RU2061925C1

RU2061925C1 - Heat insulation

Info

Publication number: RU2061925C1
Authority: RU
Inventors: Алексей Митрофанович Бобришов; Николай Федорович Линский; Леонид Михайлович Стариков; Вадим Анатольевич Зайцев
Original assignee: Алексей Митрофанович Бобришов; Николай Федорович Линский; Леонид Михайлович Стариков; Вадим Анатольевич Зайцев
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: heat insulation consists of facing and heat insulation member. The heat insulation member is made up as corrugated sheets. Each subsequent sheet is turned with respect to the previous one by 90°. EFFECT: simplified manufacturing and enhanced strength. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам тепловой защиты и может применяться в различных отраслях народного хозяйства. Преимущественная область использования защита аппаратуры и оборудования, работающего при криогенных температурах, от притока тепла из окружающей среды, а также в панелях строительных конструкций. The invention relates to thermal protection devices and can be used in various sectors of the economy. The primary area of use is the protection of apparatus and equipment operating at cryogenic temperatures from heat influx from the environment, as well as in panels of building structures.

Известна сотовая тепловая изоляция (Теплопередача при низких температурах. Под.ред. У.Фроста, пер. с англ. М."Мир", 1977, с.46, рис.2.13), состоящая из сотовой арматуры, выполненной из стеклопластика на фенольной смоле и заполненной полиуретаном низкой плотности, клеящего вещества для герметичного вклеивания вспененного материала, облицовки и герметизирующих барьеров. Вместо полиуретана соты могут быть заполнены гелием. Known cellular thermal insulation (Heat transfer at low temperatures. Ed. U. Frost, trans. From English. M. "Mir", 1977, p.46, Fig. 2.13), consisting of cellular reinforcement made of fiberglass on phenolic resin and filled with low density polyurethane, an adhesive for sealing pasted foam material, cladding and sealing barriers. Instead of polyurethane, honeycombs can be filled with helium.

Недостатком данной тепловой изоляции является невысокая технологичность исполнения, обусловленная как трудоемкостью изготовления самих сотовых панелей, так и сложностью процесса формирования самой изоляции. Кроме этого, сотовые панели имеют пониженные прочностные характеристики, так как при воздействии нагрузки их стенки работают как на сжатие, так и на продольную устойчивость. The disadvantage of this thermal insulation is the low manufacturability, due to both the complexity of manufacturing the cell panels themselves and the complexity of the process of forming the insulation itself. In addition, honeycomb panels have reduced strength characteristics, since when exposed to a load, their walls work both in compression and in longitudinal stability.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является тепловая изоляция (авт. св. СССР 1679129, F 16 L 59/06, 1989), предназначенная для применения в криогенной технике, которая состоит из сотовой арматуры, герметизирующего слоя и облицовки, сотовая арматура выполнена в виде нескольких непосредственно контактирующих между собой слоев, ячейки которых смещены относительно друг друга, и, кроме того, ячейки арматуры имеют в поперечном сечении форму правильного шестиугольника, а слои сдвинуты вдоль одной из его диагоналей на половину ячейки. The closest technical solution selected as a prototype is thermal insulation (ed. St. USSR 1679129, F 16 L 59/06, 1989), intended for use in cryogenic technology, which consists of honeycomb fittings, a sealing layer and cladding, honeycomb the reinforcement is made in the form of several layers directly in contact with each other whose cells are offset relative to each other, and in addition, the reinforcement cells have the shape of a regular hexagon in cross section, and the layers are shifted along one of its diagonals to the floor a barn cell.

Недостатком данной тепловой изоляции является невысокая технологичность изготовления, обусловленная как трудоемкостью процесса изготовления самих сотовых панелей, так и сложностью формирования самой изоляции, так как при этом необходимо выдерживать точность сдвижки слоев. Кроме этого, панели имеют пониженные прочностные характеристики, так как при воздействии нагрузки в их стенках возникает как напряжение сжатия, так и напряжение продольной устойчивости. The disadvantage of this thermal insulation is the low manufacturability, due to both the complexity of the manufacturing process of the honeycomb panels themselves and the difficulty of forming the insulation itself, since it is necessary to maintain the accuracy of the shift layers. In addition, the panels have reduced strength characteristics, since when exposed to a load, both compression stress and longitudinal stability stress arise in their walls.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания тепловой изоляции с повышенной технологичностью изготовления и улучшенными прочностными характеристиками. The claimed invention is aimed at solving the problem of creating thermal insulation with high manufacturability and improved strength characteristics.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в тепловой изоляции, включающей облицовку и теплоизоляционную арматуру, выполненную в виде нескольких контактирующих между собой слоев, слои теплоизоляционной арматуры выполнены в виде сплошных гофрированных листов, причем каждый последующий лист повернут относительно рисунка предыдущего, например на 90^o.The essence of the invention lies in the fact that in thermal insulation, including cladding and insulation, made in the form of several layers in contact with each other, the layers of insulation are made in the form of continuous corrugated sheets, with each subsequent sheet rotated relative to the previous figure, for example, 90 ^o .

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая изоляция имеет следующие отличительные признаки:
1) арматура выполнена в виде сплошных гофрированных листов;
2) каждый последующий лист повернут относительно рисунка предыдущего на 90^o.Comparative analysis with the prototype shows that the claimed isolation has the following distinctive features:
1) the reinforcement is made in the form of continuous corrugated sheets;
2) each subsequent sheet is rotated relative to the previous figure by 90 ^o .

Выполнение арматуры в виде сплошного гофрированного листа значительно улучшает технологию ее изготовления по сравнению с сотами, имеющими в поперечном сечении форму правильного шестиугольника, изготовление которых требует наличия сложной технологической оснастки. Тепловая изоляция из сотовых панелей выполняется со смещением слоев по диагонали на половину ее длины для снижения площади контакта, что требует высокой точности при формировании слоев. В предлагаемом техническом решении предлагается выполнить относительный поворот слоев для достижения уменьшения площади контакта. Поворот же на 90^o дает максимально возможное уменьшение контакта, что одновременно yпрощает и саму технологию изготовления тепловой изоляции. Выполнение листов с гофрами увеличивает жесткость панели по сравнению с просечной панелью. Это обусловлено тем, что при силовом контакте в просечных сотовых панелях работают только по одной стенке в месте контакта, а в гофрированной панели контакт происходит по вершинам гофр и в этом случае напряжение воспринимают две стенки, образующие складку гофра, что вдвое увеличивает момент сопротивления возникающему напряжению. Это позволяет использовать тепловую панель при более высоких загрузках
На фиг. 1 представлена конструкция тепловой изоляции, разрез; на фиг. 2
разрез А-А на фиг. 1.The implementation of the reinforcement in the form of a continuous corrugated sheet significantly improves its manufacturing technology compared to honeycombs having a regular hexagon in cross section, the manufacture of which requires sophisticated technological equipment. Thermal insulation from honeycomb panels is carried out with a displacement of the layers diagonally by half its length to reduce the contact area, which requires high accuracy in the formation of the layers. The proposed technical solution proposes to perform a relative rotation of the layers to achieve a decrease in the contact area. A rotation of 90 ^° gives the maximum possible reduction in contact, which at the same time simplifies the technology of manufacturing thermal insulation. The execution of sheets with corrugations increases the rigidity of the panel compared to the perforated panel. This is due to the fact that during power contact in the perforated honeycomb panels, only one wall is used at the contact point, and in the corrugated panel, contact occurs along the corrugation tops, and in this case the voltage is perceived by two walls forming a corrugation fold, which doubles the moment of resistance to the resulting voltage . This allows the use of a thermal panel at higher loads.
In FIG. 1 shows the design of thermal insulation, section; in FIG. 2
section AA in FIG. one.

Тепловая изоляция содержит два слоя 1 и 2 теплоизоляционной арматуры, выполненной в виде сплошных гофрированных листов из низкотеплопроводного материала. Слои арматуры 1 и 2 контактируют непосредственно между собой, причем один лист повернут относительно рисунка другого листа на 90^o. По наружным плоскостям слоев 1 и 2 выполнена облицовка 3,4, например, в виде нескольких слоев стеклоткани или нейлона, пропитанных фенольной смолой, и клеевого слоя. Облицовка 3 и 4 может быть покрыта герметизирующим слоем 5, 6, например, из теуларовой или майларовой пленки. Внутренняя полость тепловой изоляции, образованная гофрами, может быть либо вакуумированной, либо заполненной газом, например воздухом, гелием и др. Защищаемый объект 7 показан условно. Облицовка 3, 4 может иметь и другое конструктивное исполнение, которое определяется назначением теплоизоляции.Thermal insulation contains two layers 1 and 2 of heat-insulating reinforcement made in the form of continuous corrugated sheets of low-heat-conducting material. The layers of reinforcement 1 and 2 are in direct contact with each other, with one sheet rotated relative to the pattern of the other sheet by 90 ^o . On the outer planes of layers 1 and 2, cladding 3,4 is made, for example, in the form of several layers of fiberglass or nylon impregnated with phenolic resin, and an adhesive layer. The lining 3 and 4 may be coated with a sealing layer 5, 6, for example, of teular or mylar film. The internal cavity of thermal insulation formed by corrugations can be either evacuated or filled with gas, for example, air, helium, etc. The protected object 7 is shown conditionally. Facing 3, 4 may also have another design, which is determined by the purpose of thermal insulation.

Описанная тепловая изоляция работает следующим образом. Тепловая энергия внешней среды нагревает герметизирующий слой 5 и облицовку 3 и дальнейшее распространение энергии носит сложный характер. Передача тепла идет разными путями:
1. Теплопроводностью по стенкам арматуры и через места непосредственного контакта;
2. Теплопроводностью и конвективным переносом тепла в газе, заполняющем полость тепловой изоляции;
3. Лучистым теплообменом между поверхностями.The described thermal insulation works as follows. The thermal energy of the environment heats the sealing layer 5 and the lining 3 and the further distribution of energy is complex. Heat transfer occurs in different ways:
1. Thermal conductivity on the walls of the reinforcement and through places of direct contact;
2. Thermal conductivity and convective heat transfer in the gas filling the cavity of thermal insulation;
3. Radiant heat transfer between surfaces.

Основным каналом теплопритока служит материал арматуры. The main channel of the heat gain is the material of the reinforcement.

Предложенная изоляция представляет собой конструкцию, имеющую большое тепловое сопротивление, что достигнуто не только за счет применения низкотеплопроводного материала, но и также за счет создания системы точечных контактов между слоями изоляции. При прохождении тепловой энергии через эту систему возникает сгущение линий теплового потока к пятнам точечного контакта и, вследствие этого, добавочное термическое сопротивление. Фактическая площадь контактных пятен существенно уменьшается вследствие естественной шероховатости поверхности арматурных листов. Чем выше степень шероховатости, тем меньше теплоприток по контактным пятнам. Степень шероховатости листов может быть легко увеличена без изменения технологического процесса их изготовления. Пройдя через слои 1 и 2 арматуры, тепловой поток передается на облицовочную пластину 4, а от нее на герметизирующий слой. Тип контакта между слоем 2 арматуры и облицовкой 4 несколько иного типа, поскольку контактные зоны здесь не точечные, а линейные. Пройдя все перечисленные зоны, тепловой поток существенно ослабляется. The proposed insulation is a structure having high thermal resistance, which is achieved not only through the use of low-heat-conducting material, but also through the creation of a point contact system between the insulation layers. When thermal energy passes through this system, a thickening of the heat flux lines to the spots of point contact occurs and, as a result, additional thermal resistance. The actual area of contact spots is significantly reduced due to the natural surface roughness of the reinforcing sheets. The higher the degree of roughness, the less heat gain on the contact spots. The degree of roughness of the sheets can be easily increased without changing the technological process of their manufacture. Having passed through layers 1 and 2 of the reinforcement, the heat flux is transferred to the facing plate 4, and from it to the sealing layer. The type of contact between the reinforcement layer 2 and the cladding 4 is of a slightly different type, since the contact zones here are not point, but linear. Having passed all of these zones, the heat flux is significantly attenuated.

Рациональный профиль гофра, например волнистый, дает в местах нагрузки сводчатую опору, что позволяет использовать тонкие листы, а это увеличивает тепловое сопротивление стенок арматуры и интегральное теплосопротивление изоляции. The rational profile of the corrugation, for example, corrugated, gives vaulted support in places of loading, which allows the use of thin sheets, and this increases the thermal resistance of the reinforcement walls and the integral thermal resistance of insulation.

Применение предложенной тепловой изоляции, например, для изготовления корпусов, опор и других деталей криомодулей, используемых в качестве силовых узлов высокоскоростного наземного транспорта, дает следующие положительные эффекты:
1. Малый теплоприток через корпус криомодуля улучшает условия работы внутренних опор сверхпроводящего контура (уменьшает градиент температур) и понижает тем самым требования к их собственной теплопроводности. Это дает свободу варьирования конструкции опор для достижения оптимальных весовых и прочностных характеристик;
2. Малый вес панелей тепловой изоляции позволяет значительно уменьшить вес криомодуля, что важно для летающего экипажа ВСНТ;
3. Стенки, выполненные из изоляционных панелей, являются хорошими вибропоглотителями.The use of the proposed thermal insulation, for example, for the manufacture of cases, supports and other parts of cryomodules used as power units of high-speed ground transport, gives the following positive effects:
1. Small heat gain through the cryomodule housing improves the working conditions of the internal supports of the superconducting circuit (reduces the temperature gradient) and thereby reduces the requirements for their own thermal conductivity. This gives freedom to vary the design of the supports to achieve optimal weight and strength characteristics;
2. The low weight of the thermal insulation panels allows to significantly reduce the weight of the cryomodule, which is important for the VSNT flying crew;
3. Walls made of insulating panels are good vibration absorbers.

Claims

1. Тепловая изоляция, содержащая облицовку и теплоизоляционную арматуру, выполненную в виде нескольких контактирующих между собой слоев, отличающаяся тем, что слои теплоизоляционной арматуры выполнены в виде сплошных гофрированных листов, причем каждый последующий лист повернут относительно рисунка предыдущего. 1. Thermal insulation comprising a cladding and heat-insulating fittings made in the form of several layers in contact with each other, characterized in that the layers of heat-insulating fittings are made in the form of continuous corrugated sheets, with each subsequent sheet rotated relative to the previous figure.

2. Изоляция по п.1, отличающаяся тем, что каждый последующий гофрированный лист повернут относительно рисунка предыдущего на 90°. 2. The insulation according to claim 1, characterized in that each subsequent corrugated sheet is rotated relative to the previous figure by 90 °.