УТЯЖЕЛИТЕЛЬ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к трубопроводному оборудованию и может найти применение при сооружении трубопроводов различного назначения в условиях распространения вечномерзлых грунтов, на переходах через болота, в обводненной местности, а также в зонах перспективного обводнения.
Известен утяжелитель трубопровода, содержащий пару симметрично расположенных относительно трубопровода прямоугольных, со скосами в нижней части балластных блоков, к которым шарнирно присоединены наложенные сверху трубопровода гибкие перемычки. При этом каждый балластный груз снабжен упорной накладкой на нижней его части, а каждый из шарниров присоединения к балластному грузу гибких перемычек размещен ниже его центра тяжести. (SU №756123, 1970).
Данный утяжелитель обладает большими габаритами, что затрудняет его транспортирование и хранение, не обеспечивает беззазорной установки блоков на трубопровод, при этом не полностью используется балластирующая способность грунта засыпки, а шарниры не защищены от повреждений в процессе неоднократных перегрузок (перевалок) утяжелителей.
Беззазорная установка блоков утяжелителей на трубопровод достигается при использовании утяжелителя трубопровода (SU №1106950), в котором каждый из шарниров блоков утяжелителя размещен в глухом пазе.
Однако, в связи с тем, что шарниры блоков утяжелителя при этом, устанавливаются от поверхности блоков, обращенных к трубопроводу, на расстоянии от 100 до 200 мм, в ряде случае это приводит к разрушению блоков и выдергиванию шарниров из бетона при приложении нагрузок, при этом утяжелитель также характеризуется большими габаритами, что затрудняет транспортирование, хранение и монтаж на трубопроводе.
Известен также утяжелитель трубопровода, содержащий пару симметрично расположенных по обе стороны от балластируемого трубопровода и контактирующих с ним плоскими стенками балластных блоков, выполненных в поперечном сечении в виде неправильных многоугольников, на лобовых поверхностях которых ниже их центров тяжести установлены шарниры, к наружной части каждого из которых присоединены наложенные на трубопровод гибкие перемычки, шарниры установлены в пазах, выполненных на лобовых поверхностях блоков, глубина которых, по меньшей мере, равна наружной части шарнира, причем длина паза от обращенной к трубопроводу плоскости блока превышает 0,6 ширины блока в поперечном сечении, а длины гибких перемычек и места установки шарниров выбраны из условия обеспечения опирания блока на дно траншеи, по меньшей мере, в одной точке. (RU №62684 - прототип).
3
3
3
В настоящее время в отечественной практике трубопроводного строительства применяются железобетонные утяжелители, выполненные согласно прототипу, плотность бетона которых не превышает 2,3 т/м. При этом, для приготовления бетона в качестве заполнителя используется наиболее распространенный строительный песок. А в качестве наполнителя - наиболее распространенный доломитовый или известняковый щебень по ГОСТ 8267-93 из горных пород с насыпной плотностью 1,3-1,5 т/м, средней истинной плотностью - 2,6 т/м,. Для недопущения всплытия трубопровода в обводненной траншее, блоки утяжелителей выполняются со следующими габаритными размерами: ширина неправильных многоугольников в поперечном сечении блоков при балластировке трубопроводов диаметрами 1020 мм и менее, достигает 0,76 от диаметра балластируемого трубопровода, а высота этого сечения превышает 1,20-1,25 диаметра балластируемого трубопровода.
Таким образом, данный утяжелитель характеризуется большими габаритами, что затрудняет его транспортирование, и монтаж на трубопроводе.
Учитывая масштабы строительства трубопроводов в отдаленных районах со слабыми транспортными связями и неоднократными операциями перевалки блоков с одного вида транспорта на другой, такие габариты не удовлетворяют строительные транспортные организации, которые постоянно ставят задачу сокращения габаритов блоков, входящих в состав утяжелителей, без уменьшения их веса, который определяется из условия недопущения всплытия трубопровода в обводненной траншее. Сокращение габаритов необходимо для упрощения транспортирования, хранения и повышения технологичности перевалочных работ. Кроме того, сокращение габаритов блоков позволяет уменьшить поперечный размер траншеи, в которой прокладывается трубопровод, и тем самым сократить площадь занимаемых им земель, а также уменьшить объем земляных работ.
Технической задачей в обоих вариантах полезной модели является создание эффективного утяжелителя, а также расширение арсенала утяжелителей трубопровода.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи в обоих вариантах полезной модели, объединенных единым творческим замыслом, достигается за счет обеспечения минимальных габаритов блоков при высокой плотности бетона в них и заключается в упрощении транспортирования, хранения и повышения технологичности перевалочных и монтажных работ. Кроме того, сокращение габаритов блоков позволяет сократить ширину разрабатываемой траншеи и площадь занимаемых трубопроводом земель, а также уменьшить объем земляных работ. Наличие антикоррозионного покрытия шарниров увеличивает долговечность утяжелителя в целом. Наличие петель позволяет упростить операции монтажа/демонтажа и разгрузить от них шарниры и перемычку.
3
Сущность полезной модели по первому варианту состоит в том, что утяжелитель трубопровода содержит пару симметрично расположенных по обе стороны от балластируемого трубопровода и контактирующих с ним плоскими стенками балластных железобетонных блоков с поперечным сечением в виде неправильных многоугольников, в пазах, выполненных на лобовых гранях блоков установлены шарниры, к каждому из которых присоединена наложенная на балластируемый трубопровод гибкая перемычка, шарниры выполнены с антикоррозионным покрытием, а железобетонные блоки выполнены из бетона с плотностью не менее 2,7 т/м и снабжены, по меньшей мере, одной парой монтажных петель.
3
Предпочтительно железобетонные блоки выполнены с шириной неправильных многоугольников в поперечном сечении, не превышающей половины диаметра балластируемого трубопровода, и с высотой, не превышающей 1,1 диаметра балластируемого трубопровода, железобетонные блоки выполнены из бетона, содержащего в качестве наполнителя щебень из магматической горной породы со средней истинной плотностью 3,25 т/м, железобетонные блоки выполнены из бетона, содержащего песок и щебень, взятые из отходов Гусевогорского месторождения, гибкие перемычки выполнены с длиной, превышающей 1,6 диаметра балластируемого трубопровода, глубина пазов на лобовых гранях блоков равна или превышает высоту наружной части шарнира, а петли расположены в дополнительно выполненных на блоках выемках.
Сущность полезной модели по второму варианту состоит в том, что утяжелитель трубопровода содержит пару симметрично расположенных по обе стороны от балластируемого трубопровода и контактирующих с ним плоскими стенками многогранных балластных железобетонных блоков с поперечным сечением в виде неправильных многоугольников, в пазах, выполненных на лобовых гранях блоков установлены шарниры, к каждому из которых присоединена наложенная на балластируемый трубопровод гибкая перемычка, отличающийся тем, что железобетонные блоки выполнены в форме семигранников с верхней и нижней гранями, лобовыми гранями и с перпендикулярными последним продольными гранями, одна из которых сопряжена с наклонной гранью, при этом на верхней грани и в зоне сопряжения вертикальной продольной грани с наклонной гранью выполнены выемки, в которых размещены монтажные петли
3
3
Предпочтительно такие блоки выполнены из бетона с плотностью не менее 2,7 т/м, железобетонные блоки выполнены из бетона, содержащего в качестве наполнителя щебень из магматической горной породы со средней истинной плотностью 3,25 т/м, железобетонные блоки выполнены из бетона, содержащего песок и щебень, взятые из отходов Гусевогорского месторождения, на верхней грани блоков выемки выполнены с цилиндрическим, а в зоне сопряжения продольной грани с наклонной гранью - выемки с плоским дном, пересекающим пазы на лобовых гранях блоков.
На чертеже фиг.1 изображен железобетонный утяжелитель с балластными блоками повышенной плотности, выполненными с поперечным сечением в виде неправильного пятиугольника, на фиг 2 - вариант выполнения блока в виде семигранника.
3
3
Утяжелитель трубопровода по обоим вариантам содержит пару симметрично расположенных по обе стороны от балластируемого трубопровода 1 и контактирующих с ним плоскими продольными гранями 13 балластных железобетонных блоков 2, на лобовых (торцевых) гранях которых ниже их центров тяжести в граненых пазах 3 трапецеидального сечения установлены (забетонированы своим основанием) шарниры 4, к наружной части каждого из которых присоединены наложенные на трубопровод 1 гибкие перемычки 5 (на фиг.1 условно выделена). Железобетонные блоки 2 выполнены из бетона со стальной арматурой, причем бетон, из которого они выполнены имеет плотность не менее 2,7 т/м, например, плотность, равную 2,8 т/м. Блоки 2 выполнены с шириной «В» неправильных многоугольников в поперечном сечении, равной например, 500 мм, не превышающей половины диаметра (1020 мм) балластируемого трубопровода 1, и с высотой «Н», равной например, 1100 мм, т.е. не превышающей 1,1 указанного диаметра балластируемого трубопровода 1. Гибкие перемычки 5 выполнены с длиной 1750 мм, т.е. превышающей 1,6 указанного диаметра балластируемого трубопровода 1. Шарниры 4 выполнены с антикоррозионным лакокрасочным или гальваническим покрытием.
3
3
3
Плотность бетона железобетонных блоков 2 определяется тем, что они выполнены из бетона, содержащего в качестве заполнителя песок с истинной плотностью не менее 1,7 т/м и в качестве наполнителя - щебень из магматической горной породы по ТУ 14-00186938-006-98 с насыпной плотностью 1,75 т/м, средней истинной плотностью - 3,25 т/м, взятые, например, из отходов Гусевогорского месторождения (Качканарский горно-обогатительный комбинат [ГОК ОАО "Ванадий"], Свердловская обл.).
Минералогический состав щебня из магматической горной породы:
Титаномагнетитовые пироксиниты, оливинсодержащие с вкраплениями магнетита.
Химический состав щебня из магматической горной породы:
Fe
6.09%
FeO
3.84%
TiO<sub>2</sub>
0.83%
V<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0.042%
CaO
19.15%
Si<sub>2</sub>O
47.16%
MgO
13.075%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
7.45%
Указанные значения содержания химических веществ являются средними и могут колебаться на 5% в сторону увеличения или уменьшения.
Комбинат ОАО "Ванадий" Качканарского горно-обогатительного комбината разрабатывает Гусевогорское месторождение вкрапленных ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд с балансовыми запасами - 3 млрд.т. Состояние запасов на 1 января 2004 года в проектных контурах трех действующих карьеров: промышленные запасы - 1,3 млрд. т., вскрытые - 212 млн. т., в том числе: - Подготовленные - 77 млн.т. - Готовые к выемке - 27,7 млн.т. Сегодня предприятие ведет добычу железной руды, производит железорудное сырье для металлургических предприятий (агломерат, окатыши), производит щебень из отходов сухой магнитной сепарации. Указанные запасы сырья позволяют рассчитывать на многолетнюю добычу (статья "На Качканарском ГОКе работы хватит не одному поколению", газета "Уральский рабочий", 17.09.2008). Высокая насыпная плотность песка и щебня Гусевогорского месторождения является функцией минералогического состава отходов от обогащения титаномагнетитовых руд.
Трубопровод 1 установлен на дне 7 траншеи (не обозначена) и засыпан вместе с блоками 2 грунтом 6. Развал блоков 2 к откосам траншеи и защемление трубопровода 1 утяжелителем с минимальным давлением блоков 2 на изоляционное покрытие трубопровода 1 обеспечивается за счет выбора оптимальной длины, перемычек 5 и местоположения шарниров 4 в пазах 3 блоков 2 утяжелителя. Кроме того, благодаря длине пазов 3 от обращенной к трубопроводу 1 плоскости блока 2, составляющей 350 мм, т.е. превышающей 0,6 ширины «В» блока 2 в поперечном его сечении и расположением шарниров 4 в расстоянии «d», равном 240 мм, от обращенной к трубопроводу 1 плоскости блока 2, т.е. составляющем не менее, чем 0,45 от ширины "В" блока 2 в поперечном его сечении, достигается надежность установки шарниров 4 в блоках 2 утяжелителя. Глубина пазов 3 на лобовых гранях 8,9 блоков 2 равна или превышает высоту наружной части шарнира 4, т.е. шарнир 4 не выступает из паза 3. Конкретное место установки шарнира 4 в пазу 3, как правило, должно быть выбрано из условия обеспечения опирания блока 2, на дно 7 траншеи, по меньшей мере, в одной точке.
Пазы 3 могут быть выполнены сквозными или закрытыми со стороны откосов траншеи, сужающимися от трубопровода 1 к откосам траншеи (не обозначены).
Балластные железобетонные блоки 2 согласно варианту полезной модели по фиг.2, имеют такой же состав наполнителя и основные геометрические характеристики блоков, выполненных в форме семигранников с верхней и нижней гранями 10, 11, лобовыми гранями 8, 9, поперечными к оси трубопровода 1 и с перпендикулярными последним продольными гранями 12, 13 направленными вдоль оси трубопровода 1, одна из которых сопряжена с наклонной гранью 14, при этом на верхней горизонтальной грани 10 выполнены выемки 15 и в зоне сопряжения вертикальной продольной грани 12 с наклонной гранью 14 выполнены выемки 16, в которых размещены (забетонированы) парные монтажные петли 17, 18, соответственно, из арматурного металла. На верхней грани 10 выемки 15 выполнены с цилиндрическим, а в зоне сопряжения продольной грани 12 с наклонной гранью 14 - выемки 16 выполнены с плоским дном, пересекающим пазы 3 на лобовых гранях 8, 9 блоков 2. Верхнее, нижнее, продольное и наклонное расположение граней 10-14 соответствует рабочему положению утяжелителя на трубопроводе 1.
Утяжелитель по обоим вариантам работает следующим образом.
Навеска гибких перемычек 5 на балластные блоки 2 утяжелителей производятся на берме траншеи.
Монтаж утяжелителей на трубопровод 1 выполняется краном-трубоукладчиком с помощью специальной траверсы (не изображено) в собранном виде с закрепленными на балластных блоках 2 гибкими перемычками 5. Траверсы поднимают и устанавливают блоки 2 за петли 17, 18, что исключает повреждение покрытия шарниров 4 и нарушение целостности перемычек 5 в процессе подъемно-транспортных работ (начиная с операции изготовления до операций монтажа/демонтажа на трубопроводе). Расположение выемок 15, 16 с петлями 17, 18 определяется оптимальным расположением мест соединений с подъемно-транспортным оборудованием относительно центра тяжести, для исключения опрокидывания. В процессе погрузочно-разгрузочных работ, транспортировки блоков 2 утяжелителя и его монтажа шарниры 4 не повреждаются, так как находятся в пазах 3 и недоступны для механических воздействий, касательных к стенкам блоков 2.
С учетом удлинения перемычки 5 под нагрузкой, допускается развал блоков 2 утяжелителя (угол между гранями 13 блоков 2, обращенными к трубопроводу 1) не более, чем 15 градусов. Над трубопроводом 1 и блоками 2 располагается вовлекаемый в работу грунт 6 засыпки траншеи.
В процессе эксплуатации при возникновении выталкивающей (подъемной) нагрузки балластные блоки 2 утяжелителя защемляют трубопровод 1 и обеспечивают устойчивость его положения в заполненной водой траншее. Таким образом, исключается всплытие трубопровода 1 под воздействием подъемной силы.
Благодаря антикоррозионному покрытию шарниров 4 увеличивается долговечность утяжелителя в целом.
3
Расположение шарниров 4 и опирание блоков 2 гранями 11 на дно 7 траншеи, по меньшей мере, в одной точке исключают возможность передачи усилия от всей массы грунта 6 и блоков 2 на боковые стенки трубопровода 1 и, тем самым, обеспечивает длительную сохранность защитного покрытия и целостность самого трубопровода 1. Блоки 2 утяжелителя с петлями 17, 18 и с указанными соотношениями габаритных размеров «В» и «Н» по отношению к диаметру балластируемого трубопровода 1, при плотности их бетона 2,8 т/м обеспечивают надежную фиксацию трубопровода 1 в траншее, повышение эффективности их транспортировки, снижение трудоемкости монтажа, а также стоимости производства.
Предлагаемые утяжелители в обоих вариантах полезной модели создают надежную балластировку трубопровода при упрощении транспортирования, хранения и повышения технологичности перевалочных и монтажных работ. Наличие монтажных петель исключает нагружение и повреждение шарниров во всех технологических операциях, т.е. обеспечивает сохранность шарниров до момента установки утяжелителя в эксплуатационное положение. Антикоррозионное покрытие шарниров защищает их от агрессивных воздействий окружающей среды и увеличивает сроки хранения и эксплуатации утяжелителей. Кроме того, сокращение габаритов и оптимизация формы блоков утяжелителя позволяет сократить ширину разрабатываемой траншеи и площадь занимаемых трубопроводом земель, а также уменьшить объем выполняемых при строительстве трубопроводов земляных работ. Одновременно сокращаются стоимость и материалоемкость конструкции, включая уменьшение расхода арматуры.