ГЛУБИННЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ
DEEP ANODE EARTH ELECTRODE

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и может быть использовано при сооружении глубинных и поверхностных анодных заземлений.
Известна система защиты от коррозии (Патент ИЗ RU №2126061, опубл. 10.02.1999, МПК C23F 13/08), содержащая удлиненный элемент, включающий в себя электропроводящую удлиненную сердцевину и окружающую ее гибкую оболочку, содержащую в пространстве между собой и сердцевиной богатый углеродом материал в виде частиц, предпочтительно кокс, снабжена натяжными обертками, натянутыми вокруг гибкой оболочки для повышения уплотнения частиц богатого углеродом материала относительно уплотнения в отсутствие этих оберток.
Недостатком данного технического решения является низкая устойчивость к изгибающим нагрузкам и, как следствие, неравномерное распределение тока по поверхности электрода.
Известно глубинное заземление (Патент ПМ RU №44422, опубл. 10.03.2005, МПК H01R 4/66; C23F 13/00), содержащее гирлянду из соединенных друг с другом блоков заземлителей, каждый из которых включает рабочий электрод, размещенный в полом корпусе, заполненном активатором, и кабель присоединения, а также установленную на корпусе газоотводящую трубку с возможностью вывода ее вместе с кабелем на поверхность и средства для соединения блоков заземлителей в гирлянду, а в качестве активатора использована коксо-минеральная засыпка, содержащая смесь коксовой мелочи различных фракций и безгалогенидный минеральный активатор.
Недостатком технического решения является высыпание и размывание активатора после растворения полого корпуса, что приводит к неравномерной проработке поверхности электрода.
Наиболее близким к заявляемому является глубинный анодный заземлитель (Патент ПМ RU №131726, опубл. 06.03.2013, МПК C23F 13/00), содержащий литой электрод в цилиндрическом корпусе с несущей рамой, заполненном активатором, и провод токоввода, соединяющий электрод со станцией катодной защиты посредством контактного узла, при этом несущая рама установлена в полости цилиндрического корпуса, в качестве активатора использована коксосинтетическая засыпка, содержащая смеси коксовой мелочи различных фракций и безгалогенидный синтетический активатор, а электрод соединен металлической пластиной с несущей рамой, выполненной с возможностью использования ее в качестве дополнительного электрода для увеличения площади рабочей поверхности, контактирующей с грунтом.
Недостатком прототипа является неравномерное распределение активатора в полом корпусе, возникающее в момент сквозного растворения его стенок, что приводит к снижению площади соприкосновения активатора с грунтом, повышению локальной плотности тока и переходу растворения электрода к язвенному, что приводит к снижению срока службы заземлителя и повышению переходного сопротивления заземлитель-грунт. В данном техническом решении не предусматриваются меры по ускорению растворения цилиндрического корпуса, в связи с чем в условиях неполного контакта этого корпуса со стенками скважины активатор может долгое время находиться в неработающем состоянии.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение срока службы заземлителя, снижение переходного сопротивления заземлитель-грунт, а также повышение надежности, срока службы активатора и сокращение периода его неактивного состояния.
Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного распределения тока по поверхности электрода и объему активатора вследствие обеспечения максимальной площади контакта активатора с грунтом в различных условиях эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что глубинный анодный заземлитель, содержащий цилиндрический корпус, заполненный активатором, с запорно-фиксирующими крышками, в полости цилиндрического корпуса установлена несущая рама, содержащая стержни, соединенные П-образными пластинами, и литой электрод с проводом токоввода дополнительно содержит эластичную оболочку, закрепленную на боковых поверхностях запорно-фиксирующих крышек, и металлические шайбы, секционирующие активатор, причем шайбы установлены перпендикулярно оси заземлителя на расстоянии 200-250 мм друг от друга и имеют: внешний диаметр на 6-10 мм меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса; внутренний диаметр на 6-10 мм больше диаметра электрода; соосные стержням рамы отверстия диаметром на 4-6 мм больше диаметра стержней, при этом цилиндрический корпус выполнен витым и соединен с несущей рамой металлическими пластинами.
Частным случаем выполнения глубинного анодного заземлителя является: выполнение эластичной оболочки из материала с относительным удлинением не менее 10% при нагрузке, равной 25% фактической разрывной нагрузке, и размером ячеек 3-5 мм, например, сетка из полимерного волокна; металлические шайбы, выполнены из малорастворимого сплава, например ферросилидового сплава.
Эластичная оболочка предотвращает высыпание и вымывание активатора после растворения цилиндрического корпуса, а также способствует равномерному прижиму активатора к стенкам скважины за счет давления металлических шайб. Для более равномерного растворения цилиндрического корпуса он электрически соединен с несущей рамой с помощью металлических пластин, прикрепленных к внешней поверхности цилиндрического корпуса. При исполнении цилиндрического корпуса витым, в результате растворения в первую очередь выступов разрушение корпуса будет проходить более равномерно, что усилит эффект выравнивания плотности тока по объему заземлителя. Металлические шайбы секционируют активатор, что обеспечивает равномерное распределение давления по объему активатора и способствуют равномерному распределению тока по его объему за счет высокой проводимости металла шайб. Шайбы способствуют, кроме того, дополнительной токовой разгрузке электрода, что приводит к формированию на его поверхности в этот период оксидной пленки с высокими защитными свойствами и снижению скорости растворения материала электрода. Шайбы выполнены с таким расчетом, чтобы обеспечить их перемещение в вертикальном направлении по направляющим, которыми являются электрод и стержни рамы. По результатам макетирования было установлено, что диапазон значений внешнего диаметра шайб на 6-10 мм меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса, предотвращает разрыв эластичной оболочки при монтаже заземлителя. Диапазон значений внутреннего диаметра шайб на 6-10 мм больше диаметра электрода, предотвращает заклинивание шайб из-за попадания частиц активатора между поверхностью электрода и шайбой. Диаметр соосных стержням рамы отверстий, на 4-6 мм больше диаметра стержней, предотвращает перекос, обусловленный неравномерным распределением активатора. Расстояние между шайбами 200-250 мм обеспечивает равномерное распределение давления внутри секции, ограничиваемой шайбами, поскольку при этом диаметр секции сравним с ее длиной.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана конструкция заземлителя в продольном сечении.
На фиг. 2 показана конструкция заземлителя в поперечном сечении.
Глубинный анодный заземлитель содержит цилиндрический корпус 1, выполненный витым, заполненный активатором 2, с верхней запорно-фиксирующей крышкой 3, нижней запорно-фиксирующей крышкой 4 и несущей рамой, состоящей из стержней 5, соединенных П-образными пластинами 6, рама установлена в полости цилиндрического корпуса 1. Внутри цилиндрического корпуса по его оси 7 установлен литой электрод 8 с проводом токоввода 9. Глубинный анодный заземлитель содержит дополнительно эластичную оболочку 10, закрепленную на боковых поверхностях запорно-фиксирующих крышек 3 и 4. Материалом эластичной оболочки 10 может служить материал с относительным удлинением не менее 10% при нагрузке, равной 25% фактической разрывной нагрузке, например, сетка из полимерного волокна с размером ячеек 3-5 мм.
Металлические шайбы 11, выполненные из малорастворимого сплава, например, ферросилидового сплава, секционируют активатор 2, причем шайбы 11 установлены перпендикулярно оси 7 заземлителя на расстоянии 200-250 мм друг от друга, имеют: внешний диаметр на 6-10 мм меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса, внутренний диаметр на 6-10 мм больше диаметра электрода, соосные стержням рамы отверстия 12 диаметром на 4-6 мм больше диаметра стержней, при этом цилиндрический корпус соединен с несущей рамой металлическими пластинами 13.
Глубинный анодный заземлитель работает следующим образом. Электрод 8 подключается к положительному полюсу станции катодной защиты с помощью провода токоввода 9, что обеспечивает протекание анодного тока через заземлитель. Анодный ток протекает вначале через электрод 8, П-образные пластины 6, металлические пластины 13 и цилиндрический корпус 1. Этот ток вызывает растворение цилиндрического корпуса 1, который выполнен витым. Такое исполнение цилиндрического корпуса способствует быстрому растворению выступов, что приводит к более равномерному и быстрому растворению и разрушению самого корпуса. Под действием давления металлических шайб 11 и их перемещения активатор 2 начинает оказывать давление на эластичную оболочку 10, которая под действием этого давления прижимается к стенкам скважины, что обеспечивает надежный контакт активатора с грунтом через эластичную оболочку 10. Возможность равномерного прижима обеспечивается относительным удлинением оболочки не менее 10%. С этого момента ток протекает через электрод 8, активатор 2, металлические шайбы 11 и стекает в грунт. В процессе работы заземлителя металлические шайбы 11 выполняют роль дополнительного токоподвода к активатору, использование шайб из малорастворимого материала, ферросилидового сплава, увеличивает срок службы активатора.
Таким образом, предлагаемая конструкция глубинного анодного заземлителя обеспечивает равномерное и надежное соединение активатора с грунтом, что позволяет снизить переходное сопротивление заземлитель-грунт и увеличить срок службы активатора в различных условиях эксплуатации.
На основании проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанная конструкция глубинного анодного заземлителя соответствует требованиям новизны и изобретательскому уровню. Проведенные опытно-промышленные полевые испытания показали, что разработанная конструкция промышленно применима, может быть использована в системах электрохимической защиты от коррозии и может быть защищена патентом Российской Федерации.