УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТЫКА ОБЕТОНИРОВАННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
DEVICE FOR PROTECTING JOINT OF COATED PIPELINES

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и ремонта трубопроводов, а именно к стыкам трубопроводов с балластным покрытием, укладываемых на дно водоема или заболоченной местности.
Известен кольцевой бетонный утяжелитель (см. патент на полезную модель №90521, публ. 10.11 2010 г.), содержащий две соединяемые с зазором между собой и регулируемыми по длине стяжными элементами секции по форме полуколец в их поперечном сечении. Обращенная к трубе внутренняя поверхность стяжных элементов имеет форму цилиндрической поверхности, а внешняя выпуклая поверхность каждой секции имеет в продольном сечении дугообразную кривую, соединяющую торцевые стороны утяжелителя. Для размещения стяжных элементов выполнены открытые с внешней поверхности, по крайней мере, одной секции ниши с соосными каналами, в которых стяжные элементы размещены предпочтительно заподлицо с внешней поверхностью секции.
Недостатком данного кольцевого бетонного утяжелителя трубопровода является сложность его монтажа, а также сложности логистического характера определяемые габаритом и весом утяжелителя, при реализации данной полезной модели в проводящих трубах большого диаметра, более 1000 мм.
Известен кольцевой бетонный утяжелитель трубопровода, (см. патент на полезную модель №157233, публ. 27.11.2015 г.) имеющий две соединенные между собой секции по форме полуколец, стяжные элементы соединяющие секции и монтажные элементы. Секции выполнены в виде жестких оболочек, например нержавеющей стали, при этом в них имеется люк для заполнения через него секции бетонной смесью.
К недостаткам данного кольцевого бетонного утяжелителя трубопровода можно отнести: сложность его монтажа при достаточно больших размерах проводящих труб (более 1000 мм), когда вес утяжелителя может превышать полтонны, а также проблемы логистического характера определяемые габаритом и весом.
Устройство для балластировки стыка трубопровода (см. патент на полезную модель №62443, публ. 10.04.2007 г.) состоящее из двух бетонных полуколец, имеющих продольные стальные торцы, образующие бетонное кольцо после установки и закрепления их над стыком проводящих труб. Каждое кольцо имеет арматуру, выполненную в виде стального сетчатого полукольца приваренного к продольным стальным торцам из сортового проката. На наружную поверхность полуколец наклеена лента из термопластичного материала.
К недостаткам данного устройства для балластировки стыка трубопровода следует отнести значительный вес полуколец. Так, например, при диаметре подводящих труб 1000 мм, вес двух полуколец будет составлять около 400 кг. Это сильно затрудняет операцию монтажа полуколец и логистику, определяемую необходимостью транспортировки массивных и громоздких утяжелителей на место их монтажа за несколько сот километров. А так же делает практически невозможным реализации ее в походных условиях на трассе.
Кроме того, использование шарнира, его монтаж на полукольцах требует большой точности и выдержки параллельности торцов полуколец. А при их значительной массе это достаточно трудоемкая операция.
Техническим результатом предложенного технического решения является приближение прочностных характеристик защитного покрытия стыка проводящих труб к характеристикам проводящей трубы, а также снижение нагрузок на стыковое соединение и его упрочнение, а как следствие повышение устойчивости трубопровода к природным и техногенным факторам.
Техническим результатом предложенного технического решения также является уменьшение влияния эллипсности проводящих труб и внутренней поверхности парных полуколец от сечения к сечению по длине стыка, за счет дробления парных полуколец на модули, что в конечном итоге обеспечивает более точное прилегание их к поверхности проводящей трубы. Это позволит увеличить срок службы узлов стыка проводящих труб с балластным покрытием и приблизить его прочностные характеристики к характеристикам проводящей трубы с балластным покрытием.
Кроме того, техническим результатом заявленного решения является уменьшение, логистических и монтажных расходов.
Также к техническому результату заявленного решения следует отнести, облегчение операции монтажа устройства для защиты стыка обетонированных трубопроводов с использованием съемного шарнира.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты стыка обетонированных трубопроводов, включающем концы проводящих труб с защитным покрытием, соединенные сварным швом и закрепленные на них, парные полукольца, соединенные между собой крепежом через проушины с одного торца и шарниром с противоположного, парные полукольца разделены на модули парных полуколец, в которых полукольца соединены между собой крепежом через проушины с одного торца и съемным шарниром и крепежом, размещенными в проушинах имеющими форму паза с противоположного торца. Модуль парных полуколец, размещенный над сварным швом, имеет ширину превышающую зону сварного шва и учитывает допуски на линейные размеры защитного покрытия проводящих труб.
Съемный шарнир модуля парных полуколец выполнен в виде U-образной скобы, круглого сечения каждый конец которой, снабжен отверстиями для грузозахватного устройства и фиксаторами положения модуля парных полуколец.
Предпочтительно, чтобы проушина модуля парных полуколец была снабжена отверстием для крепежа, размещенного со стороны съемного шарнира.
Предпочтительно, чтобы полукольца модуля парных полуколец были снабжены внутренним арматурным каркасом, связанным со стальными торцами проушин.
Предпочтительно, чтобы полукольца модуля парных полуколец были снабжены внутренним штампованным каркасом, связанным со стальными торцами проушин.
Предпочтительно, чтобы модуль парных полуколец был выполнен из бетонной смеси, в том числе с наномодифицированными добавками.
На фиг. 1  представлен разрез устройства.
На фиг. 2 -  разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 - узел 1 фиг. 2.
На фиг. 4 - схема линейного допуска на защитное покрытие проводящих труб.
На фиг. 5 - поворот (раскрытие) полуколец модуля парных полуколец перед закреплением на стыке.
На фиг. 6 - узел 2 на фиг. 5.
На фиг. 7 -  модуль парных полуколец с предварительно стянутыми нижними торцами.
На фиг. 8 -  разрез Б-Б на фиг. 7.
На фиг. 9 -  положение торцов модуля парных полуколец после извлечения фиксаторов из U-образной скобы.
На фиг. 10 - эпюра нагрузок на трубопровод.
На фиг. 11 - эпюра нагрузок на трубопровод с размещенным на стыке трубопровода предлагаемым техническим решением задачи.
Узел стыка (фиг. 1) состоит из двух концов проводящих труб 1 с защитным покрытием 2, соединенных сварным швом 3. Внешняя поверхность стыка проводящих труб 1 покрыта термопластичным материалом 4. Модули парных полуколец 5 и 6 закреплены (стянуты) на проводящих трубах 1 с помощью крепежа 7 и 8 через их проушины 9 и 10 (фиг. 2).
Нанесение защитного покрытия 2, которое осуществляется в заводских условиях, на проводящие трубы 1 (фиг. 4), завязано допуском - Δ на линейный размер защитного покрытия - А (расстояние от торца проводящей трубы 1 до защитного покрытия 2), который колеблется в зависимости от диаметра проводящих труб в широких пределах (Δ=5-12 мм). Поэтому ширина - В модуля парных полуколец 5 выбирается из расчета, что она должна превышать ширину зоны сварного шва, плюс допуск - Δ, на линейные размеры защитного покрытия 2 проводящих труб 1. В этой связи, размеры (ширина - В) модуля парных полуколец 5 отличается от размеров остальных модулей парных полуколец 6.
Съемный шарнир (фиг. 6) модулей парных полуколец 5 или 6 выполнен в виде U-образной скобы 11 круглого сечения и размещен в пазу 12 проушин 9. Концы 13 (фиг. 6 и фиг. 9) U-образной скобы 11 снабжены отверстиями 14 и 15, в которые вставлены грузозахватные устройства и фиксаторы 16 положения модуля парных полуколец 5 или 6.
Стягивание (крепление) модулей парных полуколец 5 и 6 на узле стыка проводящих труб 1 может быть осуществлено также через отверстие 17, размещенное рядом с проушиной 9 (фиг. 8).
Модули парных полуколец 5 и 6 снабжены внутренним арматурным каркасом 18 (фиг. 2), связанным со стальными торцами проушин 9 и 10.
Модули парных полуколец 5 и 6 могут быть снабжены внутренним штампованным каркасом (не показано), связанным со стальными торцами проушин 9 и 10.
Модули парных полуколец 5 и 6 могут быть выполнены, например, из бетонной смеси с наномодифицированными добавками.
Устройство работает следующим образом.
На узел стыка (фиг. 1) двух проводящих труб 1, соединенных сварным швом 3, наносится термопластичный материал 4, который затем нагревают, в результате чего он плотно ложится на наружную поверхность стыка. Для осуществления операции закрепления предложенного технического решения на стык проводящих труб 1 берется любой из крайних модулей парных полуколец 6 и вывешивается на стропах с помощью U-образной скобы 11, в которой для этих целей в отверстия 14 (фиг. 6) вставлены грузозахватные устройства, например скобы Кросби. При этом торцы 19 и 20 модуля парных полуколец 6 упираются в фиксаторы 16. Расстояние между фиксаторами 16 выбирается таким образом, чтобы при развороте полуколец торцы 19 и 20 модуля парных полуколец 6 не взаимодействовали друг с другом (фиг. 6). Взаимодействие (взаимоупирание) торцов 19 и 20 приводит к увеличению вращающегося момента, необходимого для их разворота.
Далее каждое полукольцо модуля парных полуколец 6 (фиг. 5), вывешенного над проводящими трубами 1, растягивается в разные стороны с помощью строп и скоб Кросби (не показаны), закрепленных в проушинах 10. При этом каждое полукольцо модуля парных полуколец 6 проворачиваются вокруг своей оси - фиксаторов 16. Это возможно за счет паза 12 (фиг. 5) проушин 9 модуля парных полуколец 6. С раздвинутыми в разные стороны полукольцами модуль парных полуколец 6 опускается на стык, а усилие растяжения на стропах, необходимое для их разворота, сбрасывается. В этот момент происходит обратное вращение полуколец модуля парных полуколец 6 вокруг своей оси - фиксаторов 16. В результате нижняя сторона модуля парных полуколец 6 смыкается и ее предварительно стягивают крепежом 8, например болтовым соединением (фиг. 7).
Затем поочередно извлекаются оба фиксатора 16 из отверстий 15 U-образной скобы 11, в результате чего проушины 9 модуля парных полуколец 6 скатываются по ней к центру и прижимаются друг к другу торцами 19 и 20. После этого полукольца модуля парных полуколец 6 стягиваются с помощью крепежа 7 под U-образной скобой 11 (фиг. 9). Паз 12 проушин 9 выполнен из расчета, что при вставленной U-образной скобе 11 под ней образуется отверстие (остаток) паза 12, достаточное для размещения в нем крепежа 7. Стягивание модуля парных полуколец 6 также возможно с помощью отверстия 17, размещенного рядом с проушиной 9 (фиг. 8).
После стягивания верхней и нижней сторон модуля парных полуколец 6 снимаются стропы и извлекаются из отверстий 14 U-образной скобы 11 грузозахватные устройства (например, скобы Кросби), а затем извлекается из проушин 9 и сама U-образная скоба 11. На этом операция закрепления первого модуля парных полуколец 6 заканчивается.
Далее съемный шарнир закрепляется на модуле парных полуколец 5, который размещается над сварным швом 3, и все операции по его закреплению повторяются по аналогии с предыдущим. Данный модуль парных полуколец 5 имеет больший размер (ширину), поскольку его задача перекрыть не только зону сварного шва, но «погасить» допуск на линейные размеры защитного покрытия 2 проводящих труб 1.
Те же самые операции осуществляются и с третьим модулем парных полуколец 6.
На фиг. 9 показано распределение нагрузки на трубопровод. Здесь видно, что максимальная нагрузка приходится на место стыка. На фиг. 10 показана равномерность распределения нагрузки по трубопроводу при использовании модулей парных полуколец 4. Количество размещаемых на стыке модулей парных полуколец зависит от диаметра проводящих труб. Чем он больше, тем большее количество модулей потребуется. Это определяется исходя из их массы, габаритов и элементов логистики. При этом желательно иметь нечетное количество модулей парных полуколец, так как в этом случае центральный из них будет накрывать (зажимать) непосредственно сварной шов 2 стыка (см. фиг. 1).
Предлагаемое изобретение может быть применено в трассовых условиях при непосредственной укладке трубопровода, так как модули парных полуколец 5 и 6 имеют меньшую массу и поэтому необходимость в тяжелом грузоподъемном оборудовании отпадает, а операция монтажа облегчается.
Кроме того, трубопровод, с использованием предложенного технического решения позволяет выполнить задачу по увеличению срока службы трубопровода, и повысить устойчивость трубопровода к природным, техногенным или террористическим воздействиям, а также приводит к снижению затрат на его эксплуатацию.