УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАСПОРНОЙ РАМКИ ПОЛИМЕРКОНТЕЙНЕРНОГО БАЛЛАСТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА И ИНВЕНТАРНЫЙ КЛЮЧ ДЛЯ УСТРОЙСТВА СОЕДИНЕНИЯ ТРУБЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Предлагаемые технические решения относятся к области средств, обеспечивающих соединение трубчатых элементов распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства, применяемого для предотвращения всплытия магистральных трубопроводов, прокладываемых в грунтах различных категорий, болотистой местности и других обводненных участках трассы.
Известны используемые в полимерконтейнерном балластирующем устройстве рамки жесткости, имеющие узлы их соединения, выполненные в виде одетых на прогоны втулок, к которым приварены распорные элементы рамки жесткости (RU 2266457 C1, F16L 1/06, 2005).
Характер жесткого соединения распорок в известных замковых соединениях балластирующих устройств, выполненный в виде сварки, не предусматривает какой-либо их подвижности, что при возникновении не предусмотренных расчетом эксплуатационных нагрузок приводит к поломке такого соединения и невозможности выполнения устройством заложенных в него функций.
Наиболее близким из известных является узел соединения несущих элементов распорной рамки балластирующего устройства подземного трубопровода, образованный замком, который изогнут в плоскости рамки под углом к прогону или распорному элементу, снабжен узлом соединения с концом, соответственно, распорного элемента или прогона с возможностью фиксации указанного соединения, при этом узлы соединения прогона или распорного элемента располагаются по одну сторону от его продольной оси (RU 2289054 C1, F16L 1/06, 2006).
Известные технические решения не позволяют обеспечить надежность и требуемую долговечность работы образуемого с их помощью балластирующего устройства при воздействии на него усилий, возникающих при осевой подвижке трубопровода. Это обусловлено тем, что выполнение замкового соединения путем изгиба замка в плоскости рамки и под углом к прогону или распорному элементу приводит к механическому воздействию на отогнутый элемент замка и, как следствие, его повреждению. Кроме того, выполнение указанного изгиба замка в плоскости рамки при сборке рамки в полевых условиях трудоемко и не технологично, поскольку требует изгиба замка в плоскости, проходящей через продольную ось прогона или распорного элемента.
Технической задачей является создание узла соединения трубчатых элементов распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства, обеспечивающего технологичность изготовления и сборки, высокую надежность и долговечность при воздействии на такой узел разнонаправленных эксплуатационных нагрузок. При этом установлено, что существует техническая необходимость, реализованная в создании средства - инвентарного ключа, используемого для соединения трубчатых элементов в стыковой узел распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства.
Достигается это тем, что:
- Узел соединения трубчатых элементов распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства образован выполненными из труб поперечной стойкой со сплющенным концом и продольной балкой со сквозным внутрь нее пазом, расположенным по образующей трубы, в которую заведен сплющенный конец поперечной стойки, причем на сплющенном конце, по крайней мере с одного его бокового торца, имеется образованная сквозной прорезью замковая часть, отгибаемая в направлении из плоскости сплющенного конца трубы после его заведения в паз, причем отгиб выполнен на измеренную по обращенной к сквозному пазу величину, составляющую не менее разности между шириной сквозного паза и толщиной сплющенного конца трубы. При этом, сквозной паз может быть образован просечкой или вырубкой стенки трубы, имеет, предпочтительно, параллельные по его длине кромки, сопряженные между собой по дуге, причем сплющенный конец заведен в сквозной паз с образованием зазора между ним и кромками сквозного паза для обеспечения возможности качательного, предпочтительно в плоскости распорной рамки, смещения соединенных трубчатых элементов. Прорезь может быть выполнена под острым или прямым углом к продольной оси трубы. Прорезь может быть выполнена по дугообразной кривой или имеет дугообразный участок у торца трубы. Прорезь может быть выполнена с прямолинейным участком, параллельным продольной оси трубы и соединенным с наклонным или перпендикулярным продольной оси трубы участком. При этом, в конце прорези и/или на участке по ее длине выполнено отверстие большего сечения, чем ширина прорези.
- Инвентарный ключ для устройства соединения трубчатых элементов распорной рамки выполнен в виде расположенных с зазором друг относительно друга, по крайней мере, пары выступов, выполненных или закрепленных на рычаге на его боковой или торцевой поверхности с возможностью размещения в полости трубы, или выполненный в виде прорези между имеющими возможность заведения в упомянутую полость трубы частями рычага, причем наименьшее расстояние между обращенными друг к другу поверхностями выступов превышает толщину сплющенного конца трубы, на которой выполняется отгиб замковой части. При этом, пара выступов может быть выполнена в виде разделенного зазором диска или многогранника или отрезка трубы. А продольная ось разделяющего выступы зазора параллельна продольной оси рычага или перекрещена с ней.
Такое выполнение узла соединения трубчатых элементов полимерконтейнерного балластирующего устройства позволяет собрать его с помощью инвентарного ключа с требуемыми допусками в зазорах и выполнить отгиб замкового элемента в виде части сплющенного конца гарантированно в требуемом месте, что может быть обеспечено наличием ослабления его поперечного сечения в месте отгиба, выполненного в виде отверстия большего сечения, чем ширина прорези, или в виде местного поперечного надреза по поверхности.
На фиг.1 схематично представлен узел соединения трубчатых элементов распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства, вид спереди (по стрелке показано направление отгиба - из плоскости рамки);
На фиг.2 - представлен вид на сплющенный конец поперечной стойки, со сквозным (на всю толщину сплющенного участка) пазом, расположенным параллельно оси рычага и имеющим перпендикулярный (или наклонный) к ней участок;
На фиг.3 - представлен вид на сплющенный конец поперечной стойки, со сквозным (на всю толщину сплющенного участка) пазом, расположенным по его длине наклонно к оси рычага;
На фиг.4 - то же, с сопряжением участков между собой по дуге или по ломанной линии;
На фиг.5 - инвентарный ключ с выступами в виде отрезка трубы;
На фиг.6 - инвентарный ключ с выступами в виде гайки и выступающим над ней участком рычага;
На фиг.7 - инвентарный ключ с выступами в виде пар стержней и/или с прорезью.
Узел соединения трубчатых элементов распорной рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства образован выполненными из труб поперечной стойкой 1 со сплющенным концом 2 и продольной балкой 3 со сквозным внутрь нее пазом 4, расположенным по образующей трубы. В полость трубы через паз 4 заведен сплющенный конец 2 поперечной стойки. На сплющенном конце 2 в направлении от его бокового торца 5 к торцу 6 сплющенного конца трубы выполнена открытая со стороны бокового торца прорезь 7, разделяющая сплющенный конец 2 на отгибаемую в направлении из плоскости сплющенного конца трубы после его заведения в паз его замковую часть 8. Технологически - сквозной паз 4 образован просечкой или вырубкой стенки трубы, но может быть выполнен и другим известным путем, например, газорезкой или прорезкой фрезой или абразивным инструментом. Паз имеет либо параллельные по его длине кромки, сопряженные между собой по дуге Сплющенный конец 2 заведен в сквозной паз 4 с образованием зазора между сплющенным концом и кромками сквозного паза для обеспечения возможности качательного смещения соединенных трубчатых элементов. Прорезь 7 может быть выполнена под острым углом к продольной оси трубы (фиг.3) или по дугообразной кривой или имеет дугообразный участок (фиг.4) у торца трубы, а также, может быть выполнена с прямолинейным участком (фиг.2), параллельным продольной оси трубы и соединенным с наклонным или перпендикулярным продольной оси трубы участком. В конце прорези и/или на участке по ее длине может быть выполнено отверстие 9 большего сечения (диаметра), чем ширина прорези 7. Так же может быть выполнен местный поперечный надрез для ослабления сечения в месте начала отгиба. Сплющенный конец 2 поперечной стойки заведен в паз 4 с образованием зазора между его торцом и внутренней поверхностью трубы, в которой выполнен паз 4. Для фиксации выполняемого соединения трубчатых элементов используют инвентарный ключ, который выполнен в виде расположенных с зазором друг относительно друга пары выступов 10, выполненных или закрепленных на конце рычага 11, например, на его боковой или торцевой поверхности. Выступы 10 выполнены с возможностью размещения их в полости трубы, в которой образован паз 4. Наименьшее расстояние в зазоре между крайними обращенными друг к другу поверхностями выступов 10 не менее толщины сплющенного конца трубы стойки. При этом, пара выступов может быть выполнена в виде разделенного зазором диска или многогранника (гайки) или отрезка трубы. При этом продольная ось разделяющего выступы зазора параллельна продольной оси рычага 11 или перекрещена с ней. Кроме того, ключ может иметь выступающий по длине рычага 11 над парой выступов его участок 12. Отгиб, выполнен на измеренную по обращенной к сквозному пазу величину «е» (фиг.1), составляющую не менее разности между шириной сквозного паза и толщиной сплющенного конца трубы. Как вариант, прорезь 13 выполнена между имеющими возможность заведения в упомянутую полость трубы частями рычага 11.
Конец трубы, размещаемый в пазу 4, сплющивают путем приложения к нему давления и одновременной вырубкой прорези 7, образующей отгибаемую замковую часть 8. В другой трубе вырубкой или фрезерованием образуют продольный сквозной паз 4, ограниченный с двух сторон по длине материалом трубы. В паз 4 помещают сплющенную часть трубы, так, чтобы в ее полость вошла бы и замковая часть 8. Торец сплющенной части трубы может упираться во внутреннюю поверхность трубы, в которой образован паз 4, однако, при отведении поворотом с помощью инвентарного ключа замковой части 8 образуется некоторый зазор между указанными торцом и внутренней поверхностью, который обеспечивает возможность поворота (отклонения от перпендикулярности) осей соединяемых труб. Поворот замковой части обеспечивается введением пары выступов 10 в полость трубы и размещением при этом замковой части в зазоре между выступами. Приложением усилия к рычагу 11 создают момент, обеспечивающий отгиб замковой части 8 на требуемый угол относительно плоскости сплющенной части (в направлении из плоскости сплющенной части или собираемой распорной рамки). Полимерконтейнерное балластирующее устройство, содержащее описанные выше узлы, представляет собой установленный в рамном каркасе открытый сверху контейнер (емкость) для загружаемого в него после установки в проектное положение балласта. Ее собирают, например в заводских условиях или на приобъектной территории.
Описанные выше узлы соединения обеспечивают ограниченную подвижность, т.е. возможность перемещения на несколько миллиметров в пазу 4 или поворот на несколько градусов в ту или другую сторону от оси трубы. Это обстоятельство весьма важно вследствие того, что в реальных условиях эксплуатации на рамку воздействуют усилия, например от осевой сезонной подвижки трубопровода, могущие вызвать разрушение ее конструкции. Такие подвижки носят знакопеременный характер, что при жестком соединении, например, сваркой, даже при достаточной ее прочности, вызвало бы усталостные напряжения в сварном шве и, как следствие, разрушение конструкции. В данном случае этого не происходит именно из-за такого «шарнирного» соединения с несколькими степенями свободы.