ЭЛЕМЕНТ ИЗ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ELEMENT FROM MINERAL COTTON, METHOD OF ITS FABRICATION AND METHOD OF ISOLATING CURVED SURFACES

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к элементу из минеральной ваты, содержащему изолирующий слой минеральной ваты с двумя противолежащими основными поверхностями.
Изобретение относится также к способу изготовления предлагаемого элемента из минеральной ваты.
Еще одним предметом настоящего изобретения является способ изоляции криволинейных поверхностей посредством минеральной ваты и оснащения их покрытием из листового металла, защищающим наружную сторону минеральной ваты, размещенной на криволинейной поверхности.
Дополнительным предметом изобретения является устойчивая к ветровой нагрузке конструкция, содержащая криволинейную строительную поверхность, размещенный на ней изолирующий слой минеральной ваты и покрытие из листового металла, защищающее наружную сторону указанного изолирующего слоя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изоляция криволинейных поверхностей, например, наружных стен цилиндрических резервуаров-хранилищ с применением минеральной ваты, осуществляемая способами, известными из уровня техники, представляет собой чрезвычайно трудоемкую и сложную процедуру, состоящую из нескольких операций. Например, установка изоляции на больших промышленных резервуарах (диаметром больше 8 м) связана с большим затратами физического труда на установку опорных конструкций, выравнивание ваты и укладку листового металла со строительных лесов, возведенных вокруг резервуара. Установка опорных конструкций требует формирования вокруг вертикального резервуара-хранилища системы усиливающих элементов, а также приваривания штифтов и кронштейнов, служащих для закрепления изоляции на усиливающих элементах. После проведения этих операций изоляцию в виде матов или пластин с помощью штифтов закрепляют на наружной поверхности резервуара, а все соединения уплотняют минеральной ватой. На конечном этапе на поверхности минеральной ваты закрепляют секции из листового металла.
Вышеописанный подход представляет собой традиционный способ изоляции вертикальных резервуаров-хранилищ в соответствии со стандартом SFS 3978 Финской ассоциации стандартов. Поскольку такой способ является чрезвычайно сложным и трудоемким, заявитель предлагает новый подход, предусматривающий меньшее количество операций и позволяющий значительной упростить и ускорить работы по изоляции криволинейных поверхностей, и, как следствие, сократить затраты на их проведение.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для устранения недостатков, присущих устройствам, известным из уровня техники, предложен элемент из минеральной ваты, отличающийся тем, что одна из двух противолежащих основных поверхностей слоя минеральной ваты покрыта гибким элементом из листового металла, тогда как другая поверхность слоя минеральной ваты не содержит указанного покрытия, причем покрытый листовым металлом слой минеральной ваты выполнен с возможностью изгиба вместе с листовым металлом.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ изготовления элемента из минеральной ваты, отличающийся тем, что:
(a) одну из двух основных поверхностей слоя минеральной ваты покрывают гибким элементом из листового металла, а другую оставляют непокрытой, причем слой минеральной ваты полученного таким образом элемента из минеральной ваты выполнен с возможностью изгиба вместе с листовым металлом, или
(b) изготовленный традиционным способом покрытый листовым материалом элемент из минеральной ваты, в котором по меньшей мере обе противолежащие основные поверхности слоя минеральной ваты покрыты гибким элементом из листового металла, разделяют по толщине на две части с получением в результате двух элементов из минеральной ваты, в каждом из которых одна из двух противолежащих основных поверхностей по существу образована минеральной ватой без покрытия, а другая образована элементом из листового металла, причем каждый покрытый листовым металлом слой минеральной ваты выполнен с возможностью изгиба вместе с элементом из листового металла.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ изоляции криволинейных поверхностей, отличающийся тем, что на криволинейной поверхности размещают по меньшей мере один элемент из минеральной ваты по любому из пп.1-4 формулы, или элемент из минеральной ваты, изготовленный в соответствии со способом по п.5, путем изгиба указанного элемента из минеральной ваты по существу в соответствии с формой указанной криволинейной поверхности таким образом, что одна из двух противолежащих основных поверхностей элемента из минеральной ваты, образованная минеральной ватой без покрытия, прилегает к подлежащей изоляции указанной криволинейной поверхности.
Как уже было упомянуто выше, настоящее изобретение также относится к устойчивой к ветровой нагрузке конструкции, содержащей криволинейную строительную поверхность, размещенный на указанной поверхности изолирующий слой минеральной ваты и покрытие из листового металла, защищающее наружную сторону указанного изолирующего слоя. В данной конструкции, раскрытой в независимом пункте 11 формулы изобретения, на криволинейной поверхности расположен по меньшей мере один элемент из минеральной ваты по любому из пп.1-4 формулы или элемент из минеральной ваты, изготовленный в соответствии со способом по п.5 формулы, который посредством изгиба по существу приведен в соответствие с формой указанной криволинейной поверхности, при этом одна из двух противолежащих основных поверхностей элемента из минеральной ваты, образованная минеральной ватой без покрытия, прилегает к подлежащей изоляции указанной криволинейной поверхности, в результате чего соединенные друг с другом покрытие из листового металла и слой минеральной ваты представляют собой композитную конструкцию, в результате чего мембранные силы, воздействующие на покрытие из листового материала элемента из минеральной ваты в результате давления и всасывания ветра передаются слою минеральной ваты, имеющему достаточное сопротивление сжатию, откуда сжимающие силы передаются дальше на стенки резервуара с равномерным давлением.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления элемента из минеральной ваты, слой минеральной ваты соединен адгезионным способом с покрытием из листового металла. Слой минеральной ваты может быть выполнен в форме мата или пластины из минеральной ваты, или представлять собой конструкцию из ламинированных листов. В мате или пластине из минеральной ваты волокна ориентированы по существу в продольном направлении пластины или мата (ориентация 0°). В пластинах, составленных из ламинированных листов минеральной ваты (многослойная пластина), волокна минерала ориентированы в общем под прямым углом (ориентация 90°) относительно основных поверхностей многослойной пластины. Такие многослойные пластины имеют максимальное сопротивление сжатию под прямым углом относительно основных поверхностей многослойных пластин, тогда как их теплопроводность более высока, а значит изолирующие свойства таких пластин хуже. С другой стороны, пластина или мат из минеральной ваты, в котором волокна ориентированы по существу под углом 0°, имеют низкую теплопроводность и, таким образом, лучшие изолирующие свойства. Однако в этом случае, пластина имеет меньшее сопротивление сжатию. В качестве альтернативы этим двум вариантам можно использовать многослойные элементы (пластины или маты), в которых угол ориентации волокон находится в диапазоне от 0° до 90°, благодаря чему может быть достигнут желаемый компромисс между достаточным для конкретной области применения сопротивлением сжатию и достаточной теплопроводностью.
Помимо того, что заявителем предложен новый подход, предусматривающий меньшее количество операций и позволяющий, таким образом, упростить и ускорить работы по изоляции криволинейных поверхностей и, следовательно, сократить затраты, изобретение обеспечивает очень большое по сравнению с известными решениями сопротивление ветровой нагрузке. Этот эффект достигается благодаря тому, что соединение покрытия из листового металла и слоя минеральной ваты, например склеиванием (или любым другим способом, известным специалисту), функционирует как композитная конструкция. Благодаря указанной композитной конструкции мембранные силы, возникающие на покрытие из листового металла элемента из минеральной ваты в результате давления и всасывания ветра, передаются слою минеральной ваты, имеющему достаточное сопротивление сжатию, в результате чего силы сжатия далее передаются на стенку резервуара с равномерным давлением. В результате, нагрузки, воздействующие на резервуар, распределяются более равномерно по сравнению с тем как это происходит в решениях, известных из уровня техники.
При этом сопротивление сжатию в каждом случае зависит от размера изолируемого объекта, т.е. например от диаметра резервуара. Если, например, речь идет о довольно крупном резервуаре (диаметром по меньшей мере 4 м), достаточное сопротивление сжатию может быть достигнуто использованием элементов из минеральной ваты согласно настоящему изобретению, в которых сформированный в виде пластин изолирующий слой по существу состоит из многослойных листов минеральной ваты, волокна которой ориентированы под углом 90° относительно основных поверхностей элемента из минеральной ваты. Если подлежащий изоляции резервуар имеет меньший размер, достаточное сопротивление сжатию может быть достигнуто путем использования “обычной” пластины из минеральной ваты (с ориентацией волокон под углом 0°) в качестве слоя минеральной ваты в элементе согласно настоящему изобретению. В некоторых других вариантах изоляции достаточное сопротивление сжатию также может быть достигнуто посредством использования многослойной пластины (или мата), в которой угол ориентации волокон относительно основных поверхностей элемента из минеральной ваты составляет от 0° до 90°.
В одном предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно настоящему изобретению криволинейная строительная поверхность представляет собой наружную стенку цилиндрического резервуара-хранилища, причем в указанной конструкции характеристики слоя (2) минеральной ваты выбраны, исходя из диаметра резервуара-хранилища, таким образом, что он имеет достаточное сопротивление сжатию, например, если диаметр подлежащего изоляции резервуара составляет по меньшей мере 4 м, волокна слоя (2) минеральной ваты должны быть ориентированы под углом 90° к основным поверхностям слоя минеральной ваты.
В другом предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно настоящему изобретению диаметр подлежащего изоляции резервуара-хранилища, составляет по меньшей мере 4 м, волокна должны быть ориентированы под углом 90° относительно основных поверхностей слоя минеральной ваты, а элементы из минеральной ваты имеют вертикальные шпунтовые соединения, дополнительно закрепленные винтами.
Предпочтительно, элемент из минеральной ваты имеет по меньшей мере два противолежащих конца, снабженных шипами и пазами. В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого элемента листовой металл представляет собой нержавеющую сталь или покрыт антикоррозионным покрытием.
В настоящей заявке термином “элемент из листового металла” обозначен тонкий металлический лист, причем металл, из которого состоит указанный лист, может представлять собой любой металл, например сталь или металлический сплав. Таким образом, “устойчивый к ржавчине листовой металл” может означать оцинкованную сталь. Кроме того, листовой металл может быть покрыт каким-либо антикоррозийным веществом, таким как пластик.
В одном предпочтительном варианте осуществления способа изоляции криволинейных поверхностей согласно настоящему изобретению подлежащая изоляции криволинейная поверхность представляет собой поверхность по существу цилиндрического резервуара-хранилища с радиусом по меньшей мере 4 м. В другом предпочтительном варианте осуществления предложенного способа элементы из минеральной ваты соединяют друг с другом посредством шипов и пазов, имеющихся на них по меньшей мере в вертикальном направлении, а также с изолируемой поверхностью посредством крепежных элементов. Также предпочтительно, что крепежные элементы закрепляют через элементы из минеральной ваты, по меньшей мере через шпунтовые соединения, причем крепежный элемент проходит через обе пары шипов и пазов шпунтового соединения. Предпочтительно, элементы из минеральной ваты размещают на месте установки с использованием подъемников. Подъем указанных элементов может быть осуществлен с использованием грузоподъемных механизмов, оснащенных присосками, или с использованием устройств с механическими захватами, предназначенных для захвата и подъема изолирующих элементов.
2
Настоящее изобретение позволяет существенно ускорить установку, и кроме того, новая процедура установки не требует таких трудозатрат, с которыми связаны традиционные решения, поскольку предложенный способ предусматривает значительно меньшее количество установочных операций. При использовании способа изоляции и изолирующего элемента согласно настоящему изобретению может быть достигнута скорость установки 200-300 м в день. Способ изоляции и изолирующий элемент согласно настоящему изобретению в частности подходят для использования при изоляции наружных стен цилиндрических резервуаров-хранилищ. В случае, если изолирующие элементы установлены вертикально и имеют, например, ширину 1200 мм, указанные элементы в частности могут быть использованы при изоляции наружных стен таких цилиндрических резервуаров-хранилищ, которые имеют диаметр больше 8 м. Верхний предел для диаметра изолируемых резервуаров фактически отсутствует, но типичный диаметр для крупных резервуаров составляет 52 м.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно на примерах его осуществления и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
на фиг.1a показано поперечное сечение по ширине известного из уровня техники элемента из минеральной ваты, который может быть использован для изготовления изолирующего элемента в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.1b показан изолирующий элемент в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, изготовленный путем разделения элемента, показанного на фиг.1a, по его толщине;
на фиг.2a показано поперечное сечение вида сверху вертикального резервуара-хранилища с расположенным на нем предлагаемым элементом из минеральной ваты, применяемым в качестве изоляции внешних стенок указанного резервуара;
на фиг.2b показано увеличенное изображение участка, показанного на фиг.2a;
на фиг.3 показан вид сбоку варианта осуществления, показанного на фиг.2a;
на фиг.4 показаны нагрузки, действующие на покрытие 1 и изолирующий внутренний слой 2 изолирующих элементов 7, установленных вертикально на цилиндрической наружной стенке резервуара-хранилища;
на фиг.5 показано действие силы F всасывания ветра на наружную поверхность изолирующих элементов.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1a показан известный из уровня техники изолирующий элемент, содержащий внутренний слой 2, выполненный в форме пластины из минеральной ваты, размещенной между двумя покрывающими слоями 2 листового металла. Внутренний слой 2 из минеральной ваты может представлять собой, например, пластину из каменной ваты, волокна которой в их продольных направлениях проходят по существу перпендикулярно основным поверхностям элементов 1' и 1'' из листового металла. Два более длинных края этого известного из уровня техники элемента снабжены двумя шипами и пазами. На одном более длинном торце имеются шипы 3' и 3'', а на другом более длинном торце соответственно два паза 4' и 4''. Известный изолирующий элемент может быть изготовлен путем приклеивания элементов 1' и 1'' из листового металла к двум основными поверхностям внутреннего слоя 2 пластины из минеральной ваты.
Заявителем предложен элемент 7 из минеральной ваты, по существу представляющий собой пластину 2 из минеральной ваты, у которой только одна из двух противолежащих основных поверхностей покрыта элементом 1 из листового металла 1, тогда как другая основная поверхность не имеет покрытия, и поэтому, благодаря своей гибкости, хорошо подходит для изоляции криволинейных, например, выпуклых или вогнутых поверхностей. Такие элементы из минеральной ваты согласно настоящему изобретению могут быть изготовлены например распиловкой известного из уровня техники элемента из минеральной ваты, показанного на фиг.1а по толщине исходного элемента, с получением двух половин. Следовательно, может быть получен изолирующий элемент 7, показанный на фиг.1b, который подходит для изоляции криволинейных поверхностей и состоящий из пластины 2 из каменной ваты, одна из основных поверхностей которой содержит покрытие 1 из листового металла, соединенное с указанной поверхностью адгезионным способом. Один из более длинных краев указанного изолирующего элемента 7 снабжен одним шипом 3, сформированным в элементе 1 из листового металла, а противоположный более длинный край указанного элемента снабжен одним пазом 4, также сформированным в элементе из листового металла 1.
Двухслойный элемент 7 такого типа согласно настоящему изобретению не обязательно должен быть изготовлен распиловкой надвое известного многослойного элемента, но он также может быть изготовлен способом, согласно которому к одной из основных поверхностей пластины или мата 2 из минеральной ваты присоединяют адгезионным способом элемент 1 из листового металла, в котором предварительно сформированы шип 3 и паз 4, расположенные на двух противоположных торцах указанной пластины.
Для повышения устойчивости к условиям окружающей среды и предохранения металла от ржавления элемент 1 из листового металла предпочтительно может быть покрыт пластиком.
Двухслойный элемент 7 из каменной ваты в частности хорошо подходит для вертикальной установки на наружной поверхности 5 вертикальных резервуаров-хранилищ 8 благодаря тому, что шип 3 и паз 4 в вертикальном положении соответствуют положению паза 4 и шипа 3 другого элемента 7 из каменной ваты, размещенного рядом. Два более коротких торца элемента 7 из каменной ваты не имеют шипов и пазов.
На фиг.2a показан вид сверху поперечного сечения цилиндрического резервуара-хранилища 8, изоляция которого выполнена с применением изолирующих элементов 7. Если изолирующий элемент 7 имеет ширину например 1200 мм, то он в частности подходит для вертикальной установки вокруг резервуара-хранилища 8, имеющего радиус r более 4 м. Абсолютный верхний предел для значения радиуса r отсутствует, но самые большие цилиндрические резервуары-хранилища 8 имеют радиус r, равный 26 м.
На фиг.2b, на которой показан увеличенный фрагмент фиг.1a, показан один вариант обеспечения надежности шпунтовых соединений, образованных шипом 3 и пазом 4. Этот вариант предусматривает использование винтов 6 для винтового соединения шипов и пазов с наружной стенкой 5 резервуара-хранилища 8 так, что каждый винт 6 проходит как через пазы 4, так и через шипы 3 шпунтового соединения.
Причина того, что вертикальные швы, образованные шипами 3 и пазами 4, необходимо дополнительно закреплять винтами 6, состоит в том, что согласно открытию заявителя, вокруг резервуара-хранилища 8 может быть таким образом сформирован кожух, который способен выдерживать действие мембранных сил, обусловленных всасывающими ветровыми нагрузками. Однако для обеспечения такой способности выдерживать или поглощать мембранные силы необходимо, чтобы слой минеральной ваты имел достаточное сопротивление сжатию. В настоящем примере достаточное сопротивление сжатию обеспечено использованием изолирующего слоя 2, образованного многослойными листами минеральной ваты, в которых волокна, в отношении своих продольных направлений, ориентированы по существу перпендикулярно внешнему покрытию 1 из листового металла. Чем плотнее ввинчены винты 6, расположенные вертикально в соединениях, а также в горизонтальных торцах (не имеющих шпунтовых соединений) изолирующих элементов 7, тем более надежно зафиксированы и устойчивы к ветровой нагрузке изолирующие элементы, образующие внешнее покрытие резервуара-хранилища 8. В результате высокого сопротивления сжатию листов каменной ваты изолирующий слой 2 способен поглощать силы сжатия, возникающие в ответ на реактивную силу (т.е. силу противодействия) давления ветра и мембранные силы. Таким образом, мембранные силы, возникающие в результате ветрового всасывания, передаются через покрытие из листового металла слою минеральной ваты, который, благодаря своему сопротивлению сжатию, передает указанные силы стенке резервуара-хранилища. Этот принцип проиллюстрирован на фиг.4 и 5.
w
i
i
На фиг.4 показаны нагрузки, воздействующие на покрытие 1 и внутренний слой 2 изолирующих элементов 7, установленных вертикально на резервуаре-хранилище 8. Если давление ветра обозначено как q, всасывание ветра в направлении ветра равно q и k=n -0,5…-0,7, а всасывание ветра в направлении, перпендикулярном направлению ветра, равно q и k=n-1,7…-2,3.
Сила F, сгенерированная всасыванием ветра и действующая на покрытие 1 из листового металла каждого изолирующего элемента 7, может быть вычислена по формуле (1):
где d - диаметр резервуара-хранилища.
max
Максимальное давление p, действующее на внутренний слой 2 каждого изолирующего элемента 7, может быть вычислено по формуле (2):
1
2
где k и k - коэффициенты, определяющие нелинейность поверхности, величины которых известны из профессиональной литературы. Действие силы F всасывания ветра проиллюстрировано на фиг.5
На фиг.3 проиллюстрирован рекомендуемый вариант крепления винтов, согласно которому они расположены достаточно плотно для того, чтобы изолирующие элементы 7 образовали прочный внешний кожух. Изолирующие элементы 7 установлены на наружной стенке 5 резервуара 8 путем изгиба конкретного элемента 7 из минеральной ваты по существу в соответствии с кривизной наружной стены 5 таким образом, что та из двух основных противолежащих поверхностей двухслойного элемента 7 из минеральной ваты, покрытого листовым металлом, которая не покрыта металлом, обращена к указанной криволинейной наружной стенке 5. Как уже указано выше, элемент 7 согласно этому примеру в частности пригоден для использования в качестве внешнего изоляционного покрытия поверхности такого цилиндрического резервуара-хранилища, который имеет радиус по меньшей мере 4 м. Установку элементов 7 из минеральной ваты выполняют посредством подъемников. Подъемники оснащены подъемными элементами, которые могут содержать присоски или механические захваты.