ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к опорным средствам сейсмозащиты надземных, подземных и морских магистральных нефте- и газопроводов на базе опорных оснований, располагающихся в сейсмически опасных районах.
Известно энергопоглощающее устройство, состоящее из установленного между верхним и нижним основаниями трубчатого энергопоглощающего элемента, размещенных вдоль его боковых сторон в диаметральной плоскости пар стержней и рычагов, шарнирно прикрепленных концами попарно шарнирно к стержням и образующих шарнирный четырехзвенник, причем верхнее и нижнее основания снабжены жестко закрепленными на них продольными направляющими сплошного сечения одинакового диаметра в виде выступов полусферической формы, расположенными симметрично относительно геометрических центров оснований (RU 71150, 2008).
Недостатком известного устройства является невысокая надежность, что обусловлено значительной нагрузкой, передаваемой от оснований на рычаги и шарнирные узлы четырехзвенника через продольные направляющие при работе устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемой полезной модели является энергопоглощающее устройство, состоящее из установленного между верхним и нижним основаниями трубчатого энергопоглощающего элемента, размещенных вдоль его боковых сторон в диаметральной плоскости пар стержней и рычагов, шарнирно прикрепленных концами попарно шарнирно к стержням и образующих шарнирный четырехзвенник, противоположные боковые ребра которого связаны с верхним и нижним основаниями посредством симметрично установленных продольных направляющих, согласно полезной модели, продольные направляющие выполнены в виде стержневых элементов с установленными на них роликами (RU 182722, 2018).
Недостатком известного устройства является невысокая надежность, что обусловлено низким уровнем вертикальной устойчивости при воздействии внешней нагрузки движущегося грунта, передаваемой от оснований на рычаги и шарнирные узлы четырехзвенника через продольные направляющие при отсутствии соответствующей конструкции, стабилизирующей вертикальную устойчивость. В результате силового нагружения происходит потеря устойчивости и «заваливание» энергопоглощающего устройства на бок с одновременным прекращением выполнения возложенной на него функции по компенсации внешней нагрузки и последующим разрушением нефте- и газопровода от внешней непогашенной нагрузки.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности работы устройства в осложненных условиях, в частности, при воздействии переменных неравнораспределенных нагрузок.
Указанная проблема решается тем, что в энергопоглощающем устройстве, состоящем из установленного между верхним и нижним основаниями трубчатого энергопоглощающего элемента, размещенных вдоль его боковых сторон в диаметральной плоскости пар стержней и рычагов, шарнирно прикрепленных концами попарно шарнирно к стержням и образующих шарнирный четырехзвенник, противоположные боковые ребра которого в вертикальной плоскости связаны с верхним и нижним основаниями посредством симметрично установленных продольных направляющих в виде стержневых элементов с установленными на них роликами, согласно полезной модели, противоположные боковые ребра шарнирного четырехзвенника в горизонтальной плоскости посредством закрепленных на них Г-образных криволинейных стержней-компенсаторов, концы которых расположены в вертикальных направляющих трубках с возможностью синхронного направленно-поступательного перемещения в их полостях, жестко закреплены на нижнем основании, имеющем длину, превышающую длину верхнего основания.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении вертикальной устойчивости энергопоглощающего устройства при внешнем силовом нагружении и, соответственно, компенсации несимметричности и неравномерности приложенной внешней нагрузки, передаваемой от верхнего основания на рычаги и шарниры четырехзвенника, за счет синхронного направленно-поступательного движения стержней в вертикальных направляющих трубках.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематически изображен общий вид энергопоглощающего устройства в статическом состоянии, а на фиг. 2 - в рабочем положении.
Энергопоглощающее устройство содержит установленный между верхним 1 и нижним 2 основаниями трубчатый энергопоглощающий элемент 3, размещенные вдоль его боковых сторон в диаметральной плоскости пары стержней 4 и рычаги 5, шарнирно прикрепленные концами попарно шарнирно к стержням 4 и образующие шарнирный четырехзвенник, причем верхнее 1 и нижнее 2 основания снабжены жестко закрепленными на них симметрично установленными относительно осей симметрии направляющими, выполненными в виде стержневых элементов 6, на которых размещены ролики 7. При этом на нижних основаниях верхней пары рычагов 5 снаружи жестко закреплена пара Г-образных криволинейных стержней компенсаторов 8, располагающихся своими концами в вертикальных направляющих трубках 9, жестко закрепленных на увеличенном по длине нижнем основании 2. В процессе установки на магистраль нижнее основание энергопоглощающего устройства жестко закреплено на опорном фундаменте, а верхнее - подвижно шарнирно закреплено на наружной обечайке нефте- или газопровода.
Шарнирный четырехзвенник в исходном положении имеет ромбовидную форму с тупыми верхним и нижними углами, опирающимися у оснований 1 и 2 на стержневые элементы 6 с роликами 7, при этом пара Г-образных криволинейных стержней компенсаторов 8 помещена в вертикальные направляющие трубки 8 на 1/3 своей длины (фиг. 2).
Устройство работает следующим образом.
В случае воздействия, например, на нижнее опорное основание 2 нагрузки расчетно-допустимого значения трубчатый энергопоглощающий элемент 3 подвергается пластической деформации, причем нагрузка на трубчатый энергопоглощающий элемент 3 от нижнего основания 2 передается через стержневые элементы 6 с роликами 7 на четыре шарнирно соединенные между собой пластины 5 шарнирного четырехзвенника. При этом происходит направленное обкатывание роликов 7 со стержневыми элементами 6 по внешним поверхностям рычагов 5. В процессе пластического деформирования трубчатого энергопоглощающего элемента 3 верхние углы шарнирного четырехзвенника разворачиваются, а нижние становятся более острыми, в результате нижнее 2 и верхнее 1 основания сближаются, при этом пара направляющих трубок 9 начинает синхронно направленно-поступательно перемещаться вверх по направлению к Г-образным криволинейным стержням-компенсаторам 8, обеспечивая вертикальную устойчивость энергопоглощающего устройства в целом.
Таким образом, конструктивные особенности предлагаемого устройства обеспечивают компенсацию несимметричности и неравномерности приложенной внешней нагрузки, передаваемой от нижнего опорного основания на рычаги и шарниры четырехзвенника, и предохраняют конструкцию энергопоглощающего устройства от потери вертикальной устойчивости при силовом нагружении, а конструкцию защищаемого нефте- и газопровода - от разрушения, связанного с потерей работоспособности и прекращением выполнения устройством функции по компенсации внешней переменной неравнораспределенной нагрузки.