CZ20011313A3 - Taľné zařízení pro stavbu podvodního transportního systému pro kapaliny, plyny, energie nebo signály - Google Patents

Description

Tažné zařízení pro stavbu podvodního transportního systému pro kapaliny, plyny, energie nebo signály

Oblast techniky:

Předmětem vynálezu je sestava pro stavbu podvodního transportního systému pro kapaliny, plyny, energie nebo signály.

Termínem kapalina nebo plyn je rozuměna jakákoli složka nebo substance v kapalném nebo plynném stavu, pod tlakem, schopná transportu jakýmkoli vhodným potrubím, oddělující zmíněnou kapalinu nebo plyn těsně od okolí, například hadicí nebo trubkou.

Termínem energie je rozuměna hlavně, ale ne pouze, elektrická energie, silnoproud nebo slaboproud, elektrický proud s nízkým nebo vysokým napětím, procházející jakýmkoli vhodným vodičem, izolovaným od okolí, například jednopramenným nebo mnohopramenným elektrickým kabelem.

Termínem signály jsou rozuměny jakékoli digitální nebo analogové signály, které jsou přenášeny fyzikálními, například optickými, prostředky, a procházejí izolovaně od okolního prostředí, například v kabelech s optickými vlákny.

Různorodé okolnosti vyžadují překonání vodních překážek, jako jsou řeky, kanály, ramena moří a oceánů nebo dokonce otevřené odtokové a odpadní systémy, které mají být překonány z důvodu vedení kapaliny, plynu, energie nebo signálů z jednoho místa do jiného.

Dosavadní stav techniky:

Za tímto účelem jsou používány různorodé techniky k položení nebo instalování kompozitních instalačních potrubí pod vodou, kterými jsou běžné kabely nebo trubky, například elektrické kabely nebo trubky, taženy, foukány nebo vlečeny.

·· ·· · · ···· ·· ··· · · · · · • · · · · · · · · · ·····« · · · ♦ ·

V případě úzkých překážek, je instalační potrubí montováno jeho potopením, a překonání překážek je provedeno jejich provrtáním, přičemž je k instalačnímu potrubí připojena vrtací hlava, která překonává zmíněné překážky.

V případě relativně dlouhých překážek je v současné době dávána přednost technice ponořování. Toto řešení sestává z uložení instalačního potrubí na dno vodní překážky za použití ponorného stroje, což je nějaký druh pluhu, který je tažen z hladiny jakýmkoli vhodným zařízením.

Jsou tedy známé dvě zmíněné ponořovací techniky nebo metody, které se označují jako přímé nebo nepřímé.

S ohledem na pozemní transportní systém, instalační potrubí jsou běžně instalována za použití civilních inženýrských prací, sestávajících převážně z hloubení příkopů, instalace potrubí do těchto příkopů a následné zasypání příkopů. Ačkoli může být civilní inženýrství mechanizováno ve větším či menším rozsahu, tato instalační metoda je v současné době mimořádně drahá.

Na začátku uvedeného vynálezu měl přihlašovatel ideu použít vodních systémů existujících na zemi, ať už přirozených nebo umělých, k umístění instalačních potrubí, jako náhradu za využití běžných civilně inženýrských prací.

Vycházející z tohoto řešení a podle uvedeného vynálezu, bylo nutné učinit opatření pro zařízení umožňující tažení instalačního potrubí, vyrobené z těsné sestavy, a tažení potrubní soustavy s relativně velkou délkou.

Podstata vynálezu:

Předmětem uvedeného vynálezu je tedy zařízení, schopné jednak odolávat značným tažným silám i udržovat těsnost potrubí s ohledem na okolní vodu.

«· «· «· ···· ·’ ···· · · · ♦ · • ·· · · ···· · ·

Podle uvedeného vynálezu, tažné zařízení je navrženo pro podvodní instalaci a vyznačuje se tím, že obsahuje jednak jádro sestávající z konické části opatřené závitem, která může být zaříznuta do konce potrubí, a tažné oko, a také vnější válcový kroužek opatřený na vnitřní stěně závity a tento kroužek je možno zaříznout do vnější stěny konce instalačního potrubí a uchytit tak mezi tento kroužek a jádro stěnu potrubí po celém obvodě.

Přehled obrázků na výkresech:

Uvedený vynález bude nyní popsán s odkazem na přiložené obrázky, kde:

obrázek 1 znázorňuje schematicky těsný podvodní systém pro přenos kapalin, plynů, energie nebo signálů, získaný skládáním elementů skládaného instalačního potrubí podle uvedeného vynálezu obrázek 2 znázorňuje podélný řez jedné části skládaného potrubí obrázek 3 znázorňuje podélný řez spojovacího zařízení podle uvedeného vynálezu, který je umístěn na dva sousedící konce dvou částí instalačního potrubí

- obrázky 4 a 5 znázorňují podrobněji podélný a osový řez a příčný řez konektoru, který je součástí spojovacího zařízení , které je znázorněno na obrázku 3

- obrázky 6 a 7 znázorňují, odděleně, podélný a osový řez a půdorysný pohled na zařízení pro fixaci části potrubí na dně vody

- obrázek 8 znázorňuje tažné zařízení podle uvedeného vynálezu, přizpůsobené k volnému konci instalačního potrubí podle uvedeného vynálezu ·· ·· ·· ···· ·· ··· ··· · · • · · · · · · · · · obrázky 9 a 10 znázorňují podrobněji osový a příčný řez antideformačního prstence zařízení na obrázku 8 obrázek 11 znázorňuje částečný řez detailu A na obrázku 9

- obrázek 12 znázorňuje příčný řez další části skládaného instalačního potrubí obrázky 13 a 14 znázorňují schematicky metody položení skládaného instalačního potrubí podle uvedeného vynálezu

Podrobný popis vynálezu:

Obrázek 1 znázorňuje strukturu země 50, která zahrnuje zatopenou část se dnem 17.

Podél tohoto ponořeného dna 17 je veden podvodní transportní systém podle uvedeného vynálezu, který je instalován a sestaven z jednotlivých částí nebo komponentů.

V souladu s obrázkem 2 je tento systém vytvořen použitím částí skládaného instalačního potrubí 1.

Každá část instalačního potrubí 1 sestává z:

- vnitřního pouzdra 2, získaného například vylisováním vhodného plastu a

- vnější zátěže 3, připevněné k vnějšku a k pouzdru 2, táhnoucí se okolo a podél celé délky zmíněného pouzdra, přičemž váha délkové jednotky zmíněného potrubí je navržena tak, aby minimálně rušila vztlakovou sílu vody působící na uvedené potrubí.

Váha délkové jednotky prázdného instalačního potrubí 1 musí tedy být větší, než vztlaková síla vody. Ponoření potrubí ale nesmí být ani příliš rychlé, ani příliš pomalé.

• · ·· · · ···· ·· « ···· ··· · · · · • · · · · · · · · · · · ····«· « · · · · · «« «· · · · · · ·· · · ·

Systém pokládání je tedy riskantní na jednu stranu je-li instalační potrubí příliš těžké a padá příliš rychle ke dnu 17, a na druhou stranu je-li instalační potrubí 1 příliš lehké a je unášeno proudem vody. Optimální rychlost ponoru závisí na rychlosti postupu při pokládání systému a tedy na metodě pokládání.

Nejvýhodněji, diferenční váha instalačního potrubí 1 je mezi 10 až 30 % vztlakové síly vody, v závislosti na průměru potrubí a na použité pokládací metodě.

Podle provedení znázorněného na obrázku 2, vnější zátěž 3 je vyrobena šroubovitými závity dvou relativně těžkých kovových plátů 4 a 5 okolo vnitřního pouzdra 2. Oba pláty 4 a 5 jsou vedeny tak, aby vytvářely mezeru 4a nebo 5a, to znamená, že oddělené závity 4b, 5b jsou uloženy vedle sebe svými konci tak, aby tvořily prostory. Tyto závity vytváří vnitřní mezeru 4a, která je překryta vnějším závitem 5b vnějšího plátu 5. Mezery 4a a 5a jsou naplněny těsnícím materiálem 30, jako je olejový tmel, prášek nebo ekvivalentní plnící materiál, zabraňující vodě nebo jiné tekutině v průtoku jak podélně, tak napříč.

♦

Těsnící materiál 30 je nejlépe vyroben z maziva rostlinného původu tak, aby dodržoval kritéria a standardy směřující proti znečištění.

Těsnící materiál 30 je nejlépe vyroben z maziva, které také překrývá závity 4b, 5b tak, aby promazával jeden závit 4b s ohledem na další závit 5b. Toto přispívá k pružnosti instalačního potrubí 1. Podélné těsnění, vzhledem ke schopnosti vody infiltrace mezi kovové pláty 4 a 5, je zajištěno několika desítkami zábran.

Je výhodné, když použitá maziva jsou schopna absorpce vodíkových ionů, které vycházejí z hydrolýzy vody a jsou velmi škodlivé pro optické kabely, které absorbují zmíněné vodíkové iony.

Samozřejmě, kov vnější zátěže smí, ale nemusí být odolný proti korozi, například nerezová ocel.

• ·

Vnější zátěž je nejlépe překryta vnějším pouzdrem 10.

Jak je znázorněno na obrázku 2, vnější pouzdro 10 slouží také k zadržení těsnícího materiálu 30, v tomto případě maziva. Vnější pouzdro je také kohezní prvek držící kovovou výztuž.

Kovová armovaná vrstva nebo vrstvy, například dva spirálové závity z relativně těžkého kovového plátu, v kombinaci s těsnícím materiálem 30, zajišťují, že je potrubí 1 mimořádně dobře podélně utěsněné.

Navíc, tyto kovové armované pláty tvořící vnější zátěž 3 také dávají potrubí 1 podle uvedeného vynálezu potřebnou mechanickou pevnost, aby odolalo dostředivým stlačujícím silám, kterých je značné množství uvnitř uvedeného potrubí 1 při naplňování, neodvratných otřesech při pokládání uvedeného potrubí a tažným silám.

Mechanická pevnost je zajištěna vnější zátěží 3, přičemž instalační potrubí 1 podle uvedeného vynálezu má výhody, které jsou jednak mimořádné, a jednak neočekávané. Toto je proto, že vnější pouzdro 10 vytváří obal pro spojení kovových armovaných vrstev a pro uzavření maziva. Toto vnější pouzdro 10 tedy smí mít poměrně malou tloušťku a nepřispívá nutně k mechanickému vyztužení potrubí 1.

Dalším velmi prospěšným důsledkem je, že vnitřní pouzdro 2 může mít odolnost k mechanickým silám výrazně menší, než je u podvodních potrubí obvykle nezbytné. Zde je to opět soustředná vnější zátěž 3 , která umožňuje, vzhledem ke svým dobrým mechanickým vlastnostem, použít vnitřní pouzdro 2 s menší tloušťkou a, což je vhodné, s menší pevností a nižší cenou.

Další mimořádnou výhodou instalačního potrubí 1 podle uvedeného vynálezu je jeho objem. Průměr a tloušťka těchto instalačních potrubí 1 je kompatibilní s rozměry pozemních instalačních potrubí, navzdory výrazně větším mechanickým, fyzikálním a chemickým tlakům v podvodním prostředí. Spojení mezi podvodním instalačním potrubím a zemním potrubím je tedy umožněno bez jakýchkoli potíží.

• * · « · · · ··· « ·· · · · · · · · ·

Obrázek 12 znázorňuje alternativní řešení vnější zátěže 3, která je složena z kovových elementů, jako dráty a pláty 32, z kruhového, skládaného, různoběžného nebo kosočtvercového příčného řezu, které jsou vedeny spirálově okolo pouzdra 2, nebo okolo středního pouzdra 2a, umožňující upevnit a držet pohromadě utěsněné podélné okraje kovového plátu 31. Ten je vyroben například z hliníku, s malou tloušťkou a vahou a je nezávislý na vnější zátěži 3.

Mezery mezi dráty a pláty 31 jsou obaleny těsnícím materiálem 30. Celá sestávaje chráněna vnějším pouzdrem 10 ze syntetického materiálu.

Vnější pouzdro 10 je například vyrobeno z polyethylenu a polyamidu v jednom nebo dalším provedení instalačního potrubí 1.

Díky tomu, podle uvedeného vynálezu, instalační potrubí 1 je složeno a vyrobeno tak, aby bylo možné jím táhnout, tlačit nebo dmychat jakékoli roury a kabely, reprezentovány číslem 29 na obrázku 12.

Jak je znázorněno na obrázku 3, spojovací zařízení 11 sestává z konektoru 12 pro spojení dvou částí la a lb potrubí 1 dohromady a to těsně. V závislosti na prostředí slaném nebo neslaném - je tento konektor 12 vyroben z kovu nebo ze syntetického materiálu. Konektor 12 je nejlépe vyroben z kovového nerezového materiálu, nebo hliníku chráněného povrchovou vrstvou. Sestává z válcového spojovacího článku 13, majícího dva protilehlé koncové díly 14a a 14b pro dva konce 2a a 2b dvou vnitřních pouzder 2 dvou sousedících potrubních částí la a lb, které mají být těsně spojeny dohromady. Každý z koncových dílů 14a a 14b sestává z vnitřního, vstupního zkosení 13a, vedoucího z jeho volného konce do poloviny nahoru podél spojovacího článku 13, z válcového vývrtu 13b s drážkou pro 0 - kruhové těsnění 33, ze závitu 13c se stejnou roztečí, ale opačným smyslem, než má druhý z koncových dílů 14a, 14b, a ze zarážkového čela 13d, tvořící vnitřní obvodovou patu. Těsnění 33 a závit 13c kooperují s vnitřním pouzdrem 2 potrubí 1, jehož pouzdro bylo předem na krátké části obnaženo, jak je znázorněno na obrázku 6.

·· ·· · · v··· ·· ···· · · · · ·

Spojovací zařízení 11 podle uvedeného vynálezu je mimořádné v tom, že spojovací článek 13 sestává z jediného kusu, do kterého je vestavěno 0 - kruhové těsnění 33, které je schopno rotace tak, aby umožnilo těsné spojení mezi dvěma částmi la a lb instalačního potrubí 1.

Jak je znázorněno na obrázcích 4 a 5, konektor 12 má centrální oblast 12a s plochami 12b, které mu dávají polygonální, například hexagonální příčný tvar, umožňující, aby byl konektor 12 utažen ke dvěma vnitřním pouzdrům 2, umístěnými jedno k druhému.

Spojovací zařízení 11 má také dvě objímky 15, které jsou vyrobeny z plastu, který teplem zmenšuje svůj objem. Každá objímka 15 je teplem stažena na konci každé potrubní části 1 z důvodu mechanické ochrany vnější zátěže 3 a eventuálně vnějšího pouzdra 10 a z důvodu zamezení, když na potrubí působí tažné síly, je-li s ním pohybováno, zanesení cizích těles mezi kovovou výztuž nebo zátěž 3 a jedno nebo druhé pouzdro 2 a 10. Každá objímka 15 také poskytuje, přinejmenším při nízkém tlaku od ponoření, těsnící ochranu komponentů potrubí 1.

Objímka 15 je upevněna na jednu z potrubních částí la, lb před montáží spojovacího zařízení 11. Poté, co je spojovací zařízení 11 instalováno, v tomto případě našroubováním konektoru 12 na dva konce 2a, 2b dvou vnitřních pouzder 2, objímka je teplem stažena podél potrubí 1 tak, že překryje konec každého elementu la, lb a spojovací článek 13 tvořící konektor 12 nad spojovací zónou potrubí 1.

Jak je znázorněno na obrázcích 9 a 10, zařízení 16 pro fixaci na podvodní dno se skládá z betonového odlitku, jehož kvalita je vhodná pro ponoření do vodního prostředí. Toto zařízení sestává z těžké základny 18, jejíž spodní strana 18a je konkávní, a je opatřeno vyvýšeným výstupkem 18f, v němž je vyvrtán otvor 18g, dovolující zavěšení. Jednotlivé části 19a, 19b, 19c, ve tvaru háku, jsou upraveny pro fixaci instalačního potrubí 1 na základnu 18. Otvory 18b až 18e procházejí základnou 18, z její spodní, konkávní části na svrchní část, a umožňují tak průchod vody při ponořování fixačního zařízení 16. Kotevní hřeby 20 jsou rozloženy okolo obvodu základny 18.

* · • · • · · · · · · • ·* · · · · · ·

Otvory 18b až 18e jsou nejlépe stejného tvaru, například kruhového oblouku, a stejných rozměrů. Otvory 18b až 18e jsou rovnoměrně a pod stejným úhlem rozmístěny v základně 18, okolo vertikální osy zařízení.

Konkávnost spodní části 18a v kombinaci s otvory 18b až 18e tedy vytvářejí možnost dobrého navádění při ponořování fixačního zařízení 16. Sestup směrem ke dnu 17 řeky je tedy zajištěn s větší přesností, díky možnosti stejnorodého procházení vody skrze otvory 18b až 18e.

Fixační zařízení 16 tak tedy umožňuje připevnění potrubí 1 na dně 17 vodního prostředí díky ukotvení na dně.

Tažné zařízení 21, jak je znázorněno na obrázku 11, je složeno z jádra 22 a vnějšího kroužku 23. Jádro 22, zejména válcového tvaru, sestává ze závitové konické části 22a a z válcové části 22b, která navazuje na menší průměr kuželu, přičemž zmíněná válcová část je opatřena drážkou pro 0 - kruhové těsnění 25. Jádro 22 je ukončeno, v části, kde kužel má větší průměr, tažnou patou 24, opatřenou připojeným okem 24a. Toto jádro 22 má průměr takový, aby dovolovalo přišroubování k vnitřnímu pouzdru 2.

Podle alternativního řešení tažného zařízení 21 podle uvedeného vynálezu, válcová část 22b, opatřena drážkou pro 0 - kruhové těsnění 25, může být vypuštěna nebo nahrazena prodloužením závitové konické části 22a.

Jak je znázorněno na zvětšeném detailu na obrázcích 9 a 10, vnější kroužek 23, válcového vnějšího tvaru, je opatřen na jednom z jeho konců hexagonální přírubou 26, která umožňuje utažení klíčem. Vnitřně, začínající u této příruby 26, je vnější kroužek opatřen vstupní zkosenou hranou 23a, hladkým válcovým vývrtem 23b, závitovým vývrtem 23c, vybroušenou drážkou 23d a vnitřní patou 23e, která tvoří zarážku.

Obrázek 11 znázorňuje, že závit vnějšího kroužku 23 v řezu má tvar pravoúhlého trojúhelníku a proto tvoří závitové vruby 27, které zabraňují jakémukoli pohybu ve směru • · šipky 28 vnější zátěže 3 nebo vnějšího pouzdra 10 potrubí 1, okolo kterého je umístěn vnější kroužek 23.

Závity jiné, než jsou znázorněny na obrázku 11 mohou být také vyhovující, aniž by vylučovaly záměr uvedeného vynálezu.

Při montáži zařízení na konec potrubí 1, je vnější kroužek 23 nejdříve nasazen na konec potrubí, dokud jeho pata 23e nenarazí ke konci potrubí 1, a pak je jádro 22 usazeno a zašroubováno do potrubí 1. Následkem toho, stěna nebo stěny částí tvořících potrubí 1 jsou stlačeny mezi dva závity, závit 22a jádra 22 a závit 23c kroužku 23, a je dosažena naprostá mechanická vazba mezi uvedeným potrubím 1 a tažným zařízením 21 a to prostřednictvím těchto závitů zařezávajících se do uvedených stěn. Utěsnění je tedy náležitě zajištěno a zdvojeno těsněním 25.

Tato velmi jednoduchá montážní operace je provedena na místě instalace a poskytuje dobrou mechanickou vazbu, ale také požadovanou těsnost v podvodním prostředí.

Při přesunu potrubí 1, taženém na zařízení 21, se komponenty tohoto potrubí 1 nemohou oddělit, neboť jsou chráněny na jedné straně vruby 27 a na straně druhé zarážkou 23e vnějšího kroužku 23.

Nyní bude popsána metoda instalace podvodních systémů za použití například metody ponoření.

Tedy, přímá metoda ponoření, jak je schematicky znázorněna na obrázku 13 je známa, sestává z ponoření instalačního potrubí 1 do výkopu 50, vytvořeném v korytě řeky 51 za použití pluhu 52, který nese nehybný nebo vibrující sak. Tento pluh 52 je tažen vlečným člunem 53, na kterém je uloženo instalační potrubí 1. Další je uloženo v bubnech 54. Vlečný člun 53 samotný je tažen lanem 55, které je upevněno k tažnému člunu 56 umístěnému přibližně uprostřed řeky 51 a ukotvenému ke dnu 17.

·· · · · · ···· ·· ···· ··· ··· • ·· · · · · · · · · • ·«···· · ··· 9

Lano 55, které je upevněno k tažnému člunu 56 pomocí navijáku, který umožňuje vlečnému člunu 53 a pluhu 52, aby byly taženy a pohybovaly se.

Nepřímá metoda ponoření, jak je schematicky znázorněna na obrázku 14, je také známa, například několik instalačních potrubí 1 je montováno nebo vázáno na vlečném člunu 53.

Sestava je potom pokládána do koryta řeky 51 nebo je podporována na hladině balony 60. Potrubí 1 je spojeno dohromady na spojovacím pontonu 61 na hladině za účelem vytvoření délky okolo 0,5 až 2 kilometry. Když jsou potrubí 1 ve vertikální pozici nad ponornou linií, jsou potopeny odstraněním balonů 60.

Když je svazek potrubí 1 uložen na dně 17 řeky je použit ovládaný ponorný stroj k uložení svazků potrubí 1.

Potrubí 1 jsou ponořena a uložena na dno 17 v pozici podle odkazu 50a.

Systém pro ukotvení imobilizačního zařízení 16, umožňujícího udržet svazky na místě, může být použit v jedné nebo druhé z metod, namísto ponoření, bez rizika přesouvání nebo když jsou proudy velmi slabé.

Je zvláště důležité při provádění těchto metod používat potrubí 1, jejichž stupeň ponoření je zcela kontrolován tak, aby se předešlo jakémukoli zablokování při pokládání. Stupeň ponoření a stupeň postupu ponorné vlečky proto závisí na váze potrubí 1, neboť uvedená váha omezuje stupeň ponoření.

Navíc je velice důležitá schopnost snadného spojení dvou potrubí 1 pomocí spojovacího zařízení 11 buď na vlečném člunu 54 nebo na dně 17 v případě náhodného prasknutí. Je také nezbytné tlačit na potrubí 1 velkou silou pro sražení dvou potrubí 1 k sobě, aby mohla být spojena. Usazení do polohy je jednoduše a spolehlivě získáno použitím tažného zařízení 21.

Claims (5)

1. Tažné zařízení (21) pro podvodní instalaci (1) sestávající jednak z jádra (22) představující konickou část (22a) opatřenou závitem, která je určena k přišroubování na konec potrubí (1) a opatřené tažným okem (24), a dále sestávající z vnějšího válcového kroužku (23), který je určen k sevření jádra (22) a stěny potrubí (1) po celém vnějším obvodu, vyznačující se tím, že vnější válcový kroužek (23) je opatřen vnitřním vývrtem (23c) se závitem, kterým má být přišroubován na vnější stěnu konce instalačního potrubí (1).

2. Tažné zařízení (21) podle nároku 1, v y z n a č uj í c í se tím, že jádro (22) představuje válcovou část (22b) s těsnícím kroužkem (25) umístěným přesně u konické části (22a) opatřené závitem, který vniká do konce instalačního potrubí (1).

3. Tažné zařízení (21), podle nároků 1 nebo 2, v y z n a č uj í c í se tím, že vnější válcový kroužek (23) je opatřen hexagonální přírubou (26) pro zajištění jeho rotačního stahování klíčem.

4. Tažné zařízení (21), podle jakéhokoli z nároků 1 až 3, v y z n a č u j í c í se tím, že závitová vnitřní část (23c) sestává ze závitu ve formě vrubů (27), schopných zaříznutí do vnější stěny potrubí (1) při šroubování jádra (22) do potrubí (1).

5. Tažné zařízení (21), podle nároku 4, v y z n a č uj í c í se tím, že vrub (27) se vine šroubovité a představuje v podélném řezu pravoúhlý trojúhelníkový tvar.