АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ
ANODE EARTH ELECTRODE

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано при сооружении поверхностных (подпочвенных) и глубинных анодных заземлений.
Известен анодный заземлитель [описание полезной модели к патенту РФ №132079 от 03.06.2013, МПК C23F 13/06, опубл. 10.09.2013], включающий провод токоввода и подсоединенный к нему по меньшей мере один металлический электрод, выполненный в виде полой сквозной или глухой трубы, при этом контакт провода токоввода с электродом выполнен в виде по меньшей мере одной пружины сжатия. Торцы электрода дополнительно герметизированы термоусаживаемыми материалами, внутренняя полость электрода, по меньшей мере, в месте расположения упругого элемента и его контакта с проводом токоввода заполнена электроизолирующим герметизирующим составом, все металлические электроды расположены на одном проводе токоввода последовательно, при этом токопроводящая жила провода токоввода выполнена цельной по длине. Электрод может быть выполнен из высококремнистого чугуна или сплава на основе магнетита.
Недостатком данного технического решения является использование в конструкции поджимного контакта кабеля с электродом, что приводит к сложности монтажа, а также к повышению сопротивления контакта и, соответственно, к снижению диапазона рабочих токов.
Известен анодный заземлитель [описание полезной модели к патенту РФ №129101 от 09.01.2013, МПК C23F 13/00, опубл. 20.06.2013], содержащий литой электрод и провод токоввода, соединенный с ним посредством контактного узла, который расположен в глухой полости электрода и залит герметиком, контактный узел состоит из металлической вставки с конической или цилиндрической поверхностью под зажимную втулку с конической или цилиндрической внутренней поверхностью, с возможностью крепления провода токоввода на вставке.
Наиболее близким к заявляемому является анодный заземлитель [описание полезной модели к патенту РФ №125581 от 08.10.2012, МПК C23F 13/08, опубл. 10.03.2013], в торце которого выполнена металлическая вставка в виде цилиндрического стакана, внутренняя полость которого переходит в осевой канал с резьбой под закрепление провода токоввода, образующего со вставкой контактный узел.
Недостатком как аналога, так и прототипа является низкая устойчивость контактного узла к нагрузкам на токоподводящий кабель, неизбежно возникающим при монтаже электрода, кроме того, данная конструкция не предусматривает надежность сборки гирлянды электродов, так как соединительная пластина находится на незащищенном участке.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение устойчивости контактного узла к механическим нагрузкам, а также повышение надежности соединительного узла при сборке гирлянды электродов.
Поставленная задача решается тем, что анодный заземлитель, состоящий из литого электрода из магнетита или высококремнистого чугуна с крестовидной формой сечения, имеющего равноудаленные выступы, соединенные дугами, выгнутыми от центра электрода, токоввода, кабеля и термоусадочной муфты в форме колпака, дополнительно имеет второй токоввод, расположенный на противоположном торце. Токовводы выполнены в виде контактных узлов, расположенных на торцах электрода и состоят из вставок из специального сплава цилиндрической формы диаметром 0,2-0,4 диаметра электрода, длиной 0,10-0,15 общей длины электрода с проточками глубиной 3-6 мм и шириной 5-15 мм, выполненными на 2/3 длины вставки, на боковой поверхности остальной части длины, выполнены площадки для крепления накладок размером 0,60-0,65 диаметра вставки, фиксирующих прижим кабеля токоввода в форме петли. Вставки в материал электрода вплавлены на 2/3 длины, на которой выполнены проточки. Материал для вплавляемых вставок должен обладать коэффициентом термического расширения близким к коэффициенту термического расширения материала электрода, высокой удельной электропроводностью, устойчивостью к окислению поверхности и пониженной хрупкостью, а в качестве герметика использован кремнийорганический полимерный наполнитель.
Сущность изобретения состоит в том, что выполнение токоввода в виде двух одинаковых контактных узлов позволяет использовать любой из них для подсоединения к станции катодной защиты, что упрощает технологию сборки, кроме того, равное переходное сопротивление обоих контактных узлов снижает вероятность неравномерного распределения тока между отдельными заземлителями при их соединении в гирлянды. Форма поперечного сечения электрода с выступами позволяет увеличить площадь поверхности электрода, контактирующую с коррозионной средой и позволяет расширить диапазон допустимых токов, что повышает эффективность работы электрода и снижает затраты электроэнергии на проведение катодной защиты. Применение магнетита в качестве материала анодного заземлителя дает возможность снизить скорость его анодного растворения до 0,002 кг/А·год, что значительно увеличивает срок службы устройства. Цилиндрическая форма вставок с проточками снижает внутренние напряжения и увеличивает равномерность вплавки. Прижим кабеля к площадке токоввода с помощью накладок снижает вероятность обрыва кабеля при его многократных перемещениях при монтаже, а также позволяет использовать кабель как несущий элемент, чему способствует форма его укладки на контактной площадке в виде петли. Для предотвращения попадания коррозионной среды в зону контакта кабелей с электродом контактные узлы изолируются с помощью термоусадочных муфт в форме колпаков. Полости термоусадочных муфт заполняются кремнийорганическим герметиком, который, благодаря высокой адгезии как к металлам, так и материалу термоусадочной муфты, полностью исключает попадание почвенных растворов к месту контакта кабелей с токоотводом. Кремнийорганический герметик не затвердевает в процессе эксплуатации, что исключает попадание в контактный узел влаги, а также позволяет, в случае необходимости, проводить ремонт токоввода на месте монтажа заземлителя. Применение вплавляемых вставок цилиндрической формы с проточками обеспечивает создание зоны непрерывного перехода от материала вставки к материалу электрода, а также механическую прочность соединения вставки с электродом, в результате чего достигается как снижение переходного сопротивления, так и увеличение срока службы токоввода за счет исключения поступления в зону непрерывного перехода почвенных растворов даже за счет капиллярных явлений. Рекомендуемые размеры вставок, контактных площадок и проточек установлены из соображений оптимальной механической прочности соединения, а также технологичности изготовления и монтажа заземлителя. Использование в качестве материала вставок специального сплава, обладающего коэффициентом термического расширения, близким к коэффициенту термического расширения материала электрода, высокой удельной электропроводностью, устойчивостью к окислению поверхности и пониженной хрупкостью позволяет значительно снизить вероятность выхода контактного узла из строя вследствие растрескивания, обусловленного перепадом температур или операциями крепления кабеля, а также пассивации контактной поверхности под влиянием атмосферной коррозии.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид анодного заземлителя.
На фиг. 2 изображено сечение электрода.
На фиг. 3 изображено крепление токоподводящего кабеля к контактному узлу в поперечном сечении.
Анодный заземлитель состоит из литого крестовидного электрода из магнетита или высококремнистого чугуна 1, сечение 2 которого выполнено в виде четырех равноудаленных выступов 3, основания 4 которых соединены выгнутыми дугами 5, центр окружности которых находится в центре литого электрода, что увеличивает его активную поверхность, а также снижает остаточное напряжение, возникающее в отливке при ее охлаждении. Выступы 3 выполнены с равным прямоугольным сечением по длине, со скругленными вершинами торцов. На торцах электрода 1 расположены токовводы с кабелями 6 и 7, один кабель 6 идет от станции катодной защиты, а другой 7 предназначен для соединения электродов в гирлянду. Соединения токовводов с литым электродом выполнено в виде вставки цилиндрической формы из специального сплава 8 с площадками для крепления кабеля и проточками 9. Вставки на 2/3 длины вплавляют в литой электрод при установке в литейную форму и последующей заливке формы расплавом материала электрода, что обеспечивает подплавление их поверхности и образование зоны непрерывного перехода от материала вставки к материалу электрода. Кабели 6 и 7 присоединяются к вставке 8 с помощью контактной накладки 10, соединяемой с вставкой 8 с помощью болтов 11. При этом кабель укладывается в углубления контактной накладки 10 в форме петли. На конце кабеля выполняется наплавка (на чертеже не показана), предотвращающая смещения кабеля при монтаже электрода. На электроде 1 со стороны контактных узлов расположены термоусадочные муфты 12, в которых выполнены отверстия 13 для вывода кабеля и заливки герметика, в качестве которого использован кремнийорганический полимерный наполнитель 14.
Анодный заземлитель, предназначенный для работы в глубинных и поверхностных слоях почвы, а также в природных водах в качестве анода при защите от электрохимической коррозии металлических сооружений и коммуникаций, в том числе магистральных нефтегазопроводов, контактирующих с грунтом и водой, работает следующим образом. Анодные заземлители укладывают горизонтально или вертикально ниже уровня промерзания грунта и выше уровня грунтовых вод, при этом они присоединены кабелями к положительному полюсу станции катодной защиты. В процессе укладки кабель может быть использован как несущий элемент, так как форма его укладки и крепления накладкой 10 исключает его нежелательные изгибы под острыми углами, приводящие к обрыву. Защищаемое изделие присоединяется к отрицательному полюсу. По кабелю 6 от станции катодной защиты проходит постоянный ток расчетной силы и напряжения, который поступает на электрод 1 через контактную накладку 10 и вставку 8. Протекание анодного тока через электрод 1 обеспечивает смещение потенциала защищаемого изделия в область значений, требуемых для полного подавления процессов коррозионного разрушения.
Таким образом, предлагаемая конструкция контактного узла электрода позволяет повысить его механическую прочность, срок службы и надежность работы при сборке электродов в гирлянду.
На основании проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанная конструкция анодного заземлителя соответствует требованиям новизны и изобретательскому уровню. Проведенные опытно-промышленные полевые испытания показали, что разработанная конструкция промышленно применима и может быть использована в системах электрохимической защиты от коррозии.