Устройство для ремонтных работ на подземном трубопроводе

Полезная модель относится к устройствам для предотвращения деформации труб при ремонте подземных трубопроводов.
Известен способ ремонта трубопроводов, выполняющийся согласно «Регламент по вырезке и врезке «катушек» соединительных деталей, заглушек, запорной и регулирующей арматуры и подключению участков магистральных нефтепроводов РД 153-39.4-130-2002», утвержден 8 октября 2002 г., который приведен в уровне техники патентного документа RU 2610798 C2, опубликованного 15.02.2017 Бюл. № 5. Настоящий Регламент устанавливает порядок организации и выполнения работ по замене дефектных элементов трубопровода, таких как «катушка», соединительная деталь, заглушка, запорная и регулирующая арматура и подключения участков магистральных нефтепроводов (в том числе методом «захлеста») с выполнением операции центрирования. Недостатком данного способа ремонта трубопровода является то, что регламент не предусматривает жесткую фиксацию концов трубопровода перед вырезкой, поэтому при окончании первого реза происходит деформация трубопровода, например, овализация. Термины «трубопровод», «труба» в контексте данной заявки являются равнозначными.
Известен способ ремонта дефектных участков трубопровода в траншее (патент RU 2708758 C2, опубликован 11.12.2019 Бюл. № 35), заключающийся в определении дефектного участка, его вскрытии, вырезке и замене, отличающийся тем, что перед вырезкой дефектного участка проводят определение его критического напряженно-деформированного состояния, оценку геологических условий залегания в траншее и геометрических отклонений от оси, на основе чего делают вывод об опасности «выстрела», и при его наличии фиксируют дефектный участок фиксирующими устройствами, имеющими возможность регулировки в горизонтальном и вертикальном направлении; после вырезки дефектного участка осуществляют центровку при помощи центровочных устройств, при этом каждое фиксирующее устройство состоит из четырех или более винтовых анкеров, предназначенных для надежной фиксации конструкции в грунте, двух или более шарнирных опор на силовых цилиндрах, имеющих возможность регулирования по высоте, включенных в единый каркас силовой станции, двух или более полузахватов, имеющих замковое устройство, и механизмов горизонтальной и вертикальной регулировки концов трубопровода, а монтаж и демонтаж, а также транспортировку фиксирующих устройств на место расположения трубопровода осуществляют при помощи манипуляторов, расположенных на транспортном средстве передвижения - на шасси. Данный способ позволяет повысить точность центрирования и точность разметки стыков трубопровода и ремонтной «катушки», что позволяет повысить качество выполнения и производительность проводимых работ, а также снизить себестоимость ремонта и трудоемкость, но не предотвращает напряженно-деформирующего состояния трубопровода, следовательно, возможна деформация, например, овализация, возникающая в момент окончания первого реза.
Известно устройство фиксирования и центрирования концов трубопровода при вырезке его дефектного участка (патент RU 2763096 С1, опубликован 27.12.2021 Бюл. № 36), содержащее платформу, установленную на траверсах, оснащенных анкерами, ротатор, устанавливаемый на шестигранник, и силовые цилиндры для корректировки положения конца трубопровода в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также трубный захват, состоящий из двух створок с замками, приводящихся в действие при помощи силовых цилиндров, взаимосвязанных с силовой станцией. Ширина платформы превышает ширину траншеи, а с каждой её стороны выполнены отверстия, в них установлены направляющие цилиндры, основание захвата выполнено из двух сборных частей, которые соединены между собой болтовыми соединениями, нижняя поверхность основания захвата соединена с дугой захвата, которая выполнена из двух полуколец и соединена с помощью оси захвата со створками захвата, шарнирно к нижней части основания захвата присоединены малые силовые цилиндры, которые противоположным концом соединены со створками захвата, по краям верхней части двух концов трубопровода установлен лазерный приемник – излучатель, который состоит из не менее чем двух лазерных устройств, которые установлены по краям верхней части концов трубопровода и оборудованы индивидуальным для каждого элементом питания, отдельно установлена силовая станция, которая при помощи шлангов или кабелей соединена с большими и малыми силовыми цилиндрами. Данное устройство повышает надежность фиксирования концов трубопровода при вырезке дефектного участка ввиду фиксирования положения самого устройства перед вырезкой и направлено на обеспечение соосности, но створки захвата не охватывают трубопровод по окружности полным жестким замкнутым кольцом, что не обеспечивает предотвращение деформации трубопровода, например, овализации. Кроме того, данное устройство имеет сложную конструкцию, которая в суровых климатических условиях может быстро выйти из строя, например, из-за загустения гидравлической жидкости, износа уплотнительных колец, хрупкости кабелей и шлангов и т.п.
Известно устройство для компенсации напряжений и защиты стыков трубопроводов с бетонным покрытием от нагрузок и воздействий (патент RU 182117 U1, опубликован 03.08.2018 Бюл. № 22), включающее парные полукольца, заполняющие пространство стыкового соединения труб с бетонным покрытием и 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. Модули парных полуколец могут быть снабжены внутренним арматурным каркасом и выполнены, например, из бетонной смеси с наномодифицированными добавками, или фибробетона, в том числе с наномодифицированными добавками, или из композитного состава, а арматурный каркас может быть заменен на сетку, например, металлическую, полимерную, или композитного состава. Техническое решение применяют в трассовых условиях при непосредственной укладке трубопровода, так как модули парных полуколец имеют меньшую массу, и нет необходимости в использовании тяжелого грузоподъемного оборудования, а операция монтажа облегчена. Но данное решение не обеспечивает достаточно жесткой фиксации формы окружности трубопровода в виду использования арматурного каркаса и бетонной смеси для полуколец, поэтому при выполнении ремонтных работ, например, технологической вырезке дефектного участка трубопровода в момент окончания первого реза может произойти деформация. Кроме того, парные полукольца имеют строго определенный размер, следовательно, использование возможно только для одного диаметра трубопровода.
Известно устройство защиты стыка трубопровода с бетонным покрытием (патент RU 2734727 C1, опубликован 22.10.2020 Бюл. № 30), включающее парные полукольца с монтажными петлями на наружной поверхности и технологическими петлями на одной из торцевых поверхностей, выполненные из бетона и включающие в себя армирующий каркас, расположенный внутри бетонного тела полуколец, выполненный из проволоки и включающий в себя закладные детали, состоящие из двух пластин и втулки, расположенной между ними и размещенной в сквозных отверстиях, выполненных в площадках, расположенных в выемках на внешней поверхности боковых частей полуколец. Данное решение не обеспечивает достаточно жесткой фиксации формы окружности трубопровода в виду использования бетонных полуколец с армирующим каркасом, поэтому при выполнении ремонтных работ, например, технологической вырезке дефектного участка трубопровода в момент окончания первого реза может произойти деформация. Кроме того, парные полукольца имеют строго определенный размер, следовательно, использование возможно только для одного диаметра трубопровода.
Машины для резки труб и снятия фаски. Центраторы и деовализаторы. Инструменты для ремонта труб https://alkor-pipe.ru/mathey_dearman_2013.pdf, дата кеширования информации по данным сайта https://web.archive.org – 2013.09.09), содержащий цепь для подъема центратора, полукольца, соединенные шарнирно, запорный механизм, поворотные, неподвижную и стопорную струбцины, симметрично расположенные упорные винты, обеспечивающие высокую точность соединения и деовализации труб/обечаек. При установке центратора-деовализатора на трубопровод потребуется точечное подкручивание вручную упорных винтов, расположенных по окружности полуколец на некотором расстоянии друг от друга, что приведет к неравномерному давлению на трубопровод, которое в свою очередь приведет к деформации трубопровода.
Техническая проблема заключается в том, что при выполнении ремонта подземного трубопровода, например, технологической вырезке дефектного участка трубопровода, большая его часть находится под землей, а малая часть открыта (выполнен шурф), при этом на сам трубопровод оказывает влияние давление окружающего массива грунта, вследствие чего у трубопровода возникает сложное объемное напряженно-деформированное состояние, которое в момент окончания первого реза приводит к деформации трубопровода, например, овализации.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, предотвращающих механическую деформацию трубопровода и позволяющих выполнять ремонтные работы на разных диаметрах трубопроводов за счет образования жесткого замкнутого кольца, плотно охватывающего трубопровод и фиксирующего форму окружности трубопровода.
Технический результат обеспечивает устройство для ремонтных работ на подземном трубопроводе, содержащее траверсу с пластинами, к которым жестко закреплена направляющая, два встречно-параллельных полукольца, снабженных проушинами, установленными на направляющей с возможностью перемещения, и закрепляемых болтовыми соединениями, при этом на полукольцах выполнены углубления, соединяемые с выступающими накладками дополнительных полуколец и закрепляемые болтовыми соединениями.
Дополнительно траверса снабжена монтажным кольцом, или монтажными крюками, или монтажными отверстиями.
Предпочтительно выполнение основных конструктивных элементов: траверсы, пластин, направляющей, полуколец с углублениями, дополнительных полуколец с выступающими накладками, монтажного кольца из металлических материалов или композитных материалов.
Целесообразно выполнение дополнительных полуколец, имеющих внутренний диаметр, соответствующий типам диаметров трубопровода, и внешний диаметр выступающих накладок, соответствующий внешнему диаметру углублений полуколец.
Предложенное устройство поясняют чертежи:
фиг. 1 – общий вид устройства без дополнительных полуколец и без трубопровода;
фиг. 2 – вид спереди устройства без дополнительных полуколец;
фиг. 3 – вид сзади устройства без дополнительных полуколец;
фиг. 4 – общий вид устройства без дополнительных полуколец на трубопроводе;
фиг. 5 – общий вид устройства с дополнительными полукольцами и без трубопровода;
фиг. 6 – вид спереди устройства с дополнительными полукольцами;
фиг. 7 – общий вид устройства с дополнительными полукольцами на трубопроводе;
фиг. 8 – общий вид спереди дополнительных полуколец без трубопровода;
фиг. 9 – общий вид сзади дополнительных полуколец без трубопровода.
Устройство для ремонтных работ на подземном трубопроводе 1 (фиг. 1-7) содержит траверсу 2 с пластинами 3, на которых жестко закреплена направляющая 4. Два полукольца 5 расположены встречно-параллельно друг другу и снабжены проушинами 6, посредством которых установлены на направляющей 4 с возможностью перемещения. На концах полуколец 5 выполнены отверстия 7 с направляющими пазами для болтовых соединений 8, с помощью которых указанные полукольца 5 закрепляют между собой после монтажа на трубопроводе 1. Внутренний диаметр полукольца 5 соответствует диаметру трубопровода 1, а внешний диаметр на 5-25 % больше диаметра трубопровода 1. В результате образуется жесткое замкнутое кольцо, равномерно плотно охватывающее трубопровод 1 и фиксирующее форму окружности трубопровода 1.
На передних боковых панелях 9 (фиг. 1-2) полуколец 5 выполнены углубления 10 длиной на ¾ длины указанных полуколец 5, при этом углубления 10 снабжены сквозными отверстиями 11 (фиг. 1-4) для соединения с двумя встречно-параллельными дополнительными полукольцами 12 (фиг. 6-9) и закрепления с помощью болтовых соединений 13, что обеспечивает установку предложенного устройства на трубопровод 1 меньшего диаметра, чем внутренний диаметр полуколец 5.
Дополнительные полукольца 12 имеют внутренний диаметр, соответствующий диаметру трубопровода 1, и выполнены с выступающими накладками 14 (фиг. 8-9) длиной на ¾ длины полуколец 5 и внешним диаметром, соответствующим диаметру углублений 10 полуколец 5, при этом выступающие накладки 14 снабжены сквозными отверстиями 15 для соединения с полукольцами 5 и закрепления с помощью болтовых соединений 13. Дополнительные полукольца 12 своими выступающими накладками 14 со сквозными отверстиями 15 соединены с углублениями 10, снабженные сквозными отверстиями 11, полуколец 5 и закреплены болтовыми соединениями 13 (фиг. 6-9), образуя единое полукольцо и обеспечивая уменьшение внутреннего диаметра для плотного охвата трубопровода 1 меньшего диаметра. Целесообразно выполнение дополнительных полуколец 12, имеющих внутренний диаметр, соответствующий типам диаметров трубопровода 1, а внешний диаметр выступающих накладок 14, соответствующий внешнему диаметру углублений 10 полуколец 5. Таким образом, использование дополнительных полуколец 12, имеющих внутренний диаметр, соответствующий разным типам диаметров трубопровода 1, уменьшает внутренний диаметр полуколец 5 предложенного устройства и позволяет использовать его на разных диаметрах трубопроводов, обеспечивая плотный охват и фиксируя форму окружности трубопровода, уменьшая напряженно-деформирующее состояние трубопровода 1, приводящее к механической деформации, например, овализации.
Траверса 2 выполнена прямолинейной и снабжена монтажным кольцом 16, монтажными крюками (на фиг. не показаны), или монтажными отверстиями (на фиг. не показаны), расположенными на концах траверсы 2, для зацепления грузоподъемным устройством, например, крюком или стропами трубоукладчика/крана (на фиг. не показаны).
Основные элементы предложенного устройства: траверса 2, пластины 3, направляющая 4, полукольца 5, дополнительные полукольца 12 с выступающими накладками 14, монтажное кольцо 16 могут быть выполнены из металлических материалов таких, как сталь, титан и т.п. или из композитных материалов, при условии обеспечения надежности.
Предложенное устройство используют следующим образом:
Монтажник (на фиг. не показан) зацепляет крюк грузоподъемного устройства (на фиг. не показаны) за монтажное кольцо 16 (фиг.1-3, 5-6) траверсы 2 (или монтажными крюками (на фиг. не показаны), или стропами монтажные отверстия (на фиг. не показаны), расположенные на концах траверсы 2) и спускает предложенное устройство в шурф к трубопроводу 1, где устанавливает его на расстоянии 100-300 мм от места выполнения технологического реза. Полукольца 5 перемещают на проушинах 6 по направляющей 4 к концам траверсы 2 и затем сдвигают направлении к трубопроводу 1 до смыкания так, чтобы полукольца 5 охватили трубопровод 1 (фиг.4). После смыкания полукольца 5 закрепляют на трубопроводе 1 болтовыми соединениями 8 в отверстиях 7. В результате полукольца 5 образуют жесткое замкнутое кольцо, плотно охватывающее трубопровод 1 (фиг. 4), которое фиксирует форму окружности трубопровода 1 и уменьшает напряженно-деформирующее состояние трубопровода 1, приводящее к механической деформации, например, овализации.
При установке предложенного устройства на трубопровод 1 диаметром меньше, чем диаметр полуколец 5, для обеспечения плотного охвата трубопровода 1 используют дополнительные полукольца 12 (фиг. 5-9).
Для этого каждое полукольцо 5 с выполненным углублением 10 и отверстиями 11 соединяют с отверстиями 15 выступающей накладки 14 дополнительного полукольца 12 и закрепляют болтовыми соединениями 13 (фиг. 5-6), образуя единое полукольцо 5 с дополнительным полукольцом 12, что уменьшает внутренний диаметр предложенного устройства для установки его на трубопровод 1 диаметром меньше, чем диаметр полукольца 5. Выступающая накладка 14 (фиг. 8-9), имеющая длину ¾ длины полукольца 5 и внешний диаметр, соответствующий внешнему диаметру углублений 10 полуколец 5, при соединении с углублением 10, имеющим длину ¾ длины полукольца 5, опирается на «дно» углубления, что предотвращает проскальзывание вертикально расположенных полукольца 5 и дополнительного полукольца 12. Затем единые полукольца 5 с дополнительными полукольцами 12 перемещают по направляющей 4 к концам траверсы 2. После этого монтажник (на фиг. не показан) зацепляет крюк грузоподъемного устройства (на фиг. не показаны) за монтажное кольцо 16 траверсы 2 и спускает предложенное устройство к трубопроводу 1 в шурф, где устанавливает его на трубопроводе 1 на расстоянии 100-300 мм от места выполнения технологического реза. Полукольца 5 с дополнительными полукольцами 12, перемещая на проушинах 6 по направляющей 4, сдвигают в направлении трубопровода 1 до смыкания так, чтобы полукольца 5 охватили трубопровод 1 (фиг. 7). После смыкания полукольца 5 с дополнительными полукольцами 12 закрепляют на трубопроводе 1 болтовыми соединениями 8 в отверстиях 7. В результате полукольца 5 с дополнительными полукольцами 12 образуют жесткое замкнутое кольцо, плотно охватывающее трубопровод 1 (фиг. 7), которое фиксирует форму окружности трубопровода 1 и уменьшает напряженно-деформирующее состояние трубопровода 1, приводящее к механической деформации, например, овализации.
Пример 1
Предложенное устройство установили на трубопровод диаметром 1020 мм. Полукольца 5 имеют внешний диаметр – 1225 мм, внутренний диаметр – 1020 мм. Монтажник (на фиг. не показан) зацепил крюк грузоподъемного устройства (на фиг. не показаны) за монтажное кольцо 12 траверсы 2 и спустил предложенное устройство к трубопроводу 1 в шурф, где установил его на трубопровод 1 в месте выполнения технологического реза, перемещая по направляющей 4 проушины 6 полуколец 5 так, чтобы полукольца 5 охватили трубу 1. После смыкания полукольца 5 закрепил на трубопроводе 1 болтовыми соединениями 8 в отверстиях 7. В результате полукольца 5 плотно охватили трубопровод 1 диаметром 1020 мм, образовав жесткое замкнутое кольцо. Выполнили с помощью устройства плазменной резки первый технологический рез трубопровода 1, при этом жесткое замкнутое кольцо, образованное полукольцами 5, зафиксировало форму окружности трубопровода 1, что уменьшило его напряженно-деформирующее состояние и исключило механическую деформацию трубопровода, т.е. овализация не произошла, следовательно, предложенное устройство выполнило свое назначение и обеспечило технический результат. Далее продолжили вырезку дефектного участка трубопровода 1 без риска его деформации.
Пример 2
Предложенное устройство устанавливают на трубопровод диаметром 720 мм. Полукольца 5, имеющие внешний диаметр – 1225 мм и внутренний диаметр – 1020 мм, соединили с дополнительными полукольцами 12. Для этого отверстия 11 углублений 10, выполненных на полукольцах 5, соединили с отверстиями 15 выступающих накладок 14 дополнительных полуколец 12, что уменьшило внутренний диаметр предложенного устройства до диаметра 720 мм, соответствующего диаметру трубопровода 1. Выступающая накладка 14, имеющая длину ¾ длины дополнительного полукольца 12 при соединении с углублением 10, имеющим длину ¾ длины полукольца 5, опиралась на «дно» углубления, что предотвратило проскальзывание вертикально расположенных полукольца 5 и дополнительного полукольца 12. Затем единые полукольца 5 с дополнительными полукольцами 12 переместили по направляющей 4 к концам траверсы 2. (фиг. 5).
После этого монтажник (на фиг. не показан) зацепил стропами грузоподъемного устройства монтажные крюки (на фиг. не показаны), расположенные на концах траверсы 2, спустил предложенное устройство в шурф к трубопроводу 1, где установил его в месте выполнения технологического реза, перемещая по направляющей 4 проушины 6 полуколец 5 с дополнительными полукольцами 12 так, чтобы они охватили трубопровод 1. Сомкнул полукольца 5 с дополнительными полукольцами 12 и закрепил полукольца 5 на трубопроводе 1 болтовыми соединениями 8 в отверстиях 7. В результате полукольца 5 с дополнительными полукольцами 12 плотно охватили трубопровод 1, образовав жесткое замкнутое кольцо. Выполнили с помощью устройства газовой резки первый технологический рез трубопровода 1, при этом жесткое замкнутое кольцо, образованное полукольцами 5 дополнительными полукольцами 12, зафиксировало форму окружности трубопровода 1, что уменьшило его напряженно-деформирующее состояние и исключило механическую деформацию трубопровода 1, т.е. овализация не произошла, следовательно, предложенное устройство выполнило свое назначение и обеспечило технический результат. Далее продолжили вырезку дефектного участка трубопровода 1 без риска его деформации.