УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛЛАСТИРОВКИ
BALLASTING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к строительству трубопроводов и других конструкций, в частности при сооружении и ремонте переходов подземных трубопроводов на обводненных грунтах, болотах, а также при пересечении водных преград.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для обеспечения устойчивого положения подводных трубопроводов на дне водной преграды применяют различные способы их балластировки и закрепления. С увеличением диаметра трубопровода значительно возрастают затраты на балластировку и закрепление. От способов балластировки существенно зависит качество и темпы сооружения переходов. Поэтому выбор рациональных способов и разработка новых более совершенных конструктивных устройств по балластировке и закреплению подводных трубопроводов имеют большое значение.
Известно устройство для балластировки «чугунные кольцевые грузы». Грузы изготавливаются из серого чугуна. Перед установкой на трубопровод краном или трубоукладчиком производится раскладка половинок грузов вдоль зафутерованной плети. Затем на выложенные половинки грузов укладывают зафутерованную трубу и навешивают на нее верхние половинки грузов, после чего половинки грузов соединяют болтами. Болтовые соединения грузов заливают битумной или резино-битумной мастикой [Бородавкин П.П. и др. «Подводные трубопроводы», Москва, «Недра», 1979, стр.179-180, далее по тексту описания - «Д1»].
С увеличением диаметра газопровода количество балласта, необходимого для компенсации выталкивающей силы, возрастает пропорционально квадрату диаметра, что приводит к значительным затратам энергии и металла на производство чугунных кольцевых грузов и, соответственно, балластировку трубопровода. Кроме того, чугунные утяжелители уязвимы для ударных нагрузок и могут разрушаться (раскалываться) во время транспортировки, погрузо-разгрузочных работ, а также при их установке.
Частично эти недостатки устраняет известная балластировка железобетонными кольцевыми грузами. Железобетонные грузы были приняты в качестве прототипа настоящего изобретения. Использование железобетонных грузов взамен чугунных позволяет экономить значительное количество металла и уменьшает затраты на балластировку трубопровода [Бородавкин П.П. и др. «Подводные трубопроводы», Москва, «Недра», 1979, стр.181-182].
Однако использование железобетонных грузов связано со следующими недостатками. Утяжелители устанавливаются в обводненных грунтах, а бетон обладает высокой способностью впитывать воду. Наличие на поверхности и в теле материалов пор, пустот, капилляров и микротрещин способствует увеличению площади их удельной поверхности, что повышает возможность контакта конструкции со всеми видами влаги. Смачивание материала сопровождается физическими процессами, вызывающими напряжение.
Это приводит к разрушению бетонных конструкций в результате действия двух основных факторов. Во-первых, впитанная влага при понижении температуры и замерзании расширяется внутри микропор и уже имеющихся микротрещин, что приводит к образованию новых трещин и расширению старых. Во-вторых, железобетонные конструкции содержат металлические армирующие элементы, которые окисляются. При этом окислы имеют больший объем, чем сам металл, что также приводит к образованию трещин. Кроме того, бетонные и железобетонные конструкции подвержены другим видам коррозии (выщелачивание, карбонизация, хлоридная коррозия, сульфатная коррозия, биологическая коррозия и др.).
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, стоявшая перед разработчиками настоящего изобретения, заключалась в создании менее затратного в производстве устройства для балластировки, чем чугунные грузы, которое мало подвержено влиянию указанных разрушающих факторов; а также в расширении арсенала технических средств балластировки.
Технический результат настоящего изобретения заключается в предотвращении растрескивания устройства для балластировки под воздействием внешней среды, снижении расхода металла для производства устройства для балластировки, а также в реализации функции балластировки.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для балластировки включает в себя по меньшей мере один элемент утяжеления, который может быть выполнен способом, включающим в себя загрузку предварительно подогретого материала, содержащего композиционную смесь измельченного связующего полимера и наполнителя, в формующую полость нагретой до высокой температуры пресс-формы, последующее смыкание пресс-формы, выдержку под давлением и отверждение; причем состав композиционной смеси выбирается так, чтобы отношение общей массы к общему объему элемента утяжеления было больше, чем плотность среды, для помещения в которую предназначено устройство для балластировки.
Композиционная смесь связующего полимера и наполнителя практически не впитывает воду и не нуждается в наличии арматуры, что делает ее гораздо менее подверженной разрушению в результате коррозии и фазовых переходов воды.
Функция балластировки реализуется посредством того, что отношение общей массы к общему объему элемента утяжеления больше, чем плотность среды, для помещения в которую предназначено устройство для балластировки. То есть сила тяжести, воздействующая на элемент утяжеления, больше, чем сила Архимеда, а результирующая этих сил воздействует на балластируемый объект, прижимая его к дну водной преграды.
Кроме того, композиционная смесь, включающая в себя полимер, более устойчива к ударным нагрузкам и прочим механическим повреждениям, чем известные аналоги.
Далее будет описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для балластировки содержит элемент утяжеления в виде кольцевого груза, выполненный из материала, содержащего композиционную смесь связующего полимера и наполнителя. Конструкция кольцевого груза может быть аналогична конструкции чугунных кольцевых грузов, раскрытой в [Д1], и состоять из двух полуколец.
В качестве связующего полимера может быть использован по меньшей мере один термопластичный полимер, например, это может быть полиэтилен, полипропилен или полистирол.
В качестве наполнителя может быть использован сыпучий минеральный наполнитель с высокой плотностью, например песок, гравий и/или щебень. Концентрация наполнителя выбирается исходя из условия обеспечения функции балластировки, то есть результирующая силы тяжести и силы Архимеда, воздействующая на множество утяжелителей, установленных на объекте балластировки (например, на плети трубопровода), должна быть достаточной для обеспечения требуемого положения и закрепления объекта балластировки (например, закрепления трубопровода на дне водной преграды). Очевидно, что для этого отношение общей массы к общему объему элемента утяжеления должно быть больше, чем плотность среды, для помещения в которую предназначено устройство для балластировки.
В целях увеличения отношения общей массы к общему объему элемента утяжеления по меньшей мере один элемент утяжеления может дополнительно содержать включения тяжелых материалов, например металла, руды и/или цементосодержащих материалов. Также для этого наполнитель может включать в себя заполнитель из шлаковых и/или зольных отходов металлургической или топливно-энергетической промышленности [http://zol.ucoz.ru/publ/1-1-0-11], например, таких как зольный гравий, глинозольный керамзит, литой шлаковый щебень или порошок, получаемый при смешивании подогретой до 170…200°С золы с 0,3…2% раствором битума в зеленом масле.
Устройство для балластировки может быть изготовлено способом прямого (компрессионного) горячего прессования.
При компрессионном прессовании предварительно подогретый измельченный материал загружают непосредственно в формующую полость нагретой до высокой температуры пресс-формы, после чего проводится смыкание пресс-формы, выдержка материала под давлением и отверждение.
То есть технологический процесс производства устройства для балластировки в таком случае может состоять из следующих этапов: предварительное нагревание материала, загрузка материала, смыкание пресс-формы, подпрессовка, выдержка под давлением и отверждение, размыкание пресс-формы, извлечение изделия, очистка пресс-формы. Более подробно процесс производства описан в [«Основы технологии переработки пластмасс». Учебное пособие для ВУЗов. Власов СВ., Кандырин Л.Б., Кулезнев В.Н. и др.].
Перед установкой на трубопровод краном или трубоукладчиком производится раскладка половинок грузов вдоль зафутерованной плети. Расстояния между грузами определяют расчетом. Затем на выложенные половинки грузов укладывают зафутерованную трубу и навешивают на нее верхние половинки грузов, после чего половинки грузов соединяют болтами. Болтовые соединения грузов могут быть далее залиты битумной или резино-битумной мастикой.
Настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на предпочтительный вариант его осуществления, однако очевидно, что оно может быть осуществлено в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой изобретения.