скважинный анодный заземлитель

Формула изобретения

Скважинный анодный заземлитель, содержащий размещенные в скважине с зазором, заполненным электропроводным бетоном, центральный стальной электрод и составляющие заземлитель элементы, выполненные в виде стальных трубчатых элементов, покрытых слоем электропроводного бетона, окруженных слоем активатора в виде коксовой засыпки и заключенных в стальной тонкостенный кожух со стальной сеткой по торцам, насаженные на электрод в виде гирлянды и электрически и механически последовательно соединенные между собой, отличающийся тем, что трубчатые элементы снабжены стальными тонкостенными коническими разрезными втулками в виде цанг с конусностью не более 1: 50, сопряженными с выполненными по торцам трубчатых элементов внутренними коническими расточками и поверхностью центрального электрода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию систем катодной защиты подземных сооружений, трубопроводов и коммуникаций от электрохимической коррозии, в частности к анодным заземлителям.

Известен анодный заземлитель (SU а.с. 1516509 А1, С 23 F 13/00), содержащий токоввод и последовательно соединенные электроды, каждый из которых выполнен в виде концентрично расположенных стержня и тонкостенного металлического кожуха, пространство между которыми заполнено электропроводным бетоном, снабжен фланцами и анкерными болтами, причем стержни выполнены с кольцевыми ребрами жесткости, размещенными равномерно по их длине, а концы каждого стержня выполнены в виде раструбных колец, в одном из которых смонтирован токоввод, в другом - анкерный болт, а фланцы укреплены на наружной поверхности колец.

Недостатками известного анодного заземлителя являются:

- сложность конструкции, требующая значительного объема монтажных работ: соединение анодных заземлителей попарно посредством свинчивания анкерных болтов между собой муфтой, а также сборка болтовыми соединениями между собой кожухов;

- недостаточно надежная силовая связь между парами анодных заземлителей при их сборе в глубинный анодный заземлитель: силовая связь между парами осуществляется металлическими кожухами, которые растворяются в первую очередь, в результате чего пары удерживаются в скважине на весу только электропроводящими кабелями;

- конструктивное исполнение соединения стержней между собой анкерными болтами с помощью муфты из винипласта и наличие фланцев из неэлектропроводного материала сокращают эффективную рабочую длину глубинного анодного заземлителя, что противоречит самой идее глубинного анодного заземлителя;

- за счет увеличения длины заземлителя улучшить его характеристики.

Известен скважинный анодный заземлитель (SU а.с. 1339164 А1, С 23 F 13/00), выполненный в виде гирлянды электрически и механически последовательно соединенных между собой анодных заземлителей, каждый из которых содержит центральный стальной электрод, слой активатора в виде коксовой засыпки, упакованные в металлический тонкостенный кожух, причем каждый анодный заземлитель снабжен насаженным на центральный электрод электропроводным трубчатым элементом и слоем электропроводного бетона, расположенным между трубчатым элементом и слоем активатора, при этом центральный электрод выполнен общим для всех заземлителей, между отдельными заземлителями расположены перегородки в виде металлической сетки, а зазор между стенкой скважины и наружным кожухом заполнен электропроводным бетоном.

Недостатком известного скважинного анодного заземлителя является ненадежность электрического соединения между центральным электродом и трубчатым элементам, которая может привести к выходу из строя как заземлителей, так и всей гирлянды в целом. Это объясняется следующими причинами:

- плотный металлический контакт между центральным электродом и трубчатым элементом из-за гарантированного между ними зазора по диаметру теоретически возможен только по линии, да и то лишь при соблюдении абсолютных геометрических прямолинейности и параллельности образующих электрода и цилиндрического отверстия трубчатого элемента, фактически же металлический контакт осуществляется в нескольких точках;

- электропроводный бетон в силу своего функционального назначения гигроскопичен и поэтому пропускает к месту металлического контакта электрода и трубчатого элемента электролит грунта, что приводит к электрохимической коррозии поверхностей контакта и, как следствие, в лучшем случае к повышению омического сопротивления контакта, в худшем - к полному исчезновению электрической связи между электродом и трубчатым элементом.

Данный скважинный анодный заземлитель является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности и увеличение срока службы заземлителя.

Техническая задача решается тем, что в скважинном анодном заземлителе, содержащем размещенные в скважине с зазором, заполненным электропроводным бетоном, центральный стальной электрод и составляющие заземлитель элементы, выполненные в виде стальных трубчатых элементов, покрытых слоем электропроводного бетона, окруженных слоем активатора в виде коксовой засыпки и заключенных в стальной тонкостенный кожух со стальной сеткой по торцам, насаженные на электрод в виде гирлянды и электрически, и механически последовательно соединенные между собой, согласно изобретению трубчатые элементы снабжены стальными тонкостенными коническими разрезными втулками в виде цанг с конусностью не более 1:50, сопряженными с выполненными по торцам трубчатых элементов внутренними коническими расточками и поверхностью центрального электрода.

Изобретение поясняется чертежами:

фиг.1 - продольный по оси разрез заземлителя;

фиг.2 - продольный разрез и вид сверху конической втулки;

фиг.3 - выноска с продольного разреза заземлителя.

Скважинный анодный заземлитель состоит из единого центрального стального электрода 1, имеющего на конце заходной конус 2. На центральный электрод насажены в виде гирлянды отдельные заземлители 3. Между наружной поверхностью заземлителей 3 и внутренней поверхностью скважины закачан электропроводный бетон 4. Верхний конец центрального электрода 1, расположенный в колодце 5, соединен кабелем 6 с катодной станцией. Каждый отдельный заземлитель 3 состоит из трубчатого элемента 7, выполненного из стали, внутренний диаметр которого больше с гарантированным зазором диаметра центрального электрода 1 для обеспечения свободной сборки. Вокруг трубчатого элемента 7 равномерным слоем расположен слой электропроводного бетона 8, а затем слой коксовой засыпки 9, заключенные в тонкостенный металлический кожух 10. Торцы отдельных заземлителей 3 между кожухом 10 и трубчатым элементом 7 закрыты металлической сеткой 11, предотвращающей высыпание коксовой засыпки 9. По торцам трубчатого элемента 7 выполнены внутренние конические расточки 12, в которых расположены тонкостенные разрезные конические втулки 13, выполненные в виде цанги. Конусность расточки 12 и втулки 13 выбрана величиной не более 1: 50, что, как известно из техники (см. П.И. Орлов. Основы конструирования. Кн. 2. - М.: Машиностроение, 1988), обеспечивает самозаклинивание конического сопряжения, препятствующее самопроизвольному выходу втулки 13 из расточки 12. Втулка 13 сопрягается одновременно с расточкой 12 трубчатого элемента 7 и поверхностью центрального электрода 1, обеспечивая электрическую связь между электродом 1 и заземлителями 3. За счет распирающего действия конического сопряжения при приложении нагрузки вдоль оси создаются надежные поверхностные контакты между центральным электродом 1 и втулкой 13, втулкой 13 и расточкой 12 трубчатого элемента 7. Для обеспечения равномерности давления по площади поверхностных металлических контактов втулка 13 выполнена тонкостенной разрезной (с разрезом 14 по образующей на всю длину втулки 13) в виде цанги (с несколькими равномерно расположенными по окружности втулки 13 надрезами 15 вдоль ее оси, образующими цанговые лепестки 16). Втулки 13 двух соседних заземлителей 3 в гирлянде направлены конусами в разные стороны и упираются друг в друга тупыми торцами.

Скважинный анодный заземлитель работает следующим образом. Анодные заземлители 3 в гирлянде собственным весом и при необходимости дополнительным внешним усилием вгоняют втулки 13 по оси в расточки 12 труб трубчатых элементов 7. Распорное усилие на стенки расточки 12 и поверхность центрального электрода 1 от конической втулки 13 в 10 раз больше осевого усилия, действующего на втулку 13, и достигает значительных величин, плотно прижимающих лепестки 16 втулки 13 к поверхности электрода 1 с одной стороны и к поверхности расточки 12 с другой. В случае несоответствия геометрических форм втулки 13 геометрическим формам поверхностей электрода 1 и расточки 12 из-за отклонения размеров в пределах допуска на изготовление распорное усилие деформирует податливые тонкостенные узкие лепестки втулки 13 до полного соответствия геометрических форм поверхностей сопрягаемых элементов 1, 12, 13, образующие плотные поверхностные металлические контакты элементов электрод 1 - втулка 13; втулка 13 - расточка 12 трубчатого элемента 7. Шлифование поверхностей сопрягаемых элементов 1, 12, 13 обеспечивает плотность и прижатие металлических контактов, предотвращающие проникновение электролита грунта в контакт и создающие условия для диффузионной сварки сопрягаемых элементов 1, 12, 13.

Таким образом, создается надежная электрическая связь между центральным электродом 1 и анодным заземлителем 3, проводимость которого в 2 и более раз превышает проводимость самого электрода 1.

Центральный электрод 1 кабелем 6 подсоединяют к клемме "+" катодной станции, а ее клемма "-" присоединяется к защищаемому соединению. При электрохимическом процессе, возникающем при протекании тока, электрод 1, трубчатые элементы 7 и кожуха 10 разрушаются с образованием продуктов коррозии и свободных электронов. В слое электропроводного бетона образуются свободные электроны за счет анионов электролита грунта и выделения газов - кислорода, хлора и др. Материал электрода из электропроводного бетона не принимает участия в электрохимическом процессе, однако частично окисляется выделенными газами, которые значительной частью мигрируют через коксовую засыпку. Слой коксовой засыпки кроме электропроводящей функции выполняет функции дренажа для отвода образующихся газов, увеличивает площадь контакта заземлителя.

Применение конической втулки 13 обеспечивает исключительно надежный электрический контакт между центральным электродом 1 и анодным заземлителем 3, что значительно повышает надежность и ресурс всего скважинного анодного заземлителя в целом.

Использование изобретения позволит применять индустриальный способ изготовления заземлителя на заводе, экономить энергию, металлы, повысить эффективность анодного процесса, обеспечить надежность и большой срок службы заземления.