементах сквозные пазы выполнены открытыми.
В частных случаях выполнения вариантов жесткой рамки она выполнена прямоугольной, а каждый из концов ее продольных сторон предварительно перед сжатием усилен расчетной длины наружной или внутренней втулкой, часть которой деформирована совместно с концом продольной стороны жесткой рамки с сохранением исходной формы втулки на заданной ее длине.
Кроме того, в варианте выполнения жесткой рамки, предназначенной для размещения в ней смежно-расположенной пары емкостей, каждая из ее продольных сторон в середине предварительно перед сжатием усилена расчетной длины внутренней или наружной втулкой, часть которой деформирована совместно с серединой продольной стороны жесткой рамки с сохранением исходной формы втулки на заданной ее длине.
Указанные частные случаи выполнения жесткой рамки обеспечивают повышения технологичности сборки в полевых условиях.
Полезная модель (ПМ) иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 изображено устройство после заполнения его балластирующим грунтом; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - соединение элементов жестких рамок. На прилагаемом графическом материале позициями обозначены следующие элементы:
1 - полимерно-панельное балластирующее устройство (БУ);
2 - трубопровод;
3 - силовой пояс;
4 - емкость;
5 - единое полотнище;
6 - проушина;
7 - торцовая стенка;
8 - гибкая перемычка;
9 - нижняя продольная сторона;
10 - жесткая рамка;
11 - верхняя продольная сторона;
12 - распорный элемент;
13 - смежно-расположенные пары емкостей;
14 - сдвоенные распорные элементы;
15 - втулка;
16 - грунт засыпки;
БУ 1 содержит налагаемый на трубопровод 2 силовой пояс 3 и образующее дно каждой емкости 4 гибкое единое полотнище 5. Силовой пояс 3 наложен на единое полотнище 5 и прошит совместно с ним на всей своей длине, включая длину проушины 6. Емкости 4 снабжены торцовыми стенка 7.
Поперечные относительно трубопровода 2 гибкие перемычки 8 и силовой пояс 3 соединены своими серединами с образованием единой тканевой части утяжелителя, при этом каждая торцовая стенка 7 емкости 4 по периметру соединена с краями соответственно силового пояса 3, единого полотнища 5 и гибких перемычек 8.
Силовой пояс 3 соединен с несущими нижними продольными сторонами 9 жестких рамок 10 проушинами 6, а продольные относительно трубопровода 2 кромки единого полотнища 5 соединены проушинами с соответствующими несущими верхними продольными сторонами 11 жестких рамок 10. Гибкие перемычки 8 посредством проушин также соединены с верхними продольными сторонами 11 жестких рамок 10.
Жесткие рамки 10 предназначены для закрепления на них емкостей 4 и выполнены из металлических труб в виде плоского замкнутого каркаса. Каждая жесткая рамка 10 содержит соединенные в углах рамки несущие элементы - продольные относительно трубопровода стороны 9 и 11, а также поперечные распорные элементы 11. Для исключения сварных соединений каждый из концов продольных сторон 9, 11 на заданной длине деформирован сжатием до соприкосновения противоположных стенок трубы с образованием на заданной длине плоского участка, а в каждом распорном элементе 12 на его концевой части выполнен соответствующих размеров сквозной паз, в котором размещен указанный плоский участок продольной стороны жесткой рамки и зафиксирован стопорным элементом (не показан).
В качестве фиксирующих элементов могут быть использованы штыри, скобы и другие известные из уровня техники элементы, размещаемые в отверстиях, выполненных в продольных сторонах жестких рамок.
Полезная модель предусматривает использование для балластировки трубопровода варианта БУ, в котором с каждой жесткой рамкой связаны смежно-расположенные пары емкостей 13. Для этого каждая жесткая рамка 10 снабжена увеличенной длины продольными сторонами 11 и размещенными в ее средней части сдвоенными поперечными распорными элементами 14. Каждая пара противолежащих относительно трубопровода
емкостей образована гибким единым полотнищем с возможностью наложения его на трубопровод и с огибанием снизу или сверху нижних продольных сторон 9 жестких рамок 10.
Выбор последовательности огибания единым полотнищем нижних продольных сторон жестких рамок зависит от диаметра трубопровода, поскольку от этого параметра находится в зависимости вес БУ и, как следствие, вид технической ткани, ее толщина, а, в конечном счете, жесткость текстильной части БУ. Для трубопроводов диаметром 800-1400 мм рекомендуется указанное огибание выполнять сверху. В указанном варианте БУ середина и каждый из концов продольных сторон 9, 11 на заданной длине деформированы сжатием до соприкосновения противоположных стенок трубы с образованием на заданной длине плоского участка, а в каждом внешнем распорном элементе жесткой рамки на каждой его концевой части выполнен соответствующих размеров сквозной паз, в котором размещен указанный плоский участок продольной стороны жесткой рамки с фиксацией его стопорным элементом, причем в сдвоенных распорных элементах 14 указанные сквозные пазы выполнены открытыми, что упрощает монтаж жесткой рамки. В частном случае выполнения каждый из концов ее продольных сторон и середина указанных сторон предварительно перед сжатием усилены расчетной длины наружной или внутренней втулкой 15, часть которой деформирована совместно с концом указанной продольной стороны жесткой рамки с сохранением исходной формы втулки на заданной ее длине.
Жесткие рамки 10 являются силовыми несущими элементами для емкостей 4 БУ 1. Емкости 4 образуются вследствие того, что поперечный относительно трубопровода размер части единого полотнища, формирующей дно каждой емкости, превышает размер распорных элементов жестких рамок, а также вследствие упругой деформации дна емкостей.
Соотношение длин поперечных относительно трубопровода сторон силового пояса 3, включая длину проушины 6, единого полотнища 5, размеры торцовых стенок 7, гибких перемычек 8 и поперечных распорных
элементов 12 обеспечивает размещение жестких рамок 10, при котором они не контактируют с поверхностью трубопровода ниже его горизонтального диаметра, что предохраняет изоляцию трубопровода от повреждения, а продольные стороны 9, 11 жестких рамок 10 не выступают над верхней образующей трубопровода 2. Такое размещение утяжелителя не вызывает увеличения объема земляных работ (см. СНиП 2.05.06-85). Силовой пояс, единое полотнище, торцовые стенки, и поперечные гибкие перемычки, а также проушины указанных элементов изготовлены из технической ткани.
Желательно размещение продольных сторон 9, 11 рамок 10 как можно ближе к дну траншеи, но без соприкосновения с ним, для того чтобы обеспечить полностью передачу веса грунта засыпки 16 на трубопровод.
Работу устройства можно показать на примере погружения в грунт всплывшего участка трубопровода, например, газопровода.
На всплывший участок газопровода навешивают группу незаполненных грунтом БУ. Производят отсыпку минерального балластирующего грунта в емкости БУ. Общая нагрузка от балластирующего грунта после заполнения емкостей передается через полотнище - силовой пояс утяжелителя на трубопровод и он погружается в обводненную траншею. В виду отсутствия контакта наружной поверхности трубопровода со сторонами жестких рамок исключается возможное повреждение у трубопровода изоляционного покрытия, а также повреждение его изоляции от воздействия атмосферных факторов - разрушение изоляции трубопровода от воздействия радиационного излучения солнца. Кроме того, устраняется переохлаждение трубопровода, которое вызывает изменение температурного режима всплывшего трубопровода и его температурные деформации, то есть повышает его эксплуатационную надежность.
Благодаря разборной конструкции элементы рамки в упаковке занимают незначительный объем, легко монтируются в условиях строительства трубопровода, а также надежно соединяются с текстильной частью БУ.
Отсутствие сварных швов в жестких рамках обеспечивает удобство их сборки, предотвращает повреждение текстильной части БУ.
Таким образом, заявленное решение технологично при изготовлении, из-за незначительного собственного веса и простой сборки удобно в эксплуатации и эффективно при различной прокладке и эксплуатации трубопроводов разного назначения.