УПЛОТНЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ШВА СЕКЦИЙ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО (ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО) ТРУБОПРОВОДА
SEALING OF MOVEMENT JOINT OF STEEL REINFORCED CONCRETE (REINFORCED CONCRETE) PIPELINE SECTIONS

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может применяться для уплотнений деформационных швов сталежелезобетонных (железобетонных) напорных водоводов большого диаметра ГЭС, ГАЭС и насосных станций.
Известна конструкция уплотнения деформационных швов сталежелезобетонных водоводов (см. АС SU №1789591, Е02В 09/06, 1991 г.), у которых торцы секций трубопровода выполнены с коническими поверхностями и взаимодействуют с размещенным в полости шва по его периметру уплотнением с трапецеидальным поперечным сечением, обращенным большим основанием внутрь трубопровода и снабженным уплотняющими упругими лентами по периметру шва между поверхностями секций и уплотнения, причем уплотнение прикреплено посредством стержней, проходящих через шов, к наружным поверхностям секций.
Недостатком такого уплотнения является то, что оно воспринимает перемещения секций вдоль их оси и практически не воспринимает относительные вертикальные перемещения при различных осадках смежных секций, а также не может использоваться при засыпанных трубопроводах.
Известно уплотнение деформационных швов сталежелезобетонных трубопроводов (см. АС SU №1193226, Е02В 09/06, 1984 г.), расположенное с внутренней стороны трубопровода и состоящее из несущего элемента в виде составного кольца из трапецеидальных в сечении жестких элементов и герметизирующего элемента из листовой резины, закрепленного на металлических фланцах смежных секций трубопровода, причем несущий элемент закреплен на герметизирующем элементе, а его торцевые кромки прилегают к фланцам.
Недостатком такого уплотнения являются сложные условия работы герметизирующего элемента при неодинаковых осевых и вертикальных перемещениях смежных секций трубопровода, что может вызвать нарушение герметичности уплотнения.
Известно уплотнение деформационных швов сталежелезобетонных трубопроводов (см. Серебрянников и др. "Гидроаккумулирующие электростанции. Строительство и эксплуатация Загорской ГАЭС", М. НЦ ЭНАС, 2000, стр.129), состоящее из несущего элемента в виде металлических арочных накладок, торцевые кромки которых свободно прилегают к металлическим фланцам, а герметизирующий элемент из листовой резины закреплен на фланцах и опирается на несущий элемент.
Недостатком такого уплотнения являются сложные условия работы герметизирующего элемента при неодинаковых осевых и вертикальных перемещениях смежных секций трубопровода, что может вызвать снижение надежности, нарушение герметичности уплотнения (как показал опыт эксплуатации трубопроводов Загорской ГАЭС), а также крайне сложные условия и высокая трудоемкость монтажа и ремонта уплотнений.
В основу изобретения поставлена задача повышения герметичности уплотнения и, в целом, повышение надежности работы уплотнения.
Поставленная задача решается тем, что предложенная конструкция уплотнения деформационных швов между секциями сталежелезобетонных (железобетонных) трубопроводов, расположенного в полости с внутренней стороны трубопровода, включает металлический несущий элемент и гибкий герметизирующий элемент, закрепленные к облицовке примыкающих к шву секций, причем несущий элемент выполнен в виде расположенных на расстоянии друг от друга отдельных стержней с компенсаторами в средней части стержней, расположенными в расширенной части шва и направленными к наружной стороне трубопровода, причем концы стержней соединены между собой кольцевыми элементами, закрепленными к облицовке примыкающих ко шву секций трубопровода, а гибкий герметизирующий элемент выполнен по форме стержней несущего элемента.
Кроме того, гибкий герметизирующий элемент может быть выполнен в виде отдельных полос, заполняющих полости между отдельными стержнями несущего элемента с образованием сплошного герметичного контура.
Кроме того, стержни несущего элемента могут быть выполнены трапецеидального сечения с меньшим основанием с внутренней стороны трубопровода с образованием между стержнями полостей трапецеидального сечения с большим основанием с внутренней стороны трубопровода и гибким герметизирующим элементом в виде отдельных полос, заполняющих эти полости.
Кроме того, герметизирующий элемент может быть выполнен с выступами-ребрами, заполняющими полости между отдельными стержнями.
Кроме того, стержни несущего элемента могут быть разделены на участки, шарнирно связанные между собой и с кольцевыми элементами.
Кроме того, стержни несущего элемента могут быть выполнены составными.
Кроме того, стержни несущего элемента могут быть выполнены в виде гибких тяжей, соединенных гибкими связями.
Кроме того, уплотнение может быть выполнено из двух или более несущих элементов, соединенных между собой кольцевыми элементами.
Между совокупностью отличительных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом существует следующая система причинно-следственных связей.
Благодаря выполнению несущего элемента уплотнения, закрепленного к облицовке смежных секций трубопровода, в виде расположенных на расстоянии друг от друга отдельных стержней с компенсаторами в средней части, направленными к наружной стороне трубопровода, и гибкого герметизирующего элемента по форме стержней несущего элемента при действии давления воды на уплотнение и относительных осевых или вертикальных перемещениях смежных секций трубопровода обеспечивается свободная деформация в разных направлениях отдельных стержней с компенсаторами, а прижимаемый давлением воды к несущим стержням гибкий герметизирующий элемент, включая полосы, заполняющие полости между стержнями, благодаря низким деформационным свойствам, не препятствует деформациям стержней, а повторяет их, сохраняя герметичный контур. При этом достигается высокая герметичность уплотнения и повышение надежности его работы при увеличении величины допустимых относительных осевых и вертикальных перемещений смежных секций трубопровода.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, отсутствуют в других аналогичных решениях при изучении данной и смежной отраслей техники, что, соответственно, обеспечивает, по мнению авторов, соответствие критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где:
На фиг.1 показан продольный разрез по трубопроводу на участке деформационного шва;
На фиг.2 дан продольный разрез по трубопроводу при заполнении полости между стержнями отдельными гибкими герметизирующими полосами;
На фиг.3 - разрез по А-А участка уплотнения при выполнении стержней трапецеидального сечения и заполнении полостей трапецеидального сечения между стержнями гибкими герметизирующими полосами;
На фиг.4 - разрез по А-А участка уплотнения с герметизирующим элементом, выполненным с выступами-ребрами, заполняющими полости между стержнями;
На фиг.5 дан продольный разрез по трубопроводу при выполнении стержней несущего элемента из участков, шарнирно соединенных между собой и с кольцевыми элементами;
На фиг.6 дан продольный разрез по трубопроводу при выполнении стержней несущего элемента составными;
На фиг.7 дан продольный разрез по трубопроводу при выполнении уплотнения из двух несущих элементов, соединенных между собой кольцевыми элементами.
На фиг.8 дан разрез по А-А участка уплотнения при выполнении стержней несущего элемента в виде гибких тяжей, соединенных гибкими связями.
Уплотнение деформационного шва (1) между секциями (2) трубопровода выполнено в полости (3), расположенной с внутренней стороны (4) трубопровода, и включает металлический несущий элемент из отдельных стержней (5) с компенсаторами в средней части стержней (5), расположенными в расширенной части (6) шва (1) и направленными к наружной стороне трубопровода. Концы стержней (5) соединены между собой путем сварки с кольцевыми элементами (7), соединенными при помощи болтов с шайбами (10) или сваркой с металлической облицовкой (8). Компенсаторы стержней (5) могут быть выполнены, например, по форме окружности. Гибкий герметизирующий элемент (9) выполнен из листовой резины, пластических или др. материалов по форме стержней (5) несущего элемента и опирается на него.
Полость (3) перекрывается обтекателем (11). Стержни (5) несущего элемента могут быть выполнены трапецеидального сечения (12) с меньшим основанием с внутренней стороны (4) трубопровода с образованием полостей (13) между стержнями (5) трапецеидального сечения (12) с большим основанием с внутренней стороны (4) трубопровода и заполнены гибкими герметизирующими полосами (из пластика, резины и др.) с низкими деформационными свойствами с образованием сплошного герметичного контура. Герметизирующий элемент (9) (из пластика, резины и др.) может выполняться с выступами-ребрами (14), заполняющими полости (13) между отдельными стержнями 5 трапецеидального сечения (12). Стержни (5) несущего элемента могут разделяться на участки (15), соединенные между собой и с кольцевыми элементами (7) шарнирами (16).
Также стержни (5) несущего элемента могут быть выполнены составными из двух или более отдельных стержней (17), плотно прилегающих друг к другу, также в виде гибких тяжей (18), соединенных между собой гибкими связями (19). Уплотнение деформационного шва (1) между секциями (2) трубопровода может включать два или более несущих элементов из стержней (5) с компенсаторами, соединенных между собой кольцевыми элементами (7), и гибкий герметизирующий элемент (9).
Предлагаемое уплотнение деформационного шва работает следующим образом.
При относительных осевых или вертикальных перемещениях смежных секций (2) трубопровода, примыкающих ко шву (1), происходят соответствующие деформации прикрепленных к облицовке (8) стержней (5) с компенсаторами. Давление воды, действующее на гибкий герметизирующий элемент (9), передается стержням (5), вызывая в них растягивающие усилия и изгибающие моменты. При выполнении стержней (5) трапецеидального сечения (12) с заполнением образованных между стержнями (5) полостей (13) трапецеидального сечения с большим основанием с внутренней стороны (4) трубопровода гибкими герметизирующими полосами из материала с низкими деформационными свойствами образуется сплошная несущая герметичная оболочка, прикрепленная к облицовке (8) секций (2) трубопровода.
При относительных осевых или вертикальных перемещениях смежных секций (2) трубопровода, примыкающих ко шву (1), гибкие герметизирующие полосы из материала с низкими деформационными свойствами, заполняющие полости (13) между стержнями несущего элемента (5), не препятствуют деформациям стержней (5), в том числе и трапецеидального сечения (12), а повторяют их, сохраняя герметичный контур. Благодаря трапецеидальной форме полостей (13) с большим основанием со стороны внутренней стороны (4) трубопровода под действием давления воды достигается эффект "заклинивания" гибких герметизирующих полос, заполняющих полости (13).
При такой работе уплотнения в виде сплошной несущей герметичной оболочки, прикрепленной к облицовке (8) смежных секций (2) трубопровода, достигается высокая надежность и герметичность уплотнения в условиях эксплуатации.
При выполнении несущих стержней из отдельных участков (15), соединенных между собой и с кольцевыми элементами (7) шарнирами (16), исключаются изгибающие моменты в наиболее напряженных сечениях несущих стержней.
При выполнении несущих стержней составными из двух или более стержней (17), плотно примыкающих друг к другу, давление воды передается от одного стержня к другому, вызывая в них растягивающие усилия и изгибающие моменты, причем благодаря большой гибкости составных стержней (17) изгибающие моменты в них от давления воды и перемещений резко уменьшаются.
При выполнении несущих стержней в виде гибких тяжей (18) достигается сведение к минимуму изгибающих моментов.
При выполнении уплотнения деформационного шва из двух или более несущих элементов из стержней (5) с компенсаторами, соединенных между собой кольцевыми элементами (7), увеличиваются соответственно величины допускаемых относительных вертикальных и осевых перемещений смежных секций (2).
Такая конструкция уплотнения шва (1) может быть полностью выполнена и проверена на герметичность в заводских условиях. На строительстве выполненное в заводских условиях готовое уплотнение соединяется кольцевыми элементами (7) с участками металлической облицовки (8) смежных секций (2) трубопровода, примыкающих ко шву (1), на монтажной площадке или на месте установки, благодаря чему достигается снижение трудозатрат и упрощение монтажа уплотнений с обеспечением высокой надежности их работы.