RU2617677C1

RU2617677C1 - Deep anode earth electrode

Info

Publication number: RU2617677C1
Application number: RU2016101024A
Authority: RU
Inventors: Игорь Робертович Геллерштейн; Евгений Сергеевич Толыпин; Сергей Александрович Паршин; Марина Васильевна Тарасевич; Виктор Анатольевич Богданченко; Виктория Владимировна Ибрагимова
Original assignee: Открытое акционерное общество "МАГНИТ"
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2017-04-26

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: deep anode earth electrode contains a cylindrical housing filled with activator, with locking and fixing lids; the supporting frame containing rods connected by U-shaped plates is installed in the cavity of the cylindrical body; and the cast electrode with the current lead wire. The deep anode earth electrode additionally comprises an elastic shell fixed to the side surfaces of the locking and fixing lids and metal washers sectioning the activator, the washers being installed perpendicular to the earth electrode axis at a distance of 200-250 mm from each other and having: the outer diameter of 6-10 mm less than the inner diameter of the cylindrical body; the inner diameter of the 6-10 mm more than the electrode diameter; openings coaxial to the frame rods, with the diameter of 4-6 mm more than the diameter of the rods, the cylindrical body being made twisted and connected to the support frame by metal plates.

EFFECT: ensuring uniform distribution of current along the electrode surface and the activator volume due to providing the maximum contact area of the activator with the ground in various operating conditions.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и может быть использовано при сооружении глубинных и поверхностных анодных заземлений.The invention relates to the field of electrochemical protection of metal structures from corrosion in soil and can be used in the construction of deep and surface anode earths.

Известна система защиты от коррозии (Патент ИЗ RU №2126061, опубл. 10.02.1999, МПК C23F 13/08), содержащая удлиненный элемент, включающий в себя электропроводящую удлиненную сердцевину и окружающую ее гибкую оболочку, содержащую в пространстве между собой и сердцевиной богатый углеродом материал в виде частиц, предпочтительно кокс, снабжена натяжными обертками, натянутыми вокруг гибкой оболочки для повышения уплотнения частиц богатого углеродом материала относительно уплотнения в отсутствие этих оберток.Known corrosion protection system (Patent FR RU No. 2126061, publ. 10.02.1999, IPC C23F 13/08) containing an elongated element comprising an electrically conductive elongated core and its surrounding flexible shell containing carbon rich in the space between itself and the core. the particulate material, preferably coke, is provided with tension wrappers stretched around a flexible shell to increase the compaction of the particles of carbon-rich material relative to the compaction in the absence of these wrappers.

Недостатком данного технического решения является низкая устойчивость к изгибающим нагрузкам и, как следствие, неравномерное распределение тока по поверхности электрода.The disadvantage of this technical solution is the low resistance to bending loads and, as a consequence, the uneven distribution of current on the electrode surface.

Известно глубинное заземление (Патент ПМ RU №44422, опубл. 10.03.2005, МПК H01R 4/66; C23F 13/00), содержащее гирлянду из соединенных друг с другом блоков заземлителей, каждый из которых включает рабочий электрод, размещенный в полом корпусе, заполненном активатором, и кабель присоединения, а также установленную на корпусе газоотводящую трубку с возможностью вывода ее вместе с кабелем на поверхность и средства для соединения блоков заземлителей в гирлянду, а в качестве активатора использована коксо-минеральная засыпка, содержащая смесь коксовой мелочи различных фракций и безгалогенидный минеральный активатор.Deep grounding is known (Patent PM RU No. 44422, publ. 10.03.2005, IPC H01R 4/66; C23F 13/00) containing a garland of interconnected earthing units, each of which includes a working electrode located in a hollow housing, filled with an activator, and the connection cable, as well as a gas outlet pipe mounted on the housing with the possibility of outputting it together with the cable to the surface and means for connecting the earthing units to a garland, and as an activator, a coke-mineral filling containing a mixture of coke breeze personal factions and bezgalogenidny mineral activator.

Недостатком технического решения является высыпание и размывание активатора после растворения полого корпуса, что приводит к неравномерной проработке поверхности электрода.The disadvantage of the technical solution is the rash and erosion of the activator after dissolution of the hollow body, which leads to uneven elaboration of the electrode surface.

Наиболее близким к заявляемому является глубинный анодный заземлитель (Патент ПМ RU №131726, опубл. 06.03.2013, МПК C23F 13/00), содержащий литой электрод в цилиндрическом корпусе с несущей рамой, заполненном активатором, и провод токоввода, соединяющий электрод со станцией катодной защиты посредством контактного узла, при этом несущая рама установлена в полости цилиндрического корпуса, в качестве активатора использована коксосинтетическая засыпка, содержащая смеси коксовой мелочи различных фракций и безгалогенидный синтетический активатор, а электрод соединен металлической пластиной с несущей рамой, выполненной с возможностью использования ее в качестве дополнительного электрода для увеличения площади рабочей поверхности, контактирующей с грунтом.Closest to the claimed one is a deep anode ground electrode (Patent PM RU No. 131726, publ. March 6, 2013, IPC C23F 13/00) containing a cast electrode in a cylindrical body with a supporting frame filled with an activator, and a current lead connecting the electrode to the cathode station protection by means of a contact node, while the supporting frame is installed in the cavity of the cylindrical body, the activator used is coke-synthetic filling containing mixtures of coke breeze of various fractions and a halogen-free synthetic activator, and trodes metal plate connected to the base frame, adapted to its use as an additional electrode to increase the area of the working surface in contact with the ground.

Недостатком прототипа является неравномерное распределение активатора в полом корпусе, возникающее в момент сквозного растворения его стенок, что приводит к снижению площади соприкосновения активатора с грунтом, повышению локальной плотности тока и переходу растворения электрода к язвенному, что приводит к снижению срока службы заземлителя и повышению переходного сопротивления заземлитель-грунт. В данном техническом решении не предусматриваются меры по ускорению растворения цилиндрического корпуса, в связи с чем в условиях неполного контакта этого корпуса со стенками скважины активатор может долгое время находиться в неработающем состоянии.The disadvantage of the prototype is the uneven distribution of the activator in the hollow body that occurs at the time of through dissolution of its walls, which leads to a decrease in the area of contact of the activator with the soil, an increase in the local current density and transition of the dissolution of the electrode to the ulcer, which leads to a decrease in the service life of the ground electrode and an increase in transition resistance grounding ground. This technical solution does not provide measures to accelerate the dissolution of the cylindrical body, and therefore, under conditions of incomplete contact of this body with the walls of the well, the activator can be in an idle state for a long time.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение срока службы заземлителя, снижение переходного сопротивления заземлитель-грунт, а также повышение надежности, срока службы активатора и сокращение периода его неактивного состояния.The problem to which the invention is directed, is to increase the service life of the ground electrode, reduce the transition resistance of the ground electrode-soil, as well as increase the reliability, service life of the activator and reduce the period of its inactive state.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного распределения тока по поверхности электрода и объему активатора вследствие обеспечения максимальной площади контакта активатора с грунтом в различных условиях эксплуатации.The technical result of the invention is to ensure uniform distribution of current over the surface of the electrode and the volume of the activator due to the maximum contact area of the activator with the soil in various operating conditions.

Поставленная задача решается тем, что глубинный анодный заземлитель, содержащий цилиндрический корпус, заполненный активатором, с запорно-фиксирующими крышками, в полости цилиндрического корпуса установлена несущая рама, содержащая стержни, соединенные П-образными пластинами, и литой электрод с проводом токоввода дополнительно содержит эластичную оболочку, закрепленную на боковых поверхностях запорно-фиксирующих крышек, и металлические шайбы, секционирующие активатор, причем шайбы установлены перпендикулярно оси заземлителя на расстоянии 200-250 мм друг от друга и имеют: внешний диаметр на 6-10 мм меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса; внутренний диаметр на 6-10 мм больше диаметра электрода; соосные стержням рамы отверстия диаметром на 4-6 мм больше диаметра стержней, при этом цилиндрический корпус выполнен витым и соединен с несущей рамой металлическими пластинами.The problem is solved in that the deep anode ground electrode containing a cylindrical housing filled with activator, with locking and fixing covers, a supporting frame is installed in the cavity of the cylindrical housing containing rods connected by U-shaped plates, and the cast electrode with a current lead additionally contains an elastic sheath mounted on the lateral surfaces of the locking and locking covers, and metal washers sectioning the activator, and the washers are mounted perpendicular to the axis of the ground electrode on standing 200-250 mm from each other and have an outside diameter of 6-10 mm to less than the internal diameter of the cylindrical housing; inner diameter 6-10 mm larger than the diameter of the electrode; holes coaxial with the frame rods with a diameter of 4-6 mm greater than the diameter of the rods, while the cylindrical body is twisted and connected to the supporting frame by metal plates.

Частным случаем выполнения глубинного анодного заземлителя является: выполнение эластичной оболочки из материала с относительным удлинением не менее 10% при нагрузке, равной 25% фактической разрывной нагрузке, и размером ячеек 3-5 мм, например, сетка из полимерного волокна; металлические шайбы, выполнены из малорастворимого сплава, например ферросилидового сплава.A special case of the implementation of a deep anode ground electrode system is: the execution of an elastic shell of material with a relative elongation of at least 10% at a load equal to 25% of the actual breaking load and a mesh size of 3-5 mm, for example, a mesh of polymer fiber; metal washers made of a sparingly soluble alloy, for example a ferrosilide alloy.

Эластичная оболочка предотвращает высыпание и вымывание активатора после растворения цилиндрического корпуса, а также способствует равномерному прижиму активатора к стенкам скважины за счет давления металлических шайб. Для более равномерного растворения цилиндрического корпуса он электрически соединен с несущей рамой с помощью металлических пластин, прикрепленных к внешней поверхности цилиндрического корпуса. При исполнении цилиндрического корпуса витым, в результате растворения в первую очередь выступов разрушение корпуса будет проходить более равномерно, что усилит эффект выравнивания плотности тока по объему заземлителя. Металлические шайбы секционируют активатор, что обеспечивает равномерное распределение давления по объему активатора и способствуют равномерному распределению тока по его объему за счет высокой проводимости металла шайб. Шайбы способствуют, кроме того, дополнительной токовой разгрузке электрода, что приводит к формированию на его поверхности в этот период оксидной пленки с высокими защитными свойствами и снижению скорости растворения материала электрода. Шайбы выполнены с таким расчетом, чтобы обеспечить их перемещение в вертикальном направлении по направляющим, которыми являются электрод и стержни рамы. По результатам макетирования было установлено, что диапазон значений внешнего диаметра шайб на 6-10 мм меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса, предотвращает разрыв эластичной оболочки при монтаже заземлителя. Диапазон значений внутреннего диаметра шайб на 6-10 мм больше диаметра электрода, предотвращает заклинивание шайб из-за попадания частиц активатора между поверхностью электрода и шайбой. Диаметр соосных стержням рамы отверстий, на 4-6 мм больше диаметра стержней, предотвращает перекос, обусловленный неравномерным распределением активатора. Расстояние между шайбами 200-250 мм обеспечивает равномерное распределение давления внутри секции, ограничиваемой шайбами, поскольку при этом диаметр секции сравним с ее длиной.The elastic shell prevents the activator from spilling out and leaching after dissolving the cylindrical body, and also contributes to uniform pressure of the activator against the well walls due to the pressure of the metal washers. For a more uniform dissolution of the cylindrical body, it is electrically connected to the supporting frame using metal plates attached to the outer surface of the cylindrical body. When the cylindrical housing is twisted, as a result of dissolution of the protrusions in the first place, the destruction of the housing will take place more evenly, which will enhance the effect of equalizing the current density over the volume of the ground electrode. Metal washers section the activator, which provides a uniform distribution of pressure throughout the activator and contributes to a uniform distribution of current over its volume due to the high conductivity of the metal washers. The washers also contribute to the additional current discharge of the electrode, which leads to the formation of an oxide film with high protective properties on its surface during this period and a decrease in the dissolution rate of the electrode material. The washers are designed in such a way as to ensure their vertical movement along the guides, which are the electrode and frame rods. According to the results of prototyping, it was found that the range of values of the outer diameter of the washers is 6-10 mm less than the inner diameter of the cylindrical body, prevents the rupture of the elastic shell during installation of the ground electrode. The range of values of the inner diameter of the washers is 6-10 mm larger than the diameter of the electrode; it prevents jamming of the washers due to the penetration of activator particles between the electrode surface and the washer. The diameter of the holes coaxial to the rods of the frame, 4-6 mm larger than the rods, prevents distortion due to the uneven distribution of the activator. The distance between the washers of 200-250 mm ensures a uniform pressure distribution within the section limited by the washers, since the diameter of the section is comparable to its length.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана конструкция заземлителя в продольном сечении.In FIG. 1 shows a longitudinal section of an earthing switch.

На фиг. 2 показана конструкция заземлителя в поперечном сечении.In FIG. 2 shows a cross-sectional view of a ground electrode system.

Глубинный анодный заземлитель содержит цилиндрический корпус 1, выполненный витым, заполненный активатором 2, с верхней запорно-фиксирующей крышкой 3, нижней запорно-фиксирующей крышкой 4 и несущей рамой, состоящей из стержней 5, соединенных П-образными пластинами 6, рама установлена в полости цилиндрического корпуса 1. Внутри цилиндрического корпуса по его оси 7 установлен литой электрод 8 с проводом токоввода 9. Глубинный анодный заземлитель содержит дополнительно эластичную оболочку 10, закрепленную на боковых поверхностях запорно-фиксирующих крышек 3 и 4. Материалом эластичной оболочки 10 может служить материал с относительным удлинением не менее 10% при нагрузке, равной 25% фактической разрывной нагрузке, например, сетка из полимерного волокна с размером ячеек 3-5 мм.The deep anode ground electrode contains a cylindrical body 1, made twisted, filled with activator 2, with an upper locking and fixing cover 3, a lower locking and fixing cover 4 and a supporting frame consisting of rods 5 connected by U-shaped plates 6, the frame is installed in the cavity of the cylindrical case 1. Inside the cylindrical case, a cast electrode 8 with a current lead wire 9 is installed along its axis 7. The deep anode earthing switch additionally contains an elastic shell 10 fixed on the lateral surfaces with a locking-fixer lids 3 and 4. The material of the elastic shell 10 can be a material with a relative elongation of at least 10% at a load equal to 25% of the actual breaking load, for example, a mesh of polymer fiber with a mesh size of 3-5 mm.

Металлические шайбы 11, выполненные из малорастворимого сплава, например, ферросилидового сплава, секционируют активатор 2, причем шайбы 11 установлены перпендикулярно оси 7 заземлителя на расстоянии 200-250 мм друг от друга, имеют: внешний диаметр на 6-10 мм меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса, внутренний диаметр на 6-10 мм больше диаметра электрода, соосные стержням рамы отверстия 12 диаметром на 4-6 мм больше диаметра стержней, при этом цилиндрический корпус соединен с несущей рамой металлическими пластинами 13.Metal washers 11 made of a sparingly soluble alloy, for example, a ferrosilide alloy, section the activator 2, and the washers 11 are installed perpendicular to the axis 7 of the ground electrode at a distance of 200-250 mm from each other, have: the outer diameter is 6-10 mm less than the inner diameter of the cylindrical body , the inner diameter of 6-10 mm more than the diameter of the electrode, coaxial to the frame rods of the hole 12 with a diameter of 4-6 mm larger than the diameter of the rods, while the cylindrical body is connected to the supporting frame by metal plates 13.

Глубинный анодный заземлитель работает следующим образом. Электрод 8 подключается к положительному полюсу станции катодной защиты с помощью провода токоввода 9, что обеспечивает протекание анодного тока через заземлитель. Анодный ток протекает вначале через электрод 8, П-образные пластины 6, металлические пластины 13 и цилиндрический корпус 1. Этот ток вызывает растворение цилиндрического корпуса 1, который выполнен витым. Такое исполнение цилиндрического корпуса способствует быстрому растворению выступов, что приводит к более равномерному и быстрому растворению и разрушению самого корпуса. Под действием давления металлических шайб 11 и их перемещения активатор 2 начинает оказывать давление на эластичную оболочку 10, которая под действием этого давления прижимается к стенкам скважины, что обеспечивает надежный контакт активатора с грунтом через эластичную оболочку 10. Возможность равномерного прижима обеспечивается относительным удлинением оболочки не менее 10%. С этого момента ток протекает через электрод 8, активатор 2, металлические шайбы 11 и стекает в грунт. В процессе работы заземлителя металлические шайбы 11 выполняют роль дополнительного токоподвода к активатору, использование шайб из малорастворимого материала, ферросилидового сплава, увеличивает срок службы активатора.Deep anode grounding works as follows. The electrode 8 is connected to the positive pole of the cathodic protection station using a current lead wire 9, which ensures the flow of the anode current through the ground electrode. The anode current initially flows through the electrode 8, U-shaped plates 6, metal plates 13 and a cylindrical body 1. This current causes dissolution of the cylindrical body 1, which is twisted. This design of the cylindrical body contributes to the rapid dissolution of the protrusions, which leads to a more uniform and faster dissolution and destruction of the body itself. Under the action of the pressure of the metal washers 11 and their movement, the activator 2 begins to exert pressure on the elastic shell 10, which is pressed against the walls of the borehole under this pressure, which ensures reliable contact of the activator with the soil through the elastic shell 10. The possibility of uniform pressing is ensured by elongation of the shell of at least 10%. From this moment, current flows through the electrode 8, activator 2, metal washers 11 and flows into the ground. In the process of operation of the ground electrode, metal washers 11 play the role of an additional current supply to the activator; the use of washers made of sparingly soluble material and a ferrosilide alloy increases the service life of the activator.

Таким образом, предлагаемая конструкция глубинного анодного заземлителя обеспечивает равномерное и надежное соединение активатора с грунтом, что позволяет снизить переходное сопротивление заземлитель-грунт и увеличить срок службы активатора в различных условиях эксплуатации.Thus, the proposed design of the deep anode ground electrode system provides a uniform and reliable connection of the activator with the ground, which allows to reduce the transition resistance of the ground electrode-soil and increase the service life of the activator in various operating conditions.

На основании проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанная конструкция глубинного анодного заземлителя соответствует требованиям новизны и изобретательскому уровню. Проведенные опытно-промышленные полевые испытания показали, что разработанная конструкция промышленно применима, может быть использована в системах электрохимической защиты от коррозии и может быть защищена патентом Российской Федерации.Based on the patent information search, we believe that the developed design of the deep anode ground electrode system meets the requirements of novelty and inventive step. Field pilot trials showed that the developed design is industrially applicable, can be used in electrochemical corrosion protection systems, and can be protected by a patent of the Russian Federation.

Claims

1. A deep anode ground electrode containing a cylindrical housing filled with an activator, with locking and fixing covers and a supporting frame, a supporting frame is installed in the cavity of the cylindrical body, containing rods connected by U-shaped plates, and a cast electrode with a current lead, characterized in that additionally contains an elastic shell fixed to the lateral surfaces of the locking and fixing covers, and metal washers sectioning the activator, and the washers are installed perpendicular to the axis of the ground electrode on p distances of 200-250 mm from each other, and have: an outer diameter of 6-10 mm less than the inner diameter of the cylindrical body; inner diameter 6-10 mm larger than the diameter of the electrode; two coaxial to the frame rods holes with a diameter of 4-6 mm greater than the diameter of the rods, while the cylindrical body is twisted and connected to the supporting frame by metal plates.

2. A deep anode ground electrode system according to claim 1, characterized in that the elastic sheath is made of a material with a relative elongation of at least 10% at a load equal to 25% of the actual breaking load, for example, a polymer fiber mesh with a mesh size of 3-5 mm.

3. A deep anode ground electrode system according to claim 1, characterized in that the metal washers are made of a sparingly soluble alloy, for example a ferrosilide alloy.