СПОСОБ ВАКУУМИРОВАНИЯ КРИОТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F17C3/08 

Изобретение относится к области криовакуумной техники, в частности к получению вакуума в теплоизоляционных криополостях.

Известен способ вакуумирования теплоизоляционной криополости, где перед основной откачкой проводят предварительную откачку с обеспечением отношения скорости откачки к объему откачиваемой криополости не менее 0,05 с^-1 с последующим заполнением откачанной полости сухим газом до атмосферного давления [1]
Наиболее близким техническим решением является способ вакуумирования криотеплоизоляции, заключающийся в понижении в ней давления до рабочей глубины вакуума при постоянной быстроте откачки и ее продувке сухим неконденсирующимся газом [2]
Известное устройство, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит вакуумметр, азотную ловушку, запорный вентиль и источник сухого неконденсирующегося газа.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они на обеспечивают малого времени вакуумирования при первоначальной увлажненности криотеплоизоляции. Это объясняется тем, что продувка полости газом при нахождении в ней затвердевшего вещества (льда) не дает ощутимого результата. Кристаллизация влаги происходит при понижении давления ниже давления тройной точки и чем ниже давление в полости, тем сильнее охлажден лед, тем ниже давление его паров. Из-за малого парциального давления удаляемого льда продувка полости газом не дает ощутимого результата.

Если же продувку газом осуществлять не при низком (рабочем) давлении, а при повышенном (близком к атмосферному) давлении, то влага будет неинтенсивно испаряться, т.к. находится не под вакуумом. Из-за малой интенсивности испарения удаляемой влаги продувка полости газом не дает ощутимого результата.

Задача изобретения состоит в уменьшении времени вакуумирования криотеплоизоляции, преимущественно увлажненной, за счет интенсификации удаления влаги продувкой полости газом при стабильном давлении, организации процесса вакуумирования, при котором удаляется только жидкофазное вещество, а также за счет одновременной продувки газом и непрерывного вакуумирования, причем новый процесс вакуумирования проводят при строго определенных параметрах.

Поставленная задача достигается тем, что в способе вакуумирования криотеплоизоляции, преимущественно увлажненной, заключающемся в понижении в ней давления до рабочей глубины вакуума при постоянной быстроте откачки и ее продувке сухим неконденсирующим газом, согласно изобретению, стабилизируют давление Р₁ продувкой криотеплоизоляции сухим неконденсирующимся газом с одновременным вакуумированием до выполнения соотношения
P₁ < 2P₂,
где Р₁ давление тройной точки влаги, Па;
Р₂ давление в криотеплоизоляции без учета паров влаги, Па.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве для вакуумирования криотеплоизоляции, содержащем вакуумметр, азотную ловушку, запорный вентиль и источник сухого неконденсирующегося газа, согласно изобретению, на вакуумной магистрали между запорным вентилем и источником газа размещена диафрагма пропускной способности, равной быстроте откачки при давлении Р₁.

Именно заявленная пропускная способность диафрагмы, ее размещение между запорным вентилем и источником газа, а также стабилизация давления при заданной величине обеспечивают, согласно способу, удаление жидкофазной влаги под вакуумом с одновременным вакуумированием криотеплоизоляции и тем самым достижение задачи изобретений. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Достижение поставленной задачи по сравнению с прототипом заключается в следующем. Непрерывное вакуумирование криотеплоизоляции без повышения давления позволяет сократить время достижения рабочей глубины вакуума, т.к. отпадает необходимость дважды достигать одного и того же промежуточного давления. Стабилизация давления при значении тройной точки удаляемой влаги позволяет создать максимальную интенсивность ее испарения, не переводя в твердофазное состояние, что максимально сокращает длительность удаления влаги. Продувка криотеплоизоляции сухим неконденсирующимся газом интенсифицирует удаление влаги из полости. Выполнение соотношения
P₁<2P₂
означает, что давление паров влаги меньше давления остаточных газов. Это показывает на исчезновение доминирующего влияния влаги на процесс вакуумирования, т. к. давление ее паров и других газов стали соизмеримы. После выполнения данного соотношения процесс вакуумирования определяют остаточные газы, роль паров влаги незначительна и постоянно уменьшается. Поэтому, согласно изобретению, стабилизация давления за счет продувки прекращается и понижают давление до рабочей глубины вакуума при постоянной быстроте откачки.

Использование предложенного способа вакуумирования позволяет вести задуманный процесс независимо от степени первоначальной увлажненности криотеплоизоляции, создавая для всего многообразия случаев наилучшие условия вакуумирования.

Пример осуществления способа.

Технические характеристики изделия ЦТК-1,0/0,25-1:
объем межстенного пространства 1100 л.

вид изоляции порошковая вакуумная;
материал изоляции аэрогель, фильтротерлит;
масса засыпаемого порошка 150 кг;
начальная влажность изоляционного порошка 2,0 мас.

Процесс вакуумирования производился по двум технологиям: 1) по прототипу; 2) по заявляемому тех. решению.

Основные этапы технологии прототипа:
1. Откачка изоляционной полости производится с максимально возможной эффективной быстротой вакуумирования.

2. Производится достижение контрольной глубины вакуума в межстенном пространстве (20 Па 0,15 мм рт.ст.).

3. Производится откачка межстенного пространства не менее контрольной величины времени (24 ч).

4. Производится отключение средств откачки от изоляционной полости на заданное время (12 ч) с целью стабилизации (выравнивания) давления по объему полости.

5. Производится определение величины натекания в изоляционной полости.

6. В случае превышения найденной величины контрольного назначения (50 мкм рт. ст./сутки) производится повторение операций, указанных в предыдущих пунктах.

Основные этапы разработки и технологии;
1. Откачка изоляционной полости производится с максимально возможной эффективной быстротой вакуумирования.

2. Производится достижение контрольной глубины вакуума в межстенном пространстве (665 Па 5 мм рт.ст.).

3. Производится периодический впуск сухого неконденсирующегося газа в изоляционную полость (см. фиг. 2).

4. Продолжительность "промывки" изоляционной полости газом производится заданное время (1,0 ч).

5. Производится достижение контрольной глубины вакуума в межстенном пространстве (20 Па 0,15 мм. рт.ст.).

6. Производится отключение средств откачки от изоляционной полости на заданное время (6,0 ч) с целью стабилизации (выравнивания) давления по объему полости.

7. Производится определение величины натекания в полости.

8. В случае превышения найденной величины контрольного значения (50,0 мкм рт. ст. /сутки) производится напуск неконденсирующегося сухого газа в изоляционную полость до давления 665 Па 5,0 мм рт.ст. Производится повторение операций, указанных в пунктах 3, 4, 5, 6, 7, причем в пункте 4 продолжительность "промывки" увеличивается до 2-х ч.

Из данных следует, что для достижения одного и того же уровня вакуума (0,059 мм рт.ст.) при откачке по известной технологии потребовалось 2 ч 34 мин, а по новой технологии 2 ч 51, т.е. на 17 мин больше. Однако натекание в полости, определенное за одно и то же время, оказалось выше тогда, когда откачка производилась по известной технологии. Это объясняется тем, что за период выдержки при постоянном давлении в изоляционной полости и дутья неконденсирующимся сухим газом (аргоном), используемых в заявляемой технологии, произошло удаление из изоляционной полости большого количества газящих примесей, чем их было удалено в сравниваемой технологии.

При конкретном осуществлении способа не использовалась калиброванная диафрагма. Однако постоянное давление при продувке выдерживалось с достаточной степенью точности (7 мм рт.ст.±1). Поэтому данный пример можно рассматривать как заявляемый способ, описанный в описании изобретения.

На фиг. 1 изображено схематически заявляемое устройство для осуществления способа вакуумирования; на фиг. 2 способ вакуумирования в координатах время давление.

Устройство состоит (фиг. 1) из вакуумметров 1 и 2, азотной ловушки 3, запорного вентиля 4, источника сухого неконденсирующегося газа 5, диафрагма 6, вакуумной магистрали 7. Криотеплоизоляция 8 вакуумируется вакуумным насосом 9.

Устройство работает следующим образом. Включают вакуумный насос 9 и вакуумируют криотеплоизоляцию 8. Запорный вентиль 4 закрыт. Давление Р₂ считывают с показаний вакуумметра 1. Достигают в криотеплоизоляции давления Р₁, считывая показания с вакуумметра 2. Открывают вентиль 4, продолжая вакуумирование. После выполнения соотношения Р₁<2P₂ вентиль 4 закрывают. Вакуумируют криотеплоизоляцию 8 до рабочей глубины вакуума, считывая показания с вакуумметра 1 или вакуумметра 2.

Способ вакуумирования происходит следующим образом (фиг. 2). Вакуумируют криотеплоизоляцию от атмосферного давления Р_атм до давления тройной точки Р₁ (участок I). Достигнув давления Р₁, осуществляют продувку полости газом, за счет него давления стабилизируется (участок II). После выполнения соотношения Р₁<2P₂ прекращают продувку полости газом к вакуумируют до рабочего давления Р_раб. (участок III).

Использование предлагаемого способа вакуумирования криотеплоизоляции и конструкции устройства позволяет по сравнению с существующим резко уменьшить, длительность вакуумирования увлажненной криотеплоизоляции, (в 1,5 2 раза), что особенно важно при массовом выпуске указанных криотеплоизоляций, например, у криогенных транспортных цистерн во влажном цехе.

При давлении Р₁ быстрота действия вакуумного насоса, как правило, мала, что обусловливает малую пропускную способность диафрагмы. Поэтому продувка осуществляется слабым газовым потоком, что особенно важно в криотеплоизоляции во избежание нарушения структуры укладки теплоизоляционного материала.

Малый массовый поток сухого неконденсирующегося газа позволяет осуществлять вакуумирование при небольшом расходе газа, что особенно важно при продувке больших криотеплоизоляций объемом порядка 10³м³.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Простота конструкции устройства и реализации самого способа не требует дополнительных затрат на осуществление предложенного процесса вакуумирования.

Cущность изобретения: способ вакуумирования криотеплоизоляции, преимущественно увлажненной, состоит в следующем. Вакуумируют криотеплоизоляцию от атмосферного давления Р_атм до давления тройной точки Р₁ при постоянной быстроте откачки. Достигнув давления Р₁ осуществляют продувку полости сухим неконденсирующимся газом, за счет чего давление стабилизируется. После выполнения соотношения Р₁<2P₂, где P₁ - давление тройной точки влаги, Па; Р₂ - давление в криотеплоизоляции без учета паров влаги, Па, прекращают продувку полости газом и вакуумируют до рабочего давления. Устройство состоит из вакуумметров, азотной ловушки, запоpного вентиля, источника сухого неконденсирующегося газа, диафрагмы с пропускной способностью, равной быстроте откачки при давлении Р₁, вакуумной магистрали. Криотеплоизоляция вакуумируется вакуумным насосом. 2 с. п. ф-лы, 1 табл. 2 ил.

1. Способ вакуумирования криотеплоизоляции, преимущественно увлажненной, заключающийся в понижении в ней давления до рабочей глубины вакуума при постоянной быстроте откачки и ее продувке сухим неконденсирующимся газом, отличающийся тем, что стабилизируют давление P₁ продувкой криотеплоизоляции сухим неконденсирующимся газом с одновременным вакуумированием до выполнения соотношения
Р₁ < 2 Р₂,
где Р₁ давление тройной точки влаги, Па;
Р₂ давление в криотеплоизоляции без учета паров влаги, Па. 2. Устройство для вакуумирования криотеплоизоляции, содержащее вакуумметр, азотную ловушку, запорный вентиль и источник сухого неконденсирующегося газа, отличающееся тем, что на вакуумной магистрали между запорным вентилем и источником газа размещена диафрагма пропускной способности, равной быстроте откачки при давлении P₁ тройной точки влаги.