Опорно-центрирующее устройство для протаскивания трубопровода в защитном кожухе Российский патент 2024 года по МПК F16L7/00 

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может использоваться при сооружении переходов под автомобильными, железными дорогами и водными преградами в качестве опор, предназначенных для протаскивания и соосного ориентирования трубопровода относительно защитного кожуха в проектном положении.

Основным способом прокладки трубопроводов под автомобильными и железными дорогами является использование кожуха, представляющего собой стальную трубу диаметром, как правило, на 200 мм больше, чем трубопровод, с последующим протаскиванием в кожухе собственно трубопровода.

С целью предохранения от повреждения защитного изоляционного покрытия трубопровода в процессе протаскивания трубной плети и последующей эксплуатации следует исключить контакт трубопровода с металлическим кожухом. Для исключения контакта между трубопроводом и металлическим кожухом применяют опорно-центрирующие устройства различных типов.

Конструкция опорно-центрирующих устройств, помимо стабильного положения трубопровода в проектном положении, должна обеспечить безаварийное протаскивание трубной плети в кожухе.

Современная тенденция к росту пропускной способности трубопроводов, и, как следствие, увеличению толщины стенки труб и их диаметра приводит к существенному повышению нагрузки на опорно-центрирующие устройства при протаскивании трубной плети в защитном кожухе. Это обстоятельство обуславливает необходимость разработки новых конструкций опорно-центрирующих устройств, обладающих повышенной устойчивостью к возникающим нагрузкам.

Конструкции опорно-центрирующих устройств имеют в своей основе опоры скольжения, опоры качения, либо совмещенные конструкции. Преимущество опор скольжения состоит в том, что они способны выдерживать существенные перегрузки, возникающие при протаскивании трубопровода через внутренние неровности кожуха, однако в процессе протаскивания они интенсивно изнашиваются, толщина таких устройств уменьшается, и они перестают обеспечивать требуемый зазор между наружной поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью защитного кожуха, что является их основным функциональным предназначением. Опоры качения имеют относительно низкий коэффициент трения, более износостойки по сравнению с опорами скольжения, но значительно хуже выдерживают перегрузки и разрушаются при преодолении локальных неровностей. Это требует более частой расстановки опор и повышения требований к защите поверхности трубопровода.

Известна опора для протаскивания трубопровода внутри защитного кожуха (патент РФ №2249748, F16L 7/00, опубл. 10.04.2005), содержащая опорное кольцо, охватывающее трубопровод, защитную коробку, внутри которой размещено четное количество ползунов, состоящих из четного им количества боковин, внутри которых смонтированы ролики. В боковинах ползунов выполнены полуоси диаметром 8-14 мм и длиной 5-15 мм, на которые монтируются ролики, а боковины ползунов соединяются между собой фиксаторами, выполненными в виде полого цилиндрического выступа высотой 4-14 мм, диаметром 5-15 мм на одном конце внутренней поверхности боковины ползуна под противоположно расположенное цилиндрическое углубление второй боковины ползуна и цилиндрического углубления на другом конце внутренней поверхности боковины ползуна под противоположный цилиндрический выступ второй соединяемой боковины. При этом при сборке одну из боковин поворачивают относительно другой на 180°, после чего боковины ползуна совмещаются и фиксируются, что обеспечивается аналогичным расположением и размерами элементов фиксатора, выполненного на второй соединяемой боковине ползуна. Помещаемые в боковинах ползунов ролики выполнены со сквозными отверстиями и фасками по периметру под углом 45-50°, боковины ползунов соединены со стенками защитной коробки крепежными элементами, например, шплинтами. Отверстия для шплинтовых соединений между стенками защитной коробки и ползуном выполнены внутри фиксаторов.

Недостатком известного устройства является то, что в случае возникновения перегрузки ролики проседают внутрь опоры, полуоси деформируются и опоры становятся скользящими. После уменьшения нагрузки на опору ролики, будучи деформированными, уже не возвращаются в свое изначальное положение. Таким образом, опора продолжает работать в режиме скольжения. Скользящая часть опоры имеет очень незначительный запас толщины в виде выступа над металлической защитной коробкой и после износа этого выступа за счет истирания будет происходить скольжение защитной коробки по внутренней поверхности защитного кожуха.

Известно опорно-направляющее кольцо для трубопровода (патент РФ №174577, F16L 7/00, опубл. 20.10.2017), характеризующееся тем, что оно содержит корпус в виде стяжной ленты с внутренней прокладкой, установленной между трубопроводом и корпусом, и стяжной механизм. На стяжной ленте размещены выемки в виде отверстий с конусообразной ступенчатой отбортовкой, в которых расположены ползунки в форме усеченного ступенчатого конуса с плоским основанием нижней части из высокоэластичного полимерного материала, выступающем за пределы нижней части отбортованного отверстия в стяжной ленте, и выпуклой сферической верхней частью, выполненной из высокопрочного полимерного диэлектрического материала. Стяжной механизм размещен на противоположных концах стяжной ленты в виде петель, образованных посредством загиба концов стяжной ленты и неразъемного соединения их с ней, в которых размещены цилиндрические стержни. В цилиндрических стержнях одного конца стяжной ленты выполнены диаметрально расположенные отверстия, а в цилиндрических стержнях противоположного конца стяжной ленты выполнены диаметрально расположенные резьбовые отверстия для установки стяжных винтов, проходящих через отверстия в петлях стяжной ленты. Между стяжным механизмом и внутренней прокладкой расположена металлическая подкладка, изогнутая по длине по дуге радиусом, равным радиусу трубопровода и перекрывающая зазор между петлями.

Недостатком указанного опорно-направляющего кольца является использование только опор скольжения, материал которых расходуется за счет истирания о внутреннюю поверхность защитного кожуха, и, как показывает практика, при протаскивании в защитный кожух участков трубопроводов протяженностью более 100 метров может срабатываться настолько, что это приводит к контакту металлической части опорно-направляющих колец с защитным кожухом.

Наиболее близким к предлагаемому устройству (прототипом) является опорно-направляющее кольцо для трубопровода (патент РФ №137663, F16L 7/02, опубл. 27.02.2014), характеризующееся тем, что оно содержит последовательно соединенные между собой дуги в количестве не менее двух, выполненные из металлических полос с наклеенным на обращенную к трубе поверхность резиновым покрытием, расположенные по окружности, диаметр которой превышает диаметр трубопровода в месте установки кольца с учетом толщины изоляционного покрытия трубопровода и резинового покрытия кольца. Каждая дуга снабжена двумя опорными конструкциями. Опорная конструкция выполнена в виде приваренных к дуге попарно кронштейнов с установленным между ними на оси корпусом, выполненным в виде замкнутого контура, установленного с возможностью качания на оси. На концах корпуса, внутри него, установлены роликовые опорные элементы с возможностью вращения вокруг собственных осей, а на оси качания корпуса, внутри него, установлен предохранительный опорный элемент скольжения. Предохранительный опорный элемент скольжения касается дуги опорно-направляющего кольца плоскостью, а между дугой опорно-направляющего кольца и качающимся корпусом по обоим его концам установлены резиновые упоры. Предохранительный опорный элемент скольжения выполнен в виде параллелепипеда. Высота предохранительного опорного элемента скольжения выбрана таким образом, чтобы между ним и поверхностью, по которой катятся роликовые опорные элементы, оставался зазор не менее 4 мм для пропуска поперечных сварных швов кожуха.

Недостатком известного опорно-направляющего кольца является то, что опорный элемент скольжения выполняет лишь роль предохранительного, и вступает в работу только после выхода из строя (поломки) роликового опорного элемента. Таким образом, однажды перейдя в режим скольжения, опорно-направляющее кольцо продолжает работать в нем, после чего за счет истирания срабатывается выступающая часть опорного элемента скольжения и происходит контакт защитного кожуха с металлической частью опорно-направляющего устройства.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка устройства для протаскивания трубопровода в защитном кожухе, совмещающего в своей конструкции преимущества опоры скольжения и опоры качения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение технологичности и надежности процесса сооружения переходов трубопроводов за счет:

- увеличения максимальной длины протаскивания трубопровода, обусловленного применением опор качения и, соответственно, увеличения пробега опор по сравнению с конструкцией, основывающейся только на опорах скольжения;

- повышения допустимой кратковременной нагрузки на опорно-центрирующее устройство за счет применения опор скольжения и, соответственно, увеличения прочности опор по сравнению с конструкцией, основывающейся только на опорах качения;

- обеспечения возможности неограниченного многократного самостоятельного переключения устройства, в зависимости от величины нагрузки, из режима качения в режим скольжения и обратно в процессе работы, без повреждения при этом опоры качения;

- обеспечения возможности регулирования величины пограничной нагрузки, соответствующей переключению опоры из режима качения в режим скольжения, путем изменения длины вылета и жесткости рессор, на конце которых установлена опора качения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что опорно-центрирующее устройство содержит кронштейн п-образного сечения, у которого на центральной полке вдоль оси закреплена опора скольжения, боковые полки по длине выполнены двухступенчатыми. На каждой из двух ступеней большей высоты закреплено одним концом по одной рессоре, на другом конце каждой из рессор жестко закреплена, с возможностью перемещения совместно с рессорой в вертикальной плоскости, проушина. В обеих проушинах установлены подшипники скольжения, в центральных отверстиях которых размещен вал, на котором закреплена опора качения.

На фиг. 1 показан сборочный чертеж опорно-центрирующего устройства.

На фиг. 2 - сечение трубопровода с установленными опорно-центрирующими устройствами.

Опорно-центрирующее устройство содержит кронштейн 1 п-образной формы, у которого на центральной полке вдоль оси при помощи двух винтов 2 закреплена опора скольжения 3, выполненная из диэлектрического материала с высокой стойкостью к истиранию, например, полиамида марки ПА 66. Каждая из двух боковых полок кронштейна 1 по длине выполнена двухступенчатой. На каждой из двух ступеней большей высоты закреплено одним концом посредством винта 4 по одной рессоре 5. На другом конце каждой из рессор 5 жестко закреплена, например, при помощи сварки, проушина 6. В обеих проушинах 6 установлены подшипники скольжения (на фигурах не показаны), в центральных отверстиях которых размещен вал 7, на котором между проушинами 6 закреплена опора качения 8, изготовленная из диэлектрического материала с высокой прочностью, например, полиамида марки ПА 66. Проушины 6 могут перемещаться в вертикальной плоскости совместно с рессорами 5 относительно направляющего болта 9, вкрученного в кронштейн 1, для чего в проушинах 6 и рессорах 5 выполнены отверстия, диаметр которых подобран исходя из условия предотвращения их заклинивания при перемещении относительно направляющего болта 9. Путем изменения длины ступеней кронштейна 1, на которых закреплены рессоры 5, и/или жесткости рессор 5, обеспечивается возможность варьировать величину нагрузки на опорно-центрирующее устройство, при которой происходит отклонение опоры качения 8 от исходного положения, что является основным преимуществом предлагаемого изобретения.

Устройство работает следующим образом.

На трубопровод 10, прокладываемый в стальном защитном кожухе 11 на участке пересечения с автомобильной или железной дорогой, в соответствии с технологией, регламентированной СП 109-34-96 «Свод правил по сооружению переходов под автомобильными и железными дорогами», устанавливаются опорные кольца 12 в сборе с закрепленными на них с равным интервалом при помощи сварных соединений опорно-центрирующими устройствами. Опорное кольцо 12 состоит из двух полуколец, соединенных между собой болтами с гайками 13. В местах установки опорных колец 12 поверхность трубопровода 10 дополнительно защищают диэлектрическим гибким листовым материалом для предотвращения повреждения защитного изоляционного покрытия трубопровода 10 опорными кольцами 12 и возникновения электрического контакта между стальным кожухом 11 и прокладываемым в нем трубопроводом 10. Общее число опорно-центрирующих устройств рассчитывается с учетом протяженности участка трубопровода 10, его диаметра и толщины стенки, исходя из расчетной несущей способности одного опорно-центрирующего устройства

Трубопровод 10 внутри стального защитного кожуха 11 опирается на опору качения 8 и, по мере продвижения трубопровода 10 вглубь стального защитного кожуха 11, число задействованных опор качения 8 увеличивается. В процессе движения трубопровода 10 расчетная нагрузка на опоры качения 8 может быть превышена из-за отклонения от соосности трубопровода 10 и стального защитного кожуха 11, возможной овальности стального защитного кожуха 11 и трубопровода 10, а также выступающих валиков кольцевых и продольных сварных соединений на внутренней поверхности стального защитного кожуха 11. При этом дополнительная нагрузка возникает в нижней части защитного кожуха 11. В случае превышения расчетной нагрузки на опоры качения 8 рессоры 5 изгибаются до тех пор, пока с поверхностью защитного кожуха 11 не начинает соприкасаться опора скольжения 3. Тогда в процессе движения трубопровода 10 оказываются одновременно задействованы опора качения 8 и опора скольжения 3, в передней части которой имеется закругление для предотвращения застревания из-за соприкосновения опоры скольжения 3 с кольцевыми сварными соединениями труб. При этом нагрузка на опору качения 8 не превышает допустимую. При снижении нагрузки на опорно-центрирующие устройства рессоры 5 распрямляются, и нагрузка полностью переносится на опору качения 8.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту. Опорно-центрирующее устройство содержит кронштейн п-образного сечения, у которого на центральной полке вдоль оси закреплена опора скольжения. Боковые полки кронштейна по длине выполнены двухступенчатыми. На каждой из двух ступеней большей высоты закреплено одним концом по одной рессоре. На другом конце каждой из рессор жестко закреплена, с возможностью перемещения совместно с рессорой в вертикальной плоскости, проушина. В обеих проушинах установлены подшипники скольжения, в центральных отверстиях которых размещен вал, на котором закреплена опора качения. Изобретение повышает технологичность и надежность процесса сооружения переходов трубопроводов. 2 ил.

Опорно-центрирующее устройство, содержащее кронштейн п-образного сечения, у которого на центральной полке вдоль оси закреплена опора скольжения, боковые полки по длине выполнены двухступенчатыми, на каждой из двух ступеней большей высоты закреплено одним концом по одной рессоре, на другом конце каждой из рессор жестко закреплена, с возможностью перемещения совместно с рессорой в вертикальной плоскости, проушина, в обеих проушинах установлены подшипники скольжения, в центральных отверстиях которых размещен вал, на котором закреплена опора качения.