УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДА ОТ ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ
LIGHTENING PROTECTION DEVICE FOR PIPELINES

Настоящее изобретение относится к устройству защиты трубопроводов от грозовых разрядов, а точнее к устройству защиты трубопроводов, предназначенных для перемещения топлива в летательном аппарате.
Изобретение применяется, в частности, в случае летательных аппаратов, первичная структура и фюзеляж которых выполнены из композитных материалов, не проводящих или слабо проводящих электрический ток.
В случае летательного аппарата с фюзеляжем из композитного материала металлический трубопровод обладает большей проводимостью электрического тока, чем фюзеляж, и существует опасность распространения токов грозовых разрядов в металлических трубках, образующих топливные трубопроводы.
Таким образом, представляется необходимым сделать так, чтобы трубопровод обладал меньшей проводимостью электрического тока, чем фюзеляж.
Но в тоже время представляется необходимым сохранить электрическую неразрывность и замыкание на массу трубопровода для того, чтобы он не заряжался статическим электричеством.
Решение настоящего изобретения заключается во встраивании изоляционных или более резистивных, чем структура, частей в ходы топливных трубопроводов.
Если быть более точным, то в настоящем изобретении предлагается устройство защиты трубопроводов от грозового разряда, согласно которому трубопровод состоит из металлических трубчатых звеньев, соединенных друг с другом соединительными деталями; причем первая часть соединительных деталей является деталями, выполненными из пластического материала, а вторая часть соединительных деталей является металлическими деталями.
Предпочтительно, трубки трубопровода являются трубками с двойной оболочкой, содержащими концентрические внутреннюю трубку и внешнюю трубку; причем соединительные детали содержат внутреннюю деталь соединения двух внутренних трубок и внешнюю деталь соединения двух внешних трубок.
Если быть более точным, то по меньшей мере некоторые из соединительных деталей, выполненных из пластического материала, содержат средства ограничения, приспособленные для сохранения расстояния, которое предназначено для предотвращения образования электрической дуги между трубками, которые они соединяют.
Согласно одному способу практической реализации, изоляционные средства между трубками и соединительными деталями содержат электроизоляционные тороидальные уплотнения; причем устройство содержит средства электрического соединения по меньшей мере между некоторыми трубками и по меньшей мере между некоторыми соединительными деталями.
Согласно одному способу практической реализации, соединительные детали из пластического материала выполнены из пластического материала, содержащего изоляционный полимер и наполнитель из электропроводящего материала для того, чтобы обеспечить материалу достаточную электропроводимость для отведения статического электричества, накапливаемого трубками.
Наполнитель является, предпочтительно, наполнителем из углеволокна.
Согласно одному способу практической реализации изобретения, соединение звеньев осуществляется на уровне кронштейнов установки крепления на конструкции; причем первое звено размещается в металлической детали, а другое - в детали из пластического материала; причем упомянутые металлическая деталь и деталь из пластического материала соединены вместе.
Предпочтительно, металлическая деталь является соединительной частью, крепящейся к кронштейну для установки.
Предпочтительно, деталь из пластического материала содержит по меньшей мере одну муфту, которая крепится на соединительной части.
В случае трубопровода с двойной оболочкой деталь из пластического материала содержит внешнюю муфту и внутреннюю муфту; причем внутренняя муфта содержит первую часть, образующую насадку для размещения в ней конца внутренней трубки первого звена или удлинительной трубки упомянутой внутренней трубки, и вторую часть, образующую соединительную насадку внутренней трубки второго звена.
Согласно этому способу практической реализации, соединение образует смешанное металлопластиковое соединение.
Кроме того, изобретение относится к летательному аппарату, содержащему звенья металлического трубопровода и устройство защиты трубопроводов, согласно изобретению, для которого звенья трубопровода соединены первым из своих концов посредством изоляционной соединительной детали, а вторым из своих концов посредством проводящей электрический ток соединительной детали и электрически соединены с конструкцией для практического осуществления сегментов трубопровода, содержащего два звена, каждое из которых замкнуто на электрическую массу летательного аппарата; причем упомянутые сегменты электрически изолированы друг от друга.
Соединительные детали содержат электроизоляционные тороидальные уплотнения; причем средства электрического соединения, предпочтительно, расположены между трубками и металлическими соединительными деталями.
Согласно первому варианту, летательный аппарат может быть таким, который содержит звенья металлического трубопровода и устройство защиты трубопроводов, содержащее соединительные детали из пластического материала с наполнителем, для которого большинство звеньев трубопровода соединены посредством соединительных деталей из пластического материала с наполнителем; причем металлические соединительные детали, электрически соединенные с конструкцией, располагаются то в одном, то в другом месте для локального электрического соединения трубопровода с электрической массой летательного аппарата.
Предпочтительно, в данном случае металлические соединительные детали размещены приблизительно через каждые 15 метров трубопровода.
Согласно второму варианту, летательный аппарат содержит звенья металлического трубопровода и устройство защиты трубопроводов, содержащее проводящие электрический ток детали и изоляционные детали, для которого звенья трубопровода соединены первым из своих концов посредством изоляционных соединительных деталей, а вторым из своих концов посредством проводящих электрический ток соединительных деталей и электрически соединены с конструкцией для практического осуществления сегментов трубопроводов, каждое звено которых одним из своих концов соединено с электрической массой летательного аппарата, а другим из своих концов заизолировано; причем упомянутые сегменты электрически изолированы друг от друга.
Кроме того, изобретение относится к способу защиты от грозового разряда трубопроводов летательного аппарата, выполненных из множества трубчатых звеньев, соединенных друг с другом посредством соединительных деталей, отличающемуся тем, что первая часть соединительных деталей выполнена из материалов, не проводящих электрический ток, и вторая часть соединительных деталей выполнена из материала, проводящего электрический ток, а трубчатые звенья соединены друг с другом, чередуя проводящие электрический ток соединительные детали, которые электрически соединены с конструкцией летательного аппарата, и не проводящие электрический ток соединительные детали.
В соответствии с другим вариантом, способ представляет собой способ защиты от грозового разряда трубопроводов летательного аппарата, выполненных из множества трубчатых звеньев, соединенных друг с другом посредством соединительных деталей с высоким удельным электросопротивлением, приспособленных для устранения электростатических зарядов, согласно которому трубчатые звенья присоединяются к упомянутым соединительным деталям с высоким удельным электросопротивлением посредством соединительных оплеток и периодически располагается металлическая соединительная деталь замыкания на массу летательного аппарата каждые 10-20 метров трубопровода, предпочтительно приблизительно каждые 15 метров трубопровода.
Другие характеристики и преимущества изобретения станут лучше понятны в процессе изучения описания примера практической реализации изобретения, который не носит ограничительного характера, со ссылкой на фигуры чертежа, на которых:
- фиг.1 представляет собой вид в изометрии звена трубопровода между соединительными деталями;
- фиг.2 представляет собой вид сбоку соединений множества звеньев;
- фиг.3 представляет собой вид в изометрии сечения соединения звеньев согласно изобретению;
- фиг.4 представляет собой вид сбоку сечения детали соединения;
- фиг.5 изображает вариант практической реализации изобретения.
Настоящее изобретение описывается в рамках хода трубопроводов, обеспечивающих подачу керосина в часть летательного аппарата с избыточным давлением.
На фиг.1 изображено звено 1 такого трубопровода подачи керосина в летательном аппарате.
Речь идет о трубчатом звене, изготовленном из трубок, обладающих любым сечением - кольцевым или иным.
Данное звено на своих концах содержит соединительные детали А, позволяющие крепить трубопровод к деталям летательного аппарата, вдоль которых размещается трубопровод.
Пример, более детально изображающий звено трубок 2а, 2b и два отрезка звеньев 1а, 1b и 3а, 3b, представлен на фиг.2.
В соответствии с нормами безопасности, распространение топливных трубопроводов образовано трубками с двойной оболочкой 1а, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, т.е. трубка, по которой подается керосин 1b, 2b, 3b, защищена второй трубкой 1а, 2а, 3а, которая позволяет собирать возможные утечки и предотвращать внешнее неблагоприятное воздействие, в частности, огня.
Устройство согласно изобретению должно быть устойчивым к керосину, причем внешняя оболочка, кроме того, должна выдерживать температуру 1100°С в течение 5 минут.
Данная внешняя оболочка должна позволять отводить электростатические заряды металлической конструкции 30, 31 летательного аппарата, не допускать образования электрических дуг и обеспечивать использование существующих стандартных деталей.
Обычно внешняя трубка выполнена из алюминия, а внутренняя трубка - из титана.
Как отмечалось ранее, в случае летательного аппарата, изготовленного по большей части из композитных материалов, удельное электросопротивление конструкции является большим, в связи с чем металлические трубопроводы становятся возможными каналами для грозового разряда.
Технической задачей соединительных деталей согласно настоящему изобретению является создание препятствий, мешающих прохождению грозового разряда по трубопроводу.
Для того чтобы сделать это, некоторые соединительные детали - детали 4а, 4b и 51, показанные на фиг.2 - являются деталями, выполненными из изоляционного пластического материала.
Таким образом, имеются разрывы электрической неразрывности на уровне соединения звена, содержащего трубки 2а, 2b, и звена, содержащего трубки 3а, 3b.
Соединительные детали, изображенные в изометрии сечения на фиг.3, сохраняют их обычную механическую функцию соединения трубок.
Внутренняя деталь 51 соединяет внутренние трубки 1b и 2b, которые заканчиваются муфтами 10a, содержащими герметизирующие тороидальные уплотнители 9b.
Внутренняя деталь содержит упорный заплечик 8, который мешает трубкам приближаться друг к другу на расстояние меньше расстояния электрической изоляции, которое установлено действующими техническими условиями, в данном случае 25 мм длины поверхности изоляции постоянного тока для предотвращения образования стелющихся дуг.
Внешняя деталь в данном случае состоит из двух частей 4а и 4b, выполненных таким образом, чтобы соблюдалось минимальное расстояние в 10 мм воздушного пространства между внутренней деталью и внешними деталями.
Данная деталь, состоящая из двух частей, своими двумя концами принимает внешние трубки 1a, 2a; причем внешние трубки, в свою очередь, также снабжены концевыми насадками 10a с наружными тороидальными уплотнениями 9a для того, чтобы трубки могли скользить в соединительных деталях для компенсирования зазоров или увеличения объемов, сохраняя при этом требуемую герметичность.
Эти детали из пластического материала позволяют обеспечить механическое закрепление на конструкции при помощи средств крепления, таких как отверстия 7 и электрическая изоляция топливного трубопровода в одном из концов 2 звена.
На фиг.4 изображен вид в разрезе одной части соединения, позволяющий увидеть возможный угол отклонения трубок 1a, 1b относительно соединительных деталей.
Если вернуться к фиг.2, то на другом конце трубок соединительные детали 6a, 6b образованы металлическими деталями для того, чтобы позволить отведение электростатических зарядов.
Ввиду наличия тороидальных уплотнителей между трубками и соединительными деталями, электростатические заряды не могут отводиться к конструкции на уровне крепления трубок.
Для устранения данной проблемы предусмотрены средства электрического соединения, такие как металлические оплетки, приваренные на трубках и/или соединительных деталях или закрепленные на соединительных деталях путем установки с применением винтовой пары, для обеспечения электрической неразрывности, в частности, между соединительными деталями 6a, 6b и трубками 1a или между трубками и кронштейном крепления 32.
С учетом такой установки, в соответствии с которой два звена трубок вместе подсоединены на массу, но изолированы от других звеньев посредством электроизоляционных соединительных деталей, токи грозовых разрядов не могут проникнуть в топливную магистраль, поскольку трубопроводы с одной и другой стороны электропроводящего крепления изолированы от конструкции.
На уровне металлической соединительной детали металлизированные оплетки выполнены, например, из меди с защитным лужением.
Фиг.5 соответствует особенно приспособленному варианту изобретения, в соответствии с которым соединение звеньев осуществляется на уровне кронштейнов установки 32 крепления на конструкции 30.
Согласно этому варианту, первое звено размещается в металлической детали 35, а другое размещается в детали из пластического материала 36; причем металлическая деталь и деталь из пластического материала 35, 36 смонтированы вместе.
Металлическая деталь 35 в данном случае является соединением, которое крепится к кронштейну установки 32 посредством, например, крепежной пластины 39, привинчиваемой на кронштейне.
Данная металлическая деталь обеспечивает соединение первого звена и механическое крепление этого звена к конструкции.
Деталь из пластического материала 36 крепится на металлической детали и обеспечивает соединение второго звена. Для того чтобы сделать это, он содержит по меньшей мере одну муфту 36а, которая крепится на соединении 35.
В случае трубопровода с двойной оболочкой, содержащего внутреннюю трубку и внешнюю трубку, деталь из пластического материала содержит внешнюю соединительную муфту 36а внешней трубки и внутреннюю соединительную муфту 36b внутренней трубки.
Для соединения первой внутренней трубки и второй внутренней трубки внутренняя муфта 36b содержит первую часть, образующую насадку 37 размещения в ней конца внутренней трубки первого звена или удлинительной трубки 40 упомянутой внутренней трубки, и вторую часть, образующую насадку 38 соединения внутренней трубки второго звена.
Удлинительная трубка 40 полезна, в частности, когда используются внутренние и внешние трубки одинаковой длины и необходимо удлинить внутреннюю трубку для обеспечения непрерывности прохождения топлива.
В рамках изобретения представляется возможным закрепить удлинительную трубку в соединении 35, образованном металлической деталью, например, посредством втулки.
В этом случае втулка является, предпочтительно, металлической для соединения конца внутренней трубки первого звена с конструкцией и, таким образом, замыкания на массу летательного аппарата.
Для компенсирования разницы длины трубок в совокупности соединений используются устройства компенсирования зазора 41, 42 в виде трубчатых муфт с тороидальным уплотнением 43.
Со стороны первого звена, возможно, могут быть предусмотрены оплетки замыкания на массу для установки в обход устройства для устранения зазора и замыкания внутренних и внешних трубок на массу.
Согласно варианту, представленному на фиг.5, соединение образует смешанное металлопластиковое соединение.
Летательный аппарат содержит, таким образом, звенья металлического трубопровода и устройство защиты трубопроводов, для которого звенья трубопровода соединены первым из своих концов посредством изоляционных соединительных деталей, а вторым из своих концов посредством проводящих электрический ток соединительных деталей, и электрически соединены с конструкцией для практической реализации сегментов трубопровода, каждое звено которого замкнуто на массу летательного аппарата одним из своих концов и изолировано другим из своих концов; причем упомянутые сегменты электрически изолированы друг от друга.
Данный вариант позволяет полностью разделить на сегменты трубопровод из электропроводящего материала для препятствования любому прохождению токов грозового разряда и отвода при этом электростатических зарядов на уровне каждого звена.
Возвращаясь к стороне изоляционного соединения, изоляционные соединения выполнены, предпочтительно, из ПЭЭК (полиэфирэфиркетона), усиленного волокнами.
В том случае, когда одно из двух соединений является изоляционным, волокна не должны быть электропроводящими.
Согласно одному способу практической реализации, рассмотрено решение, в соответствии с которым соединения из пластического материала выполнены таким образом, чтобы обеспечивать электропроводимость, достаточную для отведения электростатических зарядов, образование которых обусловлено трением жидкости в трубках малого диаметра.
По своей природе ПЭЭК является очень изоляционным материалом, в связи с чем необходимо его наполнить электропроводящими волокнами, такими как углеволокно.
Для разницы необходимого удельного электросопротивления в случае летательного аппарата, изготовленного из композитных материалов, наполнение на 30% (по массе) углеволокном материала соединительной детали позволяет отводить электростатические заряды без опасности, что деталь будет способна проводить грозовой разряд.
Это позволяет осуществлять детали из пластического материала с высоким удельным электросопротивлением, которые остаются достаточно электропроводящими для отведения зарядов, накапливаемых на трубках, но и являются достаточно резистивными, чтобы не допустить прохождения грозовых разрядов.
С точки зрения механических аспектов деталей применение длинных волокон является предпочтительным.
Также, чем длиннее волокна, тем лучше электропроводимость.
И наоборот, длинные волокна труднее вводить в связи с тем, что они застревают или стопорят шпиндель с резьбой, вводящий ПЭЭК в прессформу.
Наполнение волокнами приблизительно 3-5 мм представляет собой величину, позволяющую решить проблему практической реализации детали, достаточно резистивной, чтобы не служить каналом для грозовых разрядов, но и достаточно электропроводящей для отведения электростатических зарядов.
После определения процентного содержания углеволокна и длины волокон остается убедиться, что материал останется однородным во время литья; причем часто можно встретить сгустки углеволокна, поскольку ПЭЭК чувствителен к изменениям температуры на фазе вязкий/жидкий.
Такое решение позволяет везде применять одинаковые соединительные детали.
Решением для практической реализации деталей является материал, который устойчив к жидкому топливу, и выбор падает на ПЭЭК, наполненный короткими волокнами.
Дозируя процентное содержание коротких волокон, достигаются требуемые огнеупорность, электропроводность/удельное электросопротивление и устойчивость к нагрузкам.
Изобретение предоставляет, таким образом, решение небольшой массы, которое обеспечивает защиту от токов грозовых разрядов и отведение электростатических токов.
Однако использование металлических соединительных деталей остается в данном случае обязательным ввиду технических условий конструктивного исполнения, в которых выдвигается требование замыкания трубопроводов на массу через каждые приблизительно 15 метров.
В данном случае и для соблюдения технических условий трубки малого диаметра будут по большей части соединены с соединительными деталями из пластического материала с наполнителем с высоким удельным электросопротивлением, и периодически, приблизительно через каждые 15 метров будет размещаться металлическая соединительная деталь замыкания на массу.