СЕЙСМОСТОЙКАЯ ДВУХСВАЙНАЯ ПОДВИЖНАЯ ОПОРА ТРУБОПРОВОДА И ДЕМПФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЙСМОСТОЙКОЙ ДВУХСВАЙНОЙ ПОДВИЖНОЙ ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДА
SEISMIC-TWO STILTS MOVABLE PIPELINE SUPPORT AND DAMPER FOR A SEISMIC-TWO STILTS MOVABLE 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 свободно-подвижная опора [патент на изобретение US 4128219 А, опубл. 05.12.1978, МПК: F16L 1/02, F16L 3/16], обеспечивающая возможность продольного и поперечного перемещения трубопровода в результате теплового сжатия и расширения, а также сейсмического воздействия. Конструкция образована взаимно пересеченными вертикально и горизонтально ориентированными опорными стержневыми элементами, разъемно соединенными между собой с возможностью регулировки положения трубопровода. Трубопровод охвачен жесткими хомутами, закрепленными к подвижному горизонтальному опорному элементу. Конструкция опоры и опорного узла обеспечивает многократную возможность регулировки положения трубопровода при его достаточно жесткой фиксации. На сваях свайного фундамента установлены упругие демпфирующие устройства в виде квадратных резиновых брусьев с отверстием внутри.
К недостаткам известного технического решения можно отнести отсутствие регулировки расположения демпферного устройства в поперечном направлении в случае необходимости ограничения перемещения трубопровода. Кроме того, отсутствие жесткой связи между сваями может привести к отклонению свай и падению опор при сейсмическом воздействии и ударе трубопровода с ложементом опоры по демпферу, закрепленному на свае.
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 демпфировании сейсмического воздействия на свайный фундамент опоры и трубопровод в заданных проектных режимах в горизонтальном поперечном направлении.
Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что в соответствии с заявляемым техническим решением сейсмостойкая двухсвайная подвижная опора трубопровода состоит из закрепленного на двух сваях через опорные муфты опорного стола-ростверка с подвижно установленной на нем подошвой опоры, шарнирно соединенной с ложементом опоры, снабженным боковой опорной плитой, по меньшей мере одного полухомута, разъемно соединенного с ложементом опоры. На каждой из свай на уровне расположения боковой опорной плиты ложемента установлено демпферное устройство, содержащее взаимодействующие упругий и фрикционный узлы. Упругий узел образован установленным на торцах по меньшей мере двух штоков упором с закрепленным на нем упругим демпфером. Фрикционный узел включает фрикционные муфты, установленные на по меньшей мере двух штоках, выполненные с возможностью ограничения перемещения штоков относительно обечайки, установленной на свае опоры трубопровода. Штоки установлены на обечайке через жестко закрепленные на ней кронштейны. Между кронштейнами и упором на штоках размещены втулочные ограничители, выполненные с возможностью исключения соприкосновения упора с обечайкой.
Также поставленная задача решается конструктивным решением демпферного устройства для сейсмостойкой двухсвайной подвижной опоры трубопровода, которое содержит взаимодействующие упругий и фрикционный узлы. Упругий узел образован установленным на торцах по меньшей мере двух штоков упором с закрепленным на нем упругим демпфером. Фрикционный узел включает фрикционные муфты, установленные на по меньшей мере двух штоках, выполненные с возможностью ограничения перемещения штоков относительно обечайки, установленной на свае опоры трубопровода. Штоки установлены на обечайке через жестко закрепленные на ней кронштейны. Между кронштейнами и упором на штоках размещены втулочные ограничители, выполненные с возможностью исключения соприкосновения упора с обечайкой.
Фрикционные муфты установлены на штоках через фрикционные прокладки и закреплены болтовым соединением.
Кронштейны, жестко закрепленные на обечайке, выполнены в виде двух щек с отверстиями, соединенных поперечной перемычкой.
Штоки установлены с зазором в отверстиях щек кронштейнов, между которыми установлены фрикционные муфты.
Втулочные ограничители выполнены таким образом, что их протяженность обеспечивает наличие гарантированного зазора между упором и обечайкой при крайнем положении штоков при их смещении относительно обечайки при сейсмическом воздействии.
Упругий демпфер выполнен в виде бруса из полиуретанового либо резинового материала, который может иметь форму, например, полуцилиндра со сквозным продольным отверстием
Заявляемая группа изобретений поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 схематично представлен вид подвижной опоры по оси трубопровода, на свайный фундамент которой установлено демпферное устройство.
На фиг. 2 схематично представлен вид подвижной опоры поперек оси трубопровода, на свайный фундамент которой установлено демпферное устройство.
На фиг. 3 схематично представлен вид в изометрии на заявляемую конструкцию демпферного устройства.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - стол-ростверк;
2 - опорная муфта;
3 - свая;
4 - подошва опоры;
5 - полукольца;
6 - шарнирное соединение;
7 - ложемент;
8 - боковая опорная плита ложемента;
9 - полухомут;
10 - демпферное устройство;
11 - упор;
12 - упругий демпфер;
13 - обечайка;
14 - кронштейн обечайки;
15 - поперечная перемычка кронштейна;
16 - шток;
17 - фрикционная муфта;
18 - болтовое соединение;
19 - втулочный ограничитель.
Заявляемая сейсмостойкая двухсвайная подвижная опора трубопровода (фиг. 1, фиг. 2) состоит из опорного стола-ростверка 1, закрепленного через опорные муфты 2 при помощи болтового или сварного соединения на свайном фундаменте, включающем две сваи 3. На опорном столе-ростверке 1 подвижно установлена подошва опоры 4. Опорные муфты 2, установленные на сваи 3 с зазором, опираются на полукольца 5, приваренные к сваям. Подошва опоры 4 посредством шарнирного соединения 6 крепится к ложементу опоры 7, снабженному боковой опорной плитой 8. На ложементе опоры 7 посредством разъемного соединения закреплен по меньшей мере один полухомут 9, крепящий трубопровод в ложементе опоры 7. На каждой из свай 3 на приваренных к свае 3 полукольцах 5 установлен боковой упор в виде демпферного устройства 10, расположенного на уровне оси трубопровода оппозитно боковой опорной плите 8 ложемента. В случае допускаемого смещения трубопровода в поперечном направлении и необходимости ограничения его поперечного перемещения по условию прочности боковой зазор между демпферным устройством 10 и боковой опорной плитой 8 ложемента опоры регулируется путем выдвижения штоков 16 демпферного устройства 10.
Заявляемое демпферное устройство (фиг. 3) для сейсмостойкой двухсвайной подвижной опоры трубопровода для участков надземной прокладки, расположенных в сейсмически активных районах от 7 до 9 баллов по шкале MSK-64, относится к классам упругих и фрикционных демпферных устройств. Демпферное устройство 10 выполнено комбинированным и содержит взаимодействующие упругий и фрикционный узлы. При сейсмическом воздействии упругий и фрикционный узлы взаимодействуют друг с другом последовательно: первоначально срабатывает упругий узел, затем фрикционный узел, настроенный на усилие, равное или незначительно ниже усилия срабатывания упругого демпфера 12 с учетом коэффициента трения штока 16 по фрикционной прокладке (на чертежах не показана).
Упругий узел образован установленным на торцах по меньшей мере двух штоков упором 11 с закрепленным на нем упругим демпфером 12, который имеет возможность упругой расчетной деформации при контакте опоры трубопровода с демпферным устройством 10. Упругий демпфер 12 представляет собой брус из упругого материала, например, полиуретана или резины. Форма сечения упругого демпфера может быть различной, в частности брус может иметь прямоугольную или полуцилиндрическую форму. Брус из упругого материала может быть сплошным либо иметь сквозное продольное отверстие.
Демпферное устройство 10 установлено посредством обечайки 13 на свае 3, на которую установлена опора трубопровода. На обечайке 13 жестко закреплены кронштейны 14, выполненные в виде двух щек с отверстиями. Вертикально ориентированные кронштейны могут быть усилены соединяющей их поперечной перемычкой 15. В отверстиях щек кронштейнов 14 установлены с зазором штоки 16 демпферного устройства. Два штока 16 демпферного устройства расположены параллельно друг другу симметрично относительно оси сваи 3. Гарантированный зазор между штоками 16 и кронштейнами 14 обечайки обеспечивает собираемость данного соединения при наличии геометрических отклонений.
Фрикционный узел, предназначенный для ограничения перемещения штоков 16 относительно установленной на свае обечайки 13, представляет собой фрикционные муфты 17, выполненные в виде двух охватывающих штоки 16 полухомутов. Фрикционные муфты 17 установлены на штоках через фрикционные прокладки (на чертежах не показаны) и закреплены болтовым соединением 18. Величина усилия затяжки болтовых соединений 18 влияет на усилие срабатывания фрикционного узла демпферного устройства при возникновении контакта опоры трубопровода с демпферным устройством. В частном случае выполнения фрикционные муфты 17 могут быть установлены между щеками кронштейнов 14. Величина усилия затяжки болтовых соединений 18 влияет также на усилие срабатывания фрикционного узла при упирании фрикционной муфты 17 в кронштейн 14 обечайки.
Крепление фрикционной муфты 17 на штоках 16 без жесткой связи с обечайкой 13 и наличие зазора в отверстиях между кронштейнами 14 и штоками 16 компенсирует геометрические отклонения демпферного устройства. Конструкция фрикционного узла позволяет регулировать зазор между демпферным устройством и упором 11 ложемента опоры, а также компенсировать допускаемые поперечные смещения трубопровода путем выдвижения штоков 16 при ослабленном болтовом соединении 18 фрикционной муфты 17.
С целью ограничения перемещения демпферного устройства 10 при сейсмическом воздействии между кронштейнами 14 и упором 11 на штоках 16 размещены с зазором втулочные ограничители 19, предназначенные для исключения соприкосновения упора 11 с обечайкой 13 и ограничения при необходимости хода упора 11 от сейсмического воздействия. Протяженность втулочных ограничителей 19 обеспечивает наличие гарантированного зазора между упором 11 и обечайкой 13 при крайнем положении штоков 16 при их смещении относительно обечайки 13 при сейсмическом воздействии, когда втулочные ограничители 19 упираются в кронштейн 14 обечайки.
Для продольно-подвижных опор демпферное устройство 10 подводится непосредственно к боковой опорной плите 8 без зазора для обеспечения только продольного перемещения трубопровода от его температурных деформаций, при изменении длины трубопровода вследствие изменения температуры стенок труб. Для свободно-подвижных опор между демпферным устройством 10 и боковой опорной плитой 8 ложемента опоры имеется зазор, обеспечивающий возможность как продольных, так и поперечных перемещений опоры.
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, качества грунта, его уклона и т.д.
При возникновении сезонных температурных деформаций ложемент опоры 7 с уложенным в него трубопроводом и закрепленной к нему шарнирным соединением 6 подошвой опоры 4 с установленными на ней антифрикционными прокладками (на чертежах не показаны) плавно скользит по опорной коррозионно-стойкой поверхности стола-ростверка опоры 1. Скольжение происходит только в продольном направлении для продольно-подвижных опор, и в продольном и поперечном направлении - для свободно-подвижных опор. Возможность данных перемещений обеспечивают компенсационные блоки (на чертежах не показаны), представляющие собой змеевидную прокладку трубопровода различной формы.
При возникновении сейсмического воздействия трубопровод свободно перемещается вдоль своей оси. При поперечном перемещении трубопровода происходит динамический удар боковой опорной плиты 8 ложемента опоры об упругий узел демпферного устройства 10. При этом исключается непосредственный контакт металлических поверхностей ложемента опоры 7 и сваи 3, на которой установлена опора трубопровода и тем самым предотвращается повреждение трубопровода. В момент удара при возникновении сейсмического воздействия происходит сжатие упругого демпфера 12. Одновременно с этим происходит срабатывание фрикционного узла демпферного устройства 10: полухомуты фрикционных муфт 17 сдвигаются вдоль оси штоков 16 и упираются в кронштейны 14 обечайки. Штоки 16 смещаются вдоль своей оси во фрикционной муфте 17, погашая энергию сейсмического воздействия за счет трения и снижая тем самым нагрузку на свайный фундамент опоры.
В результате достигается демпфирование сейсмического воздействия на свайный фундамент опоры и трубопровод в заданных проектных режимах в горизонтальном поперечном направлении.