Способ контроля герметичности подземного кабеля

Реферат

 

Изобретение относится к способам контроля герметичности подземного кабеля городской телефонной сети, проложенного в многолетнемерзлых породах, и позволяет исключить повреждение подземного кабеля путем исключения конденсации в нем влаги подаваемого воздуха. Воздух сжимается, охлаждается, сорбционно очищается и подается в подземный кабель. Измеряют расход подаваемого воздуха при постоянном давлении в кабеле, по увеличению расхода до аварийного судят о негерметичности кабеля. Перед сжатием воздух дополнительно охлаждают путем пропускания через теплообменный трубопровод, расположенный в зоне вечной мерзлоты, а охлаждение перед сорбционной очисткой осуществляют в холодильной камере до температуры не более 0oC. Количество воздуха, пропускаемое через теплообменный трубопровод в зимнее время, выбирают из условия охлаждения в нем воздуха в летнее время при аварийном расходе на выходе из теплообменного трубопровода до температуры не более 0oC, а возникший избыток воздуха в зимнее время сбрасывают после сжатия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет контролировать герметичность подземного кабеля городской телефонной сети, проложенного в многолетнемерзлых породах. Целью изобретения является исключение повреждения подземного кабеля путем исключения конденсации в нем влаги подаваемого воздуха. На чертеже изображена схема устройства для реализации способа контроля герметичности подземного кабеля. Устройство содержит заборное отверстие 1, соединенное теплоизолированным каналом 2 с теплообменным трубопроводом 3. Последний через теплоизолированный канал 4 соединен с компрессором 5, который через трубопровод 6 с клапаном 7 соединен с холодильной камерой 8, связанной с сорбирующей установкой 9. Эта установка соединена с подземной кабельной сетью 10, которая, как и теплообменный трубопровод 3, расположена ниже глубины 11 сезонного протаивания грунта. Способ контроля герметичности подземного кабеля осуществляется следующим образом. Наружный воздух подается в подземную кабельную сеть 10 через последовательно соединенные заборное отверстие 1, теплоизолированный канал 2, теплообменный трубопровод 3, теплоизолированный канал 4, компрессор 5, трубопровод 6 с клапаном 7, холодильную камеру 8 и сорбирующую установку 9. При этом перед сорбирующей установкой воздух охлаждается в холодильной камере до температуры не более 0oC, что обеспечивает наиболее благоприятную работу сорбционных колонок и исключение замерзания конденсата в холодильной камере 8, в результате чего конденсат удаляется путем слива. При этой температуре относительная влажность воздуха не выше 30% что исключает конденсатообразование в кабельной сети 10 при понижении температуры до -16oC. Пропускание же воздуха через теплообменный трубопровод 3 позволяет в летний период получить на входе в компрессор 5 температуру воздуха не выше 0oC. Это обеспечивает надежную работу холодильной установки, рассчитанной на компенсации тепла адиабатического сжатия воздуха в компрессорной установке. После создания определенного давления воздуха в кабельной сети 10 осуществляют периодическую подачу номинального количества воздуха для поддержания заданного давления в этой сети. Номинальное количество воздуха определяется уровнем утечек из сети. При аварийном повреждении кабельной сети 10, например, из-за морозного растрескивания грунта давление в ней падает и автоматически количество воздуха, подаваемого в кабельную сеть 10 для сохранения прежнего уровня давления, увеличивается. По величине аварийного расхода воздуха и давлению в кабельной сети определяют место повреждения кабеля. В зимний период времени в теплообменный трубопровод 3 и компрессор 5 подается увеличенное количество воздуха, избыток которого стравливается клапаном 7. Это необходимо для создания расчетного уровня проморозки грунта вокруг теплообменного трубопровода 3 и исключения повышения температуры воздуха на выходе из него до температуры не более 0oC при аварийном расходе воздуха в летнее время. Температура воздуха в теплый период года в конце теплообменного трубопровода 3 может быть определена с достаточной для инженерных расчетов точностью из выражения, полученного из решения уравнения теплового баланса для трубопровода, которое имеет вид tлк = tло+(Tl-tлo)Aл, (1) Aл= KkU1/GaCkр, (2) где tkк,tkо температура воздуха в конце и начале трубопровода 3 в теплый период года, oC; Te средняя температура пород вокруг трубопровода 3 к моменту подачи воздуха с положительной температурой, oC; U, l периметр и длина трубопровода 3, м; Ckр теплоемкость влажного воздуха, Дж/кгK; Kk коэффициент нестационарного теплообмена, Вт/м2K; G аварийный расход воздуха в системе в летний период, кг/c. Коэффициент нестационарного теплообмена определяется из решения задачи теплообмена воздуха, движущегося в трубопроводе, с окружающими породами и имеет вид Kл = [1/+(Ro/)ln(1+4a/R2o)0,5]-1Вт/м2K, (3) где коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м2K; Rо радиус трубопровода 3, м; l коэффициент теплопроводности грунта, Вт/мK; a коэффициент температуропроводности грунта, м2/c; t длительность периода прогрева или охлаждения, с. Выполненные расчеты показывают, что для всех диапазонов изменения параметров, входящих в выражение (3), в реальных условиях эксплуатации системы можно считать Kл , это практически не сказывается на точности получаемых результатов. Коэффициент теплоотдачи определяется по известной формуле для трубопроводов и скважин = 2G0,8/S0,8Вт/м2K, (4) где коэффициент шероховатости, равный для труб 1,5; G расход воздуха, кг/c; S сечение трубопровода 3, м2. Размерность формулы определяется размерностью коэффициента, так как формула эмпирическая. Для того чтобы в летний период обеспечить на выходе температуру воздуха в пределах не выше 0oC, т.е. tлк 0C, средняя температура пород вокруг трубопровода 3 должна быть как минимум равна величине (5) C другой стороны, температура Тe за зимний сезон может быть определена из выражения (взята средняя температура) Te (Tо + tcp)/2oC, (6) tcp (tpo+tpк)/2C, (7) где То естественная температура пород в месте заложения трубопровода 3, oC; tpo,tpк температура воздуха в начале и конце трубопровода 3 в зимний период года, oC. Значение tpк определяется по формуле, аналогичной (1) tpк = tpo+(To-tpo)AзC; (8) Aз= U1/GзCpp. (9) Подставляя (8), (7) и (6) в выражение (5), после преобразований получают выражение которое с учетом того, что tлк = 0C, т.е. в летний период температура воздуха в аварийном режиме работы системы должна быть равна как минимум 0oC, преобразуют (10) Выражение (9) преобразуют с учетом выражения (4) (11) откуда находят выражение для определения расхода воздуха в трубопроводе в зимний период (12) Таким образом, для обеспечения температуры в летний период ниже или равной некоторой заданной температуре tлк в зимний период необходимо обеспечить расход воздуха в системе не меньше величины, определяемой по формуле (12), где параметр А3 находится по формуле (10). Выражения (12) и (2) можно преобразовать с учетом того, что =1,5, U= 2Ro, S=R2o. Подставляя эти значения в выражение (12) и (2) с учетом того, что Kл получают выражения (13) (14) Учитывая, что количество воздуха, подаваемое в систему, не должно быть меньше номинального, получают левый предел неравенства GнG3 кг/с. (15) С другой стороны, для обеспечения в летний период работы системы в аварийном режиме температуры не выше 0oC на выходе из трубопровода 3 необходимо, чтобы расход воздуха в зимний период был не меньше величины, определяемой формулой (14), т.е. G3(7,5 l/AзCзрR0o,6)5кг/с. (16) С учетом выражений (15) и (16) и подставив формулу (13) в выражение (10), получают расчетное неравенство для определения расхода воздуха, подаваемого в трубопровод 3, в зимний период Gн Gз(7,5l/AзCзрR0o,6)5кг/с, (17) (18) В трубопровод 3 подают большее из значений, полученное при расчете по формуле (17). В конкретных условиях работы городской телефонной сети при прокладке кабеля в мерзлых породах номинальный расход воздуха, подаваемого в систему, 510-4 кг/с, аварийный 510-3 кг/с. Согласно способу температура воздуха на выходе из теплообменного трубопровода 3 должна быть при аварийном расходе не выше 0oC, для чего в зимний период необходимо подавать в трубопровод 3 воздух в количестве, определяемом по формулам (17) и (18). Реальные данные для расчетов следующие: Tо -5oC; tзo = -24C tло = 13C;; a 10-6м2/c; Ckр = 1070 Дж/кгC; Cpp = 1055 Дж/кгC. Параметры теплообменного трубопровода 3 следующие: l 10 м; Rо 0,2 м. По формуле (18) находим, что А3 0,66, а по формуле (17) G 18,910-4 кг/с. Это значение выше номинального, поэтому в зимний период в трубопровод 3 необходимо подавать воздух в количестве 18,910-4 кг/с, что обеспечивает в летний период температуру на входе в компрессор не выше 0oC. Это легко проверить. По формуле (8) находим tзк=-11,5oC. По формуле (7) определяем tcp -17,75oC. По формуле (6) находим Te -11,375oC. По формуле (13) определяем значение A= 0,534. Окончательно, по формуле (1) найдем tkк = 0C. Теплоизоляция на каналах 2 и 4 делается для того, чтобы избежать конденсатообразование и обледенение в них в переходные периоды года. На выходе из теплообменного трубопровода температура воздуха в течение всего года всегда ниже 0oC, что позволяет рассчитать мощность холодильной камеры, которая должна компенсировать тепло адиабатического сжатия воздуха в компрессоре. Способ позволяет исключить конденсатообразование в кабельной сети, что повышает надежность телефонной связи в районах вечной мерзлоты.

Формула изобретения

1. Способ контроля герметичности подземного кабеля путем последовательного сжатия, сорбционной очистки, подачи воздуха в подземный кабель и измерения расхода подаваемого при постоянном давлении в кабеле воздуха по увеличению расхода до аварийного судят о негерметичности подземного кабеля, отличающийся тем, что, с целью исключения повреждения подземного кабеля, проложенного в зоне вечной мерзлоты, перед сорбционной очисткой воздух охлаждают до температуры не более 0oC. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед сжатием воздух охлаждают путем пропускания через теплообменный трубопровод, расположенный в зоне вечной мерзлоты, а охлаждение до температуры не более 0oC перед сорбционной очисткой осуществляют в холодильной камере. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что количество воздуха, пропускаемое через теплообменный трубопровод в зимнее время, выбирают из условия охлаждения в нем воздуха в летнее время при аварийном расходе на выходе из теплообменного трубопровода до температуры не более 0oC, а возникший избыток воздуха в зимнее время сбрасывают после сжатия.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000