СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ

examples of calculating power loss due to friction. A comparative analysis of power loss for Perabotausigma and new heels.

Keywords: the work of the friction force, the definite integral, the loss of power, axle, heel.

Солин Александр Александрович (Омск, Россия) – студент группы НТС - 12А1 ФГБОУ ВО «СибАДИ»

(644080, г. Омск, пр. Мира 5, e-mail: sanya_solin@mail.ru).

Введение

На сегодняшний день газовая отрасль в России при строительстве магистральных газопроводов в северных районах применяет именно надземную прокладку трубопроводов и это не случайно, так как надземная прокладка в данных условиях наиболее рациональна начиная от строительства современного газопровода, заканчивая его эксплуатацией [1]. В свою

очередь при таком виде прокладки трассы газопровода огромное значение играют опоры, основными задачами которых являются [2]:

-поддержание газопровода в проектном положении;

-препятствовать воздействию нагрузок на газопровод и свайные опоры (постоянные, длительные временные, кратковременные, особые);

-обеспечивать перемещение газопровода при пучении и проседание грунта и т.п.;

-обеспечить возможность прокладки газопровода в сложных условиях рельефа местности;

-обеспечивать электрохимическую защиту газопровода от коррозии;

-обеспечивать защиту газопровода и его изоляции от истирания;

-обеспечить долговечность и удоборемонтность газопровода в целом;

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ

Конструкция подвижной опоры для надземных газопроводов, возводимых на мерзлых грунтах

При надземной прокладке основную часть всех опор магистральных надземных газопроводов составляют подвижные опоры [4]. Подвижные опоры устанавливают для

обеспечения свободного перемещения газопроводов на опорах при температурных деформациях и возможных гидравлических ударах. Эти опоры воспринимают вертикальную нагрузку - силу тяжести газопроводов с размещенной на них арматурой и теплоизоляцией

различных типов, а также горизонтальную нагрузку, зависящую от коэффициента трения на подошве опоры [3]. На величину трения влияет конструкция подвижной опоры. Наиболее

распространенными подвижными опорами являются скользящие опоры, перемещающиеся вместе с трубой по различным опорным конструкциям [5]. В настоящее время основная часть

подвижных опор, применяемых при строительстве, обладает рядом таких недостатков как:

-сложность конструкции;

-недостаточная защита газопровода и его изоляции от истирания;

-недостаточно обеспечена удоборемонтность, что является значительным недостатком при строительстве газопровода в северных районах;

-недостаточна защита ригелей при большем проседание одной из свай, что приводит к дополнительным нагрузкам на ригели и сварные швы;

С целью решения вышеописанных проблем была предложена конструкция опоры основной

технической задачей которой является, обеспечение надежности и функциональности конструкции при эксплуатации в сложных геологических условиях, связанных с крайне низкими температурами и возможностью пучения многолетнемерзлых грунтов, снижение риска деформации газопровода [6]. Конструкция опоры представлена на рисунке 1.

280

Рисунок 1 – Подвижная опора надземного газопровода

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ

Подвижная опора газопровода содержит взаимодействующие подвижную и неподвижную части. При этом подвижная часть включает ложемент, выполненный в виде полуцилиндра, по крайней мере, с двумя полукольцевыми ребрами жесткости (шпангоутами), расположенными с внешней стороны ложемента, разъемные полухомуты, обеспечивающие фиксацию газопровода в ложементе, боковые щеки, жестко приваренные к ложементу и подвижно закрепленные к подошве опоры посредством шарнирного соединения, при этом подошва выполнена с возможностью скользящего перемещения по поверхности неподвижной части опоры. При изготовлении подвижной опоры с четырьмя шпангоутами последние размещают на равном расстоянии друг от друга, при этом крайние шпангоуты выполнены по торцам ложемента. Шарнирное соединение снабжено антифрикционными втулками, изолирующими элементы шарнирного соединения от коррозионного воздействия, снижающими усилия от трения и повышающие долговечность узла. Подошва представляет собой плоскую поверхность, снабженную антифрикционными коррозионностойкими прокладками, например пластинами из модифицированного фторопласта или термопластичного материала на основе полиэтилентерефталата с антифрикционными свойствами, при этом торцы подошвы отогнуты вверх с образованием порогов. Между полухомутами и газопроводом, а также между ложементом и газопроводом размещены фрикционные прокладки, выполненные, например, из силоксана, обеспечивающие электроизоляцию газопровода от свайного фундамента для минимизации коррозионных процессов, а также защищающие оболочку газопровода от повреждений при его перемещении [3].

Неподвижная часть опоры может быть выполнена как для двухсвайного, так и для четырехсвайного фундамента [7].

Для двухсвайного фундамента неподвижная часть опоры представляет собой стол-

ростверк, выполненный в виде взаимосопряженных балок, перемычек и косынок, с расположенной сверху опорной плитой со скользящей поверхностью, и два опорных узла шарнирного типа, через которые стол-ростверк закреплен к свайному фундаменту.

Для четырехсвайного фундамента неподвижная часть опоры представляет собой стол- 281

ростверк с опорной плитой со скользящей поверхностью, установленный на продольных балках (продольно расположенных относительно оси газопровода), и четыре опорных узла шарнирного типа, через которые балки продольные закреплены к свайному фундаменту.

На опорной плите оппозитно друг другу жестко закреплены, например, при помощи сварки, боковые упоры на расстоянии, обеспечивающем возможность расчетного поперечного перемещения подвижной части опоры и допускаемые отклонения на монтаж опоры и установку газопровода. Скользящая поверхность опорной плиты представляет собой коррозионностойкий стальной лист, укрепленный на опорной плите. Также поставленная задача решается конструктивно иным исполнением опорного узла, который представляет собой опорную муфту, свободно с зазором установленную на двух, жестко приваренных к свае фундамента полукольцах, на которой размещена опорная плита с отверстием, соответствующим внутреннему диаметру муфты, при этом плита соединена с муфтой вертикальными косынками, горизонтальными ребрами жесткости, усиливающими жесткость опорного узла. К столу-

ростверку опорная плита с отверстиями может быть закреплена жестко посредством сварного соединения, например, при приварке при монтаже опоры или полужестко посредством болтового соединения, имеющего зазоры, обеспечивающие гибкость соединения, необходимую при пучении (просадки) свай или грунтов под свайным основанием. Полукольца закреплены к свае с технологическим зазором между торцами полуколец. Зазор между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром сваи составляет не менее 8 мм. Иными словами, зазор между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром сваи обеспечивает возможность изменения высотного положения (поднятия/опускания) сваи в случае возможного пучения (осадки) грунта до 400 мм. Ширина полукольца, определяемая как разность между его внешним и внутренним диаметром, соответствует толщине муфты, определяемой как разность между ее внешним и внутренним диаметром, увеличенной на величину зазора между муфтой и сваей.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ

Подвижная часть - корпус-ложемент включает: ложемент, полухомуты, шпангоуты (ребра

жесткости), шарнирное соединение, болтовое соединение, боковые щеки, антифрикционные прокладки, порог подошвы, подошва.

Неподвижная часть опоры включает: стол-ростверк, муфта опорная, полукольца, опорная плита

муфты опорной с отверстием, боковые упоры, продольная балка, свая (не входит в состав опоры). Стол-ростверк выполнен одноуровневым в виде взаимосопряженных двух балок, жестко

соединенных между собой в одной плоскости и усиленных жесткими вертикально ориентированными косынками и перемычками. При этом в случае применения двухсвайного фундамента стол-ростверк устанавливают и закрепляют непосредственно на сваи фундамента, а в случае использования четырехсвайного фундамента стол-ростверк закреплен на

фундаменте через две продольные балки, связывающие между собой по две сваи с каждой стороны, при этом крепление к сваям выполнено через опорный узел шарнирного типа. Стол-ростверк сверху

накрыт опорной плитой, верхняя поверхность которой является скользящей для подошвы подвижной части опоры, что стало возможным в результате использования на опорной плите коррозионностойкого стального листа, выполненного, например, из стали 08Х18Н10.

На поверхности опорной плиты ростверка закреплены с возможностью изменения их положения боковые упоры - ограничители, представляющие собой протяженные уголки,

ориентированные вдоль геометрической оси газопровода. Крепление боковых упоров непосредственно вблизи подошвы по бокам на расстоянии не более 50 мм ограничивает возможность ее поперечного перемещения, допуская только продольное. Соответственно, более удаленное крепление боковых упоров обеспечивает возможность поперечного перемещения подошвы по поверхности опорной плиты ростверка.

Из уровня техники известно жесткое крепление ростверка к сваям, что при возможных пучениях или просадках грунта может привести к деформациям металлоконструкции, разрушениям сварных соединений ростверка и к падению опоры. В рассматриваемом изобретении представлен опорный узел, использование которого при организации соединения

ростверка с фундаментом позволяет обеспечить бездеформационное состояние опоры 282 трубопровода при изменении вертикального положения сваи на величину до 400 мм.

Опорный узел включает два металлических идентичных полукольца, жестко приваренных на одном вертикальном уровне к свае друг напротив друга. Полукольца после сварки не образуют цельного кольца, между ними сохраняется технологический зазор около 30 мм. Зазор позволяет компенсировать допускаемые отклонения диаметра свай с обеспечением нормированного зазора под сварку. Высота полуколец обусловлена необходимостью снижения термического воздействия соседних сварных швов (верхнего и нижнего) и обеспечения прочности полуколец. На полукольца с зазором относительно сваи свободно установлена опорная муфта. Зазор составляет не менее 8 мм. В то же время муфта выбрана таким образом, что ее толщина вместе с величиной зазора соответствует ширине полукольца. К верхнему торцу муфты приварена опорная плита с отверстием, соответствующим внутреннему диаметру муфты. Соединение плиты с муфтой усилено, по крайней мере, двумя вертикальными косынками, усиленными горизонтальными ребрами. На опорные плиты муфты установлен и жестко приварен к ним стол-ростверк. Данную операцию выполняют при монтаже опоры.

Таким образом, жесткое соединение свайного фундамента со столом-ростверком

выполнено только в зоне крепления полуколец к сваям. Опорный узел выполняет функцию шарнирного, не жесткого соединения, обеспечивающего компенсацию возможных деформаций сваи и сохранения работоспособности подвижной опоры.

В ложемент вкладывают газопровод в теплоизоляции, и двумя полухомутами при помощи болтового соединения его фиксируют и устанавливают в проектное положение. Внутренняя поверхность ложемента и полухомутов снабжены диэлектрическим, фрикционным материалом, например силоксановым. За счет наличия шарнирного соединения боковых щек ложемента с подошвой обеспечивают самоустановку газопровода в проектное положение, определяемое профилем трассы. Антифрикционные втулки обеспечивают беспрепятственный наклон ложемента с газопроводом, коррозионностойкость и долговечность узла. По окончании монтажа газопровод готов к эксплуатации. Регулярные изменения температуры транспортируемой

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ

рабочей среды, вибрации, изменение давления внутри газопровода - все это вызывает

постоянные, часто значительные (до 600 мм), смещения газопровода. При применении подвижной опоры заявляемого типа смещения газопровода воспринимаются опорой, точнее ее подвижной частью, в результате чего подвижная часть вместе с жестко зафиксированным в ней газопроводом смещается. Подошва скользит, перемещаясь по поверхности опорной плиты ростверка. Наличие антифрикционных прокладок и коррозионностойкой опорной поверхности ростверка обеспечивает беспрепятственное перемещение подошвы, значительное (до трех раз в случае применения не коррозионностойких сталей для пары трения) снижение горизонтальных нагрузок на сваи и газопровод от сил трения. При размещении боковых упоров вблизи подошвы (для ограничения поперечного перемещения) подошва ложемента не имеет возможности поперечного скольжения и перемещается только в продольном направлении.

В случае просадок или пучении грунта возможно изменение высотного положения сваи, которое может привести к деформации опоры, разрушению сварных соединений со сваей и риску выхода из строя газопровода [8]. Предлагаемая конструкция опорного узла, ввиду

отсутствия жесткого соединения со сваей, компенсирует возможные деформации, так как наличие зазора между сваей и внутренним диаметром муфты, а также свободное (без жесткой связи) ее опирание на полукольца, приваренные к свае, позволяют наклоняться опорной поверхности ростверка при различном изменении высотного положения противоположных свай, при этом фрикционные прокладки между ложементом и трубой предотвращают разрушение ее теплоизоляции и оболочки при наклоне ростверка.

Заключение

Предложенная конструкция подвижной опоры надземного газопровода, возводимого на мерзлых грунтах, позволяет решить такие проблемы при строительстве и эксплуатации газопровода как:

-снизить нагрузки на свайные опоры, что позволить снизить возможность проседание свай

вгрунт и как следствие избежать деформации трубы газопровода;

отдельных узлов и подвижной опоры в целом; - обеспечение удоборемонтности дает возможность производить ремонтные работы на

трассе газопровода в сложных климатических условиях; Данная конструкция представленной подвижной опоры для надземных газопроводов,

возводимых на многолетнемерзлых грунтах, в целом позволит снизить риски аварийных ситуаций при эксплуатации газопровода, а также повысить долговечность его работы в северных районах России.

Библиографический список

1.Бородавкин, П.П. Трубопроводы в сложных условиях / П.П. Бородавкин, В.Д. Таран – М.: Недра,

1968. – 304 с.

2.ВСН 004–88. Строительство магистральных трубопроводов. Технология и организация. – М.: Миннефтегазстрой, 1988. – 39 c.

3.ВСН 008–88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Противокоррозийная и тепловая изоляция. – М.: Миннефтегазстрой, 1988. – 48 c.

4.ВСН 1-30–71. Указания по производству работ при сооружении магистральных стальных трубопроводов. Строительство надземных переходов. – М.: Мингазпром, 1971. – 104 с.

5.ГОСТ 221-30–86. Детали стальных трубопроводов. Опоры подвижные и подвески. Технические условия. – Введ. 1987-30-06. – М.: Стандартинформ, 2016. – 6 с.

6.Лунев, Л.А. Основы проектирования новых конструкций надземных трубопроводных переходов / Л.А. Лунев. – Старый Оскол: СТИ МИС И С, 2000. – 124 с.

7.Подвижные опорные части трубопроводов и других сооружений / под ред. Д.А. Коршунова. – Киев: Вища школа, 1976. – 142 с.

8.Типовые конструкции и детали зданий и сооружений серия 4.903-10. Выпуск 5. Опоры трубопроводов подвижные. Актуализированная редакция от 12.02.2016. – Введ. 1972-01-10. – Гипрокоммунэнерго, Теплоэлектропроект, Ленинградский филиал института Энергомонтажпроект, 1972. – 119 с.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ

THE IMPROVEMENT OF MOVABLE SUPPORTS FOR ABOVEGROUND PIPELINES

ARE ERECTED ON FROZEN GROUND

V. N. Kuznetsova, V.E. Treyze

Abstract. This article deals with the designs of movable supports for aboveground pipelines constructed on permafrost soils. The main part of the guide bearings used today in the construction of above-ground pipelines in frozen ground are not able to perceive the load on the piles from the pipeline in full, and to ensure dobrentei, which is a significant drawback in the operation of the gas pipeline in the North. Discussed in this article, the design of the movable support, allows to solve the above problems, and as a consequence reduce the risks of accidents on the pipeline route while increasing the durability of its operation.

Keywords: mobile support, overhead pipeline, frozen soil, dobrentei, durability, resistant to corrosion.

Виктория Николаевна Кузнецова (Омск, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве» ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5 e-mail: dissovetsibadi@bk.ru).

Владислав Евгеньевич Трейзе (Омск, Россия) – студент факультета «Нефтегазовая и строительная техника» ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира , 5 e-mail: vlad16et@yandex.ru).

Victoria N. Kuznetsova (Omsk, Russia) – doctor of technical Sciences, Professor of the Department "Operation and service of transport and technological machines and systems in construction" of the "SibADI" (5 Mira pr. Omsk RUSSIA 644080 e-mail: dissovetsibadi@bk.ru).

Vladislav E. Treyze (Omsk, Russia) – student of the faculty "Oil-and-gas and building technology" of the "SibADI" (5 Mira pr. Omsk RUSSIA 644080 e-mail: vlad16et@yandex.ru).

284

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.