ОПОРНО-НАПРАВЛЯЮЩЕЕ КОЛЬЦО ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА С КАЧАЮЩЕЙСЯ РОЛИКОВОЙ ОПОРОЙ

Область техники.
Полезная модель относится к строительству и используется при сооружении и ремонте переходов подземных трубопроводов в защитных кожухах (футлярах) под препятствиями.
Уровень техники.
Прокладка подземного трубопровода в защитном кожухе под препятствием типа автомобильной или железной дорогой связана с определенными техническими трудностями. При этом трубопровод в защитном кожухе располагается как правило центрировано на опорных элементах. Опорные элементы должны обеспечивать защиту изоляционного покрытия трубы от повреждений как в процессе протаскивания трубопровода через кожух, так и при эксплуатации трубопровода. В некоторых случаях трубопровод требуется надежно защитить от блуждающих токов, создав дополнительную электрическую изоляцию между трубой и кожухом. Для этих целей используют различные материалы и устройства:
- футеровочные рейки из древесины и полимерных материалов;
- опорно-центрирующие кольца из нетканого синтетического материала, пропитанного карбамидоформальдегидной смолой (Из. RU 2217644);
- опорные предохранительные кольца отливаемые из полимерных материалов (ПМ RU 65607), (Из. RU 2296906), (Из. RU 2344329) (Из. RU 2289056) и др.
При протаскивании сквозь защитный кожух трубопровода, защищенного выше упомянутыми устройствами, возникает весьма существенное противодействие, обусловленное силой трения опорных элементов о внутренние стенки футляра. В случаях, когда переход имеет большую протяженность и соответственно большое количество стыков, возможно истирание полимерных частей опорных элементов и снижение величины электрического сопротивления между трубой и защитным кожухом ниже допустимых значений. Что бы снизить трение и облегчить перетаскивание трубопроводной плети через стыковые соединения футляра предложены ряд устройств с использованием роликов из диэлектрического материала (Из. RU 2249748) (ПМ RU 70700); (ПМ RU 102243); (ПМ RU 103594). Эти конструкции существенно облегчают продвижение трубопровода по футляру, но тоже имеют определенные недостатки. Дело в том, что разность внутреннего диаметра защитного кожуха и наружного диаметра трубопровода как правило относительно невелика, особенно это касается трубопроводов большого диаметра, по этой причине невозможно использовать в опорных элементах крупные одиночные ролики, обеспечивающие необходимую несущую способность конструкции. Для преодоления вышеозначенной проблемы некоторыми авторами предлагалось использовать дополнительные вспомогательные опорные элементы (ПМ RU 37177), (ПМ RU 102243). Были предложены опорные элементы, содержащие несколько роликов небольшого диаметра (Из. RU 2249748). Эти конструкции вполне удовлетворительно ведут себя при перемещении по гладкому участку защитного кожуха, но при встрече с препятствием в виде сварного стыка трубы футляра или другой неровностью весь вес участка трубопровода перераспределяется на один ролик, так как оси роликов зафиксированы неподвижно относительно трубопроводной плети. Создается опасная перегрузка отдельных элементов конструкции.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для протаскивания трубопровода сквозь защитный кожух с наименьшими усилиями, обеспечивающее сохранность защитной изоляции трубопровода и исключающего недостатки вышеуказанных полезных моделей и изобретения по патенту RU 2249748.
Раскрытие полезной модели.
Предлагаемое устройство позволяет избежать недостатков известных из уровня техники конструкций благодаря тому, что опорные элементы выполнены в виде самоустанавливающейся опоры состоящей из двух роликов, расположенных на качающемся коромысле, что позволяет роликам при преодолении препятствия перераспределять нагрузку между собой.
Устройство представляет собой трехсекторное бандажное кольцо (фиг.1), выполненное из металла. Кольцо устанавливается на трубопровод таким образом, что один сектор охватывает нижнюю часть трубопровода (нижний сектор 3), а два сектора охватывают две верхние трети трубной плети (боковые сектора 4). На концах секторов выполнены отбортовки 8 с отверстиями под болты соединяющие сектора между собой. Нижний опорный элемент 5 располагается в средней части нижнего сектора. Верхний опорный элемент 6 располагается на одном из боковых секторов возле отбортовки в верхней части кольца. Боковые опорные элементы 7 располагаются в нижней части боковых секторов возле отбортовки.
Нижний опорный элемент (фиг.2, фиг.3, фиг.4) состоит из двух стоек 9, двух пластин коромысла 10, двух опорных роликов 11 и трех осевых втулок 14 со стягивающими болтами 15. Стойки представляют собой в сечении п-образные профили, в каждом из которых просверлено по одному отверстию под ось коромысла 12. Стойки присоединяются к средней части нижнего сектора 3, располагаясь симметрично относительно вертикальной оси трубопровода, оси коромысла и опорных роликов при этом должны быть перпендикулярны продольной оси трубопровода. Коромысло представляет собой две одинаковые стальные пластины 10 с тремя отверстиями каждая: одно отверстие по центру пластины - для оси коромысла 12, два отверстия по кроям пластин - для осей роликов 13. Коромысло выполнено таким образом, что под воздействием небольшого усилия может поворачиваться на некоторый угол вокруг оси, соединяющей его со стойками. Угол поворота ограничивается упором края пластин в поверхность сектора, на котором расположен опорно-направляющий элемент (фиг.6). Ролики всех опорных элементов изготавливаются из диэлектрического материала и могут свободно вращаться вокруг своих осей на втулке.
При перемещении трубопровода с закрепленными опорно-направляющими кольцами вдоль защитного кожуха ролики опорных элементов катятся по внутренней поверхности кожуха, при этом наибольшую нагрузку испытывают нижние опорные элементы с двумя опорными роликами, на которые приходится основной вес трубопроводной плети. При встрече препятствия в виде сварного стыка или дефекта трубы защитного кожуха передний ролик опоры начинает накатываться на препятствие, при этом он стремится подняться вверх, передавая через коромысло часть нагрузки на задний ролик. При прохождении препятствия задним роликом, аналогичным образом часть веса перераспределяется на передний ролик. Таким образом, оба опорных ролика в опоре самоустанавливаются и постоянно остаются равнонагруженными, обеспечивая более высокую надежность конструкции. Вертикальное перемещение участка трубопроводной плети при переходе через препятствие однороликовой опоры равно высоте этого препятствия, при использовании предлагаемой качающейся опоры это перемещение уменьшается в два раза (фиг.6). Существенно улучшается плавность хода и снижается усилие протаскивания, что подтверждено стендовыми испытаниями. В виде самоустанавливающихся двухроликовых опор можно выполнить, при необходимости, боковые и верхние опорные элементы, но это на наш взгляд является экономически нецелесообразным.
Верхний опорный элемент (фиг.5) состоит из двух стоек и одного опорного ролика 11 с осевой втулкой 14 и стягивающего болта 15. Одна стойка выполнена в виде двухлапковой скобы 16 с тремя отверстиями. Среднее отверстие предназначено для оси ролика, два отверстия в лапках предназначены для крепежных болтов 17, соединяющих сектора между собой. В качестве другой стойки использована отбортовка сектора 8, в которой также просверлены три отверстия соосно отверстиям скобы. Боковые опорные элементы выполнены аналогично верхнему опорному элементу. Такое исполнение позволяет обеспечить достаточную прочность и опорных элементов и узлов соединения секторов, не увеличивая существенно при этом материалоемкость и трудоемкость изделия. Средний болт, является одновременно и стягивающим болтом опорного ролика и одним из трех крепежных болтов, соединяющих сектора кольца между собой.
Краткое описание эскизов.
Полезная модель иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 изображен общий вид опорно-направляющего кольца, закрепленного на трубопроводе 1, расположенном в защитном кожухе 2, защитный кожух показан в разрезе:
1 - трубопровод;
2 - защитный кожух;
3 - нижний сектор опорно-направляющего кольца;
4 - боковой сектор опорно-направляющего кольца;
5 - нижний опорный элемент из двух роликов на качающемся коромысле;
6 - верхний опорный элемент;
7 - боковой опорный элемент;
8 - отбортовка по концам секторов;
9 - стойка;
10 - пластина коромысла;
11 - опорный ролик.
На фиг.2 изображен нижний, опорный элемент в виде сбоку:
1 - трубопровод;
2 - защитный кожух;
3 - нижний сектор опорно-направляющего кольца;
5 - нижний опорный элемент;
9 - стойка;
10 - пластина коромысла;
11 - опорный ролик;
12 - ось коромысла;
13 - ось опорного ролика;
На фиг.3 изображен нижний опорный элемент в разрезе по оси коромысла:
1 - трубопровод;
2 - защитный кожух;
3 - нижний сектор опорно-направляющего кольца;
9 - стойка;
10 - пластина коромысла;
11 - опорный ролик;
14 - осевая втулка;
15 - стягивающий болт.
На фиг.4 изображен нижний опорный элемент в виде сверху в разрезе по осям опорных роликов и коромысла:
9 - стойка;
10 - пластина коромысла;
11 - опорный ролик;
12 - ось коромысла;
13 - ось опорного ролика;
14 - осевая втулка;
15 - стягивающий болт.
Верхний опорный элемент изображен на фиг.5:
4 - боковой сектор опорно-направляющего кольца;
8 - отбортовка по концам секторов;
11 - опорный ролик;
14 - осевая втулка;
15 - стягивающий болт;
16 - двухлапковая скоба;
17 - болт соединения секторов.
На фиг.6 показана сравнительная схема процесса перехода через препятствие в защитном кожухе опорного элемента с одним роликом и опорного элемента, выполненного в виде самоустанавливающейся опоры из двух роликов расположенных на качающемся коромысле:
5 - нижний опорный элемент с двумя роликами;
18 - опорный элемент с одним роликом;
19 - препятствие в защитном кожухе;
20 - высота подъема участка трубопроводной плети при переходе через препятствие.
Осуществление полезной модели.
Высота опорных элементов и соответственно диаметры и толщина опорных роликов рассчитываются исходя из соотношений диаметров трубопровода и защитного кожуха. Протаскиваемый трубопровод с установленными на нем опорно-направляющими кольцами должен свободно заводиться в защитный кожух, но при этом смещение между осями трубопровода и кожуха должна не превышать 20 мм.
- Изготовление бандажного кольца.
Бандажное кольцо собирается из трех одинаковых кольцевых секторов. Сектора изготавливаются из стальной полосы методом холодного гнутья. Концы секторов отгибаются наружу, образовывая отбортовку. Высота отбортовки должна быть больше суммы радиусов опорного ролика и осевой втулки. В отбортовке просверливаются отверстия под болтовые соединения. Длина сектора определяется из условия обеспечения монтажного зазора между секторами в местах болтовых соединений в пределах 10-20 мм для обеспечения обжатия бандажного кольца вокруг трубопровода. Ширина и толщина прилегающей поверхности сектора определяются на условиях допустимого давления кольца на защитное покрытие трубопровода.
- Изготовление верхнего опорно-направляющего элемента.
Верхний, опорно-направляющий элемент состоит из двух стоек и одного опорного ролика с осевой втулкой и стягивающим болтом. Одна стойка выполнена в виде двухлапковой скобы с тремя отверстиями. Среднее отверстие предназначено для оси ролика, два отверстия в лапках предназначены для крепежных болтов, соединяющих сектора между собой. В качестве другой стойки использована отбортовка сегмента, в которой также просверлены три отверстия соосно отверстиям скобы. Скоба изготавливается методом холодного гнутья из стальной полосы той же толщины, что и сектора. Ширина скобы должна ровняться высоте отбортовки. В средней части скобы и в лапках просверливается по одному отверстию. Отверстия в лапках имеют тот же диаметр, что и отверстия в отбортовке сегментов. Диаметр отверстия в середине скобы должен быть равен наружному диаметру втулки оси ролика. Скоба устанавливается в верхней части бокового сектора. Лапки скобы прижимаются к отбортовке сектора с наружной его стороны. Отверстия в скобе должны быть сосны соответствующим отверстиям в отбортовке. В местах контакта скоба и сектор соединяются между собой с помощью сварки. Опорный ролик вытачивается из полиамида или другого подходящего диэлектрического материала. В центре ролика просверливается отверстие диаметром равное наружному диаметру осевой втулки. В отверстии ролика выполняется небольшая кольцевая проточка для смазки. Втулка изготавливается из отрезка стальной трубки. Для сборки верхнего опорного элемента ролик размещается между скобой и отбортовкой сектора. Отверстие ролика располагается соосно отверстиям стоек. Осевая втулка вводится в отверстие скобы, ролика и сектора, и развальцовывается с концов.
- Изготовление боковых опорно-направляющих элементов.
Боковые опорно-направляющие элементы изготавливаются аналогично верхнему и располагаются в нижней части боковых секторов у отбортовки.
- Изготовление нижнего опорно-направляющего элемента.
Нижний опорно-направляющий элемент состоит из двух стоек, двух пластин коромысла, двух опорных роликов и трех осевых втулок со стягивающими болтами. Стойки изготавливаются из отрезка швеллера или уголка соответствующих размеров. В стойках просверливаются отверстия равные диаметру осевой втулки коромысла. Пластины коромысла изготавливаются из стальной полосы толщиной 5-8 мм. Ширина пластин определяется исходя из диаметра опорных роликов. В каждой пластине сверлится по три отверстия. Среднее отверстие имеет диаметр равный наружному диаметру осевой втулки коромысла. Два отверстия по концам пластин имеют диаметр равный наружному диаметру осевых втулок роликов. Опорные ролики изготавливаются из полиамида аналогично роликам верхней и боковых опорных элементов. Осевые втулки изготавливаются из отрезка стальной трубки, причем диаметр осевой втулки коромысла должен быть немного больше диаметра втулок роликов, т.к. на эту ось приходится большая нагрузка. Стойки привариваются к средней части нижнего сектора таким образом, чтобы пластины коромысла собранного устройства располагались параллельно оси трубопровода. Все детали изделия покрываются антикоррозионной защитой. Для сборки нижнего опорного элемента осевые втулки вставляются в отверстия роликов. Пластины коромысла собираются с опорными роликами и стягиваются через втулки роликов болтами. Собранная таким образом деталь размещается между стойками. Отверстия собранного коромысла должны быть соосны отверстиям стоек. В отверстия вставляется осевая втулка коромысла и стягивается болтом.
Из готовых сегментов формируются бандажные кольца и устанавливаются на протаскиваемую трубу с шагом, обеспечивающим продвижение трубы по защитному кожуху без существенной ее деформации. Устройство готово к работе.