Глубинный всасывающий водовод

 

Использование: в гидротехническом строительстве, а именно в конструкциях глубинных всасывающих водоводов. Сущность: водозаборник размещен на глубине в водоеме и соединен с расположенной на берегу насосной станцией трубой, состоящей из двух участков: прибрежного - стального и глубинного - пластмассового, например, полиэтиленового. Стык участков расположен на глубине, на которую не проникают солнечные лучи и не доходит влияние волнения. Такое исполнение значительно снижает нагрузки на тросы при погружении водовода на дно. Вдоль глубинного пластмассового участка проложен рядом с трубой трос, закрепленный одним концом на водозаборнике, а другим - на стыке с прибрежным участком, что разгружает пластмассовую трубу от продольных нагрузок. Однако трос служит нагрузкой, придающей трубе отрицательную плавучесть в заполненном водой состоянии, что необходимо для ее погружения на дно. Участок пластмассовой трубы, прилегающий к стальной, имеет переменную жесткость для исключения резких перегибов пластмассовой трубы при погружении. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к глубинным всасывающим водоводам, предназначенным для забора высококачественной чистой воды.

Известен глубинный всасывающий водовод, состоящий из водозаборника и трубы, соединяющей его с насосной станцией.

Труба большой протяженности может быть уложена на дно методом гибкой нити, при этом как только водозаборник окажется в воде, труба также заполнится водой и ее плавучесть станет отрицательной, если была положительной.

Другие способы погружения трубы на дно относятся к трубопроводам, пересекающим водную преграду (не заполняемым водой при погружении) и наращиваемым по мере этого пересечения со специальных плавсредств, чрезвычайно дефицитных и дорогих.

В рассматриваемом случае концы трубы надо удерживать силой H, определяемой из соотношения: H gL/8F, где g погонный вес (кгс/м) трубы, заполненной водой, в воде, а L и F показаны на фиг. 1.

Плавсредство, которое поддерживает конец трубы, должно в этом случае удерживаться якорем, при этом якорь должен быть специальным, а якорь-трос выдерживать еще большие усилия (P).

Это обстоятельство накладывает существенное ограничение на возможность получения требуемого технического результата обеспечение укладки трубы с поверхности водоема на дно.

Цель изобретения снижение нагрузок при укладке трубопровода на дно. Эта цель достигается при помощи замены материала трубы на более легкий стали на пластмассу, в частности, полиэтилен, имеющий в воде положительную плавучесть (g), т.е. теоретически усилия могут быть снижены до как угодно малой величины. Однако это достижение цели ставит ряд новых задач. Во-первых, полиэтилен не должен работать на растяжение и, во-вторых, такую трубу надо утяжелять, иначе она не утонет.

Обе эти задачи решаются с помощью троса, натягиваемого вдоль трубы, и металлической конструкции водозаборника, совмещенного с узлом подвески.

Выполнение всей трубы из пластмассы невозможно ввиду ускоренного старения ее в солнечных лучах, обрастания трубы микроорганизмами как снаружи, так и внутри, а также опасности механического разрушения трубы при интенсивном волновом воздействии. Эта задача исключение перечисленных негативных явлений решается выполнением трубы из двух участков: прибрежного стального и глубинного пластмассового.

Появление двух названных участков приводит к тому, что на их стыке встречаются две трубы, жесткости которых отличаются друг от друга на несколько порядков. Следствием этого обстоятельства может быть слом или потеря устойчивости пластмассовой трубы.

Новая задача исключение такой возможности решается переносом точки подвеса со стыка на прибрежную стальную трубу (при этом изгибающий момент уменьшается за счет включения в работу отрезка стальной трубы между точкой подвеса и стыком), а также обеспечением постепенного уменьшения жесткости на отрезке пластмассовой трубы от максимальной на стыке до минимальной в конце отрезка (фиг.2). Пунктиром на фиг. 2 показана конфигурация трубы, которая бы получилась, если бы подвеска осуществлялась непосредственно за стык.

При заполнении прибрежного и глубинного участков водой в районе их стыка возможно образование воздушной пробки (возможно временной, но затрудняющей погружение). Последняя из возникающих задач обеспечение свободного заливания трубы на обоих ее участках решается установкой в районе стыка двух штуцеров.

Таким образом, решение комплекса перечисленных задач достигается тем, что в глубинном всасывающем водоводе, состоящем из водозаборника и трубы, соединяющей его с насосной станцией, труба состоит из двух участков - прибрежного и глубинного, при этом прибрежный участок трубы выполнен из стали, а глубинный из пластмассы, причем глубина залегания стыка между участками -не менее глубины проникновения солнечных лучей и воздействия волнения в месте прокладки водовода.

Глубинный участок трубы может быть выполнен из полиэтилена.

Вдоль глубинного участка трубы проложен трос, соединенный с трубой в ряде точек, шаг между которыми не превышает 200 диаметров трубы, при этом трос с одной стороны соединен с прибрежным участком трубы, а с другой с водозаборником, который снабжен узлом подвески, являющимся силовым элементом на этапе опускания трубы на дно, причем глубинный участок трубы вместе с тросом имеет отрицательную плавучесть при заполнении трубы водой.

Глубинный участок на стыке с прибрежным имеет отрезок с переменной жесткостью, на котором жесткость меняется со стороны стыка от жесткости прибрежного участка стальной трубы до жесткости глубинного участка - пластмассовой трубы.

Отрезок с переменной жесткостью выполнен в виде нескольких участков, на каждом из которых вдоль пластмассовых труб размещены металлические прутки, закрепленные в кольцах, надетых на трубу, при этом количество прутков на каждом участке уменьшается по мере отдаления от прибрежного участка трубы, с которым жестко связанно первое кольцо.

На стыке прибрежного и глубинного участков установлены два штуцера, служащие для выпуска воздуха.

На прибрежном участке в районе стыка с глубинным участком размещен узел подвески, служащий силовым элементом на этапе опускания водовода на дно, при этом узел подвески установлен с возможностью вращения вокруг трубы на расстоянии не менее 50 диаметров трубы от стыка.

На фиг. 1 показана схема стальной трубы, залитой водой; на фиг. 2 стык между прибрежным и глубинным участками при нахождении стыка на поверхности воды и залитом состоянии обеих труб; на фиг. 3 общий вид водовода; на фиг. 4 узел подвески на прибрежном участке; на фиг. 5 вариант выполнения отрезка с переменной жесткостью; на фиг. 6 установка штуцеров.

Глубинный всасывающий водовод в целом показан на фиг. 3 и состоит из насосной станции 1, прибрежного участка 2, выполненного из стальной трубы и соединенного стыком 3 с глубинным участком 4, кончающимся водозаборником 5. Стык 3 выполнен в виде фланцевого соединения, при этом металлический фланец в полиэтиленовую трубу, из которой выполнен глубинный участок 4, вставляется в нагретом состоянии, что обеспечивает плотное соединение.

Водозаборник 5 приподнят над дном на нужное расстояние понтоном 6, а само это расстояние обеспечивается длиной троса, соединяющего водозаборник 5 с якорем 7.

На прибрежном участке 2 на расстоянии не менее 50 диаметров трубы от стыка 3 установлен узел подвески 8, подробно изображенный на фиг. 4. Расстояние не менее 50 диаметров обусловлено тем, что с этой величины начинается заметное уравновешивание правой частью трубы (применительно к фиг. 2) ее левой части. На меньшем расстоянии трудно обеспечить на воде опору, приближенную к узлу подвески 8. Сказанное относится к моменту стыковки прибрежного участка 2 и глубинного участка 4 водовода и перестает иметь значение в погруженном положении водовода.

Узел подвески 8 (фиг. 4) состоит из фланцев 9, соединенных парами ребер 10 и 11. Фланцы 9 размещены на трубе прибрежного участка 2 с зазором, что позволяет ей проворачиваться в узел подвески 8. Между ребрами 10 закреплена ось 12, являющаяся зацепом для грузового крюка или коуша с тросом (при погружении).

Для предотвращения осевого смещения узел подвески 8 фиксируется кольцами 13, жестко соединенными с трубой.

Вдоль всего глубинного участка 4 на минимальном расстоянии от трубы проложен трос 14 (фиг. 2), прикрепленный к трубе хомутами 15. Шаг установки хомутов 15 предпочтительно иметь небольшой, что не выгодно экономически, поэтому в предлагаемой конструкции он выбран равным 200 диаметрам трубы. При превышении этого расстояния труба между хомутами 15 становится практически гибкой нитью, в которой при малом прогибе могут возникать значительные нежелательные нагрузки.

Трос 14 закреплен с одной стороны на стыке 3 прибрежного участка 2 глубинного участка 4, а другим концом он крепится к водозаборнику 5. Плавучесть троса 14 с трубой глубинного участка 4 должна быть отрицательной.

Глубинный участок 4 в районе стыка 3 имеет отрезок с переменной жесткостью (фиг. 5). Переменная жесткость достигается при установке вдоль трубы металлических прутков 16, количество которых уменьшается по мере отдаления от стыка 3. На фиг. 5 показана установка прутков 16 на 3 смежных участках (6, 4 и 3 шт.) Прутки 16 жестко закреплены гайками 17 в кольцах 18, которые с зазором размещены на трубе глубинного участка 4. Количество прутков 16 уменьшается до одного на длине 5-6 м.

В районе стыка 3 на прибрежном участке 2 установлены соосно два штуцера 19, заглушенные через прокладки 20 пробками 21, именно два и соосно, чтобы один всегда был на воздухе.

Используется глубинный всасывающий водовод обычным образом: насосная станция 1 закачивает воду из глубины водоема через водозаборник 5. Смысл предложенного исполнения обеспечение укладки на дно такого водовода. При укладке водовода за счет плавучести полиэтиленовой трубы существенно снижаются нагрузки на грузовой трос, цепляемый при опускании за узел подвески на водозаборнике 5 (он аналогичен изображенному на фиг. 4 и поэтому отдельно не показан). Также за счет большего возможного изгиба полиэтиленовой трубы по сравнению со стальной (гибкость выше) сокращается длина грузового троса, что может оказаться важным при больших глубинах, иначе могут появиться ограничения по тросоемкости барабанов лебедки. Трос 14, проложенный вдоль всей полиэтиленовой трубы (глубинный участок 2), полностью разгружает эту трубу от каких бы то ни было нагрузок, кроме ее собственного веса в воде. Одновременно трос 14 является грузом для погружения полиэтиленовой трубы.

Штуцеры 19 (как минимум, один из них) расположены в наивысшей точке при заполнении водовода и поэтому обеспечивают возможность свободного выхода воздуха как из прибрежного участка 2, так и из глубинного участка 4. После заполнения участков 2 и 4 штуцеры 19 герметично закрывают пробками 21.

Формула изобретения

1. Глубинный всасывающий водовод, состоящий из водозаборника и трубы, соединяющей его с насосной станцией, отличающийся тем, что труба состоит из двух участков прибрежного и глубинного, при этом прибрежный участок трубы выполнен из стали, а глубинный из пластмассы, причем глубина залегания стыка между участками не менее глубины проникновения солнечных лучей и воздействия волнения в месте прокладки водовода.

2. Водовод по п.1, отличающийся тем, что глубинный участок трубы выполнен из полиэтилена.

3. Водовод по п.1, отличающийся тем, что вдоль глубинного участка трубы проложен трос, соединенный с трубой в ряде точек, шаг между которыми не превышает 200 диаметров трубы, при этом трос с одной стороны соединен с прибрежным участком трубы, а с другой с водозаборником, который снабжен узлом подвески, являющимся силовым элементом на этапе опускания трубы на дно, причем глубинный участок трубы вместе с тросом имеет отрицательную плавучесть при заполнении трубы водой.

4. Водовод по п.1, отличающийся тем, что глубинный участок на стыке с прибрежным имеет отрезок с переменной жесткостью, на котором жесткость меняется со стороны стыка от жесткости прибрежного участка стальной трубы до жесткости глубинного участка пластмассовой трубы.

5. Водовод по п.4, отличающийся тем, что отрезок с переменной жесткостью выполнен в виде нескольких участков, на каждом из которых вдоль пластмассовой трубы размещены металлические прутки, закрепленные в кольцах, надетых на трубу, при этом количество прутков на каждом участке уменьшается по мере отдаления от прибрежного участка трубы, с которым жестко связано первое кольцо.

6. Водовод по п. 1, отличающийся тем, что на стыке прибрежного и глубинного участков установлены два штуцера, служащие для выпуска воздуха.

7. Водовод по п.1, отличающийся тем, что на прибрежном участке в районе стыка с глубинным участком размещен узел подвески, служащий силовым элементом на этапе опускания водовода на дно, при этом узел подвески установлен с возможностью вращения вокруг трубы на расстоянии не менее 50 диаметров трубы от стыка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 14.11.1999

Извещение опубликовано: 27.10.2004        БИ: 30/2004

---