ТРУБОПРОВОД ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
FLUID MEDIUM PIPELINE

Изобретение относится к трубопроводу для текучей среды, содержащему трубу, соединитель с соединительным патрубком, установленный на одном конце трубы, и нагревательное устройство, расположенное в трубе.
Изобретение описано ниже на примере трубопровода для текучей среды, используемого в механическом транспортном средстве для транспортировки мочевины из накопительного бака к месту потребления, например к насосу. Мочевину применяют в дизельных двигателях, чтобы уменьшить выброс оксидов азота.
При температуре окружающей среды ниже -11°C существует опасность замерзания мочевины в трубопроводе и невозможности ее транспортировки. Другие жидкости имеют другие температуры замерзания. В любом случае при замерзании жидкости ее транспортировка по трубопроводу становится невозможной.
Поэтому было предложено нагревать трубопровод для текучей среды и, при необходимости, соединитель. Одно из предложенных решений состоит в том, что вокруг трубы и соединителя наматывают проволоку, которая нагревается при пропускании через нее тока соответствующей величины и тепло от которой передается через трубу находящейся в ней жидкости. Недостаток этого решения в том, что нагревательное устройство может повреждаться в результате внешних воздействий. Кроме того, большая часть тепла, вырабатываемого нагревательным устройством, не передается находящейся в трубе жидкости, а излучается наружу.
Согласно другому предложению, нагревательный проводник выполнен плоским и помещен внутри трубы в виде винтовой линии. В этом случае имеется относительно большая поверхность для теплопередачи от нагревательного устройства к жидкости. Однако плоский нагревательный проводник является очень чувствительным и может быть поврежден уже при монтаже. Кроме того, сравнительно сложно подвести к нагревательному проводнику электрическую энергию, которая требуется для получения тепла.
Из DE 1070642 A2 известен трубопровод для текучей среды, содержащий трубу, соединитель, имеющий соединительный патрубок и установленный на одном конце трубы, и нагревательное устройство, представляющее собой расположенный в трубе электрический провод. Такое устройство также не отличается высокой надежностью.
В основе изобретения лежит задача создать трубопровод для текучей среды, который можно надежно нагревать при эксплуатации.
Эта задача решена тем, что в трубопроводе для текучей среды описанного выше типа нагревательное устройство выполнено в виде нагревательного стержня, проходящего из трубы в патрубок соединителя и выходящего из соединителя через отверстие.
При выполнении в виде нагревательного стержня нагревательное устройство будет иметь определенную механическую стабильность и нагрузочную способность. Соответственно, риск повреждения нагревательного устройства при введении в трубу и в соединитель сравнительно мал. Благодаря тому, что нагревательный стержень проходит из трубы в патрубок соединителя, жидкость нагревается не только в трубе, но и в той части соединителя, в которой находится нагревательный стержень. Понятие «труба» здесь не ограничено жесткой трубой и включает в себя также шланг или другой деформируемый или гибкий трубопровод. Так как нагревательный стержень выходит из соединителя через отверстие, электрические соединительные элементы могут находиться вне соединителя. Поэтому эти электрические соединительные элементы будут сравнительно легко доступны снаружи и их можно контролировать после изготовления и в смонтированном состоянии. Благодаря этому изготовление трубопровода для текучей среды является относительно простым.
Нагревательный стержень выполнен предпочтительно из полимерного материала, в который заделан по меньшей мере один нагревательный проводник. Нагревательный проводник вкладывают в полимер при его экструзии, и когда полимер затвердевает, нагревательный проводник будет находиться внутри нагревательного стержня и будет защищен полимером от внешних воздействий. Разумеется, полимерный материал должен быть стойким к жидкости, протекающей в трубопроводе.
Нагревательный стержень предпочтительно является гибким, так что его можно пропустить через трубопровод, который один или несколько раз изменяет направление. Поскольку нагревательный стержень гибкий, ему не нужно предварительно придавать такую же форму, как у трубопровода. Напротив, нагревательный стержень можно вставить с одного конца трубопровода и, благодаря его гибкости, полностью провести через трубу.
Отверстие предпочтительно уплотнено кольцевым уплотнением, которое прилегает к нагревательному стержню. Кольцевое уплотнение может быть выполнено из эластомерного материала и иметь круглое сечение. Герметизация отверстия при помощи кольцевого уплотнения предотвращает выход текучей среды из трубопровода там, где нагревательный стержень выходит из соединителя.
Соединитель предпочтительно выполнен так, что уплотнение может быть установлено снаружи. Это облегчает сборку. Сначала нагревательный стержень можно ввести в соединитель и вывести через отверстие. Когда нагревательный стержень будет выведен из соединителя достаточно далеко, так что можно будет выполнить электрические соединительные элементы и т.п., уплотнение надевают на нагревательный стержень и перемещают по нему до отверстия в соединителе. Когда уплотнение будет прилегать как к нагревательному стержню, так и к соединителю, отверстие будет герметично закрыто для текучей среды.
Кольцевое уплотнение удерживается в соединителе предпочтительно с помощью пробки. Внутри трубопровода для текучей среды обычно присутствует несколько повышенное давление. Поэтому при отсутствии дополнительных мер существует опасность того, что это давление выдавит кольцевое уплотнение из отверстия, что привело бы к нарушению герметичности. Применение пробки является относительно простой мерой для фиксации кольцевого уплотнения в нужном месте.
Пробка предпочтительно установлена в патрубке, через который нагревательный стержень выходит из соединителя наружу. Патрубок выполнен, например в форме цилиндра определенной длины, так что пробку можно вставить в него и удерживать с достаточным усилием.
Пробка предпочтительно зафиксирована в соединителе. Благодаря этому образуется геометрическое замыкание, которое может выдерживать даже большие давления, действующие на кольцевое уплотнение.
На свободной торцевой стороне пробки предпочтительно выполнен по меньшей мере один паз. Этот паз может использоваться, например, для размещения электрического проводника, идущего к нагревательному стержню. Таким образом, электрический проводник незадолго перед соединением с нагревательным стержнем по меньшей мере частично защищен от механических повреждений.
Паз проходит предпочтительно в радиальном направлении и входит в периферийную стенку пробки вне фиксирующего элемента, предназначенного для фиксации пробки в соединителе. Таким образом, паз и, возможно, находящийся в нем проводник не мешают фиксации пробки в соединителе. Пробка также обеспечивает защиту электрического проводника.
Пробка предпочтительно ограничивает уплотнительное пространство, протяженность которого в направлении, параллельном нагревательному стержню, соответствует по меньшей мере толщине кольцевого уплотнения в этом направлении. Таким образом, кольцевое уплотнение не сжато пробкой. Пробка выполняет только функцию удерживания. Форма кольцевого уплотнения может изменяться только под действием давления в трубопроводе, которое прижимает кольцевое уплотнение к пробке. Если кольцевое уплотнение сжимается параллельно продольному направлению нагревательного проводника, то оно более плотно прилегает внутрь к нагревательному проводнику и наружу к внутренней стенке патрубка.
Ниже со ссылками на чертежи описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения. На чертежах:
фиг.1 изображает первый вариант выполнения трубопровода для текучей среды с соединителем,
фиг.2 - разрез II-II на фиг.1,
фиг.3 - пробка в перспективном изображении в увеличенном масштабе,
фиг.4 - второй вариант выполнения трубопровода для текучей среды с измененной формой соединителя,
фиг.5 - разрез V-V на фиг.4,
фиг.6 - разрез нагревательного стержня.
На фиг.1 показан трубопровод 1 для текучей среды, содержащий трубу 2 и соединитель 3 с соединительным патрубком 4, вставленным в трубу 2. Труба 2 может быть дополнительно закреплена на соединительном патрубке 4 при помощи стяжных средств (не показаны), например хомута. Соединительный патрубок 4 имеет ступенчатую геометрию. Между трубой 2 и соединительным патрубком 4 может быть предусмотрено уплотнительное кольцо 5.
Труба 2 выполнена из полимера и является гибкой. Она может быть также выполнена в виде шланга.
Соединитель имеет прямолинейный сквозной канал 6, проходящий через соединительный патрубок 4 до соединительного элемента 7, при помощи которого соединитель 3 может быть закреплен на патрубке бака, насоса или другого соединителя. Выполнение соединительного элемента 7 не имеет значения, но он должен обеспечить возможность механически стабильного и герметичного соединения.
В сквозном канале 6 установлен рамповый элемент 8, имеющий направляющую поверхность 9, функция которой описана ниже.
Соединитель 3 имеет патрубок 10 с отверстием 11.
В трубе 2 расположено нагревательное средство в виде нагревательного стержня 12. Нагревательный стержень 12 выполнен из полимера 13, в котором находятся два нагревательных проводника 14, 15, как показано на фиг.6. Нагревательный стержень 12 является гибким. Благодаря тому, что нагревательные проводники 14, 15 находятся внутри нагревательного стержня 12, они защищены от механического повреждения.
Между нагревательным стержнем 12 и трубой 2 образовано кольцевое пространство 16, через которое может протекать жидкость. Между соединительным патрубком 4 и нагревательным стержнем 12 тоже образовано кольцевое пространство 17. Кольцевое пространство 17 имеет несколько меньшую площадь поперечного сечения, чем кольцевое пространство 16 между нагревательным стержнем 12 и трубой 2. Тем не менее, этой меньшей площади поперечного сечения еще достаточно, чтобы по трубопроводу 1 могло протекать достаточное количество жидкости. В то же время наличие меньшего поперечного сечения дает то преимущество, что в этом пространстве будет находиться меньший объем жидкости, который (после ее замерзания) можно разморозить быстрее (при одинаковом подводе тепла), чем больший объем. Кроме того, меньший объем жидкости в меньшей мере увеличивается при замерзании и потому нагрузки на соединитель 3 при замерзании жидкости будут меньше.
Когда нагревательный стержень вставляют в соединительный патрубок 4, конец 18 нагревательного стержня доходит до направляющей поверхности 9 рампового элемента 8 и отклоняется этой направляющей поверхностью в патрубок 10 в направлении к отверстию 11. При дальнейшем вдвигании нагревательного стержня 12 он выходит из патрубка 10 через отверстие 11, как показано на фиг.1. Патрубок 10 расположен под углом а к продольной оси 19 сквозного канала 6, предпочтительно лежащим в диапазоне от 20° до 80°.
В отверстии 11 между внутренней стенкой патрубка 10 и нагревательным стержнем 12 расположено кольцевое уплотнение 20, которое в радиальном направлении наружу герметично прилегает к внутренней поверхности патрубка 10, а в радиальном направлении внутрь - к нагревательному стержню 12. Кольцевое уплотнение 20 надевают на нагревательный стержень 12, конец 18 которого выступает из отверстия 11, и затем вставляют в отверстие 11. При этом кольцевое уплотнение 20 может немного сжиматься в радиальном направлении изнутри и снаружи.
В трубопроводе 1 для текучей среды может возникать повышенное давление, например 6 бар. При таком давлении существует опасность того, что кольцевое уплотнение 20 будет выдавлено из отверстия 11. Чтобы этого не случилось, в патрубок 10 вставлена пробка 21, которая удерживает кольцевое уплотнение 20 в соединителе 3. Пробка 21 показана на фиг.3 в увеличенном масштабе. На наружной в радиальном направлении стороне она имеет два выступа (виден только один), образующие фиксирующие элементы 22, расположенные диаметрально друг против друга. Эти фиксирующие элементы 22 могут входить в соответствующие фиксирующие углубления на патрубке 10 (не показаны), в результате чего пробка 21 удерживается в патрубке 10 с геометрическим замыканием. Фиксирующие элементы 22 предпочтительно имеют скошенные заходные поверхности 23.
На наружной в осевом направлении стороне 24 пробки 21, то есть на ее стороне, через которую конец 18 нагревательного стержня 12 выходит наружу, выполнено два проходящих в радиальном направлении паза 25, 26, в которых могут быть размещены электрические соединительные провода для нагревательного стержня 12. Пазы 25, 26 входят в периферийную стенку пробки 21 за пределами фиксирующих элементов, служащих для фиксации пробки 21 в соединителе 3, а именно, за пределами фиксирующих элементов 22. Поэтому соединительные провода не мешают закреплению пробки 21 в патрубке 10 соединителя 3.
Пробка 21 не сжимает кольцевое уплотнение 20. Для кольцевого уплотнения 20 предусмотрено уплотнительное пространство, протяженность которого в направлении, параллельном продольному направлению нагревательного стержня 12, соответствует по меньшей мере толщине кольцевого уплотнения 20 в этом направлении. Таким образом, пробка 21 выполняет лишь функцию удерживания кольцевого уплотнения 20 на месте.
Разумеется, кольцевое уплотнение 20 может расширяться в радиальном направлении внутрь и наружу, если оно подвергается давлению в осевом направлении. Таким образом, если давление в трубопроводе 1 для текучей среды повышается, то кольцевое уплотнение 20 прижимается к пробке 21 и в результате расширяется в радиальном направлении внутрь и наружу и с большей силой прилегает к внутренней поверхности патрубка 10 и наружной поверхности нагревательного стержня 12. Благодаря этому достигается герметичность трубопровода в области соединителя 3, и прежде всего в области отверстия 11, через которое нагревательный стержень 12 выходит наружу.
На фиг.4 и 5 показан другой вариант выполнения трубопровода для текучей среды, причем на фиг.5 показан разрез V-V согласно фиг.4, а на фиг.4 - разрез IV-IV согласно фиг.5. Одинаковые и функционально одинаковые с фиг.1-3 элементы снабжены одинаковыми цифровыми позициями.
В то время как в варианте выполнения согласно фиг.1 и 2 сквозной канал 6 имеет вытянутую форму (которую также обозначают как 0° - проход), сквозной канал 6 на фиг.4 и 5 изогнут под углом, то есть имеет поворот на 90°.
В соответствии с этим нагревательный стержень 12 можно вставлять в соединитель 3, перемещая его прямолинейно, так что он входит через соединительный патрубок 4 и выходит через отверстие 11, двигаясь прямолинейно, без поворота с помощью каких-либо дополнительных средств.
В патрубке 10 тоже находится кольцевое уплотнение 20, надетое на нагревательный стержень 12 и установленное с определенным предварительным натягом между патрубком 10 и нагревательным стержнем 12. Кольцевое уплотнение 20 удерживается в патрубке 10 пробкой 21, которая может быть такой же, как в варианте выполнения согласно фиг.1 и 2.