ОПОРА НАДЗЕМНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к строительству и эксплуатации магистральных трубопроводов и может быть использована в качестве опор для трубопроводов в условиях, осложненных сезонно-вспучиваемыми грунтами.
Известна опора трубопровода (патент РФ № 2479779, опубл. 02.08.2010), содержащая закрепленное в грунте полое основание, стойку для поддержания трубопровода, размещенную в полости основания с возможностью возвратно-поступательного перемещения, опорно-поворотные узлы, установленные в верхней части стойки и в нижней части основания. На наружной поверхности стойки между фланцами стойки и основания концентрично размещены две спиральные пружины сжатия с различной жесткостью и противоположным направлением навивки.
Недостатком данного устройства является наличие одного полого основания, что приводит к отклонению и падению опоры при воздействии сил морозного пучения грунтов.
Известна опора трубопровода (патент РФ № 2056570, опубл. 20.03.1996), содержащая железобетонный ложемент, состоящий из нижней и верхней частей, обращенных одна к другой горизонтальными плоскостями, между которыми установлены пружины, выполненные с возможностью сжатия на величину, равную высоте подъема грунта при морозном пучении. Труба опирается на верхнюю часть блока в цилиндрическом ложе. Сверху трубы пропущены анкеры, закрепленные в грунте и верхней части блока.
К недостаткам этой опоры можно отнести расположение нижней части опоры, поскольку она защемлена в грунте и пружины упираются только на нижнюю часть опоры, что приводит к не устойчивому положению опоры.
Известна опора трубопровода (патент РФ № 2124668, опубл. 10.01.1999), содержащая фундаментную сваю, на которой подвижно через упругие элементы - пружины закреплен ложемент трубопровода. Опора снабжена мерной планкой с визиром для регистрации перемещений сваи в результате воздействия на нее сил морозного пучения грунта. С учетом перемещений сваи регулируют осадку пружин опоры для снижения напряжений в трубопроводе.
К недостаткам этой опоры можно отнести наличие одной платформы, одной закрепленной сваи к ней, и один тип пружин, вертикальные и горизонтальные нагрузки от смещения сваи передаются до ложемента только через платформу опоры, это приводит к деформации пружины за пределы упругости, приобретая остаточную деформацию, и в результате действий, возникающих при сезонном вспучивании грунта, повышается напряженно деформированного состояние (НДС).
Известна опора неподвижная трубопровода (патент РФ № 120180, опубл. 09.10.2012), включающая винты с набором регулирующих высотное положение хомута и гаек, отличающаяся тем, что дополнительно введены труба, опорная поверхность, теплоизоляционный слой, устройство для регулировки угла наклона трубы при монтаже, причем труба изготавливается в заводских условиях с диаметром, соответствующим диаметру магистрального трубопровода, и покрывается 100-миллиметровым слоем теплоизоляции, которая не достигает концов трубы, с образованием неизолированных концевых участков трубы, которая устанавливается на опорные поверхности, фиксируется бандажами, состоящими из завальцованного листа, изготовленного в форме кольца, а труба выполнена с возможностью свободного вращения относительно несущих нагрузку элементов конструкции, каждая опорная поверхность состоит из рамы опоры, упора и опирается на подрамник, который крепится к свайному фундаменту, в упоре выполнено устройство для регулировки угла наклона трубы при монтаже.
Недостатком этой опоры является наличие дополнительной трубы, которая сильно фиксирует трубопровод, что создает большую нагрузку на трубопровод, и в результате действий сил морозного пучения опора сместится, что может привести к разрыву трубопровода.
Известна подвижная опора трубопровода (Д.А. Коршунова.  Подвижные опорные части трубопроводов и других сооружений. Киев: Высшая школа, 1976. 143 с), содержащая пружины, закрепленные на основаниях опоры, ложемент которой расположен на столе-ростверке. Пружины соединяют стол ростверк и упираются на опорную плиту. Компенсацию возникающих перемещений между опорой и трубопроводом осуществляет демпферная система.
Недостатками является то, что опорная плита установлена строго над грунтом и форма опорной плиты не позволяет сохранить устойчивость при воздействии сил морозного пучения, протекающих неравномерно.
Известна опора надземного магистрального трубопровода (патент РФ № 2781733, опубл. 17.10.2022) принятая за протип, содержащая с возможностью съема не менее двух полухомутов, которые выполнены в форме плоских полуколец, демпфер состоит из внешней пружины, которая выполнена в форме цилиндра, а внутри неё установлена внутренняя пружина в форме конуса, диаметр которой увеличивается в нижней части, нижняя часть опорной плиты выполнена в форме острой кромки, при этом в ней выполнены отверстия, куда установлены винтовые сваи, которые проходят сквозь демпфер и упираются в стол-ростверк.
К недостаткам этой опоры можно отнести наличие опорной плиты в грунте круглый год, поскольку железобетонная опорная плита нагревается в летний период за счет солнечного излучения, это приведет к большему растеплению грунта в летний период, возникающему при сезонном оттаивании грунта, что увеличит больший объем оттаявшего грунта и повысит неравномерность морозного пучения грунта, что приведет к неправильной работе конструкции опоры, и снижению эффективности разрезания грунта, и в результате действий, возникающих при сезонном вспучивании грунта, опора не справится полностью со своей задачей и повысится риск аварий на магистральном трубопроводе при воздействии сил морозного пучения.
Техническим результатом является повышение надежности конструкции опоры надземного магистрального трубопровода.
Технический результат достигается тем, что на внешнюю и внутреннюю пружины демпфера закреплены с возможностью съема и сжатия крепление пружины, при этом одно из креплений устанавливают выше другого, крепление пружины включает фиксирующие элементы в форме крючков, в центре которых выполнены отверстия с внутренней резьбой, в которые установлен с возможностью съема стопор, выполненный из двух частей в форме цилиндра, на внешних поверхностях которых нанесена резьба на внутренних поверхностях стопора жестко закреплена пружина крепления, снаружи на стопор установлен фиксатор положения с возможностями перемещения по его оси и фиксирования внутри него пружины крепления, при этом верхние фиксирующие элементы крепят на внешнюю и внутреннюю пружину с верхней стороны, а нижние фиксирующие элементы крепят с нижней стороны.
Устройство поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 – устройство опоры со сжатым демпфером вид спереди;
фиг. 2 – устройство опоры с разжатым демпфером вид спереди;
фиг. 3 – крепление для пружины при сжатии;
фиг. 4 – крепление для пружины разжатое;
фиг. 5 – демпфер сжатый с креплением пружин, где:
1 – трубопровод;
2 – ложемент;
3 – полухомут;
4 – крепление;
5 – стол-ростверк;
6 – опорная плита;
7 – шайба;
8 – демпфер;
9 – винтовая свая;
10 – внешняя пружина;
11 – внутренняя пружина.
12 – крепление пружины;
13 – фиксирующий элемент;
14 – пружина крепления;
15 – стопор;
16 – фиксатор положения;
17 – траншея.
Опора надземного магистрального трубопровода 1 состоит из ложемента 2 (фиг.1) выполненного в форме полуцилиндра, сверху к нему закрепляют с возможностью съема не менее двух полухомутов 3, которые выполнены в форме плоских полуколец. Полухомуты 3 и закреплены с ложементом 2 креплением 4. Ширина полухомута 3 зависит от диаметра трубопровода 1 и расчетной нагрузки. Стол - ростверк 5 (фиг. 2) выполнен в форме прямоугольника, на него жестко закреплен ложемент 2. Демпфер 8 установлен между столом-ростверком 5 и опорной плитой 6.  Нижний конец демпфера 8 закреплен неподвижно в платформе опорной плиты 6, где в качестве фиксирующего элемента шайба 7, а верхний конец закреплен с возможностью подбора витков пружины по высоте в столе-ростверке 5 Демпфер 8 состоит из внешней пружины 10, которая выполнена в форме цилиндра, а внутри неё установлена внутренняя пружина 11 в форме конуса, диаметр которой, увеличивается в нижней части. На пружинах демпфера 8 (фиг. 1, 2, 5) установлено с возможностью съема крепление пружины 12. Крепление пружин 12 (фиг. 3, 4) включает фиксирующие элементы 13 выполненный в форме крючков, в центре которых выполнены отверстия с внутренней резьбой, в которые установлен стопор 15 с возможностью съема. Стопор 15 состоит из двух частей, которые выполнены в форме цилиндра, а на их поверхности выполнена резьба. На стопор 15 установлен фиксатор положения 16, выполненный в форме полого цилиндра с возможностью перемещения по оси стопора 15 с возможностью фиксирования двух частей стопора 15. На внутренних поверхностях стопора 15 жестко закреплена пружина крепления 14. Крепление пружин 12 закрепляют с возможностью сжатия фиксирующими элементами 13 на внешнюю пружину 10 в центральной части демпфера 8, при этом верхние фиксирующие элементы 13 крепятся на пружину с верхней стороны, а нижние фиксирующие элементы 13 крепятся на пружину с нижней стороны, при этом одно из креплений пружины 12 устанавливают выше другого. На внутреннюю пружину 11 надевается от двух и более креплений пружин 12, где верхние фиксирующие элементы 13 крепятся на пружину с верхней стороны, а нижние фиксирующие элементы 13 крепятся на пружину с нижней стороны, при этом одно из креплений пружины 12 устанавливают выше другого. Нижняя часть опорной плиты 6 выполнена в форме острой кромки, которая установлена в траншею 17. Винтовые сваи 9 выполнены в форме цилиндра, а нижняя часть в форме конуса. В опорной плите 6 выполнены отверстия, куда установлены винтовые сваи 9, сквозь демпфер 8 и упираются в стол-ростверк.
При геометрических параметрах пружин, где: средний диаметр пружины D = 150 мм; диаметр проволоки d = 13 мм; индекс пружины с = D/d = 7,5; количество рабочих витков i = 4; полное количество витков n=7, предлагается затянуть крепление пружин и сжать пружины на расстояние исходя из глубины отпускания опорной плиты в траншею, к примеру: при глубине отпускания опорной плиты в траншею на расстояние l = 0,3 м, предлагается в летний период поднять опорную плиту на расстояние s = l = 0,3 м, тогда крепление пружин затягивают на расстояние равное s = 0,3 м.
Опора надземного магистрального трубопровода работает следующим образом. В мерзлый грунт устанавливают винтовые сваи 9, которые при пучении грунта поднимаются вверх, при этом демпфер 8 начинает сжиматься на величину поднятия винтовой сваи 9, при таянии грунта винтовая свая 9 возвращается в исходное положение и демпфер 8 разжимается. В процессе пучения грунта опорная плита 6 смещается и за счет острой кромки разрезает грунт в противоположную сторону от высоты морозного пучения грунта, а в процессе оттаивания грунта поднимают опорную плиту на расчетное расстояние в зависимости от глубины промерзания грунта. При оттаивании грунта в летний период, поднимают опорную плиту 6. Для поднятия опорной плиты 6 затягивают фиксирующий элемент 13 (фиг. 1, 3, 5), а фиксатор положения 16 устанавливают в центральное положение и затягивают так, чтобы пружины крепления 14 сжимались, и находились внутри фиксатора положения 16 на стопоре 15. После поднятия опорной плиты, проверяют плиту на наличие дефектов. Сжатый демпфер 8 и крепления пружин 12 обрабатывают противокоррозионнымисмазками EFELE MG-214 илиMolykote PTFE-N-UV для защиты от окисления при взаимодействии с кислородом и защиты от влаги в сезон дождей и росы оседающих на внешней пружине 10 и внутренней пружине 11. В зимний период перед спуском опорной плиты 6 в траншею 17 при необходимости покрывают железобетонную опорную плиту 6 несколькими слоями пластических смазок, например, БАМ-3 и БАМ-4, и кремнийорганическими эмалями, например, КО-174, КО-1164 и опускают опорную плиту 6 в траншею до летнего периода. После проверки опорной плиты 6 на наличие дефектов, проводят выравнивание выемки траншеи 17, если за летний период из-за оттаивания нарушилась целостность выемки траншеи 17, затем отпускают опорную плиту 6. На фиксирующем элементе 13 за счет раскручивания фиксатора положения 16 (фиг. 2, 4), и установки его в нижнее положение на стопоре 15 пружины крепления 14 разжимаются с возможностью свободного движения в зависимости от положения пружин демпфера 8.
Конструкция опоры надземного магистрального трубопровода в условиях, осложненных сезонно-вспучиваемыми грунтами за счет установки позволяет уменьшить НДС трубопровода и дает возможность осмотра на наличие дефектов, вызванных последствием процесса криогенного пучения после зимнего периода, вызванных последствием процесса криогенного пучения после зимнего периода, также позволяет проводить обработку опорной плиты и демпфера противопучинистыми растворами и смазками, что позволяет значительно увеличить срок эксплуатации опоры надземного магистрального трубопровода.