Роз’ємна муфта для ремонту підводних трубопроводів

Винахід відноситься до трубопровідного транспортування рідких та газоподібних продуктів і призначений для ремонту підводних трубопроводів з використанням підсилюючих сталево-бетонних роз'ємних муфт. Відомий пристрій для усунення течі трубопроводу, який вміщує шарнірно скріплені між собою півмуфти з боковими стінками із ущільненнями, які утворюють в зібраному вигляді між собою і трубопроводом, з попередньо нанесеною на нього полімерною плівкою, герметичну кільцеву порожнину, яка заповнюється під тиском самополімеризованою сумішшю [див. патент України №21042А, кл. F16L55/18, 1998]. Недоліком даного пристрою є складність його монтажу на підводному трубопроводі через наявність окремих технологічних операцій: нанесення попередньо на трубопровід поліетиленової плівки з липким водостійким шаром і, після скріплення між собою півмуфт, заповнення під тиском кільцевої порожнини самополімеризованою сумішшю. Крім того, із-за відсутності орієнтованого і точного наведення півмуфт на трубопровід, ускладнюється проведення водолазних робіт, особливо на значних глибинах. Як прототип, вибрано роз'ємну муфту для ремонту дефектної ділянки підводного переходу газопроводу, яка складається з верхньої і нижньої півмуфт, споряджених поздовжніми фланцями для скріплення півмуфт болтами та з'єднаних між собою шарнірно з допомогою штанги. Муфта розташовується на плавучій площадці (понтоні) і оснащена вантажопідйомними стропами для її опускання під воду. Після встановлення півмуфт на підводний трубопровід, їх змикання навколо труби з допомогою спеціального приводу і, для зручності здійснення операцій скріплення півмуфт між собою, повороту їх на 90° відносно осі трубопроводу монтуються торцеві ущільнення і кільцева порожнина муфти заповнюється бетонною сумішшю [див. Хабибуллин А.Н. Статистика отказов и новые технологии ремонтов подводных переходов магистральных газопроводов: журн. «Водолазное дело», №2, 2002, с.23-28, Москва, «Подводгазэнергосервис»]. Встановлення торцевих ущільнень під водою в процесі монтажу муфти на трубопроводі поряд з операцією скріплення півмуфт між собою без орієнтованого наведення півмуфт на трубопровід ускладнює проведення ремонтних робіт, збільшує тривалість перебування водолаза під водою. Наявність допоміжних спеціальних приводів для змикання півмуфт ускладнює конструкцію роз'ємної муфти. В основу винаходу поставлена задача створення такої конструкції роз'ємної муфти, в якій нове виконання вузлів і їх взаємозв'язок дозволить спростити її конструкцію і, одночасно, скоротити тривалість проведення ремонтних робіт під водою. Ця задача вирішується тим, що в роз'ємній муфті для ремонту підводних трубопроводів, складеній з шарнірно скріплених між собою з допомогою штанги верхньої і нижньої півмуфт, що вміщують бокові півкільцеві стінки, поздовжні фланці з болтовими з'єднаннями, ущільнення, штанга споряджена на кінцях двома кільцями з можливістю пропуску крізь них направляючих канатів, двома опорами з можливістю контакту з трубопроводом, а також зачепами з можливістю взаємодії зі стропами, розміщеними до моменту опускання муфти під воду на плавучому засобі (понтоні). Кожне з кілець виконане з прорізом з можливістю введення-виведення направляючих канатів, а кожна з опор шарнірно встановлена на штанзі і виконана у вигляді площадки з профілем у нижній своїй частині аналогічним профілю трубопроводу, причому кожен з направляючих канатів одним кінцем закріплений на трубопроводі, а іншим - на понтоні. Ущільнення, наприклад, гумове, встановлене в кожній з півмуфт окремо і виконане по контуру спряження півмуфти з трубопроводом (півкільцеві ущільнення в бокових стінках обох муфт), а також по контуру спряження півмуфт між собою (лінійні ущільнення в поздовжніх фланцях) і встановлене в одній з півмуфт, наприклад, верхній, з утворенням при змиканні півмуфт навколо трубопроводу замкнутої кільцевої порожнини з можливістю заповнення її бетонною сумішшю. Одна з півмуфт, наприклад, верхня, споряджена патрубками для виходу бетонної суміші і зачепами з можливістю взаємодії зі стропами, причому один із зачепів виконаний з можливістю здійснення повороту з допомогою стропів скріпленої муфти відносно осі трубопроводу, а інша, нижня, - патрубком для підведення бетонної суміші, стальним коліном, з'єднаним з патрубком, і зачепом з можливістю взаємодії зі стропами, причому кінці патрубка і коліна оснащені швидкоз'ємними пожежними з'єднаннями з використанням спеціальних гайок Рота або Богданова. Одна з півмуфт, наприклад, верхня, споряджена з двох боків регульованими упорами, причому кожен з упорів виконаний у вигляді циліндричного різьбового стрижня, що вміщує на кінці ролик або виконаний із сферичним кінцем, виготовленим, наприклад, із полімерного матеріалу. Конструкція роз'ємної муфти пояснюється кресленнями: на Фіг.1 показано роз'ємну муфту, загальний вид; на Фіг.2 - вид А Фіг.1, вид збоку; на Фіг.3 - вид Б Фіг.2; на Фіг.4 і на Фіг.5 - вузол І Фіг.3 у двох варіантах; на Фіг.6 показано роз'ємну муфту в розкритому стані перед встановленням її на трубопровід; на Фіг.7 - вид В Фіг.6; на Фіг.8 - роз'ємну муфту в закритому стані, встановлену на трубопроводі; на Фіг.9 - роз'ємну муфту в закритому стані після повороту її на 90° відносно осі трубопроводу ( робоче положення). Роз'ємна муфта складається з нижньої півмуфти 1 і верхньої півмуфти 2, шарнірно з'єднаних з допомогою штанги 3. Штанга 3 споряджена на кінцях кільцями 4 з можливістю пропуску крізь них направляючих канатів 5, закріплених одним кінцем на підводному трубопроводі 6, а іншим - на понтоні 7. Кожне з кілець 4 виконане з прорізом 8 (Фіг.7) з можливістю введення-виведення канатів 5. На штанзі 3 на кінцях також встановлені шарнірно опори 9, виконані у вигляді площадок з профілем в нижній своїй частині аналогічним профілю трубопроводу 6, і зачепи 10. Нижня півмуфта 1 (Фіг.3) вміщує в торцях дві бокові півкільцеві стінки 11 з півкільцевими, наприклад, гумовими, ущільненнями 12 круглого поперечного перерізу, і дві поздовжні фланцеві планки 13. Півмуфта 1 також вміщує ребро жорсткості 14 півкільцевої форми, в якому встановлено зачеп 15. В нижній частині півмуфта 1 споряджена патрубком 16 для підводу бетонної суміші. Верхня півмуфта 2 вміщує в торцях дві бокові півкільцеві стінки 17 з півкільцевими, наприклад, гумовими, ущільненнями 18 круглого поперечного перерізу, і дві поздовжні фланцеві планки 19 із встановленими в них лінійними, наприклад, гумовими ущільненнями 20 круглого поперечного перерізу. Ущільнення 18 і 20 утворюють, таким чином, просторову замкнуту конфігурацію. Півмуфта 2 вміщує також ребро жорсткості 21 півкільцевої форми, в якому встановлено зачепи 22 і 23. У верхній частині півмуфта 2 споряджена патрубками 24 для виходу надлишку бетонної суміші, які закриваються заглушками 25 (Фіг.3). Крім того, півмуфта 2 споряджена з двох боків регульованими упорами 26, кожен з яких виконаний у вигляді циліндричного різьбового стрижня 27 із сферичним кінцем 28 (Фіг.4), виготовленим, наприклад, з полімерного матеріалу, або спорядженого на кінці роликом 29 (Фіг.5). Стрижень 27 встановлюється на кронштейні 30. У зібраному стані півмуфти 1 і 2 скріплені болтовими з'єднаннями 31. До нижнього патрубка 16 півмуфти 1 (Фіг.2) змонтовано стальне коліно 32 і підвідний рукав 33 для подачі бетонної суміші. Кінці патрубка 16, коліна 32 і рукава 33 оснащені, наприклад, швидкоз'ємними пожежними з'єднаннями 34 (спеціальні гайки Рота або Богданова). Працює роз'ємна муфта у такий спосіб. З допомогою вантажопідйомних чотиривіткових стропів 35 ( Фіг.6), розміщених на понтоні 7, муфта підвішується з використанням двох зачепів 10 та зачепів 15 і 22 до гака, наприклад, лебідки ( на Фіг.6 не показана). Величина розкриття півмуфт 1 і 2 більша від діаметра трубопроводу 6 на величину, достатню для вільного проходження і встановлення муфти на трубопровід, що досягається відповідним підбором довжини віток стропів 35. При цьому попередньо закріплені на підводному трубопроводі 6 і понтоні 7 направляючі канати 5 (симетричні відносно, наприклад, дефектної ділянки Д трубопроводу, Фіг.1 і Фіг.3) через проріз 8 вводяться всередину кілець 4 з обох боків штанги 3. Таким чином, муфта в розкритому стані до моменту опускання під воду попередньо орієнтується симетрично відносно дефекту трубопроводу. З допомогою лебідки муфта, зорієнтована направляючими канатами 5, опускається під воду на дефектну ділянку трубопроводу. При цьому муфта в розкритому стані орієнтується по діаметральній площині трубопроводу і при наближенні до нього встановлюється на дві симетричні відносно середини штанги 3 шарнірні опори 9 (Фіг.6). При подальшому опусканні гака лебідки півмуфти 1 і 2 під власною вагою (при нерухомих опорах 9, опертих на трубопровід) змикаються, при цьому фланцеві планки півмуфт 13 і 19 розміщаються попарно внизу і вверху у вертикальній діаметральній площині трубопроводу (Фіг.8). В крайні отвори нижніх фланцевих планок 13,19, які через наявність в торцях півмуфт гумових ущільнень змикаються не повністю, вводять два монтажних болти 36, накрутивши на них гайки з максимально можливою затяжкою при ручному способі. Кінці стропів 35 вивільнюються водолазом від зачепів 10 (два зачепи), 15 і 22, при цьому один кінець стропів з'єднується із зачепом 23, а стрижні 27 упорів 26 вкручуються до контакту з поверхнею трубопроводу 6 сферичного кінця 28 або ролика 29. Кільця 4 вивільнюються із зачеплення з канатами 5. Здійснюється підйом гака лебідки і, відповідно, вантажопідйомних стропів 35 так, що одна вітка чотиривіткової системи натягується і повертає попередньо скріплену муфту відносно осі трубопроводу 6 на кут близький до 90, при цьому фланцеві планки 13,19 (попарно) приводяться в горизонтальну діаметральну площину трубопроводу (Фіг.9). Упори 26 переміщуються у вертикальну діаметральну площину трубопроводу. Встановлюються кріпильні болти і проводиться остаточна затяжка болтових з'єднань 31 ( при поступовому відкручуванні стрижнів 27 упорів 26 ) до отримання нульового зазору між фланцевими планками 13, 19. При цьому півкільцеві ущільнення 12 (з обох боків півмуфти 1) змикаються з півкільцевими ущільненнями 18 (з обох боків півмуфти 2, Фіг.3), утворюючи два кільцевих ущільнення з обох торців муфти. Лінійні ущільнення 20 у фланцевих планках 19 з обох боків півмуфти 2 притискаються до фланцевих планок 13 з обох боків півмуфти 1 і змикаються при цьому з кільцевими ущільненнями на торцях муфти. Таким чином, утворюється просторова замкнута герметична кільцева порожнина між зовнішньою поверхнею трубопроводу 6 і внутрішньою поверхнею муфти для можливого її заповнення бетонною сумішшю. Стальне коліно 32 з допомогою швидкоз'ємного з'єднання 34 монтується до патрубка 16 нижньої півмуфти 1. Підвідний рукав 33 для подачі бетонної суміші одним кінцем з використанням швидкоз'ємного з'єднання 34 приєднується до вхідного отвору коліна 32, а іншим - до вихідного патрубка пристрою подачі бетонної суміші (не показано). Здійснюється заповнення міжтрубного простору муфти через нижній патрубок 16 півмуфти 1. При знятих заглушках 25 патрубків 24 бетонна суміш, витісняючи воду з порожнини муфти, поступово заповнює кільцевий міжтрубний простір, досягаючи рівня патрубків 24. Після виходу надлишку суміші через патрубки 24 і остаточного заповнення порожнини муфти вкручуються заглушки 25. Опісля затвердіння бетонної суміші коліно 32 з рукавом 33 від'єднуються від муфти. Таким чином, наявність направляючих канатів, кілець і зачепів, встановлених на штанзі, що шарнірно з'єднує дві півмуфти, як і зачепів на півмуфтах, дозволяє точно і орієнтовано навести і встановити роз'ємну муфту в розкритому стані на місце ремонту підводного трубопроводу, особливо на значних глибинах і при значних швидкостях течії води, що скорочує тривалість проведення підводних ремонтних робіт. До цього ж ефекту призводить і наявність попередньо встановлених ущільнень в кожній півмуфті окремо, виконаних по контору спряження їх з трубопроводом і між собою, що дозволяє при змиканні півмуфт утворювати замкнуту кільцеву порожнину для заповнення її бетонною сумішшю без додаткового монтажу ущільнень під водою. Крім того, оснащення кінців патрубка і стального коліна в нижній півмуфті швидкоз'ємними пожежними з'єднаннями з використанням гайок Рота або Богданова теж призводить до скорочення тривалості ремонту. Наявність шарнірних опор, встановлених на кінцях штанги і виконаних у вигляді площадок з профілем аналогічним профілю трубопроводу дозволяє здійснювати при контакті опор з трубопроводом змикання півмуфт під власною вагою без додаткових пристроїв, що спрощує конструкцію муфти. До спрощення муфти призводить і наявність регульованих упорів, що вміщують на кінці ролик або виконані із сферичним кінцем: це дозволяє розвантажити кільцеві ущільнення півмуфт і тим самим полегшити процес повороту попередньо скріпленої муфти на 90° відносно осі трубопроводу для зручності остаточного скріплення півмуфт між собою без додаткових пристроїв. Наявність прорізів в кільцях, встановлених на штанзі муфти, дозволяє швидко і просто як приєднати муфту до направляючих канатів, так і від'єднати муфту від направляючих канатів при її повороті відносно осі трубопроводу. Наявність патрубків у верхній півмуфті дозволяє витіснити з допомогою суміші воду з порожнини муфти і провести спостереження за заповненням порожнини сумішшю без додаткових контрольних пристроїв. Крім того, в результаті запропонованого технічного рішення досягається додатковий технічний ефект, а саме: при наявності патрубка і стального коліна в нижній півмуфті процес заповнення сумішшю порожнини муфти може здійснюватись знизу, внаслідок чого поліпшується якість заповнення порожнини і збільшується щільність утворюваного шару бетону. В кінцевому результаті це призводить до поліпшення характеристик підсилюючої дії бетонного шару і, отже, ефективності застосування сталево-бетонної роз'ємної муфти в цілому.