МЕХАНИЧЕСКИ НЕСУЩЕЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗОЛИРУЮЩЕЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ
MECHANICALLY BEARING AND ELECTRICALLY INSULATING MECHANICAL CONNECTION

Изобретение относится к механически несущему и электрически изолирующему механическому соединению согласно ограничительной части основного пункта формулы изобретения.
Данное изобретение относится, в частности, к техническому решению проблемы относительно корпуса индуктора индуктивного нагревания для добычи из нефтеносных песков. Известны различные способы добычи из нефтеносных песков.
Способ так называемой разработки месторождения (minings). При этом сносится порода с нефтеносными песками и обрабатывается. Этот способ можно применять до глубины приблизительно 50 м. Этот способ не относится к данному изобретению.
Другим способом является так называемый способ гравитационного с паровой поддержкой дренирования пласта (Steam assisted gravity drainage). Согласно этому способу в пласт нефтеносных песков нагнетается пар. Пар проходит через трещины и отверстия в пласте, конденсируется и нагревает тем самым пласт. Этот способ энергетически интенсивный и требует большого количества воды.
Другим способом является так называемое индуктивное нагревание. Этот способ интенсивно исследуется в настоящее время. Для достижения в пласте равномерного распределения тепла пласт нагревается индуктивно. То есть тепло отдается не за счет теплопроводности кабеля, а с помощью вихревых токов, которые создаются с помощью высокой частоты. Для этого способа в прошлом было выполнено несколько изобретений. Способ можно также комбинировать со способом гравитационного с паровой поддержкой дренирования пласта. Для генерирования вихревых токов в почве прокладывается петля из электрически проводящего материала, при этом затем через петлю может протекать электрический ток. Кроме того, должны быть установлены еще также конденсаторы для получения колебательного контура. Это означает, что кабель на определенном расстоянии прерывается конденсаторами. В настоящее время имеются два желательных решения: ввод тепла осуществляется с помощью кабельной петли со встроенными емкостями, при этом этот кабель называется индукторным кабелем. Согласно второму варианту выполнения электрический ток направляется через трубы, которые прерываются конденсаторными узлами. При этом речь идет о так называемом трубном индукторе.
Изобретение относится, в частности, к конденсаторным узлам в трубном индукторе. Конденсаторные узлы являются, в частности, включенными последовательно или параллельно емкостями, которые расположены в полом теле, в частности полом цилиндре, в качестве корпуса. Такой корпус имеет две задачи. Во-первых, он должен защищать встроенные емкости от всех возникающих механических сил и, во-вторых, через такой корпус не должен проходить ток, поскольку в этом случае емкости коротко замыкаются электрически.
DE 102014200347.4 на момент подачи данной заявки еще представляет внутренний уровень техники и раскрывает содержащую один конденсатор, в частности несколько конденсаторов, конструкцию кабеля тока, коаксиальный кабель и/или резонансную нагревательную мощность. Раскрываемое там изобретение относится к конденсатору тем, что состоящее из отдельного цилиндра конденсаторное устройство заменено множеством включенных электрически параллельно цилиндрических конденсаторов с меньшим диаметром с или без подключения расположенной посредине, возможно также представляющей цилиндрический конденсатор трубы. Каждый отдельный конденсатор имеет, например, одинаковую конструкцию. Он контактируется электрически, например, с помощью своих обеих концевых поверхностей и тем самым пригоден для последовательной установки в проводящий электрический ток проводник, например кабель или проводящую трубу.
DE 102012217168.1 на момент подачи данной заявки еще представляет внутренний уровень техники и раскрывает способ изготовления конденсатора. Кроме того, изобретение относится к конденсатору, а также к применению такого конденсатора для изготовления кабеля тока, коаксиального кабеля и/или резонансного нагревательного провода. Изобретение раскрывает впервые пригодный для массового производства способ изготовления конденсатора, в частности цилиндрического конденсатора. При этом основное тело покрывается диэлектрическими и электрически проводящими слоями попеременно с помощью термического распыления и/или напыления, а затем спекается. По сравнению с уровнем техники, за счет этого достигается высокая изменяемость конструкции относительно емкости и напряжения пробоя и температурной стойкости.
Таким образом, задачей данного изобретения является создание механического соединения, которое передает большие силы и действует электрически изолирующим образом. В зависимости от применения, такое соединение должно выдерживать температуры до примерно 250°С. Обычные материалы, такие как резина или поливинилхлорид PVC, не пригодны для применения. Задача изобретения возникла в рамках разработки, в частности, индуктивного нагревания нефтеносных песков. С этой стороны не известны стандартные решения для этой задачи.
Задача решена с помощью механически несущего и электрически изолирующего механического соединения, согласно признакам основного пункта формулы изобретения. Особенно предпочтительными являются применения согласно побочному пункту формулы изобретения.
Согласно первому аспекту изобретения, предлагается механически несущее и электрически изолирующее механическое соединение удлиненного полого тела, состоящего из электрически проводящего материала и проходящего вдоль оси, в частности полого цилиндра, с соединительным элементом, состоящим из электрически проводящего материала и проходящим вдоль оси, при этом на одном осевом конце удлиненного полого тела образованная на нем, проходящая вокруг оси, первая резьба механически несет образованную на соединительном элементе, проходящую вокруг оси, вторую резьбу, механически несет фиксированный между первой и второй резьбой участок изоляционного материала и электрически изолирует полое тело от соединительного элемента.
За счет применения первой и второй резьбы силы растяжения на соединительном элементе могут быть преобразованы в силы сжатия в резьбах.
Таким образом, механически несущее и электрически изолирующее механическое соединение действует изолирующим образом и может передавать большие механические силы. Кроме того, участок изоляционного материала может быть изготовлен в виде единого целого. Такое соединение можно произвольно часто разнимать и соединять. Соединение, согласно изобретению, является изолирующим соединением, которое может передавать большие механические силы. Такое соединение можно применять, в частности, при индуктивном нагревании нефтеносных песков. В принципе, возможны любые другие применения. Особенно предпочтительно для соединения можно применять относительно просто изготавливаемые составляющие части. Составляющие части могут быть разъемными. При применении керамики в качестве материала можно пренебрегать небольшими частичными разрядами.
В данном случае «механически несущие» означает, в частности, что могут восприниматься и выдерживаться действующие в осевом направлении силы растяжения и/или сжатия. Механически несущий конструктивный элемент не может быть разрушен фактически возникающими, действующими в осевом направлении силами растяжения и/или сжатия. Действующие в осевом направлении силы растяжения и/или сжатия могут соответствовать, например, 2-5 т, а именно, в частности, для корпуса индуктора индуктивного нагревания для добычи из нефтеносных песков.
Осевой и радиальный означает в данном случае относительно оси А удлиненного полого тела, которое может быть, например, корпусом индуктора, вдоль оси А, соответственно, вдоль радиуса от оси А.
Согласно второму аспекту изобретения, предлагается применение механически несущего и электрически изолирующего механического соединения, согласно изобретению, в котором соединение фиксирует соответствующий соединительный элемент на одном осевом конце проходящего вдоль оси А удлиненного полого тела так, что соединение относительно осевых сил растяжения и/или сжатия остается механически стабильным, и полое тело остается электрически изолированным от соединительных элементов.
С помощью применения первой и второй резьбы осевые силы растяжения и/или сжатия, в частности на соединительном элементе, всегда могут быть преобразованы в силы сжатия в резьбах.
Другие предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, участок изоляционного материала может иметь три частичные зоны, а именно две проходящие вокруг оси наружные зоны, которые расположены у осевых концов проходящей вокруг и вдоль оси средней зоны, прохождение поверхности которой в продольном разрезе вдоль оси имеет по меньшей мере два по меньшей мере частично радиальных относительно оси прохождения, которые являются механически несущими и электрически изолирующими.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, две наружные зоны могут проходить по существу радиально и механически нести и электрически изолировать проходящие по существу радиально поверхности полого тела и соединительного элемента.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, участок изоляционного материала предназначен для фиксации радиально между первой и второй резьбой на первой резьбе или второй резьбе, и при этом предусмотрена возможность навинчивания на участок изоляционного материала другой резьбы.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, участок изоляционного материала может быть образован в виде тела с двойной резьбой, оба винтовых хода которого смещены относительно друг друга в осевом направлении.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, участок изоляционного материала может быть образован в виде покрытия первой резьбы и/или второй резьбы.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, участок изоляционного материала может быть предназначен для фиксации в осевом направлении между первой и второй резьбой и в радиальном направлении между состоящим из электрически проводящего материала наружным и состоящим из электрически проводящего материала внутренним проходящим вокруг и вдоль оси промежуточным элементом, при этом первая резьба предназначена для свинчивания с резьбой наружного или внутреннего промежуточного элемента, а вторая резьба – для свинчивания с резьбой другого промежуточного элемента. Внутренний и наружный означает в данном случае радиально относительно оси А.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, наружный промежуточный элемент может проходить в осевом направлении за участок изоляционного материала в направлении полого тела или соединительного элемента, а внутренний промежуточный элемент может проходить в осевом направлении за участок изоляционного материала в противоположном направлении, и резьба промежуточных элементом может быть образована в выходящих наружу зонах.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, участок изоляционного материала может в качестве промежуточной втулки или в качестве промежуточного штекера соединять штекерным образом наружный соединительный элемент с внутренним соединительным элементом.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, прохождение поверхности средней зоны может иметь в продольном разрезе вдоль оси по меньшей мере два радиальных, образующих по меньшей мере одну ступеньку прохождения.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, две наружные зоны могут быть наклеены с помощью клея без дефектных мест и без включений воздуха на среднюю зону.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, первая резьба может быть наружной резьбой или внутренней резьбой, а вторая резьба может быть соответствующей противоположной резьбой. Если первая резьба является наружной резьбой или внутренней резьбой, а вторая резьба соответствующей противоположной резьбой, то это означает, что вторую резьбу можно свинчивать с первой резьбой. Если первая резьба является наружной резьбой, то вторая резьба является внутренней резьбой.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, резьбы наружного и внутреннего промежуточного элемента могут быть соответствующими противоположными резьбами относительно первой резьбы и относительно второй резьбы.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, по меньшей мере одна из резьб и/или участок изоляционного материала могут иметь металлическое покрытие для предотвращения включений воздуха.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, участок изоляционного материала может состоять из керамики, РЕЕК, PFA, PDFA или тефлона.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, полое тело может быть составляющей частью трубного индуктора, при этом соединительный элемент соединен с электрически изолированной относительно полого тела группой емкостных конструктивных элементов, которая на втором осевом конце полого тела может быть электрически соединена с другим соединительным элементом.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, другой соединительный элемент полого тела может иметь конструктивно одинаковое соединение с полым телом, как и соединительный элемент.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, соединительный элемент и другой соединительный элемент могут иметь на противоположном полому телу конце соответствующую внутреннюю или наружную резьбу для свинчивания с соответствующей противоположной резьбой дополнительного соединительного элемента дополнительного полого тела.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, может быть предусмотрена возможность механического и электрического соединения с обоими соединительными элементами электрически изолирующего полого тела с помощью дополнительных соединительных элементов вдоль соответствующей оси удлиненного дополнительного полого тела.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, дополнительные соединительные элементы и их дополнительные полые тела могут состоять из электрически проводящего материала и предусмотрены для электрического соединения друг с другом так, что соответствующее полое тело не изолировано электрически.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, полые тела имеют группы емкостных конструктивных элементов и предназначены для промежуточного электрического и механического соединения последовательно с соединенными дополнительными полыми телами.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, все полые тела могут вводиться в виде соответствующего корпуса индуктивной нагревательной петли трубного индуктора в пласт, в частности, для добычи из нефтеносных песков.
Ниже приводится более подробное описание изобретения на основании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - пример выполнения нагревательного тела, согласно изобретению;
фиг. 2 - первый пример выполнения соединения, согласно изобретению;
фиг. 3 - второй пример выполнения соединения, согласно изобретению;
фиг. 4 - пример выполнения способа, согласно изобретению.
На фиг. 1 показан пример выполнения полого тела 3, согласно изобретению. На фиг. 1 показано состоящее из электрически проводящего материала, проходящее вдоль оси удлиненное полое тело 3, которое предпочтительно может быть полым цилиндром и может образовывать корпус трубного индуктора. На фиг. 1 показана, в частности, правая сторона механически несущего и электрически изолирующего механического соединения 1 полого тела 3 с состоящим из электрически проводящего материала, проходящим вдоль оси А соединительным элементом 5. Соединительный элемент 5 имеет на противоположном полому телу 3 осевом конце внутреннюю резьбу 17 для свинчивания с соответствующей противоположной резьбой не изображенного дополнительного соединительного элемента не изображенного дополнительного полого тела. Полое тело 3 может быть составляющей частью, например, трубного индуктора, при этом соединительный элемент 5 электрически соединен с изолированной от полого тела 3 группой емкостных конструктивных элементов С, которая на втором осевом левом конце полого тела 3 электрически соединена с другим соединительным элементом 6. Позицией V обозначены электрические соединения между отдельными емкостями С. Емкости С, электрические соединения V которых, соответственно контакты, электрически изолированы от полого тела 3, а именно, например, с помощью электрически изолирующего полого тела, в частности полого цилиндра 4, между полым цилиндром 3 и группой С емкостных конструктивных элементов.
На левой стороне полого тела 3 другой соединительный элемент 6 имеет внутреннюю резьбу 17 для свинчивания с соответствующей противоположной резьбой не изображенного дополнительного соединительного элемента не изображенного дополнительного полого тела на левой стороне. Для электрической изоляции полого тела 3 другой соединительный элемент 6 полого тела 3 имеет конструктивно одинаковое соединение 1 с полым телом 3, как и соединительный элемент 5. Механически несущее и электрически изолирующее механическое соединение 1 на правом осевом конце удлиненного полого тела 3 имеет образованную на нем, проходящую вокруг оси А, первую резьбу 7, которая механически несет образованную на соединительном элементе 5 и проходящую вокруг оси А вторую резьбу 9, при этом фиксированный между первой и второй резьбой 7 и 9 участок 11 изоляционного материала дополнительно несет и электрически изолирует полое тело 3 от соединительного элемента 5. На фиг. 2 и 3 показаны два варианта выполнения механически несущего и электрически изолирующего механического соединения 1, согласно изобретению. На фиг. 1 показано применение полого тела 3 в качестве корпуса трубного индуктора. В корпусе индуктора расположены включенные последовательно или параллельно емкости С.
На фиг. 2 показан первый вариант выполнения механически несущего и электрически изолирующего механического соединения 1, согласно изобретению. Изображение на фиг. 2 можно рассматривать в качестве увеличения правого осевого конца полого тела 3, согласно фиг. 1. Между полым цилиндром 3 и группой емкостных конструктивных элементов С расположен электрически изолирующий полый цилиндр 4. На фиг. 2 показано, что участок 11 изоляционного материала фиксирован в осевом направлении между первой и второй резьбой 7 и 9, а также в радиальном направлении между состоящим из электрически проводящего материала наружным и состоящим из электрически проводящего материала внутренним, проходящим вокруг и вдоль оси А промежуточным элементом 13а и 13b. Первая резьба 7 в данном случае свинчена с резьбой наружного промежуточного элемента 13а. Вторая резьба 9 свинчена с резьбой внутреннего промежуточного элемента 13b. Участок 11 изоляционного материала имеет три частичные зоны, а именно две проходящие вокруг оси А наружные зоны 11а и 11b, которые фиксированы на осевом конце проходящей вокруг и вдоль оси А средней зоны 11с, прохождение поверхности которой в продольном разрезе вдоль оси имеет два по меньшей мере частично относительно оси радиальных прохождения, которые действуют механически несущим и электрически изолирующим образом. Эта средняя зона 11с может предпочтительно воспринимать силы сжатия и растяжения вдоль оси А, которые с помощью средней зоны 11с могут быть всегда преобразованы в силы сжатия. При этом электрическая изоляция остается сохраненной. Две наружные зоны 11а и 11b проходят по существу радиально и несут механически и изолируют электрически проходящие радиально поверхности полого тела 3 и соединительного элемента 5. Например, в данном случае участок 11 изоляционного материала выполнен в виде промежуточной втулки, которая штекерным образом соединяет наружный промежуточный элемент 13а и внутренний промежуточный элемент 13b. Прохождение поверхности средней зоны 11с в продольном разрезе вдоль оси А имеет ступенчатую форму. Соответственно, с помощью этой ступеньки могут восприниматься силы сжатия и растяжения и преобразовываться в силы сжатия. Две наружные зоны 11а и 11b могут быть с помощью клея наклеены без дефектных мест и воздушных включений на среднюю зону 11с. На фиг. 2 показано, что наружный промежуточный элемент 13а проходит в осевом направлении за участок 11 изоляционного материала в направлении полого тела 3. Как показано на фиг. 2, внутренний промежуточный элемент 13b проходит в осевом направлении за участок 11 изоляционного материала в направлении соединительного элемента 5. Резьба промежуточных элементов 13а и 13b образована в соответствующих выступающих зонах 15. Позицией С обозначены емкостные элементы, которые электрически соединены с электрически проводящим соединительным элементом 5. Емкости С электрически изолированы от полого тела 3. Согласно фиг. 2, наружный и внутренний промежуточные элементы 13а и 13b могут быть выполнены в виде цилиндрических алюминиевых частей, которые с помощью действующего в качестве промежуточного элемента участка 11 изоляционного материала соединены так, что участок 11 изоляционного материала может нагружаться лишь на сжатие или растяжение. Таким образом, создается стабильное соединение, как это уже доказано экспериментально. Недостатком является то, что участок 11 изоляционного материала не может быть выполнен в виде одной части. Во время установки необходимо склеивать различные части, в частности две наружные зоны 11а и 11b, а также среднюю зону 11с участка 11 изоляционного материала, с целью предотвращения путей утечки тока, соответственно, частичных разрядов. Кроме того, в клее не должно быть дефектных мест или воздушных включений, поскольку это приводит иначе к потере изоляции участком 11 изоляционного материала. Для предотвращения включений воздуха, в частности при склеивании, резьбы и/или участок 11 изоляционного материала могут иметь металлическое покрытие 14 или металлизацию.
На фиг. 3 показан второй пример выполнения механически несущего и электрически изолирующего механического соединения 1, согласно изобретению. Фиг. 3 можно также рассматривать в качестве увеличения правой стороны полого тела 3, согласно фиг. 1. Согласно этому варианту выполнения, участок 11 изоляционного материала фиксирован в радиальном направлении между первой резьбой и второй резьбой 7 и 9 на первой резьбе 7, при этом затем на участок 11 изоляционного материала навинчивается вторая резьба 9. В принципе, навинчивание можно также выполнять в обратной последовательности. На фиг. 3 показано, что участок 11 изоляционного материала выполнен в виде тела 12 с двойной резьбой, оба резьбовых хода которой смещены относительно друг друга в осевом направлении. В принципе, участок 11 изоляционного материала может быть образован, в качестве альтернативного решения, в виде покрытия соответствующей первой резьбы 7 и/или второй резьбы 9. На фиг. 3 показано также, что участок 11 изоляционного материала имеет три отдельные зоны, а именно две проходящие вокруг оси А наружные зоны 11а и 11b, которые расположены на осевых концах проходящей вокруг и вдоль оси А средней зоны 11с, прохождение поверхности которой в продольном разрезе вдоль оси А имеет по меньшей мере частично два радиальных относительно оси А прохождения, которые действуют механически несущим и электрически изолирующим образом. Механическое несение относится в данном случае к силам F сжатия и растяжения, которые действуют вдоль не изображенной здесь оси А. На фиг. 3 показано, что две наружные зоны 11а и 11b проходят в радиальном направлении и механически несут и электрически изолируют радиально проходящие поверхности полого тела 3 и соединительного элемента 5. Для предотвращения воздушных включений, в частности при склеивании, резьбы и/или участок 11 изоляционного материала могут иметь металлическое покрытие 14 или металлизацию. На фиг. 3 показано, что соединение 1, согласно изобретению, может быть образовано с помощью покрытой керамикой резьбы 7 и/или 9 (что пригодно скорей для малых электрических напряжений) или с помощью керамического тела, которое может быть выполнено в виде двойной резьбы 12. В последнем случае важно, чтобы резьбовые ходы перекрывались. Лишь так обеспечивается, что керамика всегда нагружается на сжатие и тем самым остается стабильной. В качестве используемого материала можно применять для высоких температур керамику или для низких температур РЕЕК (полиэфирэфиркетон) или PFA (перфторалкокси). В случае керамики небольшие частичные разряды или токи утечки за счет дефектных мест или включений воздуха не создают проблем.
Примеры выполнения, согласно фиг. 1, 2 и 3, имеющих форму полого цилиндра полых тел 3 с помощью механически несущего и электрически изолирующего механического соединения 1, согласно изобретению, могут быть промежуточно включены механически и электрически последовательно с присоединенными дополнительными полыми телами, при этом все полые тела могут быть установлены в пласте в качестве соответствующего корпуса индуктивной нагревательной петли трубного индуктора, в частности, для добычи из нефтеносных песков. В принципе, соединение 1, согласно изобретению, можно применять везде там, где корпус должен быть электрически изолирован, а его внутреннее пространство должно быть электрически соединено.
На фиг. 4 показан пример выполнения способа, согласно изобретению. Согласно этому способу механически несущего и электрически изолирующего механического соединения 1 на первой стадии S1 соответствующий соединительный элемент 5, 6 фиксируется на одном осевом конце проходящего вдоль оси А удлиненного полого тела 3 так, что соединение 1 относительно осевых сил F сжатия и/или растяжения остается механически стабильным, и полое тело 3 остается электрически изолированным относительно соединительных элементов 5, 6. Перед этой первой стадией S1 на начальной стадии S0 в полое тело 3 интегрируется электрически изолированная группа емкостных конструктивных элементов С. Затем на второй стадии S2 полое тело промежуточно включается механически и электрически в последовательность механически и электрически соединенных друг с другом дополнительных полых тел без групп емкостных конструктивных элементов (S2). Применение устройства, согласно изобретению, и соответствующего способа предназначено в данном случае исключительно для добычи из нефтеносных песков, при этом для индуктивного нагревания применяются частоты, в частности, в диапазоне от 10 кГц до 200 кГц.