НАГРЕВАЕМЫЙ ТРУБОПРОВОД ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И СОЕДИНИТЕЛЬ ДЛЯ НАГРЕВАЕМОГО ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
HEATED FLUID PIPELINE AND CONNECTOR FOR HEATED FLUID PIPELINE

Настоящее изобретение относится к нагреваемому трубопроводу для текучей среды, содержащему трубу, соединитель, установленный на одном конце трубы и имеющий входной канал с продольной осью, и нагревательный стержень, установленный внутри трубы и выступающий из соединителя вбок через выходной канал под заданным углом к продольной оси, при этом в имеющей периферийную стенку приемной полости между нагревательным стержнем и соединителем расположено уплотнение.
Кроме того, изобретение относится к соединителю для нагреваемого трубопровода для текучей среды, содержащему входной канал, имеющий продольную ось, боковой выходной канал, проходящий под заданным углом к продольной оси, и приемную полость для уплотнения, которая примыкает к выходному каналу и имеет периферийную стенку с центральной осью.
Нагреваемый трубопровод для текучей среды и соединитель для такого нагреваемого трубопровода известны из DE 10011102244 А1.
Изобретение описано ниже на примере трубопровода для транспортировки мочевины из расходного бака к месту потребления. Мочевину (UREA) применяют в дизельных двигателях для уменьшения выбросов оксидов азота.
Если такой трубопровод установлен в механическом транспортном средстве, то при низких температурах окружающей среды существует опасность, что находящаяся в нем мочевина замерзнет и перестанет быть текучей. Поэтому трубопровод и соединитель нагревают.
Если входной канал соединителя проходит прямолинейно, то есть переходит без изменения направления в выходной канал, то нагревательный стержень нужно вывести наружу из соединителя сбоку, обычно под углом от 20° до 80° к продольной оси. Нагревательный стержень на выходе из соединителя нужно уплотнить, чтобы предотвратить вытекание нагреваемой текучей среды. Для этого используют уплотнение, расположенное в приемной полости, примыкающей к выходному каналу. Это уплотнение, например, в виде уплотнительного кольца герметично прилегает к нагревательному стержню и к периферийной стенке, так что выход текучей среды из соединителя через выходной канал становится невозможным.
Однако оказалось, что такое уплотнение не всегда является достаточно надежным.
В основе изобретения лежит задача обеспечить надежное уплотнение нагревательного стержня, выведенного сбоку из соединителя наружу.
В нагреваемом трубопроводе для текучей среды описанного выше типа эта задача решена посредством того, что предусмотрены средства центрирования нагревательного стержня и уплотнения друг относительно друга.
Проблема с уплотнением сводится к тому, что нагревательный стержень, который входит во входной канал соединителя примерно параллельно продольной оси, а затем выходит под определенным углом к ней через выходной канал, необязательно расположен в выходном канале по центру. Для того чтобы нагревательный стержень вообще можно было установить, поперечное сечение выходного канала должно быть несколько больше поперечного сечения нагревательного стержня. Если нагревательный стержень расположен в выходном канале не по центру, то один периферийный участок уплотнения сильно нагружается давлением и подвергается чрезмерному сжатию, в то время как другой периферийный участок нагружается слишком малым давлением, в результате чего герметичность не может быть обеспечена с необходимой надежностью. Если же предусмотреть средство центрирования нагревательного стержня и уплотнения друг относительно друга, то проблема герметичности решается простым путем. При этом все периферийные участки уплотнения сжимаются одинаково, так что ни на одном из них не происходит чрезмерного или недостаточного сжатия.
Периферийная стенка предпочтительно имеет центральную ось, смещенную вбок относительно центральной оси выходного канала. При этом приемная полость и выходной канал будут расположены несоосно. Таким образом, можно учитывать фактическое положение нагревательного стрежня в выходном канале.
Центральная ось периферийной стенки предпочтительно смещена относительно центральной оси выходного канала в сторону продольной оси. Тем самым учитывается собственное напряжение нагревательного стержня, которое он имеет после заворачивания из входного канала в выходной канал. Это можно не учитывать, если нагревательный стержень предварительно изогнуть.
Центральная ось периферийной стенки предпочтительно смещена относительно центральной оси выходного канала менее чем на 0,5 мм. Таким образом, смещение может быть сравнительно малым и составлять, например, 2, 3, 4 или 5 десятых миллиметра или иметь промежуточные значения между указанными значениями.
Альтернативно или в дополнение к эксцентричному расположению периферийной стенки приемной полости и выходного канала, в приемной полости может быть установлена опорная шайба, которая опирается на периферийную стенку и позиционирует нагревательный стержень относительно уплотнения. Эта опорная шайба может опираться на периферийную стенку, противоположно напряжению, вызванному изгибом нагревательного стержня, и тем самым позиционировать нагревательный стержень относительно уплотнения.
Во входном канале предпочтительно расположен наклонный элемент, имеющий направляющую поверхность, проходящую от входного канала к выходному каналу. Нагревательный стержень можно ввести в соединитель через входной канал, при этом он наталкивается на направляющую поверхность наклонного элемента и в результате отклоняется к выходному каналу. Затем нагревательный элемент будет выступать из выходного канала и приемной полости, предназначенной для уплотнения. Так как нагревательный элемент имеет определенную собственную жесткость, практически невозможно избежать того, что при прохождении через приемную полость он уже не будет расположен соосно с уплотнением. Эта проблема, которая в противном случае могла бы вызвать риск негерметичности, устраняется посредством определенного средства, то есть посредством эксцентричности периферийной стенки и выходного канала и/или опорной шайбы.
В соединителе описанного выше типа задача решена посредством того, что центральная ось периферийной стенки смещена относительно центральной оси выходного канала и/или в приемной полости расположена опорная шайба, которая опирается на периферийную стенку.
При таком выполнении можно как бы предварительно компенсировать проблему, состоящую в том, что нагревательный стержень из-за собственной жесткости не расположен соосно в выходном канале. Благодаря этому можно обеспечить лучшую герметичность в месте, где нагревательный стержень выходит из соединителя.
Центральная ось периферийной стенки предпочтительно смещена относительно периферийной стенки выходного канала в сторону продольной оси. Благодаря этому уменьшается предварительный изгиб нагревательного стержня.
Центральная ось периферийной стенки предпочтительным смещена относительно центральной оси выходного канала максимум на 0,5 мм. Этого небольшого смещения достаточно, чтобы устранить проблемы с эксцентричностью нагревательного стержня в выходном канале.
Ниже описан предпочтительный вариант осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 схематично изображает продольный разрез конца нагреваемого трубопровода,
фиг. 2 - разрез II-II на фиг. 1,
фиг. 3 - схематичный вид сверху на выходной канал,
фиг. 4 - фрагмент фиг. 1 в увеличенном масштабе и
фиг. 5 - вариант выполнения, модифицированный по сравнению с фиг. 4.
На фиг. 1 показан нагреваемый трубопровод 1 для текучей среды, содержащий соединитель 2 и трубу 3. Труба является гибкой и может быть выполнена из экструдированного полимера или из материала, предназначенного для шлангов. Ниже под термином «труба» следует также понимать и шланг.
Труба 3 надета на соединительный патрубок 4 соединителя и уплотнена относительно него уплотнительным кольцом 5. Наружная сторона соединительного патрубка 4 имеет елочный профиль. При необходимости труба 3 может быть зафиксирована на соединительном патрубке 4 также путем заливки полимером.
Через соединительный патрубок 4 и весь соединитель, вплоть до соединительного геометрического элемента 7, проходит прямолинейный входной канал 6, как показано на фиг. 2. При помощи соединительного геометрического элемента 7 соединитель 2 может быть закреплен на соединительном патрубке другого трубопровода, бака или агрегата. Точная форма соединительного геометрического элемента 7 в данном случае не имеет значения. Однако он должен быть выполнен таким образом, чтобы соединение между соединителем 2 и соединительным патрубком было достаточно прочным и герметичным.
В свободном поперечном сечении трубы 3 расположен нагревательный стержень 8, показанный штриховыми линиями. Нагревательный стержень 8 содержит по меньшей мере один нагревательный провод, заделанный в полимерный экструдированный материал. Предпочтительно имеются два нагревательных провода, соединенные друг с другом на удаленном от соединителя 2 конце, так что электрическое питание нужно подавать лишь на одном конце нагревательного стержня 8. Хотя нагревательный стержень 8 является гибким, он имеет определенную собственную жесткость, так что когда трубу 3 (вместе с находящимся в ней нагревательным стержнем 8) насаживают на соединительный патрубок 4, нагревательный стержень 8 может входить во входной канал 6 в соединительном патрубке 4.
Нагревательный стержень 8 должен выходить из соединителя 2, не достигая соединительного геометрического элемента 7, чтобы не мешать соединению, образуемому при помощи последнего. Поэтому соединитель имеет выходной канал 9, продольная ось 10 которого расположена под углом α к продольной оси 11 входного канала 6. Угол α больше 0° и предпочтительно находится в диапазоне от 20° до 80°.
Выходной канал 9 проходит в патрубке 12, расположенном под углом α к продольной оси 11 входного канала 6. В патрубке 12 установлено уплотнительное кольцо 13, герметично прилегающее к нагревательному стержню 8 и предотвращающее вытекание текучей среды из выходного канала. Уплотнительное кольцо 13 удерживается в выходном канале 9 при помощи заглушки 14, установленной в патрубке 12. Однако заглушка 14 лишь удерживает уплотнительное кольцо на месте, но не сжимает его.
Наклонный элемент 15 имеет направляющую поверхность 16, которая выполнена криволинейной, то есть без изломов. Направляющая поверхность 16 проходит от «нижней стороны» входного канала 6, то есть от стороны, противоположной выходному каналу 9, до выходного канала 9 и продолжается в его стенке. Таким образом, верхний конец нагревательного стержня 8 может скользить по направляющей поверхности 16, не встречая уступов, изломов, канавок и т.п. Если нагревательный стержень 8 вводят через соединительный патрубок 4 во входной канал 6, то посредством направляющей поверхности 16 наклонного элемента 15 верхний конец изменяет направление таким образом, что автоматически попадает в выходной канал 9.
Образование нагреваемого трубопровода 1 для текучей среды при помощи такого соединителя осуществляется сравнительно просто. Нужно лишь предварительно собрать трубу 3 вместе с нагревательным стержнем 8 так, чтобы последний выступал из нее на заданную длину. Таким образом, до того, как труба 3 будет насажена на соединительный патрубок 4, нагревательный стержень 8 уже будет входить во входной канал 6 внутри соединительного патрубка 4. Если затем трубу 3 и нагревательный стержень 8 переместить дальше, чтобы надвинуть трубу 3 на соединительный патрубок 4, то верхний конец нагревательного стержня 8 посредством направляющей поверхности 16 на наклонном элементе 15 отклоняется и входит в выходной канал 9, откуда может выходить из соединителя 2.
Разумеется, можно сначала вставить в соединитель 2 только нагревательный стержень 8, а затем перемещать трубу 3 над нагревательным стержнем 8 и надвинуть ее на соединительный патрубок 4.
Для размещения уплотнительного кольца 13, то есть уплотнения, предусмотрена приемная полость 20, имеющая периферийную стенку 21. Уплотнительное кольцо 13 должно прилегать с заданным предварительным напряжением в радиальном направлении внутрь к нагревательному стержню 8 и в радиальном направлении наружу к периферийной стенке 21. При этом напряжения должны распределяться в окружном направлении приблизительно равномерно.
Однако нагревательный стержень 8, как правило, расположен в выходном канале 9 не по центру. Нагревательный стержень 8 имеет определенную собственную жесткость. Хотя эта собственная жесткость допускает изгиб нагревательного стержня, когда его вдвигают в выходной канал 9 по направляющей поверхности 16 наклонного элемента 15, но вследствие собственной жесткости нагревательный стержень 8 стремится сохранить свое неизогнутое положение. Это приводит к тому, что нагревательный стержень 8 будет расположен в выходном канале 9 не соосно, а наклонно к продольной оси 11 входного канала 6. Если не принимать дополнительных мер, то в результате одна периферийная область уплотнительного кольца 13 сжимается сильнее, а диаметрально противоположная ей область сжимается меньше. Такое избыточное и недостаточное сжатие уплотнительного кольца 13 может привести к негерметичности.
Чтобы избежать этого, эксцентричность нагревательного стержня 8 в выходном канале 9 предварительно компенсируют. Один вариант этой компенсации состоит в том, что, как показано на фиг. 3 и 4, выходной канал 9 и приемная полость 20 расположены эксцентрично друг относительно друга. Другими словами, центральная ось 22 периферийной стенки 21 смещена в боковом направлении относительно центральной оси 10 выходного канала 9, а именно в сторону продольной оси 11. Как видно на фиг. 4, в результате этого уплотнительное кольцо 13 расположено в приемной полости 20 таким образом, что оно нагружается нагревательным стержнем 8 приблизительно равномерно по всей окружности.
Центральные оси 10, 22 смещены друг от друга на расстояние d, которое на фиг. 3 и 4 показано преувеличенно большим. Во многих случаях достаточно, если центральная ось 22 периферийной стенки смещена относительно центральной оси 10 выходного канала 9 максимум на 0,5 мм, например на 0,3 мм.
Другой вариант, который можно использовать дополнительно или альтернативно, состоит в том, что в приемной полости 20 установлена опорная шайба 23. Размеры опорной шайбы могут быть выбраны такими, что, с одной стороны, она может быть вставлена в приемную полость 20 с малым зазором, а с другой стороны, она обеспечивает положение нагревательного стержня 8, при котором уплотнительное кольцо 13 подвергается равномерному сжатию по всей окружности. В принципе для этого достаточно, если опорная шайба 23 может опираться на ту область периферийной стенки 21, от которой наиболее близко расположен или может быть расположен нагревательный стержень 8 без принятия дополнительных мер. На фиг. 5 это правая сторона периферийной стенки 21. На противоположной стороне периферийной стенки 21 между ней и опорной шайбой 23 может существовать зазор 24. Благодаря этому зазору 24 может быть выгодным, если при таком варианте выполнения приемная полость 20 и выходной канал 9 также расположены эксцентрично друг относительно друга. Альтернативой этому может быть эксцентричное расположение отверстия 25 в опорной шайбе 23, через которое проходит нагревательный стержень 8.