Разработка многотрубных конструкций большего диаметра для бестраншейного оборудования при проколах на большие расстояния

Журнал Полимерные трубы - Применение полимеров

Разработка многотрубных конструкций большего диаметра для бестраншейного оборудования при проколах на большие расстояния

 

 
В рамках совместного научного проекта университетов Бирмингема и Ньюкасла проведены научные исследования по  изучению технических возможностей подземной прокладки высоковольтного кабеля. Разработан уникальный метод прокладки высоковольтных кабелей с использованием бестраншейных технологий и монтажа многотрубной плети трубопровода. Данный метод особенно успешно применяется в проектах по строительству дорог и гражданских сооружений, например, строительству туннелей на большие  расстояния под водой,  портовыми или прибрежными сооружениями, в сложной ландшафтной местности, в горах. Данная технология предназначена  для подачи и подключения электроэнергии от новых источников энергии таких, как ветровые генераторы, приливные электростанции, гидроэлектрические системы малой мощности и солнечные батареи к главным электросетям без использования высоковольтных опор. 

На XI Мюнхенской конференции по пластиковым трубам фирма "Plasticpipes" представила на рассмотрение интересный, новаторский научный доклад "Высоковольтные кабельные сети" [1]. Данная научная разработка позволила трубной полимерной промышленности рассмотреть проектные решения по подземной передаче электроэнергии вместо надземных опорных линий электропередач. Безусловно, это расширило сферу деятельности производителей труб, удовлетворявших спрос на трубопроводы для кабельных низковольтных сетей. К сожалению, следует отметить, недоработки проведенных исследований, которые смогли бы с экономической точки зрения конкурировать с преобладающей на данный момент системой надземной передачи электроэнергии высокого напряжения. Это говорит о том, что данный рынок изучен далеко не полностью. Данное исследование направлено преимущественно на использование бестраншейной технологии для передачи электроэнергии от ветровых генераторов и приливных электростанций. Такие источники электроэнергии практически всегда расположены в экологически уязвимых зонах, где необходимость в дополнительных надземных линиях электропередач может стать основной причиной неприятия генерирующей станции. Экономически эффективная прокладка подземных сетей передачи электроэнергии является основным фактором для осуществления энергетичеcких проектов в экологически чистых местах. Ключевой момент сокращения затрат на строительство подземных сетей – использование бестраншейных технологий ("No-dig"), при помощи которых можно избежать значительных затрат на оборудование  туннелей и укладку в них кабелей. В данном исследовании мы выполнили  разработку многотрубных конструкций «Bundles» из РЕ труб,  составляющие готовый кабельный трубопровод, который необходимо проложить на большое расстояние при помощи технологии наклонно-направленного бурения. Для оптимизации исследований в данной области компания "Сharador Environmental" провела работы по изучению парка строительного оборудования, а конструирование и строительство трубопроводов были проведены компаниями "Advansed Specialist Mouldings " и "Пластикпайпз".


Рис. 1. Модель кабельного трубопровода диаметром 1,5 м

 

Оригинальное изобретение, предложенное П. Биркумшоу и Т. Стаффордом [2], представляет собой однотуннельный трубопровод, состоящий из 12 кабелей и водопроводной трубы большого диаметра, выполняющей функции охладителя, поглощающего тепло при потерях электроэнергии во время ее передачи (рис. 1). Конструкция представляет собой довольно простою сборку из коротких труб различного диаметра, вставленных в опорную плиту вокруг центральной рабочей трубы, которая достаточно прочна, устойчива и способна свободно удерживать вес изолированных или бронированных электрокабелей в каждой трубе.

При решении практических задач, компания «Сharador Environmental» исследовала много-кабельную конструкцию, находящуюся в одном туннеле диаметром 1,5 м  длиной  7 км, способную  вместить, по крайней мере, шесть независимых кабельных трубопроводов. Учитывая размеры электрокабелей и ток охлаждающей жидкости, были применены  трубы диаметром 160 мм. Для двух-, трех- и более кабельных трубопроводов потребуется шесть труб, а также вспомогательные трубы для прокладки резервных кабелей. Для рабочих температур теплоносителя до 60 °С рекомендованы полиэтиленовые  трубы общего назначения, до 90 °С – трубы из сшитого полиэтилена PEХ. Изначально основная конструкция предусматривала использование нескольких труб в бухтах, которые должны соединяться и непрерывно вводиться в микро-туннель. Однако данный метод оказался недостаточно практичным, так как необходимо было учитывать совмещение  места стыковки, овальность вводимых труб и комплексные требования по  координированию непрерывного введения трубной конструкции в микро-туннель. В качестве альтернативы было представлено конструкторское решение в виде трубной конструкции, использующей прямые отрезки трубы. Однако в данном случае необходимо было выполнить несколько промежуточных сварных швов, что неизбежно повысило бы риск возникновения повреждения стыков, а это в принципе недопустимо.

В результате все силы были направлены на разработку конструкций, состоящих из нескольких труб, а также обеспечение  организации высококачественного контроля за системой сварки. При этом сначала определялись необходимые требования, а затем конкретные проблемы решались в индивидуальном порядке.

В результате целесообразным было принято создание в заводских условиях готовых трубных элементов, которые потом можно транспортировать на объект и соединять при помощи сварки, выполняемой на передвижной платформе, движущейся со скоростью ввода труб. Данный метод значительно упрощает проведение операции и  сокращает зону обслуживания на входе в микро-туннель. Необходимым условием при этом является высокое качество стыковой сварки всех труб. Именно эта задача была определена, как основная в процессе использования системы PE труб.

 

Наибольшей сложностью при этом было добиться высокой точности совмещения концов отрезков всех труб многотрубной системы. Метод, который был использован, заключался в том, что при помощи стыковой сварки прямо на монтажной площадке были точно соединены концы двух отрезков, состоящих из нескольких труб. Был сделан вывод, что более точная операция по совмещению концов нескольких отдельных труб, входящих в сборку, наилучшим образом может быть выполнена в заводских условиях, где гарантирован наиболее четкий контроль.

При достаточно ограниченном финансировании разработки был найден способ провести экспериментальные работы, которые позволяют сделать заключение о возможности переноса результатов на крупномасштабный проект.  Работу было решено ограничить использованием труб только двух размеров:  внешняя труба и  несколько внутренних вспомогательных труб  (одного размера). Упрощенная конструкция из семи труб, среди которых одна является центральной, вокруг которой равномерно располагаются остальные шесть, представляет собой удобную основу для практического изучения. Диаметр внешней HDPE трубы составлял 400 мм, а внутренних HDPE труб – 110 мм. Изначальной задачей было разработать способ сборки труб в неподвижную жесткую конструкцию, не используя при этом подверженные коррозии или дорогие металлические элементы. Нашими инженерами было найдено решение, которое позволяет эффективно использовать технологию ручного задавливания ("push-fit"). Жесткая конструкция была собрана при помощи опорных стопорных колец, расположенных на расстоянии 1 м друг от друга. Данные стопорные кольца (рис. 2) изготавливаются из HDPE листа толщиной 25 мм в заводских условиях. Центральная труба должна быть плотно посажена при помощи напрессовки «нагорячую» (охладить трубу или нагреть кольцо). Радиальные трубы вставляются в зажимы стопорного кольца вручную, используя гибкость первых пяти из них (рис. 3). Этой гибкости не достаточно для равномерного введения всех шести труб, для чего был добавлен разрез, увеличивающий подвижность в двух смежных трубах. Для жесткости всей конструкции после сборки разрез закрывается при помощи клиновидной детали (рис. 4). После этого вся конструкция становится жесткой и неподвижной, что позволяет провести стыковую сварку, избегая подвижек  труб под давлением в стыке.

Дальше рассмотрим вопрос о конструкции и соединении литых приварных концевых деталей. Исследования показали, что концевые детали должны быть качественно отлиты и иметь знаки совмещения, что позволяет точно соединить все наружные стыки. Для этого была создана "имитационная модель литой формы" с использованием только  труб и литого фланцевого отрезка такого же размера, как и у внешней трубы (рис. 5 - 7). После изготовления концевых деталей необходимо было выявить, какие проблемы могут возникнуть в процессе стыковки и одновременной сварки семи внутренних  и одной внешней трубы (рис. 8, 9). Была выявлена необходимость тщательной корректировки стыкового  сварочного аппарата с ручным управлением. В связи с этим рассматривалась возможность создания специального инструмента по обработке концов всех труб для их торцевания,  учитывая, что применяемый в ручном сварочном аппарате инструмент не будет обрабатывать торцы внутренних труб, а будет контактировать исключительно с торцом внешней жесткой трубы. Однако исследования показали, что необходимости в этом нет. Благодаря упругости стопорных колец внутренние трубы были достаточно плотно закреплены и не отклонялись под усилием сжатия при торцевании. Так как концы всех труб были выставлены точно, проблем из-за неравномерности давления при плавлении не возникло, а межтрубное расстояние не препятствовало созданию качественного сварного шва. Внутренний грат шва был снят и использовался для экспресс-теста качества сварного шва. Следует отметить стабильно  высокое качество,  как при сварке отдельных элементов, так  и при  соединении целого комплекса стыков (рис. 10). Результаты проведенных исследований были запатентованы [3].

Проведенные исследования наглядно подтверждают эффективность технической реализации сборки жестких неподвижных многотрубных конструкций, которые могут непрерывно вводиться в микро-туннель, используя простую технологию сварки на монтажной площадке.

Исследованный метод применим к трубам различных диаметров. В данной статье авторами было рассмотрено только применение этого метода при строительстве подземного кабельного трубопровода высокого напряжения, рассчитанного на большие дистанции, однако предполагается, что данная технология может быть успешно использована и в других многотрубных коммуникациях, прокладываемых методами бестраншейных технологий.

Применение жестких многотрубных конструкций может открыть новые рыночные возможности перед индустрией производства пластиковых труб. Так, например, существующее на данный момент предложение по строительству надземной линии по передаче электроэнергии длиной 145 км в Шотландии признано неэкологичным.  Решение, описанное в данной статье,  позволило бы реализовать этот проект с меньшими затратами и без нарушений экологических норм. Учитывая то, что в последнее время по всему миру возникают сотни, а может и тысячи подобных проектов, можно прийти к выводу, что это приведет к повышению спроса на полиэтиленовые трубы.


Авторы: Питер Биркумшоу, Стив Орхард ("Сharador Environmental"),
             Тони Кенворзи (“Advansed Specialist Mouldings”),
             Тревор Стаффорд ("Plasticpipes")

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стаффорд Т., Бикрумшоу П. "Больше никаких столбов! - Задачи и возможности кабельных трубопроводов высокого напряжения». – XI Конференция по пластиковым трубам", Мюнхен, сентябрь, 2001.

2. Номер патента GB2374209A Подземный кабельный трубопровод высокого напряжения и т.д.

3. Номер патента GB2418969A Патрубок в сборе

 

 


 

Єдина Країна! Единая Страна!