Трубомонтажная машина для сооружения линии нефтепродуктопроводов
PIPE ASSEMBLY MACHINE FOR THE CONSTRUCTION OF A LINE OF OIL PRODUCTS PIPELINES

Изобретение относится к сооружению сборно-разборных нефтепродуктопроводов из трубопроводных модулей с раструбным соединением, в частности к механизированной сборке и может быть использовано как в военных интересах, так и гражданскими предприятиями, занимающимися строительством трубопроводов.
Линейная часть полевых магистральных сборно-разборных трубопроводов с раструбным соединением представляет собой смонтированные трубопроводные модули длиной 6 м различного диаметра (как правило, 100 или 150 мм), на одном конце которого имеется манжета с уступом для упора запорного кольца, на другом - раструб. В кольцевые канавки внутренней полости раструба вставляются резиновое уплотнительное кольцо и стальное запорное кольцо с резиновой микропористой подкладкой для его центровки (1 - ГОСТ 20772-81 «Устройства присоединительные для технических средств заправки, перекачки, слива-налива, транспортирования и хранения нефти и нефтепродуктов. Типы. Основные параметры и размеры. Общие технические требования»). Соединение отличается простотой конструкции и может собираться как вручную, так и механизированным способом, надежность соединения трубопроводных модулей определяет работоспособность сборно-разборного трубопровода в целом (2 - Шеин К.Г. и др. Трубопроводным войскам 50 лет. Исторический очерк. М: Воентехлит, 2002. - С. 93-95).
Перед авторами стояла задача, разработать техническое средство, позволяющее осуществлять монтаж трубопроводных модулей с раструбным соединением, при этом обеспечить увеличение темпа монтажа, исключив ручной труд человека.
При просмотре источников научно-технической и патентной информации, были выявлены технические разработки, частично позволяющие решить поставленную перед авторами задачу.
Известно мобильное средство для монтажа трубопроводных модулей, (3 - патент RU 2620185 С1), в котором на самоходной подвижной базовой платформе установлены боковая стрела кранового устройства, механизм регулирования угла наклона стрелы, грузоподъемный агрегат с тяговым механизмом, на подвеске которого прикреплено сборочное устройство. Сборочное устройство представляет собой траверсу, состоящую из подвижной и неподвижной балок. На торцах балок размещены гидравлические захваты трубопроводных модулей. При перемещении от усилия гидроцилиндра подвижной балки с зажатым гидравлическим цилиндром трубопроводным модулем, последний своей манжетой заходит во внутреннюю полость раструба другого трубопроводного модуля, где фиксируется запорным кольцом.
Основным недостатком этого мобильного устройства является необходимость предварительной раскладки трубопроводных модулей вручную вдоль трассы трубопровода, что значительно увеличивает трудозатраты. Существенно повысить темпы сооружения сборно-разборных трубопроводов также не представляется возможным по причине временных затрат на выполнение предварительной раскладки трубопроводных модулей и необходимости остановки мобильного средства монтажа у каждого следующего стыка модулей, через каждые 6 м для их подъема и стыковки. После чего цикл работы мобильного средства по монтажу следующего стыка трубопровода необходимо повторить.
Известна трубоукладочная машина МСТ-100, состоящая из одноосного автомобильного прицепа, сборочного устройства, шарнирно подвешенного к прицепу, площадок для операторов. Сборочное устройство состоит из передней рамы, в корпусе которой установлен передний дозатор и которая служит направляющей для трубопроводных модулей, поступающих на сборку. Имеется механизм сборки трубопроводных модулей, в корпусе которого установлены задний дозатор, ведущая каретка и редуктор механизма возврата. В торцевой части сборочного устройства установлен центратор, выполненный в виде балки с установленными на ней центрирующими роликами. В качестве тягача машины МСТ-100 используется автомобиль-трубовоз, из которого трубпроводные модули вручную перегружаются в сборочное устройство машины двумя дополнительными такелажниками (2 - С. 98-107).
Недостатками машины являются большая трудоемкость и необходимость применения ручного труда обслуживающего расчета и двух дополнительных такелажников, всего четырех человек, для перегрузки трубопроводных модулей из кузова автомобиля-трубовоза в бункер машины МСТ-100. Низкая надежность работы навесного сборочного устройства обусловлена неравномерным движении автомобиля-трубовоза, в результате которого при линейной подаче трубопроводных модулей в механизм сборки, сопряженной с ударными нагрузками, возникает обратное движение ведущей каретки и невозвращение ее захватно-фиксирующих элементов в исходное положение.
Наиболее близкой по технической сущности и взятой за прототип, является машина для монтажа трубопровода из трубопроводных модулей с раструбами ТУМ-150, включающая размещенное на ходовой раме ложе очередного трубопроводного модуля, расположенные с его торцов механизм его подачи и механизм захвата концевого раструба трубопровода, имеющий захваты и устройства расфиксации и возврата в исходное положение, работающие от цепного привода возвратной каретки с возвратными демпферными пружинами, продольных тяг и гидравлических силовых цилиндров (4 - а.с. СССР №1008556, F16L 1/00, 1983).
Недостатком машины является сложность конструкции, состоящей из узлов, функционирующих на механическом, цепном и гидравлическом принципах, что отражается на ее безотказности и ремонтопригодности в полевых условиях. Большие ударные нагрузки, возникающие при движении и взаимодействии ее механизмов, приводят к передаче значительных усилий при сборке раструбного соединения как на сам трубопроводный модуль, уменьшая количество возможных циклов использования и срок службы раструбного соединения, так и на корпус машины. Это, в свою очередь, вызывает неравномерную подачу очередного трубопроводного модуля на сборочную линию и его заклинивание, а также неравномерное линейное движение прикрепленной к захватам механизма возвратного устройства продольной тяги, которое отражается на надежности сборки соединения. Производство этих машин, МСТ-100 и ТУМ-150 В на территории Российской Федерации отсутствует, ранее они выпускались на территории Украины (63 КСЗ, г. Ивано-Франковск). Нормативные сроки эксплуатации и хранения превышены в 2 и более раза, машины отнесены к категории устаревших, по своему техническому состоянию требуют капитального ремонта либо подлежат списанию.
Технический результат изобретения - повышение эффективности сборки соединений трубопроводных модулей с одновременным устранением ручного труда обслуживающего персонала, обусловленное упрощением конструкции трубомонтажной машины для сооружения линии нефтепродуктопроводов, а также исключение трудозатрат и времени на предварительную раскладку трубопроводных модулей на трассе трубопровода.
Указанный технический результат достигается тем, что в трубомонтажной машине, включающей установленный на прицеп-шасси манипулятор для загрузки трубопроводных модулей в бункер-накопитель, устройство последовательной подачи трубопроводных модулей на сборочную линию, дозатор, замыкатель и гидравлическую распределительную систему, согласно изобретению, дополнительно содержит установленную на прицеп-шасси насосную станцию гидравлической распределительной системы, связанную рукавами высокого давления со всеми гидроцилиндрами, бункер-накопитель выполнен в виде ограничивающих его внутренний объем вертикальных стоек, жестко закрепленных на несущей двухосной раме с опорными колесами, которая в транспортном положении расположена на прицеп-шасси с возможностью смещения в горизонтальной плоскости и опускания на грунт с помощью гидравлического рычажного механизма, управляемого соответствующими гидравлическими цилиндрами, устройство последовательной подачи трубопроводных модулей на сборочную линию выполнено в виде фигурных направляющих с дугообразными выступами, расположенными в шахматном порядке на внутренних поверхностях вертикальных стоек бункера-накопителя, образуя S-образный канал для скатывания под действием собственного веса трубопроводных модулей, при этом на выходе S-образного канала на внутренних вертикальных стойках бункера-накопителя установлен дозатор в форме звездочек, имеющих выемки в виде круговых сегментов, охватывающих трубопроводный модуль на угол не менее 120° по внешнему диаметру, звездочки дозатора жестко закреплены на валу, приводимом во вращение храповым гидравлическим механизмом, связанным посредством шарнирно сочлененных тяг с соответствующим гидравлическим цилиндром, сборочная линия объединена с замыкателем трубопроводных модулей с условием образования наклонного в сторону плети трубопровода канала для продольного перемещения трубопроводных модулей, сам замыкатель трубопроводных модулей выполнен в виде металлического поддона с ребрами жесткости, к ним приварены под углом к горизонтальной плоскости боковые ограничители, на которых закреплены подпружиненные ролики, образующие ложемент для трубопроводного модуля и способствующие его соосному перемещению с собранной плетью трубопровода, фиксируемой дополнительно введенным гидравлическим прижимным устройством, с подвижным гидравлическим зажимом очередного соединяемого трубопроводного модуля и гидравлическим силовым цилиндром смещения зажима для соединения трубопроводного модуля с плетью трубопровода.
На фиг. 1 показана трубомонтажная машина для сооружения линии нефтепродуктопроводов (общий вид в транспортном положении);
фиг. 2 - трубомонтажная машина для сооружения линии нефтепродуктопроводов (в рабочем положении);
фиг. 3 - бункер-накопитель и устройство подачи трубопроводных модулей на сборочную линию со стороны собранной плети нефтепродуктопровода;
фиг. 4 - замыкатель трубопроводных модулей;
фиг. 5 - замыкатель (во время сборки трубопроводных модулей);
фиг. 6 - раструб и манжета трубопроводного модуля (со съемными комплектующими деталями).
Для пояснения работы трубомонтажной машины введены следующие обозначения составных частей:
1 - прицеп-шасси;
2 - манипулятор (крановое устройство);
3 - объем бункера-накопителя;
4 - устройство последовательной подачи трубопроводных модулей;
5 - сборочная линия;
6 - насосная станция;
7 - стойки бункера-накопителя и сборочной линии;
8 - двухосная рама;
9 - опорные колеса двухосной рамы;
10 - рычажный механизм перемещения в рабочее и транспортное положения бункера, устройства последовательной подачи и сборочной линии;
11 - гидравлические цилиндры рычажного механизма перемещения бункера, устройства подачи и сборочной линии;
12 - фигурные направляющие устройства последовательной подачи трубопроводных модулей, образующие S-образный канал;
13 - звездочки дозатора;
14 - вал звездочек дозатора;
15 - выемки в виде круговых сегментов;
16 - храповой механизм вращения вала дозатора;
17 - шарнирно сочлененные тяги вращения вала дозатора;
18 - гидравлический цилиндр вращения вала дозатора;
19 - трубопроводные модули;
20 - кассета трубопроводных модулей;
21 - замыкатель;
22 - ребра жесткости корпуса замыкателя;
23 - боковые ограничители;
24 - подпружиненные ролики;
25 - гидравлическое прижимное устройство;
26 - ролики прижимного устройства;
27 - гидроцилиндр прижимного устройства;
28 - направляющие прижимного устройства;
29 - подвижный гидравлический зажим;
30 - силовой гидравлический цилиндр смещения гидравлического подвижного зажима вдоль линии соединения трубопроводных модулей;
31 - направляющие перемещения гидравлического подвижного зажима в горизонтальной плоскости вдоль линии соединения трубопроводных модулей;
32 - манжета трубопроводного модуля;
33 - раструб трубопроводного модуля;
34 - запорное кольцо.
Трубомонтажная машина (фиг. 1) состоит из подвижного (автомобильного) или передвижного (прицеп) шасси 1 с установленным на нем манипулятором (крановым устройством) 2, бункера-накопителя 3 для рабочего запаса трубопроводных модулей, устройство последовательной подачи 4 трубопроводных модулей из бункера-накопителя 3 на сборочную линию 5 и гидравлической распределительной системы, включающей насосную станцию 6, гидроцилиндры и соединительные рукава для подачи гидравлической жидкости (на фиг. не показаны).
Технологическое оборудование трубомонтажной машины может размещаться на автомобильном базовом шасси. При использовании автомобильного базового шасси насос гидравлической распределительной системы приводится в действие от агрегатов шасси.
Бункер-накопитель 3 выполнен в виде вертикальных стоек 7, ограничивающих его внутренний объем и закрепленных на двухосной раме 8 с опорными колесами 9. В нерабочем (транспортном) положении двухосная рама 8 размещается на шасси 1, а в рабочем положении смещена в горизонтальной плоскости и опущена на грунт (фиг. 2) с помощью рычажного механизма 10, управляемого гидроцилиндрами 11.
Устройство последовательной подачи 4 трубопроводных модулей выполнено в виде фигурных направляющих 12 с дугообразными выступами, направленных встречно друг к другу в шахматном порядке, которые образуют S-образный канал. В нижней части S-образного канала над сборочной линией 5 находится дозатор, имеющий форму звездочек 13, закрепленных шпоночным соединением на валу 14. Звездочки 13 имеют выемки 15 (фиг. 3) в виде круговых сегментов, смещенные друг относительно друга на угол 90°. Глубина и радиус выемок 15 выполнены, исходя из условий охвата трубопроводного модуля не менее, чем на 120° по внешнему диаметру. Вращение вала 14 со звездочками 13 осуществляется храповым механизмом 16, жестко связанным с валом 14 и соединенным при помощи шарнирно сочлененных тяг 17 с приводящим гидравлическим цилиндром 18.
Трубопроводные модули 19, сформированные в кассеты 20, загружаются манипулятором 2 в полость бункера-накопителя 3. Попадание трубопроводного модуля 19 в выемку 15 звездочек 13 достигается поворотом вала 14 на заданный угол.
Под звездочками 13 размещена сборочная линия 5, которая соединена болтовым соединением с замыкателем 21 (фиг. 4) и образует с ним наклонный в сторону плети трубопровода канал для продольного перемещения относительно движущегося шасси 1 трубомонтажной машины, центровки и соединения трубопроводных модулей 19 и выкладывания плети трубопровода на грунт, образуя трубопроводную магистраль.
Замыкатель 21 представляет собой открытый сверху сварной поддон из металлического листа с ребрами 22 жесткости, к которым под углом к горизонтальной плоскости сборочной линии 5 приварены плоские боковые ограничители 23. На ограничителях 23 закреплены подпружиненные ролики 24, образующие ложемент для трубопроводного модуля 19 и способствующие его центровке и продольному соосному с собранной плетью трубопровода перемещению относительно движущегося шасси 1.
Над трубопроводным модулем 19 со стороны собранной плети трубопровода в замыкателе 21 установлено прижимное устройство 25 с роликами 26, перемещающееся посредством гидроцилиндра 27 вниз по направляющим 28. В передней (по ходу движения трубомонтажной машины) части замыкатель 21 имеет гидравлический подвижный зажим 29, который фиксирует очередной трубопроводный модуль 19 по наружному диаметру с помощью гидравлического цилиндра (на фиг. не показан). Замыкание (сборка) двух трубопроводных модулей осуществляется силовым гидравлическим цилиндром 30 (фиг. 5) путем соосного смещения зажима 29 с очередным зажатым трубопроводным модулем 19 по направляющим 31 манжетой трубопроводного модуля 32 по направлению к раструбу 33 трубопроводного модуля 19 собранной плети трубопровода, зафиксированному прижимным устройством 25.
Все узлы и детали, используемые при изготовлении трубомонтажной машины, стандартные серийные или изготовленные по чертежам завода-изготовителя на станках и оборудовании общего машиностроения.
Трубомонтажная машина функционирует следующим образом. Трубомонтажная машина буксируется автомобилем-трубовозом, в котором транспортируются кассеты 20 трубопроводных модулей 19 (каждая кассета 20 в зависимости от конструкции содержит несколько трубопроводных модулей).
Для перевода трубомонтажной машины из транспортного положения в рабочее гидравлический рычажный механизм 10, осуществляет смещение в горизонтальной плоскости и опускание выполненных на единой несущей двухосной раме 8 бункера-накопителя 3, устройства последовательной подачи 4 трубопроводных модулей и сборочной линии 5 с платформы шасси 1 до полного контакта опорных колес 9 рамы 8 с грунтом (фиг. 2).
Загрузка рабочего запаса трубопроводных модулей 19 в бункер-накопитель 3 производится манипулятором 2, который перемещает кассету 20 трубопроводных модулей 19 из кузова автомобиля-трубовоза в бункер 3 трубомонтажной машины. Затем трубопроводные модули 19 освобождаются от крепления кассеты 20. Очередной трубопроводный модуль 19 подается из бункера 3 по S-образному каналу устройства последовательной подачи 4 до звездочек 13 дозатора под собственным весом. Момент подачи следующего трубопроводного модуля 19 на сборочную линию 5 определяется поворотом вала 14 звездочек 13 дозатора, который обеспечивается воздействием на него специального гидроцилиндра 18 через шарнирно сочлененные тяги 17 и храповой механизм 16 (фиг. 3).
Для осуществления замыкания трубопроводных модулей 19 прижимное устройство 25 замыкателя 21 под действием гидравлического цилиндра 27 опускается по направляющим 28 и фиксирует роликами 26 трубопроводный модуль 19 плети трубопровода, лежащий на подпружиненных роликах 24 (фиг. 4). Подвижный зажим 29 (фиг. 4, 5) под действием гидравлического цилиндра (на фиг. не показан) охватывает по наружному диаметру очередной соединяемый трубопроводный модуль 19, находящийся на подпружиненных роликах 24 сборочной линии 5 и замыкателя 21.
С помощью силового гидравлического цилиндра 30 осуществляется продольное перемещение гидравлического подвижного зажима 29 по направляющим 31, а с ним и очередного соединяемого трубопроводного модуля 19, который своей манжетой 32 заходит во внутреннюю полость раструба 33 зафиксированного трубопроводного модуля 19 плети трубопровода, где манжета 32 фиксируется запорным кольцом 34 (фиг. 6). При продолжении движения трубомонтажной машины повторяется цикл поворота звездочек 13 дозатора, подачи очередного трубопроводного модуля 19 на сборочную линию 5 и замыкания трубопроводного модуля 19 с собранной плетью трубопровода, которая выкладывается на грунт и образует магистральную линию нефтепродуктопровода. Линия нефтепродуктопровода в начальном пункте сборки фиксируется (якорится) на грунте, благодаря чему вытягивается на грунт из замыкателя 21 движущейся трубомонтажной машины.
Таким образом, наличие совокупности существенных признаков: установленного на прицеп-шасси 1 манипулятора 2 для загрузки трубопроводных модулей 19 в бункер-накопитель 3, устройства последовательной подачи 4 трубопроводных модулей 19 на сборочную линию 5, дозатора, гидравлической распределительной системы и отличительных существенных признаков: оригинально выполненных бункера-накопителя 3, устройства последовательной подачи 4 трубопроводных модулей 19, гидравлического рычажного механизма 10 перевода машины в рабочее положение, элементов и привода дозатора, гидравлического способа замыкания трубопроводных модулей 19, изложенных в формуле изобретения обеспечивают эффективность сборки соединений трубопроводных модулей 19 и повышение безотказности работы трубомонтажной машины в сравнении с аналогами, устраняет ручной труд обслуживающего персонала, трудозатраты и время на предварительную раскладку трубопроводных модулей 19 на трассе трубопровода. Захват трубопроводных модулей 19 гидравлическим подвижным зажимом 29 осуществляется по гладкому основному диаметру трубопроводных модулей 19, что исключает необходимость точного попадания элементов захвата в специальные канавки раструбов 33 трубопроводных модулей 19, предназначенные для ручного инструмента сборки соединений. Заявленная трубомонтажная машина для сооружения линии нефтепродуктопроводов отвечает всем признакам патентоспособности устройства: новизне, изобретательскому уровню и промышленной применимости.