ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к теплоизоляционным конструкциям, применяемым для теплоизоляции газоплотных котлов, экранированных полностью из сваренных мембранных труб, для тепловой изоляции трубопроводов большого диаметра, емкостей, для теплоизоляционных экранов от теплового излучения, а также для теплоизоляции временных сооружений (строений).
Известна тепловая изоляция теплоэнергетического оборудования, содержащая анкеры с отогнутыми лапками и теплоизоляционные пакеты из керамического волокнистого материала. К поверхности каркаса энергетического оборудования привариваются передние лапки первого ряда анкеров, затем в шахматном порядке привариваются передние лапки второго ряда анкеров между задними лапками первого ряда. Анкеры первого ряда отгибаются таким образом, чтобы в образовавшееся пространство между отогнутыми анкерами и каркасом поместились приготовленные теплоизоляционные пакеты. Затем механическим способом задние лапки анкеров прижимаются и привариваются к каркасу, после чего производится осадка средней части анкеров первого ряда с целью проверки качества сварки и уплотнения теплоизоляционных пакетов в зоне первого ряда. Последующие ряды монтируются в той же последовательности, что и для первого ряда (см. RU 2157493, 2000 г.). Основной недостаток известного технического решения состоит в трудоемкости формирования и монтажа тепловой изоляции, а также в невозможности обеспечить равномерное уплотнение теплоизоляционных пакетов по всей поверхности тепловой изоляции и необходимый коэффициент уплотнения пакетов, определенный строительными нормами и правилами. Это обусловлено тем, что на каркасе энергетического оборудования происходит не только монтаж теплоизоляционных пакетов, но и весь процесс формирования тепловой изоляции. Кроме того, в случае локального повреждения тепловой изоляции замена отдельных поврежденных пакетов потребует разборки нескольких рядов тепловой изоляции, что усложняет монтажепригодность и ухудшает ремонтопригодность известной конструкции.
Известно устройство тепловой изоляции в виде коробов, заполненных теплоизоляционными матами, которые крепятся на приваренных заранее стойках к поверхности оборудования с обеспечением определенной точности их взаимного расположения (см. RU 2195604, 2002 г.). Недостатками данной конструкции являются повышенный вес изоляции за счет использования металлических коробов, отсутствие универсальности из-за невозможности применения конструкции для оборудования цилиндрической формы, необходимость приварки узлов крепления по предварительной разметке с высокой точностью.
Известна конструкция тепловой изоляции корпуса энергооборудования цилиндрической формы, включающая теплоизоляционные блоки с бандажами и стяжками каркаса теплоизоляции, размещенные на корпусе оборудования в один ряд. Блок содержит металлический корпус, заполненный теплоизоляционным материалом, который выполняется по радиусу оборудования, подлежащего тепловой изоляции (см. RU 2241898, 2004 г.). Недостатками конструкции являются повышенный вес тепловой изоляции за счет использования металлического корпуса и наружного каркаса тепловой изоляции, отсутствие универсальности за счет невозможности применения конструкции для плоских поверхностей оборудования, в частности, для плоских экранов топок газоплотных котлов, где невозможно прижать теплоизоляцию к поверхности при помощи бандажей.
Кроме того, недостатком конструкций по патентам RU 2157493 и RU 2241898 является необходимость разработки конструкторской документации на геометрические размеры металлического корпуса теплоизоляционного блока с учетом площади поверхности и на размещение блоков на изолируемой поверхности (так, чтобы закрыть ее полностью).
Известна тепловая изоляция теплоэнергетического агрегата, выполненная из множества теплоизоляционных блоков, расположенных рядами и стыкуемых между собой с образованием единой теплоизоляционной поверхности. При формировании тепловой изоляции основания блоков крепятся к каркасу теплоэнергетического агрегата. Каждый теплоизоляционный блок имеет форму прямоугольного параллелепипеда и состоит из керамического основания, теплоизоляционного мата, скрепленного с основанием и образованного из теплоизоляционного волокнистого слоя, уложенного в блоке зигзагообразно, и
накладного элемента крепления, помещаемого на теплоизоляционный мат со стороны, противоположной основанию (см. US 4123886, 1978 г.). Недостаток теплоизоляционного блока состоит в его сложной конструкции и усложненной технологии его изготовления, требующей предварительной зигзагообразной укладки теплоизоляционного волокнистого слоя и особого крепления его к керамическому основанию с одной стороны и фиксации накладной планкой с другой стороны, а также в значительном весе из-за использования в конструкции блока утяжеленного керамического основания и накладных элементов. Кроме того, накладной элемент крепления прижимает теплоизоляционный мат со стороны, противоположной керамическому основанию, лишь на незначительном участке поверхности мата, что в значительной мере снижает надежность удержания теплоизоляционного мата в блоке и сокращает срок службы блока. Указанные недостатки характерны и для тепловой изоляции теплоэнергетического агрегата, которая выполнена из таких блоков, причем особенности выполнения теплоизоляционных блоков усложняют технологию их крепление к каркасу теплоэнергетического агрегата и стыковки их друг с другом.
Ближайшим аналогом к заявляемой полезной модели является тепловая изоляция теплоэнергетического агрегата, выполненная из множества теплоизоляционных блоков, располагаемых рядами и стыкуемых между собой с образованием единой теплоизоляционной поверхности. При формировании тепловой изоляции основания блоков крепятся к каркасу теплоэнергетического агрегата. Каждый теплоизоляционный блок имеет форму прямоугольного параллелепипеда и состоит из металлического основания и теплоизоляционного волокнистого слоя с использованием керамических волокон, при этом на основании имеются пальцы, внедренные в теплоизоляционный слой (см. ЕР 0062860, 1982 г.). Недостаток известного теплоизоляционного блока состоит в использовании сложной конструкции основания с пальцами и в усложненной технологии его изготовления, обусловленной такой конструкцией основания и особенностями скрепления теплоизоляционного слоя с основанием, а также в значительном весе из-за использования в конструкции блока утяжеленного металлического основания с пальцами. Кроме того, используемый в известном блоке характер крепления теплоизоляционного слоя не обеспечивает надежную
фиксацию его в блоке, что в значительной степени сокращает срок службы блока. Указанные недостатки характерны и для тепловой изоляции теплоэнергетического агрегата, которая выполнена из таких блоков, причем особенности выполнения теплоизоляционных блоков усложняют технологию их крепления к каркасу теплоэнергетического агрегата и стыковки их друг с другом.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию тепловой изоляции теплоэнергетического оборудования, выполненной из сборно-разборных теплоизоляционных модулей и обладающей необходимыми эксплуатационными качествами.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации предлагаемой полезной модели, заключается в упрощении конструкции и в повышении надежности и долговечности тепловой изоляции теплоэнергетического оборудования в целом и теплоизоляционного модуля в частности, в расширении эксплуатационных возможностей теплоизоляционного модуля, в упрощении монтажа при формировании тепловой изоляции из модулей, в реализации индустриальных методов монтажа и демонтажа тепловой изоляции и повышении производительности монтажных работ, а также в повышении виброустойчивости и снижении тепловых потерь (за счет уменьшения количества анкеров). Предлагаемое конструктивное выполнение теплоизоляционного модуля и схема крепления модулей на каркасе теплотэнергетического оборудования обеспечивают ремонтопригодность конструкции тепловой изоляции и значительное повышение производительности ремонтных работ за счет сокращения элементов крепления тепловой изоляции.
Для достижения указанного технического результата предлагается тепловая изоляция теплоэнергетического оборудования, выполненная, по меньшей мере, из одного слоя, каждый из которых образован теплоизоляционными модулями в форме прямоугольных параллелепипедов, расположенными рядам и состыкованными между собой по их горизонтальным и вертикальным торцам с образованием единой поверхности, и из дополнительного теплоизоляционного слоя, расположенного между указанной единой поверхностью и изолируемой поверхностью теплоэнергетического оборудования, и содержащая средства для крепления модулей к изолируемой поверхности теплоэнергетического
оборудования. Каждый теплоизоляционный модуль состоит, по меньшей мере, из одного теплоизоляционного волокнистого мата из базальтовых или муллитокремниземистых волокон и каркаса, образованного двумя сварными сетками, расположенными с двух противолежащих сторон теплоизоляционного мата, и системой стержней, пронизывающих теплоизоляционный мат по всей его толщине и выходящих своими концевыми участками на наружную поверхность сеток, при этом указанные концевые участки загнуты под прямым углом относительно осей стержней и жестко закреплены на наружной поверхности соответствующей сетки. Средства для крепления модулей к изолируемой поверхности теплоэнергетического оборудования включают прижимные планки, расположенные с наружной стороны тепловой изоляции и контактирующие с наружной поверхностью наиболее удаленных от изолируемой поверхности сеток, штыри, пронизывающие слои тепловой изоляции по всей толщине и выходящие одними своими концевыми участками на наружные поверхности прижимных планок, при этом их другие концевые участки загнуты под прямым углом относительно осей штырей и жестко закреплены на изолируемой поверхности теплоэнергетического оборудования, и элементы для поджатия прижимных планок в направлении к изолируемой поверхности, расположенные на концевых участках штырей, выходящих на наружные поверхности планок.
Предпочтительно ширина теплоизоляционного модуля составляет 500-1500 мм, а длина - 2500-5000 мм.
Загнутые концевые участки стержней закрепляются на наружной поверхности соответствующей сетки посредством сварки.
Сетка выполнена из жаростойкой или теплоустойчивой или конструкционной стали. Размер ячеек сварных сеток каркаса преимущественно составляет 50 мм × 50 мм или 100 мм × 100 мм Диаметр проволоки, образующей сетку, выбирается в диапазоне 2-5 мм.
Загнутые концевые участки штырей закрепляют на изолируемой поверхности теплоэнергетического оборудования посредством сварки.
При наличии двух и более слоев тепловой изоляции теплоизоляционные модули одного слоя перекрывают стыки между теплоизоляционными модулями другого слоя.
Прижимные планки представляют собой профиль в виде уголка или швеллера. Для поджатия прижимных планок в направлении к изолируемой поверхности могут быть использованы пружинные шайбы или гайки, навинчиваемые на резьбовые концы штырей или другие приемлемые элементы.
В качестве еще одного из объектов полезной модели для достижения технического результата предлагается конструкция теплоизоляционного модуля, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда и состоящего, по меньшей мере, из одного теплоизоляционного волокнистого мата из базальтовых или муллитокремниземистых волокон, и каркаса. Каркас образован двумя сварными сетками, расположенными с двух противолежащих сторон теплоизоляционного мата, и системой стержней, пронизывающих теплоизоляционный мат по всей его толщине и выходящих своими концевыми участками на наружную поверхность сеток, при этом указанные концевые участки загнуты под прямым углом относительно осей стержней и жестко закреплены на наружной поверхности соответствующей сетки,
Предпочтительно ширина теплоизоляционного модуля составляет 500-1500 мм, а длина - 2500-5000 мм.
Загнутые концевые участки стержней закреплены на наружной поверхности соответствующей сетки посредством сварки. Сетка выполнена из жаростойкой или теплоустойчивой или конструкционной стали. Размер ячеек сварных сеток каркаса составляет 50 мм × 50 мм или 100 мм × 100 мм. Диаметр проволоки, образующей сетку, составляет 2-5 мм.
Выполнение тепловой изоляции из одинаковых теплоизоляционных модулей, уложенных горизонтальными и вертикальными рядами обеспечивает ремонтопригодность конструкции тепловой изоляции и повышает производительность ремонтных работ за счет возможности извлечения любого из модулей, в случае ремонта теплоэнергетического оборудования и при необходимости замены на новый модуль. Выполнение каркаса теплоизоляционного модуля из двух сварных сеток, равномерно обжимающих теплоизоляционный мат с двух сторон, и системы стержней (анкеров), пронизывающих теплоизоляционный мат и закрепленных своими концевыми участками на наружных поверхностях сеток (благодаря чему происходит фиксация предварительно заданного обжатия
мата), обеспечивает необходимый коэффициент уплотнения мата (не ниже 1,6), определенный строительными нормами и правилами (СНиП) и позволяет получить прочную конструкцию теплоизоляционного модуля с учетом виброустойчивости. В результате увеличивается срок службы каждого теплоизоляционного модуля и тепловой изоляции в целом, уменьшаются тепловые потери за счет снижения количества элементов крепления теплоизоляционных модулей и сокращаются простои теплоэнергетического оборудования за счет сокращения времени на монтаж и демонтаж тепловой изоляции.
При этом использование предлагаемого каркаса в конструкции теплоизоляционного модуля придает модулям определенную гибкость, что позволяет использовать их для тепловой изоляции криволинейных, в том числе цилиндрических, поверхностей. Выполнение каркаса из простых в конструктивном исполнении и технологичных облегченных узлов и деталей (сварных сеток и стержней), позволяет упростить конструкцию теплоизоляционного модуля и технологию его изготовления, а также уменьшить вес модуля и соответственно снизить весовые нагрузки на изолируемую поверхность теплоэнергетического оборудования, к которой крепятся модули. Кроме того, предлагаемая конструкция теплоизоляционного модуля позволяет в значительной мере упростить крепление модулей к изолируемой поверхности теплоэнергетического оборудования за счет снижения количества штырей, проходящих через все слои тепловой изоляции и жестко закрепленных на изолируемой поверхности теплоэнергетического оборудования. Базальтовые и/или муллитокремниземистые волокна, составляющие основу теплоизоляционного мата, позволяют использовать предлагаемый модуль для формирования тепловой изоляции поверхностей, имеющих большую температуру нагрева.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 изображена заявляемая тепловая изоляция, вид спереди; на фиг.2 - сечение по Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - фрагмент В по фиг.2; на фиг.4 - сечение по Г-Г на фиг.3.
Существо полезной модели поясняется на конкретном использовании предлагаемой конструкции для обмуровки газоплотных котлов экранированных из цельносварных мембранных труб.
Обмуровка (тепловая изоляция) формируется из множества сборно-разборных теплоизоляционных модулей 1 в форме прямоугольных параллелепипедов, ширина каждого из которых составляет 500-1500 мм, а длина - 2500-5000 мм. При формировании тепловой изоляции в каждом конкретном случае все модули имеют одинаковые размеры по длине, ширине и толщине.
Каждый теплоизоляционный модуль 1 состоит из теплоизоляционного мата (теплоизоляционных матов) 2 и каркаса. Теплоизоляционные маты 2 могут быть выполнены только из базальтового волокна или только из муллитокремниземистого волокна. Теплоизоляционный мат, выполненный только из базальтового волокна, используется в модулях, предназначенных для формирования тепловой изоляции поверхностей, имеющих температуру нагрева до 700°С. Маты из муллитокремниземистых волокон используют для формирования тепловой изоляции поверхностей, имеющих температуру нагрева до 1100°С. Теплоизоляционные маты могут отличаться друг от друга по виду волокон.
Каркас теплоизоляционного модуля 1 образован двумя сварными сетками 3 и 4 и системой стержней 5. Сварные сетки 3 и 4 расположены с двух противолежащих сторон теплоизоляционного мата 2. Сетки 3 и 4 выполнены из теплоустойчивой или жаропрочной или конструкционной стали. Диаметр проволоки, образующей сетку, составляет 2-5 мм. Размер ячеек 6 сварных сеток 3 и 4 составляет или 50 мм × 50 мм или 100 мм × 100 мм. Выбор размера ячеек 6 зависит от величины и характера изолируемой поверхности. При этом для конкретной тепловой изоляции используются теплоизоляционные модули 1, сетки 3 и 4 которых имеют одинаковые размеры ячеек.
Стержни 5 каркаса пронизывают теплоизоляционный мат (маты) 2 по всей его (их) толщине и выходят своими концевыми участками 7 и 8 на наружную поверхность сеток 3 и 4. Концевые участки 7 и 8 стержней 5 загнуты под прямым углом относительно осей 9 стержней. Концевые участки 7 жестко закреплены на наружной поверхности сетки 3, а концевые участки 8 жестко закреплены на наружной поверхности сетки 4. Закрепление участков 7 и 8 на поверхностях сеток 3 и 4 осуществляется сваркой.
Формирование тепловой изоляции (обмуровки) осуществляется следующим образом. Тепловая изоляция выполняется из сборно-разборных
теплоизоляционных модулей 1. Теплоизоляционные модули 1 располагаются преимущественно в два слоя 10 и 11 тепловой изоляции (на фиг.3 показан вариант с тремя слоями тепловой изоляции). В каждом слое тепловой изоляции модули 1 совмещаются и соприкасаются по стыкам 12. При этом каждый модуль дополнительно скрепляется с соседним модулем слоя посредством связывания их стыков вязальной проволокой. Через слои тепловой изоляции пропущены штыри 13, располагаемые с шагом в двух взаимно перпендикулярных направлениях 500-1500×300-1000 мм (преимущественно 1000×300 мм). Загнутые под прямым углом концевые участки 14 штырей 13 приварены к мембранным экранам 15 котла. Штыри 13 пронизывают оба слоя 10 и 11 тепловой изоляции по всей толщине и выходят своими концевыми участками 16 на наружную поверхность тепловой изоляции. Между изолируемой поверхностью теплоэнергетического оборудования и ближайшим к этой поверхности слоем 10 тепловой изоляции расположен дополнительный теплоизоляционный слой из волокнистых матов 18, которые могут быть выполнены из базальтового или муллитокремниземистого волокна.
На штыри 13 со стороны их концевых участков 16 нанизаны прижимные планки 19, которые контактируют с наружной поверхностью наиболее удаленных от изолируемой поверхности сеток 4. В качестве планок 19 используются профили в виде уголка или швеллера. Штыри 13 и планки 19 фиксируют теплоизоляционные модули 1 на изолируемой поверхности теплоэнергетического оборудования. Поджатие планок 19 к тепловой изоляции в направлении к изолируемой поверхности осуществляется элементами 20, преимущественно пружинными шайбами, надеваемыми на концевые участки 16 штырей 13. В качестве элементов 20 могут быть использованы и гайки, навинчиваемые на резьбовые концевые участки 16 штырей 13.
При изготовлении теплоизоляционного модуля 1 на сварную сетку 3 из теплоустойчивой или жаростойкой или конструкционной стали укладывают два или три волокнистых мата из базальтового или муллитокремниземистого волокна с коэффициентом уплотнения не ниже 1,8. Волокнистые маты прижимают сверху сеткой 4. Волокнистые маты и сетки 3 и 4 пронизывают стержнями 5, расположенными перпендикулярно волокнистым матам и сеткам. Концы стержней 5 Г-образно загибаются и привариваются соответственно к сеткам 3 и 4. Шаг
приварки стержней 5 составляет 300×300 мм или 250×400 мм по всей плоскости сетки.
При формировании первого слоя 10 тепловой изоляции (обмуровки) котла однотипные по конструкции и по размерам теплоизоляционные модули 1 располагаются рядами один под другим вдоль всей изолируемой поверхности. При этом модули 1 каждого последующего ряда могут быть не смещены в горизонтальном направлении относительно модулей каждого предыдущего ряда. Второй слой 11 тепловой изоляции формируется аналогичным образом. Возможно также такое формирование рядов теплоизоляционных модулей в каждом слое, при котором модули 1 каждого последующего ряда смещены в горизонтальном направлении относительно модулей 1 каждого предыдущего ряда. При этом теплоизоляционные модули 1 второго слоя 11 перекрывают стыки 12 между модулями 1 первого слоя 10 тепловой изоляции.
Между изолируемой поверхностью и ближайшим к этой поверхности слоем 10 тепловой изоляции размещают дополнительный теплоизоляционный слой из волокнистых матов 18, который служит для предотвращения контакта сетки теплоизоляционного модуля с горячей поверхностью теплоэнергетического оборудования.
К мембранным экранам 15 котла приваривают загнутые под прямым углом концевые участки 14 штырей 13, ориентированных перпендикулярно поверхности модуля 1. На штыри 13 нанизывают теплоизоляционные модули 1. При этом маты 18 дополнительного теплоизоляционного слоя либо самостоятельно нанизываются на штыри 13 до установки на них модулей 1, либо каждый мат 18 предварительно закрепляется на сетке каждого соответствующего теплоизоляционного модуля 1. Стыки между теплоизоляционными модулями предварительно заполняют теплоизоляционными шнурами 17. На штыри 13 со стороны их концевых участков 16 устанавливают прижимные планки 19. Посредством планок 19 конструкция прижимается к изолируемой поверхности. Положение планок 19 фиксируют элементами 20 (пружинными шайбами).