Спейсер

Полезная модель относится к области строительства магистральных трубопроводов и трубопроводов сетей инженерно-технического обеспечения, в частности к строительству или ремонту подземного трубопровода  при пересечении с автотрассами, железнодорожными путями, реками, ручьями, горами и другими инженерными сооружениями, в частности при протаскивании участка вновь состыкованной плети из труб через металлический или железобетонный кожух-футляр с изменяющимся внутренним диаметром.
Кольца спейсеры предназначены для механической защиты изоляционного покрытия трубопроводов при строительстве переходов через препятствия, а также для электрической защиты трубопровода. Также спейсеры используются как при капстроительстве, так и при ремонте линейной части продукто-, нефти-, газо-, водопровода для стальных и полиэтиленовых переходов под самыми различными препятствиями, такими как автомагистрали, железные пути, реки, ручьи, горы.
После укладки кожуха под препятствием в него протаскивают заранее подготовленный трубопровод. Для облегчения процесса протаскивания на трубопроводе закрепляют предусмотренные проектом опорные устройства-спейсер. Эти устройства не только облегчают процесс протаскивания трубопровода, но и фиксируют его положение в кожухе таким образом, чтобы исключался электрический контакт между кожухом и трубопроводом (см. Бородавкин П.П. и др. «Сооружение магистральных трубопроводов». М.: Недра, 1987, стр. 338, 339, 345).
Известно опорно-направляющее кольцо (патент US № 6158475, опубл. 12.12.2000), представляющее собой два полукруглых сегмента, соединенных между собой с образованием замкнутого по периметру кольца. С одной стороны концы каждого полукруглого сегмента соединены шарниром, чтобы обеспечить поворотное движение из открытого состояния в закрытое состояние опорно-направляющего кольца, а с другой стороны к концам полукруглых сегментов приварены фланцы, которые соединены друг с другом болтовым соединением. По окружности кольца размещены, вытянутые в радиальном направлении, вставки-лыжи. Достоинством устройства является наличие шарнира, позволяющего уменьшить время, затрачиваемое на монтаж опорно-направляющего кольца на трубопровод.
Недостатком известного решения является возможность повреждения опорно-направляющего кольца при значительной длине и возможном изменении диаметров перехода из-за воздействия значительных нагрузок на вставки-лыжи от веса протаскиваемого трубопровода.
Известно опорно-направляющее кольцо (патент KR № 101448521, опубл. 14.10.2014), содержащее полукруглые сегменты, соединенные между собой с образованием замкнутого по периметру кольца при помощи разъёмного болтового соединения отогнутых наружу стыковочных концов полукруглых сегментов, снабженных ребрами жесткости. По окружности кольца равномерно размещены демпфирующие элементы, состоящие из конусообразного пружинного держателя, в котором закреплена ось демпфирующего опорного ролика, выполненного из диэлектрического материала. Преимуществом данного устройства являются хорошие демпфирующие показатели опорно-направляющего кольца.
Недостатком опорно-направляющего кольца является низкая эффективность использования контактоопорного ролика при изменении диаметра внутренней поверхности защитного кожуха, так как на опоры воздействуют значительные нагрузки от веса протаскиваемого трубопровода, а также значительные продольные усилия, при этом в этих условиях происходит интенсивное деформирование роликов. Конусообразный пружинный держатель опорных роликов сложен в изготовлении и удорожает стоимость опорно-направляющего кольца.
Наиболее близким по технической сущности является устройство, опорно-направляющее кольцо для трубопровода – спейсер, содержащий полукруглые сегменты, стыковочные концы которых отогнуты наружу, соединены между собой разъемным соединением, равномерно распределенные по окружности кольца четыре демпфирующих элемента, состоящих из пружин и демпфирующих опорных роликов из диэлектрического материала (патент RU 190357, опубл. 28.06.2019). Стыковочные концы полукруглых сегментов с одной стороны отогнуты наружу, усилены ребрами жесткости и соединены между собой путем разъёмного болтового соединения. С другой стороны полукруглых сегментов их концы соединены шарниром. Демпфирующие элементы выполнены в виде корпуса, состоящего из прямоугольных внутренней и внешней рам, образованных сочленением торцевых и боковых стенок. Вертикальные перемещения внутренней и внешней рам корпуса ограничены относительно друг друга торцевыми и боковыми упорами. На боковых стенках внешней рамы корпуса демпфирующего элемента имеются проушины, в которых размещены оси двух демпфирующих опорных роликов бочкообразной формы, выполненных из диэлектрического материала. Боковые стенки корпуса внешней рамы соединены перемычкой, на нижней горизонтальной поверхности которой размещена втулка, выполняющая роль верхнего фиксатора пружины, установленной перпендикулярно оси вращения демпфирующих опорных роликов, а нижний фиксатор пружины выполнен в виде втулки, размещенной на поверхности полукруглого сегмента.
Недостатками известного устройства являются:
низкая эффективность использования в полевых условиях при изменении диаметра внутренней поверхности защитного кожуха, отсутствует возможность регулировки положения его относительно внутреннего диаметра патрона-футляра, что может привести к истиранию опорных роликов, разрушению демпфирующих элементов или приходится применять индивидуальные спейсеры под каждый диаметр кожуха;
сложность в изготовлении и высокая металлоемкость, что ведет к удорожанию стоимости спейсера;
шарнирное соединение спейсера создает дополнительные трудности при повторном использовании устройства, так как при хранении или перевозке устройства возможно повреждение или засорение;
узкая область применения устройства без возможности крепления на устройстве кабеля-проводника, служащего ориентиром оси трассы, при укладке трубопровода.
Техническими задачами полезной модели являются повышение эффективности и надежности протаскивания трубопровода при изменении внутреннего диаметра в защитном кожухе, снижение сложности изготовления и металлоемкости, повышение качества сборки при повторном использовании спейсера, расширение арсенала технических средств и технологических возможностей использования спейсера.
Технические задачи решаются спейсером, содержащим полукруглые сегменты, стыковочные концы которых отогнуты наружу, соединены между собой разъемным соединением с образованием в сборе замкнутого кольца, по окружности кольца распределены четыре демпфирующих элемента, состоящих из пружин и демпфирующих опорных роликов из диэлектрического материала.
Новым является то, что каждый демпфирующий элемент содержит опорный ролик, соединенный винтом с вилкой с одной стороны, и пружину, верхним концом размещенную в цилиндрическом седле с другой стороны вилки, нижний конец пружины установлен в седле с внутренней цилиндрической расточкой высотой, предотвращающей сход пружины с седла после ее установки, выполненном на поверхности замкнутого кольца, в центре расточки выполнено отверстие с внутренней резьбой, обеспечивающее фиксацию болта через отверстие в нижней части вилки, установленного внутри пружины, дополнительно между двумя демпфирующими элементами на поверхности замкнутого кольца жестко установлена скоба, обеспечивающая крепление кабеля-спутника трубопровода.
Также новым является то, что полукруглые сегменты соединены между собой шпильками.
Также новым является то, что замкнутое кольцо выполнено из стали.
На фигуре схематично изображен спейсер.
Спейсер содержит полукруглые сегменты 1, стыковочные концы которых отогнуты наружу, соединены между собой разъемным соединением 2 с образованием в сборе замкнутого кольца. По окружности кольца распределены четыре демпфирующих элемента, состоящих из пружин 3 и демпфирующих опорных роликов 4 из диэлектрического материала. Каждый демпфирующий элемент содержит опорный ролик 4, соединенный винтом 5 с вилкой 6 с одной стороны, и пружину 3, верхним концом размещенную в цилиндрическом седле 7 с другой стороны вилки, нижний конец пружины установлен в седле 8 с внутренней цилиндрической расточкой высотой 20-25 мм, предотвращающей сход пружины с седла после ее установки, выполненном на наружной поверхности замкнутого кольца. Вилка выполнена из стали, на ней имеются два одинаковых ребра, для увеличения жесткости предусмотрены косынки (в виде угольника) которые служат в качестве ребер жесткости. На выступающих частях - ребрах вилки имеются два соосных отверстия под винт 5. Винт 5 представляет собой вытянутый цилиндр, на конце которого имеется резьбовая часть под граверную шайбу, предотвращающую от самопроизвольного откручивания гайки с резьбы, и гайку. Что предотвращает его сход после установки на него опорных роликов 4. Каждый опорный ролик выполняют из диэлектрического износостойкого материала, не дающего искрообразования. На поверхности плоской части вилки по центру также имеется отверстие под болт. В центре расточки выполнено отверстие (на фигуре не показано) с внутренней резьбой, обеспечивающее фиксацию болта 9 через отверстие в нижней части вилки. Болт выполнен с усиленной резьбой, снижающей напряжение от массы трубопровода на спейсер. Длина болта подобрана опытным путем, зависит от расстояния внешней стороны трубопровода до внутренней стенки кожуха. Болт установлен внутри пружины, для снятия действующих сил напряжения в качестве увеличения площади опоры служит пружина в виде спирали, которая за счет своей большей площади опирания предотвращает вертикальное перемещение устройства, находящегося в рабочем состоянии под нагрузкой. Пружина выполнена из высокопрочной стали. Ее размер подбирается исходя из таких параметров как диаметр трубопровода и кожуха, в который предстоит протащить состыкованный трубопровод. Пружина обеспечивает возможность регулирования высоты, под необходимый диаметр кожуха, например при переходе внутреннего диаметра кожуха со 159 мм до 273 мм или с 27 3мм на 426 мм. Пружина служит буфером отбойником (по типу амортизатора, который гасит колебания при механических нагрузках и возможных сдвигах при соприкасании трубопровода о кожух во время протаскивания и в течение всего срока эксплуатации). Дополнительно между двумя демпфирующими элементами на поверхности замкнутого кольца жестко установлена скоба 10, обеспечивающая крепление кабеля-спутника 11 трубопровода, что обеспечивает расширение технологических возможностей использования спейсера. Полукруглые сегменты соединены между собой шпильками. Замкнутое кольцо выполнено из стали или другого износостойкого материала, например из текстолита, сплава алюминия, технической твердой пластмассы для облегчения веса общей конструкции устройства.
Спейсер обеспечивает повышение эффективности и надежности протаскивания трубопровода и эксплуатации спейсера при изменении внутреннего диаметра в защитном кожухе при снижении сложности изготовления и металлоемкости. Также расширяет арсенал технических средств использования спейсера.
Собирают спейсер в следующей последовательности.
Благодаря большей несущей способности, металлические кольца устанавливают дальше друг от друга, чем пластиковые. Оптимальное расстояние между спейсерами зависит от типа и материала изготовления трубопровода. Для металла предпочтительно 0,6-2 м, для стеклопластика – 2-3 м.
Спейсер для трубопроводов – разборной конструкции собирают из нескольких сегментов С-образной формы. Элементы скрепляют с помощью шпилек или другими быстросъемными крепежными элементами. Установка и оснащение пружинного механизма на устройство может осуществляться как в полевых условиях, так и в помещении заблаговременно до начала монтажа на тело трубопровода. После установки на трубопровод спейсеров, протаскивают кабель-спутник трубопровода через ушко, плети вновь состыкованного трубопровода протаскивают вовнутрь окружности кожуха. Тем самым такое положение является наиболее безопасным для эксплуатации действующего трубопровода, находящегося на всем протяжении внутри кожуха. Опорные ролики работают по принципу качения, которое происходит в момент протаскивания трубопровода через кожух, опираясь или частично задевая внутреннюю поверхность окружности трубы. При переходе внутреннего диаметра кожуха, например со 159 до 273 мм, демпфирующий элемент обеспечивает возможность регулирования высоты, под необходимый диаметр кожуха. Высота демпфирующего элемента превышает высоту соединения полукруглых сегментов и служит компенсатором при осевых и радиальных перемещениях трубопровода, возникающих от изменения внутреннего диаметра кожуха. А также от изменения температуры и давления.
Спейсер обеспечивает повышение эффективности и надежности протаскивания трубопровода при изменении внутреннего диаметра в защитном кожухе, снижение сложности изготовления и металлоемкости, повышение качества сборки при повторном использовании спейсера, расширение арсенала технических средств и технологических возможностей использования спейсера.