Опора трубопровода

 

Изобретение может быть использовано при строительстве трубопроводов в условиях вечной мерзлоты. Опора содержит фундаментную сваю, на которой подвижно через упругие элементы - пружины закреплен ложемент трубопровода. Опора снабжена мерной планкой с визиром для регистрации перемещений сваи в результате воздействия на нее сил морозного пучения грунта. С учетом перемещений сваи регулируют осадку пружин опоры для снижения напряжений в трубопроводе. Дана математическая зависимость жесткости пружины от величины перемещения сваи в результате ее морозного пучения. Изобретение повышает надежность трубопровода путем регулирования в нем напряжений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к транспортировке газа и нефти и может быть использовано в качестве опор для трубопроводов в условиях вечной мерзлоты.

В процессе строительства и эксплуатации технологических трубопроводов с использованием заглубленных оснований (свай) в зоне развития глубокого сезонного промерзания происходят процессы пучения этих опор, что приводит к возникновению очаговых напряжений в теле трубопровода и снижает его эксплуатационную надежность. С целью компенсации возникающих знакопеременных перемещений между опорой и трубопроводом устанавливают компенсирующие элементы, например домкраты. (Патент RU N 2064554, кл. Е 02 D 27/35, 1996).

Однако известный способ не позволяет полностью компенсировать процесс пучения, который протекает неравномерно.

Известна опора трубопровода, содержащая железобетонный ложемент, состоящий из нижней и верхней частей, обращенных одна к другой горизонтальными плоскостями, между которыми установлены пружины, выполненные с возможностью сжатия на величину, равную высоте подъема грунта при морозном пучении. Труба опирается на верхнюю часть блока в цилиндрическом ложе. Сверху трубы пропущены анкеры, закрепленные в грунте и верхней части блока. (Патент RU N 2056570, кл. F 16 L 3/205, 1996).

Однако известная опора при наличии знакопеременных колебаний не может полностью отслеживать подвижки грунта и полностью компенсировать возникающие напряжения.

Технический результат изобретения заключается в возможности компенсации вертикальных подвижек свай и соответственно уменьшить напряжения в трубопроводе и равномерно распределить нагрузки.

Сущность изобретения заключается в том, что опора трубопровода, содержащая ложемент, закрепленный подвижно через пружины сжатия на фундаменте, дополнительно снабжена мерной планкой с визиром, ложемент закреплен на свайном фундаменте с помощью регулирующего устройства, пружины сжатия выполнены цилиндрическими, а их жесткость определяется из условия X₀ = L - P/k где X₀ - расчетное максимальное перемещение сваи в результате морозного пучения; L - длина пружины в недеформированном состоянии; Р - расчетная нагрузка на опору; k - коэффициент жесткости пружины.

Каждая опора содержит, как правило, не менее четырех пружин. Часть регулирующего устройства может быть размещена внутри пружины и выполнена в виде шпильки, нижний конец которой закреплен неподвижно в платформе свайного фундамента, а верхний конец закреплен с возможностью регулировки по высоте в ложементе.

На фиг. 1 и 2 изображена схема регулируемой опоры, на фиг. 3 - вид А на фиг. 1.

Трубопровод 1 уложен в ложемент 3. Регулирующее устройство, с помощью которого ложемент закрепляется на свайном фундаменте, может быть выполнено в виде промежуточной платформы 11, жестко соединенной с ложементом 3, платформы 4, жестко соединенной с верхним концом свайной опоры 2, шпилек 5 с втулками 6, на которых установлены пружины 10, с помощью которых осуществляется крепление платформ между собой. Количество пружин на платформе, как правило, не менее четырех. Составной частью регулирующего устройства могут быть мерная планка 9 с визиром 8.

Расстояние между платформами контролируется с помощью визира 8 и мерной планки 9, установленных на платформе 4 и промежуточной платформе 11, и регулируется с помощью гаек 7 на шпильках 5.

Регулирующее устройство, с помощью которого ложемент закреплен на свайном фундаменте, может иметь любую конструкцию, обеспечивающую подвижное крепление с возможностью изменения расстояния по высоте, между ложементом и свайным фундаментом.

В соответствии с расчетной схемой трубопроводной обвязки каждая опора должна нести определенную нагрузку. Нагрузка на сваю передается через упругие пружины. Величина деформации пружин будет определяться их жесткостью и нагрузкой.

В случае, если происходит вертикальная подвижка свай, то контролируемое расстояние между платформами изменится, и необходимо, используя регулирующее устройство, с помощью регулировочных гаек его восстановить с целью перераспределения нагрузки между опорами. Следует отметить, что даже при изменении высоты свай опора продолжает нести часть расчетной нагрузки.

Количество пружин, установленных на опоре, может быть любым и определяется размерами трубопровода, ложемента и расчетным максимальным перемещением сваи в результате воздействия окружающей среды на сваю как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.

Исходя из расчетной нагрузки на одну пружину геометрические параметры пружин могут быть следующие: средний диаметр пружины D = 120 мм; диаметр проволоки d = 16 мм; индекс пружины с = D/d = 7,5; количество рабочих витков i = 3; полное количество витков n=5; допускаемое касательное напряжение при кручении t = 1350 МПа.

Осевое перемещение торцов пружины при рабочей нагрузке 79 мм, длина пружины в сжатом состоянии 66 мм, максимальная деформация пружины 121 мм, длина пружины в свободном состоянии 187 мм, контролируемое расстояние 108 мм.

В пружине с такой жесткостью изменение деформации пружины на 20 мм (максимально возможная подвижка опор в течение суток) вызывает изменение усилия приблизительно на 25%. В результате, при наличии работоспособности всех опор, сильного роста напряжений в трубопроводе происходить не будет.

Размеры предлагаемой опоры выбираются в соответствии с диаметром трубопровода, который может меняться от 100 до 1440 мм. Диаметр пружин выбирается в пределах от 20 до 240 мм, размер платформ от 70х110 мм до 500х1500 мм, расстояние между шпильками от 35 до 500 мм, высота ложемента от 40 до 600 мм, диаметр опоры свайного типа от 40 до 500 мм.

C учетом того, что суточное вертикальное перемещение опор не превышает 20 мм, опоры такого типа обеспечивают: - возможность оперативной компенсации подвижек свайного поля; - сохранение расчетных нагрузок на опоры со стороны трубопровода; - компенсацию дрейфа свай за счет регулировки расстояния от ложемента до платформы свайного фундамента.

Формула изобретения

1. Опора трубопровода, содержащая ложемент, закрепленный подвижно через пружины сжатия на фундаменте, отличающаяся тем, что опора дополнительно снабжена мерной планкой с визиром, ложемент закреплен на свайном фундаменте с помощью регулирующего устройства, пружины сжатия выполнены цилиндрическими, а их жесткость определяется из условия X_o = L - P/k, где X_o-расчетное максимальное перемещение сваи в результате морозного пучения, L-длина пружины в недеформированном состоянии, P-расчетная нагрузка на опору, k-коэффициент жесткости пружины.

2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что содержит не менее четырех пружин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3