RU70904U1

RU70904U1 - SEISME PROTECTIVE SYSTEM FOR TERMINAL GROUND PIPELINES

Info

Publication number: RU70904U1
Application number: RU2007141761/22U
Authority: RU
Inventors: Олег Ибрагимович Мансуров; Раис Искандерович Нигматулин
Original assignee: Олег Ибрагимович Мансуров; Раис Искандерович Нигматулин
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2008-02-20

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для эффективной защиты от мощных низкочастотных колебаний и ударов высоких энергий надземных магистральных трубопроводов, прокладываемых в сейсмоопасных районах.The utility model relates to the field of mechanical engineering and is intended for effective protection against powerful low-frequency vibrations and high-energy impacts of above-ground trunk pipelines laid in earthquake-prone areas.

Может быть использована при прокладке трубопроводов в сложных условиях рельефа местности.It can be used when laying pipelines in difficult terrain conditions.

Техническим результатом предложенной полезной модели является повышенная степень защиты магистральных трубопроводов от пространственных сейсмовоздействий, возникающих при землетрясениях и мощных взрывах, а также эффективной диссипации остаточных колебаний труб и переходных процессов, связанных с ударным возбуждением. При этом одновременно обеспечивается свобода подвижек трубопроводов, возникающих от перепадов температур и давления при нормальной эксплуатации трубопроводов.The technical result of the proposed utility model is an increased degree of protection of main pipelines from spatial seismic effects arising from earthquakes and powerful explosions, as well as effective dissipation of residual pipe vibrations and transient processes associated with shock excitation. At the same time, freedom of movement of pipelines arising from changes in temperature and pressure during normal operation of pipelines is simultaneously ensured.

Указанный технический результат достигается за счет применения сейсмозащитной системы выполненной в виде тросовой виброударозащитной платформы, состоящей из подвижной площадки с закрепленным на нем трубопроводом, которая вывешена на отрезках троса внутри наружной рамы таким образом, что концы этих тросов, пропущенные через втулки на подвижной площадке и сегменты на наружной раме заведены на длинные концы разноплечных рычагов, расположенных на наружной раме. Короткие концы этих рычагов поджаты пружинами, обеспечивающими необходимый для плавного гашения энергии удара «ход» платформы и возврат ее в исходное положение. При этом осуществляется эффективная защита от сейсмовоздействия любого направления.The specified technical result is achieved through the use of a seismic protection system made in the form of a vibration-shockproof cable platform, consisting of a movable platform with a pipeline fixed to it, which is hung out on cable segments inside the outer frame so that the ends of these cables passed through the bushings on the moving platform and segments on the outer frame are wound on the long ends of the levers of different levers located on the outer frame. The short ends of these levers are preloaded by springs, providing the platform “travel” necessary for smooth damping of impact energy and returning it to its original position. At the same time, effective protection against seismic effects of any direction is provided.

Такое решение с использованием небольших жестких пружин обеспечивает компактность платформы и возможность регулировки с помощью набора таких пружин.Such a solution using small rigid springs provides a compact platform and the ability to adjust using a set of such springs.

Система снабжена регулировочными элементами и может быть использована для защиты трубопроводов как на столбчатых, так и четырехстоечных свайных опорах.The system is equipped with adjusting elements and can be used to protect pipelines both on columnar and four-column pile supports.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для защиты магистральных трубопроводов, прокладываемых в сейсмоопасных районах, от мощных низкочастотных колебаний и ударов высоких энергий, носящих пространственный характер и передаваемых через основание.The utility model relates to the field of mechanical engineering and is intended to protect trunk pipelines laid in seismically hazardous areas from powerful low-frequency vibrations and high-energy impacts that are spatial in nature and transmitted through the base.

Может быть использована при прокладке магистральных трубопроводов, пролегающих через различные препятствия и в местностях со сложным рельефом.It can be used when laying trunk pipelines running through various obstacles and in areas with difficult terrain.

В настоящее время значительные объемы трубопроводного строительства приходятся на сейсмически опасные районы, где высока опасность разрушений и разрыва крупного магистрального трубопровода, что ведет к катастрофическим последствиям, при этом большое число повреждений трубопроводов связано с осевым растяжением (сжатием) и падением надземных частей трубопроводов с опор.Currently, significant volumes of pipeline construction occur in seismically hazardous areas, where there is a high risk of destruction and rupture of a large main pipeline, which leads to catastrophic consequences, while a large number of pipeline damage is associated with axial extension (compression) and falling of the aboveground parts of pipelines from supports.

Большинство опор выполняется в виде столбчатых или свайных конструкций, при этом с целью снижения приведенного центра тяжести трубопроводной системы опоры должны быть минимальной высоты, сводящей к минимуму риск падения трубы вместе с опорой при горизонтальном воздействии сейсмоволны.Most supports are made in the form of columnar or pile structures, and in order to reduce the reduced center of gravity of the pipeline system, the supports should be of a minimum height, minimizing the risk of a pipe falling along with the support during horizontal exposure to the seismic wave.

В то же время опорные элементы, расположенные между трубопроводом и опорой должны обеспечить возможность продольных компенсационных подвижек при изменениях температуры и внутреннего давления в трубопроводах в нормальных условиях эксплуатации. Одновременно должно быть обеспечено эффективное демпфирование при мощных сейсмоударных воздействиях, носящих пространственный характер, когда диссипация должна резко возрасти за счет включения дополнительных связей, обеспечивающих эффективное гашение сейсмической энергии. Кроме того, должно быть обеспечено гашение колебаний участков трубопроводов между опорами, вызываемых низкочастотным или ударным возбуждением при землетрясениях.At the same time, supporting elements located between the pipeline and the support should provide the possibility of longitudinal compensation movements with changes in temperature and internal pressure in the pipelines under normal operating conditions. At the same time, effective damping should be ensured during powerful seismic impacts that are spatial in nature, when the dissipation should increase sharply due to the inclusion of additional bonds providing effective quenching of seismic energy. In addition, damping of fluctuations in the sections of pipelines between supports caused by low-frequency or shock excitation during earthquakes should be provided.

Одним из аналогов предлагаемой модели является конструкция анкерной опоры для надземных трубопроводов, прокладываемых в сейсмических районах. Анкерная опора, расположенная параллельно трубе, состоит из двух демпфирующих элементов в виде плоских рессор, имеющих эллиптический профиль в вертикальной плоскости. Каждая рессора закреплена на фундаменте по сторонам трубы и жестко соединена с седлом, на которое опирается трубопровод, охваченный сверху хомутом.One of the analogues of the proposed model is the design of the anchor support for elevated pipelines laid in seismic areas. An anchor support located parallel to the pipe consists of two damping elements in the form of flat springs having an elliptical profile in the vertical plane. Each spring is fixed to the foundation on the sides of the pipe and is rigidly connected to the saddle, on which the pipeline rests, covered from above by a clamp.

Анкерная опора работает следующим образом. Статическая нагрузка от трубопровода передается на седло и далее через рессору на фундамент, заложенный в грунт. При направлении колебаний в вертикальной плоскости рессоры деформируются в вертикальном направлении. При поперечном направлении колебаний одна из рессор растягивается, а другая сжимается в Anchor support works as follows. The static load from the pipeline is transferred to the saddle and then through the spring to the foundation laid in the ground. When the direction of oscillation in the vertical plane, the springs are deformed in the vertical direction. In the transverse direction of oscillation, one of the springs is stretched, and the other is compressed in

вертикальной плоскости. По мнению авторов, такой режим обеспечит защиту трубопровода от сейсмовоздействий в любой плоскости [1].vertical plane. According to the authors, this mode will protect the pipeline from seismic effects in any plane [1].

К недостаткам этой конструкции следует отнести отсутствие демпфирующих элементов, так как стальные пружины-рессоры обладают низкими демпфирующими характеристиками, что может привести к длительному раскачиванию трубопроводов и возникновению резонансных явлений. Плоские пружины, жестко ориентированные на вертикальные перемещения, не могут обеспечить требуемых подвижек в продольном направлении трубы, а колебания в поперечной плоскости (когда одна пружина растягивается, а другая сжимается) могут привести к нежелательному повороту трубы вокруг оси.The disadvantages of this design include the absence of damping elements, since steel spring springs have low damping characteristics, which can lead to prolonged swaying of pipelines and the appearance of resonance phenomena. Flat springs, rigidly oriented to vertical movements, cannot provide the required movements in the longitudinal direction of the pipe, and vibrations in the transverse plane (when one spring is stretched and the other is compressed) can lead to an undesirable rotation of the pipe about its axis.

Наиболее близким прототипом предложенной полезной модели является конструкция «скользящего» анкера, предназначенная для сейсмозащиты трубопроводов. Эта конструкция воспринимает сжимающие усилия при статических нагрузках и обеспечивает необходимые эксплуатационные перемещения трубопровода [2].The closest prototype of the proposed utility model is the design of a "sliding" anchor designed for seismic protection of pipelines. This design accepts compressive forces under static loads and provides the necessary operational movement of the pipeline [2].

Опорная конструкция скользящего анкера состоит из хомута, седловины опоры, устройства для создания трения несущей опорной части и сотовой конструкции для поглощения энергии. Нагрузка от трубопровода через хомут создает определенное контактное давление, обеспечивающее жесткое закрепление трубы. Для создания требуемого трения имеется устройство, состоящее из подвижной и неподвижной плит, упруго соединенных между собой болтами с использованием тарельчатых пружин. Степень прижатия этих плит может регулироваться, обеспечивая усилие необходимого сопротивления смещению подвижной плиты.The supporting structure of the sliding anchor consists of a clamp, a saddle of a support, a device for creating friction of a bearing supporting part, and a honeycomb structure for absorbing energy. The load from the pipeline through the clamp creates a certain contact pressure, providing a rigid fastening of the pipe. To create the required friction, there is a device consisting of movable and fixed plates, elastically connected to each other by bolts using plate springs. The degree of pressing of these plates can be adjusted, providing the necessary resistance to the displacement of the movable plate.

К недостаткам этой системы следует отнести использование одноразового демпфирующего элемента, выполненного в виде сотовой конструкции, односторонняя ориентация на горизонтальное воздействие, сложность регулировки системы трения и самой конструкции в целом.The disadvantages of this system include the use of a disposable damping element made in the form of a honeycomb structure, one-sided orientation to horizontal impact, the difficulty of adjusting the friction system and the structure as a whole.

Техническим результатом предложенной полезной модели сейсмозащитной опоры для магистральных трубопроводов, прокладываемых в сейсмоопасных районах, является обеспечение требуемых подвижек при колебаниях температуры и давления в трубах в нормальных условиях эксплуатации и создание эффективного гашения энергии сейсмоударного воздействия и колебаний, предаваемых через основание в любой плоскости.The technical result of the proposed utility model of a seismic protection support for trunk pipelines laid in seismically hazardous areas is to provide the required movements during temperature and pressure fluctuations in pipes under normal operating conditions and to create effective damping of the energy of seismic impact and vibrations transmitted through the base in any plane.

Указанный технический эффект достигается за счет того, что предложенная сейсмозащитная система выполнена в виде пассивной нелинейной подвесной системы с применением упругодемпфирующих тросово-торсионных элементов последовательного типа, не имеющих резонансных зон и обладающих мощным демпфированием для гашения энергии ударного импульса за счет значительного «хода» системы, в течение которого происходит плавное гашение энергии сейсмовоздействия до безопасных пределов.The indicated technical effect is achieved due to the fact that the proposed seismic protection system is made in the form of a passive nonlinear suspension system using elastic-damping cable-torsion elements of a sequential type that do not have resonant zones and have powerful damping to absorb the energy of the shock pulse due to the significant "stroke" of the system, during which there is a smooth quenching of the energy of seismic impact to safe limits.

Предложенная сейсмозащитная система для надземных магистральных трубопроводов конструктивно состоит из опорной The proposed seismic protection system for elevated trunk pipelines structurally consists of a support

конструкции, выполненной в виде виброударозащитной платформы, содержащей встроенные торсионно-тросовые элементы последовательного типа (рис.1). При этом подвижная площадка (1) с установленным на ней трубопроводом (2) вывешена с заданным зазором внутри наружной рамы (3) платформы на отрезках тросов (4) таким образом, что концы этих тросов пропущены через втулки на сторонах подвижной площадки, а затем сегменты (5) на наружной раме заведены на длинные концы разноплечных рычагов (6), расположенных на внешней стороне наружной рамы, а короткие концы рычагов поджаты пружинами (7), обеспечивающими вместе с тросами необходимое гашение энергии воздействия и возврат системы в исходное положение.a design made in the form of a vibration-shockproof platform containing built-in torsion-cable elements of a sequential type (Fig. 1). In this case, the movable platform (1) with the pipeline (2) installed on it is hung out with a predetermined clearance inside the outer frame (3) of the platform on the cable segments (4) so that the ends of these cables are passed through the bushings on the sides of the movable platform, and then the segments (5) on the outer frame are wound onto the long ends of the multiple-arm levers (6) located on the outside of the outer frame, and the short ends of the levers are spring-loaded (7), which together with the cables provide the necessary damping of the impact energy and return the system to its original position.

Расстояние между подвижной площадкой, боковыми стенками и днищем выбирается с учетом исключения соударения при максимальном объемном сейсмовоздействии. Выбор рычажного варианта использования упругих элементов обусловлен тем, что витые пружины при малых отношениях Д/d, где Д - диаметр пружины, а d - диаметр прута, обладают значительной жесткостью при небольших габаритах.The distance between the moving platform, the side walls and the bottom is selected taking into account the exclusion of collision at maximum volumetric seismic impact. The choice of the lever option for using elastic elements is due to the fact that coil springs with small D / d ratios, where D is the spring diameter and d is the diameter of the rod, have significant stiffness with small dimensions.

Использование разноплечных рычагов позволяет преобразовать малые деформации небольших жестких пружин в значительный «ход» тросов, обеспечивающих необходимые характеристики компактных сейсмозащитных систем. При этом возможно регулирование жесткости подбором количества пружин и изменяя их натяжение регулировочными элементами.The use of multiple levers allows you to convert small deformations of small rigid springs into a significant "stroke" of cables, providing the necessary characteristics of compact seismic protection systems. In this case, it is possible to control the stiffness by selecting the number of springs and changing their tension with adjusting elements.

Сейсмозащитная система может быть использована для защиты трубопроводов проложенных как на столбчатых, так и на четырехстоечных свайных опорах.A seismic protection system can be used to protect pipelines laid on both columnar and four-column pile supports.

[1] Николаев А.К. и др. Конструкция анкерной опоры для надземных трубопроводов, прокладываемых в сейсмических районах // Горные машины и автоматика. - №12. - 2001. С.27.[1] Nikolaev A.K. and others. The design of the anchor support for elevated pipelines laid in seismic areas // Mining machines and automation. - No. 12. - 2001. P.27.

[2] Гехман А.С. и др. Сейсмостойкость трубопроводов // Проектирование и строительство трубопроводов и газонефтепромысловых сооружений. - Обзор НИИЭСУ. - Нефтегазострой. - Москва. - 1977.[2] Gehman A.S. Seismic resistance of pipelines // Design and construction of pipelines and gas and oil field facilities. - Review of NIIESU. - Neftegazostroy. - Moscow. - 1977.

Claims

A seismic protection system for elevated trunk pipelines, consisting of a support structure made in the form of a vibration-shockproof platform, containing built-in torsion-and-torsion elements of a sequential type, characterized in that the movable platform with the pipeline installed on it is hung out with a predetermined clearance inside the platform’s outer frame on the cable segments such so that the ends of these cables passed through the bushings on the sides of the movable platform, and then through the segments on the outer frame, are brought into long seedlings raznoplechnyh levers located on the outer side of the outer frame, and the short ends of the levers are urged by springs provide necessary together with cables damping impact energy and returns the system to its original position.