НАПОРНЫЙ ПУЛЬПОВОД Российский патент 2005 года по МПК F16L1/24 F16L3/00 

Изобретение относится к гидротранспорту минерального сырья, а именно к напорным пульповодам, эксплуатируемым в сейсмически опасных районах.

Известны напорные пульповоды, состоящие из труб, жестко соединенных между собой фланцевыми соединениями (Спиваковский А.О., Дьяков В.К. Транспортные машины. М.: Машиностроение, 1983, с.405, рис.15.5).

Однако недостатком известных напорных пульповодов является ненадежность их эксплуатации в сейсмически опасных районах из-за возможных разрывов пульповодов при возникновении в них колебательных процессов, вызванных сейсмической активностью в регионе прокладки пульповода.

Известен напорный пульповод (прототип), состоящий из труб, жестко соединенных между собой связующими элементами, и опор, размещенных на земной поверхности (Покровская В.Н. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. М.: Недра, с.121, рис.10.4, г).

Недостатком известной конструкции напорного пульповода является возможность его разрушения при вынужденных колебаниях, вызванных природными и техногенными причинами. К природным причинам относятся землетрясения, оползни, ветровые воздействия, к техногенным - прорыв водохранилищ, военные действия, сопровождаемые взрывами, взрывные работы в мирное время и другие факторы, вызывающие колебания почвы.

При этом колебания почвы, передающиеся на пульповод, могут быть как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, а также в обоих направлениях одновременно. Осложняющим фактором является наличие нескольких очагов колебаний, одновременно или разновременно возникающих в различных точках по длине пульповода.

При достаточно жестком способе соединения труб, формирующих пульповод, в последнем при распространении волн колебаний и накладывании их одну на другую возможен сложный колебательный процесс с резонансными явлениями, параметры которого практически не поддаются математическому описанию из-за сложности физической модели. А это делает невозможным обоснованно выбирать конструктивные параметры пульповода, адекватно соответствующие реально возникающим нагрузкам в его элементах.

Задачей изобретения является повышение надежности эксплуатации пульповода за счет исключения влияния на составные элементы пульповода - трубы - колебаний смежных с ними элементов и сведения расчетной физической модели к нагруженной возмущающими силами однопролетной балке на двух шарнирных опорах.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в напорном пульповоде, включающем трубы, соединительные элементы, опоры для труб, согласно изобретению каждая опора снабжена коромыслом, которое в своей средней части шарниром соединено с опорой, а своими свободными концами связано шарнирами с концами смежных труб, при этом каждый соединительный элемент содержит эластичную муфту, модуль упругости материала принят меньше модуля упругости материала самих труб.

В одном случае эластичная муфта охватывает снаружи концы смежных труб и прикреплена к ним с помощью бандажей, при этом с внутренней стороны в своей средней части муфта снабжена приливом, размещенным между торцами смежных труб и выполненным заподлицо с внутренней поверхностью труб.

В другом случае эластичная муфта выполнена Т-образной формы в поперечном сечении и размещена между торцами смежных труб, снабженных ориентированными наружу кольцевыми выступами, а к концам труб с помощью бандажей прикреплены прогнутые навстречу друг другу фланцы лепестковой формы из листовой пружинной стали, соединенные между собой болтами и прижатые к скошенным наружу относительно труб их кольцевым выступам и боковым наружным кромкам муфты.

Напорный пульповод представлен на фиг.1, вид сбоку; на фиг.2 - вариант выполнения стыка труб в виде эластичной муфты; на фиг.3 - вариант выполнения стыка труб в виде эластичного фланцевого соединения; на фиг.4 - вид А по фиг.3.

Напорный пульповод состоит (фиг.1) из труб 1, связанных между собой в единую линию эластичными соединительными элементами 2. В зоне каждого стыка смежные трубы 1 опираются на опору 3, снабженную коромыслом 4, которое в своей средней части шарниром 5 соединено с опорой 3, а свободными концами соединено шарнирами 6 и 7 с концами смежных труб 1.

Соединительный элемент может быть выполнен (фиг.2) в виде эластичной муфты 8, выполненной, например, из полиэтилена или другого аналогичного материала. Муфта 8 снаружи охватывает концы смежных труб 1. Муфта 8 к концам труб 1 прикреплена бандажами 9 и 10, а с внутренней стороны в своей средней части выполнена приливом 11, размещенным между торцами смежных труб 1 и выполненным заподлицо с внутренней поверхностью труб 1.

Соединительный элемент в другом случае может содержать (фиг.3, 4) размещенную между торцами смежных труб 1, снабженных ориентированными наружу кольцевыми выступами 12 и 13, муфту 14 из эластичного материала, например полиэтилена, имеющую Т-образную форму в поперечном сечении, а к концам труб 1 с помощью бандажей 15 и 16 прикреплены прогнутые навстречу друг другу фланцы 17 и 18 лепестковой формы из листовой пружинной стали, соединенные между собой болтами 19 и прижатые к скошенным наружу относительно труб 1 кольцевым выступам 12, 13 и боковым кромкам муфты 14.

При этом модуль упругости материала муфты 8 (фиг.2) и муфты 14 (фиг.3, 4), являющихся переходными связующими элементами между трубами 1, принят меньше модуля упругости материала самих труб 1.

Напорный пульповод действует следующим образом. При возникновении колебаний пульповода, вызванных природными или техногенными причинами, или при совместном воздействии обоих факторов, колебания, возникающие в различных точках по длине пульповода, не распространяются вдоль него. Благодаря эластичному соединению труб между собой волны не распространяются вдоль пульповода, а зона их действия ограничивается соответствующим пролетом трубы между опорами 3. Эластичные соединительные элементы 2 труб 1 препятствуют прохождению волны от одной трубы к другой. Это обеспечивается благодаря тому, что при колебаниях смежных труб 1 волны колебаний гасятся в эластичных соединительных элементах 2, т.к. модуль упругости материала, из которого выполнены переходные элементы - муфты 8 или 14, приняты меньше модуля упругости материала труб 1, формирующих нитку пульповода, а концы труб 1 могут свободно поворачиваться друг относительно друга благодаря их опиранию на балансир 4, который шарнирами 6 и 7 связан с самими трубами 1 и шарниром 5 - с опорой 3.

Поскольку принятая конструкция соединительных элементов обеспечивает схему нагружения трубы 1, соответствующую однопролетной балке на двух шарнирных опорах, расчет параметров и проектирование элементов пульповода не вызывает затруднений, т.к. расчет может быть произведен с использованием известных методик строительной механики.

Кроме того, помимо возможности достаточно точного прогнозирования нагрузок на конструктивные элементы пульповода, величина самих нагрузок существенно снижается, т.к. на них не накладываются дополнительные нагрузки, вызванные влиянием колебательных процессов, происходящих в смежных с расчетным пролетом трубы участках пульповода, в том числе резонансных явлений.

Отличительные признаки изобретения позволяют существенно повысить ресурс отдельных элементов пульповода и надежность эксплуатации пульповода в целом за счет исключения влияния смежных с расчетным пролетом трубы участков пульповода и сведения расчетной физической модели к нагруженной возмущающими силами однопролетной балке на двух шарнирных опорах.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется при сооружении и эксплуатации трубопроводов в сейсмически опасных районах. Напорный пульповод содержит соединительные элементы и опоры для труб. Каждая опора снабжена коромыслом, в своей средней части соединенным шарниром с опорой, а свободными концами соединенным шарнирно с концами смежных труб. Каждый соединительный элемент выполнен в виде эластичной муфты, модуль упругости материала которой принят меньше модуля упругости материала труб. Даны различные формы выполнения соединительных элементов труб. Повышает надежность пульповода. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Напорный пульповод, включающий трубы, соединительные элементы, опоры для труб, отличающийся тем, что каждая опора снабжена коромыслом, которое в своей средней части шарниром соединено с опорой, а своими свободными концами связано шарнирами с концами смежных труб, при этом каждый соединительный элемент содержит эластичную муфту, модуль упругости материала принят меньше модуля упругости материала самих труб.2. Напорный пульповод по п.1, отличающийся тем, что эластичная муфта охватывает снаружи концы смежных труб и прикреплена к ним с помощью бандажей, при этом с внутренней стороны в своей средней части муфта снабжена приливом, размещенным между торцами смежных труб и выполненным заподлицо с внутренней поверхностью труб.3. Напорный пульповод по п.1, отличающийся тем, что эластичная муфта выполнена Т-образной формы в поперечном сечении и размещена между торцами смежных труб, снабженных ориентированными наружу кольцевыми выступами, а к концам труб с помощью бандажей прикреплены прогнутые навстречу друг другу фланцы лепестковой формы из листовой пружинной стали, соединенные между собой болтами и прижатые к скошенным наружу относительно труб их кольцевым выступам и боковым наружным кромкам муфты.