УТЯЖЕЛИТЕЛЬ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1996 года по МПК F16L1/06 

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может найти применение при прокладке магистральных трубопроводов.

Известен утяжелитель трубопровода, включающий пару расположенных симметрично относительно трубопровода балластных грузов, шарнирно соединенных посредством гибкой перемычки и взаимодействующих с грунтом засыпки.

Недостатком известного утяжелителя является малая пригружающая способность грунта на трубопровод, причем пригружающая способность грунта между утяжелителем и трубой принята для расчета удерживающей нагрузки на трубопровод по фоpмуле (21) ВСН 007-88 Миннефтегазстрой (М. 1989, с. 59).

Наиболее близким к предлагаемому является утяжелитель, включающий пару симметрично расположенных относительно трубопровода балластных грузов, шарнирно соединенных гибкой перемычкой и взаимодействующих с грунтом засыпки, причем грузы выполнены со скосами на внешних поверхностях и в верхней части обращенных друг к другу плоских поверхностей.

Недостатком прототипа является то, что в результате скоса грузов в верхней части обращенных друг к другу плоских поверхностей снижается итоговая балластирующая способность грунта с утяжелителем.

Изобретение решает задачу увеличения балластирующей способности при сохранении объема балластных грузов.

Технический результат обеспечивается тем, что утяжелитель трубопровода содержит пару соединенных гибкими перемычками, симметрично расположенных относительно трубопровода балластных грузов, на внутренних поверхностях которых в верхней их части образованы скосы, причем последние пересекаются с наружными поверхностями грузов под острым углом, а с внутренними поверхностями образуют угол 90^о + θ причем α ≅ θ ≅ 35^о для трубопроводов диаметром не менее 1000 мм и α ≅ θ ≅ 40^о для трубопроводов диаметром не менее 720 мм и диаметром меньше 1000 мм, где α угол развала балластных грузов на трубопроводе относительно вертикали.

На чертеже изображен трубопровод с утяжелителем в рабочем положении.

Утяжелитель включает пару симметрично относительно трубопровода 1 расположенных балластных грузов 2. Сверху трубопровода наложены гибкие перемычки 3, закрепленные на балластных грузах посредством шарнирных связей 4, которые размещены в глухом пазе 5 лобовой поверхности 6 балластного груза. Балластные грузы 2 снабжены упорными накладками 7, взаимодействующими с трубопроводом 1, взаимодействуют в верхней части с грунтом засыпки 8 и выполнены со скосами 9 на внешних поверхностях. Верхние грани 10 грузов 2 развернуты в сторону трубопровода 1 на угол 90^о + θ относительно внутренней грани 11, при этом α ≅ θ ≅ 35^о для трубопроводов диаметром D не менее 1000 мм и α ≅ θ ≅ 40^о для трубопроводов диаметром не менее 720 мм и диаметром меньше 1000 мм, где D диаметр трубопровода; α угол развала балластных грузов 2 на трубе 1 относительно вертикали.

Угол θ ≅ 35^о в одном случае и θ ≅ 40^о в другом принимаются по следующей причине. Заглубление трубопровода с балластом определяется как расстояние ВС от поверхности до верха балластирующей конструкции. Это расстояние надлежит для труб диаметром менее 1000 мм равным 80 см, а для труб диаметром 1000 и более мм равным 100 см.

Нельзя взять угол θ настолько большим, что призма грунта выйдет за пределы поверхности грунта. Валик засыпки выше поверхности грунта во внимание не принимают, так как его может и не быть (не сделают либо размоет водой, либо осядет и т.п.). Для всех труб всех диаметров расстояние ВС определяют по формуле
BC [ D / 2 + ( H 0,5 B · tg θ a ) · sin α +
+ B sin ( 90^o + α θ ) / cos θ · tg Φ_гр где Н, B, а конструктивные размеры утяжелителей типа УБО, определяемые по табл. 1 ТУ 102-300-81, см;
α угол развала грузов утяжелителя, принимаемый согласно ВСН 007-88 равным 10^о для всех диаметров трубопровода;
θ угол наклона верхней грани балластных грузов утяжелителя относительно внутренней грани, град (согласно изобретению).

При максимально возможных на практике значениях угла внутреннего трения грунта обратной засыпки Φ_гр 34,4^о (43^о х x0,8 34,4^о) и угла θ 35^о расчетом по формуле получают следующие максимальные значения ВС_max: при диаметре 1420 мм ВС_max 103 см, при диаметре 1020 мм ВС_max 82 cм, т.е. при диаметре 1000 мм и более 1000 мм ВС_max равно или меньше 100 см (за исключением случая, когда диаметр равен 1420 мм, однако 3 см с практической точки зрения можно пренебречь).

Для труб D < 1000 мм и условии по СНиП 2.05.06-85 ВС_max < 80 cм. Расчетом по той же формуле, но уже при θ 40^о получают следующее: D 820 мм ВС_max 77 см, D720 мм ВС_max 74 см, D 630 мм ВС_max 71 cм, т.е. необходимое условие удовлетворяется. Газопроводы диаметром менее 630 мм (529, 426 и менее мм) экономически выгоднее балластировать лишь грунтом обратной засыпки, которым и без утяжелителей вполне реально обеспечить устойчивость газопроводов малых диаметров.

Угол θ должен быть больше или равен углу α При θ α верхняя грань груза занимает горизонтальное положение. В этом случае пригружающая способность грунта по предлагаемому решению в 1,42 раза больше, чем по прототипу. При θ < α предлагаемое решение не работает, в этом случае пригрузку от грунта следует считать как для прототипа по ВСН-007-88.

Монтируют утяжелитель трубопровода в сборе с помощью траверсы, причем при монтаже лобовые поверхности 6 балластных грузов 2 соседних утяжелителей смыкают беззазорно друг с другом.

Сопоставительными расчетами для трубы диаметром 1420 мм и обратной засыпки песком с углом внутреннего трения Φ_гр20^о установлено следующее (см. таблицу).

Из таблицы следует, что предлагаемый утяжелитель обеспечивает более высокую пригружающую способность грунта на трубопровод.

Использование изобретения обеспечивает получение технического результата, выражающегося в снижении количества железобетонных утяжелителей, необходимых для балластировки магистральных трубопроводов.

Конкретный пример использования изобретения. Прямолинейный участок газопровода диаметром 1420 мм на болоте длиной 1 км балластируется грузами УБО и засыпается крупным песком ( Φ_гр 20^о, удельный вес с учетом взвешивающего действия воды γ _взв. 10,5 кН/м³). Принимается групповая установка утяжелителей в соответствии с ВСН 007-88. В группу входят восемь грузов УБО-1 и два замыкающих груза АСГ. Балластирующая способность грузов АСГ принимается как для грузов УБО-1, а масса песка над грузами АСГ в качестве пригрузки на трубу не учитывается.

В сравнительном расчете утяжелитель по изобретению принимается с углом θ 30^о. Удерживающая способность группы утяжелителей типа УБО с учетом использования грунта засыпки определяется в соответствии с ВСН 007-88 по стандарту равным 349 кН, по изобретению равным 430 кН.

Необходимая дополнительная пригрузка прямолинейного газопровода диаметром 1420 мм, перекачивающего газ под давлением 75 атм при температурном перепаде 60^оС, составляет g_доп. 117,2 Н/см или 11720 кН/км.

Необходимое количество утяжелителей для балластировки газопровода длиной 1 км составляет по стандарту 11720 349 33,6 группы (336 шт.); по изобретению 11720430 27,2 группы (272 шт.). Снижение количества утяжелителей при использовании изобретения составляет 64 шт.

Использование: при прокладке магистральных трубопроводов. Сущность изобретения: на внутренней поверхности в верхней части балластных грузов, соединенных гибкими перемычками и симметрично расположенных относительно трубопровода, образованы скосы. Скосы пересекаются с наружными поверхностями грузов под острым углом, с внутренними поверхностями образуют заданный угол в зависимости от диаметров трубопроводов. 1 ил., 1 табл.

УТЯЖЕЛИТЕЛЬ ТРУБОПРОВОДА, содержащий пару соединенных гибкими перемычками симметрично расположенных относительно трубопровода балластных грузов, на внутренних поверхностях которых в верхней их части образованы скосы, отличающийся тем, что последние пересекаются с наружными поверхностями грузов под острым углом, а с внутренними поверхностями образуют угол 90^° +θ, причем α ≅ θ ≅ 35^° - для трубопроводов диаметром не менее 1000 мм и α ≅ θ ≅ 45^° - для трубопроводов диаметром меньше 1000 мм и не менее 720 мм, где α - угол развала балластных грузов на трубопроводе относительно вертикали.