СЕЙСМОСТОЙКАЯ НЕПОДВИЖНАЯ ОПОРА ТРУБОПРОВОДА, УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КАТУШКИ ТРУБОПРОВОДА С РОСТВЕРКОМ ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ СЕЙСМОСТОЙКОЙ НЕПОДВИЖНОЙ ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДА И ПРОДОЛЬНОЕ ДЕМПФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЙСМОСТОЙКОЙ НЕПОДВИЖНОЙ ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДА
SEISMIC-RESISTANT FIXED PIPELINE SUPPORT, CONNECTION JOINT OF PIPELINE COIL WITH GRILLAGE OF PIPELINE SUPPORT FOR SEISMIC-RESISTANT FIXED PIPELINE SUPPORT AND LONGITUDINAL DAMPER DEVICE FOR SEISMIC-RESISTANT FIXED PIPELINE SUPPORT

Заявленная группа изобретений относится к области строительства надземных трубопроводов и может быть использована при надземной прокладке трубопроводов в сейсмически опасных районах.
Из уровня техники известна опора трубопровода [патент на изобретение RU 2479779 C2, опубл. 20.04.2013, МПК F16L 3/205], направленная на расширение возможности использования в условиях сейсмического воздействия на трубопровод. Опора содержит закрепленное в грунте полое основание, стойку для поддержания трубопровода, размещенную в полости основания с возможностью возвратно-поступательного перемещения, опорно-поворотные узлы, установленные в верхней части стойки и в нижней части основания. На наружной поверхности стойки между фланцами стойки и основания концентрично размещены две спиральные пружины сжатия с различной жесткостью и противоположным направлением навивки. Суммарное рабочее усилие пружин в их исходном положении выбирается из условия поддержания трубопровода, не подверженного сейсмической и другим вертикальным нагрузкам. Длина пружин принята исходя из равенства их деформации до соприкосновения витков максимально возможному смещению трубопровода в вертикальной плоскости. На фиксирующем трубопровод на опоре элементе установлен цилиндрический защитный кожух, охватывающий с зазором наружную пружину. Нижняя кромка кожуха в исходном положении размещена ниже фланца основания.
Известна также сейсмозащитная опора для трубопровода [патент на изобретение RU 2391594 C1, опубл. 10.06.2010, МПК F16L 3/205], предназначенная для демпфирования колебательных процессов от сейсмического воздействия, вибрации, и сохранения необходимой подвижности трубопровода. Опора содержит два упругих элемента - пружины, на которые опирается ложемент, раму, состоящую из основания и стоек и опирающуюся на фундамент. Внутри каждой пружины установлен шток со втулкой скольжения, опирающийся шарнирно на раму и проходящий через отверстие в ложементе. В отверстие между штоком и ложементом концентрично установлена центрирующая втулка. Между верхней площадкой центрирующей втулки и головкой втулки скольжения оставлен зазор, величина которого определяется с учетом амплитуды колебания ложемента. К ложементу с двух сторон вертикально приварены две плиты, к которым прижат тормозной механизм, усилие прижатия которого к плите ложемента определяется в зависимости от внешней нагрузки.
Наиболее близкой к заявляемой группе изобретений по технической сущности является анкерная опора надземного трубопровода [патент на изобретение CA 1055912 A1, опубл. 05.06.1979, МПК F16L 3/00, F16L 3/16], обеспечивающая возможность фиксации продольного и поперечного перемещения трубопровода в результате теплового сжатия и расширения, а также сейсмического воздействия. Анкерная опора для поддержки надземного трубопровода имеет саморегулирующееся седло, позволяющее трубопроводу определять свое местонахождение на анкерной опоре во время его строительства, что способствует снижению давления в трубопроводе и допускает вариации размещения от незначительного подъема трубопровода до его расположения под углом относительно поверхности почвы. Анкерная опора не только закрепляет положение трубопровода относительно поверхности почвы, но и допускает относительное движение между опорой и трубопроводом при возникновении сейсмического возмущения или другого волнения, вызывающего дислокацию трубопровода и/или анкерной опоры от их номинального положения. Саморегулирующееся седло, включающее шаровое и муфтовое соединения, позволяющие трубопроводу определять свое местонахождение над опорой, соединяется с подвижной подсистемой, расположенной на стационарном основном устройстве, соединенным с одним или более вертикальными опорными элементами. После того, как трубопровод установлен, шаровые и муфтовые соединения совмещаются друг с другом с целью ограничить любое дальнейшее движение трубопровода по отношению к подвижной подсистеме. Подвижная подсистема обеспечивает движение относительно основного устройства в направлении параллельном продольной проекции трубопровода. При действии разности максимального и минимального значений силы между вертикальными опорными элементами и трубопроводом, возникающими в случае сейсмического возмущения, подвижная подсистема может двигаться вдоль седла и трубопровода в направлении основного устройства, предотвращая, таким образом, существенный ущерб, наносимый трубопроводу. Ограничивающий механизм связывает подвижную подсистему с основным устройством с целью ограничить воздействие подвижной подсистемы при действии разности максимального и минимального значений силы. При действии установленной разности максимального и минимального значений силы, ограничивающий механизм освобождает подвижную подсистему таким образом, чтобы она могла двигаться относительно основного устройства. Как только подвижная подсистема начинает двигаться относительно основного устройства, ограничивающий механизм продолжает применять действие разности максимального и минимального значений силы в противовес движению. После прохождения подвижной подсистемой установленной дистанции относительно основного устройства, энергопоглащающее устройство замедляет ход и останавливает подвижную подсистему с целью предотвратить повреждение анкерной опоры.
К недостаткам известного технического решения можно отнести отсутствие поворотного демпфера, компенсирующего резкое увеличение изгибающего момента, возникающего от сейсмического воздействия или просадки соседней подвижной опоры.
Задачей заявляемой группы технических решений является обеспечение надежности и функциональности конструкции при эксплуатации в сейсмически активных районах.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой группы изобретений, заключается в повышении эффективности демпфирования сейсмического воздействия на конструкцию опоры, свайный фундамент и трубопровод.
Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что узел соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода содержит установленный на опорной поверхности ростверка опоры корпус, выполненный с возможностью продольного вдоль оси трубопровода перемещения по опорной поверхности ростверка, установленное в корпусе поворотное демпферное устройство, имеющее две оси, которые установлены в противолежащих продольных вдоль оси трубопровода боковых поверхностях корпуса с возможностью перемещения по вертикали в плоскости каждой из противолежащих продольных боковых поверхностей корпуса таким образом, что катушка трубопровода, закрепленная на осях поворотного демпферного устройства, имеет возможность поворота относительно каждой из осей поворотного демпферного устройства.
Корпус установлен на опорной поверхности ростверка через диэлектрические антифрикционные прокладки.
Корпус имеет днище прямоугольной формы и боковые поверхности, размещенные перпендикулярно плоскости днища, причем каждой из противолежащих продольных вдоль оси трубопровода боковых поверхностях корпуса выполнены два паза.
Первый паз продольной боковой поверхности корпуса имеет ширину больше, чем второй паз продольной боковой поверхности корпуса.
К днищу корпуса закреплены боковые упоры, упирающиеся в продольные балки ростверка через диэлектрические антифрикционные прокладки.
Поворотное демпферное устройство содержит четыре пары пластинчатых прижимов, каждая из которых установлена по обе стороны противолежащих продольных боковых поверхностей корпуса поверх пазов.
В продольной боковой поверхности корпуса с обеих сторон от пазов выполнены вертикально-ориентированные прорези, через которые соединены посредством болтового соединения пары пластинчатых прижимов.
В пластинчатых прижимах, установленных поверх более широких пазов продольных боковых поверхностей корпуса, в местах болтового соединения выполнены горизонтально ориентированные прорези.
Между каждой парой пластинчатых прижимов в пазах продольных боковых поверхностей корпуса установлены опорные плиты, причем в пластинчатых прижимах и опорных плитах выполнены соосные центральные отверстия.
Каждая из осей поворотного демпферного устройства закреплена в отверстиях двух противолежащих опорных плит.
В пазах продольных боковых поверхностей корпуса под пластинчатыми прижимами установлены вставки, размеры которых выбраны для размещения катушки опоры трубопровода под проектным углом наклона.
На каждой из поперечных боковых поверхностей корпуса с внешней стороны корпуса установлен по меньшей мере один ограничитель.
Диэлектрические антифрикционные прокладки представляют собой листы из полимерного материала с антифрикционными свойствами.
Полимерный материал с антифрикционными свойствами представляет собой модифицированный фторопласт Ф4РМ20 либо термопластичный материал на основе полиэтилентерефталата ZX-100K.
Кроме того, указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что продольное демпферное устройство содержит по меньшей мере одну направляющую, установленную между противолежащими поперечными относительно оси трубопровода балками ростверка опоры трубопровода, по меньшей мере одну пару прижимов направляющей, закрепленных к днищу корпуса узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода, при этом по меньшей мере одна пара прижимов направляющей соединена с по меньшей мере одной направляющей таким образом, что катушка трубопровода, установленная через узел соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода, имеет возможность продольного перемещения вдоль оси трубопровода.
В по меньшей мере одной направляющей выполнен по меньшей мере один продольный паз.
По меньшей мере одна пара прижимов направляющей расположена по обе стороны от направляющей и закреплена болтовым соединением через по меньшей мере один продольный паз направляющей.
Болтовое соединение прижимов направляющей с днищем корпуса осуществлено через диэлектрические втулки либо шайбы.
Кроме того, указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что сейсмостойкая неподвижная опора трубопровода содержит ростверк опоры трубопровода, закрепленный на сваях, катушку трубопровода, установленную на ростверке через узел соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода, к днищу корпуса которого закреплено продольное демпферное устройство, при этом катушка трубопровода установлена на ростверке с возможностью поворота относительно каждой из осей поворотного демпферного устройства при наличии изгибающих напряжений, возникающих в опоре трубопровода в случае сейсмического воздействия или просадки соседней подвижной опоры, и/или продольного перемещения вдоль оси трубопровода при наличии повышенных продольных нагрузок, возникающих в опоре трубопровода в случае сейсмического воздействия.
Ростверк состоит из продольных и поперечных балок и закреплен на четырех сваях через опорные узлы.
Продольные балки ростверка расположены симметрично относительно свай.
Ростверк дополнительно соединен со сваями сварным соединением посредством фиксаторов, установленных на верхней полке продольных балок ростверка.
По краям опорной поверхности ростверка напротив каждого из ограничителей, установленных на поперечных боковых поверхностях корпуса, установлены с зазором пластически деформируемые демпферы.
Пластически деформируемый демпфер имеет корпус с жестко закрепленным в нем блоком из сминаемого материала.
Заявляемая группа изобретений поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 схематично представлен вид сейсмостойкой неподвижной опоры трубопровода по оси трубопровода.
На фиг. 2 схематично представлен вид сейсмостойкой неподвижной опоры трубопровода поперек оси трубопровода.
На фиг. 3 схематично представлен вид в изометрии на заявляемую конструкцию узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода.
На фиг. 4 схематично представлен вид в изометрии снизу на заявляемую конструкцию продольного демпферного устройства.
На фиг. 5 схематично представлен вид в изометрии на заявляемую конструкцию пластически деформируемого демпфера.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода;
2 - ростверк опоры;
3 - опорная поверхность ростверка опоры;
4 - ось трубопровода;
5 - ось поворотного демпферного устройства;
6 - боковая поверхность корпуса узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода;
7 - катушка опоры трубопровода;
8 - днище корпуса узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода;
9 - паз продольной боковой поверхности корпуса узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода;
10 - боковые упоры;
11 - пластинчатый прижим;
12 - опорная плита;
13 - направляющая;
14 - прижим направляющей;
15 - свая;
16 - продольные балки ростверка;
17 - пластически деформируемый демпфер;
18 - поперечная балка ростверка;
19 - поворотное демпферное устройство;
20 - вставка;
21 - диэлектрическая антифрикционная прокладка;
22 - ограничитель.
Заявляемая группа изобретений (фиг. 1-5) предназначена для участков надземной прокладки трубопровода, расположенных в сейсмически-активных районах с сейсмичностью от 7 до 9 баллов по шкале MSK-64.
Узел соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода содержит корпус 1, установленный на опорной поверхности 3 ростверка 2 опоры. Корпус 1 имеет возможность продольного вдоль оси трубопровода 4 перемещения по опорной поверхности 3 ростверка 2.
В корпусе 1 установлено поворотное демпферное устройство 19, имеющее две оси 5. Оси 5 установлены в противолежащих продольных вдоль оси трубопровода боковых поверхностях корпуса 6 и имеют возможность перемещения по вертикали в плоскости каждой из противолежащих продольных боковых поверхностей корпуса 6. При этом катушка опоры трубопровода 7, закрепленная на осях 5 поворотного демпферного устройства, имеет возможность поворота относительно каждой из осей 5 поворотного демпферного устройства в зависимости от того, с какой стороны возникает повышенный, пиковый изгибающий момент.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус 1 установлен на опорной поверхности 3 ростверка 2 через диэлектрические антифрикционные прокладки 21. Корпус 1 имеет днище 8 прямоугольной формы и боковые поверхности 6, размещенные перпендикулярно плоскости днища 8. В каждой из двух противолежащих продольных вдоль оси трубопровода 4 боковых поверхностей корпуса 6 выполнены два паза 9 для установки осей 5 поворотного демпферного устройства.
Один из пазов 9 продольной боковой поверхности корпуса имеет ширину меньше, чем второй паз 9 продольной боковой поверхности корпуса для возможности установки катушки опоры 7 в проектное положение под различными углами наклона к горизонтали. В продольной боковой поверхности корпуса 6 с обеих сторон от пазов 9 выполнены вертикально-ориентированные прорези (на чертежах не обозначены).
К днищу 8 корпуса закреплены боковые упоры 10, упирающиеся в продольные балки 16 ростверка через диэлектрические антифрикционные прокладки (на чертежах не показаны). Диэлектрические антифрикционные прокладки между боковыми упорами 10 и продольными балками 16 ростверка, а также между корпусом 1 и опорной поверхностью 3 ростверка 2 представляют собой листы из полимерного материала с антифрикционными свойствами, например, модифицированного фторопласта Ф4РМ20 либо термопластичного материала на основе полиэтилентерефталата ZX-100K.
Поворотное демпферное устройство 19 содержит четыре пары пластинчатых прижимов 11. Каждая пара пластинчатых прижимов 11 установлена по обе стороны противолежащих продольных боковых поверхностей корпуса 6 поверх пазов 9 и закреплена болтовым соединением через выполненные в противолежащих продольных боковых поверхностях корпуса 6 вертикально-ориентированные прорези.
В каждом из пазов 9 продольных боковых поверхностей корпуса под опорными плитами 12, размещенными между пластинчатыми прижимами 11, установлены вставки 20, на которые опираются оси 5 поворотного демпферного устройства через опорные плиты 12. Размеры вставок 20 подобраны для размещения катушки 7 опоры трубопровода под проектным углом наклона.
Между каждой парой пластинчатых прижимов 11 в пазах 9 продольных боковых поверхностей корпуса 6 установлены опорные плиты 12, причем в парах пластинчатых прижимов 11 и опорных плитах 12 выполнены соосные центральные отверстия (на чертежах не показаны).
Концы каждой из осей 5 поворотного демпферного устройства закреплены в отверстиях противолежащих опорных плит 12.
Продольное демпферное устройство содержит одну или более направляющую 13, установленную между противолежащими поперечными вдоль оси трубопровода балками 18 ростверка 2 опоры трубопровода. В примере осуществления изобретения, представленном на фиг. 4, между противолежащими поперечными балками 18 ростверка 2 установлены две направляющие 13.
К днищу 8 корпуса узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода закреплена одна или более пара прижимов 14 направляющей, число которых выбрано в зависимости от числа направляющих 13. Пара прижимов 14 направляющей соединена с направляющей 13 таким образом, что катушка опоры трубопровода 7, установленная через узел соединения катушки 7 трубопровода с ростверком 2 опоры трубопровода, имеет возможность продольного перемещения вдоль оси трубопровода 4.
В направляющей 13 выполнен один или более продольный паз (на чертежах не показан). Пара прижимов направляющей 14 расположена по обе стороны от направляющей 13 и закреплена болтовым соединением через продольный паз направляющей.
Прижимы направляющей 14 неподвижно закреплены к днищу 8 корпуса болтовым соединением через втулки либо шайбы (на чертежах не показаны), выполненные из диэлектрического материала.
Сейсмостойкая неподвижная опора трубопровода содержит ростверк 2 опоры трубопровода, закрепленный на сваях 15, и катушку 7 опоры трубопровода, установленную на ростверке 2 через узел соединения катушки трубопровода с ростверком, к днищу 8 корпуса которого закреплено продольное демпферное устройство.
Катушка опоры трубопровода 7 установлена на ростверке 2 с возможностью поворота относительно каждой из осей 5 поворотного демпферного устройства при наличии изгибающих напряжений, возникающих в опоре трубопровода в случае сейсмического воздействия, и/или продольного перемещения вдоль оси трубопровода 4 при наличии повышенных продольных нагрузок, возникающих в опоре трубопровода в случае сейсмического воздействия.
Ростверк 2 состоит из пары продольных 16 и пары поперечных 18 балок и закреплен на четырех сваях 15 через опорные узлы (на чертежах не показаны). Продольные балки 16 ростверка расположены симметрично относительно свай 15. Ростверк 2 дополнительно соединен со сваями 15 сварным соединением посредством фиксаторов, установленных на верхней полке продольных балок 16 ростверка.
По краям опорной поверхности 3 ростверка напротив каждого из ограничителей 22, установленных на поперечных боковых поверхностях 6 корпуса, установлены с зазором два или более пластически деформируемых демпфера 17. Каждый пластически деформируемый демпфер 17 имеет корпус с жестко закрепленным в нем блоком из сминаемого материала, например, вспененного алюминия. Корпусы пластически деформируемых демпферов 17 жестко закреплены через усиленные ребрами пластины (на чертежах не показаны) на поперечных балках 18 ростверка.
Заявленная группа технических решений работает следующим образом.
При осуществлении работ по прокладке надземного трубопровода в сейсмически активных районах опорные конструкции трубопровода устраивают с учетом возможности сейсмических воздействий, просадки соседней подвижной опоры трубопровода, качества грунта, его уклона и т.д.
Между ростверком 2 и корпусом 1 узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода устанавливают продольное демпферное устройство, а между корпусом 1 и катушкой 7 опоры трубопровода устанавливают узел соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода. Катушку 7 опоры трубопровода крепят к корпусу 1 узла соединения катушки трубопровода с ростверком опоры трубопровода, который в свою очередь крепят с помощью продольного демпферного устройства к ростверку 2 через диэлектрические антифрикционные прокладки 21. Такая конструкция обеспечивает, с одной стороны, препятствие для перемещений трубопровода в продольном направлении при возникновении температурных деформаций, и, с другой стороны, обеспечивает возможность контролируемого перемещения трубопровода в продольном направлении при возникновении сейсмического воздействия на опору трубопровода. Возможность данных перемещений без риска разрыва трубопровода обеспечивают компенсационные блоки (на чертежах не показаны), представляющие собой участки змеевидной прокладки трубопровода между подвижными опорами трубопровода.
Перед установкой угла наклона катушки 7 опоры трубопровода в пазы 9 продольной боковой поверхности корпуса под пластинчатыми прижимами 11 устанавливают вставки 20 различной высоты, обрезанные в размеры, соответствующие устанавливаемому углу наклона катушки 7 опоры трубопровода. При опускании катушки опоры 7 на вставки одна ось 5 с опорными плитами 12 становится выше, другая - ниже. При этом одна из осей 5 поворотного демпферного устройства перемещается горизонтально вследствие перемещения опорных плит 12 в более широких пазах 9 продольных боковых поверхностей корпуса, и одновременного перемещения пластинчатых прижимов 11, имеющих для этого горизонтально ориентированные прорези (на чертежах не обозначены), по которым пластинчатые прижимы 11 могут перемещаться в горизонтальном направлении относительно крепящих их болтовых соединений. Тем самым компенсируется изменение расстояния между осями 5 в горизонтальной проекции при наклоне катушки 7 опоры трубопровода.
На днище 8 корпуса устанавливают боковые упоры 10 с двух сторон от оси трубопровода 4, воспринимающие боковые нагрузки на опору и крутящий момент вокруг вертикальной оси. Боковые упоры 10 обеспечивают устойчивость корпуса 1 при его продольном смещении и разгружают его от боковых нагрузок на опору.
Направляющие 13, установленные посредством болтового соединения между поперечными балками 18 ростверка, снабжают продольными пазами для фрикционного болтового соединения с прижимами 14 направляющей с целью обеспечения продольного перемещения прижимов 14 направляющей совместно с корпусом 1 и катушкой 7 опоры по опорной поверхности 3 ростверка при сейсмическом воздействии.
При возникновении сейсмического воздействия в момент удара от перемещения трубопровода в продольном направлении на подвижных опорах, размещенных перед и после заявляемой сейсмостойкой неподвижной опоры трубопровода, происходит срабатывание продольного демпферного устройства, погашающего энергию сейсмического воздействия за счет силы трения, и снижающего тем самым нагрузку на конструкцию опоры, свайный фундамент и трубопровод. При дальнейшем продольном перемещении трубопровода после срабатывания продольного демпферного устройства происходит динамический удар ограничителя 22 корпуса о пластически деформируемый демпфер 17 со сминаемым материалом, погашающим энергию сейсмического воздействия за счет своей остаточной пластической деформации.
Узел соединения катушки 7 опоры с корпусом 1 выполняет одновременно две функции: функцию поворотного демпферного устройства 19 за счет фрикционного соединения осей 5 поворотного демпферного устройства с корпусом 1 через опорные плиты 12, установленные между пластинчатыми прижимами 11, и функцию устройства для установки проектного угла наклона катушки 7 опоры путем перемещения одной оси 5 вверх по пазам 9 корпуса, а второй оси 5 - вниз по пазам 5 корпуса, и горизонтального перемещения совместно с опорной плитой 12 в более широких пазах 9 продольных боковых поверхностей корпуса, и совместно с пластинчатыми прижимами 11, имеющими для этого горизонтально ориентированные прорези, тем самым компенсируя изменение расстояния между осями 5 в горизонтальной проекции при наклоне катушки 7. Момент затяжки болтовых соединений обеспечивает усилие срабатывания поворотного демпферного устройства 19 при воздействии большего по сравнению с эксплуатационным изгибающего момента, возникающего вследствие сейсмического воздействия или просадки соседней подвижной опоры. Это выражается в обеспечении возможности вертикального перемещения осей 5 поворотного демпферного устройства вместе с опорными плитами 12 в плоскости продольных боковых поверхностей корпуса при фрикционном смещении болтового соединения пластинчатых прижимов 11 по вертикально-ориентированным прорезям по обе стороны от пазов 9 продольных боковых поверхностей корпуса. Таким образом, при возникновении резкого увеличения изгибающего момента, воздействующего на опору трубопровода при сейсмическом воздействии либо при просадке соседней подвижной опоры, обеспечивается возможность компенсационного поворота катушки 7 опоры трубопровода относительно одной из осей 5 поворотного демпферного устройства.
В результате использования заявленной группы изобретений достигается повышение эффективности демпфирования сейсмического воздействия на конструкцию опоры, свайный фундамент и трубопровод.