УТЯЖЕЛИТЕЛЬ-ОБТЕКАТЕЛЬ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к области строительства и может найти применение при прокладке магистральных трубопроводов по речному дну.
Наиболее близким к заявленной полезной модели устройством является утяжелитель трубопровода, выполненный из железобетона в виде двух охватывающих трубу полуколец, соединенных между собой посредством стальных шпилек и гаек - Технические условия 102-264-81.
Недостатком известного устройства является высокий коэффициент лобового сопротивления конструкции из-за плохой обтекаемости формы.
Образующиеся при размыве грунта дна свободные пролеты трубопровода, снаряженного утяжелителями, подвергаются значительному гидродинамическому воздействию со стороны речного потока, сила которого вычисляется по следующей формуле:
2
F=0,5CSρν,
где С - безразмерный коэффициент лобового сопротивления, характеризующий форму тела и зависящий от скорости потока;
S - площадь наибольшего сечения тела в плоскости, перпендикулярной потоку;
ρ - плотность воды;
ν - скорость течения.
Это воздействие приводит к появлению дополнительных деформирующих напряжений в трубопроводе и к сокращению срока его службы.
Техническая задача, решаемая с помощью полезной модели, заключается в понижении коэффициента лобового сопротивления забалластированного трубопровода при обтекании его речным потоком в случае размыва траншеи дна и образования свободных пролетов.
Поставленная техническая задача решается утяжелителем - обтекателем трубопровода, содержащим один или два листа упругого материала, закрепление которых на цилиндрической поверхности утяжелителя трубопровода образует верхнюю и нижнюю консоли, фиксируемые в исходном положении, при котором упруго деформированная нижняя консоль прилегает к поверхности утяжелителя, упруго деформированная верхняя консоль - к наружной поверхности нижней консоли, а в рабочем положении осуществляется освобождение консолей от упругой деформации, при этом поперечное сечение трубопровода с утяжелителем приобретает каплевидную форму, ориентированную вдоль потока.
Фиксация консолей в исходном положении может осуществляться, например, с помощью средства, прочность которого нарушается при взаимодействии с водой, а также - с помощью гибкой тяги, освобождаемой при размыве грунта под утяжелителем.
На фиг.1 представлена конструкция варианта устройства, содержащего два листа упругого материала, размещенных на кольцевом утяжелителе трубопровода, в исходном положении, на фиг.2 представлено это же устройство в рабочем положении.
Утяжелитель-обтекатель трубопровода содержит два листа упругого материала, в качестве которого может быть использован как металл, так и пластик. Листы закреплены на цилиндрической поверхности утяжелителя 1, установленного на трубопроводе 2 и образуют верхнюю и нижнюю консоли 3, 4, соответственно. Консоли 3, 4 фиксируются в исходном положении так, что упруго деформированная нижняя консоль 4 прилегает к поверхности утяжелителя 1, а упруго деформированная верхняя консоль 3 - к наружной поверхности нижней консоли 4.
Фиксация консолей 3, 4 друг к другу и к утяжелителю 1 осуществляется гибкой тягой 5. Это - один из возможных вариантов фиксации.
Понижение коэффициента лобового сопротивления трубопровода с помощью устройства происходит следующим образом.
При размыве участка трубопровода 2 и образовании свободного пролета, лишенного поддержки дна, гибкая тяга 5, оказавшись в воде, освобождает консоли 3, 4 от фиксации.
Упругие консоли 3, 4 расходятся так, что конструкция забалластированного трубопровода 2 приобретает в поперечном сечении каплевидную форму, ориентированную вдоль потока.
Форма и размеры листов-консолей 3, 4 выбираются такими, чтобы обеспечить вытянутость формы при сохранении общей жесткости конструкции.
Для получаемой таким образом обтекаемой формы конструкции коэффициент лобового сопротивления значительно уменьшается: если коэффициент лобового сопротивления С для конструкции - прототипа в пределах реальных скоростей течения в реках составляет 0,35-0,4, то для предлагаемой конструкции он падает до значения 0,05 - X.Кухлинг «Справочник по физике», М.: «Мир», 1982, с.458.