Полимерконтейнерное балластирующее устройство модернизированное (пкбу-м)

Техническое решение относится к области сооружения новых подземных трубопроводов, в том числе, проходящих по обводненным участкам, в зоне вечной мерзлоты, на переходах малых рек, или может быть использовано при реконструкции и ремонте уже существующих трубопроводов. Изобретение создано коллективом авторов-разработчиков ТУ 4834-121-31323949-2004, утвержденных ОАО «Газпром» и включает его положения. Задачей настоящего технического решения является повышение темпов проведения работ и надежности работы балластирующего устройства, как на этапе монтажа на трубопроводе, так и в процессе заполнения балластом и эксплуатации без возможности повреждения изоляции трубопровода, что обусловлено заданными расположением и перемещением нижних поперечин относительно трубопровода, при этом, повышается коэффициент использования полезного объема его емкости за счет их нового конструктивного выполнения, а технологичность изготовления обеспечивается сохранением простоты его конструкции и кроем используемого материала. Достигается поставленная задача тем, что полимерконтейнерное балластирующее устройство (ПКБУ-М) - содержит две распорные рамки жесткости, размещаемые наклонно к трубопроводу по обе стороны от его продольной оси и образованные верхними - соединенными между собой верхними грузовыми поясами, и нижними - соединенными между собой нижними грузовыми поясами, поперечинами, а также стойками, соединяющими нижние и верхние поперечины, причем к верхним поперечинам распорных рамок жесткости прикреплены заполняемые балластом емкости, каждая из которых образована единым для двух емкостей полотнищем полимерной технической ткани, средней частью охватывающим трубопровод сверху, пропущенным в каждую рамку над нижней поперечиной и соединенным непосредственно или через проушины с верхней поперечиной, и парой боковых стенок, каждая из которых выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам -

боковым и нижней - к единому полотнищу на участке его длины, ниспадающем с трубопровода и поднимающемся к верхней поперечине, и парой косынок из полотнища, каждая из которых закреплена по двум сторонам - к верхнему и к нижнему поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости внахлест на полотнище боковой стенки на не пришитую его сторону, при этом, каждая стойка распорной рамки жесткости выполнена прямолинейной, а ее длина превышает диаметр трубопровода. При этом, стойка выполнена с возможностью опирания нижней поперечины или концевой части участка стойки на дно траншеи в пределах вертикальной проекции контура трубопровода, и с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части участка стойки к трубопроводу без опирания на его поверхность при загрузке емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы. Длина нижнего грузового пояса не менее 4,6 радиуса трубопровода или может быть определена по зависимости: L=KR(¶+2), где: К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, численно равный 0,90-1,10; R - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство [м], ¶=3,14. Нижний грузовой пояс может быть образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод, или нижний грузовой пояс на участке, охватывающем трубопровод, может быть соединен дискретно или непрерывно с единым полотнищем, к которому для размещения в них нижней поперечины ниже диаметральной горизонтальной плоскости трубопровода не менее, чем на половину радиуса трубопровода, с внешней стороны емкости пришиты по кромкам или, по крайней мере в один ряд по ширине полотнища петли или проушина из полотнища. Кроме того, отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с единым полотнищем на участке его длины от нижней поперечины до верхней поперечины, может быть выполнен с пришитыми петлями или образованной его прошивкой продольной проушиной для размещения стойки. А распорные рамки выполнены сборно-разборными.

Предлагаемое техническое решение относится к области сооружения новых подземных трубопроводов, в том числе, проходящих по обводненным участкам, в зоне вечной мерзлоты, на переходах малых рек, или может быть использовано при реконструкции и ремонте уже существующих трубопроводов. Техническое решение создано коллективом авторов-разработчиков ТУ4834-121-31323949-2004, утвержденных ОАО «Газпром» и включает его положения.

Известно полимерконтейнерное балластирующее устройство, включающее связанные наложенными на трубопровод гибкими перемычками емкости, заполненные минеральным грунтом и выполненные с жесткими прямоугольными горизонтально расположенными каркасами, несущими монтажные петли, при этом, прямоугольные каркасы выполнены из полосы, а стенки емкостей к каркасам подвешены и выполнены из гибкого, имеющего отверстия для стока воды или водонепроницаемого материала, гибкие перемычки прикреплены к емкостям по углам их прямоугольных каркасов, а к непримыкающим к трубопроводу сторонам

этих каркасов присоединены поворотные крышки емкостей, снабженные откидными панелями (SU, №769178, 1980 г.).

Известно полимерконтейнерное балластирующее устройство, в котором продольные стенки и днища емкостей и связывающие их прилегающие к трубопроводу гибкие перемычки выполнены из единой полосы гибкого материала (RU, №1067284, А, 1984 г.)

Известно полимерконтейнерное балластирующее устройство, содержащее прямоугольные рамки жесткости, наклонно располагаемые в траншее, верхние и нижние гибкие тяги, соединенные, соответственно, с наиболее удаленными друг от друга сторонами рамок и с наименее удаленными друг от друга частями рамок, емкости из текстильного материала, например, ТБГ-360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89), огибающего рамки с образованием днища, передней и задней стенок емкостей и противоразмывочные перегородки, расположенные по боковым сторонам каждой емкости (ВСН 39-19-003-98 Конструкции и способы балластировки и закрепления подземных газопроводов, Газпром, М., 1998 г., с.6).

Наиболее близким из известных является полимерконтейнерное балластирующее устройство (RU, №2244194, С1, опубл. 10.01.2005 г.), содержащее две размещенные по обе стороны от трубопровода распорные рамки жесткости, скрепленные с ними и заполняемые грунтом емкости из полотнищ полимерной технической ткани противоразмывные перегородки, а также верхние и нижние грузовые ленты, в котором распорные рамки жесткости выполнены криволинейной формы с высотой, превышающей диаметр балластируемого трубопровода, изгиб каждой рамки жесткости выполнен под тупым углом, а нижняя часть каждой рамки размещена с уклоном в сторону трубопровода по отношению к дну траншеи, при этом размещенные вдоль трубопровода полотнища полимерной технической ткани обеспечивают опирание распорных рамок на грунт дна траншеи как

при заполнении емкостей грунтом, так и при воздействии на трубопровод выталкивающей нагрузки. - Предлагаемое техническое решение является техническим развитием и дальнейшим совершенствованием указанного выше изобретения.

Известные решения, при наличии ряда положительных конструктивных и эксплуатационных характеристик, не в полной мере обеспечивают требуемые эффективность использования всего объема его емкостей, удобство в эксплуатации и надежность балластировки без возможности повреждения изоляции трубопровода, как при размещении устройства в траншее, так и в процессе эксплуатации. Это обусловлено тем, что распорные рамки из-за постоянного (как в процессе загрузки, так и в процессе эксплуатации трубопровода) опирания на грунт дна траншеи позволяют некоторую вертикальную подвижку трубопровода, вследствие чего нижняя часть рамки перемещается (на заранее не установленную величину) в сторону трубопровода, удерживая его в новом положении от дальнейшего всплытия. Таким образом, известное устройство не обеспечивает в полной мере защиту трубопровода от повреждения в процессе эксплуатации, а также не исключает возможности его частичного всплытия.

Задачей настоящего технического решения является повышение темпов проведения работ и надежности работы балластирующего устройства, как на этапе монтажа на трубопроводе, так и в процессе заполнения балластом и эксплуатации без возможности повреждения изоляции трубопровода, что обусловлено заданными расположением и перемещением нижних поперечин относительно трубопровода, при этом, повышается коэффициент использования полезного объема его емкости за счет их нового конструктивного выполнения, а технологичность изготовления обеспечивается сохранением простоты его конструкции и кроем используемого материала.

Достигается поставленная задача тем, что полимерконтейнерное балластирующее устройство (ПКБУ-М) - содержит две распорные рамки жесткости, размещаемые наклонно к трубопроводу по обе стороны от его продольной оси и образованные верхними - соединенными между собой верхними грузовыми поясами, и нижними - соединенными между собой нижними грузовыми поясами, поперечинами, а также стойками, соединяющими нижние и верхние поперечины, причем к верхним поперечинам распорных рамок жесткости прикреплены заполняемые балластом емкости, каждая из которых образована единым для двух емкостей полотнищем полимерной технической ткани, средней частью охватывающим трубопровод сверху, пропущенным в каждую рамку над нижней поперечиной и соединенным непосредственно или через проушины с верхней поперечиной, и парой боковых стенок, каждая из которых выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам - боковым и нижней - к единому полотнищу на участке его длины, ниспадающем с трубопровода и поднимающемся к верхней поперечине, и парой косынок из полотнища, каждая из которых закреплена по двум сторонам - к верхнему и к нижнему поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости внахлест на полотнище боковой стенки на не пришитую его сторону, при этом, каждая стойка распорной рамки жесткости выполнена прямолинейной, а ее длина превышает диаметр трубопровода. При этом, стойка выполнена с возможностью опирания нижней поперечины или концевой части участка стойки на дно траншеи в пределах вертикальной проекции контура трубопровода, и с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части участка стойки к трубопроводу без опирания на его поверхность при загрузке емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы. Длина нижнего грузового пояса не менее 4,6 радиуса трубопровода или может быть определена по зависимости: L=KR(¶+2), где:

К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, численно равный 0,90-1,10; R - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство [м], ¶=3,14. Нижний грузовой пояс может быть образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод, или нижний грузовой пояс на участке, охватывающем трубопровод, может быть соединен дискретно или непрерывно с единым полотнищем, к которому для размещения в них нижней поперечины ниже диаметральной горизонтальной плоскости трубопровода не менее, чем на половину радиуса трубопровода, с внешней стороны емкости пришиты по кромкам или, по крайней мере в один ряд по ширине полотнища петли или проушина из полотнища. Кроме того, отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с единым полотнищем на участке его длины от нижней поперечины до верхней поперечины, может быть выполнен с пришитыми петлями или образованной его прошивкой продольной проушиной для размещения стойки. А распорные рамки выполнены сборно-разборными.

Указанные параметры и формула для определения длины нижнего грузового пояса экспериментально апробированы и приняты в связи с тем, что при определяемых значениях не повреждается изоляция трубопровода (при обеспечении технологичности изготовления конструкции ПКБУ-М). При выходе за указанные параметры наблюдается повреждение изоляции трубопровода за счет контактирования его с нижней поперечиной, оказывающей местное давление на трубопровод в процессе его эксплуатации, а также при загрузке балласта в емкости. Выбор величины длины стойки по отношению к диаметру трубопровода позволяет распределить действующие и реактивные силы таким образом, чтобы исключить возможность повреждения изоляции трубопровода при максимально эффективной его балластировке.

На фиг.1 - представлена принципиальная схема полимерконтейнерного балластирующего устройства с действующими нагрузками в процессе загрузки емкостей и эксплуатации трубопровода.

Полимерконтейнерное балластирующее устройство выполнено в соответствии с разработанными коллективом авторов настоящего технического решения ТУ 4834-121-31323949-2004, утвержденными ОАО «Газпром» и включает их положения. Полимерконтейнерное балластирующее устройство состоит из двух размещаемых по обе стороны от продольной оси трубопровода 1 и образованных стойками 2 и поперечинами - верхней 3 и нижней 4 распорных рамок жесткости, к которым прикреплены заполняемые балластом емкости 5 и 6, образованные единым полотнищем 7 полимерной технической ткани, например ТБГ -360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89), парой боковых стенок 8. Каждая из боковых стенок 8 выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам к единому полотнищу 7 на участке его длины от нижней поперечины 4 до верхней поперечины 3. Косынки 9 выполнены из полотнища и каждая из них закреплена по двум сторонам - к верхнему 10 и к нижнему 11 поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости 5 или 6 внахлест на полотнище боковой стенки 8 на не пришитую его сторону. Нижние поперечины 4 двух емкостей соединены между собой огибающим сверху трубопровод 1 нижним грузовым поясом 11, пришитым снизу к единому полотнищу 7. Верхние поперечины 3 соединены между собой верхними грузовыми поясами 10. Каждая стойка 2 распорной рамки жесткости выполнена с возможностью опирания нижней поперечины 4 или концевой части стойки 2 на дно траншеи по параллельной в данном месте оси трубопровода линии, предпочтительно расположенной в пределах вертикальной проекции его контура (фиг.1). При этом, имеется возможность смещения нижней поперечины 4 или концевой части стойки 2 к трубопроводу 1 без осуществления опирания их на поверхность

трубопровода 1 при загрузке емкостей балластом или при воздействии на трубопровод 1 выталкивающей силы при его эксплуатации. Нижний грузовой пояс может быть выбран длиной L[м] не менее 4,6 радиуса трубопровода или его длина может быть более точно определена из условия L=KR(¶+2), где К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, численно равный 0,9-1,10 и учитывающий неровности дна траншеи, величину заглубления трубопровода в грунт дна траншеи под собственным весом, а физическое состояние грунта дна траншеи, например, его влажность; R [м] - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство, ¶ - постоянная величина, численно равная 3,14. Как один из вариантов, нижний грузовой пояс 11 может быть образован лентой из материала полотнища, пришитой внутри емкости сверху к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод 1 в его верхней части. Нижний грузовой пояс 11, как вариант, может быть образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод. Кроме того, нижний грузовой пояс 11 может быть конструктивно совмещен на участке, охватывающем трубопровод, с единым полотнищем 7, т.е. единое полотнище функционально является на этом участке и нижним грузовым поясом. В этом случае к нижнему грузовому поясу 11 для размещения в них нижней поперечины 4 ниже диаметральной горизонтальной плоскости трубопровода не менее, чем на половину радиуса трубопровода, пришиты по кромкам или, по крайней мере в один ряд по ширине полотнища 1 петли или проушина из материала полотнища, равная ширине единого полотнища 1. Распорные рамки полимерконтейнерного балластирующего устройства могут быть выполнены сборно-разборными. При этом, отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с единым полотнищем на участке его длины от уровня нижней поперечины (или выше нее - до кромки боковой стенки) до верхней

поперечины, может быть выполнен с пришитыми вдоль него петлями или с продольной проушиной для размещения стойки 2, образованной прошивкой вдоль его свободной кромки, например, с ее подгибом или накладкой отрезка полотнища.

При монтаже полимерно-контейнерного балластирующего устройства на трубопровод 1, размещенный в траншее, развертывают единое полотнище 7 из ткани ТБГ -360 (ТУ 6-06-6-67-87) или ТП-110 (ТУ 6-13-0204024-34-89) или подобной, образующее при закреплении его к распорным рамкам жесткости, выполненным из расположенных наклонно к трубопроводу в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси стоек 2 и поперечин 3 и 4, - емкости 5 и 6. Рамки имеют в нижней части отгибы на стойках 2, позволяющие разместить продольную ось нижней поперечины 4 вне плоскости распорной рамки со смещением ее в сторону трубопровода 1. Этим обеспечивается возможность гарантированного подведения поперечины 4, опирающейся на грунт дна траншеи при монтаже устройства на трубопроводе, к стенке трубопровода без касания и повреждения ее. Опирание на грунт поперечины 4 полностью исключает ее произвольное перемещение к трубопроводу 1 при монтаже и в начале загрузки балласта, что исключает повреждение его изоляции. По мере увеличения массы загружаемого балласта под действием распределенной нагрузки «F» происходит смещение поперечины 4 к трубопроводу 1 на величину «е» (фиг.1) и вывешивание ее на нижнем грузовом поясе 11 на высоте «h» (фиг.1). При прямой стойке 2 свободное относительно нижней поперечины размещение емкости создает реактивные силы, препятствующие ее контакту с трубопроводом, что экспериментально подтверждено. Боковые стенки 8, выполненные каждая в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам к единому полотнищу 7 на участке его длины от нижней поперечины 4 до верхней поперечины 3, обеспечивают заполнение емкостей и удержание материала балласта совместно с косынками 9, выполненными из

полотнища и закрепленными по двум их сторонам - к верхнему 10 и к нижнему 11 поясам, а третьей стороной - свободно размещенными в полости емкости 5 или 6 внахлест на полотнище боковой стенки 8 на не пришитую его сторону. Этим обеспечивается увеличение объема емкости и возможность некоторой ее деформации без нарушения ее целостности, как в процессе загрузки балласта, так и в процессе эксплуатации при возможных просадках грунта. Различные варианты расположения нижнего грузового пояса 11 обеспечивают достаточно широкий выбор схем нагружения, определяемых диаметром трубопровода, свойствами грунта траншеи и свойствами балласта. Выполнение распорных рамок полимерконтейнерного балластирующего устройства сборно-разборными повышает его технологичность и ремонтопригодность, а также условия транспортировки на объект.

Предлагаемое полимерно-контейнерное балластирующее устройство обладает высокой технологичностью изготовления, надежно в эксплуатации, имеет емкости, конструкция которых позволяет увеличить объем загружаемого в них балласта и, кроме того, не требует в процессе приведения устройства в рабочее состояние сколь-нибудь значительных трудозатрат.

1. Полимерконтейнерное балластирующее устройство, содержащее две распорные рамки жесткости, размещаемые наклонно к трубопроводу по обе стороны от его продольной оси и образованные верхними - соединенными между собой верхними грузовыми поясами, и нижними - соединенными между собой нижними грузовыми поясами, поперечинами, а также стойками, соединяющими нижние и верхние поперечины, причем к верхним поперечинам распорных рамок жесткости прикреплены заполняемые балластом емкости, каждая из которых образована единым для двух емкостей полотнищем полимерной технической ткани, средней частью охватывающим трубопровод сверху, пропущенным в каждую рамку над нижней поперечиной и соединенным непосредственно или через проушины с верхней поперечиной, и парой боковых стенок, каждая из которых выполнена в виде отрезка полотнища, пришитого по трем его сторонам - боковым и нижней - к единому полотнищу на участке его длины, ниспадающем с трубопровода и поднимающемся к верхней поперечине, и парой косынок из полотнища, каждая из которых закреплена по двум сторонам - к верхнему и к нижнему поясам, а третьей стороной - свободно размещена в полости емкости внахлест на полотнище боковой стенки на не пришитую его сторону, при этом каждая стойка распорной рамки жесткости выполнена прямолинейной, а ее длина превышает диаметр трубопровода.

2. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1, в котором стойка выполнена с возможностью опирания нижней поперечины или концевой части участка стойки на дно траншеи в пределах вертикальной проекции контура трубопровода, и с возможностью смещения нижней поперечины или концевой части участка стойки к трубопроводу без опирания на его поверхность при загрузке емкостей балластом или при воздействии на трубопровод выталкивающей силы.

3. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1 или 2, в котором длина нижнего грузового пояса не менее 4,6 радиуса трубопровода.

4. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1 или 2, в котором длина нижнего грузового пояса определена по зависимости:

L=KR(+2),

где К - экспериментально определенный безразмерный коэффициент, равный 0,90-1,10;

R - внешний радиус трубопровода, на который укладывают полимерконтейнерное балластирующее устройство, м; =3,14.

5. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1, в котором нижний грузовой пояс образован полотнищем, пришитым снизу к единому полотнищу по его ширине и/или вдоль его кромок на участке, огибающем трубопровод.

6. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1, в котором нижний грузовой пояс на участке, охватывающем трубопровод, соединен дискретно или непрерывно с единым полотнищем, к которому для размещения в них нижней поперечины ниже диаметральной горизонтальной плоскости трубопровода не менее, чем на половину радиуса трубопровода, с внешней стороны емкости пришиты по кромкам или, по крайней мере, в один ряд по ширине полотнища петли или проушина из полотнища.

7. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1 или 2, в котором отрезок полотнища боковой стенки, прошитый с единым полотнищем на участке его длины от нижней поперечины до верхней поперечины, выполнен с пришитыми петлями или образованной его прошивкой продольной проушиной для размещения стойки.

8. Полимерконтейнерное балластирующее устройство по п.1, в котором распорные рамки выполнены сборно-разборными.