АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использована при сооружении поверхностных (подпочвенных) и глубинных анодных заземлений.
Известен анодный заземлитель для катодной защиты подземных металлических сооружений от коррозии, состоящий из металлического электрода и подсоединенного к нему провода токоввода, при этом утолщенная часть электрода анодного заземлителя имеет с торца шероховатое отверстие с выступами, заполненное химически стойким герметиком, а так же армирована металлическим стаканом, имеющим осевое отверстие, в котором металлическим клином соединяется провод токоввода с электродом, при этом осевое отверстие армированного стакана позволяет углубить контактный узел по центру электрода на заданную длину, кроме того выступающая из электрода часть стакана уменьшена в диаметре, что позволяет увеличить толщину герметика и получить шероховатое с выступами отверстие с помощью песчаных стержней при литье электрода [Описание полезной модели к патенту РФ №54949 от 07.12.2005, МПК C23F 13/00, опубл. 27.07.2006]. Таким образом обеспечивается эффективность работы заземлителя, уменьшается опасность разрушения хрупкого электрода заземлителя при производстве, транспортировке и монтаже на трассе, а также снижается трение провода токоввода о край электрода.
Недостатком данного технического решения является трудно поддающийся обработке материал корпуса, не допускающий непосредственного крепления присоединительной арматуры, а лишь через промежуточную закладную деталь, что делает конструкцию тяжелой, более сложной, удорожает производство заземлителя и создает дополнительные трудности с формированием цепочки из одиночных элементов.
Известен анодный заземлитель, содержащий полый литой металлический корпус в качестве электрода и подводящий кабель с наконечником, закрепленным внутри корпуса при помощи механического узла крепления, изолированного с наконечником подводящего кабеля от внешней среды, при этом корпус выполнен из высокопрочного чугуна, в стенке корпуса выполнено сквозное отверстие, причем узел крепления установлен в этом сквозном отверстии, а наконечник подводящего кабеля закреплен непосредственно на внутренней поверхности корпуса [Описание полезной модели к патенту РФ №85486 от 13.03.2009, МПК C23F 13/00, C23F 13/08, C23F 13/20, опубл. 10.08.2009]. Заземлитель имеет более совершенную (простую и технологичную) конструкцию, что позволяет снизить стоимость его производства, а также имеет увеличенную прочность, что повышает его надежность и ресурс (срок эксплуатации).
Недостатком данного технического решения является сложность изготовления корпуса из-за наличия в нем дополнительного сквозного отверстия. Использование болтового соединения с неконтролируемой затяжкой может вызвать напряжение в месте стягивания деталей и, как следствие, привести к растрескиванию электрода. Кроме того возникают сложности с изолированием внешней части болта.
Задача, на решение которой направлена полезная модель и достигаемый технический результат заключаются в расширении арсенала таких средств электрохимической защиты, как анодные заземлители, которые имеют простую конструкцию, обладают повышенной надежностью контактных узлов и повышенной эксплуатационной надежностью. Использование в конструкции электродов соответствующих материалов позволяет снизить вес заземлителя, что дает возможность осуществлять его монтаж с минимальным привлечением средств механизации.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в анодном заземлителе, включающем провод токоввода и подсоединенный к нему, по меньшей мере, один металлический электрод, выполненный в виде полой сквозной или глухой трубы, контакт провода токоввода с электродом осуществляется посредством, по меньшей мере, одного упругого элемента.
Кроме этого:
- внутренняя полость электрода, по меньшей мере, в месте расположения упругого элемента и его контакта с проводом токоввода, заполнена электроизолирующим герметизирующим составом;
- торцы электрода герметизированы термоусаживаемыми материалами;
- внутренняя полость электрода, по меньшей мере, в месте расположения упругого элемента и его контакта с проводом токоввода, заполнена токопроводящим составом, а по его торцам - электроизолирующим герметизирующим составом и/или торцы электрода герметизированы термоусаживаемыми материалами;
- внутренняя полость электрода дополнительно содержит слой электропроводящего материала;
- все металлические электроды расположены на одном проводе токоввода последовательно, при этом токопроводящая жила провода токоввода выполнена цельной по длине;
- металлический электрод выполнен из высококремнистого чугуна;
- металлический электрод выполнен из сплава на основе магнетита.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где:
- на фиг.1 показан общий вид анодного заземлителя с электродом в виде сквозной трубы;
- на фиг.2 - тот же заземлитель фиг.1 с электродом в виде глухой трубы;
- на фиг.3 показана цепочка заземлителей с цельной по длине токопроводящей жилой;
Анодный заземлитель включает провод 1 токоввода и подсоединенный к нему, по меньшей мере, один металлический электрод 2, выполненный в виде полой сквозной или глухой трубы (в которую продет провод 1 токоввода), при этом контакт провода 1 токоввода с электродом 2 осуществляется посредством, по меньшей мере, одного упругого элемента 3, типа винтовой пружины сжатия (см. поз.3), пружинящей разрезной втулки, различных упругих лепестков и т.д. (условно не показаны).
Внутренняя полость 4 электрода 2, по меньшей мере, в месте расположения упругого элемента 3 и его контакта 5 с проводом 1 токоввода, заполнена электроизолирующим герметизирующим 6 или токопроводящим 6' составом. В случае с последним, по его торцам (условно не показаны) во внутреннюю полость 4 также заливают электроизолирующий герметизирующий состав 6 и/или торцы 7 электрода 2 герметизируют термоусаживаемыми материалами, выполненными в виде, например, герметичных муфт 8.
Для компенсации разницы температурного расширения корпуса электрода 2 и электроизолирующего герметизирующего состава 6, возникающего в период эксплуатации заземлителя, во внутреннюю полость 4 электрода 2 до заливки герметизирующего состава 6 может устанавливаться планка-компенсатор 9, выполненная, например, из стиропора.
Во всех случаях торцы 7 электрода 2 могут быть герметизированы термоусаживаемыми материалами в виде герметичных муфт 8, а поверхность его внутренней полости 4 может дополнительно содержать слой 10 электропроводящего материала, типа меди, свинца и т.д. - для уменьшения шероховатости поверхности и улучшения электрического контакта между упругим элементом 3 и внутренней поверхностью электрода 2.
В случае изготовления цепочки из заземлителей все металлические электроды 2 располагают на одном проводе 1 токоввода последовательно, при этом токопроводящая жила 11 провода 1 токоввода выполнена цельной по длине.
Металлический электрод 2 заземлителя может быть выполнен из высококремнистого чугуна (ферросилида, железокремнистого сплава) или из сплава на основе магнетита.
Проанализируем существенные признаки полезной модели.
Особенностью конструкции заземлителя является контакт провода 1 токоввода с электродом 2, который осуществляется посредством упругого элемента 3, такого, например, как винтовая пружина сжатия или ей подобного - см. фиг.1 и фиг.2. Использование пружины позволяет обеспечить снижение массы изделия, а также гарантированный и, практически одинаковый для всех заземлителей, контакт соединения - за счет ее прогнозируемых упругих свойств. Внутренняя полость 4 электрода 2, по меньшей мере, в месте расположения упругого элемента 3 и его контакта 5 с проводом 1 токоввода, заполнена электроизолирующим герметизирующим 6 или токопроводящим 6' составом.
Токопроводящий состав 6' используется для улучшения контакта провода 1 токоввода с электродом 2, т.е. для снижения переходного сопротивления. При этом сохраняется герметичность внутренней полости 4 электрода 2, которая обеспечивается «пробками» из электроизолирующего герметизирующего состава 6, установленными по торцам фрагмента из токопроводящего состава 6'. Вместо «пробок» из электроизолирующего герметизирующего состава 6 или вместе с ними торцы 7 электрода 2 можно герметизировать термоусаживаемыми материалами, которые после соответствующей термообработки образуют надежные герметичные муфты 8
Таким образом, становится возможным применять заземлитель в любых природных и геологических условиях с одинаковой надежностью получения проектных эксплуатационных характеристик и выдерживанием продекларированного производителем срока его полезного использования.
Учитывая сложные природные и геологические условия, в которых происходит эксплуатация заземлителя торцы 7 электрода 2 дополнительно герметизируют термоусаживаемыми материалами в виде герметичных муфт 8. Это повышает степень герметичности и без того герметичного пространства внутренней полости 4 электрода 2, при этом обеспечивается высочайшая степень электроизоляции всех контактных соединений.
Поверхность внутренней полости 4 электрода 2 дополнительно содержит слой 10 электропроводящего материала типа меди, свинца и т.д., что позволяет, во-первых, уменьшить шероховатость и скрыть дефекты формы, полученной, как правило, литьем, поверхности, а во-вторых, улучшить электрический контакт соединения за счет возможности его деформирования упругим элементом 3, таким, например, как жесткая винтовая пружина сжатия из высокоэлектропроводной бериллиевой бронзы.
В случае использования цепочки из одиночных анодных заземлителей, все электроды 2 располагают на одном проводе 1 токоввода последовательно, при этом токопроводящая жила 11 провода 1 токоввода остается физически и электрически цельной на всей длине. Это обеспечивает минимальное количество контактных соединений в изделии, а, следовательно, увеличивает его эксплуатационную надежность. При этом следует отметить, что при горизонтальном расположении заземлителя длина такой цепочки может иметь практически неограниченную длину. При вертикальном расположении длина цепочки ограничена максимально возможной массой одиночных блоков, которую может выдержать провод 1 токоввода.
Металлический электрод 2 может быть выполнен из любого материала, например из высококремнистого чугуна (ферросилида), но наибольший эффект проявляется при применении магнетита, обладающего низкой скорость анодного растворения, порядка 0,02 кг/(А∗год). При использовании магнетита вес электрода не превышает 6-8 кг (без учета массы кабеля), при этом срок службы составляет более 30 лет (при токовой нагрузке не более 6 А на один электрод 2). Такая масса позволяет производить монтаж заземлителей даже вручную.
Сооружение поверхностного анодного заземления на базе заземлителя предусматривает установку изделия в скважину или траншею ниже глубины промерзания грунта. Прианодное пространство заземлителя рекомендуется заполнять коксо-минеральным активатором.
Сооружение глубинного анодного заземления на базе настоящего заземлителя предусматривает установку изделия в скважину на глубину расположения слоев грунта с минимальным электрическим сопротивлением. В одну скважину может быть установлено несколько цепочек заземлителей. Прианодное пространство скважины заполняют, например, местным грунтом, глиняно-соляным раствором, коксо-минеральным активатором и т.д. Это так называемые глубинные анодные заземления «закрытого типа».
Второй тип монтажа глубинных анодных заземлений - это анодные заземления «открытого» типа, устанавливаемые в скважинах, имеющих на определенной глубине грунтовые воды, используемые в качестве токопроводящей среды.
После этого производят подключение заземлителей к станции катодной защиты.
Все работы по установке заземлителей производятся в соответствии с проектом электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии.
В результате использования полезной модели были созданы очередные анодные заземлители, которые имеют простую конструкцию, обладают повышенной надежностью контактных узлов и повышенной эксплуатационной надежностью. Использование в конструкции электродов соответствующих материалов позволило снизить вес заземлителя, что дало возможность осуществлять его монтаж с минимальным привлечением средств механизации.