Устройство ввода кабеля под теплоизоляцию
CABLE ENTRY DEVICE FOR THERMAL INSULATION

Область применения
Заявленное изобретение относится к кабельной арматуре, в частности, к устройствам ввода кабеля под теплоизоляцию в ударопрочном пожаро-взрывозащищенном исполнении. Изобретение может найти применение в промышленных системах обогрева.
Уровень техники
При отрицательных температурах жидкость в трубопроводах становится вязкой или полностью застывает, особенно на тех участках, где поток какое-то время находится в статическом состоянии. Это может приводить к повышению мощности необходимой для перекачки жидкости, а также к механическим повреждениям трубопроводов, авариям, перебоям с подачей воды и других жидкостей. Одной теплоизоляции может быть недостаточно для предотвращения замерзания трубопровода. Поэтому обогрев трубопроводов электрическими нагревательными кабелями широко применяется во многих отраслях промышленности.
Устройство ввода кабеля (УВК) под теплоизоляцию является компонентом систем промышленного электрообогрева и предназначено для монтажа соединительных коробок на обогреваемом объекте и последующего ввода электрических нагревательных кабелей под теплоизоляцию.
Из уровня техники известно устройство ввода нагревательных кабелей под теплоизоляцию на трубопроводе [US 4312121 A, опубл. 26.01.1982], состоящее из монтажного кронштейна и опорной пластины соединенных винтами. Монтажный кронштейн предназначен для размещения на поверхности трубы и имеет два выступающих фланца, каждый из которых выступает в осевом направлении вдоль продольной оси трубы. Фланцы фиксируются хомутами к трубе. В опорной пластине выполнены отверстия для кабелей с уплотнителями, а по краям отверстия для крепления соединительной коробки.
Недостатком известного устройства является сложная конструкция имеющая составной корпус, снижающая его герметичность. Кроме того, проводимый в устройстве нагревательный кабель изгибающийся на 90° может быть поврежден, так как в устройстве не учитывается минимальный изгиб нагревательного кабеля, то есть при сгибании кабеля на радиус меньший допустимого минимального радиуса его изгиба, кабель может повредиться.
Также известно устройство ввода кабеля [US 4791277 A, опубл. 13.12.1988], имеющее цельный перевернутый T - образный корпус в нижней горизонтальной части с ответвленьями для ввода кабеля под теплоизоляцию, а в верхней вертикальной части с наружной резьбой для фиксации соединительной коробки гайкой. Принято за прототип.
Недостатком известного устройства является недостаточная герметичность конструкции, так как отсутствуют уплотнения нагревательного кабеля, а также небезопасный изгиб нагревательного кабеля внутри устройства, не исключающий его повреждения.
Раскрытие изобретения
Заявленное изобретение направлено на создание эффективного устройства ввода кабеля, обеспечивающего надежный и герметичный ввод электрических нагревательных лент или кабелей под теплоизоляцию.
Технический результат, достигаемый при создании заявленного изобретения, заключается в повышении эффективности использования устройства ввода кабеля под теплоизоляцию трубы, исключающего повреждение кабеля, а также повышении герметичности и надежности устройства, что обеспечивает повышение надежности и эффективности системы обогрева трубопроводов.
Заявленный технический результат достигается за счет использования следующей совокупности существенных признаков, а именно: устройство ввода кабеля, представляющее собой цельный перевернутый T - образный полый корпус в нижней горизонтальной части с ответвленьями для ввода кабеля под теплоизоляцию трубы, а верхняя вертикальная часть представляет собой штуцер с наружной резьбой для фиксации соединительной коробки гайкой, согласно изобретению, внутри верхней части корпуса выполнено посадочное место, имеющее форму усеченного конуса, для уплотнения кабеля, зафиксированного снизу пластиной, прикрученной к корпусу, при этом внутренний переход между верхней и нижней частью корпуса выполнен с радиусом R скругления, где 3d≤R≤10d, d - диаметр круглого кабеля или 2b≤R≤10b, b - толщина плоского кабеля.
В частных случаях исполнения, заявленное устройство может быть выполнено из электропроводящего полимера, в частности, прессованного реактопластичного материала, армированного стекловолокном. Устройство может быть выполнено из металла, в частности, чугуна, или стали, или алюминиевого сплава. Уплотнение может быть выполнено в форме усеченного конуса. Уплотнение может быть выполнено из упругого материала, в частности, смеси резины силиконовой. Все углы устройства могут быть сглажены. Корпус может быть снабжен защитным кожухом для теплоизоляции. В ответвлениях для ввода кабеля под теплоизоляцию могут быть выполнены центрирующие выступы для кабеля.
Графические материалы, поясняющие сущность изобретения
Представлены графические материалы, поясняющие сущность заявленного технического решения, где на:
Фиг. 1 - общий вид устройства ввода кабеля под теплоизоляцию;
Фиг. 2 - продольный разрез устройства ввода кабеля под теплоизоляцию;
Фиг. 3a - поперечный разрез круглого кабеля;
Фиг. 3б - поперечный разрез плоского кабеля.
Все обозначения на фигурах идентичны.
Осуществление технического решения
Устройство ввода кабеля под теплоизоляцию предназначено для монтажа соединительных коробок на обогреваемом объекте и последующего ввода электрических нагревательных лент и кабелей под теплоизоляцию.
УВК должно обеспечить механическую защиту, а также герметичный, эффективный и безопасный подвод нагревательных кабелей к соединительной коробке, в которой они подключаются к жилам силового кабеля источника питания.
Устройство 1 ввода кабеля имеет цельный перевернутый Т - образный полый корпус, с горизонтальной нижней частью и вертикальной верхней. Нижняя часть корпуса с ответвлениями для ввода кабеля 2 под теплоизоляцию (не показана на фиг.) предназначена для размещения на поверхности трубы 3. Верхняя часть корпуса представляет собой штуцер с наружной резьбой для фиксации соединительной коробки гайкой. Внутри верхней части корпуса выполнено посадочное место, имеющее форму усеченного конуса, для уплотнения 5 с отверстиями. Фиксация уплотнения 5 кабеля осуществляется снизу пластиной 6, прикрученной винтами 7 к корпусу. Посадочное место 4 в форме усеченного конуса, обеспечивает центрирование и точную посадку уплотнения 5 кабеля.
Выполнение перевернутого T - образного корпуса цельным с верхней частью выполненной в виде штуцера, а также расположение и фиксация уплотнения 5 внутри корпуса повышают герметичность устройства, что в свою очередь повышает надежность и эффективность использования устройства ввода кабеля.
Уплотнение 5 имеет форму усеченного конуса и может быть изготовлено из смеси резины силиконовой, сохраняющей свои свойства в широком диапазоне температур (от -55° до 300°С). Отверстия в нем могут выполняться разные в зависимости от используемого нагревательного кабеля. Свободные отверстия закрываются заглушками.
Сверху на краях наружной части каждого ответвления нижней части корпуса выполнены выступы, исключающие соскакивание хомутов, фиксирующих устройство 1 на трубе 3, тем самым повышается надежность и удобство фиксации устройства.
В корпусе устройства 1 нагревательный кабель 2 изгибается на 90° переходя из вертикальной плоскости в горизонтальную, при этом он может быть поврежден, если радиус изгиба в УВК меньше допустимого для протягиваемого кабеля. Внутренний переход между верхней и нижней частью корпуса устройства 1 выполнен с радиусом R скругления, зависящим от используемого нагревательного кабеля и обеспечивающим безопасный изгиб кабеля, исключая его повреждение. Именно по внутреннему радиусу R изгибается кабель, проходя через устройство 1.
В качестве нагревательных кабелей используют круглые резистивные кабели постоянной мощности или плоские саморегулирующиеся кабели с изменяемой мощностью нагрева.
Резистивные кабели в сечении имеют круглую форму, поэтому одним из геометрических параметров такого кабеля является его диаметр - d. Путем аналитического и расчетного исследования известной номенклатуры резистивных кабелей было установлено, что минимально допустимый радиус изгиба кабеля лежит в пределах от 3d до 10d. Приведенный диапазон зависит от диаметра d кабеля и его конструкции. Минимальный радиус изгиба, например, кабеля с наружной оболочкой из нержавеющей стали, больше чем у кабеля с оболочкой из фторполимера. Для резистивных кабелей с внешним диаметром d до 6 мм, минимальный радиус изгиба составляет от 3d, а для кабелей с d от 6 мм, минимальный радиус изгиба составляет от 6d. Таким образом минимальный радиус изгиба, находящийся в пределах от 3d до 10d, где d диаметр кабеля, обеспечивает безопасный изгиб круглых кабелей, не повреждая их при эксплуатации в широком температурном интервале окружающей среды.
Радиус R скругления внутреннего перехода между верхней и нижней частями корпуса устройства 1, лежащий в диапазоне от 3d до 10d, где d диаметр резистивного кабеля, соответствует безопасному радиусу изгиба кабеля, исключающему повреждение нагревательного кабеля, что повышает надежность и эффективность использования устройство ввода кабеля под теплоизоляцию.
Саморегулирующиеся кабели имеют плоскую форму, а геометрическими параметрами сечения таких кабелей являются ширина a и толщина b. Плоские кабели изгибают исключительно перпендикулярно плоскости их токопроводящих жил. Поэтому толщина b кабеля является важным геометрическим параметром для его эксплуатации. Путем аналитического и расчетного исследования известной номенклатуры саморегулирующихся нагревательных кабелей было установлено, что минимально допустимый радиус изгиба кабелей лежит в пределах от 2b до 10b, зависящий от его толщины и конструкции кабеля. У кабеля большей толщины или с внешней оболочной, например, из термопластичного эластомера, минимальный радиус изгиба больше, чем у кабеля меньшей толщины или с оболочкой, например, из фторопласта. Минимальный радиус изгиба, находящийся в пределах от 2b до 10b, где b толщина кабеля, обеспечивает безопасный изгиб плоских кабелей, не повреждая их при эксплуатации в широком температурном интервале окружающей среды.
Радиус R скругления внутреннего перехода между верхней и нижней частями корпуса устройства 1, лежащий в диапазоне от 2b до 10b, где b толщина плоского кабеля, соответствует безопасному радиусу изгиба кабеля, исключающему повреждение нагревательного кабеля, что повышает надежность и эффективность использования устройство ввода кабеля под теплоизоляцию.
Устройство 1 ввода кабеля может быть выполнено из электропроводящего полимера или металла. Выбранные материалы позволяют устройству соответствовать стандартам пожаро- и взрывозащищенности, так как исключается образование статического заряда, а также повысить ударопрочность изделия.
При изготовлении устройства из полимера, используют прессованный реактопластичный материал, армированный стекловолокном. Для данного материала применяют технологию изготовления методом литья под давлением термопластов.
При изготовлении устройства из металла, используют чугун или сталь, или алюминиевый сплав. Для данных материалов применяют технологию изготовления методом литья по газифицируемым моделям.
После изготовления проводят механическую обработку изделия. Все углы изделия выполняют сглаженными, чтобы при использовании не повредить нагревательный кабель.
Для повышения герметичности корпус устройства может быть снабжен защитным кожухом, укрывающим теплоизоляцию вблизи УВК.
Для надежной фиксации кабеля 2 в ответвлениях для ввода кабеля под теплоизоляцию могут быть выполнены центрирующие выступы для кабеля.
Устройство устанавливают следующим образом.
Закрепляют на обогреваемом трубопроводе или резервуаре нагревательный кабель 2 или несколько кабелей. Которые собирают вместе и просовывают в пластину 6. Поверх которой надевают уплотнение 5 с отверстиями, соответствующие геометрическим размерам кабеля. Оставшиеся свободные отверстия закрывают заглушками. На нагревательные кабели с уплотнением 5 и пластиной 6 одевают корпус устройства 1, так чтобы уплотнение 5 село в конусообразное посадочное место 4. Сверху в корпус вставляют винты 7 с шайбами и закручивают их в пластину 6. Устройство 1 устанавливают нижней частью корпуса вдоль оси трубопровода 3 и фиксируют хомутами. Нижние ответвления корпуса покрывают теплоизоляцией. А на штуцер в верхней части корпуса гайкой крепится соединительная коробка, в которой с помощью, например, винтовых клеммных зажимом нагревательные кабели подключают к жилам силового кабеля источника питания.
В устройстве нагревательный кабель 2 переходит из горизонтальной плоскости в вертикальную, изгибаясь по внутреннему радиусу R скругления перехода между верхней и нижней частями корпуса. Радиус R скругления соответствует безопасному радиусу изгиба кабеля, исключающему повреждение нагревательного кабеля. Ели в качестве нагревательного кабеля используют круглый кабель постоянной мощности, то R лежит в пределах от 3d до 10d, где d - диаметр кабеля. Если же в качестве нагревательного кабеля используют плоский кабель, то R лежит в пределах от 2b до 10b, где b толщина кабеля.
Таким образом, достигается повышение надежности и эффективности системы обогрева трубопроводов, благодаря использованию УВК, обеспечивающего безопасный и герметичный ввод кабеля под теплоизоляцию. Предложенное устройство обладает высокой термостойкостью, коррозионностойкостью, ударопрочностью, электропроводностью, в тоже время исключает риск повреждения в местах заделки и обеспечивает быстрый и простой монтаж, а также механическую защиту прокладываемого нагревательного кабеля.
Пример реализации
При транспортировке нефти по трубопроводу ее температуру поддерживают в заданном диапазоне 50-80°C, с целью обеспечения требуемой вязкости. Для обогрева нефтепровода выбран плоский саморегулирующийся нагревательный кабель марки 15ВТС2-BP с размерами (a ширина, b толщина) 10,6×5,3 мм и минимальным радиусом изгиба 5b. Кабель имеет оболочку из фторопласта поверх оплетки из медных луженых проволок. Нагревательный кабель закреплен прямолинейно вдоль трубопровода с помощью хомутов и покрыт теплоизоляцией.
Для монтажа соединительной коробки и последующего ввода электрического нагревательного кабеля 15ВТС2-BP под теплоизоляцию использовано устройство ввода кабеля под теплоизоляцию, выполненное из прессованного реактопластичного материала, армированного стекловолокном. УВК имеет цельный перевернутый Т - образный полый корпус в нижней горизонтальной части с ответвленьями для ввода кабеля под теплоизоляцию трубы, а верхняя вертикальная часть представляет собой штуцер с наружной резьбой для фиксации соединительной коробки гайкой. Устройство герметично за счет цельного корпуса и уплотнения кабеля, зафиксированного снизу пластиной в посадочном месте в верхней части корпуса, имеющей форму усеченного конуса.
В УВК нагревательный кабель переходит из горизонтальной плоскости трубопровода в вертикальную, изгибаясь по внутреннему радиусу R скругления перехода между верхней и нижней частями корпуса. Радиус R скругления равен 40 мм, а минимальный радиус изгиба протягиваемого кабеля 5b=26,5 мм, следовательно, обеспечивается безопасный и эффективный изгиб нагревательного кабеля, исключающий его повреждение.