Подземный трубопровод Советский патент 1992 года по МПК F16L1/36 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту.

Известен подземный трубопровод, включающий траншею с криволинейной плоскостью дна в плане и трубопровод, имеющий прямолинейные и криволинейные участки, образованные в результате упругого изгиба или собранные из ранее гнутых труб, или гнутых вставок заводского изготовления. Такая траншея имеет недостатки, заключающиеся в том, что криволинейные в плане участки плоскости дна траншеи расположены по трассе из условия необходимости изменения ее направления при обходе препятствий и не учитывают потребности трубопровода в компенсации продольной деформации. На криволинейных в плане участках плоскость дна траншеи имеет продольные стороны, выполненные по дуге окружности, которые образуют постоянную по длине участка ширину, размер которой принят согласно нормативным документам, учитывающим только технологические требования при укладке трубопровода в траншею. При этом криволинейные участки трубопровода обладают малой компенсационной способностью, вследствие малой ширины плоскости дна траншеи, которая определяет величину интервала между боковой образующей трубопровода и стенкой траншеи, который создает возможность изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия засыпки траншеи. Узеличение стрелы прогибов трубопровода за счет сжатия грунта стенки траншеи, находящегося в естественном состоянии, получить невозможно из-за его повышенной сопротивляемости сжатия по сравнению с засыпкой траншеи. К тому же, трубопровод по длине имеет недостаточное количество криволинейных участков, необходимых для компенсации продольной деформации.

Известен подземный трубопровод, в котором плоскость дна траншеи в плане выполнена по зигзагообразной линии с расчетным шагом сопряжения прямолинейСО

с

х| х СП СЛ Ч (

ных участков с криволинейными, которые предназначены для обеспечения упругого изгиба трубопровода в плане с целью компенсации его продольной деформации. Такая траншея является более приемлемая по сравнению с вышеуказанной. Однако она имеет недостатки, заключающиеся в том, что плоскость дна траншеи на криволинейных участках в плане имеет продольные стороны, выполненные по дуге окружности, которые образуют постоянную по длине участка ширину, размер которой принят согласно нормативным документам, учитывающим только технологические требования необходимые при вкладке трубопровода в траншею. При этом упруго изогнутые участки трубопровода обладают малой компенсационной способностью, вследствие малой ширины плоскости дна траншеи, которая определяет величину интервала между боковой образующей трубопровода и стенкой траншеи и тем самым обусловливает возможность изменения начальной стрелы прогибов упругоизогнутого трубопровода. Получить увеличение стрелы прогибов или ее уменьшение за счет сжатия грунта стенки траншеи, находящегося в естественном состоянии, невозможно из-за его повышенной сопротивляемости сжатию, по сравнению с сопротивлением сжатию засыпки траншеи. Такое выполнение ширины плоскости дна траншеи на криволинейных участках не обеспечивает компенсацию продольной деформации трубопровода путем изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия засыпки траншеи, что снижает его компенсационные возможности. К тому же упруго изогнутые участки трубопровода, как наиболее гибкие по сравнению с прямыми участками, воспринимают кроме собственных продольных деформаций и деформацию от прямолинейных участков, что повышает их напряженное состояние. Кроме того изгиб трубопровода большого диаметра в полевых условиях представляет собой сложную технологическую операцию.

Цель изобретения - повышение эффек- тивности компенсации продольной деформации упруго изогнутым -рубопроводом путем изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия грунта засыпки траншеи.

На фиг. 1 изображена описываемая плоскость дна траншеи в плане; на фиг. 2 - то же, при соблюдении соответствующего отношения между переменной и постоянной шириной плоскости дна траншеи; на фиг. 3 - то же, при продольных сторонах плоскости дна траншеи, выполненных согласно принятым уравнениям; на фиг. 4-тоже, при средней линии плоскости дна траншеи, выполненной по кривой эластики; на фиг. 5 то же, при размещении трубопровода по средней линии плоскости дна траншеи и его шаоиирно-поворотным креплении в точках

перегиба; на фиг. 6 - то же, разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 7 - то же, разрез Б-Б на фиг 2; на фиг. 9 - то же, разрез В-В на фиг. 2.

Подземный трубопровод, содержащий траншеию с плоскостью дна 1 змеевидной

формы в плане, имеющей переменную шли- рину между точками 2, и упруго изогнутый трубопровод 3 с начальной стрелой прогиба .Уз и креплением4 в точках перегиба 2, представлен на фиг, 1,

Компенсация продольной деформации трубопровода осуществляется следующим образом.

В зависимости от воздействия положительного или отрицательного перепада температуры трубопровод соответственно перемещается в новое положение 5 или 6. При этом начальная стрела прогибов Уз принимает новую величину YS или YG, а сам трубопровод удлиняется или укорачивается,

вследствие чего происходит компенсация продольной деформации путем изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия засыпки траншеи.

С це. повышения эффективности

компенсации продольной деформации упруго изогнутым трубопроводом 3 переменная ширина Ь(х) фиг, 2 плоскости дна траншеи 1 между точками перегиба 2 фиг. 2 принята такого размера, что полный интервал между боковой образующей трубопровода и стенкой траншеи е а + f a + + ccos# a + h cos p cos в фиг. 8 обеспечивает величину сжатия засыпки траншеи соразмерную величине необходимого изме

нения начальной стрелы прогибов трубопровода по его длине. Это достигается тем, что в уравнения стрелы прогибов Уу и Уе продольных сторон соответственно 7 и 8 плоскости дна траншеи 1 введена переменная часть стрелы прогибов с h cos р фиг. 3, в которой величину h определяют из условия равенства величины сжатия засыпки траншеи и величины необходимого изменения начальной максимальной стрелы прогибов

трубопровода УЗ фиг. 3 и которая изменяется от h при угле р 0° до 0 при угле р 90°. Достижению эффективности компенсации продольной деформации способствует и то, что средняя линия плоскости дна траншеи

имеет форму эластики фиг. 4. Это гарантирует трубопроводу, уложенному по средней линии плоскости дна траншеи, низкий уровень напряжения упругого изгиба в плане. Обусловлено это тем, что упругий изгиб трубопровода по кривой эластике возможен только при длине трубопровода, превышающей в два раза и больше длину, определяемую из условия прсчности на изгиб, а чем больше длина изгибаемого трубопровода при постоянной величине прогибов, тем меньше напряжения изгиба. Кроме того, трубопровод имеет одинаковую возможность изменения начальной стрелы прогибов как з сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Повышение эффективности компенсации достигается и тем, что трубопровод в точках перегиба снабжен креплением шарнирно-поворотным в плане фиг. 5. При этом обеспечивают распределение и компенсацию продольной деформации па участкам между точками перегиба 2, сохраняют в процессе монтажа и эксплуатации принятые размеры и форму упругого изогнутого трубопровода, создают условия поворота трубопровода в плане на опорах, что исключает его изгиб в зоне крепления и тем самым устраняются усилия изгиба, препятствующие изменению начальной стрелы прогибов.

Кроме вышеуказанного, такое выполнение подземного трубопровода обеспечивает:

1/ уменьшение расхода труб на километр трассы на 1,5%

2/ сокращение количества гнутых труб и гнутых вставок заводского изготовления от 1 до 2 штук на километр трассы,

3/ повышения производительности газопроводов до 1 % за счет снижения потерь на местное сопротивление, вызываемое гнутыми вставками заводского изготовления.

Для получения переменной ширины плоскости дна траншеи были использованы уравнения стрелы прогибов Y и YB продольных сторон соответственно 7 и 8 плоскости дна траншеи.

Y8

К

F(k)

COS р +

|+а

cosЈ 90°

+ h cos p

+ а

Разница стрел прогибов Д Y и переменная ширина Ь(х) плоскости дна траншеи взаимно связаны функцией cos #фиг. 2. В(х) Л Y COS в

где в- угол между разницей стрел прогибов Д Y и переменной шириной плоскости дна траншеи В(х). Угол $ изменяется от 0 до а , a в то же время угол р изменяется от 0 до 90°. Для определения взаимозависимости между углами в целью замены одного угла

в а

другим использовано отношение - --,

р 9QO

откуда угол в , следовательно cos в 590°

ра cos .

90°

Тогда выражение для переменной ширины плоскости дна траншеи примет вид

В(х) AYcos - 90°

Подставив вместо Д Y его значение будем иметь

0

25В(х) 2 (- + а) + 2h cos p cos

ра 90°

где 2 (- + а) Ь(о) постоянная ширина плоскости дна траншеи, hcos p cos - - поло90°

вина переменной части ширины плоскости дна траншеи, полученная от проецирования переменной части стрелы прогибов h cos (р на сечение, перпендикулярное к средней линии плоскости дна траншеи.

Разделив левую и правую части уравнения на постоянную ширину 2(- + а) Ь(о) получив окончательное выражение

|Ј1 2h cos Ј«

В (о) В (о) 90о

Уравнения стрелы прогибов Y и Ya и для продольных сторон соответственно 7 и 8 плоскости дна траншеи 1 фиг. 3 получены следующим образом. Стрела прогибов средней линии плоскости дна траншеи Yg, имеющая вид эластики, определяется из выражения

Использование: строительство подземных трубопроводов. Сущность изобретения: траншею отрывают зигзагообразно, по ее средней линии укладывают упруго изогнутый в горизонтальной плоскости трубопровод с фиксацией его в точках перегиба шар- нирно-поворотным креплением. Средняя линия траншеи является кривой эластики, а стороны стенки плоскости дна траншеи выполнены по кривой, определяемой по математической зависимости при этом ширина траншеи между точками перегиба имеет переменную величину, что позволяет повысить эффективность компенсации продольной деформации упруго изогнутого трубопровода путем изменения начальной стрелы его прогибов за счет сжатия грунта засыпки траншеи. 8 ил.

Yy

- h cos (p

при вычитании уравнения стрелы прогибов Yy из уравнения стрелы прогибов Ya получают разницу стрел прогибов продольных сторон плоскости дна траншеи.

2Й+а) Ys - Y Д Y - + 2 h cos Ф

cos 90Р

Y9

К

F(k)

.

Если к стреле прогибов средней линии плоскости дна траншеи Yg прибавить ее увеличение за счет половины постоянной ши- рины плоскости дна траншеи (d/2 + a)/cos

и половины переменной ширины пло9СР

скости дна траншеи h cos p то получим

величину стрелы прогибов Y фиг. 3.

F(k)

cos pd/2 +a (pa

4 h cos p

COS

90C

Если из стрелы прогибов средней линии плоскости дна траншеи Yg вычесть ее уменьшение за счет половины постоянной ширины плоскости дна траншеи (d/2 + a)/cos

Ф а

У-- и половины переменной ширины пло90°

скости дна траншеи h cos pt то получим

величину стрелы прогибов Yy фиг. 3.

Y7--E COSp- -hc08iP.

v ,9a

v cos J-90°

Таким образом, прибавляя к стреле прогибов средней линии плоскости дна траншеи или вычитая половину постоянной или переменной части ширины плоскости дна траншеи получают уравнения Yy.a стрелы прогибов продольных сторон 7, 8 плоскости дна траншеи фиг. 3, что позволяет обеспечить ей переменную ширину

Пример конкретно выполнения изобретения.

Трубопровод диаметром 1420 мм, толщина стенки 20 мм, максимальная величина полного интервала h + а 2,0 м, расстояние между точками перегиба по средней линии плоскости дна траншеи I 300 м, а- 10°, К 0,0872, а 0,5 м F(k) 1,5738, постоянная ширина плоскости дна траншеи d + 2a 1,42 + н2 05 2,42 м, половина постоянной ширины плоскости дна траншеи d/2+a 1,42/2+0,5 1,21 м, h - 2,0-а - 2,0 - 0,5 1,5 м.

Стрела прогибов Ye равна

Ys «-JU, COS Ф + d/2 + a + h cos p ()FOOrnsЈa

0,0872 300

cos

90° . 1.42/2 +0,5 ,

I -

1,5738 M,5 1 19,33м

i К on . d/2 + a , ,

Yo -р-тгч COS ф +-- + h cos p

F(k) (p 45°} J

cos

(pa 90°

. 0.0872 300 П7П7 , 1.42/2+

1,5738 Ul U0,9962

+ 1.5 -0,707 14,028м

Y8 -АЦ + h cos 9

Ffkl (p -wr }

0,0872 300

cos

0 +

p(Z

90° 1,42/2 +0,5

1,5738

+ 1,5 -0 1,228м Стрела прогибов Yy равна

0,9848

Y7 A COSp- - -hcosp

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

(pa cos -90°1,42 +0,5

1 1

F(k)

(p o)

0.0872 300

1,5738

-1,5 1 13.91 м

ч/ КI „лг. d/2+a , Y7- jCOS ---hcosy

(45°)COS

„ 0,0872 300 П7П7 1,42/2 .+ 0.5

1,5735 0,9962

-1,5 -0,707 9,48м

У7 -Дгт C03y -«d/2 - h cos y

ftp 90)

0,0872 300

cos

0(pg

90° 1,42/2 +0,5 0,9848

1,5738 -1,5 -0 -1,228 Ширина плоскости дна траншеи равна

В(х) 2(d/2+ а) + 2 h cos p COS «р 0)90°

2 ( + 0,5) + 2,15 -1-1 -5,42м

b(x) 2(d/2 + а} + 2 h cos to COS - (50 45°)90°

i 49 2 (- + 0,5) + 2 1,5 0,707 0,9962

4,53м

b(x) 2 (d/2 ч a) + 2 h cos w COS ( 90°)90°

1 49

2 (± + 0,5) ь 2 1,5 0 0,9848 2,42м

При сопоставлении величин ижрины плоскости дна траншеи полученных через разницу стрел прогибов YS - Yy умноженную

на cos - и полученную по формулам для

Ь(х) получают хорошую сходимость Напои- мер, при угле р 5°/Y8-Yy/ cos - 4,533

90° м Ь(х) 4,533 м.

Если принять, что коэффициент уплотнения грунта равен 0,15, то при наличии только технологического интервала а 0,5 м величина сжатия засыпки составит 0,075 м, а при учете полного интервала равного 2,0 м величина сжатия засыпки будет равна 0,30 м. При перепаде температуры A t° 30°С изменение длины трубопровода составит

Ai1 а At 1 14 10 6 30 300

0,126 м

При изменении начальной стрелы прогибов трубопровода уложенного по сре дней линии плоскости дна траншеи на величину 0,075 м продольные деформации компенсируются на 17,8%. при изменении начальной стрелы прогибов на величину 0,30 м продольные деформации компенсируются на 73,4%

Полученные данные свидетельствуют, что переменная ширина плоскости дна траншеи оказывает существенное влияние на компенсацию продольных деформаций трубопроводом путем изменения стрелы прогибов за счет сжатия засыпки траншеи.

Формула Изобретения I,Подземный трубопровод, содержащий зигзагообразную с расчетным шагом траншею, на средней (базовой) линии которой размещается упруго изогнутый в горизонтальной плоскости с последовательным чередованием направления изгиба металлический трубопровод, отличающий- с я тем, что траншея в плане имеет переменную ширину, ее средняя (базовая) линия между точками перегиба является кривой эластики, а трубопровод в точках перегиба снабжен шарнирно поворотным креплением при этом продольные стороны изогнутой плоскости дна траншеи выполнены по кривой, определяемой из математический зависимости

k

D/2 +а

Фигг

0

5

0

5

где k - постоянная интегрирования эолитического интеграла, k sin ;

F(k) - эллиптический интеграл первого рода;

р- вспомогательная переменная эллиптического интеграла;

D - диаметр трубопровода;

а - нормированная величина бокового зазора между трубопроводом и стенкой траншеи;

а - угол между касательной к средней (базовой) линии и осью трассы в точке перегиба;

h - переменная величина бокового зазора между трубопроводом и стенкой траншем, определяется из равенства изменения стрелы прогиба трубопровода и величины сжатия при этом грунта засыпки;

I - длина средней линии плоскости дна траншеи.

В{Х) В(0) + 2h cos p COS (,

90°

где В(х) - переменная величина ширины дна траншеи между точками ее перегиба;

В(0) - постоянная (нормированная) ширина дна траншеи в точках ее перегиба В(0) 2(D/2+a).

GL

К

, c-h

777 Щ

777ill

Фиг. 6

А.Соколова

ФШ.7

Составитель В.Копаев Техред М.Моргентал

1775576

фиг. 5

77Г

фиг. 8

Корректор Л.Лукач