Подземный трубопровод

)5 Г 16 1 1/036 ЗОБ РЕТЕ ИСА К АВТО(71) Ивано-Фгаза ЕМНЫЙ ьзовани проводов отрываю инии укл(54) ПОДЗ (57) Испол ных тоубо траншею средней л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юл, %42анковский институт нефти(56) Авторское свидетельство СССМ 877204, кл, Е 161/036, 1980. ТРУБОПРОВОД е: строительство подзем . Сущность изобретения т зигзагообразно, по ее адывают упруго изогну Изобретение относится к трубопровод-ном т анспо т . у р р уИзвестен подземный трубопровод, включающий траншею с криволинейной плоскостью дна в плане и трубопровод, имеющий прямолинейные и криволинейные участки, образованные в результате упругого изгиба или собранные из ранее гнутых труб, или гнутых вставок заводского изготовления. Такая траншея имеет недостатки, заключающиеся в том, что криволинейные в плане участки плоскости дна траншеи расположены по трассе из условия необходимости изменения ее направления при обходе препятствий и не учитывают потребности трубопровода в компенсации продольной деформации, На криволинейных в плане участках плоскость дна траншеи имеет продольные стороны, выполненные по дуге окружности, которые образуют постоянную по длине участка ширину, размер которой принят согласно нормативным документам, учитывающим только технолотый в горизонтальной плоскости трубопровод с фиксацией его в точках перегиба шарнирно-поворотным креплением. Средняя линия траншеи является кривой эластики, а стороны стенки плоскости дна траншеи выполнены по кривой, определяемой по математической зависимости при этом ширина траншеи между точками перегиба имеет переменную величину, что позволяет повы-. сить эффективность компенсации продольной деформации упруго изогнутого трубопровода путем изменения начальной стрелы его прогибов за счет сжатия грунта засыпки траншеи. 8 ил. гические требования при укладке трубопровода в траншею, При этом криволинейные участки трубопровода обладают малой компенсационной способностью, вследствие малой ширины плоскости дна траншеи, которая определяет величину интервала между боковой образующей трубопровода и стенкой траншеи, который создает возможность изменения начальной стрель; прогибов за счет сжатия засыпки траншеи. Уэеличение стрелы прогибов трубопровода за счет сжатия грунта стенки траншеи, находящегося в естественном состоянии, получить невозможно из-за его повышенной сопротивляемости сжатия по сравнению с засыпкой траншеи, К тому же, трубопровод по длине имеет недостаточное количество криволинейных участков, необходимых для компенсации продольной деформации,Известен подземный трубопровод, в котором плоскость дна траншеи в плане выполнена по зигзагообразной линии с расчетным шагом сопряжения прямолиней 177557650 ных участков с криволинейными, которые предназначены для обеспечения упругого изгиба трубопровода в плане с целью компенсации его продбльной деформации. Такая траншея является более приемлемая по сравнению с вышеуказанной. Однако она имеет недостатки, заключающиеся в том, что плоскость дна траншеи на криволинейных участках в плане имеет продольные стороны, выполненные по дуге окружности, которые образуют постоянную по длине участка ширину, размер которой принят согласно нОрмативным документам, учитывающим только технологические требования необходимые при вкладке трубопровода в траншею. При этом упруго изогнутые участки трубопровода обладают малой компенсационной способностью, вследствие малой ширины плоскости дна траншеи, которая определяет величину интервала между боковой обоазующей трубопровода и стенкой траншеи и тем самым обусловливает возможность изменения начальной стрелы прогибов упругоизогнутого трубопровода, Получить увеличение стрелы прогибов или ее уменьшение за счет сжатия грунта стенки траншеи, находящегося в естественном состоянии, невозможно из-эа его повышенной сопротивляемости сжатию, по сравнению с сопротивлением сжатию засыпки траншеи, Такое выполнение ширины плоскости дна траншеи на криволинейных участках не обеспечивает компенсацию продольной деформации трубопровода путем изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия засыпки траншеи, что снижает его компенсационные возможности. К тому же упруго изогнутые участки трубопровода, как наиболее "гибкие" по сравнению с прямыми участками, воспринимают кроме собственных продольных деформаций и деформацию от прямолинейных участков, что повышает их напряженное состояние. Кроме того изгиб трубопровода большого диаметра в полевых условиях представляет собой сложную технологичеСкую операцию,Цель изобретения - повышениеэффективности компенсации продольной деформации упруго изогнутым рубопроводом путем изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия грунта засыпки траншеи.На фиг. 1 изображена описываемая плоскость дна траншеи в плане; на фиг, 2 - то же, при соблюдении соответствующего отношения между переменной и постоянной шириной плоскости дна траншеи; на фиг. 3 - то же, при продольных сторонах плоскости дна траншеи, выполненных согласно принятым уравнениям; нэ фиг. 4-тоже, при средней линии плоскости дна траншеи, вы 5 10 15 20 25 30 35 40 полненной по кривой эластики; на фиг. 5 то же, при размещении трубопровода п средней линии плоскости дна траншеи и его шаонирно-поворотным креплении в точках перегиба; на фиг. 6 - то же, разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 7 - то же, разрез Б-Б на фиг.2; на фиг. 8 - то же, разрез В-В на фиг, 2.Подземный трубопровод, содержащий траншеию с плоскостью дна 1 змеевидной формы в плане, имеющей переменную шлирину между точками 2, и упруго изогнутый трубопровод 3 с начальной стрелой прогиба Уз и креплением 4 в точках перегиба 2, представлен на фиг, 1,Компенсация продольной деформации трубопровода осуществляется следующим образом,В зависимости от воздействия полокительного или отрицательного перепада температуры трубопровод соответственно перемещается в новое полокение 5 или 6, При этом начальная стрела прогибов Уз принимает новую величину У 5 или Уз, а сам трубоп ровод удлиняется или укорачивается, вследствие чего происходит компенсация продольной деформации путем изменения начальной стрелы прогибов за счет сжатия засыпки траншеи,С целью повышения эффективности компенсации продольной деформации упруго изогнутым трубопроводом 3 переменная ширина Ь(х) фиг, 2 плоскости дна траншеи 1 между точками перегиба 2 фиг. 2 принята такого размера, что полный интервал между боковой образующей трубопровода и стенкой траншеи е = а + 1 = а + + с соз 0= а + Ь соз р соз О фиг. 8 обеспечивает величину сжатия засыпки траншеи соразмерную величине необходимого изменения начальной стрелы прогибов трубопровода по его длине. Это достигается тем, что в уравнения стрелы прогибов У 7 и Уе продольных сгорон соответственно 7 и 8 плоскости дна траншеи 1 введена переменная часть стрелы прогибов с = Ь соз р фиг, 3, в которой величину Ь определяют из условия равенства величины сжатия засыпки траншеи и величины необходимого изменения начальной максимальной стрелы прогибов трубопровода Уз фиг, 3 и которая изменяется от 1 при угле р = 0 до О при угле р = 90. Достижению эффективности компенсации продольной деформации способствует и то, что средняя линия плоскости дна траншеи имеет форму эластики фиг, 4. Это гарантирует трубопроводу, уложенному по среднейлинии плоскости дна траншеи, низкий уровень напряжения упругого изгиба в плане, Обусловлено это тем, что упругий изгиб тру 1775576бопровода по кривой эластике возможентолько при длине трубопровода, превышающей в два раза и больше длину, определяемую иэ условия прсчности на изгиб, а чембольше длина изгибаемого трубопровода 5при постоянной величине прогибов, темменьше напряжения изгиба. Кроме того,трубопровод имеет одинаковую возможность изменения начальной стрелы прогибов как в сторону увеличения, так и в 10сторону уменьшения. Повышение эффективности компенсации достигается и тем,что трубопровод в точках перегиба снабженкреплением шарнирно-поворотным в планефиг, 5. При этом обеспечиваю г распределение и компенсацию продольной деформации по участкам между точками перегиба 2,сохраняют в процессе монтажа и эксплуатации принятые размеры и фоому упругогоизогнутого трубопровода, создают условия 20поворота трубопровода в плане на опорах,что исключает его изгиб в зоне крепления итем самым устраняются усилия изгиба, препятствующие изменению начальной стрелыпрогибов, 25Кроме вышеуказанного, такое выполнение подземного трубопровода обеспечивает:1/ уменьшение расхода труб на километр трассы на 1,5302/ сокращение количества гнутых труби гнутых вставок заводского изготовленияот 1 до 2 штук на километр трассы,3/ повышения производительности газопроводов до 1 , за счет снижения потерь 35на местное сопротивление, вызываемоегнутыми вставками заводского изготовления.Для получения переменной шириныплоскости дна траншеи были использованы 40уравнения стрелы прогибов У 7 и У 8 продольных сторон соответственно 7 и 8 плоскости дна траншеи.був= СОзр+ + Ь соэрК 2 . 45со,Ю90- +аУ 7.= СОВ ф и соЗ ф 50К 2соя-9 Упри вычитании уравнения стрелы прогибов У 7 из уравнения стрелы прогибов У 8 получают разницу стрел прогибов продольных сторон плоскости дна траншеи.С22( - +а)У 8 - у 7= ЛУ= - + 2 псозРСОЯ-90 Разница стрел прогибов ЛУ и переменная ширина Ь(х) плоскости дна траншеи взаимно связаны функцией сов Офиг, 2,Е(х)ЛУСО 8 Огде 0 - угол между разницей стрел прогибов Л У и переменной шириной плоскости дна траншеи В(х). Угол В изменяется от 0 до а, а в то же время угол р изменяется от О до 90, Для определения взаимозависимости между углами 0 ИОс целью замены одного углаО а другом использовано отношение - = - ,90оаоткуда угол О = - , следовательно сов 0 =- 90= соя -" - .90Тогда выражение для переменной ширины плоскости дна траншеи примет видВ(х) = ЛУ сов в90Подставив вместо Ь У его значение будем иметьВ(х) =2( - + а)+2 Ь сов рсоз - ,б аа 2 90бгде 2- + а) = Ь(о) постоянная ширина пло-2ма скости дна траншеи, асов р сов -- поло 90 вина переменной части ширины плоскости дна траншеи, полученная от проецирования переменной части стрелы прогибов Ь саз р на сечение, перпендикулярное к средней линии плоскости дна траншеи.Разделив левую и правую части уравнения на постоянную ширину 2( - + а) =- Ь(о)д2получив окончательное выражениеВ(х) 2 Ь уаВ (О) В (О) " 90Уравнения стрелы прогибов У 7 и У 8 и для продольных сторон соответственно 7 и 8 плоскости дна траншеи 1 фиг, 3 получены следующим образом, Стрела прогибов средней линии плоскости дна траншеи У 9, имеющая вид эластики, определяется из выражения КУ 9= РСОЗЕЕсли к стреле прогибов средней линии плоскости дна траншеи У 9 прибавить ее увеличение за счет половины постоянной ширины плоскости дна траншеи (б/2 + а)/соэ ва- и половины переменной ширины плоскости дна траншеи Н соз у, то получим величину стрелы прогибов У 7 фиг. 3, 1775576КС)/2 + аУв = СОЯ р - -- + Ь соз р,Г(1)уа90Если из стрелы прогибов средней линии плоскости дна траншеи У 9 вычесть ее уменьшение за счет половины постоянной ширины плоскости дна траншеи (с)/2 + а)/соз Оаи половины переменной ширины пло10 скост дна траншеи Ь соз р, то получим величину стрелы прогибов У 7 фиг. 3.КС)/2+аУ 7= - СОЯ р -- )1 соз р,Е (К)о а90 о 15Таким образом, прибавляя к стреле прогибов средней линии плоскости дна траншеи или вычитая половину постоянной или переменной части ширины плоскости дна траншеи получают уравнения У 7,8 стрелы 20 прогибов продольных сторон 7, 8 плоскости дна траншеи фиг, 3, что позволяет обеспечить ей переменную ширину.Пример конкретно выполнения изобретения. 25Трубопровод диаметром 1420 мм, толщина стенки 20 мм, максимальная величина полного интервала )1+ а = 2,0 м, расстояние между точками перегиба по средней линии плоскости дна траншеи= 300 м, а= 10 о, 30 К = 0,0872, а =0,5 м Г = 1,5738, постоянная ширина плоскости дна траншеи б+2 а =1,42+ +2 05 = 2,42 м, половина постоянной ширины плоскости дна траншеи б/2+а = =1,42/2+0,5=1,21 м, Ь =-.2,0-а =.2,0-0,5=1,5 35Стрела прогибов Ув равна При сопоставлении величин шириныплоскости дна траншеи полученных через разницу стрел прогибов Ув- У 7 умноженную 40 Рана соз и полученную по формулам для90 оЬ(х) получают хорошую сходимость, Напоимер, при угле р= с 5 /Ув-У 7/ соз- = 4,533 4590м, Ь(х) = 4,533 м.Если принять, что коэффициент уплотнения грунта равен 0,1.5, то при наличии только технологического интервала а = 0,5 м величина сжатия засыпки составит 0,075 м, а при учете полного интервала равного 2,0 м величина сжатия засыпки будет равна 0,30 м. При перепаде температуры Л 1 = 30 С изменение длины трубопровода составитЛР =а Ь=14 10 30 300 = = 0,126 мПри изменении начальной стрелы прогибов трубопровода уложенного по средней линии плоскости дна траншеи на величину 0,075 м продольные деформации компенсиУВ- СОЯо 7+ +Ь соз р=К С)/2+асоз Ж900,0872 300 1,42/2 + 0,51,5738 1(О = 90) соз - ;90 о0,0872300 1,42/2 + 0,51,5738 0,9848- 1,5 0 = - 1,228Ширина плоскости дна траншеи равнаВ(х) =2(о/2+ а)+ 2 Ь соз рСОЯ - =1775576 орректор и Лу Составитель В.Копэевоколова Техред М,Моргентал . едак изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 4027 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5