НАГРЕВАЕМЫЙ ТРУБОПРОВОД ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
HEATED FLUID PIPELINE

Изобретение относится к нагреваемому трубопроводу для текучей среды, содержащему трубу, соединитель, имеющий корпус, установленный на одном конце трубы, и расположенный в корпусе нагревательный стержень, который входит в корпус через входной канал, имеющий продольную ось, и выходит из корпуса через выходной канал, расположенный в патрубке, при этом в патрубке установлено уплотнение, которое окружает нагревательный стержень и удерживается в патрубке при помощи заглушки.
Такой нагреваемый трубопровод для текучей среды известен, например, из DE 10 2011102151 A1.
Изобретение описано ниже на примере трубопровода, который используется в механическом транспортном средстве для транспортировки мочевины (Urea) от бака к месту потребления. Мочевину применяют в дизельных двигателях, чтобы уменьшить выбросы оксидов азота.
При низких наружных температурах ниже -11°C существует опасность того, что мочевина в трубопроводе замерзнет и ее транспортировка по трубопроводу станет невозможной. Для других жидкостей температура замерзания может быть другой. В любом случае при замерзании жидкости ее транспортировка по трубопроводу невозможна.
Поэтому в DE 10 2011102151 А1 предложено использовать нагревательный стержень для нагревания трубопровода и соединителя. Этот нагревательный стержень расположен внутри трубы, так что вся энергия нагревания может передаваться текучей среде в трубе и, таким образом, потери энергии будут сравнительно малы. Разумеется, нагревательный стержень должен снабжаться электрической энергией и для этого должен быть выведен из соединителя наружу.
Отверстие, через которое нагревательный стержень выведен из соединителя, должно быть уплотнено, чтобы предотвратить вытекание текучей среды из трубопровода наружу. Для этого предусмотрено уплотнение, которое в принципе может быть выполнено просто в виде уплотнительного кольца. Чтобы удерживать уплотнение в надлежащем положении даже при повышенном давлении внутри трубы, предусмотрена заглушка. Заглушка запрессована в патрубок. Для лучшего удерживания заглушка фиксируется в патрубке. Однако для этого требуется относительно большая сила запрессовки.
В основе изобретения лежит задача обеспечить возможность надежного монтажа простым путем.
В нагреваемом трубопроводе для текучей среды описанного выше типа эта задача решена посредством того, что заглушка имеет две части, соединенные между собой шарнирным участком, имеющим ось шарнира.
Благодаря такому выполнению заглушки монтаж упрощается. Части заглушки вне шарнирного участка всегда находятся на некотором расстоянии друг от друга и поэтому могут смещаться друг к другу. Вследствие этого наружный периметр слегка уменьшается, так что заглушку можно легко вставить в патрубок.
Шарнирный участок предпочтительно образован перемычкой, выполненной как одно целое с частями заглушки. Это упрощает изготовление. Заглушка может быть выполнена как одно целое, например, путем литья под давлением. Размер перемычки существенно меньше, чем высота заглушки. Например, размер перемычки по высоте соответствует максимум одной трети или даже одной четверти высоты заглушки. Такая перемычка обеспечивает возможность наклона частей заглушки друг к другу.
Заглушка предпочтительно сварена с нагревательным стержнем. Если заглушка вставлена в патрубок, то она может быть сварена с нагревательным стержнем предпочтительно посредством ультразвуковой сварки. Благодаря сварке предотвращается перемещение частей заглушки друг относительно друга, так что заглушка после сварки удерживается в патрубке без возможности выпадения.
Патрубок предпочтительно имеет две расположенные друг против друга зоны приложения сварочного устройства, и ось шарнира проходит параллельно соединению между этими зонами. Одной зоной приложения сварочного устройства является область на наружной стороне патрубка, на которой при ультразвуковой сварке может устанавливаться волновод. Таким образом, две зоны приложения сварочного устройства определяют направление сварки, то есть направление, в котором энергия сварки передается заглушке. Если ось шарнира проходит параллельно этому направлению, то при сварке не происходит поворота вокруг оси шарнира. Вся энергия сварки проходит только через материал заглушки. Сам нагревательный стержень не охвачен «сварочным лучом», так что опасность повреждения нагревательных проводов в нагревательном стержне практически исключена.
Зоны приложения сварочного устройства предпочтительно расположены по обе стороны от продольной оси. В этом случае имеется достаточное пространство, чтобы, например, установить волноводы при ультразвуковой сварке.
Заглушка предпочтительно имеет центрирующие выступы, между которыми проходит ось шарнира. Центрирующие выступы служат для того, чтобы вставлять заглушку в патрубок с определенной ориентацией. Благодаря центрирующим выступам можно обеспечить, что ось шарнира имеет именно то направление, которое желательно для сварного соединения.
Заглушка предпочтительно имеет сквозной канал, через который проходит нагревательный стержень и в котором расположены выступы, ориентированные в радиальном направлении внутрь. Если заглушку вставляют в патрубок, то ее части можно немного смещать друг к другу, хотя нагревательный стержень уже проходит через сквозной канал. При сжатии выступы могут несколько подаваться и/или вдавливаться в нагревательный стержень. При этом сварка заглушки с нагревательным стержнем может осуществляться на выступах.
Предпочтительно, чтобы выступы на своей внутренней в радиальном направлении стороне имели меньшую длину в окружном направлении, чем на своей наружной в радиальном направлении стороне. Другими словами, выступы выполнены с заострением в радиальном направлении внутрь. Вследствие этого поверхность контакта между выступами и наружной стороной нагревательного стержня будет сравнительно мала. Так как энергия сварки концентрируется на этих малых выступах, сварку заглушки с нагревательным стержнем можно выполнить при относительно малой энергии.
По меньшей мере в одной части предпочтительно предусмотрены по меньшей мере два выступа, которые расположены в окружном направлении с интервалом по меньшей мере 120°. По меньшей мере в одной части, а предпочтительно в обеих частях заглушки, выступы расположены практически диаметрально противоположно. При этом выступы расположены в направлении сварки друг за другом, так что при относительно небольшой энергии сварки можно получить превосходное качество сварки.
Между частями заглушки предпочтительно имеется свободное пространство, которое по меньшей мере частично находится в патрубке. Это свободное пространство имеет две функции. Во-первых, оно облегчает установку заглушки в патрубке, так как позволяет ее частям смещаться друг к другу. Во-вторых, когда заглушка вставлена в патрубок и начинается процесс сварки, свободное пространство служит для образования кармана или приемной полости, куда может поступать расплавленный материал.
Изобретение описано ниже на примере предпочтительного варианта его осуществления со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает вариант выполнения трубопровода для текучей среды с соединителем,
фиг. 2 - разрез II-II на фиг. 1,
фиг. 3 - вид сверху патрубка с заглушкой и нагревательным стержнем, и
фиг. 4 - заглушка в аксонометрии.
На фиг. 1 показан трубопровод 1 для текучей среды, содержащий трубу 2 и соединитель 3, имеющий соединительный патрубок 4, на который насажена труба 2. Соединительный патрубок 4 имеет «дендритную» геометрию. Труба 2 может быть закреплена на соединительном патрубке 4 при помощи соответствующих средств (не показаны). Например, труба в области патрубка 4 может быть залита заливочной массой, так что она уже не может расширяться в радиальном направлении. Между трубой 2 и соединительным патрубком 4 дополнительно предусмотрено уплотнительное кольцо 5.
Труба 2 выполнена из полимерного материала и является гибкой. Она может быть также выполнена в виде шланга.
В данном варианте выполнения соединитель 3 имеет прямолинейный входной канал 6, проходящий через соединительный патрубок 4 вплоть до соединительного геометрического элемента 7, при помощи которого соединитель 3 может быть закреплен на патрубке бака, насоса или другого соединителя. Конкретное выполнение соединительного геометрического элемента 7 в данном случае не имеет значения, однако он выполнен таким образом, чтобы можно было обеспечить механически стабильное и герметичное соединение.
Во входном канале 6 расположен наклонный элемент 8, имеющий направляющую поверхность 9. Соединитель 3 имеет патрубок 10 с отверстием 11.
В трубе 2 установлено нагревательное средство в виде нагревательного стержня 12 из полимерного материала 13, в котором находятся два нагревательных провода 14, 15 (фиг. 3). Нагревательный стержень 12 является гибким. Нагревательные провода 14, 15 в нагревательном стержне 12 механически защищены.
Между нагревательным стержнем 12 и трубой 2 имеется внутреннее пространство 16, через которое может протекать жидкость. Между соединительным патрубком 4 и нагревательным стержнем 12 тоже имеется внутреннее пространство 17.
При вдвигании нагревательного стержня 12 в соединительный патрубок 4 его конец 18 попадает на направляющую поверхность 9 наклонного элемента 8 и входит по ней в патрубок 10 по направлению к отверстию 11. При дальнейшем вдвигании нагревательного стержня 12 он выходит из патрубка 10 через отверстие 11. Патрубок 10 расположен под углом α к продольной оси 19 входного канала 6. Этот угол предпочтительно находится в диапазоне от 20° до 80°.
В отверстии 11 между внутренней стенкой патрубка 10 и нагревательным стержнем 12 установлено кольцевое уплотнение 20, которое герметично прилегает в радиальном направлении наружу к внутренней стороне патрубка 10, а в радиальном направлении внутрь - к нагревательному стержню 12. На нагревательный стержень 12, когда он выходит из отверстия 11, надевают кольцевое уплотнение 20 и затем вставляют его в отверстие 11. При этом кольцевое уплотнение 20 может незначительно сжиматься в радиальном направлении внутрь и в радиальном направлении наружу.
Внутри трубопровода 1 может возникать повышенное давление, например 6 бар. При таком давлении существует опасность выдавливания кольцевого уплотнения 20 из отверстия 11. Чтобы этого не случилось, в патрубок 10 вставлена заглушка 21, которая фиксирует 3 кольцевое уплотнение 20 в соединителе. Заглушка 21 показана на фиг. 3 в горизонтальной проекции, а на фиг. 4 в аксонометрии в увеличенном масштабе.
Разумеется, вместо прямолинейного сквозного канала соединитель может иметь сквозной канал, изогнутый на 90°.
Заглушка 21 имеет две части 22, 23, которые соединены друг с другом посредством шарнирного участка, выполненного в виде перемычки 24 (фиг. 3 и 4), и отделены друг от друга свободным пространством 25. Таким образом, части 22, 23 заглушки в области свободного пространства 25 можно наклонять друг к другу. В соответствии с этим шарнирный участок имеет ось 32 шарнира, которая в данном варианте лежит в плоскости, разделяющей свободное пространство 25 примерно посередине.
По обе стороны от свободного пространства 25 расположены стопорные выступы 26, 27, при помощи которых заглушка 21 может быть зафиксирована в патрубке 10. Свободное пространство 25 может полностью или частично проходить через стопорные выступы 26, 27. Кроме того, заглушка 21 имеет центрирующие выступы 28, 29, которые могут входить в прорези 30, 31, выполненные в патрубке 10. На фиг. 3 штрихпунктирной линией показана ось 32 шарнира, которая проходит между центрирующими выступами 28, 29.
Заглушка 21 имеет сквозной канал 33, через который проходит нагревательный стержень 12 и в котором расположено несколько выступов 34a-34f, ориентированных в радиальном направлении внутрь. Эти выступы 34a-34f заостряются в радиальном направлении внутрь, то есть их размер в окружном направлении меньше на их внутренней в радиальном направлении стороне, чем на их наружной в радиальном направлении стороне. Каждая из частей 22, 23 имеет по два выступа 34а, 34с; 34d, 34f, которые отстоят друг от друга в окружном направлении по меньшей мере на 120°. Другими словами, выступы 34a, 34c; 34d, 34f расположены диаметрально противоположно друг другу.
Патрубок 10 имеет на своей наружной стороне зоны 35, 36 приложения сварочного устройства, которые в данном варианте выполнения имеют плоские опорные поверхности для волновода ультразвукового сварочного устройства. Однако в зависимости от формы волноводов зоны 35, 36 приложения сварочного устройства могут иметь другие формы.
На фиг. 3 видно, что ось 32 шарнира проходит параллельно соединению между зонами 35, 36 приложения сварочного устройства, которые расположены по обе стороны от продольной оси 19, то есть перпендикулярно к плоскости чертежа на фиг. 1, и сверху и снизу на фиг. 2 (на фиг. 2 не показаны, так как на ней представлен вид в разрезе). Таким образом, ось 32 шарнира проходит параллельно направлению сварки. В этом случае при ультразвуковой сварке вся энергия сварки проходит только через материал заглушки 21. Качания вокруг оси 32 шарнира не происходит. Заглушка 21 своими выступами 34a-34f сваривается с нагревательным стержнем 12 достаточно хорошо. Так как выступы 34a-34f обращены острыми концами или заострениями в радиальном направлении внутрь, на этих заострениях концентрируется энергии сварки. Кроме того, преимущество заострений состоит в том, что они упрощают установку заглушки. При сжатии ее частей 22, 23 заострения выступов 34a-34f могут несколько подаваться или несколько вдавливаться в нагревательный стержень 12.
Нагревательный стержень 12 не охватывается «сварочным лучом», так что опасности повреждения нагревательных проводов 14, 15 в нагревательном стержне 12 уже не существует.
Ориентация оси 32 шарнира параллельно «сварочному лучу» имеет дополнительное преимущество, состоящее в том, что свободное пространство 25 образует карман или приемную полость, куда может поступать расплавленный материал.