Труба комбинированная и система нанесения балластного покрытия
Полезная модель относится к трубопроводной технике, а именно к трубам с балластным покрытием, используемым при прокладке трубопроводов в море, по дну водоемов и по заболоченной местности. Труба комбинированная состоит из центральной трубы, оболочки, расположенной концентрично относительно центральной трубы с образованием кольцевого пространства; центраторов, крышек, ограничивающих кольцевое пространство с балластным материалом, нескольких отверстий в оболочке, служащих для ввода раствора балластного материала, заглушек, установленных в отверстиях после окончания заполнения кольцевого пространства балластным материалом, при этом диаметр отверстий для ввода раствора балластного материала выбирается, исходя из соотношения: 
, где d - диаметр отверстия в оболочке; Dвн. - внутренний диаметр оболочки; Dнар. - наружный диаметр центральной трубы. Система нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную предложенной конструкции состоит из бетонного насоса с приемным бункером, трубопровода, присоединенного к бетонному насосу; шлангов, соединяющих трубопровод с отверстиями в оболочке для подачи раствора балластного материала в кольцевое пространство трубы комбинированной; при этом трубопровод расположен вне трубы комбинированной, внутренний диаметр каждого, шланга выбирается, исходя из соотношения: 
, где dш - внутренний диаметр шланга, а диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу, выбирается по условию: 
, где dm - диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу; N - количество отверстий, подсоединенных через шланги к трубопроводу. 8 п.ф., 3 фиг.
Полезная модель относится к трубопроводной технике, а именно к трубам с балластным покрытием, используемым при прокладке трубопроводов в море, по дну водоемов и по заболоченной местности.
Известна конструкция термоизолированной секции трубопровода, состоящей из центральной трубы, наружной спиральновитой оболочки, расположенной концентрично относительно внутренней оболочки с образованием кольцевого пространства, заполняемого цементосодержащим пенообразующим материалом, обладающим после затвердевания теплоизолирующими свойствами [патент US 
4640312 от 13.12.1984]. Пенообразующий материал вводят в кольцевое пространство через отверстие в спиральновитой оболочке или через отверстия в торцовых крышках в кольцевом пространстве.
Так как пенообразующий материал имеет хорошую подвижность и нагнетается в небольшом количестве, то он может быстро заполнять кольцевое пространство как через небольшое отверстие в торцовых крышках, так и через одно небольшое отверстие в спиральновитой оболочке.
Недостаток известной конструкции секции трубопровода в том, что велико время заполнения кольцевого пространства раствором балластного материала через отверстия в крышках или через одно небольшое отверстие в наружной оболочке, а следовательно - низкая производительность процесса нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную.
Известна труба комбинированная, состоящая из центральной трубы и оболочки с балластным материалом в кольцевом пространстве между ними, введенным через отверстия в оболочке, закрываемые заглушками или заслонками [патент US 4110991 от 07.01.1977]. Особенность образования трубы с балластным покрытием в том, что балластный материал вводят последовательно через отверстия в оболочке в наклонном состоянии трубы по мере ее погружения в воду.
Такую конструкцию трубы комбинированной нельзя изготовить в заводских условиях.
Известна труба комбинированная, состоящая из центральной трубы и оболочки с отверстием, кольцевого пространства с балластным покрытием между трубой и оболочкой, полученного после затвердевания бетонного раствора, который нагнетают в кольцевое пространство через отверстие в оболочке, закрываемое пробкой (патент US 3397260 от 13.08.1968). Недостаток трубы в том, что оболочка является гибкой, водопроницаемой, и разделяет кольцевое пространство на секции. Наружный диаметр такой трубы изменяется по длине в больших пределах, что неприемлемо для трубы, укладываемой, например, с судна в море. Кроме того, нагнетание бетонного раствора через одно отверстие не позволяет получить высокую производительность процесса нанесения балластного покрытия на трубу.
Известна секция подводного трубопровода (патент RU 2072466 от 31.01.1992), содержащая внутреннюю трубу, установленную с зазором внутри наружной трубы, торцовые элементы, присоединенные к трубе с герметизацией межтрубного пространства; отверстие в наружной трубе, перекрываемое клапаном, служащее для заполнения межтрубного пространства балластным материалом.
Недостаток секции - сложность ее конструкции, не позволяющей достичь высокой производительности при крупносерийном производстве для укладки подводных трубопроводов длиной несколько сотен километров.
Известна система нанесения балластного материала высокой плотности (более 3000 кг/м3) на участок центральной трубы, охватываемый оболочкой через отверстие в оболочке, включающая источник подготовленного балластного материала, приемный бункер; насос, приводимый двигателем через редуктор; трубопровод, присоединенный к насосу и к отверстию в оболочке.
Недостаток системы в том, что она не может обеспечить высокую производительность нанесения балластного материала, достаточную для условий крупносерийного производства труб с балластным покрытием, вследствие небольшой скорости истечения высоковязкого раствора балластного материала через одно отверстие в оболочке. Кроме того, в системе не предусмотрено ограничение минимального и максимального размеров отверстия в оболочке.
Известна система нанесения бетона на трубопровод большого диаметра (более 2 м), наружная часть которого разделена на несколько секций, каждая из которых имеет отверстие, закрываемое герметично заглушкой, расположенное в наивысшей части трубы [патент US 6719493 В1 от 13.06.2000]. К каждому отверстию подведена вертикально труба от бетонопровода, размещенного внутри трубы в верхней ее части.
Недостаток конструкции трубы комбинированной в том, что отверстия, служащие для заполнения бетоном внешнего по отношению к трубе кольцевого пространства, имеются в центральной трубе, что недопустимо для трубы нефте- и газопровода, находящейся во время эксплуатации под высоким давлением. Недостаток системы в том, что бетонопровод при нанесении раствора размещается внутри трубы, что недопустимо для трубы комбинированной, используемой для магистральных нефте- и газопроводов с балластным покрытием, укладываемых в водной среде, диаметр которых в настоящее время не превышает 1420 мм.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - повышение производительности системы нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную, предназначенную для условий крупносерийного производства при необходимости укладки в море или другие водоемы сотен км. труб в год.
Техническая задача решена в конструкции трубы комбинированной, состоящей из центральной трубы, служащей для транспортирования жидкости или газа под высоким давлением, оболочки, расположенной концентрично относительно центральной трубы с образованием кольцевого пространства, центраторов между наружной поверхностью центральной трубы и внутренней поверхностью оболочки, крышек, ограничивающих кольцевое пространство и балластного материала в кольцевом пространстве, при этом в оболочке имеется несколько отверстий, служащих для заполнения кольцевого пространства балластным материалом, и заглушек, установленных в отверстиях после окончания заполнения кольцевого пространства балластным материалом, а диаметр отверстий для ввода раствора балластного материала выбирается, исходя из соотношения:
,
где d - диаметр отверстия в оболочке;
Dвн. - внутренний диаметр оболочки;
Dнар. - наружный диаметр центральной трубы.
Условие 
обусловлено тем, что если отверстие в оболочке равно или более кольцевого зазора между центральной трубой и оболочкой, то сопротивление течению через него раствора балластного материала меньше, чем при течении через отверстие в крышке кольцевого пространства, диаметр которого всегда меньше кольцевого зазора, т.е.
,
где dк - диаметр отверстия в торцовой крышке кольцевого зазора.
Условие 
вытекает из условия перетекания жидкости в кольцевое пространство из отверстия в оболочке:
;
или 
.
Для существенного снижения сопротивлению течения раствора через отверстие в оболочке его диаметр выбирается, исходя из соотношения:
d=(1÷2)(Dвн. -Dнар.).
Так как в кольцевом пространстве имеются центраторы, то между смежными центраторами в оболочке имеется, по меньшей мере, одно отверстие, что позволяет снизить сопротивление течению раствора балластного материала в кольцевом пространстве.
Для уменьшения объема воздуха в балластном материале центры отверстий расположены на линии, находящейся в одной плоскости с осью центральной трубы.
Отличительные признаки трубы комбинированной с балластным покрытием в том, что в оболочке имеется несколько отверстий, служащих для заполнения кольцевого пространства балластным материалом, и заглушек, установленных в отверстиях после окончания заполнения кольцевого пространства балластным материалом, а диаметр отверстий для ввода раствора балластного материала выбирается, исходя из соотношения:
,
где d - диаметр отверстия в оболочке;
Dвн. - внутренний диаметр оболочки;
Dнар. - наружный диаметр центральной трубы.
Такая совокупность отличительных признаков не обнаружена при проведении патентно-информационных исследований, поэтому полезная модель соответствует критерию «новизна».
Конструкция трубы комбинированной, имеющая перечисленные отличительные признаки, обеспечивает возможность достижения высокой производительности с помощью системы нанесения балластного покрытия на предложенную конструкцию трубы комбинированной.
Для обеспечения высокой производительности система нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную предложенной конструкции состоит из бетонного насоса, трубопровода, присоединенного к бетонному насосу; шлангов, соединяющих трубопровод с отверстиями для подачи раствора балластного материала в кольцевое пространство трубы комбинированной; при этом трубопровод расположен вне трубы комбинированной, шланги присоединены к отверстиям в оболочке, внутренний диаметр каждого шланга выбирается, исходя из соотношения:
,
где dш - внутренний диаметр шланга, а диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу, выбирается по условию:
,
где dm - диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу;
N - количество отверстий, подсоединенных через шланги к трубопроводу.
Если в трубе комбинированной диаметр отверстий в оболочке выбран, исходя из соотношения
d=(1÷2)(Dвн. -Dнар.),
то внутренний диаметр каждого шланга выбирается, исходя из соотношения:
.
Для удвоения производительности процесса нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную система может состоять из двух подсистем, каждая из которых включает присоединенный к бетонному насосу трубопровод, расположенный вне трубы комбинированной, и шланги, соединяющие трубопровод с выполненными в оболочке отверстиями для подачи раствора балластного материала в кольцевое пространство трубы комбинированной.
Совокупность нижеследующих отличительных признаков системы не обнаружена при проведении патентно-информационных исследований, следовательно, полезная модель отвечает критерию «новизна»: трубопровод расположен вне трубы комбинированной, шланги присоединены к отверстиям в оболочке, внутренний диаметр каждого шланга выбирается, исходя из соотношения:
,
а диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу, выбирается по условию:
,
где dm - диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу;
N - количество отверстий, подсоединенных через шланги к трубопроводу балластного материала.
На фиг.1 показана конструкция трубы комбинированной с балластным покрытием.
На фиг.2 показана схема системы нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную.
На фиг.3 показана схема системы, обеспечивающей удвоение производительности в сравнении с системой, показанной на фиг.2.
Труба комбинированная (фиг.1) состоит из центральной трубы 1, служащей для транспортирования жидкости или газа под высоким давлением, оболочки 2, расположенной концентрично относительно центральной трубы 1 с образованием кольцевого пространства 3; центраторов 4 между наружной поверхностью центральной трубы 1 и внутренней поверхностью оболочки 2, крышек 5 и 6, ограничивающих кольцевое пространство 3, и балластного материала 7 в кольцевом пространстве 3; нескольких отверстий 8 в оболочке 2, служащих для ввода раствора балластного материала 7; заглушек 9, установленных в отверстия 8 после окончания заполнения кольцевого пространства 3 раствором балластного материала 7, при этом диаметр отверстий 8 выбирается, исходя из соотношения:
,
где d-диаметр отверстия 8 в оболочке 2;
Dвн. - внутренний диаметр оболочки 2;
Dнар. - наружный диаметр центральной трубы 1.
Для существенного снижения сопротивлению течения раствора балластного материала 7 через отверстие 8 в оболочке 2 диаметр каждого отверстия 8 для ввода раствора балластного материала 7 выбирается, исходя из соотношения:
d=(1÷2)(Dвн.-Dнар.).
Для уменьшения сопротивления перетекания раствора балластного материала 7 из отверстия 8 в кольцевое пространство 3, по меньшей мере, одно из отверстий 8 в оболочке 2 расположено между смежными центраторами 4.
Центры отверстий 8 расположены на линии, находящейся в одной плоскости с осью центральной трубы 1.
Для повышения надежности удержания крышек 5 и 6 от выдавливания раствором балластного материала 7 при заполнении кольцевого пространства 3 на трубе установлены втулки 5а и 6а из термоусаживаемого полиэтилена или композиционного материала.
Система нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную предложенной конструкции (фиг.2) состоит из бетонного насоса 10, трубопровода 11, присоединенного к бетонному насосу 10; шлангов 12, соединяющих трубопровод 11 с отверстиями 8 для подачи раствора балластного материала 7 в кольцевое пространство 3 трубы комбинированной; при этом трубопровод 11 расположен вне трубы комбинированной, шланги 12 присоединены к отверстиям 8 в оболочке 2, внутренний диаметр каждого шланга 12 выбирается, исходя из соотношения:
,
где dш - внутренний диаметр шланга 12,
а диаметр трубопровода 11, присоединенного к бетонному насосу 10, выбирается по условию:
,
где dm - диаметр трубопровода 11, присоединенного к бетонному насосу 10;
N - количество отверстий 8, подсоединенных через шланги 12 к трубопроводу 11.
Бетонный насос 10 приводится во вращательное движение электродвигателем 13 через редуктор 14. На выходном патрубке бетонного насоса 10 установлены задвижки 15.
Для удвоения производительности система состоит из двух подсистем 16 (фиг.3), каждая из которых включает бетонный насос 10, присоединенный к нему трубопровод 11, расположенный вне трубы комбинированной, и шланги 12, соединяющие трубопровод 11 с отверстиями 8.
Для заполнения кольцевого пространства 3 раствором балластного материала 7 трубу комбинированную устанавливают на платформу 17 (фиг.3), присоединяют шланги 12 к отверстиям 8, открывают задвижки 15, заполняют раствором балластного материала 7 бункер 18, включают электродвигатель 13. Раствор балластного материала 7 нагнетается насосом 10 через шланги 12 и отверстия 8 в кольцевое пространство 3. Воздух из кольцевого пространства 3 вытесняется в атмосферу через отверстие 19. По окончании заполнения кольцевого пространства 3 раствором балластного материала 7 выключают электродвигатель 10, закрывают задвижки 15, снимают шланги 12. В отверстия 8 устанавливают заглушки 9, в отверстие 19 - пробку 20 (фиг.1).
Если трубу комбинированную снимают с платформы 17, то на платформу устанавливают следующую трубу комбинированную и повторяют процесс. Если труба комбинированная остается на платформе 17 до затвердевания раствора балластного материала 7, то шланги 12 присоединяют к трубе комбинированной, установленной рядом на другой платформе (не показана).
При необходимости удвоения производительности заполнения кольцевого пространства 3 раствором балластного материала 7 к отверстиям 8 можно подключать шланги 12 от двух подсистем 16 (фиг.3).
1. Труба комбинированная, состоящая из центральной трубы, служащей для транспортирования жидкости или газа под высоким давлением, оболочки, расположенной концентрично относительно центральной трубы с образованием кольцевого пространства; центраторов между наружной поверхностью центральной трубы и внутренней поверхностью оболочки, крышек, ограничивающих кольцевое пространство, и балластного материала в кольцевом пространстве,
отличающаяся тем, что в оболочке имеется несколько отверстий, служащих для ввода раствора балластного материала, и заглушек, установленных в отверстиях после окончания заполнения кольцевого пространства балластным материалом, а диаметр отверстий для ввода раствора балластного материала выбирается, исходя из соотношения:
,
где d - диаметр отверстия в оболочке;
D вн. - внутренний диаметр оболочки;
Dнар. - наружный диаметр центральной трубы.
2. Труба комбинированная по п.1, отличающаяся тем, что диаметр каждого отверстия для ввода раствора балластного материала выбирается, исходя из соотношения:
d=(1÷2)(Dвн.-Dнар.).
3. Труба комбинированная по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между смежными центраторами в оболочке имеется, по меньшей мере, одно отверстие.
4. Труба комбинированная по п.1 или 2, отличающаяся тем, что центры отверстий в оболочке расположены на линии, находящейся в одной плоскости с осью центральной трубы.
5. Система нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную по п.1, состоящая из бетонного насоса, трубопровода, присоединенного к бетонному насосу; шлангов, соединяющих трубопровод с отверстиями для подачи раствора балластного материала в кольцевое пространство трубы комбинированной; отличающаяся тем, что трубопровод расположен вне трубы комбинированной, шланги присоединены к отверстиям в оболочке, внутренний диаметр каждого шланга выбирается, исходя из соотношения:
,
где dш - внутренний диаметр шланга,
а диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу, выбирается по условию:
,
где dm - диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу;
N - количество отверстий, подсоединенных через шланги к трубопроводу балластного материала.
6. Система по п.5, отличающаяся тем, что она состоит из двух подсистем, каждая из которых включает бетонный насос, присоединенный к нему трубопровод, расположенный вне трубы комбинированной; шланги, соединяющие трубопровод с отверстиями в оболочке.
7. Система нанесения балластного покрытия на трубу комбинированную по п.2, состоящая из бетонного насоса, трубопровода, присоединенного к бетонному насосу; шлангов, соединяющих трубопровод с отверстиями для подачи раствора балластного материала в кольцевое пространство трубы комбинированной; отличающаяся тем, что трубопровод расположен вне трубы комбинированной, шланги присоединены к отверстиям в оболочке, внутренний диаметр каждого шланга выбирается, исходя из соотношения:
,
а диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу, выбирается по условию:
,
где dm - диаметр трубопровода, присоединенного к бетонному насосу;
N - количество отверстий, подсоединенных через шланги к трубопроводу балластного материала.
8. Система по п.7, отличающаяся тем, что она состоит из двух подсистем, каждая из которых включает бетонный насос, присоединенный к нему трубопровод, расположенный вне трубы комбинированной; шланги, соединяющие трубопровод с отверстиями в оболочке.
