трубопровод

Формула изобретения

Трубопровод, содержащий несущую оболочку, выполненную герметичной, и кольцевые канавки, соединенные с дренажным клапаном, теплоизоляционный слой, на который нанесен гидроизоляционный слой, и воздушную прослойку, находящуюся между трубой и теплоизоляционным слоем, отличающийся тем, что воздушная прослойка заключена в гибкий шланг произвольного сечения, навитый на трубу по винтообразной направляющей и находящийся в теплоизоляционном слое, при этом в качестве наполнителя воздушной прослойки используется воздух или газ избыточного давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к изоляционным конструкциям подземных трубопроводов, предназначенных для транспортировки теплоносителя.

Известно гидроизоляционное покрытие трубопровода (см. а.с. N 307241, МКИ F 16 L 59/00, 1971. Бюл. N 20), каждый слой которого выполнен из гибких пустотелых элементов, навитых с герметичными перегородками по спирали на трубопровод.

Недостатком является нарушение стабилизации температурного режима движущейся жидкости в трубе за счет накопления конденсата на внешних поверхностях гибких пустотелых элементов.

Известен трубопровод (см. а.с. N 815418, МКИ F 16 L 59/06, 1981. Бюл. N 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 погодно-климатических 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.

В основу изобретения поставлена задача поддержания температурной стабилизации движущейся по трубе жидкости путем непрерывного перемещения воздуха или газа избыточного давления в воздушной оболочке, заключенной в гибкий шланг, навитый на трубу по винтообразной направляющей.

Технический результат, полученный в результате решения поставленной задачи заключается в том, что трубопровод содержит несущую оболочку, выполненную герметичной и кольцевые канавки, соединенные с дренажным клапаном, теплоизоляционный слой, на который нанесен гидроизоляционный слой и воздушную прослойку, выполненную в виде гибкого шланга, навитого на трубу по винтообразной направляющей, при этом воздух или газ в воздушной прослойке имеет избыточное (выше атмосферного) давление.

На чертеже показана принципиальная схема расположения слоев изоляции на продольном разрезе трубопровода.

Устройство состоит из трубы 1, покрытой теплоизоляционным слоем 2, в котором размещен 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 в 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 лишь частью своей поверхности, обеспечивая теплообмен (теплопроводность и конвекция) между воздушной прослойкой и жидкостью, движущейся в трубе 1, при этом гибкий шланг 3 (в продольном разрезе трубопровода) делит воздушную прослойку с точки зрения теплообмена на верхнюю зону 8 и нижнюю 9.

Наличие воздушной прослойки в гибком шланге 3, навитого по винтообразной направляющей на трубу 1 приводит к тому, что в зависимости от внешних факторов - измерение температуры грунта по высоте продольного сечения 1 под воздействием погодно-климатических условий эксплуатации трубопровода, плотность воздуха (газа) в нижней 9 и верхней 8 зонах воздушной прослойки будет разная. Это обеспечивает постоянное перемещение слоев по гибкому шлангу 3. Наблюдаемое перемещение (в условиях замкнутого пространства, например, вертикальные кольцевые щели, в качестве которых рассматриваются винтообразные кольца гибкого шланга 3) обусловлено стремление (по законам классической теплопередачи см. , например, стр. 227-229. Теплопередача. Исаченко В. П. , Осипова В.А., Сухомел А.С. - М.: Энергия. 1965 - 424 с.) к тепловому равновесию, что в конечном итоге и обеспечивает стабилизацию температурного режима движущейся по трубе 1 жидкости.

Процесс обеспечения стабилизации температурного режима движущейся по трубе 1 жидкости заключается в следующем.

При отрицательных температурах окружающей среды, когда грунт имеет температурный градиент, направленный с поверхности к более низким слоям (температура грунта у поверхности более низкая, чем температура грунта у основания трубопровода), воздух, находящийся под избыточным давлением (избыточное давление обеспечивает упругость гибкого шланга 3, то есть отсутствует нарушение формы канала гибкого шланга 3 под тяжестью трубы 1 с движущейся жидкостью, кроме того, избыточное давление воздуха соответствует большему его значению плотности и, соответственно, большей теплообменной способности) имеет плотность в верхней зоне 8 более высокую, чем в нижней зоне 9, в результате более плотные слои воздуха, имеющие температуру более низкую, опускаются вниз, вытесняя воздух из нижней зоны верх, тем самым осуществляется движение массы воздуха по винтообразной направляющей в гибком шланге 3. Данный процесс происходит до достижения теплового равновесия, то есть до стабилизации температурного режима движущейся по трубе 1 жидкости, при этом конвективное тепло (передача тепла при изменяющейся плотности теплоносителя) передается к движущейся жидкости теплопроводностью через поверхность гибкого шланга 3, контактирующей с поверхностью трубы.

При положительной температуре окружающей среды, когда грунт имеет температурный градиент, направленный с более низких слоев грунта к поверхности (температура поверхности грунта более высокая, чем температура грунта у основания трубопровода) воздух имеет в нижней зоне 9 большую плотность, чем в верхней зоне 8. По мере движения жидкости в трубе 1 выделяется теплота трения, передаваемая теплопроводностью воздуху в нижнюю зону 9 гибкого шланга 3. В результате наблюдается подогрев воздушной прослойки с уменьшением ее плотности и происходит перемещение слоев воздуха из нижней зоны 9 в верхнюю зону 8, что обеспечивает стабильность температурного режима движущейся по трубе 1 жидкости.

Возможное проникновение влаги с прогретых при положительных температурах окружающей среды верхних слоев грунта через материал или трещины несущей оболочки 6 не оказывает существенного влияния на стабилизацию температурного режима, так как эта влага стекает по кольцевым канавкам 5 между гидроизоляционным слоем 4 и внутренней поверхностью несущей оболочки 6 к дренажному клапану 7 и через него удаляется.

Оригинальность технического решения заключается в том, что нахождение воздуха в воздушной прослойке, выполненной в виде гибкого шланга, навитого по винтообразной направляющей на трубу, приводит к турбулизации потока в виде завихрения при свободной конвекции, что, как известно, интенсифицирует процесс теплообмена, обеспечивая более эффективное поддержание стабильного температурного режима движущейся по трубе жидкости.