RU2357144C1

RU2357144C1 - Method for installation of underwater pipeline and device for its realisation

Info

Publication number: RU2357144C1
Application number: RU2007137617/06A
Authority: RU
Inventors: Фаниль Мухаметович Мустафин (RU); Фаниль Мухаметович Мустафин; Николай Федорович Щепин (RU); Николай Федорович Щепин; Наил Винерович Абдуллин (RU); Наил Винерович Абдуллин; Юрий Иосифович Спектор (RU); Юрий Иосифович Спектор; Сергей Леонидович Кириллов (RU); Сергей Леонидович Кириллов; Михаил Вячеславович Мумриков (RU); Михаил Вячеславович Мумриков; Артур Фаритович Мустафин (RU); Артур Фаритович Мустафин; Дмитрий Николаевич Веселов (RU); Дмитрий Николаевич Веселов; Кастро Хорхе Луис (RU); Кастро Хорхе Луис
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-05-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention is related to pipeline transport and is used in installation of underwater pipeline by pulling it through larger diametre shell installed on water reservoir bottom. In head part of pipeline prepared for pulling tight area of air excessive pressure is created - receiver, which in process of pulling and filling of pipeline internal cavity with water from shell previously filled with it provides for floatage of pipeline head part. After head part of pipeline crosses minimum vertical elevation of underwater passage, air from receiver is expelled into pipeline, at that air plug is created due to water displacement, which does not prevent further filling of pipeline with water in process of pulling. Receiver is equipped with stop device for air injection from external source, stop device with drive for remote control of air expelling in pipeline, supply pipe with check valve for pipeline filling with water in process of pulling. There is support roller installed to reduce friction forces in process of pipeline pulling inside shell on external surface of head part, on pipeline upper generatrix.

EFFECT: expansion of technical facilities arsenal.

3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к строительству трубопроводов и может применяться при укладке трубопровода методом протаскивания по дну водоема.The proposed solution relates to the construction of pipelines and can be used when laying the pipeline by pulling along the bottom of the reservoir.

Известен способ ремонта и прокладки трубопровода с установленной во внутренней полости цепочки понтонов внутри ранее уложенного по дну водоема трубопровода, предварительно заполненного жидкостью. При протаскивании трубопровода происходит заполнение его жидкостью из ранее уложенного трубопровода (а.с. SU №994856, МПК3 F16L 55/18, F16L 1/04, опубл. 07.02.1983. БИ №5).A known method of repairing and laying a pipeline installed in the internal cavity of a chain of pontoons inside previously laid on the bottom of the reservoir, pre-filled with liquid. When dragging a pipeline, it is filled with liquid from a previously laid pipeline (a.s. SU No. 994856, MPK3 F16L 55/18, F16L 1/04, publ. 02/07/1983. BI No. 5).

Недостатком известного способа является материалоемкость и трудоемкость изготовления и установки понтонов, а также технические и технологические трудности, связанные с установкой и извлечением цепочки понтонов по окончании укладки трубопровода, т.к. они, обладая положительной плавучестью, находятся в водной среде и прижаты к стенке трубопровода. Извлечение понтонов механическим путем создаст значительное трение, что приведет к истиранию материала понтона или повреждению стенки трубопровода (в зависимости от материала, из которого изготовлены понтоны), а откачка воды из трубопровода потребует специального оборудования.The disadvantage of this method is the material consumption and the complexity of the manufacture and installation of pontoons, as well as technical and technological difficulties associated with installing and removing the chain of pontoons at the end of laying the pipeline, because having positive buoyancy, they are in the aquatic environment and are pressed against the wall of the pipeline. Removing the pontoons mechanically will create significant friction, which will lead to abrasion of the pontoon material or damage to the pipe wall (depending on the material from which the pontoons are made), and pumping water from the pipeline will require special equipment.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ протаскивания заполненного водой трубопровода по дну водоема, при котором в головную часть трубопровода подают сжатый воздух после пересечения ею нижней отметки водоема (МПК3 SU №830069, F16L 1/00, опубл. 15.05.1981. БИ №18).Closest to the claimed invention in technical essence is a method of dragging a pipeline filled with water along the bottom of a reservoir, in which compressed air is supplied to the head of the pipeline after it crosses the bottom mark of the reservoir (IPC3 SU No. 830069, F16L 1/00, publ. 05.15.1981. BI No. 18).

Недостатком известного способа является необходимость заполнения трубопровода водой до начала операции протаскивания, что требует сооружения на берегу специально оборудованной усиленными роликовыми опорами спусковой дорожки, привлечение насосного оборудования для заполнения трубопровода. На первом этапе протаскивания отсутствует разгрузка головной части трубопровода и снижение сил трения по причине отсутствия в ней воздуха, подача которого по шлангу от внешнего источника сжатого воздуха на втором этапе протаскивания связана с материальными затратами и техническими трудностями.The disadvantage of this method is the need to fill the pipeline with water before the start of the pulling operation, which requires the construction on the shore of a specially equipped reinforced roller support trigger track, the involvement of pumping equipment to fill the pipeline. At the first stage of dragging, there is no unloading of the head of the pipeline and a decrease in friction due to the lack of air, the supply of which through the hose from an external source of compressed air at the second stage of dragging is associated with material costs and technical difficulties.

Известно устройство для протаскивания заполненного водой трубопровода, включающее тяговый механизм (лебедку), плавсредство для подачи сжатого воздуха, заслонку (МПК3 SU №830069, F16L 1/00, опубл. 15.05.1981. БИ №18).A device is known for dragging a pipeline filled with water, including a traction mechanism (winch), a craft for supplying compressed air, a damper (MPK3 SU No. 830069, F16L 1/00, publ. 15.05.1981. BI No. 18).

Недостатком известного устройства является возможность повреждения рабочего трубопровода при протаскивании его по дну водоема.A disadvantage of the known device is the possibility of damage to the working pipeline when dragging it along the bottom of the reservoir.

Прототипом предлагаемого устройства является устройство, описанное в патенте №830069, F16L 1/00, содержащее кожух, оголовок с отверстиями, концевую заглушку, вантуз для выпуска воздуха, тяговый трос, который одним концом закреплен на оголовке, другим присоединен к тяговому устройству, внутри протаскиваемого трубопровода установлена цепочка понтонов, связанных между собой посредством троса.The prototype of the proposed device is the device described in patent No. 830069, F16L 1/00, containing a casing, a cap with holes, an end cap, a plunger for venting air, a traction cable that is attached to the traction device at one end and connected to the traction device with the other end inside The pipeline has a chain of pontoons connected to each other via a cable.

Недостатками прототипа являются большая сила трения по площади контакта наружной поверхности трубопровода и стенкой кожуха, большое тяговое усилие для протаскивания.The disadvantages of the prototype are the large friction force on the contact area of the outer surface of the pipeline and the casing wall, a large pulling force for pulling.

Задачей заявляемого изобретения является снижение сил трения по площади контакта наружной поверхности трубопровода и стенкой кожуха и уменьшение тягового усилия, необходимого для протаскивания.The task of the invention is to reduce friction in contact area of the outer surface of the pipeline and the wall of the casing and to reduce the traction required for pulling.

Поставленная задача решается тем, что в способе укладки подводного трубопровода, включающем подачу в головную часть трубопровода сжатого воздуха для вытеснения из нее воды после преодоления головной части нижней отметки водоема при протаскивании трубопровода, согласно изобретению в головной части трубопровода создают ресивер сжатого воздуха, который при протаскивании трубопровода через заполненный водой кожух с одновременным заполнением его водой стравливают в трубопровод.The problem is solved in that in a method of laying an underwater pipeline, comprising supplying compressed air to the head of the pipeline to displace water from it after overcoming the head of the lower mark of the reservoir when dragging the pipeline, according to the invention, a receiver of compressed air is created in the pipeline head, which when dragged the pipeline through the casing filled with water, while filling it with water, is vented into the pipeline.

Создание в головной части подготавливаемого к протаскиванию трубопровода, герметичной области избыточного давления воздуха (ресивера), которая в процессе протаскивания и заполнения внутренней полости рабочего трубопровода водой из предварительно наполненного ею кожуха обеспечивает плавучесть головной части рабочего трубопровода, тем самым снижает нагрузку на кожух и уменьшает силы трения, а затем после пересечения головной частью трубопровода минимальной вертикальной отметки подводного перехода воздух из ресивера за счет его избыточного давления (превышающего образованное гидростатическое давление в трубопроводе) стравливают в трубопровод, и вследствие вытеснения части объема заполненной его воды образуется воздушная пробка, создающая дополнительную подъемную силу, которая при протаскивании трубопровода (на подъем) по второму наклонному участку подводного перехода создает продольную составляющую выталкивающей силы, снижающей тяговое усилие, и перпендикулярную трубопроводу силу, обеспечивающую упругий изгиб трубопровода на криволинейном отрезке подводного перехода, что также снижает силы трения.Creating in the head part of the pipeline being prepared for pulling, a sealed region of excess air pressure (receiver), which during pulling and filling the inner cavity of the working pipe with water from the casing pre-filled with it ensures buoyancy of the head part of the working pipe, thereby reducing the load on the casing and reduces forces friction, and then after the head of the pipeline crosses the minimum vertical mark of the underwater passage, air from the receiver due to its excess exact pressure (exceeding the generated hydrostatic pressure in the pipeline) is vented into the pipeline, and due to the displacement of part of the volume of its water filled, an air plug forms, which creates additional lifting force, which when pulling the pipeline (to rise) along the second inclined section of the underwater transition creates a longitudinal component of the buoyancy force reducing traction and perpendicular to the pipe force, providing elastic bending of the pipeline on a curved section underwater a transition that reduces friction.

Указанная задача решается также тем, что в устройстве для укладки подводного трубопровода, включающем кожух, оголовок, концевую заглушку, вантуз, тяговый трос, закрепленный одним концом на оголовке, а вторым присоединенный к тяговому механизму, согласно изобретению на расстоянии 3-10-кратной величине диаметра трубопровода от концевой заглушки установлена промежуточная заглушка, кроме того, головная часть трубопровода снабжена запорным устройством для создания компрессором избыточного давления воздуха, заливочной трубой, оборудованной обратным клапаном, опорным роликом, установленным на наружной поверхности в верхней образующей головной части трубопровода.This problem is also solved by the fact that in a device for laying an underwater pipeline, including a casing, a head, an end cap, a plunger, a traction cable fixed at one end to the head and the second attached to the traction mechanism, according to the invention, at a distance of 3-10 times an intermediate plug is installed from the diameter of the pipeline from the end cap, in addition, the head of the pipeline is equipped with a shut-off device for creating an excess air pressure by the compressor, a filling pipe equipped check valve, support roller mounted on the outer surface in the upper generatrix of the head of the pipeline.

На фиг.1 показан подготовленный к протаскиванию трубопровод; на фиг.2 - конструкция устройства головной части; на фиг.3 изображен процесс протаскивания трубопровода.1 shows a pipeline prepared for pulling; figure 2 - design of the device of the head part; figure 3 shows the process of pulling the pipeline.

Устройство (см. фиг.2) содержит кожух 1, ранее проложенный по дну 2 водоема 3, трубопровод 4, тяговый трос 5, один конец которого соединен с оголовком 6, а другой с тяговым механизмом 7, области избыточного давления воздуха (ресивер) 8, заливочную трубу 9, запорное устройство 10 с дистанционным приводом 11, обратный клапан 12, промежуточную заглушку 13, концевую заглушку 14, вантуз 15, опорный ролик 16, установленный на наружной поверхности в верхней образующей головной части трубопровода 4.The device (see figure 2) contains a casing 1, previously laid along the bottom 2 of a reservoir 3, a pipeline 4, a traction cable 5, one end of which is connected to the head 6, and the other to the traction mechanism 7, areas of excess air pressure (receiver) 8 , filling pipe 9, locking device 10 with remote actuator 11, non-return valve 12, intermediate plug 13, end plug 14, plunger 15, support roller 16 mounted on the outer surface in the upper generatrix of the head of the pipeline 4.

Способ протаскивания трубопровода через кожух 1 (см. фиг.1), ранее проложенный по дну 2 водоема 3, осуществляется следующим образом: перед началом процесса протаскивания в трубопроводе 4 выполняют монтаж конструкции устройства головной части (см. фиг.2); устанавливают концевую заглушку 14 (см. фиг.1) и вантуз 15 для выхода вытесняемого водой воздуха; укладывают тяговый трос 5, один конец которого крепят к головной части трубопровода, а второй к тяговому механизму 7; внутреннюю полость кожуха 1 наполняют водой; в ресивере 8 (см. фиг.2) с помощью компрессора создают избыточное давление воздуха, равное 2-5-кратному от максимального гидростатического давления в кожухе, величина которого соответствует его минимальной вертикальной отметке заложения. Посредством тягового механизма 7 и тягового троса 5 выполняют протаскивание трубопровода 4 через кожух 1, в процессе чего происходит заполнение внутренней полости трубопровода 4 водой, наполняющей кожух 1, через заливочную трубу 9. Благодаря тому что ресивер 8 с воздухом разгружает головную часть трубопровода, достигается снижение сил трения.The method of pulling the pipeline through the casing 1 (see figure 1), previously laid along the bottom 2 of the reservoir 3, is carried out as follows: before starting the process of pulling in the pipeline 4, the installation of the design of the head part device is performed (see figure 2); set the end cap 14 (see figure 1) and plunger 15 to exit the air displaced by the water; stack the traction cable 5, one end of which is attached to the head of the pipeline, and the second to the traction mechanism 7; the inner cavity of the casing 1 is filled with water; in the receiver 8 (see figure 2) using a compressor create an excess air pressure equal to 2-5 times the maximum hydrostatic pressure in the casing, the value of which corresponds to its minimum vertical elevation. By means of the traction mechanism 7 and the traction cable 5, the pipeline 4 is pulled through the casing 1, during which the internal cavity of the pipeline 4 is filled with water filling the casing 1 through the filling pipe 9. Due to the receiver 8 unloading the head of the pipeline with air, a reduction is achieved friction forces.

В процессе протаскивания трубопровода 4, после того как, головная его часть пересечет минимальную вертикальную отметку заложения кожуха 1, воздух из ресивера 8 посредством запорного устройства 10 с дистанционным приводом 11 стравливают в трубопровод 4, в результате чего образуется воздушная пробка (см. фиг.3), которая при выполнении протаскивания разгружает трубопровод 4, создает напряжения упругого изгиба в стенке трубопровода 4, которые способствуют образованию радиуса упругого изгиба и тем самым обеспечивают снижение сил трения на криволинейном участке перехода, а выталкивающая сила воздушной пробки снизит величину тягового усилия при протаскивании по длине уклона перехода, где требуется приложение максимальных усилий, так как трубопровод 4 вытягивают на подъем. В результате стравливания из ресивера 8 воздуха давление в образованной воздушной пробке будет превышать гидростатическое давление воды в точке расположения обратного клапана 12 (со стороны залива воды), которым оборудована заливочная труба 9, и по этой причине доступ воды из кожуха в трубопровод будет прекращен до того момента времени, когда в процессе протаскивания гидростатическое давление в обратном клапане 12 не превысит значение давления в воздушной пробке. Воздух из воздушной пробки не будет иметь выхода в кожух 1 через заливочную трубу 9 за счет установки обратного клапана 12.In the process of pulling the pipeline 4, after its head part crosses the minimum vertical mark of the casing 1, the air from the receiver 8 is vented into the pipeline 4 by means of a locking device 10 with a remote drive 11, as a result of which an air plug is formed (see Fig. 3 ), which when pulling unloads the pipe 4, creates elastic bending stresses in the wall of the pipe 4, which contribute to the formation of the radius of elastic bending and thereby reduce the friction forces on the curve linear transition area, and the buoyancy airlock will reduce the amount of traction with the dragging of the length of the transition slope, which require maximum effort application, as pipe 4 pulled on the rise. As a result of bleeding from the air receiver 8, the pressure in the formed air plug will exceed the hydrostatic pressure of the water at the location of the check valve 12 (from the water inlet side) with which the filling pipe 9 is equipped, and for this reason, the water from the casing into the pipeline will be stopped the point in time when the hydrostatic pressure in the check valve 12 does not exceed the pressure value in the air plug during dragging. The air from the air plug will not have access to the casing 1 through the filling pipe 9 due to the installation of a check valve 12.

Предлагаемое изобретение найдет широкое применение в строительстве трубопроводов и при укладке трубопровода методом протаскивания через предварительно заполненный водой кожух по дну водоема, так как обеспечивает снижение сил трения по площади контакта наружной поверхности трубопровода и стенкой кожуха, уменьшение тягового усилия, необходимого для протаскивания.The present invention will find wide application in the construction of pipelines and when laying a pipeline by dragging through a casing pre-filled with water along the bottom of the reservoir, as it provides a reduction in friction forces along the contact area of the outer surface of the pipeline and the casing wall, and a decrease in traction required for pulling.

Claims

1. A method of laying an underwater pipeline, comprising supplying compressed air to the head of the pipeline to displace water after the head has overcome the bottom mark of the reservoir when dragging the pipeline, characterized in that a receiver of compressed air is created in the pipeline’s head which, when dragged along with simultaneous filling its water from the pre-filled with it internal cavity of the casing is vented into the pipeline.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pipeline is pulled through a casing filled with water.

3. A device for laying an underwater pipeline, including a casing filled with water, a cap, an end cap, a plunger, a traction cable fixed at one end to the cap, and the second attached to the traction mechanism, characterized in that at a distance of 9-10 times the diameter of the pipeline an intermediate plug is installed from the end plug, and the head of the pipeline is equipped with a locking device and a remote control actuator for bleeding air, a filling pipe equipped with a check valve, a support a roller mounted on the outer surface in the upper generatrix of the head of the pipeline.