СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ТРУБОПРОВОДА
METHOD OF INCREASING THE SUPPORTING ABILITY OF THE PIPELINE

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации трубопроводов для транспорта жидкостей и газов, в частности к способам повышения их несущей способности.
Известны из практики технические решения в этой области, которые полностью или частично направлены на повышение несущей способности трубопровода в целом или каждой трубы отдельно до их сборки в трубопровод. К ним по отдельным методам осуществления можно отнести следующие:
• увеличение запаса прочности за счет большей толщины материала стенок труб в трубопроводе, что ведет к росту стоимости его строительства;
• установка одной толстостенной трубы в другую по посадке с натягом, например в производстве сосудов высокого давления и стволов орудий;
• намотка на наружную поверхность трубы слоя их нитеобразного материала, например проволоки, с натяжением в нем вплоть до предела текучести, что применимо только на отдельных участках трубы и требует высокопрочного материала;
• усиление стенок труб малого диаметра, получаемых литьем из пластмасс, металлической тонкостенной арматурой, например для труб в системе отопления и водоснабжения зданий;
• создание нормального противодавления, т.е. сжатия на наружную поверхность трубопровода внешней средой (т.е. жидкость, газ) в отличие от создаваемого рабочего давления в нем, например путем размещения на дне моря;
• нагружение предварительное материала стенок труб до предела текучести, но это мало эффективно для труб из высокопластичных низкоуглеродистых сталей, которые по технологическим преимуществам из них и изготавливают прокаткой или сваркой, и из-за релаксации внутренних напряжений в материале их стенок в процессе эксплуатации.
Близким аналогом данному изобретению может служить техническое решение согласно патенту RU 2639257 С2 [1], в котором достижение технического результата обеспечивается за счет расположения на наружной поверхности трубопровода последовательно несколько слоев из заданных толщин материалов с различием в свойствах по их качеству.
Задача изобретения - создание в материале стенки каждой трубы трубопровода предварительно силового напряженного состояния отличного по знаку от создаваемого в нем рабочим давлением в трубопроводе.
Это достигается тем, что в способе повышения несущей способности трубопровода, включающем создание в материале стенки каждой из труб трубопровода силового напряженного состояния по знаку противоположного направления с силовым напряженным состоянием, создаваемым в их материале от рабочего давления после сборки в трубопровод, согласно заявленному изобретению, предварительно создаваемое силовое напряженное состояние в материале стенки каждой из труб до сборки в трубопровод обеспечивают путем намотки с заданным усилием на ее наружную поверхность последовательно не менее трех слоев заданных толщин, то есть первого слоя из термоусадочного ленточного материала, второго слоя из высокопрочного ленточного материала, например на основе волокон углерода или базальта, и третьего слоя из термоусадочного ленточного материала и затем размещенные слои на наружной поверхности трубы подвергают тепловому воздействию при температуре термоусадки ленточного материала в термоусадочных слоях известным способом, например за счет нагрева стенки отдельной трубы при сжигании внутри нее горючего газа, а после этого каждую из труб используют для сборки трубопровода.
По другому варианту исполнения способ отличается тем, что намотку как первого слоя из термоусадочного ленточного материала на исходную поверхность трубы так и последующих слоев при намотке в заданной последовательности друг за другом производят через предварительно расположенный на одной из сопрягаемых поверхностей в зоне их контакта слоя клея со свойствами демпфирования.
Реализация предлагаемого способа осуществляется на базе технологического оснащения (т.е. устройств, приспособлений) подобно применяемому при изоляции трубопроводов, которое обеспечивает одновременно пару относительных движений, т.е. одного вращательного или другого поступательного движений (в общем винтового) из отдельно задействованных ресурсов, а именно трубы и одного из последовательно наматываемых на трубу ленточного материала слоями (не менее трех) с заданными показателями его по качеству и толщине слоя. При этом процесс размещения наматываемых слоев из ленточных материалов вначале на трубе и затем, на поверхностях друг друга начинаются и заканчиваются с надежной фиксацией по их концам на сопрягаемых поверхностях, например путем склеивания или сваркой.
В зависимости от варианта исполнения способа первый слой из термоусадочного ленточного материала на полиамидной основе толщиной от 0,2-1 мм с усилием в пределах упругости укладывается при намотке на зачищенную от загрязнений наружную поверхность трубы диаметром, например 50-500 мм, или через предварительно нанесенный на нее слой клея, например распылением, валиком и т.п.Здесь в качестве клея могут использоваться собственно различные синтетические клеи [2], например марок МПФ-1, КИ-3 и АМК, или битумно-полимерная мастика [1], обладающие свойствами демпфирования. Последующие размещаемые на трубе слои, т.е. как второй слой из ленточного материала на основе волокон углерода или базальта толщиной 0,2-0,5 мм, располагаемый на наружной поверхности первого слоя, так и третий слой из термоусадочного ленточного материала толщиной 0,2-1 мм, сопряженный с наружной поверхностью второго слоя, укладываются намоткой с заданными усилиями (натяжениями) по вариантам подобно размещению первого слоя из термоусадочного ленточного материала на трубе. Первый вариант осуществления способа менее трудоемок чем второй, но применим в случае предварительного обеспечения защитой от коррозии наружной поверхности каждой металлической трубы в трубопроводе. Второй вариант реализации способа позволяет надежно и комплексно решать задачи по повышению несущей способности трубопровода и защиты от коррозии путем нанесения на поверхность составляющих труб трубопровода слоя клея. В общем случае повышение несущей способности трубопровода достигается тем, что расположенные на каждой трубе до сборки в трубопровод слои из термоусадочного материала подвергаются тепловому воздействию при температуре термоусадки известным способом, например за счет сжигания внутри нее горючего газа в ней. А в результате чего производится обжатие материала стенки трубы при термоусадке термоусадочных слоев, образующих вместе с третьим слоем на ней цельную структуру разной степени замоноличенности при варианте исполнения и создания в материале стенки трубы напряженного состояния противоположного знака (сжатие) от создаваемого напряженного состояния рабочим давлением (растяжение) в нем после сборки трубы в трубопровод.
Следовательно, результирующее (суммарное) напряжение растяжения в материале стенки трубы трубопровода в процессе эксплуатации будет меньше на величину размера от предварительно создаваемого в нем напряжения сжатия при обжатии каждой трубы до сборки в трубопровод термоусадочными слоями на ней.
Достоинствами предлагаемого изобретения является следующее:
- осуществление способа не требует дорогих материалов и сложного технологического оснащения;
- повышение несущей способности трубопровода при одновременной защите его от коррозии.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ на изобретение №2693257 С2 МПК F16L 58/12. Опубл. 20.12.2017, Бюл.35.
2. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: «Советская энциклопедия», 1976. - 608 с.