Устройство для изоляции отвода трубопровода

Полезная модель относится к теплоизоляционным изделиям, которые предназначены для изоляции отводов (колен) трубопроводов различной конфигурации.
Отвод (колено) это отрезок трубы, выполненный фабричным способом и предназначенный для изменения направления трубопровода (существуют отводы на 30, 45, 60, 90, 120 и 150 градусов).
Предлагаемое изделие устройство предназначено для осуществления качественного и быстрого монтажа теплоизоляции из волокнистой (минеральной, керамической) ваты (плотностью свыше 10 кг/м3), а также из гибких вспененных полимерных материалов на соответствующие отводы (колена) трубопроводов.
Из существующей практики известны следующие методы теплоизоляции трубных отводов (колен) минеральной ватой и вспененными полимерными материалами такими как, например, полиэтилен, каучук:
1) Набивка ватой пространства между трубопроводом и поверхностным стальным кожухом.
2) Послойная намотка узкими матами (лентами) из минеральной ваты с промежуточным крепежом проволокой и последующей изоляцией металлическим кожухом, фольгой, стеклотканью или стеклопластиком.
3) Послойная обмотка теплоизоляционными шнурами из минеральной ваты и последующей изоляцией металлическим кожухом, фольгой, стеклотканью или стеклопластиком
4) Установка сегментов, вырезанных из теплоизоляционных цилиндров под определенными углами, с последующей изоляцией металлическим кожухом, фольгой, стеклотканью или стеклопластиком.
5) Обмотка трубных колен лентами из вспененных полимерных материалов
6) Установка фабричных теплоизоляционных колен объемной формовки
7) Установка гибких теплоизоляционных трубок из вспененных материалов с последующей подрезкой и склеиванием
8) Изоляция колен/отводов гибкими теплоизоляционными матами с подрезкой по месту и последующим склеиванием стыков.
Из уровня техники известна защитная оболочка теплоизоляции отводов трубопроводов. Теплоизоляцию охватывают две пластмассовые полуформы на продольных опорных кромках которых выполнены соответственно элементы защелкивающегося шпунтового соединения в виде канавок и размещенных в них выступов. На наружных стенках выступов и канавок отформованы входящие в взаимное зацепление соответственно штыри и косые пазы. Канавки и выступы размещены с чередованием на половине длины каждой кромки полуформы. Все элементы шпунтового соединения расположены зеркально симметрично (RU 2000514 C1, F16L 59/16, 07.09.1993).
Из уровня техники известно устройство для теплоизоляции фасонного изделия, включающее теплоизоляционное покрытие, в котором толщина теплоизоляционного покрытия увеличивается с увеличением радиуса изгиба трубы (RU 111243 U1, F16L 59/16, 10.12.2011).
Известен сегмент теплоизоляции, выполненный из волокнистого материала, который представляет собой объемное тело, состоящее из основной части, выполненной из волокнистого теплоизоляционного материала, и присоединенной к ней, по меньшей мере, одной торцевой части, также выполненной из волокнистого теплоизоляционного материала, но обладающего большей степенью сжимаемости и/или меньшей плотностью по отношению к материалу основной части (RU 138052 U1, F16L 59/14, 27.02.2014).
Известно устройство теплоизоляции, включающей установку композитных скорлуп в качестве покрытия на трубы и соединительные детали, скрепление их бандажами и защиту соединительных швов. Причем в качестве теплоизоляции труб и деталей технологических трубопроводов применяется вспененный каучук в виде трубок или рулонов, который устанавливают в несколько слоев в зависимости от необходимой толщины теплоизоляции, при этом для теплоизоляции соединительных деталей применяют сегменты или секции, швы теплоизоляции проклеивают клеем, а в качестве защитной оболочки применяют кожух из оцинкованной стали, при этом кожух закрепляют с использованием самонарезающих винтов (RU 2530985C2, F16L 59/14, 20.10.2014).
Известно теплоизоляционное изделие, содержащее бандажные элементы и теплоизолирующие элементы удлиненной формы, заключенные в оболочку, которая закрывает боковые поверхности удлиненных элементов и состоит из двух гибких листов, один из которых размещен на боковых поверхностях теплоизолирующих элементов, противоположных поверхностям, обращенным к изолируемому объекту, а другой размещен на остальных боковых поверхностях удлиненных элементов, отличающееся тем, что гибкие листы соединены в промежутках между изолирующими элементами прямыми отрезками металлической проволоки, расположенными ортогонально бандажным элементам, при этом соединение гибких листов выполнено в виде стежек, стежки которых имеют одинаковую длину и равномерно чередуются на обеих поверхностях стежек (RU 97802 U1, F16L 59/02, 20.09.2010).
В качестве наиболее близкого аналога можно принять теплоизоляционную скорлупу для изоляции отводов трубопровода, которая выполненная изогнутой формы с разными радиусами вогнутого и выпуклого участка, причем с целью изоляции отводов с разными радиусами изгиба, радиус вогнутого участка больше радиуса выпуклого участка, а концы скорлупы выполнены в виде раструба (SU 588445, F16L 59/14; F16L 59/16, 15.01.1978).
Недостатком наиболее близкого аналога является недостаточная аппроксимация изделием поверхности отвода, вследствие чего образуются полости, которые дополнительно заполняются минеральной ватой.
Использование предлагаемого теплоизоляционного отвода позволит сократить время монтажа, повысить качество теплоизоляционной конструкции, соответственно, улучшить энергоэффективность теплоизоляционной конструкции.
Технический результат заключается в сокращении времени монтажа при одновременном повышении степени аппроксимации поверхности отвода.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для изоляции отвода трубопровода включает теплоизоляционный слой и соединенный с ним защитный внешний слой, при этом в плане устройство имеет форму части кольца, причем упомянутая часть кольца имеет две прямолинейные стороны и две криволинейные стороны и, одна из которых выполнена по меньшему радиусу, а другая по большему радиусу.
Угол между прямолинейными сторонами составляет менее 90°.
Устройство в плане имеет форму сектора кольца.
Устройство для изоляции в плане имеет форму усеченного сектора кольца.
Усеченный сектор образован вычитанием из сектора кольца двух угловых частей, имеющих две прямолинейные, сходящиеся под углом стороны и одну соединяющую их криволинейную сторону.
Размер угла угловой части составляет не более 15°.
Теплоизоляционный слой изготовлен из волокнистой теплоизоляции плотностью свыше 10 кг/м3, например, из минеральной или керамической ваты.
Защитный внешний слой включает слой фольги, предпочтительно, фольги кашированной внешним полимерным слоем.
Защитный слой выполнен из композитного материала, предпочтительно, из материала, включающего стекловолокно.
Теплоизоляционный слой изготовлен из гибкого вспененных полимерных материалов, например, вспененного каучука или вспененного полиэтилена.
Устройство имеет напуск защитного внешнего слоя, расположенный на криволинейной стороне устройства.
Устройство поясняется чертежами.
На Фиг. 1 изображен изометрический вид.
На Фиг. 2 отвод на 90° (вид сбоку), штрих-пунктирными линии показаны контуры для аппроксимации внешней поверхностью устройства.
На Фиг. 3 Вид А на Фиг. 2; штрих-пунктирными линии показаны контуры для аппроксимации внешней поверхностью устройства.
На Фиг. 4 Вид на устройство в плане для отвода на 90° в виде сектора кольца
На Фиг. 5 Вид на устройство в плане для отвода на 90° в предпочтительном варианте выполнения - в виде усеченного сектора кольца.
На Фиг. 6-9 этапы монтажа устройства на отвод 90° (изометрические виды).
На Фиг. 10 построение контуров устройства в плане для отвода на 90°.
На Фиг. 11 построение контуров устройства в плане для отвода на 30°.
На Фиг. 12-13 устройство с напуском для перекрытия стыков устройств.
Устройство для изоляции отвода трубопровода включает теплоизоляционный слой 1 и соединенный с ним защитный внешний слой 2, при этом в плане устройство имеет форму части кольца, причем упомянутая часть кольца имеет две прямолинейные стороны 3 и две криволинейные стороны 4 и 5.
Одна из сторон 4 выполнена по меньшему радиусу Rм.к. кольца, при этом другая сторона 5 выполнена по большему радиусу Rб.к. кольца (по меньшей и большей дугам соответственно).
Теплоизоляционный слой 1 изготовлен из волокнистой теплоизоляции плотностью свыше 10 кг/м3, например, из минеральной или керамической ваты. Теплоизоляционный слой может быть также изготовлен из гибких вспененных полимерных материалов, например, вспененного каучука или вспененного полиэтилена.
Защитный внешний слой 2 включает слой фольги, предпочтительно, фольги кашированной (ламинированной) внешним полимерным слоем или усиленной полимерной сеткой (условно не показаны).
Либо защитный слой выполнен из композитного материала, предпочтительно, из материала, включающего стекловолокно, например, из стеклоткани.
Учитывая используемые теплоизоляционные материалы, особенно минероватные, а также технологию изготовления, размеры устройства могут отличаться от «проектных», что обусловлено погрешностями и допусками, которые присутствуют при изготовлении большинства изоляционных строительных изделий. Так, например, возможны некоторые отклонения от прямолинейности сторон, отклонения в длинах и радиусах размерах.
Допуски и погрешности могут быть довольно значительными, в связи с тем, что при изготовлении данного устройства не требуется повышенная точность, поскольку края устройства сминаются для обеспечения плотности его стыка с аналогичными устройствами и элементами изоляции прямолинейных участков труб.
Устройство для изоляции в плане может иметь форму сектора кольца (Фиг. 4). На Фиг. 4 показано устройство в виде обычного (неусеченного) сектора 7 кольца с углом 90° между его прямолинейными (радиальными) сторонами.
Однако для лучшей аппроксимации внешней поверхности отвода, предпочтительно, что устройство имеет форму усеченного сектора кольца 8 (Фиг. 5).
Предпочтительно, что усеченный сектор кольца 8 образован вычитанием из сектора кольца с каждой боковой стороны двух равных угловых частей 9 и 10 (заштрихованы на Фиг. 10, 11).
Вычитание угловых частей 9, 10 и преобразование сектора кольца в усеченный сектор производится для обеспечения параллельности торцов смонтированного устройства торцам трубного колена.
Каждая из двух вычитаемых угловых частей, имеет две прямолинейные, сходящиеся под углом стороны, соответствующие прямым DY и DF (либо СН и СХ) и одну соединяющую их криволинейную сторону YF (либо ИХ).
Для построения выкройки устройства используется угол α, необходимый для вычисления местоположения точек F и H лежащих на криволинейной стороне большего радиуса (ФИГ 10, 11).
α/2 - углы, между радиальными прямыми (углы DOF и СОН на ФИГ 10, 11)
Размер угла α составляет 9-29° и может быть найден для каждого отдельного типа отвода эмпирическим путем или, что предпочтительно, по формулам, выведенным в процессе разработки устройства, представленным ниже.
Угол α зависит от разных параметров отвода, таких как толщина изоляции, стенки отвода, условного диаметра отвода и радиуса его изгиба.
Для определения угла α, можно использовать формулу подобия:
α=γ*(1-Lб.к./Lб.p.), где
γ - угол отвода, равный 30, 45, 60 или 90 градусов.
Lб.p. - расчетный периметр (длина большей дуги) начальной заготовки (неусеченного сектора кольца, ФИГ. 4) по большему радиусу Rб.к, которая вычисляется с помощью формулы дуги окружности:
Lб.p.=2π*Rб.к./(360°/γ).
Lб.к. - периметр (длина большей дуги) усеченного сектора кольца (Фиг. 5), которая вычисляется из условия равенства протяженности смонтированного на трубном колене изделия по наибольшей длине (дуге fh на ФИГ. 2), определяемая по формуле:
Lб.к.=2π*(Ru.o.+Dy/2+t+S)/(360°/γ).
Каждая из упомянутых угловых частей 9 и 10 с одной стороны ограничена прямолинейной боковой стороной (шириной) YD исходной заготовки - неусеченного сектора кольца, а с другой прямой FD, проведенной от точки F, найденной с помощью угла α, к точке D на пересечении дуги малого радиуса неусеченного сектора кольца и его прямолинейной стороны.
Размер ширины кольца Нк. усеченного сектора кольца должен позволять обернуть половину периметра отвода по его разрезу перпендикулярно осевому проходу отвода.
а
Таким, образом для того чтобы охватить половину отвода, ширина кольца Нк. должна соответствовать длине дуги аппроксимации Lab проведенной от точки  к точке b (показана штрих-пунктирной линией на Фиг. 3).
Размер Нn - длина каждой прямолинейной стороны 3 усеченного сектора кольца 8 примерно равен ширине усеченного сектора кольца Нn≈Нк вследствие их незначительных угловых отклонений (угол β<5°; ФИГ. 10, 11) возникающих после вычитания угловых частей 9 и 10 из сектора кольца 7.
2
Дуга аппроксимации ab условно проведена из центра О поперечного сечения отвода (Фиг. 2) по радиусу Rab равному сумме внешнего радиуса отвода Rвн.от. и толщины S теплоизоляционного слоя 3 устройства;
Rab=Rвн.от.+S.
Вследствие малой толщины внешнего защитного слоя 2 ей можно пренебречь.
Исходя того, что ширина Нк. усеченного сектора кольца равна длине дуги Lab можно вычислить с помощью формулы длины дуги окружности:
Hк.=Lab=2π Rab*n/360°
n=180° - угол дуги аппроксимации ab,
Таким образом Нк.=Lаb=π Rab
Нк.=π (Rвн.от.+S)
Rвн.от.=Dy./2+t,
где Dy- условный диаметр отвода,
t-толщина стенки отвода.
Таким образом, Нк.=Lаb=π (Dy./2+t+S)
При этом малый радиус Rм.к. сектора кольца отвода можно определить выражением, следующим образом.
Меньший радиус Rм.к. криволинейной стороны 4 (малой дуги) принимается равным радиусу условной дуги аппроксимации cd, т.е. Rм.к.=Rcd (см. Фиг. 2)
Таким образом, значение Rм.к. можно определить выражением:
Rм.к.=Rcd=Ru.o.-0,5Dy.-t-S
где Ru.o. - осевой радиус изгиба отвода
Dy. - условный проход отвода
t - толщина стенки отвода
S- толщина устройства
Больший радиус Rб.к. усеченного сектора кольца отвода можно определить выражением:
Rб.к.=Rм.к.+Hк
Крайние значения углов α можно определить, используя крайние размеры отводов на 30 и 90 градусов
Для устройства на трубное колено 90° Dy=100 мм, радиус изгиба отвода Ru.o.=150 мм, толщина стенки отвода t=4 мм, толщина изоляции S=50 мм, будут получены следующие данные для изготовления:
Нк=π (Dy./2+t+S)=3,14*(50+4+50)=327 мм
Rм.к.=Ru.o.-0,5Dy.-t-S=150-50-4-50=48 мм
Rб.к.=Rм.к.+Hк=327+48=375 мм
Lб.p.=2π*Rб.к./(360°/γ)=3,14*375/2=589 мм
Lб.к.=2π*(Ru.o.+Dy/2+t+s)./(360°/γ)=3,14*(150+100/2+4+50)/2=399 мм
α=γ*(1-Lб.к./Lб.p.)=90°*(1-399/589)=29°
Для устройства на трубное колено 30° Dy=100 мм, с радиусом изгиба отвода Ru.o.=150 мм, толщина стенки отвода t=4 мм, толщина изоляции S=50 мм, получены следующие данные для изготовления:
Нк=π (Dy./2+t+S)=3,14*(50+4+50)=327 мм
Rм.к.=Ru.o.-0,5Dy.-t-S=150-50-4-50=48 мм
Rб.к.=Rм.к.+Hк=327+48=375 мм
Lб.p.=2π*Rб.к./(360°/γ)=3,14*375/6=196 мм
Lб.к.=2π*(Ru.o.+Dy/2+t+s)/(360°/γ)=3,14*(150+100/2+4+50)/2=133 мм
/
α=γ*(1-Lб.к./Lб.p.)=30°*(1-133/196)=9°39
Устройство монтируют следующим образом. При монтаже используют два одинаковых устройства, которые накладывают на отвод сверху (ФИГ. 6-9). Далее криволинейные стороны 5 выполненные по большему радиусу Rб.к, кольца (по большим дугам) устройств постепенно соединяются и фиксируются по траектории наибольшей протяженности (верхней линии) отвода, причем сначала соединяются концевые части сторон, а затем все внутренние части. После соединения устройств вверху отвода производят соединение сторон по меньшим радиусам Rб.к. (по меньшим дугам)
Таким образом, конструкция, смонтированная на отводе, состоит из двух описанных устройств, соединенных между собой.
При этом устройства с теплоизоляционными слоями 3 из вспененных полимеров могут быть состыкованы посредством клея, а изделия из минеральной и керамической ваты соединяются за счет скрепления покровных материалов защитного внешнего слоя 2 механическим путем посредством скрепок, скоб, клейких лент 11 (Фиг. 9) и т.п..
Устройства изготавливают следующим образом.
Устройства вырезают из теплоизоляционного мата, например, минераловатного с покровным защитным внешним слоем 2 из фольги, стеклохолста, стеклоткани или стеклопластика. В случае с усеченным сектором получают элементы (устройства) с конфигурацией, позволяющей после состыковки полностью закрыть всю поверхность отвода без зазоров и щелей с максимальной аппроксимацией поверхности отвода.
Количество используемых элементов (устройств) зависит от типоразмера и конфигурации отвода. В большинстве случаев хватает двух одинаковых, расположенных симметрично элементов (ФИГ. 6-9), которые, в свою очередь, для удобства производства, монтажа и транспортировки могут состоять из нескольких субэлементов.
В результате сборки получается объемный элемент, практически полностью повторяющий с внутренней стороны (прилегающей к поверхности трубы) форму трубного отвода (колена).
Один или оба элемента могут иметь напуски 12 защитного внешнего слоя 2 с криволинейных сторон для перекрытия стыков устройств.
Данные устройство можно поставлять потребителю как в виде плоских элементов, так и в виде предварительно собранных, и соединенных между собой по более длинным криволинейным сторонам 5. При этом криволинейные стороны 4 элементов не соединяются для возможности монтажа на трубные отводы. В этом случае потребителю после установки изделия на соответствующий отвод остается соединить элементы по криволинейным сторонам 4.
Вместе с тем, следует отметить, что представляемое устройство не может рассматриваться как изделие, в точности повторяющее геометрические формы отвода.
Однако имеющиеся расхождения размеров (непараллельность торцов изоляции, возможные воздушные карманы, различие внутреннего диаметра и т.п.) столь малы, что ими возможно пренебречь, т.к. они не в состоянии оказать негативное влияние на физико-механические и потребительские свойства изделия, в связи со сжимаемостью исходного материала (мата) из которого они изготовлены.