ТРУБОПРОВОД

Полезная модель относится к строительству, а именно к изоляционным конструкциям подземных трубопроводов, предназначенных для транспортировки теплоносителя.
Известен трубопровод (см. а.с. №815418, МКИ F 16 L 59/06,1981. Бюл. №11),содержащий несущую оболочку, выполненную герметичной с дренажным клапаном, теплоизоляционный и гидроизоляционный слои, воздушную прослойку, кольцевые канавки, соединенные с дренажным клапаном.
Недостатком является нестабильность температурного режима движущейся по трубе жидкости в изменяющихся погодноклиматических условиях эксплуатации трубопровода, особенно когда температурный градиент меняет направление. Например, при отрицательных температурах окружающей среды градиент температуры грунта направлен с нижних слоев к верхним, т.е. к поверхности.
Известен трубопровод (см. патент РФ №2132014 F 16 L 59/06 Бюл. №17),содержащий несущую оболочку, выполненную герметичной и кольцевые канавки, соединенные с дренажным клапаном, теплоизоляционный слой, на который нанесен гидроизоляционный слой и, находящуюся между трубой и теплоизоляционным слоем воздушную прослойку, которая заключена в гибкий шланг произвольного сечения, навитый на трубу по винтообразной направляющей.
Недостатком являются значительные теплопотери в окружающую среду от теплоносителя, обусловленные наличием фазового перехода парообразной влаги воздуха в кольцевых канавках в жидкое, а при отрицательных температурах - в инееобразное состояние.
Технической задачей является снижение теплопотерь в грунт за счет устранения возможности инееобразования кольцевой канавки, контактирующей через несущую оболочку при отрицательных температурах окружающей среды.
Технический результат по снижению теплопотерь, обусловленных фазовым переходом парообразной влаги, находящейся в кольцевой канавке, достигается тем, что трубопровод, содержащий несущую оболочку, выполненную герметичной и кольцевые канавки, соединенные с дренажным клапаном, теплоизоляционный слой, на который нанесен гидроизоляционный слой и, находящуюся между трубой и теплоизоляционным слоем воздушную прослойку, которая заключена в гибкий шланг произвольного сечения, навитый на трубу по винтообразной направляющей, при этом кольцевые канавки по внутренней поверхности со стороны несущей оболочки покрыты пленкой из биметалла.
На фиг.1 показана принципиальная схема расположения слоев изоляции на продольном разрезе трубопровода. На фиг.2 показана внутренняя поверхность кольцевой канавки, покрытая биметаллической пленкой со стороны несущего слоя.
Устройство состоит из трубы 1, покрытой теплоизоляционным слоем 2, в котором находится гибкий шланг 3 произвольного сечения, например, круглого, гидроизоляционного слоя 4, контактирующего с трубой 1 лишь частью своей поверхности, обеспечивая теплообмен (теплопроводностью и конвекцией) между воздушной прослойкой и жидкостью, движущейся по трубе 1. Над гидроизоляционным слоем расположены кольцевые канавки 5, находящиеся в несущей оболочке 6 и соединенные с дренажным клапаном 7. Гибкий шланг 3 по винтообразной направляющей навит на трубу 1 таким образом, что каждый виток гибкого шланга 3 находится в объеме теплоизоляционного слоя 2 и контактирует с трубой 1, при этом гибкий шланг 3 (в продольном разрезе трубопровода) делит воздушную прослойку с точки зрения теплообмена на верхнюю зону 8 и нижнюю 9. Кольцевая канавка 5 по внутренней поверхности покрыта пленкой из биметалла 10 со стороны несущей оболочки 6.
Наличие парообразной влаги в воздушной прослойке кольцевой канавки 5 при отрицательных температурах приводит к конденсации и десублимации. В результате теплопроводность воздушной прослойки кольцевой канавки 5, заполненной смесью, состоящей из сухого воздуха (коэффициент теплопроводности сухого воздуха: λ=0,0244 Вт/м К, см. стр.312. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высш. школа. 1980 - 469 с., ил.), каплеобразной фазы влаги (λ=0,5513 Вт/м К) и ее твердой фазы в виде инея (λ=2,25 Вт/м К) увеличивается в среднем в 10-15 раз по сравнению с заполнением воздушной прослойки кольцевой канавки одним воздухом. При этих условиях потери тепла от теплоносителя увеличиваются примерно в том же порядке.
Наличие на внутренней поверхности кольцевой канавки 5 со стороны несущей оболочки 6 слоя инея с теплопроводностью, превышающей теплопроводность воздуха в 100 раз приводит к интенсификации передачи тепла от гидроизоляции к несущему слою через смесь, состоящую из сухого воздуха, каплеобразной и твердой фаз жидкости. Для снижения потерь тепла осуществляется разрушение слоя инея путем нанесения на кольцевые канавки 5 по внутренней поверхности со стороны несущей оболочки б пленки из биметалла 10.
Наличие пленки из биметалла 10 приводит к тому, что на нее воздействуют в противоположных направлениях тепловые потоки: с более высокой температурой со стороны воздушной прослойки кольцевой канавки 5, т.к. в объеме воздушной прослойки осуществляется конденсация парообразной влаги с выделением теплоты конденсации и инееобразования, и с другой стороны тепловой поток, проходящий через несущую оболочку 6 от грунта с меньшим значением температуры. В результате наблюдается термовибрация пленки из биметалла 10 (см. Дмитриев А.Д. Биметаллы. Пермь, 1990). Термовибрация устраняет возникновение "ядер инееобразования" в пограничном слое контакта воздушной прослойки с внутренней поверхностью несущей оболочки 6. Тем самым потери тепла через воздушную прослойку будут значительно сокращены и находиться в
пределах, соответствующих смеси сухого воздуха, каплеобразной фазы влаги и ее твердой фазы в виде инея, находящегося во взвешенном состоянии.
Оригинальность технического решения заключается в том, что снижение теплопотерь в трубопроводе достигается устранением инееобразования на внутренней поверхности несущей оболочки, т.к. слой инея обладает коэффициентом теплопроводности, превышающим на 1-2 порядка коэффициент теплопроводности сухого воздуха. Поэтому предлагаемое покрытие внутренней поверхности кольцевой канавки пленкой из биметалла устраняет процесс инееобразования на ней, что в конечном итоге уменьшает теплопотери, обусловленные десублимацией водяного пара, находящегося в воздушной прослойке.