УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАВНОМЕРНОГО ОБЖАТИЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ СТЫКОВЫХ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Техническое решение относится к области гидроизоляции стыковых соединений протяженных конструкций из стержневых элементов путем их герметизации, выполняемой при сооружении различных объектов в строительстве, например, металлических колонн, конструкций из труб, а также в других областях техники - для предотвращения коррозии, снижения теплопотерь в месте стыка, исключения попадания на конструкцию в месте защищаемого стыка агрессивных агентов и т.п.
Известно устройство для гидроизоляции стыковых соединений конструкций замкнутого поперечного сечения, выполненное в виде оболочки замкнутого поперечного сечения из термоусадочного полимерного материала, по периметру концов которой расположены электронагревательные элементы - перфорированные медные полосы (патент RU 2145688, 2000 г.).
Из известных наиболее близким является устройство для гидроизоляции стыковых соединений выполнено в виде укладываемого на термопластичную оболочку между соединяемыми элементами в зоне их стыка и изогнутого по форме соединяемых элементов электронагревателя плоской формы в виде предварительно подвергнутой пескоструйной обработке стальной проволоки, которой придана, по крайней мере, на части ее длины, периодическая форма, преимущественно синусоидальная или зигзагообразная, причем электронагреватель образован двумя электрически параллельно соединенными участками проволоки и имеет выпуски для соединения с источником электрического тока, подключенные к параллельно соединенным участкам таким образом, что разность омических сопротивлений этих участков не превышает 5% от омического сопротивления одного из них, причем устройство содержит бандажную ленту и средство ее натяжения (патент RU 171308 U1, 29.05.2017 г.).
Известное решение в должной мере не обеспечивает требуемой равномерности прилегания оболочки к поверхности изолируемого участка в связи с невозможностью равномерного воздействия сжимающего оболочку усилия по всему периметру ее нагрева.
Задачей настоящего технического решения является создание средства, обеспечивающего равномерное распределение сжимающего оболочку усилия по всему периметру ее нагрева с учетом ширины нагреваемой зоны.
Технический результат - повышение долговечности и прочности стыкового соединения за счет обеспечения равномерного распределения сжимающего термопластичную оболочку контролируемого усилия по всему периметру ее нагрева в процессе сварки.
Достигается это тем, что устройство для равномерного обжатия гидроизоляции стыковых кольцевых соединений, используемое с уложенным на термопластичную оболочку между соединяемыми элементами в зоне их стыка и изогнутым по конфигурации периметра соединяемых элементов электронагревателем плоской формы - содержит размещенную на ленте из антифрикционного материала бандажную прижимную ленту из арамидного материала, предпочтительно тефлонового скотча, ширина которой превышает ширину электронагревателя, пропущенную с образованием охватывающей термопластичную оболочку в зоне размещения электронагревателя петли через натяжные ролики, имеющего цифровой манометр гидравлического средства натяжения с храповым механизмом стопорения бандажной прижимной ленты и расположенную между ветвями ленты опору, рабочая поверхность которой обращена к термопластичной оболочке. При этом устройство применимо для электронагревателей в виде стальной проволоки, зигзагообразно изогнутой по ширине электронагревателя по кривой, преимущественно, периодической формы, или для электронагревателей в виде плоской ленты из электропроводящего материала. А ширина ленты из арамидного материала превышает ширину электронагревателя не менее, чем в два раза, причем продольные оси симметрии электронагревателя и бандажной прижимной ленты расположены в одной плоскости.
Существенность признаков технического решения определяется их влиянием на возможность реализации их совокупностью указанного технического результата, т.е. причинно-следственной связью с ним. Так, устройство для равномерного обжатия гидроизоляции стыковых кольцевых соединений предназначено для использования в ограниченной области соединений, содержащих уложенный на термопластичную оболочку между соединяемыми элементами в зоне их стыка и изогнутый по конфигурации периметра соединяемых элементов электронагреватель плоской формы, предпочтительно в виде стальной проволоки, зигзагообразно изогнутой по ширину электронагревателя по кривой периодической формы или ленты из электропроводящего материала. Эти признаки характеризуют область соединений, в которой может быть получен технический результат и являются характеристикой назначения устройства. Само устройство содержит размещенную на ленте из антифрикционного материала, предпочтительно тефлонового скотча, бандажную прижимную ленту из арамидного материала, что исключает сдвиг материала термопластичной оболочки при напряжении арамидной прижимной ленты, материал которой (кевлар) допускает без какой-либо тепловой и линейной деформации ее работу при температурах плавления материала оболочки, что обеспечивает равномерность распределения передаваемой на него нагрузки по всему периметру. Арамид, имея значительный коэффициент трения, не является антифрикционным материалом, а лента из него, имея текстильное плетение, повышает трение (сцепление). Выбор ширины прижимной ленты, превышающей ширину электронагревателя, обеспечивает равномерное по периметру прижатие краев оболочки, исключающее возможность ее отслоения по ширине. Для равномерности распределения нагрузки решена задача снижения трение между ремнем и муфтой путем наклейки на муфту (под ремень) тефлонового скотча, что снизило коэффициент трения от 1,5 до 2 раз и позволило добиться равномерной нагрузки. Наличие петли, охватывающей электронагреватель, запасовка ее через натяжные ролики гидравлического средства натяжения, имеющего храповой механизм стопорения бандажной прижимной ленты и расположенную между ветвями ленты опору, рабочая поверхность которой обращена к термопластичной оболочке и тем самым перекрывает «мертвую зону» сжимающей нагрузки - обеспечивает равномерность приложения и поддержания по всему периметру сжимающей нагрузки так же в связи и с тем, что коэффициент удлинения бандажной прижимной ленты из арамидного материала при действующих нагрузках практически равен нулю и храповой механизм обеспечивает стабильность действующей нагрузки в течение всего времени ее приложения. При этом для обеспечения равномерности распределения сжимающей нагрузки по площади, предпочтительно, чтобы ширина ленты из арамидного материала превышала ширину электронагревателя не менее, чем в два раза, причем продольные оси симметрии электронагревателя и бандажной прижимной ленты должны быть расположены в одной плоскости. Применение гидравлики с высокоточным цифровым манометром позволяет поддерживать постоянное усилие обжима на протяжении всего процесса сварки, (давление в процессе сварки падает).
На фиг. 1-4 схематично представлены этапы проведения работ по гидроизоляции стыковых соединений трубчатых элементов.
На фиг. 5 - поперечное сечение по гидроизолированному стыку.
На фиг. 6 - представлен пример выполнения нагревательного элемента.
На фиг. 7 - схема заправки бандажной прижимной ленты из арамидного материала в прижимное устройство.
На фиг. 8 - пример конструктивного исполнения устройства для равномерного обжатия гидроизоляции стыковых соединений.
Устройство для равномерного обжатия гидроизоляции стыковых соединений предназначено для совместного использования в составе основных элементов технического решения по принятому за прототип патенту на полезную модель №171308, а именно для образования стыкового соединения, содержащего уложенный на термопластичную оболочку между соединяемыми элементами в зоне их стыка и изогнутый по конфигурации периметра соединяемых элементов электронагреватель плоской формы в виде стальной проволоки, зигзагообразно изогнутой по ширину электронагревателя по кривой периодической формы. Для этого устройство для равномерного обжатия гидроизоляции стыковых соединений содержит размещенную на ленте из антифрикционного материала бандажную прижимную ленту из арамидного материала, ширина которой превышает ширину электронагревателя, пропущенную с образованием охватывающей электронагреватель петли через натяжные ролики гидравлического средства натяжения, имеющего храповой механизм стопорения бандажной прижимной ленты и расположенную между ветвями ленты опору, рабочая поверхность которой обращена к термопластичной оболочке. Ширина используемой ленты (ремня) из арамидного материала превышает ширину электронагревателя не менее, чем в два раза, причем продольные оси симметрии электронагревателя и бандажной прижимной ленты расположены в одной плоскости.
Устройство для гидроизоляции стыковых соединений предназначено для использования с укладываемым на термопластичную оболочку между соединяемыми элементами в зоне их стыка и изогнутого по форме соединяемых элементов электронагревателя плоской формы. Бандажная лента из арамидного материала пропущена с образованием охватывающей электронагреватель петли через натяжные ролики гидравлического средства натяжения, имеющего для стабилизации во времени прикладываемого усилия храповой механизм стопорения бандажной прижимной ленты и расположенную между ветвями ленты опору, рабочая поверхность которой обращена к термопластичной оболочке и перекрывает «мертвую зону» приложения нагрузки от сжимающей ленты. Лента из антифрикционного материала обеспечивает скольжение бандажной прижимной ленты без передачи сдвигающих напряжений на соединяемый материал. Электронагреватель может быть выполнен из проволоки - (ГОСТ 2246-70), холоднотянутая сварочная проволока из низкоуглеродистой, легированной или высоколегированной стали, подвергнутой пескоструйной обработке. Проволоке придана, по крайней мере, на части ее длины, периодическая форма, преимущественно синусоидальная или зигзагообразная. Электронагреватель образован, по крайней мере, двумя электрически параллельно соединенными участками проволоки и имеет выпуски для соединения с источником электрического тока. Разность омических сопротивлений участков не превышает 5% омического сопротивления одного из них (что обеспечивает равномерность прогрева), а параллельно соединенные участки проволоки в приданной им конфигурации зафиксированы термопластичным полимерным ремнем или металлической лентой. При этом термопластичная оболочка имеет толщину, которая составляет 0,5-25,0 диаметра проволоки, тем самым обеспечивая равномерность перераспределения давления. Для этого оболочка может иметь несколько слоев, как под, так и над проволокой. Каждый из электрически параллельно соединенных участков проволоки охватывает соответствующий соединенный элемент, по крайней мере, на половине его периметра, повторяя конфигурацию соединенных элементов в месте расположения стыкового соединения. Устройство для гидроизоляции стыковых соединений может быть выполнено с дополнительными электрически параллельно соединенными участками проволоки, имеющими равное с соответствующим основным или отличное от соответствующего основного участка омическое сопротивление. Дополнительные участки проволоки могут быть расположены по боковым сторонам основных участков или расположены над основными участками и отделены от них. При этом в термопластичной оболочке образовано по крайней мере одно отверстие для подачи в ограничиваемую им и стыковым соединением полость теплоизолирующего, предпочтительно вспенивающегося, материала.
Позициями на фиг. 1-8 обозначены (в качестве примера частного случая реализации устройства к плоскому нагревателю по патенту РФ №171308):
1 - стальная труба; 2 - полиэтиленовая оболочка трубы; 3 - изоляция трубы в виде пенополиуретана; 4 - электрический нагревательный элемент; 5 - полиэтиленовая муфта; 6 - бандажные ремни; 7 - электрический нагреватель плоской формы (плоская спираль), свернуты в кольцо; 8 - «Р» - направление натяжения бандажного ремня; 9- гидравлическое средство натяжение (гидроцилиндр); 10 - храповой механизм; 11 - опора; 12 - цифровой манометр; 13 - насос, на котором установлен цифровой манометр; 14 - натяжные ролики.
Устройство для образования стыкового соединения размещают на стыкуемых элементах и разогрев термопластичных оболочек до пластичного состояния производят плоским электронагревателем, например описанной выше конструкции или иной другой, например, в виде ленты. В результате чего происходит сварка с равномерно распределенной теплопередачей к термопластичным оболочкам стыкуемых элементов. Равномерность передачи сжимающей нагрузки без возникновения сдвигающих напряжений в соединяемых элементах обеспечивается конструкцией описанного устройства для равномерного обжатия гидроизоляции стыковых соединений. Арамид обладает стойкостью к повышенным температурам и использован в устройстве, поскольку температура под ремнем в процессе сварки достигает 100°С - 120°С. Может быть использована лента арамидная (кевларовая) термостойкая, огнестойкая ЛАТ-70 или ЛАТ-50, 2.5 мм толщиной, разрывной нагрузкой, соответственно, 2000 кг и 1400 кг с долговременным температурным режимом до +230°С. С увеличением диаметра кольцевого соединения может быть использована лента с усилиями 6000 кг (для диаметров до 700 мм) и 12000 кг для больших диаметров. Применение гидравлики с высокоточным цифровым манометром позволяет поддерживать постоянное усилие обжима на протяжении всего процесса сварки (давление в процессе сварки падает), а также позволяет создать усилие до 10 тн., необходимое при сварке муфт большого диаметра. При этом проволока, оставаясь в конструкции устройства, армирует полученное соединение.
Пример 1 реализации:
Между двумя термопластичными оболочками уложен нагревательный элемент из проволоки. На внешнюю термопластичную оболочку приклеивается тефлоновый скотч над нагревателем для снижения трения между арамидным обжимным (бандажным) ремнем и термопластичной оболочкой. Ширина скотча 60 мм. Обжимной (бандажный) ремень (ширина 60 мм) укладывается на тефлоновый скотч (липкую ленту) по кругу. За счет сниженного трения достигается равномерность распределения силы обжатия. Концы обжимного ремня фиксируются в приспособлении (средстве). Гидравлический цилиндр приспособления (средства) через ролики передает усилие, которое натягивает обжимной ремень. За счет использования цифрового манометра на гидравлическом насосе усилие обжима контролируется на протяжении всего периода сварки.
Пример 2 реализации:
Между двумя термопластичными оболочками уложен нагревательный элемент из обладающего расчетным сопротивлением токопроводящего материала. На внешнюю термопластичную оболочку приклеивается тефлоновый скотч над нагревателем для снижения трения между арамидным обжимным (бандажным) ремнем и термопластичной оболочкой. Ширина скотча 60 мм. Обжимной (бандажный) ремень (ширина 60 мм) укладывается на тефлоновый скотч по кругу. За счет сниженного трения достигается равномерность распределения силы обжатия. Концы обжимного ремня фиксируются в приспособлении (средстве). Гидравлический цилиндр приспособления (средства) через ролики передает усилие, которое натягивает обжимной ремень. За счет использования цифрового манометра на гидравлическом насосе усилие обжима контролируется на протяжении всего периода сварки.
1
2
fα
В результате проведенных экспериментов было выявлено, что, как правило, без использования тефлонового скотча сила обжатия муфты лентой (ремнем) при удалении от обжимного приспособления снижается до 20 - 30%, при этом минимальное значение силы обжатия выявлено на противоположной стороне муфты относительно нахождения обжимного приспособления. В соответствии с законом (Леонард Эйлер, 1775 год) передачи усилия гибким ремнем, перекинутым через неподвижный барабан с углом охвата α посредством сил трения S/S=e,
1
2
где S и S - натяжение ремня, сбегающего с барабана и набегающего на барабан;
е - основание натуральных логарифмов, приблизительно равно - 2,72;
f - коэффициент трения между обжимным арамидным ремнем и поверхностью термопластичной муфты, составляет 0,39;
α - угол охвата ремня барабана в рад. 180° - 3,14 радиан.
1
2
1
2
0,39×3,14
0,22×3,14
В классическом случае, S/S=2,72=2,4, а при использовании тефлового скотча - S/S=2,72=1.9.
Устройство позволяет при обеспечении высокой надежности гидроизоляции стыкового соединения и незначительной трудоемкости выполняемых работ обеспечить с небольшими трудозатратами эффективную теплоизоляцию и гидроизоляцию различных строительных элементов и конструкций, например, колонн, труб, ответственных соединений конструктивных элементов и т.п.