УТЯЖЕЛИТЕЛЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ БЛОЧНЫЙ УББ И КОМБИНИРОВАННЫЙ ПОЯС ДЛЯ УТЯЖЕЛИТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F16L1/06 

Изобретение относится к строительству и может найти применение при прокладке магистральных трубопроводов в обводненных районах, болотах, а также во всех случаях, когда необходимо снизить положительную плавучесть протяженных цилиндрических тел.

Из уровня техники известен сборный утяжелитель трубопровода, включающий симметрично расположенные относительно трубопровода балластные блоки и связывающую их навесные на трубопроводе гибкие перемычки, концы которых продеты в выполненные в блоках наклонные отверстия и зафиксированы на обращенных от трубопровода поверхностях блоков (SU 552060 А, 1975).

Недостатком известного утяжелителя является то, что при изменении натяжения гибкой перемычки, например при выпучивании трубопровода от действия активных грунтовых сил или при его продольных перемещениях от перепада температур, гибкая перемычка перемещается совместно с трубопроводом, что приводит к повреждению его изоляции или повреждению утяжелителя.

Из уровня техники известен сборный утяжелитель трубопровода, в котором решается задача предотвращения нарушения изоляции трубопровода при изменении натяжения гибкой перемычки.

Это достигается тем, что трубопровод в месте установки утяжелителя снабжен хомутом, а гибкая перемычка выполнена из двух параллельных ветвей, концы которых закреплены на противоположных сторонах хомута, при этом каждая ветвь перемычки на участке схождения с хомута снабжена шарнирным узлом, установленным неподвижно относительно хомута в направлении продольной оси трубопровода (SU 690230 А, 10.10.1979). В известном техническом решении при вспучивании трубопровода от действия активных грунтовых сил балластные блоки за счет низкого расположения центра тяжести поворачиваются своими верхними концами от продольной оси трубопровода, усиливая натяжение ветвей. То же самое имеет место при перемещениях трубопровода в вертикальной плоскости под воздействием перепада температур. При этом усиление натяжения перемычки не отражается на изоляции трубопровода. Однако при продольных перемещениях трубопровода от эксплуатационных нагрузок известному решению присущи недостатки предшествующего аналога.

Известен способ балластировки и закрепления трубопровода в траншее, в котором решается задача исключения повреждения изоляции трубопровода при его линейных подвижках (SU 1330394 А1, 15.08.1987).

Задача решается тем, что бетонные утяжелители устанавливают на трубопроводе группами и по концам групп свободно установленных утяжелителей размещают дополнительные разъемные утяжелители, которые закрепляют на трубопроводе посредством резьбового соединения полуколец разъемных утяжелителей. Недостатком этого решения является возможность повреждения изоляции трубопровода, поскольку обжатие трубопровода разъемными утяжелителями не устраняет их относительный сдвиг при возникновении продольных эксплуатационных усилий в трубопроводе, когда сила лобового сопротивления грунта засыпки трубопровода препятствует продольному перемещению группы утяжелителей совместно с трубопроводом.

Известен утяжелитель трубопровода, содержащий пару V-образно расположенных балластных блоков со сквозным отверстием в каждом из блоков, подвешенных на трубопроводе посредством пары силовых поясов, при этом грунт засыпки размещается в пространстве между расположенными V-образно бетонными блоками.

Силовые пояса представляют собой гибкий кольцевой элемент, помещенный в сквозные отверстия и зафиксированный в них.

В каждом блоке выполнена пара сквозных отверстий, расположенных в одной плоскости на его торцовых стенках. При этом отверстия каждого блока выполнены в виде расширяющейся от трубопровода сквозной полости, а каждый из блоков снабжен заглушкой, фиксирующей помещенный в сквозное отверстие гибкий элемент. Взаимодействующие поверхности сквозного отверстия и заглушки выполнены коническими. Для исключения расфиксации гибкого элемента при взаимодействии блоков с грунтом засыпки траншеи нижняя часть каждого блока имеет форму клина (SU 1675610 А1, 07.09.1991). Известный утяжелитель позволяет более полно вовлекать грунт засыпки траншеи в работу по пригрузу трубопровода благодаря V-образному расположению балластных блоков. Однако известное решение обладает всеми указанными ранее недостатками, касающимися повреждения изоляции трубопровода. Кроме того, клиновая форма нижней части балластных блоков приводит к смещению трубопровода вниз в вертикальной плоскости при его укладке на болотах и в разжиженных грунтах, поскольку трубопровод обладает отрицательной плавучестью, согласно требованию нормативной документации (например, см. СНИП 2.05.06.-86, п.8.30).

Выполнение отверстий в блоках клиновидными обусловлено необходимостью фиксации концов гибких элементов в блоках, однако отверстия сужаются от наружной поверхности блоков к трубопроводу, что не исключает контакта гибких элементов с краями отверстий, при этом гибкие элементы могут быть повреждены краями конических отверстий.

Из уровня техники известен сборный железобетонный утяжелитель охватывающего типа УБО, предназначенный для балластировки трубопроводов диаметром от 529 до 1420 мм, проходящих через болота, обводненные участки и поймы рек (ТУ 102-300-81, Москва, Миннефтегазстрой, ВНИИСТ, 1990). Утяжелитель содержит два железобетонных блока и два соединяющих их металлических, защищенных изоляционным покрытием пояса. Металлические пояса изготавливают посредством сварки из стали. Изоляционную защиту металлических соединительных поясов выполняют наматыванием в два слоя с натяжением липкой ленты. Разрешается применять вместо металлических поясов мягкие пояса из синтетических материалов. Концы соединительных поясов закрепляют на отогнутых концах арматурной стали, забетонированной в блоки. Навешивание утяжелителей на трубопровод производят в собранном виде с закрепленными на торцах блоков поясами. Перед навешиванием утяжелителей на трубопровод под соединительные пояса укладывают коврики из двух слоев защитной обертки шириной 500 мм. Длина каждого коврика обеспечивает свисание его концов на 200 мм с обеих сторон ниже горизонтального диаметра трубопровода. Навешивание утяжелителей осуществляют посредством специальных траверс.

Недостатком данного утяжелителя является незначительное вовлечение в работу грунта засыпки. При продольных перемещениях трубопровода пояса перемещаются совместно с трубопроводом и занимают наклонное положение относительно бетонных блоков. При этом происходит разрушение изоляции металлических соединительных поясов, разрушение мягких поясов или вырыв крюков крепления поясов, то есть разрушение бетонных блоков. Кроме того, при групповой установке утяжелителей на трубопровод между торцами утяжелителей возникает значительный зазор, поскольку из торцовых поверхностей выступают крюки, посредством которых соединительные пояса крепятся к бетонным блокам. Вследствие наличия зазоров между торцами утяжелителей грунт засыпки используется нерационально, он перетекает под утяжелители.

Наиболее близким к заявленному является утяжелитель трубопровода, известный из SU 1244421 А2, 15.07.1986. Известный утяжелитель содержит пару балластных грузов, плоские направленные навстречу друг другу поверхности которых взаимодействуют с трубопроводом и к которым шарнирно присоединены наложенные сверху трубопровода гибкие перемычки. Каждый балластный груз снабжен упорной накладкой на нижней части плоской поверхности, а каждый из шарниров присоединения перемычек к грузу размещен ниже его центра тяжести, при этом сами перемычки выполнены с длиной, обеспечивающей взаимодействие накладок с поверхностью трубы ниже ее оси. Грузы на обращенных друг к другу поверхностях выполнены в верхней части со скосами, образующими V-образный развал. Монтажные скобы располагаются на наружных поверхностях грузов. После установки утяжелителя на трубопровод и “закусывания” им трубы (благодаря расположению их центров тяжести выше шарниров присоединения перемычек к грузам) трубопровод воспринимает также балластный вес грунта засыпки. При этом в объеме между грузами над трубопроводом находится также грунт засыпки траншеи, приходящийся на образующие V-образный развал скосы грузов. Благодаря этому возможно увеличение объема грунта между грузами, участвующего в пригрузе трубопровода. При увеличении объема балластного грунта над трубопроводом в объеме между балластными грузами сохраняется неизменным создаваемый последними “закусывающий” трубу момент сил. Недостаток этого технического решения также заключается в повреждении изоляции трубопровода при осевых эксплуатационных подвижках трубопровода.

Анализ работы известных утяжелителей позволяет сделать предположение, что причиной, вызывающей продольное смещение наложенных на трубопровод соединительных поясов, является их поперечное расположение на трубопроводе и значительные силы трения между поясами и наружной поверхностью трубопровода, а также большие удельные давления под поясами на изоляцию трубопровода.

Таким образом, существует задача создания утяжелителя трубопровода, который позволяет использовать существующие технологии изготовления его бетонных блоков и освоенную технологию установки утяжелителей на трубопровод при его балластировке. В то же время в процессе эксплуатации утяжелителей следует исключить возможность повреждения изоляции трубопровода при его продольных эксплуатационных перемещениях, а также возможность повреждения силовых поясов - гибких элементов, соединяющих бетонные блоки. Кроме того, конфигурация последних должна предотвращать самопроизвольное погружение забалластированного трубопровода в разжиженный грунт его основания и вовлекать значительную массу грунта засыпки траншеи в работу по пригружению трубопровода.

Указанная задача решается в заявленном изобретении тем, что утяжелитель железобетонный блочный УББ содержит пару симметрично расположенных относительно трубопровода балластных грузов.

К каждому из грузов ниже его центра тяжести закладными элементами шарнирно на лобовой поверхности грузов присоединены наложенные сверху на трубопровод мягкие пояса - силовые элементы комбинированного пояса. Каждый балластный груз снабжен упорной накладкой из синтетического нетканого материала (НСМ), расположенной на нижней плоской, направленной к трубопроводу и взаимодействующей с ним ниже его горизонтальной осевой плоскости стенке. Мягкие пояса комбинированного пояса расположены Х-образно относительно продольной оси трубопровода и скреплены в своей средней части налагаемой на трубопровод накладкой из технической ткани, при этом мягкие пояса располагаются с расчетным углом между ними.

На лобовых поверхностях грузов выполнены наклонные глухие пазы, в которых размещены шарниры крепления не выступающих за лобовые поверхности грузов концов комбинированного пояса - концов мягких поясов. Для исключения повреждения гибких перемычек комбинированного пояса заходная часть глухих пазов выполнена конической.

Утяжелитель снабжен ковриком из технической ткани, размещенным на трубопроводе под накладкой комбинированного соединительного пояса. Длина коврика обеспечивает свисание его концов с обеих сторон ниже горизонтального диаметра трубопровода и каждый его край располагается под нижним ребром установленного на трубопровод груза.

В частном случае выполнения утяжелителя закладные элементы шарнирного присоединения концов комбинированного пояса и монтажные грузовые петли выполнены из корозионностойкого металла.

Кроме того, указанная задача решается тем, что комбинированный пояс для утяжелителя УББ содержит два соединяющих балластные грузы мягких пояса из синтетического материала. Каждый из мягких поясов изготовлен из многослойной прямоугольной заготовки технической ткани в виде кольца с накладным швом с последующей его прошивкой и формированием грузовых петель продольными строчками. Мягкие пояса располагают Х-образно с расчетным углом между ними и скрепляют в их средней части с накладкой из технической ткани.

Х-образное расположение гибких перемычек - силовых элементов комбинированного пояса обеспечивает приложение растягивающих усилий к накладке со стороны балластных грузов, что облегчает ее относительное перемещение при эксплуатационных осевых подвижках трубопровода.

Наличие на комбинированном поясе накладки технической ткани, опирающейся на коврик, уложенный на трубопровод, и также наличие на комбинированном поясе накладки технической ткани, опирающейся на коврик, уложенный на трубопровод и также выполненный из технической ткани, допускает их продольное относительное перемещение при осевых подвижках трубопровода, что обеспечивает долговечность как комбинированного пояса, так и изоляции трубопровода.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 изображен утяжелитель, установленный на трубопровод, поперечное сечение; на фиг.2 - комбинированный пояс, вид сверху.

Утяжелитель железобетонный блочный УББ содержит пару симметрично расположенных относительно трубопровода 1 балластных грузов 2.

К каждому из грузов 2 ниже его центра тяжести закладными элементами 3 шарнирно на лобовой поверхности 4 грузов присоединены наложенные сверху на трубопровод гибкие перемычки - силовые мягкие пояса 5. Каждый балластный груз снабжен упорной накладкой 6 из технической ткани, расположенной на нижней плоской, направленной к трубопроводу и взаимодействующей с ним ниже его горизонтальной осевой плоскости стенкой 7.

Мягкие пояса 5 комбинированного пояса 8 расположены Х-образно относительно продольной оси трубопровода и скреплены в своей средней части налагаемой на трубопровод накладкой 9, выполненной из технической ткани.

На лобовых поверхностях 4 грузов 2 выполнены наклонные глухие пазы 10, в которых размещены закладные элементы 3 для шарнирного крепления не выступающих за лобовые поверхности грузов узлов крепления поясов 5. Для исключения повреждения мягких поясов комбинированного пояса 8 заходная часть 11 глухих пазов 10 выполнена конической.

Утяжелитель снабжен ковриком 12 - дополнительной накладкой из НСМ, размещенной на трубопроводе под накладкой 9 комбинированного соединительного пояса и балластными грузами. В частном случае выполнения утяжелителя закладные элементы 3 шарнирного присоединения концов комбинированного пояса выполнены из корозионностойкого металла.

Комбинированный пояс для утяжелителя УББ содержит два соединяющих балластные грузы мягких пояса из синтетического материала. Каждый из мягких поясов 5 изготовлен из многослойной прямоугольной заготовки технической ткани в виде кольца с накладным швом с последующей прошивкой кольца и формированием грузовых петель продольными строчками. Мягкие пояса 5 располагаются X-образно и скрепляются в их средней части с накладкой из нетканого синтетического материала (НСМ).

Из полосы образуют кольцо с замковым нахлестом, складывают его в полотенце, сшивают замок и прошивают продольной скрепляющей строчкой оба слоя, что обеспечивает формирование грузовых петель 13 и удобство обращения с мягким поясом как единым полотенцем расчетной длины.

Силовые пояса складывают Х-образно с обеспечением расчетного угла между ними и соединяют в средней части, после чего на нее укладывают накладку 9, изготовленную из НСМ, и сшивают ее с мягкими поясами.

Предложенная конструкция комбинированного пояса позволяет использовать для перемычки различные синтетические материалы, удовлетворяющие эксплуатационным требованиям, что снижает металлоемкость утяжелителя, трудозатраты при монтаже, исключает необходимость дополнительной защиты от коррозии и повреждение изоляционного покрытия трубопровода, повышает долговечность конструкции и трубопровода в целом.

Каждый балластный груз 2 выполнен в виде тела с высоко расположенным центром тяжести относительно узла крепления к нему комбинированного пояса, а каждый закладной элемент 3, образующий шарнирное соединение с грузовыми петлями 13 мягких поясов 5, размещен ниже его центра тяжести и расположен на его лобовой поверхности 8. Силовые мягкие пояса 5 выполнены с длиной, обеспечивающей взаимодействие упорных накладок 6 балластных грузов 2 с поверхностью трубопровода 1 ниже его горизонтальной осевой плоскости.

Предварительно оба груза 2 утяжелителя поднимают краном с помощью траверсы в положение, удобное для закрепления мягких поясов, для чего используют монтажные петли 14, закрепленные на наружной относительно трубопровода боковой поверхности грузов, выполненные из коррозионно-стойкого материала и размещенные в верхней части грузов. Затем грузовые петли 13 мягких поясов соединяют с закладными элементами 3.

Монтируют утяжелитель на трубопровод в сборе с помощью траверсы. При этом расстояние на траверсе между креплениями грузовых тросов превышает длину мягких поясов, что обеспечивает раскрытие грузов и их свободную установку на трубопровод с последующей самоцентровкой утяжелителей на трубопроводе.

Работает утяжелитель следующим образом. Весом двух грузов он создает вертикальное усилие пригружения трубопровода. Одновременно с этим тем же весом, благодаря развернутому положению балластных грузов и высокому положению их центров тяжести, образуются усилия на накладках 6 и грузы занимают развернутое V-образное положение согласно фиг.1. При этом в объеме между грузами над трубопроводом находится грунт засыпки, располагающийся в V-образном объеме на скосах 15 грузов 2. Благодаря этому возможно увеличение пригружающего трубопровод усилия со стороны утяжелителя.

При групповой установке утяжелителей на трубопровод лобовые поверхности балластных грузов соседних утяжелителей смыкаются беззазорно друг с другом благодаря расположению “впотай” на лобовых поверхностях грузов шарнирных связей закладных элементов и мягких поясов, что устраняет просыпание грунта засыпки. При групповой установке на трубопроводе утяжелителей между скосами их внутренних поверхностей образуется V-образный канал, в котором размещается грунт засыпки, в результате чего повышается эффективность балластировки трубопровода.

При возникновении продольных эксплуатационных перемещений трубопровода значительно снижается их влияние на сохранность комбинированного пояса и утяжелителей, поскольку в его Х-образно расположенных мягких поясах возникают растягивающие накладку 9 усилия, соединяющая мягкие пояса накладка 9 значительно увеличивает опорную поверхность комбинированного пояса на трубопровод и снижает удельные давления.

Грузы 2 защемлены грунтом засыпки и их опирающиеся на трубопровод стенки 7, вследствие наличия на них упорных накладок 6 свободно проскальзывают по поверхности трубопровода, не повреждая его изоляционное покрытие. Изобретение устраняет повреждения мягких поясов, а также вырыв элементов крепления поясов и разрушение балластных грузов.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении и эксплуатации магистральных трубопроводов, когда необходимо снизить положительную плавучесть протяженных цилиндрических тел. Утяжелитель содержит пару симметрично расположенных относительно трубопровода балластных грузов, к каждому из которых ниже его центра тяжести шарнирно на лобовой поверхности грузов присоединены наложенные сверху на трубопровод силовые элементы комбинированного пояса. Каждый балластный груз снабжен упорной накладкой из синтетического нетканого материала (НСМ), расположенной на нижней плоской, направленной к трубопроводу и взаимодействующей с ним ниже его горизонтальной осевой плоскости стенке. Мягкие пояса комбинированного пояса расположены Х-образно относительно продольной оси трубопровода и скреплены в своей средней части налагаемой на трубопровод накладкой из технической ткани. Мягкие пояса располагаются с расчетным углом между ними. Для исключения повреждения гибких перемычек комбинированного пояса заходная часть глухих пазов выполнена конической. Повышает надежность трубопровода. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Утяжелитель железобетонный блочный УББ, содержащий пару снабженных монтажными петлями и симметрично расположенных относительно трубопровода балластных грузов, к каждому из которых ниже его центра тяжести закладными элементами шарнирно на лобовой поверхности грузов присоединены наложенные сверху на трубопровод гибкие перемычки, а каждый балластный груз на нижней плоской и направленной к трубопроводу взаимодействующей с ним ниже его горизонтальной осевой плоскости стенке снабжен упорной накладкой, отличающийся тем, что гибкие перемычки выполнены в виде мягких поясов, расположены Х-образно относительно продольной оси трубопровода, с расчетным углом между мягкими поясами, скреплены в своей средней части налагаемой на трубопровод накладкой с образованием единого комбинированного пояса, при этом на лобовых поверхностях грузов выполнены наклонные глухие пазы, в которых размещены не выступающие за лобовые поверхности грузов шарниры узлов крепления концов комбинированного пояса, причем для исключения повреждения последнего заходная часть глухих пазов выполнена конической.2. Утяжелитель по п.1, отличающийся тем, что снабжен ковриком из НСМ, размещенным на трубопроводе под накладкой комбинированного соединительного пояса, при этом длина коврика обеспечивает свисание его концов с обеих сторон ниже горизонтального диаметра и защиту изоляции трубопровода от воздействия опирающейся на трубопровод поверхности каждого из балластных грузов утяжелителя.3. Утяжелитель по п.1, отличающийся тем, что монтажные петли и закладные элементы узлов шарнирного присоединения к балластным грузам концов комбинированного пояса выполнены из корозионно-стойкого металла.4. Комбинированный пояс для утяжелителя УББ, содержащий два соединяющих балластные грузы мягких пояса из синтетического материала, каждый из которых изготавливают из многослойной прямоугольной заготовки технической ткани в виде кольца с накладным швом и формированием грузовых петель, отличающийся тем, что для снижения влияния продольных перемещений трубопровода на долговечность мягких поясов, последние располагают Х-образно с расчетным углом между поясами и скрепляют в их средней части с накладкой, выполненной из технической ткани.