ОБОГРЕВАЕМЫЙ ШЛАНГ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГАЗОВОЙ ПРОБЫ

ОБОГРЕВАЕМЫЙ ШЛАНГ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГАЗОВОЙ ПРОБЫ
Полезная модель относится к области электротехники, в частности к обогреваемым шлангам, служащим для отбора проб газовой среды заданной температуры, например, сталеплавильного производства, и транспортирования их к анализирующей аппаратуре.
Оптимизация параметров технологического процесса или эксплуатации оборудования, осуществляемая на основе результатов анализа газовой среды, широко известна /I, 2 /. Однако известные устройства для отбора рабочей среды, подвергающейся анализу, не обеспечивают сохранение ее в исходном состоянии прежде всего из-за отсутствия средств для поддержания температуры, соответствующей температуре контролируемого процесса. За рубежом известны электрообогреваемые шланги для транспортировки под давлением расплава термопластичного жидкого материала из емкости, где он подвергается нагреву до жидкого состояния, в устройство для его распыления (например, при нанесении покрытий или окраске) /3, 4 /. Известные шланги включают гибкую полимерную трубу для транспортировки жидкой среды, снабженную несколькими слоями теплоэлектроизоляционного материала, поверх которого спирально намотан резистивный нагреватель.
В /3 / обогреваемый шланг подсоединяется к источнику транспортируемого материала и устройству распыления с помощью патрубков, выполненных из силиконовой резины толщиной  1,25 см.
В / 4 / обогреваемый шланг соединен с указанными устройствами путем закрепления его концов в эластичных манжетах, надеваемых с натягом на патрубки одного и другого устройства.
Н05 В 3/58, 601 Л/ 1/22
Известные конструктивные решения не обеспечивают надежной фиксации обогреваемого шланга из-за разрушения соединительных узлов под действием периодических соединений, рассоединений и растягивающих усилий, возникающих вследствие значительного собственного веса шланга (его длина до 15-20 м), возможных внешних механических воздействий. В отечественную практику обогреваемые шланги для отбора проб нагретых газовых смесей, в которых преодолены указанные недостатки, были введены заявителем. Согласно / 5 / устройство для отбора проб газов включает обогреваемый шланг, снабженный средствами соединения его с источником газа и анализирующей аппаратурой. Указанное устройство, как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату, выбрано в качестве прототипа.
Схематично решение узлов для соединения шланга с источником газа и анализатором (концевая часть шланга) показано на фиг.1 и включает газопровод I, резистивный нагреватель 2 с токоподводом 3, слой теплоэлектроизоляции 4 и герметизирующую оболочку шланга 5, защищающую его от внешних воздействий и проникновения влаги. Конец обогреваемого шланга снабжен ниппелем 6, закрепленным в корпусе наконечника 7 с помощью шайбы 8, и соединен с корпусом наконечника 7 посредством оболочки 5. Герметизация соединения газопровода I с ниппелем 6 осуществлена за счет поджатия конуса 9 нажимной гайкой 10. Однако за счет растягивающих осевых нагрузок, возникающих под действием собственного веса шланга (до 20 м длина), изгибающих и случайных внешних осевых нагрузок происходит:
I) Постепенное разрушение полиэтиленовой оболочки б вследствие чего теплоэлектроизоляция 4 насыщается влагой, сопротивление электрической изоляции падает ниже допустимой нормы (менее I МОм) и приводит к выходу из строя резистивного нагревателя и разрушению
газопровода.
2)Постепенная разгерметизация полости газопроводной трубки в уплотняющем узле ниппеля 6.
3)Постепенная разгерметизация за счет естественной текучести тефлона в холодном и горячем состоянии, из которого выполнен газопровод.
Указанные выше причины разгерметизации вынуждают через 3...5 циклов нагрева-охлаждения шланга подтягивать нажимную гайку 10, но толщина стенок при этом постепенно уменьшается. Результат разрушение стенки газопровода в уплотняющем узле ниппеля 6.
Работа шланга при разгерметизированном уплотнении ниппеля 6 приводит к искажению результатов анализа газа за счет подсоса окружающего газа (воздуха).
Задачей полезной модели является повышение срока службы обогреваемого шланга, а также обеспечение экономии меди и нихрома.
Поставленная задача решена за счет того, что обогреваемый шланг, включающий газопровод из эластичного материала, спирально или с переплетением намотанный вокруг нее резистивный нагреватель, размещенный между слоями теплоэлектроизоляции и герметичную оболочку, дополнительно снабжен силовым слоем, выполненным из волокон термопластичной пластмассы, концы которого жестко закреплены в наконечниках, снабженных ниппелями, установленных на торцах шланга и заполненных эластичным герметикой.
Сущность решения заключается в разгрузке от осевых усилий узла соединения газопровода шланга с ниппелем, что достигается введением дополнительного слоя в структуру шланга (силового) в объеме, не изменяющем упругие и прочностные свойства шланга, и соединения шланга с наконечниками, установленными на его торцах, за счет закрепления концов силового слоя в Г-образных кольцевых паизах, образованных втулками, размещенными в наконечниках. Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.2, фисЗ схематично представлены сечения общего вида одного из концов шланга с наконечником, т.к. другой конец имеет аналогичную конструкцию. Обогреваемый шланг содержит газопроводную трубку I из эластичного теплостойкого материала (например, политетрафторэтилена) , резистивный нагреватель 2 (например, нихром), расположенный между слоями теплоэлектроизоляции 3 и 4 (например, стеклонити) и токоподвод 5 (например, из меди); слой теплоэлектроизоляции 6 (например, из нитей полиэтилентерефталата) и силовой слой 7, выполненный из ряда v ..- . нитей из термопластической пластмассы (например, полиэтилентерефталата). Указанные слои объединены герметизирующей оболочкой 8; ниппель 9, обеспечивающий контакт газопровода I с анализатором (на рисунке не показан), корпус наконечника 10, в котором на шайбе II установлен ниппель 9. Втулки 12 и 13 (фиг.2), установленные в корпусе 10 - наконечника, образуют Г-образный кольцевой паз, в котором жестко закреплены концы силового слоя 7. Для обеспечения надежности контакта ниппеля 9 и газопровода I последний жестко закреплен в полости корпуса 10 с помощью герметика (например, кремнийорганическим герметиком Виксинт) 14. В другом варианте (фиг.З) Г-образный кольцевой паз образован втулками 15 и 16. Возможны различные конструктивные решения в части образования Г-образного кольцевого паза в наконечнике, решающим моментом является при этом сама форма паза, обеспечивающая надежное закрепление силового слоя 7 в наконечнике и вследствие этого разгрузку от осевых усилий соединения газопровода I с ниппелем 9. Теплоэлектроизоляция резистивного нагревателя 2 позволяет сключить его непосредственный контакт с поверхностью газопровода I
и увеличить его токовую нагрузку (экономия нихрома) и Задать тепло на поверхность газопровода I равномерно распределенным потоком.
Токоподвод 5, как и резистивный нагреватель 2.уложен спиральной йавивкой или переплетением из нескольких медных проволок и на меньшем диаметре шланга по сравнению с прототипом. Второй слой теплоэлектроизоляции 4 обеспечивает допустимый температурный режим эксплуатации меди и ее экономию.
Силовой, слой 7 из синтетических нитей, уложенных спирально в противоположных направлениях или переплетениям и расположенный поверх токопровода 5 или в толще третьего слоя теплоизоляции 6 или поверх этого слоя, воспринимает осевые нагрузки и снимает их с герметизирующей оболочки 8 и газопровода I.
Третий слой теплоэлектроизоляции 6 обеспечивает вместе с герметизирующей оболочкой 8 безопасный уровень температуры на поверхности шланга.
Свободные полости наконечников заполнены эластичным герметиком 14, обеспечивающим автоматическое поджатие газопровода I на сопрягаемой поверхности ниппеля 6 при повышении температуры. Наиболее надежное поджатие достигается при большем ( не менее 20 %) тепловом коэффициенте расширения герметика 14 в рабочем диапазоне температур (+60 - 200°С), чем у материала охватывающей его детали 10. фигв 3 или 12 фигв 2в
Сборку предлагаемого устройства осуществляют следующим образом:
Корпус 10 надевают на шланг, -.. - затем. на шланг надевают втулку 13 до совмещения торца втулки 13 с торцом герметизирующей оболочки 8 шланга, далее распределяют нити слоя 7 по посадочной поверхности втулки 13, а затем надевают втулку 12 до упора в бурт втулки 13; концы нитей слоя 7 оплавляют и корпус 10 надевают
на втулки 12 и 13, тем самым замыкая Г-образный кольцевой паз (фиг.2).
Возможно использование втулки 15 с готовым кольцевым пазом, в который укладывают нити слоя 7, после чего их оплавляют и замыкают втулкой 16 с образованием Г-образного паза (фиг.З).
Работает предлагаемое устройство следующим образом:
Наконечники обогреваемого шланга присоединяют с помощью накидных гаек к источнику анализируемой газовой пробы с одной стороны и к анализатору с другой. Производят прогрев газопровода до заданной температуры. Полость шланга соединяют с вакуумной полостью газоанализатора, за счет чего осуществляется транспортирование газовой пробы.
Предлагаемое устройство прошло лабораторные и эксплуатационные испытания, метрологическую приемку с положительным результатом.
Срок службы по сравнению с устройством-прототипом повышен в 10-15 раз, высокая надежность работы шланга позволяет повысить достоверность результатов анализа газовой пробы и вследствие этого обеспечить оптимальный контроль режимов технологических процессов и текущей эксплуатации теплового оборудования (паровые котлы, двигатели внутреннего сгорания и т.п.).
Источники, использованные при. составлении описания:
1.Пат.2002235 РФ, f 01 А/ 1/22
2.Пат.2006021 РФ, tr 01 У 1/22
3.Пат.4.447707, США, Н05 В 5/62
4.Пат. 4.644134 США, Н05 В 3/58
5.ТУ 112 - РСФСР - 012 - 89, раб.черт. 1 А. 2.983.855 - прототип
0ййязр
Директор СКВ Транснефтеавтоматика
Авторы:
Ю.В.Крылов
В.П.Хорьков И.В.Артамонов В.А.Медведев Л.А.Новиков