Теплоизоляционная система оборота теплоносителя Российский патент 2024 года по МПК F16L9/14 E21B17/00 F16L59/00 F16L59/06 

Изобретение относится к средствам теплоизоляции и предназначено для защиты и теплоизоляции тепловых сетей воздушной прокладки, а также может быть использовано для защиты и теплоизоляции труб аналогичного или подобного назначения.

Известно теплоизоляционное изделие из листового теплоизолирующего материала ([1] Патент РФ №34 688, МПК F16L 59/02, 2003), состоящее из соединенных между собой чередующихся изолирующих элементов удлиненной формы из упруго деформируемого материала и из недеформируемого при монтажных нагрузках материала, заключенных в оболочку из стекловолоконных листов, зафиксированных на боковых поверхностях элементов.

Недостатками прототипа являются недостаточная теплоизоляционная способность из-за негерметичности изделия, что при атмосферных воздействиях приводит к попаданию влаги в изолирующие элементы (это резко снижает их теплоизолирующие свойства), сложность конструкции, обуславливающая сложность изготовления изделия и его монтажа, ухудшение геометрических и прочностных характеристик изделия при разрушении полимерных составляющих элементов из-за теплового воздействия и временного фактора, а также недостаточная эффективность волокнистых теплоизоляторов.

Известна теплоизолированная труба ([2] Патент RU №121855, Е21В 17/00, F16L 59/00, 10.11.2012), состоящая из размещенного на трубе теплоизолирующего покрытия, содержащего теплоотражающий и тепло изолирующий слои. Теплоизолирующее покрытие содержит слой намотанного на трубу базальтового полотна, покрытого теплоотражающим слоем, наружный защитный слой и второй теплоотражающий слой. Теплоизолирующий слой размещен между теплоотражающими слоями, а на наружном теплоотражающем слое размещен защитный наружный слой. Теплоизолированная труба выполняется, в основном, из металла, например, стали 12Х1МФ. Теплоизолирующее покрытие трубы является многослойным. На поверхность трубы намотан слой из тонкого базальтового полотна, на который наложен слой теплоотражающего материала, например, тонкой фольги, предпочтительно, алюминиевой, на который помещен слой теплоизолирующего материала, например, войлока, который закрывают слоем теплоотражающего материала (второй слой), например, фольги, предпочтительно, алюминиевой, на который может быть уложен слой стеклопластика, на котором размещен защитный слой, представляющий собой, например, трубу из пластика.

Недостатками RU №121855 являются высокое значение коэффициентов теплопроводности λ для применяемых материалов (λ около 0,1 Вт/м*°С), при температуре 250°С), что приводит к значительным тепловым потерям, а используемая технология производства требует выполнения множества последовательных операций для формирования теплоизоляции данной конструкции, что требует задействования больших производственных площадей и технологического оборудования. Существенным недостатком RU №121855 является также невозможность получения цельного гидроизолированного изделия по причине отсутствия у слоя стеклопластика адгезии к гидрозащитной оболочке.

Использование минеральных теплоизоляционных материалов с теплостойкостью более 150°С из-за высокого значения коэффициента теплопроводности приводит к необходимости формирования тепло изоляционного слоя большой толщины.

Известен стальной теплогидроизолированный трубопроводный элемент для надземных теплотрасс ([3] Патент RU 49167 F16L 9/14, Опубл. 10.11.2005), допускающий его эксплуатацию при повышенных температурах теплоносителя (выше 130°С до 200°С) с повышенным сроком службы за счет увеличения адгезионной прочности при сдвиге в осевом и тангенциальном направлениях и снижении вероятности протекания коррозионных процессов на поверхности стальных трубных элементов, содержащий стальной трубопроводный элемент, теплоизоляцию и гидрозащитную спиральновитую оболочку из тонколистовой оцинкованной стали. Теплоизоляция выполнена двухслойной, при этом внутренний слой теплоизоляции выполнен толщиной 3,5-5,0 мм и образован жидкокерамическим покрытием, включающим стеклянные микросферы, минеральные наполнители, вспученный перлит, волостанит и связующее.

Технологический процесс нанесения и сушки жидкокерамического покрытия чрезвычайно трудоемок и затратен по времени по причине необходимости нанесения не менее 3 слоев покрытия толщиной 0,3-1,5 мм, что увеличивает продолжительность процесса и существенно удорожает стоимость продукции.

Данное устройство позволяет реализовывать свою функцию в ограниченном диапазоне, при этом является существенно энергозатратным и дорогим.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является ускорение процесса монтажа, увеличение механической прочности, снижение слеживаемости утеплителя под защитным кожухом.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение эффективности тепловой изоляции, увеличения механической прочности, уменьшение теплопотерь, уменьшения материалоемкости системы, увеличение срока эксплуатации по сравнению с аналогами.

Технический результат достигается за счет того, что в теплоизоляционную систему, содержащую трубу для перемещения теплоносителя, установленные по внешней стороне вокруг трубы теплоизолирующие маты, примыкающие друг к другу без зазоров, средства фиксации мата на трубе и антивандальное покрытие,

внутренний диаметр возвратной трубы выполнен больше внутреннего диаметра подающей трубы, отношение внутренних диаметров подающей трубы и возвратной трубы лежит в диапазоне от 1,06 до 1,22,

толщина теплоизолирующей системы подающей трубы выполнена больше толщины теплоизолирующей системы возвратной трубы, отношение толщин теплоизолирующей системы подающей трубы и теплоизолирующей системы возвратной трубы находится в диапазоне от 1,1 до 1,43,

внутренний диаметр антивандального покрытия возвратной трубы равен наружному диаметру теплоизолирующей системы возвратной трубы,

внутренний диаметр антивандального покрытия подающей трубы равен наружному диаметру теплоизолирующей системы подающей трубы.

Новыми признаками, обеспечивающими достижение технического результата, являются соотношения параметров системы, а именно:

внутренний диаметр возвратной трубы выполнен больше внутреннего диаметра подающей трубы, отношение внутренних диаметров подающей трубы и возвратной трубы лежит в диапазоне от 1,06 до 1,22,

толщина теплоизолирующей системы подающей трубы выполнена больше толщины теплоизолирующей системы возвратной трубы, отношение толщин теплоизолирующей системы подающей трубы и теплоизолирующей системы возвратной трубы находится в диапазоне от 1,1 до 1,43,

внутренний диаметр антивандального покрытия возвратной трубы равен наружному диаметру теплоизолирующей системы возвратной трубы,

внутренний диаметр антивандального покрытия подающей трубы равен наружному диаметру теплоизолирующей системы подающей трубы.

Данное техническое решение направлено на уменьшение теплопотерь, уменьшения материалоемкости системы, повышение эффективности тепловой изоляции, увеличения механической прочности, увеличение срока эксплуатации по сравнению с аналогами.

На фиг. 1 изображен разрез подающей трубы теплоизоляционной системы, на фиг. 2 - поперечный разрез возвратной трубы.

Теплоизоляционная система оборота теплоносителя фиг. 1 содержит подающий трубопроводный элемент 1 для перемещения теплоносителя к объекту теплоснабжения (на Фиг. 1 не показан), установленные по внешней стороне вокруг трубы теплоизолирующие маты 2, примыкающие друг к другу без зазоров, средства для фиксации мата на трубе 1 (не показаны) и антивандальное влагозащитное покрытие 3, закрепляемое вокруг мата без зазоров (средства фиксации антивандальное влагозащитное покрытия не показаны). Антивандальное влагозащитное покрытие 3 может быть выполнено, например, в виде металлической окожучки.

Фиг. 2 содержит возвратный трубопроводный элемент 4 для перемещения теплоносителя от объекта теплоснабжения (на Фиг. 1 не показан), установленные по внешней стороне вокруг трубы теплоизолирующие маты 5, примыкающие друг к другу без зазоров, средства для фиксации мата на трубе 1 (не показаны) и антивандальное влагозащитное покрытие 5, закрепляемое вокруг мата без зазоров (средства фиксации антивандальное влагозащитное покрытия не показаны). Антивандальное влагозащитное покрытие 6 может быть выполнено, например, в виде металлической окожучки.

Внутренний диаметр D2 возвратной трубы выполнен больше внутреннего диаметра D1 подающей трубы, отношение внутренних диаметров подающей трубы и возвратной трубы лежит в диапазоне от 1,06 до 1,22, толщина S1 теплоизолирующей системы подающей трубы выполнена больше толщины S2 теплоизолирующей системы возвратной трубы, отношение толщин теплоизолирующей системы подающей трубы и теплоизолирующей системы возвратной трубы находится в диапазоне от 1,1 до 1,43.

Параметры воды в подающей трубе вследствие разницы температур имеют существенное отличие от параметров воды в возвратной трубе. Совокупность этих параметров повышает текучесть теплоносителя, при этом гидравлическое сопротивление в подающей ветви с уменьшением диаметра условного прохода соизмеримо с гидравлическим сопротивлением возвратной ветви. Поэтому нет необходимости делать ветви равного сечения (или равных диаметров).

В таблице представлены следующие физические свойства воды: плотность воды ρ, удельная энтальпия h, удельная теплоемкость Ср, теплопроводность воды λ, температуропроводность воды а, вязкость динамическая μ, вязкость кинематическая ν, коэффициент объемного теплового расширения β, коэффициент поверхностного натяжения σ, число Прандтля Pr. Физические свойства воды приведены в таблице при нормальном атмосферном давлении в интервале от 0 до 100°С.

Физические свойства воды существенно зависят от ее температуры.

Наиболее сильно эта зависимость выражена у таких свойств, как удельная энтальпия и динамическая вязкость. При нагревании значение энтальпии воды значительно увеличивается, а вязкость существенно снижается. Другие физические свойства воды, например, коэффициент поверхностного натяжения, число Прандтля и плотность уменьшаются при росте ее температуры. К примеру, плотность воды при нормальных условиях (20°С) имеет значение 998,2 кг/м³, а при температуре кипения снижается до 958,4 кг/м³.

Такое свойство воды, как теплопроводность (или правильнее - коэффициент теплопроводности) при нагревании имеет тенденцию к увеличению.

Теплопроводность воды при температуре кипения 100°С достигает значения 0,683 Вт/(м⋅град). Температуропроводность воды также увеличивается при росте ее температуры.

Следует отметить нелинейное поведение кривой зависимости удельной теплоемкости этой жидкости от температуры. Ее значение снижается в интервале от 0 до 40°С, затем происходит постепенный рост теплоемкости до величины 4220 Дж/(кг⋅град) при 100°С.

В таблице даны следующие теплофизические свойства воды в состоянии насыщенной жидкости:

- давление насыщенного пара при указанной температуре р, Па;

- плотность воды ρ, кг/м³;

- удельная энтальпия воды h, кДж/кг;

- удельная (массовая) теплоемкость C_p, кДж/(кг⋅град);

- теплопроводность λ, Вт/(м⋅град);

- температуропроводность а, м²/с;

- вязкость динамическая μ, Па⋅с;

- вязкость кинематическая ν, м²/с;

- коэффициент теплового объемного расширения β, К^-1;

- коэффициент поверхностного натяжения σ, Н/м;

- число Прандтля Pr.

С ростом температуры уменьшается плотность воды, динамическая и кинематическая вязкости, что в совокупности уменьшает динамическое сопротивление движению технической воды по подающей трубе с более высокой температурой жидкости по сравнению с жидкостью в возвратной трубе.

Такое техническое решение позволяет снизить расходы на строительно-монтажные работы, увеличить механическую прочность, увеличить различаемость подающей и возвратной трубы.

Таким образом, предложенное техническое решение за счет новой совокупности признаков, их взаимодействия между собой обеспечивает экономию материальных ресурсов, повышение эффективности тепловой изоляции, и как следствие, увеличение эффективного срока эксплуатации по сравнению с аналогами при сохранении гидравлических параметров процесса перемещения теплоносителя.

Изобретение относится к средствам теплоизоляции и предназначено для защиты и теплоизоляции тепловых сетей воздушной прокладки, а также может быть использовано для защиты и теплоизоляции труб аналогичного или подобного назначения. Теплоизоляционная система оборота теплоносителя содержит подающий трубопроводный элемент 1 для перемещения теплоносителя к объекту, установленные по внешней стороне вокруг трубы теплоизолирующие маты 2, примыкающие друг к другу без зазоров, средства для фиксации мата на трубе 1 и антивандальное влагозащитное покрытие 3, закрепляемое вокруг мата без зазоров. Антивандальное влагозащитное покрытие 3 может быть выполнено, например, в виде металлической окожучки. Приведены соотношения параметров теплоизолирующей системы Техническим результатом изобретения является повышение эффективности тепловой изоляции, увеличения механической прочности, уменьшение теплопотерь, уменьшение материалоемкости системы, увеличение срока эксплуатации по сравнению с аналогами. 2 ил.

Теплоизоляционная система оборота теплоносителя, содержащая объект теплоснабжения, две трубы для перемещения теплоносителя, одна из которых является подающей к объекту, а вторая возвратной от объекта, установленная по внешней стороне вокруг труб теплоизолирующая система, состоящая из теплоизолирующих матов, примыкающих друг к другу без зазоров, средства фиксации теплоизолирующей системы на трубе и антивандальное покрытие, состоящее из гибких влагозащитных листов, отличающаяся тем, что внутренний диаметр возвратной трубы выполнен больше внутреннего диаметра подающей трубы, отношение внутренних диаметров подающей трубы и возвратной трубы лежит в диапазоне от 1,06 до 1,22, толщина теплоизолирующей системы подающей трубы выполнена больше толщины теплоизолирующей системы возвратной трубы, отношение толщин теплоизолирующей системы подающей трубы и теплоизолирующей системы возвратной трубы находится в диапазоне от 1,1 до 1,43, внутренний диаметр антивандального покрытия возвратной трубы равен наружному диаметру теплоизолирующей системы возвратной трубы, внутренний диаметр антивандального покрытия подающей трубы равен наружному диаметру теплоизолирующей системы подающей трубы.