УТЯЖЕЛИТЕЛЬ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к строительству и может быть использована при сооружении магистральных трубопроводов на обводненных участках трассы.
Известен утяжелитель трубопровода (Патент РФ №2047035 RU, МПК F16L 1/06. Утяжелитель трубопровода и способ его балластировки / В.Н. Лисин, В.М. Шарыгин, Н.Н. Цибенко, Г.Н. Поляков, А.Я. Яковлев, М.Б. Катранов. - №5060682/29; Заявл. 29.06.1992; Опубл. 27.10.1995. - Бюл. №30), выполненный в виде полого седловидного П-образного короба из гибкого полосового материала, пропитанного твердеющим составом, состоящего из седловидной части, взаимодействующей с трубопроводом, сопряженной с боковыми и поперечными стенками, сверху по периметру снабженными силовым поясом, а снизу образующими боковые карманы.
Для балластировки трубопровода в обводненной траншее применяют вариант утяжелителя [1] без пропитки карманов твердеющим составом.
Недостатки известного утяжелителя состоят в следующем:
боковые карманы расположены с зазором относительно боковых поверхностей трубопровода ниже его горизонтального диаметра, что, во-первых, снижает массу балласта, заполняющего П-образный короб, во-вторых, после засыпки балласта данные зазоры образуют пустоты, провоцирующие на уклонах трассы размывы траншеи за счет образования потока воды при оттаивании снегового покрова;
сосредоточение основной массы балласта выше горизонтального диаметра трубы существенно повышает положение центра тяжести утяжелителя, что снижает его устойчивость против опрокидывания. В качестве прототипа нами выбран утяжелитель трубопровода (Патент №120179 RU, МПК F16L 1/20. Утяжелитель трубопровода / В.М. Шарыгин, Ю.А. Данилов и др. - №2012115364/06; Заявл. 17.04.2012; Опубл. 10.09.2012. - Бюл. №25_, выполненный из полосового материала, пропитанного твердеющим связующим в виде П-образного короба, состоящего из пары внутренних боковых стенок, обращенных к трубопроводу и переходящих в седловидную часть, взаимодействующую с трубопроводом, пары наружных боковых стенок, пары поперечных стенок, выполненных с уширением в обе стороны от трубопровода, силового пояса, содержащего усиливающий элемент и выполненного с углом наклона к наружным боковым стенкам П-образного короба, пары донных участков, сопряженных с боковыми и поперечными стенками.
Недостатки утяжелителя-прототипа следующие:
расположение боковых карманов с зазором как в утяжелителе по патенту РФ №2047035, создает аналогичные недостатки;
пропитка всей площади П-образного короба дорогостоящим связующим повышает материалозатраты, а также затрудняет установку короба на трубопровод, находящийся в обводненной траншее из-за противодействия выталкивающей силы воды;
при транспортировке П-образных коробов для трубопроводов большого диаметра возникают проблемы с рациональным размещением утяжелителей в различных транспортных средствах.
Задачей полезной модели является повышение надежности балластировки трубопровода при одновременном снижении материальных и транспортных затрат при выполнении строительных работ.
Поставленная задача для утяжелителя трубопровода в виде грунтозаполненного П-образного короба, выполненного из пропитанной полимерным связующим стеклоткани и состоящего из внутренних боковых стенок, включающих седловидную часть, взаимодействующую с трубопроводом в верхней его части, наружных боковых стенок, поперечных стенок, выполненных в верхней части с углами скоса со снижением к наружным боковым стенкам, донных участков, сопряженных с боковыми и поперечными стенками, силового пояса, опирающегося на трубопровод и охватывающего П-образный короб в верхней его части, отличающийся тем, что боковые и поперечные стенки с донными участками образуют две отдельные емкости, снабженные по периметру каждая в верхних своих частях силовым поясом и связанные между собой гибкими стяжками, соединяющими силовые пояса каждой из емкостей, при этом, внутренние, не пропитанные полимерным связующим водопроницаемые боковые стенки, выполнены взаимодействующими с трубопроводом в нижней его части, а поперечные стенки, обращенные к трубопроводу в нижних своих частях, выполнены прилегающими к нему. Кроме того, с целью обеспечения возможности размещения одной из емкостей в другой, ребра соединения поперечных стенок с наружными боковыми стенками в нижних своих частях выполнены криволинейными, а длина внутренних боковых поверхностей каждой емкости вдоль оси трубопровода выполнена с превышением аналогичного размера наружных боковых поверхностей.
Утяжелитель трубопровода изображен на фиг. 1-3. На фиг. 1 представлен фронтальный вид утяжелителя, установленного на трубопровод, на фиг. 2 - отдельная емкость утяжелителя в аксонометрии; на фиг. 3 - поперечное сечение корпуса емкости.
Утяжелитель состоит из двух одинаковых емкостей 1, установленных на трубопровод 2 и удерживаемых на нем парой гибких стяжек 3, проходящих через гибкие проушины 4, расположенные по углам силовых поясов 5 (фиг. 1), охватывающих по периметру емкости 1, каждая из которых содержит наружную боковую стенку 6, внутреннюю боковую стенку 7, пару поперечных стенок 8 и донные участки 9 (фиг. 2), причем элементы 5, 6, 8, 9 выполненные из стеклоткани, пропитаны твердеющим полимерным связующим, а элементы 3, 4, 7 выполнены из прочной технической ткани без пропитки, при этом размер «ав» при натяжении элемента 7 превышает размер «бг» на 10÷15% (фиг. 3).
Установка утяжелителя на трубопровод производится в траншее. К месту установки доставляют емкости, вложенные одна в другую в количестве до 10-14 единиц вместе с таким же количеством стяжек 3. Пакетирование в этом виде достигается за счет оптимальной кривой ребер соединения элементов 6 и 8, а также превышением размера «ав» при натяжении стенки 7 относительно размера «бг» стенки 6 (см. фиг. 3). Емкости 1 попарно устанавливают по обеим сторонам трубопровода, протягивают через проушины 4 стяжки 3, выполненные в виде жгутов из технической ткани и свободные концы жгутов завязывают узлом над верхней образующей трубопровода, при этом рабочую длину стяжек между проушинами регулируют таким образом, чтобы донные участки 9 не контактировали с дном траншеи при засыпке балласта. Водопроницаемость стенок 7 облегчает установку емкостей на трубопровод в обводненной траншее.
н
с
Для исключения опрокидывания емкостей при их засыпке балластом вначале выполняют отсыпку грунта из отвала между боковой стенкой траншеи и стенками 6 емкостей 1 на высоту в пределах 0,2÷0,5D трубопровода, а затем выполняют засыпку балласта в емкости утяжелителя. При засыпке емкостей утяжелителя до их верхнего торцевого среза положение центра тяжести (ц.т.) заполненных емкостей оказывается ниже горизонтального диаметра трубопровода на величину У (см. фиг. 1).
Пример. Определить эффективность заявляемого утяжелителя (Б) по сравнению с прототипом (А) при одинаковых габаритных размерах: ширине L, высоте Н, длине В и угле скоса поясов φ (фиг. 4, размер В не показан).
н
A
Б
2
2
Исходные данные: D=1,42 м; L=L=2,6 м; а=0,48 м; б=0,8 м; Н=1,42 м; В=1,4 м; φ=15°: β=2π/3. Стоимость материалов: непропитанная стеклоткань (техническая ткань) - 70 руб./м; пропитанная полиэфирной смолой с отвердителем - 400 руб./м.
Необходимо сопоставить материалозатраты, стоимость материалов, вместимость при засыпке балласта, положение центра тяжести относительно горизонтального диаметра трубы для рассматриваемых вариантов утяжелителей А и Б.
с
1
1
1
1
A
Б
с
2
2
Для определения высотного положения У центра тяжести каждого заполненного балластом утяжелителя до его верхнего среза достаточно найти цент тяжести плоских фигур «cdef» и «сdef». Опуская вычисления, находим площади F=0,69 м и F=0,80 м. Далее, определяя статические моменты S этих площадей относительно горизонтального диаметра, находим значения У по формуле
сА
сБ
Для утяжелителя А У=-20 мм, утяжелителя Б У=-120 мм, т.е. центр тяжести утяжелителя Б находится значительно ниже, чем утяжелителя А.
Объем утяжелителей находим по формуле:
A
Б
Б
A
3
3
Соответственно V=1,93 м, V=2,24 м, отношение V/V=1,16, т.е. объем утяжелителя «Б» при равных габаритах на 16% выше.
Для определения стоимости материалов необходимо определить площадь утяжелителя по формуле
п
нб
вб
д
где F - площадь поперечных стенок; F - то же наружных боковых стенок; F - то же внутренних боковых стенок включая седловидную часть; F - площадь донных участков.
п
нб
вб
д
ΣA
мат A
2
2
2
2
2
Для утяжелителя «А» имеем: F=2,76 м, F=2,86 м; F=5,0 м; F - 1,34 м. Общая площадь F=11,96 м. Стоимость материала S=4786 руб.
п
нб
вб
д
ΣБ
мат Б
2
2
2
2
2
Для утяжелителя «Б» имеем: F=3,2 м, F=3,02 м; F=4,16 м; F=2,24 м. Общая площадь F=12,62 м. Стоимость материала S=3675 руб.
ΣБ
ΣА
мат А
мат Б
o
2
Таким образом, отношение F/F=1,055, S/S=1,30, т.е. общая площадь утяжелителя «Б» на 5,5% выше, чем утяжелителя «А», а стоимость утяжелителя «А» выше стоимости утяжелителя «Б» на 30%. Приведенные расчеты показывают более высокую эффективность заявляемого варианта утяжелителя, которая во многом объясняется отсутствием площади зазора F ≈ 0,11 м в прототипе.
Эффект заявляемого утяжелителя по сравнению с прототипом проявляется в следующем:
охват трубопровода емкостями ниже горизонтального диаметра увеличивает балластирующую нагрузку, увеличивает поперечную устойчивость утяжелителя за счет возрастания площади контакта его с трубопроводом, препятствует размыванию засыпки траншеи;
компактное размещение емкостей одна в другую упрощает транспортировку утяжелителей к месту их установки;
отсутствие твердеющего связующего на внутренней боковой стенке емкостей снижает стоимость утяжелителя, а увеличенный размер этой стенки по длине вдоль оси трубопровода упрощает пакетирование емкостей, увеличивает вместимость утяжелителя при засыпке за счет натяжения стенки и некоторого раздвигания поперечных стенок вдоль оси газопровода, кроме того, водонепроницаемость ткани позволяет ставить утяжелитель в обводненную траншею без выполнения дополнительных мероприятий.