КОМПЛЕКСНОЕ КОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту, компенсатор предназначен для компенсации изгибающих моментов и механических напряжений, возникающих в местах соединения трубопровода-отвода с основной ниткой трубопровода, и может быть использован при сооружении трубопроводов.
В практике трубопроводного строительства при прокладке подземных трубопроводов используются различные методы и конструктивные решения по устройству отводов или перемычек. Широко применяется способ по врезке отводов или перемычек, включающий основной трубопровод, тройник, трубопровод-отвод, которые укладываются на дно траншеи и после сварки стыков производится их обратная засыпка грунтом. Однако при этом происходит защемление основного трубопровода и отвода грунтом. В месте соединения основного трубопровода и отвода при температурных деформациях и подвижках трубопроводов могут возникнуть значительные сжимающие и растягивающие напряжения совместно с изгибающими внутренними усилиями. Это значительно снижает эксплуатационную надежность данного участка по отношению к надежности других участков трубопровода, а его сложная конструкция дополнительно способствуют этому процессу, т.е. возникает потенциально опасный участок.
Прототипом полезной модели является компенсатор для трубопроводов (Патент РФ №89659, кл. F16L 51/00 оп. 02.06.2009), включающий отвод, расположенный в лотке. Лоток выполнен из верхней и нижней частей, имеет отверстия с эластичными прокладками.
Недостатком прототипа является малая приспособленность к компенсации продольных перемещений трубопровода-отвода.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в компенсации механических напряжений, возникающих на месте контакта основного трубопровода и трубопровода-отвода за счет температурного перепада и изменения давления.
Поставленная задача решается тем, что в комплексном компенсирующем устройстве трубопровода, включающем основной трубопровод и трубопровод-отвод, размещенный в корпусе, на выходе из которого установлен эластичный элемент, согласно полезной модели, устройство выполнено в виде тройника, установленного на основном трубопроводе, к патрубку которого присоединен сильфонный компенсатор, а корпус охватывает трубопровод-отвод с основным трубопроводом и выполнен из упругодеформируемой пены. Кроме того упругодеформруемая пена предусматривает дифференциацию покрытия, включающая внешний изоляционный слой, прочный защитный слой и упругодеформируемый внутренний слой. Кроме того эластичные элементы выполнены в виде резиновых муфт, установленных в местах выхода основного трубопровода и его отвода из упругодеформируемой пены.
На фиг.1 представлен общий вид компенсирующего устройства.
Устройство, выполненное в виде тройника 1 с патрубком 2, состоит из сильфонного компенсатора 3, заливаемого защитного слоя из упругодеформируемой пены 4, резиновых муфт 5, установленных на месте выхода основного трубопровода 6 и трубопровода-отвода 7.
Наличие внешнего слоя упругодеформируемой пены 4 позволяет применять сильфонный компенсатор 3 без защитного кожуха.
a
b
c
Свойства пены должны отвечать требованиям подземной эксплуатации, как по надежности, так и по долговечности. Это достигается благодаря дифференциации покрытия: на поверхность тройника 1 с сильфонным компенсатором 3 наносится упругий мягкий слой пены ; далее следует более твердый прочный слой , защищающий компенсирующее устройство от действия внешних нагрузок; снаружи напыляется полимерная изоляция , предотвращающая негативное воздействие грунта на физико-химические свойства пены. На участках выхода основного трубопровода 6 и трубопровода-отвода 7 из упругодеформируемой пены 3 устанавливаются резиновые муфты 5.
Другой вариант исполнения компенсирующего устройства - заливка упругодеформируемой пеной 4 тройника 1 без сильфонного компенсатора 3. Этот вариант исполнения компенсирующего устройства предусматривается в том случае, если продольно-поперечные перемещения основного трубопровода 6 и/или трубопровода-отвода 7 не столь значительны.
При необходимости обследования тройника 1 упругодеформируемая пена 4 легко демонтируется острыми режущими инструментами. После проведения контроля или окончания ремонтных работ поверхность тройника 1 вновь заливается пеной.
Принцип работы компенсирующего устройства заключается в следующем. Продольные силы, возникающие от действия перепада температур и внутреннего давления, вызывают продольное перемещение основного трубопровода 6, что может привести к разрушению трубопровода-отвода 7. Также продольные силы, возникающие в трубопроводе-отводе 7, могут вызвать смятие или разрушение основного трубопровода 6. В результате заливки тройника 1 упругодеформируемой пеной 4 и, как следствие, отсутствия защемления трубопровода-отвода 7 и основного трубопровода 6 грунтом появляется возможность свободного перемещения всего узла врезки в горизонтальной плоскости в заданных пределах.
Сильфонный компенсатор 3 воспринимает и гасит продольные перемещения, возникающие в трубопроводе-отводе 7. Установка сильфонного компенсатора на трубопроводе-отводе 7 объясняется рядом причин.
Во-первых, диаметр основного трубопровода 6 во многих случаях превышает диаметр трубопровода-отвода 7, вследствие чего основной трубопровод 6 работает как стопор, «якорь» трубопровода-отвода 7. В результате продольные перемещения трубопровода-отвода 7 компенсируются деформациями в патрубковой зоне тройника 1, а не поперечными перемещениями основного трубопровода 6.
Во-вторых, для того чтобы обеспечить работу основного трубопровода 6 на изгиб, необходимо залить упругодеформируемой пеной 4 участок длиной равной десяти диаметрам основного трубопровода 6, что является нецелесообразным.
Для предотвращения повреждения целостности упругодеформируемой пены 4 на месте выхода основного трубопровода 6 и трубопровода-отвода 7 устанавливаются резиновые муфты 5.
Благодаря всем этим мероприятиям существенно уменьшаются изгибающие моменты и механические напряжения, повышается эксплуатационная надежность тройника 1.
а
b
c
Габаритные размеры компенсирующего устройства А, В, С и D на фиг.1 находятся в пределах А=В=0,7…4 метров, С=0,4…2 метров, D=0,4…2 метров и определяются в зависимости от геометрических и прочностных характеристик трубопроводов, конкретных условий прокладки и, как следствие, возможной расчетной величины деформации уложенных и засыпанных трубопроводов. Толщина внутреннего слоя  упругодеформируемой пены 4 должна быть не менее чем в три раза больше максимально возможных продольно-поперечных перемещений, возникающих на узле врезки. Толщина второго слоя  подбирается в зависимости от прочностных свойств пены и величины внешних нагрузок, толщина изоляции  в зависимости от разновидности может варьировать от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.
Предлагаемая конструкция компенсирующего устройства позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность данного участка трубопровода при незначительных финансовых затратах и монтажных работах.