Унифицированная металлическая тепловая изоляция (УМТИ) Российский патент 2020 года по МПК F16L59/14 

Изобретение относится к теплоизоляционной технике, а более конкретно к конструкциям тепловой изоляции трубопроводов и цилиндрических сосудов. ОКБ «ГИДРОПРЕСС», ПАО «ЗиО-Подольск» (г.Подольск Московской области) в сотрудничестве с немецкой фирмой «KAEFER» разработали и реализовали блочную съемную тепловую изоляцию (БСТИ) для блоков Тяньваньской АЭС (Китай) и для блоков АЭС «Куданкулам» (Индия).

Однако, сравнительно толстостенная сталь короба БСТИ (1,0 мм и 0,5 мм). обусловленная его прочностными характеристиками в связи с большими размерами блоков и креплением на их поверхности большого количества тугих натяжных замков, приводит к неоптимальному расходу нержавеющей стали и теплоизоляционного материала.

Известна блочная съемная тепловая изоляция, содержащая размещенные на внешней поверхности тепло изолируемого оборудования последовательно в его продольном направлении и вплотную друг к другу кольцевые секции, каждая из которых выполнена из N одинаковых теплоизоляционных блоков, которые состыкованы между собой боковыми

стенками, расположенными под углом относительно друг друга, тепло изоляционные блоки в смежных секциях расположены напротив друг друга, каркас включает четыре одинаковые угловые стойки, которые попарно соединены между собой параллельно расположенными поперечными элементами, (см.патент RU №2493473, 2013 г, номер китайского патента этой же российской заявки: ZL 201380015488.9 - дата публикации сведений о выдаче патента 14.12.2016 г.). Данный патент взят за прототип.

Недостаток заключается в том, что патент не обеспечивает создание конкретной унифицированной металлической тепловой изоляции цилиндрических поверхностей, существующей в настоящее время на трубопроводах и теплообменном оборудовании современных атомных электростанций (АЭС). Разнотипные теплоизоляционные блоки, выполненные с применением в качестве теплоизоляционного материала стекловолокна или базальтового наполнителя, не обладают конкретной унификацией для каждого радиуса тепло изолируемого оборудования. При разрыве оболочки теплоизоляционных блоков происходит перекрытие (закупоривание) стекловолокном трапов сточных вод и радиоактивных отходов. Крестообразные замки-защелки, крепящие теплоизоляционные блоки сложны в изготовлении. Применение в качестве теплоизоляционных блоков большого количества трапецеидальных призменных блоков экономически нецелесообразно.

Целью предполагаемого изобретения является: создание унифицированной металлической тепловой изоляции (УМТИ) с унификацией ее составных частей и минимальным количеством сварки; замена конструктивно сложных замков, крепящих теплоизоляционные блоки на более простые, не создающие изгибающих моментов и более прочные,

Поставленная задача решена тем, что при создании унифицированного теплоизоляционного модуля (УТМ) из металлических мембран выполнена унификация ее составных частей. Сложные в конструкции и изготовлении крестообразные замки-защелки заменены на простые и более прочные кольцевые рычажные натяжные замки. Большое количество трапецеидальных призменных теплоизоляционных блоков заменены на унифицированные теплоизоляционные модули по одному для каждого радиуса тепло изолируемой поверхности. Условно, можно выделить не более 9 главных радиусов поверхностей первого контура современных атомных электростанций (АЭС): РФ, Китай, Индия, Иран, Турция и др., на которых монтируется блочная съемная тепловая изоляция (БСТИ), насчитывающая более 2000 геометрических разновидностей тепловых изоляционных блоков.

УМТИ содержит размещенные на внешней поверхности тепло изолируемого оборудования последовательно в его продольном направлении и состыкованные вплотную друг к другу кольцевые секции, каждая из которых выполнена из n одинаковых модулей, которые состыкованы между собой боковыми стенками, расположенными под углом (градусов) относительно друг друга.

УМТИ, для каждого радиуса тепло изолируемой цилиндрической поверхности АЭС, выполнена из геометрически одинаковых унифицированных теплоизоляционных модулей, каждый из которых состоит из верхней цилиндрической крышки, нижнего цилиндрического днища, двух плоских боковых граней, двух торцевых кольцевых секторов и набора кольцевых цилиндрических металлических мембран с унифицированными прямоугольными гибкими металлическими спиральными шпангоутами (МСШ), выполненными из металлической ленты толщиной {0,2-0,7} мм путем навивки ее под углом Z {1-89} градусов на соответствующую оправку, и расположенными внутри модуля, с размерами модуля:

где:

«Н» - высота модуля, «С» - длина дуги наружной поверхности крышки модуля, «с» - длина дуги наружной поверхности днища модуля, «R» - радиус наружной поверхности крышки модуля, «r» - радиус наружной поверхности днища модуля, «n» - количество модулей, размещаемых на поверхности периметра 2πr, Q - угол охвата между двумя боковыми наклонными гранями модуля; внутри модуля размещены металлические мембраны, толщиной {0,05-0,2} мм, формы цилиндрических коаксиальных поверхностей с двумя противоположными наклонными гранями высотой {3-30} мм, согнутыми под углом Y друг к другу, угол Y совпадает с Q - углом охвата граней модуля, дистанционирование и закрепление мембран внутри модуля по торцам, на промежуточных силовых перегородках, расположенных по длине модуля с расчетным интервалом, и с крышкой модуля выполнены наклонными гранями, цилиндрической поверхностью мембран и МСШ с применением контактной сварки. Применение гибких МСШ в качестве прочных дистанционирующих элементов цилиндрических мембран дает дополнительную унификацию, так, как имея одинаковые геометрические размеры по высоте и ширине и свободный размер по длине без сложных доработок (подрезка и обработка СМШ в нужный размер), позволяет унифицировать внутри конструктивную сборку УТМ.

Поверхности мембран образуют мембранные камеры, заполненные воздухом, проникающим в смежные мембранные камеры через калиброванные отверстия мембран, расположенные на противоположных сторонах верхних и нижних плоскостей мембран, образующих каждую камеру, воздух проникает при большем давлении внутри холодной мембранной камеры в камеру с более горячим воздухом, имеющей меньшее давление. Размеры мембран увеличиваются пропорционально длинам дуг каждого последующего ряда на величину:

где:

ΔL - увеличение длины дуги поверхности мембраны последующего ряда;

Δρ - линейное расстояние от поверхности предыдущего ряда мембраны до поверхности мембраны последующего ряда;

L - длина дуги поверхности мембраны предыдущего ряда;

Y - угол охвата между наклонными боковыми гранями мембраны.

На гнутых участках трубопроводов УМТИ выполнена в виде унифицированных поворотных теплоизоляционных модулей, охватывающих тепло изолируемую поверхность гнутого участка трубопровода, мембраны и МСШ выполнены коаксиальными с центром радиуса трубопровода и дополнительно коаксиальными с центром радиуса гиба трубопровода; на участках примыкания патрубка к поверхности трубопровода или теплообменника МТИ выполнена с монтажом первоначальной изоляции цилиндрической поверхности большего диаметра с последующей изоляцией поверхности и дополнительно изогнутых МСШ, примыкающего патрубка, выполненных по шаблонам линий пересечения стыкуемых поверхностей двух цилиндров

Модули УМТИ соединены между собой с помощью кольцевых рычажных натяжных замков, которые соединяют четыре смежных блока через опоры, каждая опора выполнена в виде отдельного сектора четвертой части боковой цилиндрической поверхности, соединенной с радиальными гранями, закрепленными на поверхности косынок крышек стыкуемых углов, таким образом, что грани опор расположены как продолжение граней модулей, а четыре сектора боковой цилиндрической поверхности при их соединении образуют единую цилиндрическую поверхность высотой h, на наружной поверхности которой выполнены отверстия для захода холодного воздуха и размещен кольцевой натяжной рычажный замок с дистанционирующими планками, обеспечивающими свободный доступ воздуха к отверстиям, при этом рычаг натяжного замка совершает движение в плоскости перпендикулярной общей оси симметрии стыкуемых граней модулей (условное название: горизонтальные рычажные натяжные замки).

Верхняя крышка, нижнее днище и мембраны могут быть выполнены в виде эллиптической, шаровой или другой криволинейной поверхности или комбинированными, скрепляемые между собой МСШ и контактной сваркой.

Движение рычагов натяжных замков в плоскости перпендикулярных общей оси симметрии стыкуемых граней модулей дает преимущество перед замками, рычаги которых совершают рабочие движения в плоскости параллельной общей оси стыкуемых граней модулей (пример: тепловая изоляция БСТИ), так как в последнем случае требуется дополнительное пространство высотой не менее 100 мм, которое на монтаже оборудования из-за наложения допусков является зоной большого количества коллизий из-за приоритета компоновки оборудования и трубопроводов, монтируемых в близлежащем пространстве.

На участках примыкания патрубка к поверхности трубопровода или теплообменника УМТИ выполнена с монтажом первоначальной изоляции цилиндрической поверхности большего диаметра с последующей изоляцией поверхности и дополнительно изогнутых МСШ примыкающего патрубка, выполненных в соответствии с начертательной геометрией по шаблонам линий пересечения стыкуемых поверхностей двух цилиндров. Вначале изолируют цилиндрическую поверхность большего диаметра, для чего в мембранах каждом из двух стыкуемых смежных модулей выполняют выборки мембран с радиусом поверхности примыкающего патрубка. С этой же целью производят дополнительную локальную гибку МСШ по радиусу поверхности примыкающего патрубка. Соединение металлических мембран с МСШ выполнено аналогичным соединению в обычном торцевом варианте. Для окончательной стыковки УМТИ патрубка с поверхностью изоляции трубопровода дорабатывается стыкуемый торец УМТИ патрубка, подвергнувшись предварительно дополнительной гибке МСШ стыкуемого торца патрубка по шаблонам линий пересечения поверхностей УМТИ двух цилиндров: трубопровода и патрубка. При сборке двух изоляций трубопровода или теплообменника с патрубком получаем плотное соединение двух тепловых изоляций разного диаметра.

Применение УМТИ, в случае повреждения модуля, дает возможность простой замены поврежденных из наличия запасного количества модулей, с последующим простым ремонтом поврежденных модулей.

Таким образом, патентуемая унифицированная металлическая тепловая изоляция (УМТИ), имеет следующие отличия от прототипа:

1. Разнотипные теплоизоляционные блоки заменены на унифицированные металлические теплоизоляционные модули, всего по одному типу модуля на каждый из девяти главных радиусов изолируемого оборудования АЭС.

2. Теплоизоляционный материал из стекловолокна или базальтового наполнителя заменен на металлические мембраны. При разрыве оболочки теплоизоляционных модулей исключено перекрытие (закупоривание) трапов сточных вод и радиоактивных отходов.

3. Тепловая изоляция из УМТИ легче (на 22%), по сравнению с применяемой в настоящее время тепловой изоляцией БСТИ на Тяньваньской АЭС и АЭС «Куданкулам». Модули УМТИ, как тонкостенные и осе симметричные коаксиальные оболочки, имеют малый расход металла и максимально выгодные физические свойства на разрыв и сжатие, равномерно распределенные силы изгибающих моментов и температурных полей по периметру и длине тепло изолируемой поверхности.

4. За счет симметрии и точности изготовления унифицированных симметричных модулей исключено раскрытие тепловых зазоров между боковыми гранями теплоизоляционных блоков.

5. Применение металлического спирального шпангоута в качестве унифицированного, доступного и легко устанавливаемого элемента, дает значительный выигрыш в стоимости и сроках изготовления тепловой изоляции.

6. Размещение кольцевых рычажных натяжных замков в углах на внешней поверхности пересечения наружных поверхностей УМТИ полностью исключает многочисленные местные разметочные, подгоночные и сварочные работы при монтаже теплоизоляции на объекте. Применение горизонтальных рычажных натяжных замков дает экономию дополнительно не менее 100 мм приоритетного пространства вокруг оборудования, являющегося при монтаже зоной повышенного количества коллизий из-за наложения полей допусков монтируемого оборудования.

7. Упрощение конструкции натяжных замков, сокращение веса каждого замка и их количества.

8. Дополнительное увеличение в составе тепловой изоляции материала радиационной защиты (металлические мембраны УМТИ) от гамма-излучения на оборудовании и трубопроводах реакторного отделения без увеличения общего веса изоляции.

9. Упрощение восстановительного ремонта теплоизоляционных модулей УМТИ в процессе их монтажа на АЭС, путем простой замены модулей УМТИ из числа запасных.

Для произвольной массы воздуха М, находящегося в объеме камеры между соседними герметичными мембранами молярная масса которого m, уравнение Клайперона - Менделеева имеет вид:

где:

Р - давление кг/см², V - объем в см³, М - масса воздуха в г, m - молярная масса в г/моль, R - Универсальная газовая постоянная = 8,314 Дж/моль °К, Т - абсолютная температура в ΔК (2).

1. Клайперона уравнение /Физическая энциклопедия (в 5 т.). Гл. ред. A.M. Прохоров - Сов. Энциклопедия, 1990 - T. 2, с. 371-704. ISBN 5-85270-061-4/.

но - это плотность газа ρ г/см³, таким образом:

Если плотности воздуха при давлении P₁ и Р₂ равны соответственно ρ₁ и ρ₂, то при одинаковой температуре газа Т, можно записать P₁/Р₂=ρ₁/ρ₂. Этот важный результат является также прямым выражением закона Бойля-Мариотта.

Плотность воздуха в зависимости от температуры падает с повышением последней, например, от 1,293 кг/м³ при 0°С до 0,615 кг/м³ при 300°С (2).

2. Богданов С.Н., Бурцев С.И., Куприянова А.В. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ. /под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., переработанное и дополненное - СПб: СПБ ГАХПТ, 1999, - 320 с./

Поэтому, в двух сообщающихся мембранных камерах при одинаковой температуре давление воздуха будет выше, где наиболее холодный воздух и где его большая плотность. Холодный воздух будет перетекать в камеру с более горячим воздухом, а охлажденный теплый воздух будет перетекать в камеру с более холодным воздухом, то есть будет наблюдаться «обратная естественная циркуляция» холодного воздуха. При этом будет соблюдаться равенство:

P₁=P₂+ΔP, где:

P₁ - давление воздуха в холодной камере;

Р₂ - давление воздуха в горячей камере;

ΔР - потеря давления от гидравлического сопротивления калиброванных отверстий в мембране, разделяющей холодную и смежную более горячую мембранные камеры плюс повороты и движение воздуха внутри камеры., включая потерю давления в МСШ перегородок.

Каскад металлических мембран экранирует наружную поверхность УМТИ от лучистого теплообмена, а запертый гидравлическим сопротивлением ДР воздух с постоянным пополнением более холодным - хороший изолятор от теплопроводности.

Каскад граней металлических мембран пропускает более холодный воздух к нагретой поверхности, то есть в каждой мембранной камере возникает конвективный теплообмен с движением холодного воздуха к смежной горячей камере и охлаждением горячего воздуха в этой камере. Такая конструкция тепловой изоляции из теплоизоляционных модулей, включающих каскад металлических мембран, является «прозрачной» для холодного атмосферного воздуха и закрытой для прямого обратного потока горячего воздуха.

На фиг. 1 изображен вид теплоизоляционного модуля.

На фиг. 2 изображен разрез модуля и соединение его с тепло изолируемой поверхностью.

На фиг. 3 изображена сборка МСШ с крышкой, днищем и гранями модуля.

На фиг. 4 изображена металлическая мембрана.

На фиг. 5 изображен фрагмент получения ленточной спирали для МСШ.

На фиг. 6, изображено соединение МСШ с мембраной с помощью контактной сварки.

На фиг. 7 изображена сборка мембраны с МСШ в рабочем состоянии.

На фиг. 8 изображена изометрия МСШ в изогнутом положении.

На фиг. 9 изображена сборка мембран с МСШ в силовую перегородку.

На фиг. 10 изображены силовые перегородки в сборе с тепло изолируемой поверхностью и крышкой модуля.

На фиг. 11 изображен фрагмент соединения металлических мембран с МСШ с торцевой гранью модуля с помощью контактной сварки

На фиг. 12 изображена опора кольцевого рычажного натяжного замка и стрелками показан путь прохода холодного воздуха к мембранным камерам.

На фиг. 13 изображен кольцевой рычажный натяжной замок и крепление УТМ между собой.

На фиг. 14 изображена циркуляция холодного воздуха внутри мембранных камер модуля.

На фиг. 15 изображен поворотный модуль на гнутом участке трубы.

На фиг. 16 изображено соединение УТМ с помощью кольцевых рычажных натяжных замков.

На фиг. 17 изображена стыковка примыкания УМТИ патрубка к УМТИ трубопровода.

На фиг. 18 изображена выборка МСШ для выполнения охвата УМТИ патрубка.

Теплоизоляционный модуль (фигура 1) состоит из крышки 1, двух боковых граней 2, двух торцевых граней 3, выполненных в виде кольцевых секторов, цилиндрического днища 4. опирающегося на тепло изолируемую поверхность 5. Внутри модуля размещены коаксиальные металлические мембраны 7, выполненные из металлического листа толщиной {0,05-0,2} мм и скрепленные с МСШ 9 и боковыми гранями 2 модуля контактной сваркой.

На фиг. 2 изображен разрез модуля и соединение его с тепло изолируемой поверхностью 5. Показаны коаксиальные цилиндрические металлические мембраны 7, соединенные с коаксиальными цилиндрическими МСШ 9, расположенными в ряд по торцам и в промежуточных по длине модуля местах в виде силовых перегородок 20, расположенных по длине модуля с расчетным интервалом, соединение с крышкой модуля выполнено МСШ с применением контактной сварки.

На фиг. 3 изображены в сборе с мембранами 7, крышкой 1, днищем 4 и боковыми гранями 2 - МСШ 9, образующие совместно с мембранами доступную для циркуляции воздуха силовую перегородку.

На фиг. 4 изображена плоская (до гиба) металлическая мембрана 7 с двумя противоположными гранями 8, высотой к {3-30} мм и полочками и шириной {3-8} мм, являющимися продолжением граней. Ширина мембраны - L, длина - М. Мембраны пропускают при большем давлении воздуха внутри смежной холодной мембранной камеры поток воздуха через калиброванные отверстия 19 в смежную камеру с более горячим воздухом.

На фиг. 5 (поз. 5.1-5.3) изображен фрагмент получения ленточной спирали 24 из металлической ленты толщиной {0,2-0,7} мм 22, навитой на прямоугольную (квадратную) оправку 23 с радиусом закругления угла граней r₁={2-3} мм. Угол навивки Z определяется расчетным путем и зависит от проходного сечения и жесткости МСШ. Для силовых перегородок расстояние между отдельными витками определяется исходя из общего проходного сечения всей перегородки. Для изготовления торцевых МСШ, чтобы исключить поток воздуха к торцам УТМ, навивку ленточной спирали следует выполнять внахлест фиг. 5, поз. 5.4 (увеличено) из предварительно штампованной металлической ленты толщиной {0,2-0,7} мм.

На фиг. 6 изображено соединение МСШ 24 с мембраной 7 с помощью контактной сварки. Для этого соединения внутрь МСШ вставляют пластмассовый прямоугольный прут, переворачивают мембрану гранями вверх и производят контактную сварку МСШ с мембраной. При этой контактной сварке необходимо предусмотреть по краям мембран не проваренный зазор величиной не менее 0,2 мм - свободное расстояние с допуском (u+5) мм для последующего механического соединения мембран в одну перегородку (смотри фиг. 9). Получаем гибкую сборку МСШ и мембраны, для штатного гиба которой не требуется дополнительных гибочных станков, эта сборка устанавливается на штатную предыдущую сборку и доводится мягкими губками по месту до требуемой кривизны.

На фиг. 7 изображена мембрана 7, согнутая под углом Y (дуга L) в штатном состоянии. Размеры мембран увеличены по длинам дуг каждого последующего ряда на величину

где:

ΔL - увеличение длины дуги поверхности мембраны последующего ряда;

Δρ -линейное расстояние от поверхности предыдущего ряда мембраны до поверхности мембраны последующего ряда (смотри фиг. 11);

L - длина дуги поверхности мембраны предыдущего ряда;

Y - угол охвата между наклонными боковыми гранями мембраны.

Состыкованные наклонными гранями мембран с боковыми гранями модулей и с МСШ, коаксиальные металлические мембраны образуют мембранные камеры 10 фиг. 11, фиг. 14, заполненные воздухом.

На фиг. 8 для иллюстрации изображена изометрия МСШ в изогнутом положении.

На рис. 9 изображена сборка мембран с МСШ в силовую перегородку. Металлические мембраны 7 закреплены внутри модуля боковыми гранями 8 последующего ряда с мембранами 7 предыдущего ряда в зазоре 0,2 мм на расстоянии и с допуском 5 мм. Сборку мембран можно производить разными вариантами, в том числе путем заводки последующей мембраны в предыдущую вдоль цилиндрической образующей или путем частичного отгиба граней 8 последующей мембраны с дальнейшим первоначальным восстановлением граней.

На фиг. 10 изображены силовые перегородки 20 в сборе с тепло изолируемой поверхностью 5 и крышкой модуля 1, которая контактной сваркой закреплена со стягивающими цилиндрическими планками 6 и коаксиальными МСШ.

На фиг. 11 изображен фрагмент соединения металлических мембран с МСШ с торцевой гранью модуля с помощью контактной сварки. Мембранные камеры 10 соединены между собой калиброванными отверстиями 19, расположенными на противоположных сторонах верхних и нижних плоскостей каждой мембранной камеры. В результате такого расположения калиброванных отверстий конвективный теплообмен при естественной циркуляции воздуха происходит во всем объеме мембранной камеры.

На фиг. 12 показано размещение и закрепление косынок 13 к крышке 1 с помощью контактной сварки, к косынкам закреплены опоры 14, выполненные в виде четырех секторов боковой цилиндрической поверхности высотой h, соединенных с радиальными ортогональными друг к другу гранями, закрепленными на поверхности косынок стыкуемых углов, таким образом, что грани опор расположены как продолжение граней модуля, а четыре сектора боковой цилиндрической поверхности при соединении образуют единую цилиндрическую поверхность. В опоре 14 на цилиндрической поверхности выполнены отверстия h для захода холодного воздуха, расположенные по окружности на середине высоты h, чтобы проволочная конструкция кольцевого натяжного рычажного замка не экранировала доступ воздуха внутрь полости опоры. Сверху опоры крепится защитная полочка 15 от прямого попадания воды при различных испытаниях находящегося выше оборудования (например, спринклерная система пожаротушения). Холодный воздух из полости опоры через отверстие А попадает в полость первой мембранной камеры.

На фиг. 13 (поз. 13.1, поз. 13.2)показан один из вариантов конструкции кольцевого натяжного рычажного замка, изготовленного из стальной проволоки 17 диаметром {1,0-5,0} мм, дистанционируемой в размер hi планками 11. Рычаг 18 после закрепления рычажным замком четырех смежных модулей, стопорится фиксатором 12. На фиг. 13 (поз. 13.3) видны отверстия А крышек 1 четырех смежных теплоизоляционных модулей, соединенных одним кольцевым натяжным рычажным замком.

На фиг. 14 показана циркуляция холодного воздуха внутри мембранных камер между плоскостями мембран 7 при естественной циркуляции холодного воздуха к отверстиям 19, обеспечивающим поворот воздуха в смежную камеру. Отверстия 19 расположены на противоположных верхних и нижних, более длинных сторонах каждой мембранной камеры 10. Проходя вдоль поверхности по наиболее длинному пути, более холодный воздух совершает теплообмен с более горячим воздухом, уменьшая его температуру. При длине камеры более 1 м и количестве камер 10, суммарный путь теплообмена составит более 10 метров.

На фиг. 15 изображен, для одного радиуса трубопровода с тепло изолируемой поверхностью 16, унифицированный поворотный теплоизоляционный модуль (УПТМ)-поз. 1П, охватывающий тепло изолируемую поверхность гнутого участка трубопровода 16 с радиусом гиба трубопровода в точке О₁. Металлические мембраны и МСШ выполнены коаксиальными с центром радиуса трубопровода и дополнительно коаксиальными с центром радиуса гиба трубопровода в точке O₁. Унифицированных УПТМ - всего один для каждого радиуса тепло изолируемой поверхности. УПТМ позволяет обеспечить любой угол поворота МТИ, кратный углу поворота j одного УПТМ.

На фиг. 16 изображено соединение крышек 1 смежных теплоизоляционных модулей, охватывающих цилиндрическую тепло изолируемую поверхность 5 с помощью кольцевых рычажных натяжных замков, расположенных на перекрестных соединениях модулей.

На фиг. 17 изображена стыковка модулей изоляции в месте примыкания патрубка 21 к трубопроводу 5 (поз. 17.1). На участках примыкания патрубка к поверхности трубопровода или теплообменника УМТИ выполнена следующим образом. Вначале изолируют цилиндрическую поверхность большего диаметра позиции 17.2, 17.3, для чего в мембранах каждом из двух смежных модулей выполняют выборки с радиусом поверхности примыкающего патрубка фиг. 18. С этой же целью производят локальную гибку мембран с МСШ трубопровода с радиусом поверхности примыкающего патрубка. Для окончательной стыковки УМТИ патрубка с поверхностью изоляции трубопровода поз.17.4, дорабатывают стыкуемый торец УМТИ патрубка, подвергнув дополнительной гибке МСШ стыкуемого торца патрубка по шаблону линии пересечения поверхностей УМТИ двух цилиндров (начертательная геометрия). Соединение мембран патрубка с МСШ выполнено аналогичным соединению в обычном торцевом варианте с применением контактной сварки. При сборке двух изоляций трубопровода и патрубка получается плотное соединение двух тепловых изоляций разного диаметра.

На фиг. 18 изображена выборка МСШ для выполнения охвата УМТИ патрубка. При небольших диаметрах патрубка (200 мм и меньше) допускается МСШ в месте изгиба выполнять составными частями, с последующим соединением их с помощью контактной сварки.

Уменьшение веса нержавеющей стали на один блок АЭС в предлагаемом варианте МТИ по сравнению с БСТИ Тяньваньской АЭС (КНР) составляет 16т (22%).

Унифицированная металлическая тепловая изоляция с небольшими изменениями и дополнениями может быть установлена на тепловых блоках БСТИ без изменения геометрии и размеров блоков БСТИ.

Для справки

1. Крышка

2. Боковая грань модуля

3. Торцевая грань модуля

4. Днище

5. Тепло изолируемая поверхность

6. Стягивающая планка

7. Мембрана

8. Наклонная грань мембраны

9. Прямоугольный ленточный спиральный шпангоут

10. Мембранная камера

11. Дистанционирующая планка

12. Фиксатор рычага

13. Косынка

14. Опора для рычажного замка в виде уголка высотой h

15. Защитная полочка

16. Гнутый участок трубопровода

17. Стальная проволока

18. Рычаг натяжного замка

19. Калиброванные отверстия

20. Силовая перегородка

21. Патрубок

22. Нержавеющая лента

23. Прямоугольная оправка

24. Прямоугольная (квадратная) ленточная спираль

Изобретение относится к устройствам для теплоизоляции трубопроводов и цилиндрических сосудов. Унифицированная металлическая тепловая изоляция (УМТИ) выполнена из модулей, которые состыкованы между собой. При этом каждая кольцевая теплоизоляционная сборка УМТИ для одного радиуса изолируемого оборудования состоит из одинаковых модулей, содержащих внутри набор коаксиальных металлических мембран с боковыми гранями, расположенными под наружным углом Y к плоскости мембраны, и содержащих унифицированные прямоугольные (квадратные) металлические спиральные шпангоуты. Разнотипные теплоизоляционные блоки тепловой изоляции заменены на унифицированные симметричные модули - по одному типу на каждый радиус изолируемого оборудования. Теплоизоляционный материал из стекловолокна или базальтового наполнителя заменен на металлические нержавеющие мембраны. Для взаимного разъемного соединения модулей между собой используются кольцевые натяжные рычажные замки, обеспечивая гарантированный надежный контакт боковых граней модулей в процессе их эксплуатации и при возникновении тепловых колебаний, а также беспрепятственный монтаж-демонтаж смежных сборок модулей. Теплоизоляционные сборки способны значительно сэкономить вес нержавеющей стали тепловой изоляции, унифицировать тепловую изоляцию, повысить эксплуатационную надежность теплоизоляционных модулей, за счет унификации значительно снизить стоимость изготовления. 1 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Металлическая тепловая изоляция, содержащая размещенные на внешней поверхности теплоизолируемого оборудования последовательно в его продольном направлении и вплотную друг к другу кольцевые секции, каждая из которых выполнена из n одинаковых унифицированных теплоизоляционных модулей, отличающаяся тем, что унифицированная металлическая тепловая изоляция (УМТИ) для каждого радиуса теплоизолируемой цилиндрической поверхности выполнена из одинаковых унифицированных теплоизоляционных модулей, каждый из которых состоит из верхней цилиндрической крышки, нижнего цилиндрического днища, двух плоских боковых граней, двух торцевых кольцевых секторов и набора коаксиальных цилиндрических металлических мембран с прямоугольными гибкими металлическими спиральными шпангоутами (МСШ), выполненными из металлической ленты толщиной 0,2-0,7 мм путем навивки ее под углом Z 1-89 градусов на соответствующую оправку и расположенными внутри модуля с размерами модуля:

где:

Н - высота модуля,

С - длина дуги наружной поверхности крышки модуля,

с - длина дуги наружной поверхности днища модуля,

R - радиус наружной поверхности крышки модуля,

r - радиус наружной поверхности днища модуля,

n - количество модулей, размещаемых на поверхности периметра 2πr,

Q - угол охвата между боковыми наклонными гранями модуля;

металлические мембраны толщиной 0,05-0,2 мм, формы цилиндрической поверхности с двумя противоположными наклонными гранями, высотой 3-30 мм, согнутыми под углом Y друг к другу, угол Y совпадает с Q - углом охвата граней модуля, дистанционирование и закрепление мембран внутри модуля по торцам, на промежуточных силовых перегородках, расположенных по длине модуля с расчетным интервалом и с крышкой модуля, выполнены наклонными гранями, цилиндрической поверхностью мембран и МСШ с применением контактной сварки; поверхности мембран образуют мембранные камеры, заполненные воздухом, проникающим в смежные мембранные камеры через калиброванные отверстия мембран, расположенные на противоположных сторонах верхних и нижних плоскостей мембран, образующих каждую камеру, воздух проникает при большем давлении внутри холодной мембранной камеры в камеру с более горячим воздухом, имеющую меньшее давление, размеры мембран увеличиваются пропорционально длинам дуг каждого последующего ряда на величину:

где:

ΔL - увеличение длины дуги поверхности мембраны последующего ряда;

Δρ - линейное расстояние от поверхности предыдущего ряда мембраны до поверхности мембраны последующего ряда;

L - длина дуги поверхности мембраны предыдущего ряда;

Y - угол охвата между наклонными боковыми гранями мембраны;

на гнутых участках трубопроводов УМТИ выполнена в виде унифицированных поворотных теплоизоляционных модулей, охватывающих теплоизолируемую поверхность гнутого участка трубопровода, мембраны и МСШ выполнены коаксиальными с центром радиуса трубопровода и дополнительно коаксиальными с центром радиуса гиба трубопровода; на участках примыкания патрубка к поверхности трубопровода или теплообменника УМТИ выполнена с монтажом первоначальной изоляции цилиндрической поверхности большего диаметра с последующей изоляцией поверхности, и дополнительно изогнутых МСШ примыкающего патрубка, выполненных по шаблонам линий пересечения стыкуемых поверхностей двух цилиндров; модули УМТИ соединены между собой с помощью кольцевых рычажных натяжных замков, которые соединяют четыре смежных блока через опоры, каждая опора выполнена в виде отдельного сектора четвертой части боковой цилиндрической поверхности, соединенной с радиальными гранями, закрепленными на поверхности косынок крышек стыкуемых углов таким образом, что грани опор расположены как продолжение граней модулей, а четыре сектора боковых цилиндрических поверхностей при их соединении образуют единую цилиндрическую поверхность высотой h, на наружной поверхности которой выполнены отверстия для захода холодного воздуха и размещен кольцевой натяжной рычажный замок с дистанционирующими планками, обеспечивающими свободный доступ воздуха к отверстиям, при этом рычаг натяжного замка выполнен с возможностью совершать движение в плоскости, перпендикулярной общей оси симметрии стыкуемых граней модулей.

2. Металлическая тепловая изоляция по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя крышка, нижнее днище и мембраны выполнены в виде эллиптической, шаровой или другой криволинейной поверхности или комбинированными, скрепляемые между собой МСШ и контактной сваркой.