УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКЛАДКИ КОММУНИКАЦИИ НА ДНО ВОДОЕМА Российский патент 2001 года по МПК F16L1/225 

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для укладки коммуникаций на дно водоема, и может быть использовано при сооружении переходов инженерных и транспортных коммуникаций, например магистральных трубопроводов для транспортировки нефти или газа через водные преграды.

Известно устройство для укладки подводных трубопроводов, которое содержит соединенную с сопровождающим судном полую штангу, размещенные на штанге роликовые опоры для взаимодействия с трубопроводом и источник для подачи рабочего агента под давлением (см., например, авт. св. СССР N1161771, кл. F 16 L 1/18, опубл. 1985).

В известном устройстве поддержание трубопровода при укладке его на дно водоема в определенном положении осуществляется путем обеспечения положительной плавучести отдельного его участка за счет герметизации участка трубопровода и подачи в этот участок рабочего агента под давлением. К недостаткам указанного устройства можно отнести относительно низкую надежность его работы, которая вызвана тем фактом, что практически невозможно обеспечить герметизацию двух взаимно перемещающихся узлов (трубопровод и опоры), имеющих большой диаметр и неровную поверхность взаимодействия. Кроме того, к недостаткам известного устройства можно отнести невозможность его повторного использования при укладке трубопровода отличного от первоначального диаметра.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для укладки коммуникации на дно водоема, которое содержит трубчатый полый корпус с направляющим приспособлением для поддержания коммуникации, расположенное на конце головной части корпуса приспособление для присоединения корпуса к плавучему средству и приспособление для изменения угла наклона корпуса (см., например, В.И. Минаев "Машины для строительства магистральных трубопроводов", М.: Недра, 1985, с. 424 - 426, рис. 6.19.).

Известное устройство частично устраняет недостатки описанного выше аналога за счет того, что может быть использовано при укладке коммуникаций различного диаметра, а также имеет более высокую эксплуатационную надежность. К недостаткам известного устройства можно отнести достаточно высокие изгибные напряжения в прокладываемой коммуникации особенно при изменении глубины водоема. При изменении рельефа дна водоема (изменении расстояния между плавучим средством и дном траншей, в которую укладывают коммуникацию) в силу конструктивных особенностей устройства его трубчатый полый корпус практически не изменяет своего положения в пространстве. Указанное обстоятельство может привести к возникновению в прокладываемой коммуникации опасных изгибных напряжений, которые могут привести к повреждению трубопровода как во время его укладки, так и после укладки в период эксплуатации.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию такого устройства для укладки коммуникации на дно водоема, которое позволяло бы повысить эксплуатационную надежность уложенной коммуникации за счет снижения вероятности ее повреждения. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в снижении величины изгибных напряжений в коммуникации при ее укладке на дно водоема с изменяющимся рельефом.

Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для укладки коммуникации на дно водоема, включающем трубчатый полый корпус с направляющим приспособлением для поддержания коммуникации, расположенное на конце головной части корпуса приспособление для присоединения корпуса к плавучему средству и приспособление для изменения угла наклона корпуса, последнее выполнено в виде перегородок, разделяющих по длине полость корпуса на отсеки, при этом полости смежных отсеков сообщены между собой посредством перепускного канала, который выполнен в нижней части соответствующей перегородки, причем отсек, который расположен в головной части корпуса, выполнен с приспособлением для сообщения его полости с атмосферой и/или с источником для подачи рабочего агента под давлением, а отсек, который расположен в хвостовой части корпуса, выполнен с приспособлением для сообщения его полости с водоемом.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что корпус выполнен с расположенным на конце его хвостовой части приспособлением для присоединения рабочего органа.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что рабочий орган выполнен в виде плуга для образования траншеи на дне водоема.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что рабочий орган имеет приспособление для засыпки уложенной в траншею коммуникации.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что каждый перепускной канал образован внутренней поверхностью стенки корпуса и торцевой поверхностью соответствующей перегородки.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для сообщения полости отсека, который расположен в головной части корпуса, с атмосферой и/или с источником для подачи рабочего агента под давлением выполнено в виде расположенного в верхней части корпуса канала и установленного на входе в указанный канал распределительного элемента.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для сообщения полости отсека, который расположен в хвостовой части корпуса, с водоемом выполнено в виде расположенного в нижней части корпуса канала и установленного на входе в указанный канал запорного элемента.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что корпус выполнен в виде по меньшей мере двух трубчатых элементов, которые расположены параллельно и жестко соединены между собой.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что трубчатые элементы соединены между собой с помощью направляющего приспособления для поддержания коммуникации.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что направляющее приспособление для поддержания коммуникации выполнено с роликовыми элементами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство для укладки коммуникации на дно водоема; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - головная часть корпуса с приспособлением для его присоединения к плавучему средству; на фиг. 4 - устройство для укладки коммуникации на дно водоема в транспортном положении; на фиг. 5 - то же, при переводе его в рабочее положение; на фиг. 6 - то же, в рабочем положении; на фиг. 7 - вариант выполнения устройства с рабочим органом в виде плуга.

Устройство для укладки коммуникации на дно водоема содержит трубчатый полый корпус 1. Корпус 1 может быть выполнен, например, в виде трубчатого элемента, который образован герметично соединенными между собой по торцам с помощью неразъемного соединения звеньями труб. На открытых торцах крайних звеньев, образующих трубчатый элемент, расположены заглушки 2, которые соединены с соответствующими звеньями труб с помощью неразъемного соединения, например, посредством сварки и герметизируют полость трубчатого элемента. Корпус 1 может быть образован одним трубчатым элементом или двумя (фиг. 2 и 3) и более трубчатыми элементами (на чертежах не изображены).

Трубчатые элементы, образующие корпус 1, должны быть расположены параллельно друг другу и симметрично относительно продольной оси симметрии устройства.

Трубчатые элементы, образующие корпус 1, могут быть жестко соединены между собой, например, с помощью специальных соединительных звеньев (на чертежах не изображены). Корпус 1 выполнен с направляющим приспособлением 3 для поддержания коммуникации 4. Указанное направляющее приспособление 3 может быть выполнено, например, в виде желоба, длина которого соответствует длине корпуса 1 (фиг. 2), или в виде отдельных секций желоба (фиг. 3), которые равномерно расположены по длине корпуса 1. При варианте конструктивного выполнения устройства, при котором корпус 1 выполнен в виде, по меньшей мере, двух трубчатых элементов, последние могут быть соединены между собой с помощью направляющего приспособления 3 (фиг. 2 и 3) для поддержания коммуникации 4.

В этом случае направляющее приспособление 3 для поддержания коммуникации 4 выполняет дополнительные функции специальных соединительных звеньев, которые осуществляют соединение трубчатых элементов корпуса 1 между собой. Направляющее приспособление 3 для поддержания коммуникации 4 может быть выполнено с роликовыми элементами 5, которые установлены на направляющем приспособлении 3 с возможность вращения и взаимодействия своей рабочей поверхностью с наружной поверхностью коммуникации 4. В конце головной части корпуса 1 расположено приспособление 6 для его присоединения к плавучему средству 7. Приспособление 6 для присоединения корпуса 1 к плавучему средству 7 может быть выполнено, например, в виде проушин, которые жестко закреплены на соответствующей заглушке 2 или на соответствующем конце звена трубчатого элемента корпуса 1.

Указанное приспособление 6 может иметь любую известную конструкцию, которая обеспечивает возможность соединения головной части корпуса 1 с плавучим средством 7 и перемещения хвостовой части корпуса 1 в вертикальной плоскости. На корпусе плавучего средства 7 могут быть выполнены аналогичные проушины 8, которые с помощью пальца 9 соединяются с проушинами приспособления 6.

Устройство содержит приспособление для изменения угла наклона корпуса 1, которое выполнено в виде перегородок 10, разделяющих по длине полость трубчатого полого корпуса 1 на отсеки 11. Полости смежных отсеков 11 сообщены между собой посредством перепускного канала 12, который выполнен в нижней части соответствующей перегородки 10. Каждая перегородка 10 жестко соединена с трубчатым элементом корпуса 1 посредством неразъемного соединения, например, с помощью сварки. Перепускной канал 12 может быть образован внутренней поверхностью стенки корпуса 1 и торцевой поверхностью соответствующей перегородки 10.

Проходное сечение перепускного канала 12 может иметь любую форму, например, форму сегмента (фиг. 1) или форму круга (фиг. 2). Отсек 11, который расположен в головной части корпуса 1, выполнен с приспособлением 13 для сообщения его полости с атмосферой и/или с источником 14 для подачи рабочего агента под давлением. Указанное приспособление 13 может иметь любую известную конструкцию, обеспечивающую возможность изоляции или выборочного соединения полости расположенного в головной части корпуса 1 отсека 11 или с атмосферой, или с источником 14 для подачи рабочего агента под давлением. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором приспособление 13 для сообщения полости отсека, который расположен в головной части корпуса 1, с атмосферой и/или с источником 14 для подачи рабочего агента под давлением выполнено в виде расположенного в верхней части корпуса 1 канала 15 и установленного на входе в указанный канал 15 распределительного элемента 16 (фиг. 1).

Распределительный элемент 16 может быть выполнен в виде, например, кранового или золотникового пневмораспределителя с дистанционным управлением его исполнительным органом, что позволяет осуществлять управление с пульта (на чертежах не изображен), расположенного на плавучем средстве 7. В качестве источника 14 для подачи рабочего агента под давлением может быть использован установленный на плавучем средстве 7 компрессор. Отсек 11, который расположен в хвостовой части корпуса 1, выполнен с приспособлением 17 для сообщения его полости с водоемом. Указанное приспособление 17 может иметь любую известную конструкцию, обеспечивающую возможность изоляции или соединения полости расположенного в хвостовой части корпуса 1 отсека 11 с водоемом.

Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором приспособление 17 для сообщения полости расположенного в хвостовой части корпуса 1 отсека 11 с водоемом выполнено в виде расположенного в нижней части корпуса канала 18 (фиг. 1) и установленного на входе в указанный канал 18 запорного элемента 19. Запорный элемент 19 может быть выполнен, например, в виде кранового или золотникового распределителя с дистанционным управлением его исполнительного органа, что позволяет осуществлять управление с пульта (на чертежах не изображен), расположенного на плавучем средстве 7.

Корпус 1 может быть выполнен с расположенным на конце его хвостовой части приспособлением 20 для присоединения рабочего органа 21 (фиг. 1 и 6). Указанное приспособление 20 может иметь любую известную конструкцию, которая обеспечивает возможность соединения хвостовой части корпуса 1 с рабочим органом 21 и сохранение ориентации рабочего органа 20 при изменении положения корпуса 1. Приспособление 20 может быть выполнено, например, в виде жестко закрепленных на корпусе 1 проушин (фиг. 1). На корпусе рабочего органа 21 могут быть выполнены аналогичные проушины (на чертежах не изображены), которые с помощью пальца (на чертежах не изображен) соединяются с проушинами приспособления 20.

Рабочий орган 21 предназначен для образования траншей на дне водоема и может иметь любую известную конструкцию, обеспечивающую образование выработки. Например, рабочий орган 21 может быть выполнен в виде вращающейся землеройной фрезы (фиг. 6). Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором рабочий орган 21 выполнен в виде плуга (фиг. 7) для образования траншеи на дне водоема. Плуг расположен на хвостовой части корпуса 1 устройства и установлен с возможностью ограниченного поворота в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии устройства.

Рабочий орган 21 может иметь приспособление для засыпки уложенной в траншею коммуникации 4. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде обратного отвала 22 (фиг. 7), который с помощью тяг 23 кинематически связан с рабочим органом 21.

Устройство для укладки коммуникации на дно водоема работает следующим образом.

Устройство для укладки коммуникации на дно водоема транспортируют к месту производства работ. Транспортировка может осуществляться путем погрузки устройства на специальное транспортное средство, например, на самоходное судно или вертолет, или с помощью плавучего средства 7 (фиг. 4). При транспортировке устройства с помощью плавучего средства 7 его корпус 1 с помощью приспособления 6 соединяют с плавучим средством 7. При этом внутреннюю полость корпуса 1 герметизируют путем перевода приспособлений 17 и 13 в закрытое положение, при котором соответственно исполнительный орган запорного элемента 19 перекрывает канал 18, а исполнительный орган распределительного элемента 16 - канал 15, что обеспечивает положительную плавучесть устройства за счет находящегося в полости корпуса 1 воздуха. В таком плавучем положении устройство транспортируется плавучим средством 7 по поверхности водоема к месту производства работ по укладке коммуникации 4.

Укладка коммуникации 4 с плавучего средства 7 осуществляется способом последовательного ее наращивания в единую плеть. Плавучее средство представляет собой плавучую строительно-монтажную площадку, на которой осуществляется монтаж звеньев коммуникации 4 в непрерывную нитку укладываемой коммуникации 4. Плавучее средство 7 может быть оборудовано специальными средствами (на чертежах не изображены) для подъема и перемещения секций коммуникации 4, а также для сварки, контроля и изоляции стыков прокладываемой коммуникации 4.

Плавучее средство 7 может быть как самоходным, так и несамоходным. В последнем случае оно перемещается с помощью буксирных катеров (на чертежах не изображены) или расположенной на плавучем средстве 7 тяговой лебедки с тросом (на чертежах не изображена), один конец которого закреплен на берегу. Секции коммуникации определенной длины могут быть смонтированы на берегу, а затем доставлены к плавучему средству 7. Монтаж секций определенной длины может осуществляться и непосредственно на плавучем средстве 7. После транспортировки устройства к месту производства работ осуществляют его перевод в рабочее положение (фиг. 5). Для этого приспособление 17 переводят в открытое положение, при котором исполнительный орган запорного элемента 19 сообщает полость расположенного в хвостовой части корпуса 1 отсека 11 через канал 18 с водоемом. Приспособление 13 также переводят в открытое положение, при котором его исполнительный орган распределительного элемента 16 сообщает полость расположенного в головной части корпуса 1 отсека 11 через канал 15 с атмосферой. Жидкость из водоема поступает через находящееся в отрытом положении приспособление 17 в расположенный в хвостовой части корпуса 1 отсек 11 и далее через перепускные каналы 12 последовательно поступает в остальные отсеки 11 корпуса 1.

При поступлении жидкости в полость корпуса 1 находящийся в полости корпуса 1 воздух вытесняется в атмосферу через приспособление 13. Плавучесть устройства уменьшается по мере заполнения полости корпуса 1 жидкостью и корпус 1 начинает погружаться в водоем. Поскольку корпус 1 с помощью приспособления 6 соединен своей головной частью с плавучим средством 7, то погружение в водоем осуществляет только хвостовая часть корпуса 1. Таким образом, корпус 1 совершает поворот в вертикальной плоскости вокруг продольной оси симметрии пальца 9 и занимает наклонное положение относительно плавучего средства 7. Скорость поворота корпуса 1 может регулироваться путем дросселирования канала 15, которое может осуществляться с помощью исполнительного органа распределительного элемента 16. После перевода корпуса 1 в заданное наклонное положение приспособление 13 переводят в закрытое положение, при котором исполнительный орган распределительно элемента 16 перекрывает канал 15. Затем готовая к прокладке секция коммуникации 4 определенной длины с плавучего средства 7 подается на направляющее приспособление 3 корпуса 1.

По мере поступления секции коммуникации 4 на направляющее приспособление 3 корпуса 1 изменяется плавучесть последнего за счет веса секции прокладываемой коммуникации 4. Для поддержания заданного наклонного положения корпуса 1 при приеме секции коммуникации 4 на направляющее приспособление 3 одновременно с подачей секции 4 повышают плавучесть корпуса 1. Для этого с помощью приспособления 13 полость расположенного в головной части корпуса 1 отсека 11 сообщают с источником 14 для подачи рабочего агента под давлением (фиг. 6). Указанную операцию осуществляют путем перевода исполнительного органа распределительного элемента 16 в положение, при котором источник 14 для подачи рабочего агента под давлением через канал 15 оказывается сообщенным с полостью расположенного в головной части корпуса 1 отсека 11. Поскольку все отсеки 11 последовательно сообщены между собой через перепускные каналы 12, то рабочий агент будет последовательно вытеснять воду из отсеков 11 в водоем через находящееся в открытом положении приспособление 17. Таким образом, поддерживается необходимый наклон корпуса 1 и поддерживаемого с его помощью участка коммуникации 4.

Следует отметить, что воздушные подушки, образующиеся в отсеках 11 корпуса 1 при его наклонном положении выше перепускных каналов 12, позволяют равномерно распределить нагрузку на погружаемую в воду коммуникацию 4 по всей ее длине и, следовательно, избежать появления в ней опасных напряжений в процессе укладки на дно.

Указанные воздушные подушки в отсеках корпуса 1 позволяют задать наиболее оптимальную форму изгиба по длине корпуса 1 и, следовательно, наиболее оптимальную траекторию изгиба участка укладываемой коммуникации 4 в зависимости от глубины водоема. Спуск секции коммуникации 4 осуществляется путем перемещения плавучего средства 7. При изменении рельефа дна водоема изменяют угол наклона корпуса 1 относительно плавучего средства 7 путем перевода приспособления 13 в соответствующее положение, обеспечивающее повышение или понижение плавучести корпуса 1. При этом следует отметить, что указанная операция может производиться в автоматическом режиме путем обеспечения связи исполнительного органа распределительного элемента 16 с датчиком (на чертежах не изображен) для измерения глубины водоема по трассе укладки коммуникации 4.

Работа устройства при укладке коммуникации 4 на дно водоема с одновременным образованием траншей на дне водоема будет осуществляться описанным выше образом.

При перемещении плавучего средства 7 расположенный на конце хвостовой части корпуса 1 рабочий орган 21 образует траншею, в которую опускается коммуникация 4. Разработанный при образовании траншеи грунт может быть использован для засыпки уложенной в траншею коммуникации 4. Засыпка уложенной в траншею коммуникации 4 может быть осуществлена с помощью специального устройства. Наиболее предпочтительным является засыпка уложенной коммуникации 4 с помощью обратного отвала 22, перемещение которого вслед за рабочим органом 21 обеспечивают тяги 23.

Устройство содержит трубчатый полый корпус с направляющим приспособлением, приспособление для присоединения корпуса к плавучему средству и приспособление для изменения угла наклона корпуса. Приспособление для изменения угла наклона корпуса выполнено в виде перегородок, разделяющих по длине полость корпуса на отсеки. Полости смежных отсеков сообщены между собой посредством перепускного канала. Перепускной канал выполнен в нижней части соответствующей перегородки, расположенный в головной части корпуса отсек имеет приспособление для сообщения его полости с атмосферой и/или источником для подачи рабочего агента под давлением, расположенный в хвостовой части корпуса отсек имеет приспособление для сообщения его полости с водоемом. Устройство переводят в рабочее положение, хвостовой отсек заполняют водой, а головной осек соединяют с атмосферой. Устройство погружают по мере заполнения его отсеков. Задают угол наклона устройства, а укладку коммуникации ведут при ее наращивании и перемещении устройства. Изобретение позволяет расширить арсенал технических средств. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для укладки коммуникации на дно водоема, включающее трубчатый полый корпус с направляющим приспособлением для поддержания коммуникации, расположенное на конце головной части корпуса приспособление для присоединения корпуса к плавучему средству и приспособление для изменения угла наклона корпуса, отличающееся тем, что приспособление для изменения угла наклона корпуса выполнено в виде перегородок, разделяющих по длине полость корпуса на отсеки, при этом полости смежных отсеков сообщены между собой посредством перепускного канала, который выполнен в нижней части соответствующей перегородки, причем отсек, который расположен в головной части корпуса, выполнен с приспособлением для сообщения его полости с атмосферой и/или с источником для подачи рабочего агента под давлением, а отсек, который расположен в хвостовой части корпуса, выполнен с приспособлением для сообщения его полости с водоемом. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен с расположенным на конце его хвостовой части приспособлением для присоединения рабочего органа. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен в виде плуга для образования траншеи на дне водоема. 4. Устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что рабочий орган имеет приспособление для засыпки уложенной в траншею коммуникации. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый перепускной канал образован внутренней поверхностью стенки корпуса и торцевой поверхностью соответствующей перегородки. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для сообщения полости отсека, который расположен в головной части корпуса, с атмосферой и/или с источником для подачи рабочего агента под давлением выполнено в виде расположенного в верхней части корпуса канала и установленного на входе в указанный канал распределительного элемента. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для сообщения полости отсека, который расположен в хвостовой части корпуса, с водоемом выполнено в виде расположенного в нижней части корпуса канала и установленного на входе в указанный канал запорного элемента. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде по меньшей мере двух трубчатых элементов, которые расположены параллельно и жестко соединены между собой. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что трубчатые элементы соединены между собой с помощью направляющего приспособления для поддержания коммуникации. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющее приспособление для поддержания коммуникации выполнено с роликовыми элементами.