RU2095518C1

RU2095518C1 - Deep-laid suction water conduit

Info

Publication number: RU2095518C1
Application number: RU9595119071A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Новосельский; Г.Е. Зубова
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Байкальские воды"
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: hydraulic power construction engineering. SUBSTANCE: water intake is laid deep in water basin and connected with pumping station located on shore by pipeline consisting of two sections: coastal section which is made of steel, and deep-water section which is made of plastic for example of polyethylene. Joint of sections is located at depth to which sun rays do not reach and waving is of no influence. This arrangement substantially reduces loads on ropes when lowering water conduit to bottom. Laid along deep water plastic section near pipe is rope which by its one end is secured on water intake and by its other end is fastened on joint with coastal section, thus relieving plastic pipe of longitudinal loads. Rope also serves as load which imparts pipe with negative floatability when pipe is filled with water which is necessary for its lowering to bottom. Section of plastic pipe adjacent to steel section is of variable rigidity to prevent sharp bending of plastic tube in process of immersion. EFFECT: high efficiency. 6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к глубинным всасывающим водоводам, предназначенным для забора высококачественной чистой воды. The invention relates to hydraulic structures, and in particular to deep suction conduits intended for the intake of high-quality clean water.

Известен глубинный всасывающий водовод, состоящий из водозаборника и трубы, соединяющей его с насосной станцией. Known deep suction conduit, consisting of an intake and a pipe connecting it to the pumping station.

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. A long pipe can be laid to the bottom by a flexible thread method, and as soon as the intake is in the water, the pipe will also be filled with water and its buoyancy will become negative if it was positive.

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. Other methods of submerging pipes to the bottom relate to pipelines crossing a water barrier (not filled with water when immersed) and being built up as it crosses from special boats, which are extremely scarce and expensive.

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.In this case, the ends of the pipe must be held by the force H, determined from the relation:
H gL / 8F,
where g is the linear weight (kgf / m) of the pipe filled with water in water, and L and F are shown in FIG. one.

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). The vessel that supports the end of the pipe should in this case be held by an anchor, while the anchor must be special, and the anchor cable can withstand even greater forces (P).

Это обстоятельство накладывает существенное ограничение на возможность получения требуемого технического результата обеспечение укладки трубы с поверхности водоема на дно. This circumstance imposes a significant limitation on the possibility of obtaining the required technical result, ensuring the laying of the pipe from the surface of the reservoir to the bottom.

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. The purpose of the invention is the reduction of loads when laying the pipeline to the bottom. This goal is achieved by replacing the pipe material with a lighter steel with plastic, in particular polyethylene having positive buoyancy in water (g), i.e. theoretically, efforts can be reduced to an arbitrarily small amount. However, this achievement of the goal poses a number of new challenges. Firstly, polyethylene should not work in tension and, secondly, such a pipe must be weighted, otherwise it will not sink.

Обе эти задачи решаются с помощью троса, натягиваемого вдоль трубы, и металлической конструкции водозаборника, совмещенного с узлом подвески. Both of these tasks are solved with the help of a cable pulled along the pipe and a metal structure of the water intake combined with the suspension unit.

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. The execution of the entire pipe made of plastic is impossible due to its accelerated aging in sunlight, fouling of the pipe by microorganisms both outside and inside, as well as the danger of mechanical destruction of the pipe under intense wave action. This task of eliminating the above negative phenomena is solved by the implementation of the pipe from two sections: coastal steel and deep plastic.

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. The appearance of the two named sections leads to the fact that at their junction there are two pipes whose stiffnesses differ from each other by several orders of magnitude. The consequence of this circumstance may be the scrapping or buckling of the plastic pipe.

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. The new task of eliminating this possibility is solved by transferring the suspension point from the joint to the coastal steel pipe (in this case, the bending moment is reduced due to the inclusion of a piece of steel pipe between the suspension point and the joint), as well as providing a gradual decrease in stiffness on the plastic pipe segment from the maximum at the joint to the minimum at the end of the segment (figure 2). The dotted line in FIG. 2 shows the configuration of the pipe, which would have happened if the suspension was carried out directly behind the joint.

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. When filling the coastal and deep sections with water in the area of their junction, the formation of an air congestion is possible (possibly temporary, but making immersion difficult). The last of the arising problems of ensuring free flooding of the pipe in both its sections is solved by installing two fittings in the joint area.

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. Thus, the solution of the complex of the above problems is achieved by the fact that in the deep suction conduit, consisting of an intake and a pipe connecting it to the pumping station, the pipe consists of two sections - coastal and deep, while the coastal section of the pipe is made of steel, and the deep plastic, and the depth of the junction between the sections is not less than the depth of penetration of sunlight and the effects of unrest at the site of the conduit.

Глубинный участок трубы может быть выполнен из полиэтилена. The deep section of the pipe can be made of polyethylene.

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. A cable is laid along the deep section of the pipe, connected to the pipe at a number of points, the pitch between which does not exceed 200 pipe diameters, while the cable is connected on one side to the coastal pipe section and, on the other, to the water intake, which is equipped with a suspension unit, which is a power element on the stage of lowering the pipe to the bottom, and the deep section of the pipe together with the cable has negative buoyancy when filling the pipe with water.

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. The deep section at the junction with the coastal has a segment with variable stiffness, on which the stiffness varies from the joint from the stiffness of the coastal section of the steel pipe to the stiffness of the deep section - the plastic pipe.

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. The segment with variable stiffness is made in the form of several sections, on each of which metal bars are placed along the plastic pipes, fixed in rings worn on the pipe, while the number of bars in each section decreases as the distance from the coastal pipe section to which the first is rigidly connected ring.

На стыке прибрежного и глубинного участков установлены два штуцера, служащие для выпуска воздуха. At the junction of the coastal and deep sections, two fittings are installed that serve to release air.

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. On the coastal section in the area of the junction with the deep section, a suspension unit is placed that serves as a power element at the stage of lowering the water conduit to the bottom, while the suspension unit is installed with the possibility of rotation around the pipe at a distance of at least 50 pipe diameters from the joint.

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. In FIG. 1 shows a diagram of a steel pipe flooded with water; in FIG. 2 joint between the coastal and deep sections when the joint is on the surface of the water and the flooded state of both pipes; in FIG. 3 general view of the water conduit; in FIG. 4 suspension unit on the coastal site; in FIG. 5 embodiment of a segment with variable stiffness; in FIG. 6 installation of fittings.

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. The deep suction pipe is generally shown in FIG. 3 and consists of a pumping station 1, a coastal section 2 made of a steel pipe and connected by a joint 3 with a deep section 4 ending with a water intake 5. Joint 3 is made in the form of a flange connection, with a metal flange in a polyethylene pipe from which the deep section is made 4, is inserted in the heated state, which provides a tight connection.

Водозаборник 5 приподнят над дном на нужное расстояние понтоном 6, а само это расстояние обеспечивается длиной троса, соединяющего водозаборник 5 с якорем 7. The intake 5 is raised above the bottom by the desired distance with the pontoon 6, and this distance itself is provided by the length of the cable connecting the intake 5 with the anchor 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. On the coastal section 2 at a distance of not less than 50 pipe diameters from the joint 3, a suspension assembly 8 is installed, which is shown in detail in FIG. 4. A distance of at least 50 diameters is due to the fact that a noticeable balancing of the left side of the pipe (with reference to Fig. 2) begins with this value. At a shorter distance, it is difficult to provide support on the water close to the suspension unit 8. The foregoing refers to the moment of docking of the coastal section 2 and the deep section 4 of the water conduit and ceases to matter in the submerged position of the water conduit.

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). The suspension unit 8 (Fig. 4) consists of flanges 9 connected by pairs of ribs 10 and 11. The flanges 9 are placed on the pipe of the coastal section 2 with a gap, which allows it to turn into the suspension unit 8. An axis 12 is fixed between the ribs 10, which is a hook for cargo hook or thimble with a cable (when diving).

Для предотвращения осевого смещения узел подвески 8 фиксируется кольцами 13, жестко соединенными с трубой. To prevent axial displacement, the suspension unit 8 is fixed by rings 13, rigidly connected to the pipe.

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. A cable 14 (Fig. 2) is laid along the entire deep section 4 at a minimum distance from the pipe, attached to the pipe with clamps 15. The installation step of the clamps 15 is preferably small, which is not economically advantageous, therefore, in the proposed design, it is chosen equal to 200 pipe diameters. When this distance is exceeded, the pipe between the clamps 15 becomes an almost flexible thread, in which, with a small deflection, significant unwanted loads can occur.

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. The cable 14 is fixed on one side at the junction 3 of the coastal section 2 of the deep section 4, and the other end is attached to the water intake 5. The buoyancy of the cable 14 with the pipe of the deep section 4 should be negative.

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. The deep section 4 at the junction 3 has a segment with variable stiffness (Fig. 5). Variable stiffness is achieved when metal rods 16 are installed along the pipe, the number of which decreases with distance from the joint 3. In FIG. 5 shows the installation of the rods 16 in 3 adjacent sections (6, 4 and 3 pieces). The rods 16 are rigidly fixed with nuts 17 in the rings 18, which are placed with a gap on the pipe of the deep section 4. The number of rods 16 is reduced to one over a length of 5-6 m .

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. In the area of the joint 3 on the coastal section 2, two fittings 19 are coaxially installed, plugged through the gaskets 20 with plugs 21, namely two and coaxially, so that one is always in the air.

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. A deep suction water conduit is used in the usual way: pump station 1 pumps water from the depth of the reservoir through the intake 5. The meaning of the proposed design is to ensure that such a conduit is laid to the bottom. When laying the water conduit due to the buoyancy of the polyethylene pipe, the load on the freight cable is significantly reduced, clinging when lowering to the suspension unit at the intake 5 (it is similar to that shown in Fig. 4 and therefore not shown separately). Also, due to the greater possible bending of the polyethylene pipe compared to steel (flexibility is higher), the length of the cargo cable is reduced, which can be important at great depths, otherwise restrictions on the cable capacity of the winch drums may appear. The cable 14, laid along the entire polyethylene pipe (deep section 2), completely unloads this pipe from any loads, except for its own weight in water. At the same time, the cable 14 is a load for immersion of the polyethylene pipe.

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. The fittings 19 (at least one of them) are located at the highest point when filling the water conduit and therefore allow free air to escape both from the coastal section 2 and from the deep section 4. After filling sections 2 and 4, the fittings 19 are hermetically sealed with stoppers 21.

Claims

1. Deep suction conduit, consisting of a water intake and a pipe connecting it to the pumping station, characterized in that the pipe consists of two sections of the coastal and deep, while the coastal section of the pipe is made of steel, and the deepest of plastic, and the depth of the junction between areas not less than the depth of penetration of sunlight and the effects of unrest at the site of the conduit.

2. The conduit according to claim 1, characterized in that the deep section of the pipe is made of polyethylene.

3. The water conduit according to claim 1, characterized in that a cable is laid along the deep section of the pipe connected to the pipe at a number of points, the pitch between which does not exceed 200 pipe diameters, while the cable is connected to the coastal section of the pipe on one side and on the other with an intake, which is equipped with a suspension unit, which is a power element at the stage of lowering the pipe to the bottom, and the deep section of the pipe together with the cable has negative buoyancy when filling the pipe with water.

4. The water conduit according to claim 1, characterized in that the deep section at the junction with the coastal has a segment with variable stiffness, on which the stiffness varies from the joint from the stiffness of the coastal section of the steel pipe to the stiffness of the deep section of the plastic pipe.

5. The water conduit according to claim 4, characterized in that the section with variable stiffness is made in the form of several sections, on each of which metal bars are placed along the plastic pipe, fixed in rings worn on the pipe, while the number of bars in each section decreases by the distance from the coastal section of the pipe, with which the first ring is rigidly connected.

6. Water conduit according to claim 1, characterized in that at the junction of the coastal and deep sections two fittings are installed, which serve to release air.

7. The water conduit according to claim 1, characterized in that on the coastal section in the area of the junction with the deep section there is a suspension unit that serves as a power element at the stage of lowering the conduit to the bottom, while the suspension unit is installed with the possibility of rotation around the pipe at a distance of at least 50 pipe diameters from the joint.