Сильфонное компенсационное устройство для трубопровода с тепловой изоляцией

Полезная модель относится к трубопроводной технике, а именно к устройствам, применяемым в трубопроводах тепловой сети, преимущественно бесканальной прокладки, и предназначена для компенсации осевых перемещений теплогидроизолированных трубопроводов при температурных расширениях в процессе эксплуатации.
Известен термогидроизолированный сильфонный компенсатор, содержащий сильфон из нержавеющей стали, который жестко соединен с двух сторон металлическими патрубками и размещен в стальном футляре, нанесенную на них теплоизоляцию из жесткого пенополиуретана и гидрозащитную оболочку из полиэтилена, вокруг стального патрубка образован свободный от теплогидроизоляции кольцевой участок, на который нанесены слой теплоизоляции из минеральной ваты и гидроизоляция с помощью термоусаживаемой муфты, причем муфта жестко закреплена со стороны сильфона к гидрозащитной оболочке с помощью клеевой ленты, а с другой стороны между муфтой гидрозащитной оболочкой помещена лента 10 из нетвердеющего герметизирующего уплотнителя, в теплоизоляции расположены проводники для оперативного дистанционного контроля состояния влажности, внутри стального футляра со стороны свободного от теплогидроизоляции кольцевого участка расположены стальные опорные скобы, а с наружи стального футляра с противоположной стороны кольцевого участка расположено стальное кольцо с косынками, (Патент RU №72038 U1, МПК F16L 51/02, от 11.12.2007, опуб. 27.03.2008).
Недостатком известного компенсатора является слабая защита участка теплоизоляции из минеральной ваты применяемой конструкции системы уплотнения, не обеспечивающая достаточную герметичность от попадания грунтовой воды в зону теплоизоляции, кроме того, теплоизоляция из минеральной ваты при воздействии осевых нагрузок, сминается и не выполняет необходимые функции. Уплотнение между муфтой и гидрозащитной оболочкой, выполненное с помощью ленты из нетвердеющего герметизирующего уплотнителя, подвержена повышенному износу и разрушению вследствие воздействия на нее сил трения и абразивных компонентов внешней среды, что снижает срок эксплуатации компенсатора и надежность уплотнения.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для компенсации температурного расширения трубопровода тепловой сети, содержащее металлический сильфонный компенсатор осевых перемещений, неразьемно соединенный с двух сторон с патрубками и заключенный в защитный металлический кожух, гидрозащитную трубу-оболочку из полимерного материала и размещенную под ней теплоизоляцию из отверженного пенополиуретана, гидрозащитную трубу-оболочку, соединенную по меньшей мере с одним гофрированным участком, выполненным волнообразной геометрической формы, и закрытым снаружи кожухом, прикрепленным к гидрозащитной трубе-оболочке, при этом под поверхностью гофрированного участка расположена теплоизоляция, вдоль всего устройства расположены проводники для оперативного дистанционного контроля состояния влажности, (Патент RU №168328 U1, МПК F16L 51/02, от 25.02.2016, опуб. 30.01.2017).
Недостатком известного устройства является низкая работоспособность гофрированного участка гидрозащитной трубы-оболочки, выполненного диаметром большим диаметра трубы-оболочки присоединительного трубопровода, так как в данном конструктивном решении основная нагрузка при осевом перемещении трубы-оболочки трубопровода приходит в месте перехода диаметра от трубы-оболочки трубопровода к увеличенному диаметру трубы-оболочки с гофрированным участком. При бесканальной прокладке известного устройства под давлением грунта трубу-оболочку с гофрированным участком приведет к защемлению и не обеспечит полноценную компенсацию осевых перемещений трубы-оболочки, что приведет к разрушению в месте перехода диаметров. Защитный корпус, выполненный из двух частей, имеющих возможность осевого перемещения друг относительно друга, является слабым элементом и не обеспечивает осевой устойчивости устройства в составе трубопровода, так как защитный корпус, выполненный из двух частей, имеет возможность прогиба под действием весовой нагрузки трубопровода. При фактическом изготовлении известного устройства и заполнении внутренней его части теплоизоляцией из пенополиуретана (ППУ), и отсутствием в известном устройстве ограничений заполняемых объемов ППУ, пенополиуретан заполнит пространство под гофрированным участком на гидрозащитной трубе-оболочке, а так же свободное пространство защитного корпуса. Увеличение заполняемого объема пенополиуретана приведет к уменьшению его плотности, что не обеспечит необходимую теплоизоляцию изделия, а при заполнении пространства защитного корпуса и пространства под гофрированным участком приведет к потери их работоспособности и не обеспечит полноценную работу на протяжении всего срока службы известного устройства.
Технической задачей, решаемой данной полезной моделью, является улучшение эксплуатационных свойств устройства, повышение надежности и работоспособности за счет придания конструкции возможности воспринимать осевые деформации без разрушения ее элементов, преимущественно без нарушения целостности теплоизоляции.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в сильфонном компенсационном устройстве для трубопровода с тепловой изоляцией, содержащем металлический сильфонный компенсатор осевых перемещений, неразьемно соединенный с двух сторон с патрубками и заключенный в металлический защитный кожух, охваченный гидрозащитной трубой-оболочкой, соединенной с гофрированным участком волнообразной геометрической формы, обеспечивающим компенсацию температурных перемещений трубы-оболочки и защищенный от внешних воздействий снаружи кожухом, пенополиуретановую изоляцию, провода системы оперативно-дистанционного контроля, проходящие по всей длине компенсатора, согласно полезной модели, устройство снабжено установленной на патрубке за сильфонным компенсатором и скрепленной с гофрированным участком дополнительной гидрозащитной трубой - оболочкой, в которую заключена металлическая обечайка, установленная на опорных кольцах, в пространстве между которыми размещена пенополиуретановая изоляция, обе трубы-оболочки выполнены из полимерного материала с усилением из стального кожуха изнутри, защитный кожух через металлическое кольцо с одной стороны неразьемно соединен с патрубком, размещенным перед сильфонным компенсатором, с другой стороны кожух опирается на направляющее опорное кольцо, неразьемно соединенное с патрубком, размещенным после компенсатора с возможностью ограничения его угловых и радиальных перемещений, и не препятствующее осевым перемещениям данного патрубка, при этом кожух над гофрированным участком выполнен в виде полиэтиленовой термоусадочной муфты, соединенной с одной стороны с дополнительной гидрозащитной трубой-оболочкой и с другой стороны установленной с возможностью свободного хода вдоль трубы-оболочки, при этом под гофрированным участком, выполненным из полиэтиленовой трубы-оболочки, между направляющим опорным кольцом и опорным металлическим кольцом на патрубке, установленным после сильфонного компенсатора, закреплена теплоизоляция из технического войлока, а тепловая изоляция сильфонного компенсатора выполнена с помощью теплоизоляционного материала, при этом провода системы оперативно-дистанционного контроля расположены в пластиковом перфорированном кембрике.»
Снабжение устройства дополнительной гидрозащитной трубой-оболочкой, установление ее на патрубке за сильфонным компенсатором и скрепление ее с гофрированным участком, в которую заключена металлическая обечайка, установленная на опорных кольцах, а также выполнение гофрированного участка волнообразной геометрической формы из полиэтиленовой трубы-оболочки диаметром, соответствующим диаметру присоединительной трубы-оболочки трубопровода, способствует передаче осевой нагрузки в осевом направлении и компенсации напряжения при перемещениях трубы-оболочки трубопровода.
Гофрированный участок волнообразной геометрической формы гидрозащитной трубы-оболочки придает ей способность сжиматься и растягиваться одновременно с металлическим сильфонным компенсатором в осевом направлении, за счет чего обеспечивается повышение надежности и долговечности всего устройства. Кроме того, сохраняется целостность герметизации вследствие совместного восприятия осевых нагрузок одновременно двумя элементами в осевом направлении: внутренним подвижным металлическим сильфонным компенсатором и податливым гидроизолирующим элементом - гидрозащитной трубой-оболочкой, выполненной в виде гофрированного участка волнообразной геометрической формы из полимерной трубы. Исключается переход (увеличение) диаметров размещения компенсационного гофрированного участка, что приводит к направлению нагрузки, поступающей от расширения трубы-оболочки трубопровода, в осевом направлении без излома. При соответствии диаметра присоединительной трубы-оболочки трубопровода диаметру трубы-оболочки сильфонного компенсационного устройства исключается защемление изделия грунтом.
Защитный кожух, выполненный из толстостенной металлической обечайки, жестко закрепленный с патрубком, установленным перед сильфонным компенсатором посредством металлического кольца, имеет возможность выполнять осевые перемещения, опираясь на направляющее опорное кольцо, жестко соединенное с патрубком, установленным после сильфонного компенсатора. Диаметр направляющего опорного кольца выполнен с минимальным зазором по отношению к защитному кожуху, что обеспечивает выполнение осевой устойчивости сильфонного компенсационного устройства в составе трубопровода.
Теплоизоляция из пенополиуретана (ППУ) заполняет пространство, ограниченное патрубком, установленным после сильфонного компенсатора, металлической обечайкой и опорными металлическими кольцами, что препятствует выходу пенополиуретана в пространство под гофрированный участок.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре показано сильфонное компенсационное устройство для трубопроводов с тепловой изоляцией, общий вид.
На чертеже позициями обозначено:
1 - металлический сильфонный компенсатор осевых перемещений;
2 - металлический защитный кожух;
3 - патрубок, размещенный перед сильфонным компенсатором;
4 - патрубок, размещенный после сильфонного компенсатора;
5 - гидрозащитная труба-оболочка из полимерного материала с усилением из стального кожуха изнутри;
6 - металлическое кольцо;
7 - провода системы оперативно-дистанционного контроля в пластиковом перфорированном кембрике;
8 - теплоизоляционный материал;
9 - гофрированный участок волнообразной геометрической формы из полиэтиленовой трубы-оболочки;
10 - полиэтиленовая термоусадочная муфта;
11 - направляющее опорное кольцо;
12 - опорные металлические кольца;
13 - металлическая обечайка;
14 - дополнительная гидрозащитная труба-оболочка;
15 - пенополиуретановая (ППУ) изоляция;
16 - теплоизоляция из технического войлока;
17 - хомут.
Сильфонное компенсационное устройство для трубопроводов с тепловой изоляцией содержит металлический сильфонный компенсатор 1 осевых перемещений, заключенный в жесткий толстостенный металлический защитный кожух 2. Компенсатор 1 неразьемно соединен с патрубками 3 и 4. Патрубок 3 установлен перед компенсатором 1. Патрубок 4 установлен после него. Защитный кожух 2 охвачен гидрозащитной трубой-оболочкой 5, выполненной из полимерного материала с усилением из стального кожуха изнутри диаметром, соответствующим диаметру присоединительной трубы-оболочки трубопровода (не показана). Защитный кожух 2 посредством металлического кольца 6 неразъемно соединен с патрубком 3, размещенным перед сильфонным компенсатором 1. Между сильфонным компенсатором 1 и защитным кожухом 2 по всей длине устройства проходят провода системы оперативно-дистанционного контроля 7 для оперативного дистанционного контроля состояния влажности, расположены в пластиковом перфорированном кембрике (трубочке). Тепловая изоляция сильфонного компенсатора 1 выполнена с помощью теплоизоляционного материала 8. К гидрозащитной трубе-оболочке 5 прикреплен гофрированный участок 9, выполненный волнообразной геометрической формы, размещенный на патрубке 4, установленным за сильфонным компенсатором 1, и защищен от внешних воздействий полиэтиленовой термоусадочной муфтой 10. На патрубке 4 неразъемно закреплено направляющее опорное кольцо 11, опорные металлические кольца 12 с установленной на них металлической обечайкой 13, охваченные дополнительной гидрозащитной трубой-оболочкой 14, соединенной с гофрированным участком 9. Гофрированный участок 9 обеспечивает компенсацию температурных перемещений трубы-оболочки 5 и 14 и защищен от внешних воздействий полиэтиленовой термоусадочной муфтой 10. Термоусадочная муфта 10 с одной стороны жестко соединена с гидрозащитной трубой-оболочкой 14, с другой стороны свободно установлена на трубе - оболочке 5 для обеспечения свободного хода термоусадочной муфты 10 вдоль трубы-оболочки 5. Пространство между патрубком 4, опорными металлическими кольцами 12 и металлической обечайкой 13 заполнено пенополиуретановой изоляцией 15. Металлический защитный кожух 2 с одной стороны неразьемно соединен с патрубком 3, установленным перед сильфонным компенсатором 1, через металлическое кольцо 6, размещенное на патрубке 3. С другой стороны кожух 2 опирается на направляющее опорное кольцо 11, неразъемно соединенное с патрубком 4, установленным за сильфонным компенсатором 1. Опорное кольцо 11 выполняет функции направляющей для защитного кожуха 2, жестко соединено с патрубком 4, и служит для ограничения угловых и радиальных перемещений сильфонного компенсатора 1 и не препятствует осевым перемещениям патрубка 4 с опорными кольцами 12 и металлической обечайкой 13 относительно защитного кожуха 2. В пространстве между патрубком 4 и гофрированным участком 9 размещена теплоизоляция из технического войлока 16, закрепленного на патрубке 4. Теплоизоляционный материал 8 прикреплен к патрубкам 3 и 4 с помощью хомутов - 17.
Сильфонное компенсационное устройство для трубопроводов с тепловой изоляцией работает следующим образом.
Сильфонное компенсационное устройство устанавливают на участке трубопроводной системы. Сильфонный компенсатор 1 заключают предварительно в жесткий защитный кожух 2 из толстостенной стали. С одной стороны кожух 2 неразъемно соединяют кольцом 6 с патрубком 3 с возможностью выполнять осевые перемещения по направляющему опорному кольцу 11, которое в свою очередь неразъемно соединяют с патрубком 4. Защитный кожух 2 охватывают гидрозащитной трубой-оболочкой 5 из полимерного материала с усилением из стального кожуха изнутри диаметром, соответствующим диаметру присоединительной трубы-оболочки трубопровода. Гидрозащитная труба-оболочка 5 образованна одним элементом из того же материала, что и гидрозащитная труба-оболочка трубопровода. Диаметр опорного кольца 11 выполнен с минимальным зазором по отношению к защитному кожуху 2, что обеспечивает выполнение осевой устойчивости сильфонного компенсационного устройства в целом, в составе трубопровода. Сильфонный компенсатор 1 оборачивают теплоизоляционным материалом 8, предотвращающим потерю тепла при рабочих условиях эксплуатации, при этом устанавливают с запасом на компенсацию осевых перемещений сильфонного компенсатора 1 и прикрепляют к патрубкам 3 и 4 с помощью хомутов 17. По всей длине сильфонного компенсационного устройства прокладывают провода системы оперативно-дистанционного контроля 7 с запасом на компенсацию осевых перемещений сильфонного компенсатора 1. Провода 7 системы оперативно-дистанционного контроля прокладывают в пластиковом перфорированном кембрике (трубочке) для контроля потери герметичности. К гидрозащитной трубе-оболочке 5 прикрепляют гофрированный участок 9, неразъемно и герметично соединяют известным способом, например, сваркой встык, с образованием единой конструкции, и соединяют таким же образом с дополнительной гидрозащитной трубой-оболочкой 14. Гофрированный участок 9 позволяет производить осевые перемещения (растяжения, сжатия), компенсируя осевые перемещения трубы-оболочки трубопровода без нарушения герметичности. Для беспрепятственной деформации гофрированного участка 9 под поверхностью этого участка размещают теплоизоляцию из технического войлока 16 и прикрепляют к патрубку 4, не препятствующему изменению конфигурации гофрированного участка 9 гидрозащитной трубы-оболочки 5 и дополнительной трубы-оболочки 14. На патрубке 4 размещают опорные металлические кольца 12 с металлической обечайкой 13, охватывают дополнительной гидрозащитной трубой-оболочкой 14 и соединяют ее с гофрированным участком 9. Пространство между патрубком 4, опорными металлическими кольцами 12 и металлической обечайкой 13 заполняют пенополиуретановой изоляцией 15. Дополнительную гидрозащитную трубу-оболочку 14 жестко соединяют с полиэтиленовой термоусадочной муфтой 10. С другой стороны, термоусадочная муфта 10 свободно перемещается по трубе-оболочке 5. Гофрированный участок 9, неразъемно соединенный с гидрозащитными трубами-оболочками 5 и 14, отделяют от внешней среды при помощи полиэтиленовой термоусадочной муфты 10 и располагают поверх гофрированного участка 9. Полиэтиленовая термоусадочная муфта 10 исключает попадание грунта на гофры гофрированного участка 9.
Таким образом, использование предлагаемого сильфонного компенсационного устройства обеспечивает высокую работоспособность и надежность герметизации сильфонного компенсатора, что дает возможность использовать его в обводненных грунтах, позволяет использовать его на трубопроводах бесканальной, канальной и надземной прокладки, что существенно расширяет эксплуатационные возможности заявляемого компенсатора. В сравнении с прототипом, заявляемый сильфонный компенсатор обеспечивает более надежную компенсацию.