ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Многослойная теплоизоляция из "Получение жидкого водорода" В качестве материала экранов целесообразно использовать фольгу из металлов, имеющих малую степень черноты поверхности. В наибольшей степени этому требованию удовлетворяют чистые, хорошо проводящие металлы золото, серебро, медь, олово, алюминий вполне допустимо также использование фольги из латуни и нержавеющей стали [6, 127, 133]. Наибольшее практическое распространение получила алюминиевая фоль- га, имеющая малый вес, низкую стоимость и высокую отражающую способность [119]. Кроме алюминиевой фольги, за рубежом применяют пленку из полимеров сложных эфиров с нанесенным на нее алюминиевым покрытием (алюминизированный майлар) [6, Ш]. [c.119] Стекловолокно имеет малую теплопроводность, высокую твердость и обеспечивает большое контактное термическое сопротивление, диаметр волокон может быть очень малым (0,2—10 мк)-, из стекловолокна можно изготовлять довольно тонкие ткани (0,1—0,2 мм) без применения связующего материала. К тому же стекло отличается малым давлением паров и высокой температурой плавления. [c.120] Аналитический расчет многослойной изоляции затрудняется тем, что неизвестна зависимость контактных термических сопротивлений от температуры кроме того, не представляется возможным учесть температурные изменения степени черноты поверхностей и теплопроводности изолирующего материала [6]. [c.120] Обладающий большой плотностью слоистый изоляционный материал из алюминиевой фольги и стекловолокна примерно в 35 раз более эффективен в отношении уменьшения теплопередачи, чем лучшие стандартные системы порошковой изоляции [130]. Еще большая эффективность многослойной изоляции достигается при работе ее под вакуумом. Это объясняется тем, что при давлениях ниже 0,0001 мм рт. ст. перенос тепла за счет теплопроводности остаточного газа практически равен нулю [121, 133]. [c.120] Многослойную изоляцию, работающую в условиях глубокого вакуума, называют также вакуумно-многослойной или экранно-вакуумной. Показано [130], что при остаточных давлениях в теплоизоляционном пространстве в интер1зале от 0,0001 до 0,001 рг. ст. ламинированный материал из алюминиевой фольги и стекловолокна в 10 раз более эффективен, чем теплонепрозрачный аэрогель. Скорость испарения в сосудах с сжиженными газами при использовании многослойной изоляции в 20 раз меньше по сравнению с обычными видами вакуумно-порошковой изоляции [133]. [c.120] Перенос тепла через многослойную изоляцию определяется в основном двумя факторами излучением и теплопроводностью изолирующего материала. Эти факторы взаимосвязаны, так как теплопроводность изолирующего материала существенно влияет на темпера1уры экранов. Имеющиеся данные показывают, что 30% или больше тепла, переносимого через этот вид изоляции, следует отнести за счет радиации, однако это количество существенно зависит от граничной температуры и распределения температуры в изоляционном слое [129, 133]. [c.121] Экспериментально показано, что суммарный тепловой поток через многослойную изоляцию обратно пропорционален толщине ее, что позволяет характеризовать ее свойства кажущимся коэффициентом теплопроводности, значения которого почти не зависят от толщины изоляции [6, 119, 129]. Значения кажущегося коэффициента теплопроводности для некоторых образцов вакуумно-многослойной изоляции, исследованных за рубежом и во ВНИИКИМАШе, представлены соответственно в табл. 15 и 16. [c.121] Из табл. 15 следует, что при понижении температуры холодной стенки с 76 до 20 К,, т. е. при замене жидкого азота жидким водородом, коэффициент теплопроводности снижается на 20—30 Д. Экспериментально установлено, что при температуре холодной стенки 20 К переносится несколько меньшее количество тепла, чем при 76 °К. Это объясняется уменьшением степени черноты алюминия с понижением температуры. При замене стеклобумаги найлоновой сеткой теплопроводность повышается примерно в 3—Л раза, что объясняется повышенной теплопроводностью найлонового волокна, большим его диаметром и отсутствием термического контактного сопротивления между отдельными волокнами. Замена же алюминиевой фольги на алюминизированный майлар приводит к еще большему возрастанию теплопроводности изоляции [119, 133]. [c.121] Наиболее низкие значения теплопроводности получены для многослойной изоляции с бумагой из стекловолокна диаметром Ъ мк vi алюминиевой фольгой толщиной 6—12 мк (табл. 16, образец 3). [c.123] По результатам исследований различных текстур на основе стекловолокнистых материалов и алюминиевой фольги фирмой Linde (США) была разработана многослойная изоляция ряда марок, свойства которой приведены в табл. 17. Для сравнения в этой же таблице приведены аналогичные свойства сантосела А и перлита. [c.123] Зависимость кажущегося коэффициента теплопроводности пакета из алюминиевой фольги и стеклохолста ЭВТИ от плотности укладки (граничные температуры 290 и 90 °К [119]). [c.124] Для достижения максимальной эффективности ваку-умно-многослойной изоляции требуется более высокий вакуум, чем при вакуумно-порошковой изоляции. Зависимость теплопроводности от давления остаточного газа для образцов изоляции с прокладками из стекло-сетки ССА и из стеклобумаги с диаметром волокон 5—7 мк представлена на рис. 42. Здесь же нанесены кривые для изоляций фирмы Linde SI-44 и SI-12 [119]. [c.124] Минимальная постоянная величина теплопроводности достигается при давлении Ю —10 мм рт. ст. [119]. Степень черноты поверхностей, ограничивающих пространство, заполненное многослойной изоляцией, почти не влияет на теплопередачу, поскольку крайние экраны воспринимают температуру, близкую к температуре граничной поверхности. [c.125] Монтаж многослойной изоляции на узлах криогенного оборудования может быть осуществлен либо путем намотки ее на спирали (на цилиндрические поверхности), либо наложением и прикреплением к изолируемой поверхности специально изготовленных пакетов (матов). Оба способа дали одинаково хорошие результаты. Однако второй способ монтажа проще и может быть применен для сосудов любых размеров и формы [134]. [c.125] Пакеты могут быть изготовлены с необходимыми отверстиями в соответствии с конструкцией изолируемой емкости. [c.126] В случае намотки изолируемого материала в виде непрерывной спирали фольгу разрывают после каждого оборота, чтобы исключить тепловой поток по металлической ленте. При небольших диаметрах изолируемого сосуда (менее 0,3 м) с целью уменьшения теплопри-тока по спирали рекомендуется не спиральная намотка изоляции, а цилиндрическая [131]. [c.126] Следует отметить, что при монтаже изоляции на промышленных сосудах общий приток тепла увеличивается за счет зазоров между матами и соединений, скрепляющих отдельные слои в матах. При одинаковой толщине многослойной и вакуумно-порошковой изоляции время охлаждения первой примерно в 20 раз больше. Однако ввиду весьма низкой теплопроводности многослойной изоляции требуемая толщина ее обычно мала при толщинах, соответствующих одинаковому тепловому потоку, время охлаждения многослойной изоляции в 15— 20 раз меньше по сравнению с вакуумно-перлитной изоляцией [6, 128]. [c.126] Широкое использование многослойной изоляции на криогенном оборудовании показало, что она является одним из важнейших условий безопасной транспортировки и продолжительного хранения больших количеств жидкого водорода. При использовании многослойной изоляции на транспортной цистерне емкостью около 107 000 л жидкого водорода (толщина изоляции 28,575 мм) потери от испарения составляют всего 0,25% в сутки, включая потери от притока тепла по опорам. В настоящее время подобные цистерны успешно эксплуатируются в США [131]. Многослойная изоляция позволяет хранить жидкий водород в емкости на 96 200 л с общими потерями менее 10% от массы жидкого продукта в год [129]. [c.126] Вернуться к основной статье