ОПОРНО-НАПРАВЛЯЮЩЕЕ КОЛЬЦО, СПОСОБ ЕГО СБОРКИ И РАЗБОРКИ
THE SUPPORT-GUIDING RING, THE METHOD OF ITS ASSEMBLY AND DISASSEMBLY

Группа изобретений относится к области строительства трубопроводного транспорта и может быть использована для переходов трубопроводов диаметром 57-1420 мм, прокладываемых путем протаскивания трубопровода на опорно-направляющих кольцах вовнутрь защитного кожуха диаметром 114-1720 мм под дорогами, инженерными сооружениями, водными преградами, во влажных грунтах, болотах, в районах с суровыми условиями и вечной мерзлоты.
Известно опорно-направляющее кольцо, патент на полезную модель RU 31427 кл. F16L 7/02, выполненное из металла, на наружной поверхности которого из электроизоляционного материала изготовлены и закреплены опоры скольжения, которые опираются на внутреннюю поверхность защитного кожуха.
Опорно-направляющее кольцо имеет следующие недостатки: обладает ограниченным сроком службы, так как эксплуатируется в защитном кожухе, где постоянно присутствует влажная среда, особенно в летний период в болотистой местности, в районах с суровыми условиями и вечной мерзлотой, когда весной талая вода попадает в межтрубное пространство перехода, порождает сильнейшую коррозию опорно-направляющих колец и ведет к сокращению срока эксплуатации перехода трубопровода.
Известно неразборное пластмассовое опорно-направляющее кольцо фирмы PACI (Италия), что создает массу неудобств при монтаже, так как в случае ошибки в шаге расстановки на переходе кольцо приходится разрушать на трубопроводе перехода или ставить дополнительное. Кроме того, при протаскивании трубопровода в защитный кожух на упомянутых кольцах фирмы PACI Италия кольца смещаются относительно протаскиваемого трубопровода, так как изготовлены из пластмассы и применяются без резиновой прокладки.
Известно также кольцо предохранительное спейсер, диэлектрическое (УДК 621.646 ОАО «Газпром», технические условия 51-19-2000, регистрация №19/6 от 20 июня 2000 г), выполненное из пластмассы.
Недостатками данных пластмассовых опорно-направляющих колец является то, что опорно-направляющие кольца собираются из сегментов болтовыми соединениями, которые ослабевают в период эксплуатации и быстро выходят из строя, так как во влажной среде подвержены коррозии. Кроме того, при протаскивании трубопровода в защитный кожух опорно-направляющие кольца смещаются относительно трубопровода, в результате нагрузка на кольца перераспределяется и кольца разрушаются. Для предотвращения их смещения дополнительно применяются упоры из брусков полиамида или дерева, что удорожает стоимость перехода трубопровода.
Известно техническое решение «Опорное пластмассовое кольцо» по патенту РФ 2296906 F16L 7/00, 1/028, где существенным недостатком является непрочное соединение сегментов друг с другом, а также сложность соединения сегментов при окончательном закреплении фиксаторами полуколец в кольцо на трубопроводе перехода.
Известные пластмассовые опорно-направляющие кольца обладают существенными недостатками, которые сдерживают их дальнейшее развитие. Первый недостаток заключается в том, что кольцо изготавливается только с опорами скольжения, при этом применение таких колец ограниченно в силу того, что они рассчитаны на длину протаскивания до 500 м в защитный кожух. Второй недостаток заключается в том, что соединение полуколец в кольцо на трубопроводе перехода осуществляется болтовыми соединениями, что является существенным недостатком, так как сегодня нет разборного пластмассового опорно-направляющего кольца, которое можно использовать с опорами качения и отдельно с опорами скольжения без болтовых соединений, за исключением технического решения патент RU №2526137.
Известно техническое решение «Переход газонефтепровода и способ его сборки, хомут-стяжка, опорно-направляющее кольцо для перехода и устройство для сборки кольца» патент RU №2526137, принятое за прототип.
Кольцо выполнено без болтовых соединений, из стеклопластиковых взаимозаменяемых сегментов с опорами скольжения, соединенных в полукольцо и в кольцо на трубопроводе перехода, при этом сборка осуществляется фиксаторами подвижным и неподвижным, выполненными в форме клина, на боковых поверхностях которых выполнены противоположные зубья типа «елочка», по которым перемещается подвижный фиксатор в зацеплении с неподвижным.
Данное техническое решение имеет следующие недостатки.
Опорно-направляющее кольцо выполнено неразборным, при собранном кольце на трубопроводе перехода конструкция не позволяет его разобрать и вновь собрать. Чтобы разобрать собранное кольцо на трубопроводе, его необходимо разрушить либо поставить дополнительное кольцо, что также является существенным недостатком.
При монтаже опорно-направляющего кольца на трубопроводе перехода фиксация двух сегментов в опорно-направляющее кольцо осуществляется двумя фиксаторами - подвижным и неподвижным, которые при сборке выпадают из посадочных мест из-за того, что в начальном периоде сборки сегментов друг с другом между подвижным и неподвижным фиксаторами образуются большие зазоры, что создает сложности монтажа опорно-направляющего кольца на трубопроводе перехода.
Кроме того, на соединение двух сегментов требуется два фиксатора: подвижный и неподвижный, а для соединения всех сегментов одного опорно-направляющего кольца требуется от 6 до 20 фиксаторов, что является существенным недостатком опорно-направляющего кольца в части комплектации, монтажа и общей стоимости опорно-направляющего кольца.
Существенный недостаток опорно-направляющего кольца, выполненного из пластмассы, например из стеклопластика, заключается еще в том, что оно выполнено неразборным и предназначено для применения только с опорами скольжения для протаскивания трубопровода в защитный кожух на длину до 500 м, что ограничивает его применение в качестве универсального опорно-направляющего кольца с опорами качения и/или с опорами скольжения.
Задачей изобретения является разработка пластмассового разборного опорно-направляющего кольца, выполненного из сегментов с взаимозаменяемыми опорами качения и/или опорами скольжения, для протаскивания трубопровода в защитный кожух на опорно-направляющих кольцах, в зависимости от длины протаскиваемого трубопровода в защитный кожух.
Для решения поставленной задачи предлагается опорно-направляющее пластмассовое разборное кольцо для протаскивания трубопровода внутри защитного кожуха, используемое при строительстве переходов трубопроводов под дорогами, водными преградами, инженерными сооружениями. Опорно-направляющее пластмассовое разборное кольцо выполнено из сегментов с опорами, собираемых на трубопроводе перехода при помощи фиксаторов в форме клина, причем на боковой поверхности клина образованы скрепляющие элементы типа «елочка». На наружной части сегментов выполнены посадочные места в виде углубления прямоугольной формы, в которые установлены и закреплены взаимозаменяемые опоры скольжения и/или опоры качения. На одной из концевой выступающей части приемного узла сегмента выполнены ответные неподвижные скрепляющие элементы типа «елочка» для перемещения по ним фиксатора в зацеплении двух сегментов при сборке и разборке каждых двух сегментов. На противоположной концевой выступающей части заходного узла каждого сегмента выполнено посадочное место для фиксатора, открытое с трех сторон и глубиной от 1/6 до 1/2 по отношению к максимальной ширине фиксатора, причем углы его сторон выполнены с радиусом, достаточным для выхода фиксатора из зацепления с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка» в случае разборки опорно-направляющего кольца при помощи ключа, вставленного в отверстия на плоской части фиксатора. Для предотвращения самопроизвольного рассоединения сегментов друг от друга (при сборке в плеть и в дальнейшем при монтаже в опорно-направляющее кольцо на трубопроводе) на боковой поверхности заходного узла сегмента выполнены выступы, а в отверстии приемного узла сегмента выполнены соответствующие выступам пазы.
Для предотвращения смещения опорно-направляющего кольца на резиновой прокладке относительно трубопровода при протаскивании его в защитный кожух на посадочных местах с внутренней стороны сегментов могут быть выполнены выступы в форме валика.
На сегментах между посадочными местами взаимозаменяемых опор качения и/или опор скольжения соответственно могут быть выполнены устройства для крепления защитных труб кабелей связи по форме применяемых защитных труб.
В предложенном опорно-направляющем кольце за счет использования взаимозаменяемых опор его конфигурация может быть подобрана в зависимости от условий применения. Установка опор качения вместо опор скольжения позволяет значительно уменьшить трение и соответственно усилие, необходимое для протаскивания трубопровода в защитный кожух, что обеспечивает возможность протаскивать трубопровод в защитный кожух на дальние расстояния до 8000 м. Однако применение опор качения возможно не во всех случаях, поскольку такие опоры по сравнению с опорами скольжения имеют больший размер по высоте, который может превышать величину зазора между трубопроводом и внутренней поверхностью защитного кожуха. Для уменьшения габаритного размера по высоте в нижней части опорно-направляющего кольца могут быть установлены опоры качения, а в верхней части - опоры скольжения. Применение опор качения ограничивается еще и тем, что при протаскивании трубопровода внутри защитного кожуха в результате попадания посторонних предметов или износа возможно заклинивание и разрушение одной или нескольких опор качения, опирание трубопровода на сегмент и разрушение сегмента опорно-направляющего кольца. Для предотвращения такого разрушения опорно-направляющего кольца в посадочные места сегментов, расположенных в нижней его части, между опорами качения может быть установлена одна или несколько опор скольжения, имеющие меньший размер по высоте (размер по высоте опоры скольжения может быть уменьшен на величину, меньшую или равную 1/3 радиуса ролика в опоре качения), которые будут воспринимать нагрузку от веса трубопровода в случае разрушения опор качения. Предложенная конструкция опорно-направляющего кольца позволяет устанавливать как опоры скольжения (для протаскивания трубопровода в защитный кожух на короткие расстояния), так и опоры качения (для протаскивания трубопровода в защитный кожух на дальние расстояния до 8000 м) либо комбинацию опор скольжения и опор качения.
Таким образом, возможны следующие частные случаи выполнения опорно-направляющего кольца, в которых:
взаимозаменяемые опоры скольжения установлены и закреплены в посадочные места сегментов, расположенных в верхней его части;
взаимозаменяемые опоры качения установлены и закреплены в посадочные места сегментов, расположенных в нижней его части;
в посадочные места сегментов, расположенных в нижней его части, между опорами качения дополнительно установлена одна или несколько опор скольжения с размером по высоте, уменьшенным на величину, меньшую или равную 1/3 радиуса ролика в опоре качения.
Для решения поставленной задачи предлагается способ сборки опорно-направляющего кольца на трубопроводе перехода. В способе сегменты предварительно собирают без фиксаторов в плеть до длины, необходимой для охвата трубопровода заданного диаметра, путем ввода вручную заходного узла одного сегмента в отверстие приемного узла с внутренней стороны другого сегмента. При этом для предотвращения рассоединения сегментов друг от друга выступы на боковой поверхности заходного узла сегмента продевают через соответствующие пазы в отверстии приемного узла соединяемого сегмента. После чего плеть надевают на трубопровод, также фиксируют ее в кольцо и устанавливают в посадочные места по одному фиксатору на соединение каждых двух сегментов, где осуществляют их зацепление друг с другом. Далее фиксаторы вручную продвигают в посадочные места сегментов в зацепление с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка», выполненными на одной из концевой выступающей части приемного узла сегмента. В результате движения фиксаторов, выполненных в форме клина, приемный и заходный узлы раздвигаются в противоположные стороны и окончательно закрепляют опорно-направляющее кольцо на трубопроводе перехода.
Также предлагается способ разборки опорно-направляющего кольца. Для осуществления способа в отверстия на плоской части фиксатора вводят ключ для разборки сегментов опорно-направляющего кольца, поворачивают фиксатор ключом в посадочном месте и выводят фиксатор из зацепления с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка». Затем два сегмента опорно-направляющего кольца разъединяют друг от друга. При разъединении сегментов выступы на боковой поверхности заходного узла одного сегмента выводят из соответствующих пазов в отверстии приемного узла другого сегмента. Остальные сегменты опорно-направляющего кольца разъединяют аналогичным образом.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 - изображено опорно-направляющее кольцо с взаимозаменяемыми опорами качения и/или опорами скольжения.
На фиг. 2 - изображен сегмент опорно-направляющего кольца с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка», взаимозаменяемыми опорами качения и опорами скольжения и с защитными трубами для кабелей связи.
На фиг. 3 - изображено посадочное место для фиксатора, фиксатор в зацеплении двух сегментов с неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка», выполненными на выступающей части приемного узла как единое целое с сегментом.
На фиг. 4 - изображено соединение двух сегментов приемного и заходного узлов друг с другом при помощи фиксатора в опорно-направляющее кольцо на трубопроводе перехода.
На фиг. 5 - изображена сборка сегментов в плеть для монтажа на трубопроводе в опорно-направляющее кольцо.
На фиг. 6 - изображены выступы, например в форме валика, для предотвращения смещения опорно-направляющего кольца на резиновой прокладке относительно трубопровода.
На фиг. 7 - изображены скрепляющие элементы типа «елочка».
Изображенные на чертежах элементы обозначены следующими позициями:
1 - опорно-направляющее кольцо;
2 - сегмент;
3 - взаимозаменяемая опора качения;
4 - взаимозаменяемая опора скольжения;
5 - приемный узел;
6 - скрепляющие элементы типа «елочка»;
7 - фиксатор;
8 - заходный узел;
9 - посадочное место для фиксатора;
10 - отверстие (для установки ключа при разборке сегментов);
11 - посадочное место (для установки взаимозаменяемых опор);
12 - трубопровод;
13 - защитный кожух;
14 - выступ;
15 - паз;
16 - выступ в форме валика;
17 - резиновая прокладка;
18 - защитная труба;
19 - кабель связи;
20 - плеть;
21 - отверстие приемного узла.
Предложенное пластмассовое опорно-направляющее кольцо 1 выполнено из следующих основных узлов и элементов.
Основными узлами разборного опорно-направляющего кольца 1 являются взаимозаменяемые сегменты 2, выполненные с взаимозаменяемыми опорами качения 3 и/или с опорами скольжения 4, и фиксаторы 7 в форме клина, причем на боковой поверхности клина образованы скрепляющие элементы типа «елочка» 6. Сегменты 2 монтируются в опорно-направляющее кольцо 1 по радиусу трубопровода 12 и закрепляются фиксаторами 7. Количество взаимозаменяемых сегментов 2 подбирается в зависимости от диаметра трубопровода 12. Предложенная конструкция позволяет использовать сегменты одинакового размера для сборки опорно-направляющих колец на трубопроводах диаметром от 57 до 1420 мм включительно.
На противоположных концах каждого сегмента 2 выполнен приемный узел 5 и заходный узел 8. В приемном узле 5 сегмента 2 выполнено отверстие 21 (на фиг. 2 показано прямоугольное отверстие, отверстие может быть выполнено и другой формы) для введения в него заходного узла 8 другого сегмента 2. На боковой поверхности заходного узла 8 имеются выступы 14, а в отверстии 21 приемного узла 5 выполнены соответствующие выступам пазы 15. На концевой выступающей части приемного узла 5 сегмента 2 выполнены ответные неподвижные скрепляющие элементы 6 типа «елочка», как единое целое с сегментом 2, для перемещения по ним фиксатора 7 в зацеплении двух узлов сегментов: приемного 5 и заходного 8 при сборке и разборке каждых двух сегментов 2 опорно-направляющего кольца 1. Посадочное место 9 (фиг. 3) для фиксатора 7 выполнено на противоположной концевой выступающей части сегмента 2 (фиг. 2) заходного узла 8 опорно-направляющего кольца 1 открытым с трех сторон и глубиной от 1/6 до 1/2 по отношению к максимальной ширине фиксатора 7. Углы сторон посадочного места 9 выполнены с радиусом, достаточным для выхода фиксатора 7 из зацепления с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка» 6 при помощи ключа (на фигурах не показано) для разборки сегментов.
На плоской части фиксатора 7 выполнено несколько отверстий 10 (фиг. 3) для установки ключа при разборке сегментов путем поворота фиксатора 7 ключом в посадочном месте 9 (фиг. 3), где углы его сторон выполнены с радиусом R, достаточным для вывода его вверх из зацепления с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка» 6, выполненными на выступающей части приемного узла 5 как единое целое с сегментом 2 опорно-направляющего кольца 1.
На наружной части сегментов 2 опорно-направляющего кольца 1 выполнены посадочные места 11, например в виде углублений прямоугольной формы, для установки взаимозаменяемых опор скольжения 4 и/или опор качения 3 (для протаскивания трубопровода 12 в защитный кожух 13 на короткие и дальние расстояние до 8000 м). Посадочные места 11 для установки взаимозаменяемых опор могут быть выполнены не только прямоугольной, но и другой формы, обеспечивающей правильную установку опор на кольце.
С внутренней (обращенной к трубопроводу 12) стороны сегментов 2 выполнены выступы 16, например в форме валика (фиг. 6), для предотвращения смещения опорно-направляющего кольца 1 на резиновой прокладке 17 относительно трубопровода 12 при протаскивании его в защитный кожух 13 (фиг. 1).
На сегментах опорно-направляющих колец между посадочными местами 11 взаимозаменяемых опор качения 3 и опор скольжения 4 имеются устройства для крепления защитных труб 18 для кабелей связи 19 (фиг. 2), выполненные по форме применяемых защитных труб 18.
Опорно-направляющие кольца 1 с опорами качения 3 и/или с опорами скольжения 4 собирают на протаскиваемый в защитный кожух 13 трубопровод 12 следующим образом.
Сегменты 2 собирают в плеть 20 (фиг. 5) без фиксаторов 7 до длины, необходимой для охвата трубопровода заданного диаметра, путем ввода вручную заходного узла 8 одного сегмента в отверстие 21 приемного узла 5 с внутренней стороны другого сегмента. Фиксация сегментов осуществляется за счет выступов 14, выполненных, например, в форме закругленного стержня, на боковой поверхности заходного узла 8. Для прохода заходного узла 8 в отверстии 21 приемного узла 5 соединяемого сегмента выполнены пазы 15 (фиг. 2), соответствующие выступам 14. После введения заходного узла 8 одного сегмента в отверстие 21 приемного узла 5 другого сегмента и выхода выступов 14 из пазов 15 сегменты 2 фиксируются друг с другом, при этом выступы 14 сдвигаются от пазов 15 и опираются на наружную поверхность приемного узла 5, препятствуя самопроизвольному рассоединению сегментов 2 друг от друга.
В посадочные места 11 сегментов 2 устанавливают и закрепляют взаимозаменяемые опоры качения 3 и/или опоры скольжения 4. Взаимозаменяемые опоры могут быть установлены в посадочные места 11 каждого отдельного сегмента 2 перед сборкой плети 20. В случае необходимости взаимозаменяемые опоры могут быть установлены и закреплены в посадочные места 11 после сборки и закрепления опорно-направляющего кольца 1 на трубопроводе 12.
На трубопроводе 12 закрепляют резиновую прокладку 17, надевают на нее собранную плеть 20 (фиг. 5), также фиксируют ее в кольцо и устанавливают все фиксаторы 7 в посадочные места 9, по одному фиксатору 7 на одно соединение каждых двух сегментов 2, где осуществляется их зацепление друг с другом. Затем фиксаторы 7 (фиг. 3, 4) вручную продвигают в посадочные места 9 в зацепление с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка» 6, выполненными на одной концевой выступающей части приемного узла 5 как единое целое с сегментом 2 опорно-направляющего кольца 1. В результате движения фиксаторов 7, выполненных в форме клина, приемный 5 и заходный 8 узлы раздвигаются в противоположные стороны и закрепляют опорно-направляющее кольцо 1 на трубопроводе 12. Скрепляющие элементы типа «елочка» 6 на поверхности фиксатора 7 и ответные неподвижные скрепляющие элементы типа «елочка» 6, выполненные на одной концевой выступающей части приемного узла 5, препятствуют обратному движению фиксатора и ослаблению опорно-направляющего кольца 1, закрепленного на трубопроводе 12. Выступы 16 в форме валика с внутренней стороны сегментов 2 предотвращают смещение опорно-направляющего кольца 1 на резиновой прокладке 17 при протаскивании трубопровода 12 в защитный кожух 13.
Остальные опорно-направляющие кольца 1 собирают на трубопроводе 12 аналогичным образом.
Одновременно при сборке осуществляют контроль момента окончательной затяжки сегментов 2 опорно-направляющего кольца 1 стяжным устройством (на фигурах не показано) и контроль шага между опорно-направляющими кольцами 1 на трубопроводе 12.
Затем трубоукладчиками (на фигурах не показано) трубопровод 12 со смонтированными опорно-направляющими кольцами протаскивают в уложенный под дорогой защитный кожух 13. Протаскивание трубопровода 12 осуществляют внутри защитного кожуха 13 по его внутренней стенке на опорно-направляющих кольцах 1, которые принимают нагрузку протаскиваемого трубопровода 12. Нагрузка распределяется на сегменты опорно-направляющего кольца и на опоры, которые смонтированы на нижнем полукольце опорно-направляющего кольца 1 и несут основную нагрузку.
При эксплуатации перехода трубопровода опоры воспринимают ударные нагрузки через защитный кожух 13 от движущегося над переходом автотранспорта и гасят их за счет опор, которые выполнены из пластмассы, а также за счет резиновых прокладок 17, смонтированных под опорно-направляющими кольцами 1, защищая трубопровод 12 от вибрации и разрушений. Кроме того, гашение ударных нагрузок способствует предотвращению распространения микротрещин на трубопроводе перехода.
В случае необходимости (например, для устранения неисправности или в случае неправильной установки) опорно-направляющее кольцо 1 может быть разобрано следующим способом.
В отверстия 10 на плоской части фиксатора 7 вводят ключ (на фигурах не показано) для разборки сегментов опорно-направляющего кольца, поворачивают фиксатор 7 ключом в посадочном месте 9 и выводят фиксатор из зацепления с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка» 6. Углы сторон посадочного места 9 выполнены с радиусом R, достаточным для вывода фиксатора 7 вверх из зацепления с ответными неподвижными скрепляющими элементами типа «елочка» 6, выполненными на выступающей части приемного узла 5. После чего два сегмента опорно-направляющего кольца вручную разъединяют друг от друга. Для разъединения сегментов выступы 14 на боковой поверхности заходного узла 8 заводят в пазы 15, выполненные в отверстии 21, затем заходный узел 8 выдвигают из отверстия 21 приемного узла 5 таким образом, чтобы выступы 14 полностью прошли через пазы 15 и сегменты разъединились друг от друга.
Остальные сегменты опорно-направляющего кольца разъединяют аналогичным образом.
Опорно-направляющее кольцо прошло испытания и показало положительные результаты в части оперативной сборки и разборки опорно-направляющего кольца с взаимозаменяемыми опорами качения и/или опорами скольжения для протаскивания трубопровода в защитный кожух на короткие и дальние расстояния до 8000 м. Использование предложенного опорно-направляющего кольца позволяет сократить время монтажа, стоимость и количество ремонтов переходов трубопроводов, прокладываемых под дорогами, инженерными сооружениями и водными преградами, где влажность в переходе трубопровода составляет 100%.