Подвесное устройство для надземного трубопровода

 

Использование: в стоительстве надземных трубопроводов в местах переходов через препятствия. Сущность изобретения: подвесное устройство для надземного трубопровода содержит пилоны 1, несущий канат 2, подвеску 4 трубопровода 3. Подвеска 4 выполнена из прутка высокопластичной стали и содержит две спиральные навивки 5, 6, расположенные в перпендикулярных плоскостях. Нижняя навивка 5 охватывает трубопровод 3, верхняя 6 охватывает стержень 8 подвески. В чрезвычайных ситуациях (взрыв ГВС, землетрясение) навивки 5, 6 пластически деформируются и поглощают энергию воздействия на трубопровод. 5 ил.

Изобретение относится к строительству трубопроводов в местах переходов через препятствия: овраги, небольшие водные преграды и пр. а также может быть использовано для повышения физической устойчивости подвесной части трубопровода при возникновении чрезвычайных ситуаций, например при взрывах ГВС, землетрясении и др.

Известен подвесной трубопровод, включающий линейную часть и воздушный переход, выполненный в виде трубы прямолинейной или изогнутой в форме арки, упирающейся своими краями в граничные участки препятствия.

Недостатками такого перехода является ограниченность размеров препятствий, которые могут преодолеваться с помощью переходов, и практическая незащищенность переходов от перегрузок, возникающих при колебаниях температуры, ветровых нагрузках, а также при землетрясениях или взрывах ГВС.

Наиболее близким из известных технических решений является подвесное устройство для надземного трубопровода, включающее пилоны, опирающийся на них несущий канат, соединенный через тальреп с подвеской из стального прутка, поддерживающей трубопровод в месте перехода через препятствие.

Конструкция такого трубопровода не теряет устойчивости при возникновении температурных деформаций, но также, как и упомянутый выше аналог, не защищена от перегрузок в чрезвычайных ситуациях.

Техническим результатом изобретения является защита воздушного перехода трубопровода через небольшие препятствия от перегрузок, возникающих при чрезвычайных ситуациях: землетрясениях, оползнях, селевых потоках, взрывах ГВС. Этот результат достигается тем, что в известном подвесном устройстве для надземного трубопровода, включающем пилоны, опирающийся из них несущий канат, соединенный через тальреп с подвеской из прутка, поддерживающей трубопровод в месте перехода через препятствие, подвеска выполнена из замкнутого прутка высокопластичной стали с двумя спиральными навивками, витки которых расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем одна из спиральных навивок охватывает трубу, а другая охватывает тягу подвески.

На фиг. 1 представлена схема подвесного (вантового) перехода через препятствие на трассе трубопровода (например, реку); на фиг.2 схема подвески участка подвесного трубопровода, вид поперек трубы; на фиг.3 схема выполнения подвески из прутка высокопластичной стали с двумя спиральными навивками заводской готовности, вид по оси трубы; на фиг.4 схема подвески участка подвесного трубопровода (вид по оси трубы) до воздействия из него внешнего импульса; на фиг.5 положение участка подвесного трубопровода, изображенного на фиг.4, после прохождения через этот участок внешнего импульса.

Подвесное устройство для надземного трубопровода (фиг.1) состоит из опор 1 (пилонов), через верхнюю часть которых пропущен канат (вант) 2, поддерживающий участок трубопровода 3 над препятствием с помощью подвески 4, выполненной из прутка высокопластичной стали (например, сталь 3, Ст. 10 и т.д.) с двумя спиральными навивками, витки которых расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Спиральная навивка 5 охватывает трубу 3, а навивка 6, выполненная на ветви 7, подвески, охватывает тягу 8 (фиг.2). Подвеска 4 (фиг. 1) через серьгу 9 (фиг.2), тальреп 10 и хомут 11 крепится к канату 2. Концы прутка, из которого сделана подвеска, соединены друг с другом, например, с помощью сварки 12 (фиг.3).

Для избежания появления скручивающего момента на подвесном участке трубопровода последовательно установленные подвески расположены зеркально относительных друг друга, каждая последующая подвеска повернута вокруг оси подвеса на 180^о относительно предыдущей подвески.

В чрезвычайных ситуациях под действием внешних нагрузок конструкция подвесного участка трубопровода приходит в движение, описываемое сложной закономерностью, в зависимости от параметров нагрузки, размеров, распределения масс и жесткости элементов подвески и трубопровода.

Так, например, при землетрясении характер движения подвесного участка будет определяться интенсивностью сейсмической волны, а также фазой и направлением движения участков заделки концов подвесного участка.

При одновременном (синфазном) прохождении фронта сейсмической волны точек закрепления подвесного участка трубопровода на "берегах" препятствия этот участок будет двигаться наподобие качелей. Если вектор распространения фронта сейсмической волны будет направлен под углом к оси трубы, отличным от 90^о, то будет иметь место волнообразная деформация подвесного участка. При этом на подвесном участке трубопровода может укладываться n+1 (n=0,1,2.) полуволн.

Если чрезвычайная ситуация связана с взрывом ГВС, на подвесной участок трубопровода будет действовать воздушная ударная волна, импульс которой приведет в движение этот участок.

Как и в первом случае, характер движения подвесного участка трубопровода будет зависеть от величины импульса и направления его действия.

При этом в известных вариантах выполнения подвесного устройства для надземного трубопровода (аналог и прототип) существующая жесткая подвеска не рассчитана на восприятие экстремальных импульсных нагрузок, и кроме того, из-за недостаточной по величине податливости происходит разрыв подвесок, приводящий к тому, что вся экстремальная нагрузка и вес подвесной части трубопровода будут восприниматься материалом трубы, что в свою очередь приведет к разрушению трубопровода в месте воздушного перехода через препятствие.

Предлагаемое подвесное устройство выполнено с двумя спиральными навивками, витки которых (5 и 6) (фиг.2) расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, что в свою очередь позволяет в сборке воздушного перехода трубопровода через препятствие обеспечить требуемую податливость подвески при допустимой поперечной перегрузке на трубопровод следующим образом. При внешнем воздействии на трубопровод в зоне воздушного перехода подвешенная труба имеет возможность перемещаться в горизонтальном направлении из положения I в положение II (фиг.4, 5) за счет деформации подвески, выгибаясь в направлении приложения импульсной нагрузки. При этом движении будет иметь место удлинение ветви 7 со спиральной навивкой 6, охватывающей тягу 8 подвески, за счет того, что высокая пластичность материала прутка, из которого изготавливается подвеска, позволяет без разрушения прутка растягиваться спирали навивки 6 и подобно эластичному канату проскальзывать той части прутка подвески, которая спиралью 5 охватывает тело трубы 3. На фиг.5 и 6 специальной штриховкой обозначен участок подвески, охватывающий трубу, до и после подвижки подвесного трубопровода. При этом видно, что часть спирали 5 и после подвижки трубы переходит в ветвь 8, а участок ветви 7 (до подвижки трубопровода) становится частью спирали 5 после подвижки трубопровода.

В предлагаемой подвеске соотношение усилий в ветвях 7 и 8 (фиг.5) определяется формулой Эйлера Р р x eμα, где Р усилие в ветви 8; р усилие растяжения спирали 6; е основание натуральных логарифмов; μ- коэффициент трения материала подвески 4 о трубу 3; α- угол обхвата трубы 3 прутком подвески (спираль 5) в радианах.

В нашем примере при μ 0,5 и α 3n, если на одну подвеску 4 приходится участок трубы, например весом 1600 кг, то при eμα= 80 усилие растяжения спирали 6 для обеспечения равновесия составит 20 кгс, откуда определяются размеры спирали 6. При этом число витков спирали 6 находится из предельного допустимого прогиба и прочности трубы в месте установки каждой подвески.

В результате сложной деформации подвески энергия, которую получает подвесной трубопровод от воздействия внешнего импульса, будет поглощена работой сил трения скольжения в деформирующейся охватывающей трубу спирали, а также работой, затраченной на пластическую деформацию обеих спиральных навивок.

Подвеска 4 выполнена таким образом, что ее деформация, вызванная движением подвесного трубопровода, имеет заранее заданную (расчетную) характеристику. Эта характеристика определяется, как указано выше, пластическими свойствами материала прутка, диаметром самого прутка и диаметрами спиральной навивки. Стабильность характеристики деформации обеспечивается задаваемым направлением деформации подвески за счет соединения друг с другом концов прутка (т.е. замкнутости прутка), например с помощью сварки, а также за счет охвата спиралью 6 тяги 8 и спиралью 5 трубы 3. Такое изготовление подвески кроме стабильности характеристики деформации позволяет обеспечить полную заводскую готовность изделия и сохранность характеристики при ее транспортировке к нему монтажа.

Таким образом, предлагаемое выполнение подвесного устройства для надземного трубопровода обеспечивает заранее заданную расчетную рабочую характеристику подвески и всего подвесного трубопровода при внешнем воздействии в чрезвычайной ситуации, например при взрыве ГВС и землетрясении. Для каждого воздушного перехода, характеризующегося длиной и диаметром подвесной части, может быть подобрана подвеска с заданной характеристикой поглощения энергии при ее деформации.

Изготовление подвески трубопровода из прутка высокопластичной стали с двумя спиральными навивками с заранее заданными свойствами возможно на любом машиностроительном заводе или в ремонтной механической мастерской.

Формула изобретения

ПОДВЕСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА, содержащее пилоны, опирающийся на них несущий канат, соединенную с ним через тальреп поддерживающую трубопровод подвеску из прутка, отличающееся тем, что подвеска выполнена из замкнутого прутка высокопластичной стали и снабжена двумя спиральными навивками, витки которых расположены в перпендикулярных плоскостях, причем одна навивка охватывает трубопровод, а другая тягу подвески.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5