Сборная труба для подводного трубопровода

 

Изобретение относится к механике, в частности к трубам с двойными стенками. Цель изобретения - повышение надежности путем локализации протяженных разрушений за счет создания поля сжимающих напряжений. Межтрубное пространство , образованное внутренней несущей трубой 1 и внешним кожухом 2, заполнено расширяющимся при затвердевании материалом с коэффициентом расширения: K(D«-2h,)(K9-P/2) {(1-2w)x х (D - 2h)2 + I - (D« - 21V)2 -/t,/fl, к x(1 -2i 3)} 2-Dfn-K8-p/,{(1 -2v,)x x D + (Or - 2И,)2 # - (Or - гь,)2 -fr/ft, x x(1-2v3)}J2l/I(Dl -2hKf-D ГДеОкдиаметр кожуха; h, hK - толщина стенки несущей трубы и кожуха соответственно; Кэ - эмпирический коэффициент; Р - максимально допустимое давление в трубопроводе; /UT, з - модули сдвига материала трубы и заполнителя соответственно; Ст. з - коэффициенты Пуансона трубы и заполнителя соответственно; DT- диаметр несущей трубы. 2 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 16 (9/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4763671/29 (22) 30.08.89 (46) 07.08.92,Бюл, ¹ 29 (71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения

Украины с Россией (72) В,Г,Хейфец, А.Д.Седых, Л.Т. Бойко, П.П.Бородавкин, Н.И.Аненков, П.Е.Беркович и А.А. Быстряков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 934136, кл. F 16 L 1/04, 1980, (54) СБОРНАЯ ТРУБА ДЛЯ ПОДВОДЙО(О

ТРУБОПРОВОДА (57) Изобретение относится к механике, в частности к трубам с двойными стенками,. . Цель изобретения — повышение надежности путем локализации протяженных разрушений эа счет создания поля сжима„„Я ;Ä 1753161 А1 ющих напряжений. Межтрубное пространство, образованное внутренней несущей трубой 1 и внешним кожухом 2, заполнено расширяющимся при затвердевании материалом с коэффициентом расширения;

К = ((Da -21т.)к (1 + (К P/2ôã) (((1 — Ьтт)к х (Ок — 2h«) + Щ/О к (Ок 21тк)" рт/рэ х

Х (1 — 2Хэ)) ) — D (1 — Кэ ° Р/Qls (((1 — 2 ) )( х 0 t + (От 21тт)к Ц0 т (От — 2hò) J -тттт/тттэ х

"(1 — 2тэ) тт ) 1/((Ок — 2ьк)к — D ), . 1-дв (), диаметр кожуха; h, hK — толщина стенки несущей трубы и кожуха соответственно; K>— эмпирический коэффициент; P — максимально допустимое давление в трубопров оде;,и, рз — модул и сдвига материала трубы и заполнителя соответственно; и,, и, — коэффициенты Пуансона трубы и заполнителя соответственно; D — диаметр несущей трубы. 2 ил.

1753161 определения Кэ проведена серия экспериментов. Испытания проводились на трубах диаметром 0,52 м и 0,82 м с диаметром кожуха 0,82 м и 1,02 м соответственно. Изготовлено две секции длиной 1,6 м с диаметром трубы 0,52 м {кожуха 0,82 м) и одна секция длиной 1,8 м с диаметром трубы и кожуха 0,82 и 1,02 м соответственно(материал труб — ст. 17Н1С). В качестве заполнителя использован цемент марки 300-ГГРЦ и приготовлен водноцементный раствор. На . десятые сутки после заливки раствора на стенде проводилось нагружение несущей трубы внутренним давление до 6 МПа, 3амеры напряжений осуществлялись наклеенными по нижней образующей труб тензорезисторами с помощью измерительной тензометрической системы СИИТ вЂ” 2.

Полученные на основе тензометрических данных эмпирические значения К показали удовлетворительное соответствие расчетным значениям К,.

Для экспериментальной оценки физико-механических параметров сдвоенной трубы с расширяющимся заполнителем использовали трубу диаметром 0,52 м с кожухом диаметром 0,82 м, длинной 1,6 м.

20 ля;

DT — диаметр несущей трубы;

hT —. толщина стенки несущей трубы. 40

Кожух 2 выполнен сварным из двух полуцилиндров 4, 5 и дух полуколец 6, 7, состыкованным на трубе 1 сварным швом 8, и содержит заправочное 9 и дренажное 10 отверстие. Труба 1 может иметь стыковоч- 45 н ы и кол ьц евой шов 11.

Сборная труба работает следующим образом.

Расширяющийся заполнитель 3, затвердевая, создает на несущей трубе 1 по- 50 ле сжимающих напряжений, которые могут остановить высокоэнергетическое разрушение трубопровода, Одновременно трубопровод обретает отрицательную плавучесть. 55

Эмпирический коэффициент Кэ определен экспериментально и учитывает перераспределение напряжений в несущей трубе 1 эа счет реакции бетонного слоя. Для

Изобретение относится к механике, в частности к трубам с двойными стенками.

Цель изобретения — повышение надежности путем локализации протяженных разрушений за счет создания поля сжимающих 5 напряжений, На фиг, 1 представлена сборная труба, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Сборная труба содержит внутреннюю 10 несущую трубу 1, внешний кожух 2 и заполнитель 3 между ними из расширяющегося при затвердевании материала, Заполнитель 3 выполнен с коэффициентом расширения, определяемым по формуле 15

К = ((Ок — 21тк) (1 + (Кэ - Р/2,ттт) { ((1 — гттт) Х х (Ок 2ттк) + Ок)/а к (ак 2Ьк) /ттфэ х х (1 — 2!Я ) — D т (1 — Кэ P/гает { ((1 — 2vr) Х

Х D т + (От — 2hr) )т1а т — (От — 2hr) ) - pr f83 Х х (1 — 2vэ) } ) J /((OÄ вЂ” 21тк)2 — О т ), 25 где К вЂ” коэффициент расширения заполнителя;

0» — диаметр кожуха;

Ьк — толщина стенки кожуха;

К вЂ” эмпирический коэффициент 0,400< 30

l4 0,411;

P — максимально допустимое давление в трубопроводе„ ,ит — модуль сдвига материала трубы; фз — модуль сдвига заполнителя; 35

1/> — коэффициент Пуансона трубы; и, — коэффициент Пуассона заполнитеПо приведенным зависимостям с учетом эмпирически определенного значения

К определен требуемый коэффициент расширения заполнителя К=1,007. В качестве заполнителя использовали водно-цементный раствор на основе цемента марки 300 — ГГРЦ с добавлением вещества, обеспечивающего требуемый коэффициент расширения, Выдержка трубы до проведения эксперимента — 10 сут. Величины напряжений, определенные на внутренней трубе после подачи давления 7,0 МПа, составили 2-3 кг/мм, что подтверждает наличие интенг сивного поля сжимающих напряжений внутри кожуха с расширяющимся заполнителем.

Два полуцилиндра 4 и 5 с торцовыми полукольцами 6 и 7 сваривают продольным швом 11 на подготовленном к укладке и изолированном трубопроводе. образуя герметичный, коаксиальноустановлен ный кожух 2. На верхней образующей вырезаются заправочное 9 и дренажное 10 отверстия.

Через заправочное отверстие 9 в полость между трубой и кожухом закачивают расширяющийся заполнитель 3. Воздух из полости вь1ходит через дренажное отверстие 10.

Монтаж может осуществляться над стыкавочным кольцевым швом трубопровода 11, Кожух 2 может монтироваться и на длительно эксплуатировавшемся трубопроводе, повышая его безопасность..

1753161 к-((о, — кк (к(1+ к к кд -2,(((- к.(+ к

О» — (0» — 2hrP -к — — — к

D т (Dr — 2hr) 1

Составитель JO.Ôèëèïîâ

Редактор С.Патрушева Техред M.Моргентал Корректор Л.Палий

Заказ 2753 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям q открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 .

Данная конструкция обеспечивает . отрицательную плавучесть трубопровода, оставляя практически неизменным его изгибную жесткость, и создает в стенках трубопровода поле сжимающих 5 напряжений, позволяющее локализовать разрешение трубопровода. Существенным положительным эффектом является возможность монтажа кожухов как на собранном строящемся трубопроводе перед 10 укладкой в траншею или на дно водной преграды, так и на эксплуатируемом трубопроводе.

Формула изобретения

1, Сборная труба для подводного 15 трубопровода, содержащая внутреннюю несущую трубу, внешний кожух и заполнитель между ними иэ расширяющегося при затвердевании материала, о т л ич а ю щ а я с я тем, чток с целью повыше- 20 ния надежности путем локализации протяженных разрушений путем создания поля сжимающих напряжений, заполнитель выполнен с коэффициентом расширения, определяемым по формуле 25

-ф(-2.)3у J j(D» гь,) — о,) где К вЂ” коэффициент расширения заполнителя;

0к — диаметр кожуха; к — толщина стенки кожуха;

Кэ — эмпирический коэффициент, 0,400 Кэ 0,411;

Р— максимально допустимое давление в трубопроводе;

p> — модуль сдвига материала трубы; ,иэ — модуль сдвига заполнителя; — коэффициент Пуассона трубы; — коэффициент Пуассона заполнителя;

0 — диаметр несущей трубы;

hT — толщина стенки несущей трубы.

2, Труба по и. 1, отличающаяся тем, что кожух выполнен сварным из двух полуцилиндров и двух полуколец.