РЕЗЕРВУАР С КОМПЕНСАЦИЕЙ УСАДКИ ВАКУУМНО-ПЕРЛИТНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Полезная модель относится к криогенной технике, в частности к резервуарам хранения сжиженных криогенных газов с вакуумно-перлитной теплоизоляцией, а также может быть использована в технике «умеренного холода» и в теплотехнике.
В резервуарах, оснащенных вакуумно-перлитной теплоизоляцией, со временем наблюдается усадка порошка до 25%, для устранения которой применяются смеси перлита с другими мелкодисперсными порошками-присадками (Архаров A.M. и др. Криогенные системы. Учебник в 2 т. - М, 1999. Т. 2. С. 623-624). Компоненты смешиваются примерно в равных долях. Недостатком такой теплоизоляции является относительно высокая себестоимость, так как рыночная стоимость порошка-присадки превышает стоимость перлита более чем на порядок.
Известен патент на способ изоляции резервуара для хранения и транспортировки криогенных сжиженных газов, включающий засыпку изоляционного материала, представляющего собой предварительно подготовленную смесь перлита с гранулированной ватой (Пат. №2520765, РФ. Способ изоляции резервуара, МПК F17C 3/04, Открытое акционерное общество криогенного машиностроения (ОАО "Криогенмаш"); Котусов С.А. и др. Заявл. 12.04.2013, опубл. 27.06.2014). Указанная гранулированная вата выполнена из кусочков, образованных базальтовыми или стеклянными супертонкими волокнами. Гранулы ваты находятся в массиве перлита в сжатом состоянии. В процессе усадки порошка, расширяясь за счет запасенной при их сжатии энергии упругости, заполняют все свободное пространство, образующееся в массиве порошка, исключая уменьшение объема занимаемого теплоизоляционным материалом, то есть образование пустот в вакуумной полости. Недостатками данного метода является слабая способность гранулированной ваты к компенсации усадки, составляющей, как описано ранее, до 25% объема. А также увеличение теплопритока по теплоизоляции смеси перлита с гранулированной ватой на основе базальтовых или стеклянных волокон из-за повышенного кажущегося коэффициента теплопроводности последних при рабочем вакууме теплоизоляции (Архаров A.M. и др. Криогенные системы. Учебник в 2 т. - М., 1999. Т. 2, с. 620).
Для снижения стоимости теплоизоляции применяют различные способы, компенсирующие усадку «чистого» перлита (в данном описании под понятием «чистый» имеется в виду без примесей других компонентов).
Наиболее близким к заявленному является резервуар с вакуумно-перлитной теплоизоляцией, созданной с применением способа компенсации усадки, при котором в процесс засыпки перлита в межстенное пространство, образованное поверхностью внутреннего сосуда и наружного кожуха, под разрежением около 0,05 МПа периодически чередуется с вибрацией резервуара в течение 1-2 часов при частоте 50 Гц. Способ описан в (Каганер М.Г. Тепловая изоляция в технике низких температур. М., 1966. С. 114-115). После заполнения межстенного пространства и вакуумирования получается однородная структура теплоизоляции, состоящая из перлита. Недостатками данного способа является то, что не исключается остаточная усадка перлита (то есть не гарантируется долгосрочное сохранение характеристик теплоизоляции), а также сложность реализации технологии засыпки с применением вибрации частотой 50 Гц при изготовлении крупногабаритных резервуаров.
Задачей полезной модели является упрощении конструкции резервуара с компенсацией усадки перлита, обеспечение надежного сохранения свойств его теплоизоляции в течение всего срока службы за счет сохранения однородности рабочего слоя порошка.
Заявленная задача достигается не за счет создания первоначального уплотнения перлита в теплоизоляционном пространстве резервуара, препятствующего последующей усадке, а замещением освобождающихся объемов рабочего слоя из дополнительной полости, специально созданной непосредственно в межстенном пространстве между внутренним сосудом и наружным кожухом.
Замещение происходит за счет хорошей сыпучести порошкового материала без приложения дополнительного механического воздействия, а именно при действии силы гравитации и, в некоторых случаях, поперечных вибраций от ветровых и других нагрузок. Оседание слоя перлита в дополнительной полости происходит под углами естественного откоса, составляющими 30-40°. При длительной эксплуатации под действием поперечных вибраций внешняя верхняя поверхность стабилизированного слоя перлита (после окончания усадки) может принять практически горизонтальное положение (перпендикулярно вектору силы гравитации). Во внутреннем сосуде использовано верхнее днище эллиптической формы, благодаря чему перлит над ним создает достаточный слой, как при вибрации, так и при ее отсутствии.
Техническим результатом полезной модели является:
1. Упрощение технологии засыпки перлита в межстенное пространство резервуара по сравнению с аналогом.
2. Повышение надежности работы резервуара - исключение возможности существенного ухудшения свойств теплоизоляции в процессе эксплуатации из-за появления пустот в рабочем слое порошка при усадке перлита.
Упрощение технологии достигается исключением процесса вибрации при засыпке (в аналоге он применяется два раза, каждый из них продолжается 1-2 часа). В описываемой полезной модели засыпка перлита производится однократно вместо трех последовательных засыпок в аналоге: первичная засыпка и две досыпки после процессов вибрации.
Объем дополнительной полости может быть любым и выбирается из расчета обеспечения необходимой толщины рабочего слоя перлита при максимально возможной усадке. Благодаря сохранению однородности рабочего слоя перлита ограничивается перемещение (длина свободного пробега) молекул остаточных газов в теплоизоляции. Таким образом, практически не изменяется ее кажущийся коэффициент теплопроводности.
Полезная модель и стадии усадки перлита поясняются чертежами.
На Фиг. 1 представлено устройство полезной модели.
Резервуар для хранения сжиженных криогенных газов с компенсацией усадки вакуумно-перлитной теплоизоляции состоит из внутреннего сосуда 1, заполненного продуктом (криогенной жидкостью) 2. Внутренний сосуд расположен внутри наружного кожуха 3, пространство между которыми заполнено перлитом 4 и отвакуумировано. В его верхней части расположена дополнительная полость 5 с перлитом. Засыпка порошка в резервуар осуществляется через узел засыпки 6. Верхняя граница минимального рабочего слоя перлита условно показана штрихпунктирной линией 7.
На Фиг. 2 показано положение слоя перлита 1 в резервуаре после максимальной усадки в условиях отсутствия поперечных вибраций, например, при установке резервуара в здании. Верхняя граница минимального рабочего слоя перлита условно изображена штрихпунктирной линией 2.
На Фиг. 3 демонстрируется положение слоя перлита 1 в резервуаре после максимальной усадки в условиях воздействия поперечных вибраций в течение длительного времени, например, при установке резервуара на открытом воздухе. Верхняя граница минимального рабочего слоя перлита условно показана штрихпунктирной линией 2.