Устройство для предотвращения замерзания трубопроводов

Изобретение относится к устройствам, применяемым для предохранения трубопроводов различного назначения от замерзания циркулирующих в них жидкостей. Технический результат заключается в быстром и своевременном срабатывании более эффективного термочувствительного элемента. Для его достижения в устройстве для предотвращения замерзания трубопроводов, содержащем установленную в трубе камеру (1) с термочувствительным элементом (4), сливное отверстие (6) и взаимодействующий с ним клапан (5), согласно изобретению, камера (1) установлена внутри трубы (3) в поперечном направлении и снабжена отверстиями (2) в боковых стенках для прохода транспортируемой жидкости, а термочувствительный элемент (4) выполнен в виде стержня из материала с эффектом памяти формы, обеспечивающего изменение осевой длины стержня при изменении температуры перекачиваемой среды, один конец которого закреплен в трубе, а на противоположном конце стержня установлен клапан (5), закрывающий сливное отверстие (6) в трубе. При этом в качестве материала с эффектом памяти формы использован сплав никелида титана. 1 з.п. форм. 4 илл.

Изобретение относится к устройствам, применяемым для предохранения трубопроводов различного назначения от замерзания циркулирующих в них жидкостей.

Известно устройство, предотвращающее замерзание воды в водопроводных линиях, содержащее корпус, термочувствительный исполнительный элемент в виде жесткой камеры, снабженной эластичной диафрагмой, взаимодействующей со штоком, на противоположном конце которого закреплен запорный клапан, причем часть камеры через изолированные стенки имеет регулируемую площадь контакта с наружным воздухом, в камере выполнено отверстие для наполнения ее водой, а в дне образовано отверстие для выпуска воды наружу (Авт. свид. СССР 201862, дата приоритета 11.11.1963, дата публикации 08.09.1967, автор Лютов А.В.).

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность его работы. Так при охлаждении воды происходит ее фазовый переход с образованием льда, что сопровождается увеличением объема, вследствие чего происходит деформация диафрагмы, которая открывает сливной клапан. Возникающий при этом сброс воды из трубопровода увеличивает как скорость ее движения, так и расход, что предотвращает дальнейшее замерзание. Однако при оледенении на величину свыше 25% живого сечения, устройство перестает действовать, так как образующийся лед препятствует перемещению диафрагмы, а значит и работе всего устройства.

Указанный недостаток устранен в устройстве по автоматической защите труб от промерзания, принятом в качестве прототипа, содержащем корпус, термочувствительный исполнительный элемент в виде камеры, разделенной на две части посредством гибкой диафрагмы, регулируемый клапан и сливной канал. При охлаждении воды до опасной величины, в нижней камере образуется лед, что увеличивает объем замерзшей воды и приводит к открытию клапана и сбросу воды в верхнюю камеру и далее по сливному каналу наружу. При восстановлении теплового режима за счет теплопроводности стенок корпуса лед в нижней камере тает, клапан закрывается и сброс воды прекращается (Авт. свид. СССР 1749690, дата приоритета 28.11.1990, дата публикации 23.07.1992, авторы Турутин Б.Ф. и Лютов А.В., прототип).

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность из-за низкой скорости срабатывания в обоих направлениях вследствие объективной физической длительности процессов льдообразования и таяния.

Задачей изобретения является повышение эффективности устройства для предотвращения замерзания трубопроводов путем быстрого и гарантированного открывания сливного клапана при достижении перекачиваемой жидкостью температуры замерзания.

Для решения поставленной задачи в устройстве для предотвращения замерзания трубопроводов, содержащем установленную в трубе камеру с термочувствительным элементом, сливное отверстие и взаимодействующий с ним клапан, согласно изобретению, камера установлена внутри трубы в поперечном направлении и снабжена отверстиями в боковых стенках для прохода транспортируемой жидкости, а термочувствительный элемент выполнен в виде стержня из материала с эффектом памяти формы, обеспечивающего изменение осевой длины стержня при изменении температуры перекачиваемой среды, один конец которого закреплен в трубе, а на противоположном конце стержня установлен клапан, закрывающий сливное отверстие, выполненное в трубе.

Согласно изобретению, в качестве материала с эффектом памяти формы использован сплав никелида титана, который позволяет простым соотношением долей компонентов варьировать точку срабатывания (точку мартенситно-аустенитого перехода) в пределах от минус ста до плюс двухсот градусов Цельсия. Таким образом, можно получить и применить сплав для изготовления термочувствительного исполнительного элемента, который будет гарантированно изменять свою форму при температуре замерзания любой из известных жидкостей, которые могут транспортироваться по трубопроводу, например воды, сырой нефти, нефтепродуктов, различных спиртов и др.

На фиг.1 схематично изображен продольный разрез устройства в закрытом состоянии; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3-продольный разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - продольный разрез устройства в открытом состоянии.

Устройство для предотвращения замерзания трубопроводов содержит камеру 1, снабженную отверстиями 2 в боковых стенках для прохода транспортируемой жидкости. Камера 1 установлена внутри трубы 3 в поперечном направлении. Внутри камеры коаксиально расположен термочувствительный элемент 4, выполненный в виде стержня из материала с эффектом памяти формы, способного изменять свою осевую длину при изменении температуры перекачиваемой среды. При этом один конец термочувствительного элемента 4 жестко закреплен в трубе 3, а другой соединен с клапаном 5, закрывающим сливное отверстие 6 в трубе.

Устройство работает следующим образом. При температуре перекачиваемой среды выше точки замерзания термочувствительный исполнительный элемент 4 находится в горячем (сжатом) состоянии, имеет минимальную осевую длину, в результате чего клапан 5 плотно прилегает к сливному отверстию 6 и обеспечивает герметичность всего устройства. При достижении температуры перекачиваемой среды точки замерзания термочувствительный исполнительный элемент 4 «вспоминает» свою холодную форму и увеличивает свою осевую длину, в результате чего клапан 5 открывает сливное отверстие 6 и выпускает наружу часть перекачиваемой жидкости. При этом скорость движения указанной жидкости по трубопроводу возрастает, что преотвращает ее замерзание.

При восстановлении нормального температурного режима термочувствительный исполнительный элемент 4 «вспоминает» свою горячую форму, уменьшает осевую длину, и клапан 5 автоматически закрывается.

Таким образом, преимущество заявляемого устройства заключается в быстром и своевременном гарантированном срабатывании за счет более эффективного термочувствительного элемента.

1. Устройство для предотвращения замерзания трубопроводов, содержащее установленную в трубе камеру с термочувствительным элементом, сливное отверстие и взаимодействующий с ним клапан, отличающееся тем, что камера установлена внутри трубы в поперечном направлении и снабжена отверстиями в боковых стенках для прохода транспортируемой жидкости, а термочувствительный элемент выполнен в виде стержня из материала с эффектом памяти формы, обеспечивающего изменение осевой длины стержня при изменении температуры перекачиваемой среды, один конец которого закреплен в трубе, а на противоположном конце стержня установлен клапан, закрывающий сливное отверстие, выполненное в трубе.

2. Устройство для предотвращения замерзания трубопроводов по п.1, отличающееся тем, что в качестве материала с эффектом памяти формы использован сплав никелида титана.