СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ГИБКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
PROCEDURE FOR LAYING FLEXIBLE PIPELINES

Изобретение относится к способам и устройствам для погрузочно-разгрузочных работ. Данное изобретение может быть использовано в технологических процессах и в конструкциях трубоукладчиков и иных механизмов, предназначенных для прокладки защитных пластмассовых трубопроводов (ЗПТ).
Прокладка ЗПТ в траншею производится там, где затруднено применение бестраншейных кабелеукладчиков (трубоукладчиков) при множественных пересечениях трассы с искусственными и естественными преградами и с коммуникационными сооружениями. Разработку траншей производят механизированным или ручным способом. При проектировании и разработке трассы учитывают, что каждое отклонение от прямолинейности смонтированного из ЗПТ кабелевода снижает длину затягивания, заталкивания или задувки кабеля в кабелевод (п.6.3.6), [1]. Однако размотка с барабана бухты ЗПТ сопровождается образованием спиралевидных искривлений с шагом, равным длине витка на барабане, обусловленных т.н. «памятью формы» витков ЗПТ в бухте. ЗПТ обладает относительно малой погонной массой, недостаточной для выпрямления под собственным весом искривлений, обусловленных ее изгибной жесткостью. Кроме того, амплитуда спиралевидных искривлений растет с ростом диаметра и толщины стенки ЗПТ, а также с падением температуры окружающей среды. Спиралевидные искривления препятствуют прямолинейному выкладыванию ЗПТ, а в некоторых случаях и размещению ЗПТ в траншее.
Известны способы и устройства уменьшения искривлений ЗПТ, проложенных в траншее.
Известен способ («метод перемещаемого барабана») (п.6.3.11.1), [1], при котором закрепляют конец ЗПТ, перемещают барабан вдоль трассы и обеспечивают натяжение ЗПТ. Натянутый ЗПТ присыпают песком и грунтом. Способ обеспечивает получение прямолинейного канала. Однако способ не применим при наличии пересечений трассы с коммуникациями, что приводит к необходимости разрезания ЗПТ и пропускания ее под коммуникациями под натяжением, что весьма трудоемко.
Известен способ («метод стационарного барабана») (п.6.3.11.2), [1], при котором барабан с ЗПТ устанавливают в начале трассы, производят размотку ЗПТ прямо в траншею (или выкладывают ЗПТ рядом с траншеей, а затем укладывают ее в траншею) и засыпают ЗПТ песком и грунтом. Способ обеспечивает возможность разрезания ЗПТ, пропускания ее под коммуникациями и сращивания при пересечениях трассы с коммуникациями. Однако способ имеет недостатки. Образующиеся при размотке ЗПТ спиралевидные искривления препятствуют прямолинейному выкладыванию трубопровода в траншее. Выпрямление спиралевидных искривлений ЗПТ, как правило, производят вручную с установкой пригрузов или с частичной засыпкой ЗПТ грунтом, что определяет низкую производительность и высокую трудоемкость способа, а выпрямление ЗПТ нестабильно и зависит от квалификации рабочих.
Известно устройство [2], содержащее установленный на базовом шасси рабочий орган и трубопротягивающий элемент в виде заостренного в передней части снаряда. При этом ЗПТ сматывается с неподвижного барабана, установленного в начале трассы. Устройство позволяет получить канал в уплотненном грунте с размещенным в нем ЗПТ. Устройство реализует способ прокладки, при котором возможные отклонения ЗПТ, расположенного в канале, ограничены размерами и формой стенок канала и значительно меньше исходных спиралевидных искривлений ЗПТ. Недостатком устройства является ограниченная длина затягивания ЗПТ из-за возрастающего по длине усилия прокладки от трения ЗПТ о грунт, а также из-за возможного обрушения грунтового канала.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ укладки гибких трубопроводов [3], включающий отрывку траншеи, одновременно с указанной отрывкой устройство в одной из вертикальных стенок траншеи на уровне дна продольной выемки грунта, укладку в указанную выемку трубопровода, обратную засыпку грунта. Способ позволяет уменьшить деформации, а также спиралевидные искривления гибких трубопроводов (ЗПТ) в процессе их укладки на дно траншеи за счет ограниченного перемещения трубопровода в указанной выемке. Недостаток способа заключается в том, что перемещения трубопровода ограничены размерами выемки только в трех направлениях их четырех возможных, что не исключает искривления трубопровода в плоскости дна траншеи. Кроме того, способ не решает проблему укладки в траншею и в выемку траншеи трубопровода, имеющего значительные спиралевидные искривления. Уменьшение искривлений требует дополнительных затрат времени и средств.
Общими существенными признаками прототипа [3] с заявленным техническим решением являются: отрывка траншеи, укладка в траншею трубопровода, обратная засыпка грунта.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности и уменьшение искривлений укладки трубопровода в траншее.
Указанный технический результат достигается тем, что на этапе укладки трубопровода прямолинейный патрубок соединяют муфтой с гибким рукавом, затем направляют трубопровод через прямолинейный патрубок, который располагают на дне траншеи и перемещают вдоль траншеи с помощью устройства для продольного перемещения, а обратную засыпку грунта ведут над местом расположения прямолинейного патрубка, при этом длину L прямолинейного патрубка и диаметр D бухты трубопровода выбирают из соотношения L>1,5πD.
Существенные признаки способа, влияющие на получение технического результата
- Отрывка траншеи. Признак обеспечивает возможность укладки трубопровода ниже уровня грунта.
- Укладка в траншею трубопровода из бухты, размещенной на барабане. Признак обеспечивает разматывание бухты размещенной на барабане.
- Прямолинейный патрубок соединяют муфтой с гибким рукавом. Признак обеспечивает направление трубопровода в прямолинейный патрубок.
- На этапе укладки трубопровода направляют трубопровод через прямолинейный патрубок, который располагают на дне траншеи и перемещают вдоль траншеи с помощью устройства для продольного перемещения. Признак обеспечивает уменьшение спиралевидных искривлений трубопровода, ограниченных внутренним диаметральным размером патрубка. Прямолинейность патрубка обеспечивает прямолинейное расположение оси трубопровода, находящегося в канале (фиг.1). Расположение прямолинейного патрубка на дне траншеи обеспечивает заданное расположение трубопровода по глубине траншеи. Признак также обеспечивает распространение процесса прокладки трубопровода на необходимую длину. Кроме того, сила трения, возникающая при перемещении трубопровода по патрубку ограниченной длины, дополнительно растягивает трубопровод и способствует его распрямлению.
- Обратная засыпка грунта. Признак обеспечивает получение подземного трубопровода.
- Обратную засыпку грунта ведут над местом расположения прямолинейного патрубка. Признак обеспечивает образование в засыпанном грунте прямолинейного канала с выпрямленным трубопроводом внутри. Диаметр указанного канала в грунте соответствует наружному диаметральному размеру прямолинейного патрубка.
- Длину L прямолинейного патрубка и диаметр D бухты трубопровода выбирают из соотношения L>1,57πD. Признак обеспечивает гарантированное (в пределах внутреннего объема прямолинейного патрубка) выпрямление трубопровода, имеющего спиралевидные искривления. Максимальный шаг πD спиралевидных искривлений имеют витки трубопровода, расположенные на наружной поверхности бухты, закрепленной на разборном барабане. Витки трубопровода, закрепленные на внутренней поверхности бухты диаметра d, имеют меньший шаг спиралевидных отклонений πd<πD и также выпрямляются. При длине патрубка L>1,5πD, при любом положении трубопровода внутри него, трубопровод всегда будет иметь не менее трех мест силового контакта с внутренней поверхностью патрубка (фиг.1), что обеспечивает процесс выпрямления трубопровода за счет силового взаимодействия указанных элементов. Процесс выпрямления будет наиболее эффективен, когда изгибная жесткость прямолинейного патрубка превышает изгибную жесткость трубопровода. В противном случае прямолинейный патрубок будет изгибаться от силового воздействия искривленного трубопровода.
Существенные отличительные признаки, влияющие на получение технического результата
- На этапе укладки трубопровода прямолинейный патрубок соединяют муфтой с гибким рукавом.
- Направляют трубопровод через прямолинейный патрубок, который располагают на дне траншеи и перемещают вдоль траншеи с помощью устройства для продольного перемещения.
- Обратную засыпку грунта ведут над местом расположения прямолинейного патрубка.
- Длину L прямолинейного патрубка и диаметр D бухты трубопровода выбирают из соотношения L>1,57πD.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 показана схема осуществления заявленного способа.
На фиг.2 показан вид сверху на схему осуществления заявленного способа.
Цифрами на фиг.1, 2 обозначены: 1 - траншея, 2 - бухта трубопровода (ЗПТ) на разборном барабане, 3 - трубопровод (ЗПТ), 4 - прямолинейный патрубок, 5 - муфта, 6 - гибкий рукав, 7 - выбранный грунт, 8 - грунт обратной засыпки, 9 - пересечение трассы, 10 - соединительная муфта, 11 - тяга.
Стрелками на фиг.1, 2 показано направление перемещения барабана с бухтой ЗПТ 2 и прямолинейного патрубка 4 с муфтой 5, гибким рукавом 6 и тяги 11 по ходу выполнения работ.
Способ реализуют следующим образом. Отрывают траншею 1. В начале трассы на средстве передвижения устанавливают разборный барабан с закрепленной на нем бухтой 2 ЗПТ. В начале трассы надевают на конец ЗПТ 2 патрубок 4, соединенный муфтой 5 с гибким рукавом 6. Длину гибкого рукава 6 выбирают такой, чтобы ее приемный конец находился выше уровня грунта и исключал попадание грунта внутрь. Анкеруют конец ЗПТ 2 в начале трасы (на фиг.1 и 2 не показано). Соединяют муфту 5 при помощи тяги 11 с устройством продольного перемещения (не показано). В качестве устройства продольного перемещения используют лебедку или средство перемещения разборного барабана бухты 2. Производят обратную засыпку грунта 7 над патрубком 4. Засыпку производят либо на глубину размещения предупредительной ленты, либо на полную глубину траншеи. Производят уплотнение грунта 7. Перемещают барабан с бухтой ЗПТ 2 и сборку патрубка 4, муфты 5 и гибкого рукава 6 вдоль траншеи по ходу выполнения работ. При дискретном способе проведения работ длину перемещения патрубка выбирают меньше его длины L. При этом возникающая сила, необходимая для перемещения патрубка, ограничена суммарной силой трения пар: «ЗПТ - гибкий рукав», «ЗПТ - патрубок» и «патрубок - грунт». Наличие массивной муфты 5 обеспечивает прокладку ЗПТ 3 по дну траншеи 1 и позволяет прикладывать усилие под некоторым углом к горизонтали от средства перемещения разборного барабана. После дискретного перемещения патрубка повторяют процесс засыпания траншеи 1 над местом его расположения. При приближении гибкого рукава 6 к месту пересечения трассы 9 процесс прокладки приостанавливают, разрезают ЗПТ 3 около места ее входа в гибкий рукав. Протаскивают рукав 5 под пересечением трассы 9. Соединяют разрезанные концы ЗПТ 3 при помощи муфты 10. Продолжают процесс прокладки, при котором муфта 10 последовательно проходит внутри гибкого рукава 6, муфты 5 и прямолинейного патрубка 4.
В другом варианте осуществления способа вдоль траншеи 1 перемещают разборный барабан с бухтой 2 и предварительно, до анкеровки ЗПТ 2 в начале трассы, выкладывают ЗПТ рядом с траншеей или в траншею без натяжения.
В третьем варианте осуществления способа разборный барабан с бухтой 2 перемещают непрерывно в процессе прокладки и непрерывно засыпают траншею 1 в текущем месте расположения патрубка 4. Указанные варианты осуществления способа не изменяют совокупность существенных признаков, приведенных в формуле изобретения.
При одновременной прокладке 2-х и более труб 3 используют соответствующие многоместные устройства.
3
4
4
Прямолинейный патрубок 4 может быть выполнен, например, из массово выпускаемой защитной пластмассовой трубы SDR 13,6 (SDR 11) [4], имеющей низкий коэффициент трения при контакте с грунтом и с ЗПТ. Прямолинейный патрубок может быть выполнен и из любого другого материала, отвечающего описанным требованиям. Дополнительно, с целью снижения коэффициента трения скольжения, на трубопровод может быть нанесена смазка. При этом прямолинейный патрубок имеет удельную изгибную жесткость, превышающую удельную изгибную жесткость трубопровода, что обеспечивает сохранение прямолинейности при воздействии на нее усилий распрямления ЗПТ. Под удельной изгибной жесткостью понимают нагрузку, необходимую для изгиба участка трубы единичной длины для получения единичной стрелы прогиба. Прогиб трубы Y определяется по известной формуле Y=Pℓ/kEJ, где P - нагрузка, ℓ - длина, k - коэффициент, зависящий от схемы приложения нагрузки (например, при консольном закреплении трубы и сосредоточенной нагрузке на длине, к=3 (с.53, [5])), Е - модуль упругости материала трубы, J - момент инерции поперечного сечения трубы (J=π(D-d)/64, где d и D - внутренний и наружный размеры ЗПТ или патрубка соответственно (с.35, [5])). Нетрудно видеть, что для единичной длины трубы и единичной стрелы прогиба удельная изгибная жесткость будет пропорциональна произведению модуля упругости материала трубы на момент инерции поперечного сечения трубы - EJ. Поэтому произведение модуля упругости материала на момент инерции поперечного сечения для прямолинейного патрубка выбирают больше аналогичного произведения для гибкого трубопровода. При использовании полиэтиленовых труб в качестве трубопровода и прямолинейного патрубка удельная изгибная жесткость будет пропорциональна только моменту инерции поперечного сечения трубы J. В то же время способность полиэтиленового патрубка изгибаться при воздействии на него радиальных нагрузок от стенок траншеи позволяет проходить повороты трассы. Муфта 4 выполнена массивной, например, из металла для гарантированного размещения на дне траншеи в процессе прокладки ЗПТ. Гибкий рукав 6 может быть выполнен, например, из гибкой двустенной полиэтиленовой трубы с гладкой внутренней поверхностью [6]. Радиус изгиба таких труб составляет не менее 8 диаметров, что достаточно для приема ЗПТ с разных участков барабана (фиг.2). В качестве соединительной муфты для ЗПТ могут быть использованы: муфта TUFF-Link [7], электросварная муфта [8], муфта Comfit [9]. Эти муфты имеют различные диаметральные размеры, которые требуют для прохода соответствующих внутренних размеров патрубка. Минимально необходимые размеры патрубка приведены в таблице 1.
Б
т
ф
Т
ф
ф
Т
4
4
4
4
Пример реализации заявленного способа. В траншею прокладывают ЗПТ с наружным диаметром 32 мм. Диаметр бухты ЗПТ D составляет 220 см. Тогда длина L прямолинейного патрубка должна быть L>1,5·3,14·220=1036,5 см. Принимаем L=10,4 м. ЗПТ соединяют муфтами TUFF-Link. Диаметральные размеры патрубка и гибкого рукава (согласно таблице) составляют 63/53,6 мм и 63/51,5 мм соответственно. Прямолинейный патрубок и ЗПТ выполнены из полиэтилена высокой плотности. Моменты инерции поперечных сечений ЗПТ (⌀32 мм / 26 мм) J и патрубка (⌀63 мм / 53,6 мм) J, рассчитанные по формуле J=7π(D-d)/64, составляют J=29025 мм, J=367922 мм. Видно, что момент инерции сечения патрубка J существенно выше момента инерции сечения ЗПТ J.
Минимально необходимые размеры патрубка
Муфта
ЗПТ, мм
Наружный диаметр муфты, мм
Диаметральный размер патрубка (D<sub>ф</sub>/d<sub>ф</sub>), мм
Диаметральный размер гибкого рукава (D<sub>p</sub>/d<sub>p</sub>), мм
Comfit
32
56
75/63,8
75/62,5
40
70
90/76,6
90/77
50
85
110/93,8
110/94
TUFF-Link
32
42
63/53,6
63/51,5
40
52
63/53,6
75/62,5
50
64
75/63,8
90/77
Электросварная
32
44
63/53,6
63/51,5
40
55
75/63,8
75/62,5
50
68
90/76,6
90/77
Примечание: Буквами в таблице обозначены: D<sub>ф</sub>, d<sub>ф</sub> - наружный и внутренний размеры прямолинейного патрубка, Dp, dp - наружный и внутренний размеры гибкого рукава соответственно.
Источники информации
1. Инструкция по прокладке и монтажу оптического кабеля в ПВП трубках «Silicore». M., OAO «ССКТБ-ТОМАСС», 1998.
2. Устройство для бестраншейной прокладки пластмассовых труб. Свидетельство на полезную модель RU 12205 U1.
3. Способ укладки гибких трубопроводов. Патент RU 2238373 С2.
4. ГОСТ 18599-2001. Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия.
5. Анурьев В.И. Справочник Конструктора-машиностроителя в 3-х т., Т.1. - 8-е изд. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.
6. Компания DKC. Гладкие двустенные трубы. Номенклатура. -URL: http://www.dkc.ru/production-new/2laver/2laver-electric/2laver-electric-flex/2laver-electric-flex-assort.html Дата обращения 20.04.2010.
7. Tyco-Electronics. Каталог продукции. TUFF-Link Couplers. с.210-211. - URL: http://www.optictelecom.kz/pdf/TYCO catalog, pdf Дата обращения 20.04.2010.
8. Plasson. On Line Catalog. Electro Fusion Fittings & Accessories. 9010. - URL: http://www.plasson.com/Details.aspx?familyid=9010& fname=Coupler&methodid=2&twinid Дата обращения 20.04.2010.
9. Plassim. Fittings. Comfit. Dimensions Metric Series. - URL: http://www.plassim.co.il/Media/Doc/Comfit Dimensions.pdf Дата обращения 20.04.2010.