ТРУБА КОМБИНИРОВАННАЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК F16L9/02 F16L9/14 

Изобретение относится к трубопроводной технике, а именно к трубам с балластным покрытием, используемым при прокладке трубопроводов по дну водоемов.

Известна труба с балластным покрытием, состоящая из центральной стальной трубы с антикоррозионным покрытием, опорного устройства, состоящего из колец с бетонными опорами, распределенных и закрепленных на центральной трубе арматурной проволокой, пропущенной через отверстия и пазы, выполненные в бетонных опорах, металлической цилиндрической оболочки, опирающейся на верхние поверхности бетонных опор, кольцевого пространства, образованного между наружной поверхностью центральной трубы и внутренней поверхностью металлической оболочки, в котором между бетонными опорами введен и затвердел бетон с образованием армированного балластного покрытия [1].

Недостатки известной трубы заключающая в следующем. Металлическая оболочка имеет продольный разъем, является тонкой и съемной, а открытая поверхность балластного покрытия в уложенном на дно водоема трубопроводе подвергается разрушению. Ремонт и замена трубопровода с балластным покрытием являются дорогостоящими. Ввод в полиэтиленовую трубу-оболочку стальной трубы с центрирующими кольцами, включающими бетонные опоры, вызовет повреждение внутренней поверхности трубы вследствие абразивного действия бетона, которое может привести к повреждению или разрушению полиэтиленовой трубы.

Известна теплоизолированная труба с покрытием бетоном в качестве утяжеляющего и гидроизолирующего материала, в которой теплоизолирующий слой отделен от бетонного слоя полиэтиленовой трубой, и бетон помещен в полиэтиленовую трубу и получен после нагнетания цементно-песчаного раствора в кольцевое пространство между трубами, в котором установлено опорно-направляющее устройство [2].

Известна металлопластмассовая труба, которая содержит стальную трубу с размещенной в ней соосно с кольцевым зазором полиэтиленовой трубой. Соосность труб обеспечивается центраторами, размещенными в кольцевом зазоре. Кольцевой зазор заполнен твердой цементной массой [3].

Первый недостаток трубы в том, что она не предназначена для неразъемных соединений при укладке трубопровода. Другой недостаток - необходимость антикоррозионного покрытия стальной трубы, если она изготовлена не из коррозионно-стойкой стали или другого материала, не подверженного коррозии. Конструктивная необходимость поджатия концов внутренней полиэтиленовой трубы к концам металлической трубы не позволяет устанавливать между трубами кольцевой зазор, достаточный для того, чтобы после заполнения цементно-песчаной смесью труба приобрела отрицательную плавучесть и была пригодна для прокладки трубопровода по дну водоема.

Известна труба комбинированная [4], имеющая в кольцевом пространстве центраторы, выполненные в виде незамкнутого кольца, закрепленного на проводящей трубе, имеющего три выступа, контактирующие с внутренней поверхностью оболочки. Недостаток этой трубы в том, что при заполнении кольцевого пространства утяжеляющим материалом полимерная оболочка деформируется под действием веса утяжеляющего материала вследствие небольшой площади опорной поверхности трех опорных выступов.

Известна труба комбинированная [5], имеющая в кольцевом пространстве опорно-направляющее устройство, состоящее из опор, закрепленных на ленте и расположенных на наружной поверхности центральной трубы по винтовой линии. Преимущества такой трубы в том, что опорно-направляющее устройство, размещенное на проводящей трубе по винтовой линии, обеспечивает большее сопротивление изгибу трубы, чем опорно-направляющее устройство в виде распределенных и закрепленных на проводящей трубе кольцевых центраторов с распределенными по кольцу опорами. Недостаток этой комбинированной трубы в том, что опоры, закрепленные на ленте, слабо удерживают оболочку от сдвига относительно поверхности опор при появлении осевой сдвигающей силы.

Известна труба, принятая за прототип, описанная в изобретении на способ [6], состоящая из центральной стальной трубы, трубы-оболочки из полиэтилена, установленной соосно центральной трубе, межтрубного кольцевого пространства, опорно-направляющих центрирующих колец, расположенных и закрепленных на центральной стальной трубе с антикоррозионным покрытием, включающих, по меньшей мере, одну ленту, охватывающую трубу с натяжением, с распределенными и закрепленными на ней центрирующими опорами, имеющими на наружной поверхности, контактирующей с внутренней поверхностью оболочки, входные фаски, и цементно-песчаной смеси с более тяжелыми дополнительными компонентами, затвердевшей после заполнения и выдержки.

Первый недостаток трубы в том, что при вводе центральной трубы с центрирующими кольцами в полиэтиленовую трубу, которая, как правило, имеет отклонения от цилиндричности, возникает значительное давление на поверхностях полиэтиленовых центрирующих опор, контактирующих с внутренней поверхностью полиэтиленовой трубы, и, соответственно, возникает значительная сила трения, создающая при отсутствии смазки опрокидывающий момент на опорах, ухудшающий условия движения и иногда вызывающий местное выпучивание оболочки и даже ее разрыв.

Второй недостаток - прямоугольные опоры, создающие значительное гидравлическое сопротивление движению вязкой утяжеляющей цементно-песчаной или бетонной смеси, и, как следствие, значительный перепад давления смеси перед опорами и за опорами, и возникновение опрокидывающего момента на опорах, способного вызвать их опрокидывание с возможным разрывом крепежных лент.

Третий недостаток этой трубы в том, что опоры, закрепленные на ленте, слабо удерживают оболочку от сдвига относительно поверхности опор при появлении осевой сдвигающей силы, например, при опускании трубы с судна-трубоукладчика на дно водоема.

Три данных недостатка снижают качество комбинированной трубы.

Техническая задача изобретения состоит в создании конструкции комбинированной трубы, обеспечивающей высокое сопротивление опор опрокидывающему моменту и сдвигающей осевой силе, действующей на оболочку, например, при опускании трубы с судна-трубоукладчика на дно водоема.

Задача решена в вариантах конструкции комбинированной трубы, состоящей из проводящей трубы, оболочки, имеющей опорно-направляющие средства, образованные группами пустотелых опор, предпочтительно обтекаемой в осевом направлении формы, выступающих в кольцевое пространство в радиальном направлении до соприкосновения с наружной поверхностью проводящей трубы.

Для снижения массы оболочки и упрощения технологии ее изготовления опоры являются пустотелыми. Для снижения гидравлического сопротивления течению заполняющего кольцевое пространство материала пустотелые опоры имеют обтекаемую форму в сечении плоскостью, параллельной оси трубы.

Для придания комбинированной трубе требуемого сопротивления изгибу опоры образуют группы, имеющие заданное пространственное расположение: группы опор расположены в сечениях, перпендикулярных оси трубы, по винтовой линии с заданным интервалом, при отношении шага винтовой линии к внутреннему диаметру оболочки, выбираемом из значений от 1 до 2; группы опор расположены в сечениях под углом к оси трубы, при этом на некотором расстоянии от торца трубы имеется дополнительная группа опор в количестве три и более, расположенная в плоскости, перпендикулярной оси трубы.

Оболочка может быть составной из нескольких секций, смежные торцы которых соединены герметично, из чередующихся герметично соединенных между собой полиэтиленовых гладких труб и секций с группами опор, расположенных в плоскостях, перпендикулярных оси трубы.

Труба комбинированная может включать стальную проводящую трубу, имеющую антикоррозионное покрытие на наружной поверхности, или проводящую трубу из полимерного материала, например из полиэтилена.

Материал, заполняющий кольцевое пространство, может быть теплоизолирующим или утяжеляющим, если труба имеет одно кольцевое пространство.

Если комбинированная труба имеет одновременно термоизолирующее и утяжеляющее покрытия, то в этом варианте она состоит из проводящей трубы,

первой оболочки с внутренним диаметром, большим наружного диаметра проводящей трубы, и меньшей ее длины, установленной соосно проводящей трубе с образованием первого кольцевого пространства,

первых опорно-направляющих средств для направления при сборке и центрировании первой оболочки относительно проводящей трубы, имеющих опоры, расположенные в кольцевом пространстве,

теплоизоляционного материала, заполняющего первое кольцевое пространство,

второй оболочки с внутренним диаметром, большим наружного диаметра первой оболочки, установленной концентрично первой оболочке с образованием второго кольцевого пространства,

вторых опорно-направляющих средств с группами опор для направления при сборке и центрировании второй оболочки относительно первой оболочки, расположенных во втором кольцевом пространстве,

балластного наполнителя, заполняющего второе кольцевое пространство, при этом первая оболочка является сплошной трубой, а вторая оболочка имеет выполненные в ней опорно-направляющие средства, образованные группами пустотелых опор предпочтительно обтекаемой в осевом направлении формы, с толщиной стенки, приблизительно равной толщине оболочки, выступающих в кольцевое пространство в радиальном направлении.

В различных вариантах исполнения группы опор второй оболочки, направленные во второе кольцевое пространство, могут быть расположены в плоскостях, перпендикулярных оси трубы, при этом вторая оболочка является составной из нескольких секций, смежные торцы которых соединены герметично; каждая секция имеет, по меньшей мере, одну группу опор; между секций с группами опор имеются гладкие трубы, герметично соединенные с секциями, имеющими группы опор; опоры, образующие группу, могут быть расположены по винтовой линии с заданным шагом, при этом на некотором расстоянии от торца трубы имеется дополнительная группа опор в количестве три и более, расположенная в плоскости, перпендикулярной оси трубы.

Возможен вариант, при котором на некотором расстоянии от торца трубы имеется дополнительная группа опор в количестве три и более, расположенная в плоскости, перпендикулярной оси трубы, а группы опор расположены в плоскостях под углом к плоскости, перпендикулярной оси трубы, не превышающим 45° по абсолютной величине.

Новизна трубы комбинированной в том, что оболочка имеет направленные к оси трубы группы опор с торцами, контактирующими с наружной поверхностью проводящей трубы, которые образуют опорно-направляющие средства.

Новая конструкция оболочки, изготовленной вместе с опорами, позволяет опорам эффективно противостоять действию опрокидывающего момента при сборке, при заполнении кольцевого пространства утяжеляющим материалом, а также создавать сопротивление сдвигу оболочки относительно балластного покрытия при действии сдвигающих сил, например, во время опускания трубы на дно водоема с судна-трубоукладчика.

Указанные новые отличительные признаки не обнаружены при исследовании уровня данной области техники.

На фиг.1 показана комбинированная труба, полимерная оболочка которой состоит из секций, каждая из которых имеет группу опор; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В комбинированной трубы на фиг.2, полимерная оболочка которой состоит из чередующихся секций с группой опор и гладких труб; на фиг.4 - сечение С-С опоры на фиг.3; на фиг.5 - комбинированная труба, состоящая из секций, имеющих опоры, и гладких труб; на фиг.6 - комбинированная труба, полимерная оболочка которой имеет группы опор, расположенные под углом к плоскости, перпендикулярной оси трубы; на фиг.7 - сечение D-D комбинированной трубы на фиг.6; на фиг.8 - комбинированная труба, полимерная оболочка которой имеет группы опор, расположенные под противоположными углами к плоскости, перпендикулярной оси трубы; на фиг.9 - комбинированная труба, полимерная оболочка которой имеет группы опор, расположенные по винтовой линии; на фиг.10 - сечение Е-Е комбинированной трубы на фиг.9; на фиг.11 - продольное сечение комбинированной трубы с термоизолирующим и балластным покрытием; на фиг.12 - сечение Е-Е комбинированной трубы, показанное на фиг.11.

Труба комбинированная (фиг.1-12) состоит из проводящей трубы 1, оболочки 2 из полимерного материала, концентричной относительно проводящей трубы 1 и меньшей ее по длине, кольцевого пространства 3, образованного между наружной поверхностью 4 проводящей трубы 1 и внутренней поверхностью 5 оболочки, опорно-направляющих средств 6 для направления при сборке и центрирования оболочки 2 относительно проводящей трубы 1, расположенных в кольцевом пространстве 3, включающих опоры 7, образующие группы 8, имеющие заданное пространственное расположение, материала 9, заполняющего кольцевое пространство 3, при этом оболочка 2 имеет опорно-направляющие средства 6, образованные группами 8 пустотелых опор 7, предпочтительно обтекаемой в осевом направлении формы (фиг.4), выступающих в кольцевое пространство 3 в радиальном направлении до соприкосновения с наружной поверхностью 4 проводящей трубы 1.

В различных вариантах исполнения оболочки возможно расположение групп пустотелых опор перпендикулярно оси оболочки (фиг.1, 3, 5, 11), под углом к плоскости, перпендикулярной оси оболочки (фиг.6, 8), по винтовой линии (фиг.9).

Кроме того, оболочка может быть составной из нескольких секций 11, смежные торцы 12 которых соединены герметично (фиг.1, 5).

Каждая секция может иметь одну группу опор (фиг.1), между секциями 11 с группами 8 опор имеются гладкие трубы 13, герметично соединенные с секциями 11, имеющими группы опор 8.

В варианте оболочки (фиг.9) опоры, образующие группу, расположены по винтовой линии 14 с заданным шагом. Такая конструкция имеет важное преимущество: в сечениях трубы в пределах группы опор, расположенных по винтовой линии, располагается лишь одна опора, что существенно повышает прочность трубы при ее изгибе.

Величина отношения шага винтовой линии к внутреннему диаметру оболочки выбирается из значений от 0,5 до 2.

На некотором расстоянии от торца трубы имеется дополнительная группа 15 опор 7 в количестве три и более, расположенная в плоскости, перпендикулярной оси трубы, необходимая для направления проводящей трубы при ее сборке с оболочкой.

При расположении группы опор в плоскостях под углом к плоскости, перпендикулярной оси трубы, не превышающим 45° по абсолютной величине, в поперечное сечение трубы попадают две опоры, что повышает прочность трубы при ее изгибе.

Проводящая труба 1 может быть стальной, имеющей антикоррозионное покрытие 16 на наружной поверхности, из полимерного материала, из композиционного материала.

Материал, заполняющий кольцевое пространство, может быть теплоизолирующим либо утяжеляющим.

Возможны комбинации: проводящая труба является стальной, имеет антикоррозионное покрытие на наружной поверхности, а материал, заполняющий кольцевое пространство, является утяжеляющим или проводящая труба изготовлена из полимерного материала, а материал, заполняющий кольцевое пространство, является утяжеляющим или теплоизолирующим.

В случае необходимости использования как теплоизолирующего, так и утяжеляющего материалов, труба комбинированная состоит из проводящей трубы (фиг.11, 12), первой оболочки 17 с внутренним диаметром, большим наружного диаметра проводящей трубы, и меньшей ее длины, установленной соосно проводящей трубе 1 с образованием первого кольцевого пространства 18, первых опорно-направляющих средств 19 для направления при сборке и центрировании первой оболочки 17 относительно проводящей трубы 1, имеющих опоры 20, расположенные в кольцевом пространстве 18; теплоизоляционного материала 21, заполняющего первое кольцевое пространство 18; второй оболочки 22 с внутренним диаметром, большим наружного диаметра первой оболочки 17, установленной концентрично первой оболочке 17 с образованием второго кольцевого пространства 23; вторых опорно-направляющих средств 24 с группами опор 25 для направления при сборке и центрировании второй оболочки 22 относительно первой оболочки 17, расположенных во втором кольцевом пространстве; балластного наполнителя 26, заполняющего второе кольцевое пространство 23; при этом первая оболочка является сплошной трубой, а вторая оболочка имеет выполненные в ней опорно-направляющие средства, образованные группами пустотелых опор, предпочтительно обтекаемой в осевом направлении формы, с толщиной стенки, приблизительно равной толщине оболочки, выступающих в кольцевое пространство в радиальном направлении.

Во второй оболочке группы пустотелых опор могут быть расположены в плоскостях, перпендикулярных оси трубы, под углом к плоскости, перпендикулярной оси трубы, не превышающим 45°, под противоположными углами или по винтовой линии с заданным шагом, при этом на некотором расстоянии от торца трубы имеется дополнительная группа опор в количестве три и более, расположенная в плоскости, перпендикулярной оси трубы.

Вторая оболочка может быть составной из нескольких секций, смежные торцы которых соединены герметично; каждая секция имеет, по меньшей мере, одну группу опор; между секций с группами опор могут быть расположены гладкие трубы, герметично соединенные с секциями, имеющими группы опор.

При сборке оболочки, имеющей внутренние опоры с центральной трубой, такие опоры имеют значительный момент сопротивления опрокидывающему моменту, возникающему как при задвигании проводящей трубы в оболочку, так и при заполнении кольцевого пространства утяжеляющим материалом (цементно-песчаным раствором, бетоном).

При опускании трубы на дно водоема с судна-трубоукладчика опоры предотвращают сдвиг трубы-оболочки относительно утяжеляющего материала, заполняющего кольцевое пространство в твердом его состоянии.

Источники информации

1. Патент US №3267969 от 17.08.1964.

2. Патент RU №2246658 от 19.03.2004.

3. Патент RU №2138723 от 12.03.1997.

4. Патент ЕР №0046617 В1 от 14.08.1981.

5. Патент ЕР №0036032 A3 от 12.06.1980.

6. Патент RU №2257503 от 22.10.2003.

Изобретение относится к трубопроводной технике, а именно к трубам с балластным покрытием, используемым при прокладке трубопроводов по дну водоемов. В трубе комбинированной, состоящей из проводящей трубы, оболочки из полимерного материала и опорно-направляющих средств, оболочка имеет опорно-направляющие средства, образованные группами пустотелых опор, предпочтительно обтекаемой в осевом направлении формы, выступающих в кольцевое пространство в радиальном направлении до соприкосновения с наружной поверхностью проводящей трубы. Во втором варианте выполнения комбинированная труба может иметь одновременно термоизолирующее и утяжеляющее покрытие. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокого сопротивления опор опрокидывающему моменту и сдвигающей осевой силе, действующей на оболочку. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Труба комбинированная, состоящая из проводящей трубы, оболочки из полимерного материала, концентричной относительно проводящей трубы и меньшей ее по длине, кольцевого пространства, образованного между наружной поверхностью проводящей трубы и внутренней поверхностью оболочки, опорно-направляющих средств для направления при сборке и центрировании оболочки относительно проводящей трубы, расположенных в кольцевом пространстве, включающих опоры, образующие группы, имеющие заданное пространственное расположение, материала, заполняющего кольцевое пространство, отличающаяся тем, что оболочка имеет опорно-направляющие средства, образованные группами пустотелых опор, предпочтительно обтекаемой в осевом направлении формы, выступающих в кольцевое пространство в радиальном направлении до соприкосновения с наружной поверхностью проводящей трубы.2. Труба комбинированная по п.1, отличающаяся тем, что группы пустотелых опор расположены в плоскостях, перпендикулярных оси трубы.3. Труба комбинированная по п.1, отличающаяся тем, что оболочка является составной из нескольких секций, смежные торцы которых соединены герметично.4. Труба комбинированная по п.3, отличающаяся тем, что каждая секция имеет, по меньшей мере, одну группу опор.5. Труба комбинированная по п.4, отличающаяся тем, что между секций с группами опор имеются гладкие трубы, герметично соединенные с секциями, имеющими группы опор.6. Труба комбинированная по п.1, отличающаяся тем, что опоры, образующие группу, расположены по винтовой линии с заданным шагом.7. Труба комбинированная по п.5, отличающаяся тем, что величина отношения шага винтовой линии к внутреннему диаметру оболочки выбирается из значений от 0,5 до 2.8. Труба комбинированная по п.6, отличающаяся тем, что на некотором расстоянии от торца трубы имеется дополнительная группа опор в количестве три и более, расположенная в плоскости, перпендикулярной оси трубы.9. Труба комбинированная по п.1, отличающаяся тем, что группы опор расположены в плоскостях под углом к плоскости, перпендикулярной оси трубы, не превышающим 45° по абсолютной величине.10. Труба комбинированная по п.9, отличающаяся тем, что на некотором расстоянии от торца трубы имеется дополнительная группа не менее чем из трех опор, расположенная в плоскости, перпендикулярной оси трубы.11. Труба комбинированная по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что проводящая труба является стальной и имеет антикоррозионное покрытие на наружной поверхности.12. Труба комбинированная по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что проводящая труба изготовлена из полимерного материала.13. Труба комбинированная по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что материал, заполняющий кольцевое пространство, является теплоизолирующим.14. Труба комбинированная по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что материал, заполняющий кольцевое пространство, является утяжеляющим.15. Труба комбинированная по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что проводящая труба является стальной, имеет антикоррозионное покрытие на наружной поверхности, а материал, заполняющий кольцевое пространство, является утяжеляющим.16. Труба комбинированная по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что проводящая труба изготовлена из полимерного материала, а материал, заполняющий кольцевое пространство, является утяжеляющим.17. Труба комбинированная, состоящая из проводящей трубы,

первой оболочки с внутренним диаметром, большим наружного диаметра проводящей трубы,_{и меньшей ее длины, установленной соосно проводящей трубе с образованием первого кольцевого пространства,}

первых опорно-направляющих средств для направления при сборке и центрировании первой оболочки относительно проводящей трубы, имеющих опоры, расположенные в кольцевом пространстве,

теплоизоляционного материала, заполняющего первое кольцевое пространство,

второй оболочки с внутренним диаметром, большим наружного диаметра первой оболочки, установленной концентрично первой оболочке с образованием второго кольцевого пространства,

вторых опорно-направляющих средств с группами опор для направления при сборке и центрировании второй оболочки относительно первой оболочки, расположенных во втором кольцевом пространстве,

балластного наполнителя, заполняющего второе кольцевое пространство,

отличающаяся тем, что первая оболочка является сплошной трубой, а вторая оболочка имеет выполненные в ней опорно-направляющие средства, образованные группами пустотелых опор предпочтительно обтекаемой в осевом направлении формы, с толщиной стенки, приблизительно равной толщине оболочки, выступающих в кольцевое пространство в радиальном направлении.