УЗЕЛ СОПРЯЖЕНИЯ ВОДОСБРОСНОГО КОЛОДЦА НАКОПИТЕЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ С КОЛЛЕКТОРОМ
COUPLING UNIT OF TAILINGS POND OVERTILE AND HEADER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть применено при выполнении узла сопряжения водосбросного колодца с коллектором накопителя промышленных отходов, в том числе способных твердеть и образовывать трещины деформации.
Известен узел сопряжения водосбросного колодца накопителя промышленных, в том числе твердеющих отходов с коллектором, который выполнен в виде отводящей воду стальной трубы и снабжен вставкой. Эта вставка пересекает стенку фундаментной части водосбросного колодца, жестко скреплена с этой стенкой и отводящей трубой и сливает из водосбросного колодца воду в отводящую трубу [1, с.509-515] и [2].
Недостатком известного узла сопряжения является его недостаточная надежность при отличии деформаций в основании водосбросного колодца от деформаций в основании зернистых отходов, когда узел сопряжения может быть поврежден.
Работа узла сопряжения может усложниться при намыве в накопитель твердеющих отходов. Массив отвердевших отходов может ломаться с раскрытием трещин. При образовании трещины происходит как горизонтальное, так и вертикальное смещение образующихся твердотельных блоков относительно друг друга. При раскрытии в затвердевших отходах трещины вблизи узла сопряжения, тем более при непосредственном пересечении его трещиной, цельность сопряжения водосбросного колодца с коллектором может быть нарушена. Именно такое, по мнению авторов, произошло повреждение коллектора водосбросного колодца №1 на карте №2 шламохранилища Ачинского глиноземного комбината в октябре месяце 2008 года. В результате на поверхности отходов трещина раскрылась до 4-5 мм, что привело к фонтанированию воды на откосе и выводу колодца из эксплуатации. Точное место повреждения коллектора до настоящего времени не установлено. Полагаем, что менее надежным, при прочих равных условиях, является место сопряжения водосбросного колодца с коллектором.
Задачей, на решение которой направлено заявляемые изобретение, является повышение надежности узла сопряжения водосбросного сооружения с коллектором. Технический же результат от использования изобретения заключается в возможности перемещения отводящей трубы в узле сопряжения вставки во всех направлениях и в увеличении гибкости узла сопряжения в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что узел сопряжения водосбросного колодца накопителя промышленных отходов с коллектором, выполненным в виде отводящей воду трубы, снабжен вставкой, пересекающей стенку фундаментной части водосбросного колодца, закрепленной в этой стенке и выполненной в виде двух образующих кольцевую полость коаксиально расположенных труб, внутренняя из которых, сливная, полностью пересекает стенку фундаментной части водосбросного колодца, а наружная (защитная) - частично. Наружный, по отношению к водосбросному колодцу, торец каждой трубы вставки расположен на заданном расстоянии от стенки фундаментной части водосбросного колодца, а кольцевая полость перекрыта жестко скрепленной с обеими трубами вставки пластиной, образующей в плоскости внутреннего торца наружной трубы дно кольцевой полости. Торец отводящей трубы (коллектора) расположен внутри кольцевой полости на заданном расстоянии от дна кольцевой полости и от наружного торца внутренней трубы, а кольцевые полости, образовавшиеся в пределах вставки по обе стороны от отводящей трубы, заполнены твердой пеной, представляющей собой ячеистую пластмассу с герметически закрытыми порами.
Дополнительно:
- твердая пена посредством клея скреплена с трубами вставки;
- узел содержит защитный слой, который выполнен из твердой пены и покрывает наружную часть вставки и, по меньшей мере, примыкающий к вставке участок отводящей трубы;
- наружная, по отношению к стенке водосбросного колодца, часть узла сопряжения заключена в геотекстиль;
- вставка выполнена из стали или полиэтилена;
- отводящая труба выполнена из стали или полиэтилена.
Именно расположение сопрягаемого конца отводящей трубы внутри заполненной пеной кольцевой полости вставки, выполненной по указанным правилам, обеспечивает в достаточной мере возможность перемещения конца отводящей трубы относительно стенки водосбросного колодца во всех направлениях, что повышает надежность узла сопряжения при деформациях среды в его окрестностях. При этом выполнение вставки и/или отводящей трубы из полиэтилена увеличивает гибкость узла сопряжения в целом, что еще в большей мере повышает его надежность.
Изобретение поясняется чертежами, а именно:
- на фиг.1 изображен накопитель твердеющих промышленных отходов с водосбросным сооружением, выполненным в виде водосбросного колодца и отводящей трубы (коллектора), план;
- на фиг.2 - деформация свода отводящей тубы из полиэтилена при пересечении трубы трещиной, продольный разрез;
- на фиг.3 - узел сопряжения водосбросного колодца с отводящей трубой, продольный разрез относительно отводящей трубы;
- на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3.
Накопитель промышленных отходов 1 создан ограждающими дамбами 2 и содержит два водосбросных сооружения, каждое из которых выполнено в виде водосбросного колодца (далее: колодца) 3 и коллектора, выполненного в виде отводящей трубы 4. Фундаментная часть 5 колодца 3 выполнена из бетона цементного или полимерцементного и сопряжена с отводящей трубой 4, которая выполнена из полимерного материала, преимущественно из полиэтилена низкого давления, и замыта отходами 1. Особенностью отходов 1 является то, что после складирования в накопитель они способны твердеть и при деформации образовывать трещины 6, каждая из которых в затвердевшем массиве образует твердотельные блоки, например, блок 1 и блок 2 (фиг.2).
На фиг.1 обозначены и другие элементы и величины, а именно:
7 - магистральный пульповод (фиг.1);
8 - распределительный пульповод;
9 - водовод системы возврата воды;
10 - отстойный пруд.
1
2
Особенностью работы отводящей трубы 4 при раскрытии трещины 6 на величину «а» и взаимном смещении блоков по высоте на величину «в» заключается в следующем (фиг.2). Отходы 11, смятые стенкой 12 отводящей трубы 4, как более прочной, вдавливаются в трещину 6, а толщина «δ» стенки 12 вследствие ее растяжения уменьшается и прогибается в полость 13 отводящей трубы 4. Это позволяет внешней гладкой и низкоэнергетической поверхности стенки 12 освободиться от сцепления с отходами 1 на участках l и l.
Узел сопряжения колодца 3 накопителя твердеющих промышленных отходов 1 с коллектором, выполненным в виде отводящей трубы 4, снабжен вставкой 14, пересекающей стенку 15 фундаментной части 5 колодца 3 и закрепленной в ней. Вставка 14 выполнена в виде двух образующих кольцевую полость 16 коаксиально расположенных труб, из которых внутренняя (сливная) 17 полностью пересекает стенку 15 фундаментной части 5 колодца 3, а наружная (защитная) 18 - частично. Наружный, по отношению к колодцу 3, торец каждой трубы 17 и 18 расположен на расстоянии от стенки 15. Кольцевая полость 16 перекрыта жестко скрепленной с обеими трубами 17 и 18 пластиной 19, образующей в плоскости внутреннего торца наружной трубы 18 дно 20 кольцевой полости 16. Торец 21 отводящей трубы 4 расположен внутри кольцевой полости 16 на расстоянии от ее дна 20 и от наружного торца внутренней трубы 17. Кольцевые полости, внутренняя 22 и наружная 23, образовавшиеся в пределах вставки 14 по обе стороны от отводящей трубы 4, заполнены твердой пеной 24, представляющей собой ячеистую пластмассу с герметически закрытыми порами.
Расстояние наружных торцов труб внутренней 17 и наружной 18, а также расстояния торца 21 отводящей трубы 4 от дна 20 кольцевой полости 16 и от внешнего торца внутренней трубы 17 задаются в проекте в зависимости от местных условий работы узла сопряжения.
Твердую пену 24 посредством слоя клея (на чертеже слой клея не показан) следует скрепить с трубами внутренней 17 и наружной 18, а вход во внутреннюю трубу 17 посредством полого кольца (тора) 25 следует выполнить плавным. Целесообразно наружную часть вставки 14 и, по меньшей мере, примыкающий к вставке 14 участок отводящей трубы 4 покрыть защитным слоем 26, выполненным из твердой пены, и геотекстилем 27.
Надежность узла сопряжения обеспечена, прежде всего, за счет возможности перемещения конца отводящей трубы 4 относительно стенки 15 колодца 3 вследствие высокой эластичности практически водонепроницаемой твердой пены 24. Эта пена 24, пенополистирол [3] или другой подобный материал, представляет собой вспененную ячеистую пластмассу с герметически закрытыми порами, которые заполнены газом и занимают до 95% и более объема пены. При перемещении конца отводящей трубы 4 в пределах кольцевой полости 16 твердая пена 24 упруго деформирует и тем самым предотвращает движение воды в обход торца отводящей трубы 4, чему способствует скрепление твердой пены 24 посредством клея с трубами внутренней 17 и наружной 18.
При выполнении вставки 14 и трубы 4 из металла (стали) узел сопряжения сохраняет свойство гибкости, а при выполнении их из полиэтилена узел дополнительно приобретает свойство эластичности. При этом выполнение из твердой пены защитного слоя 26 усиливает эластичность узла сопряжения в целом, а геотекстиль 27 может предотвратить проникновение отходов 1 в отводящий водовод 4 в случае какой-либо нештатной ситуации.
н
Линейные размеры труб вставки 14 и размеры их поперечных сечений, а также отводящей трубы 4 задаются проектом. На фиг.3 и 4 в качестве примера наружные диаметры труб указаны в соответствии с нормативным источником [4]. При этом наружная труба 18 вставки 14 в поперечном сечении может состоять из умеренно разогнутого наращенного кольца, полученного их отрезка трубы меньшего диаметра, например, из трубы с Д=1,6 м.
В случае высокого колодца 3 его камера гашения 28 может иметь стальную облицовку 29.
Источники
1. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика / Под ред. В.П.Недриги. М.: Стройиздат, 1983.
2. ОАО «ВАМИ», чертеж 1531100-ТШ.
3. Сегменты и полуцилиндры, теплоизоляционные из экструзионного пенополистирола «Пеноплэкс» для трубопроводов диаметром 57-1420 мм. ТУ 5767-001-01297858-02 / Минэнерго РФ. - М.: ОА «ВНИИСТ», 2002.
4. СП 40-102-2000. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования.
Обозначения
1 - отходы
2 - ограждающая дамба
3 - водосбросной колодец (далее: колодец)
4 - отводящая труба
5 - фундаментная часть (колодца)
6 - трещина
7 - магистральный пульповод
8 - распределительный пульповод
9 - водовод системы возврата воды
10 - отстойный пруд
11 - смятые отходы (фиг.2)
12 - стенка (трубы)
13 - полость (трубы)
14 - вставка
15 - стенка (фундаментной части)
16 - кольцевая полость (вставки)
17 - внутренняя труба (сливная)
18 - наружная труба (защитная)
19 - пластина
20 - дно (кольцевой полости)
21 - торец (отводящей трубы)
22 - внутренняя полость
23 - наружная полость
24 - твердая пена
25 - полое кольцо (тор)
26 - защитный слой (твердая пена)
27 - геотекстиль
28 - камера гашения (колодца)
29 - стальная облицовка
а - величина раскрытия трещины
б - величина взаимного смещения блоков по высоте
δ - толщина стенки отводящей трубы
1
2
l и l - участки отводящей трубы, освободившиеся от сцепления.