|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования в высокотемпературных вакуумных электропечах. Технический результат - повышение термостойкости и снижение теплопроводности многослойной конструкции теплового экрана. Тепловой экран содержит внутреннюю обечайку (1) в виде сборного каркаса, фасонные детали (2) которого состоят из дощечек (4), соединенных между собой крепежными кольцами 5 и шпильками 6 с образованием цилиндрической стенки (7) с замкнутой поверхностью (3) из четырех слоев композиционного углеродного материала, и характеризуется термостойкостью в инертной среде 2500-3000°C. Каждый последующий слой внутренней обечайки (1) выполнен плотно прилегающим к предыдущему с возможностью создания жесткой конструкции. Первый внутренний слой (8) выполнен термостойким из композиционного углерод-углеродного материала с плотностью 1,8-1,9 г/см 3 . Второй слой (9) выполнен защитно-предохранительным из терморасширенного графита. Третий слой (10) выполнен теплоизоляционным из нетканого высокопористого углеродного войлока с поверхностной плотностью 80-120 г/м. Четвертый слой (11) выполнен конструкционным из графитированной углеродной ткани с поверхностной плотностью 1000-1200 г/м. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования в высокотемпературных вакуумных электропечах. Технический результат - повышение термостойкости и снижение теплопроводности многослойной конструкции теплового экрана. Тепловой экран содержит внутреннюю обечайку (1) в виде сборного каркаса, фасонные детали (2) которого состоят из дощечек (4), соединенных между собой крепежными кольцами 5 и шпильками 6 с образованием цилиндрической стенки (7) с замкнутой поверхностью (3) из четырех слоев композиционного углеродного материала, и характеризуется термостойкостью в инертной среде 2500-3000°C. Каждый последующий слой внутренней обечайки (1) выполнен плотно прилегающим к предыдущему с возможностью создания жесткой конструкции. Первый внутренний слой (8) выполнен термостойким из композиционного углерод-углеродного материала с плотностью 1,8-1,9 г/см 3 . Второй слой (9) выполнен защитно-предохранительным из терморасширенного графита. Третий слой (10) выполнен теплоизоляционным из нетканого высокопористого углеродного войлока с поверхностной плотностью 80-120 г/м. Четвертый слой (11) выполнен конструкционным из графитированной углеродной ткани с поверхностной плотностью 1000-1200 г/м.
Евразийское (21) 201700568 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. F27D 1/00 (2006.01)
2018.08.31 F27B 5/06 (2006.01)
F27B 5/08 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2017.10.26
(54) УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ЭКРАН
(96) (71)
2017/EA/0087 (BY) 2017.10.26
Заявитель:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ (57) Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования в высокотемпературных вакуумных электропечах. Технический результат - повышение термостойкости
"БЕЛКОМПОЗИТИНДУСТРИПРОДУКТ"; и снижение теплопроводности многослойной кон-
(72)
(74)
РЕННЕР АНТОН (BY)
Изобретатель: Реннер Антон (BY)
Представитель: Самцов В.П. (BY)
струкции теплового экрана. Тепловой экран содержит внутреннюю обечайку (1) в виде сборного каркаса, фасонные детали (2) которого состоят из дощечек (4), соединенных между собой крепежными кольцами 5 и шпильками 6 с образованием цилиндрической стенки (7) с замкнутой поверхностью (3) из четырех слоев композиционного углеродного материала, и характеризуется термостойкостью в инертной среде 2500-3000°C. Каждый последующий слой внутренней обечайки (1) выполнен плотно прилегающим к предыдущему с возможностью создания жесткой конструкции. Первый внутренний слой (8) выполнен термостойким из композиционного углерод-углеродного материала с плотностью 1,8-1,9 г/см3. Второй слой (9) выполнен защитно-предохранительным из терморасширенного графита. Третий слой (10) выполнен теплоизоляционным из нетканого высокопористого углеродного войлока с поверхностной плотностью 80-120 г/м. Четвертый слой (11) выполнен конструкционным из графитированной углеродной ткани с поверхностной плотностью 1000-1200 г/м.
МПК: F27D 1/00 (2016.01) F27B 5/06 (2016.01)
Углерод-углеродный тепловой экран
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к элементам конструкции электропечей, и предназначено для использования в высокотемпературных вакуумных электропечах.
Известна теплоизоляция для энергетического оборудования [1]. Теплоизоляция включает теплоизоляционные блоки и каркас, состоящий из бандажей и стяжек. Теплоизоляционные блоки размещены непосредственно на корпусе энергетического оборудования, а бандажи и стяжки размещены на внешней стороне теплоизоляционных блоков. Бандажи соединены с блоками с помощью резьбовых соединений, а стяжки жестко соединены с бандажами. Бандажи и стяжки выполнены из отдельных частей, а отверстия в бандажах для крепления теплоизоляционных блоков выполнены продолговатыми. Теплоизоляционные блоки снабжены крепежными элементами и зафиксированы относительно смежных теплоизоляционных блоков по длине корпуса энергетического оборудования.
Предложен также теплоизоляционный мат, выполненный в виде многослойной системы для теплоизоляции корпусов крупногабаритного высокотемпературного оборудования [2]. Мат состоит из слоев экранов, разделенных прокладочным материалом, с внешним защитным слоем. Слои экранов, наиболее близко расположенные к высокотемпературной поверхности (t > 250 - 300°С), выполнены из термостойкого материала с высокой отражательной и низкой поглощательной способностью, например, фольги полированной нержавеющей стали, количество которых выбрано с возможностью обеспечения снижения температуры до 250 - 300°С. Последующие слои выполнены из не менее термостойкого материала с высокой отражательной и низкой поглощательной способностью, например, из фольги полированного сплава алюминия. Расстояние между соседними экранами не превышает 1 мм, а
прокладочный материал выполнен в виде сетки, размеры ячеек которой составляют 5 х 5 - 25 х 25 мм в зависимости от сложности кривизны изолируемой поверхности, при этом концы защитного слоя и прокладочного материала выведены в зону шва.
Недостатком известной теплоизоляции является низкий рабочий диапазон температур, что препятствует ее использованию в высокотемпературных вакуумных электропечах.
Известен высокотемпературный теплоизоляционный экран [3]. Экран предпочтительно используется при температуре выше 2000°К и содержит множество тонких металлических листов фольги, расположенных по поверхности друг относительно друга без прокладок между листами и, по существу, расположенные параллельно поверхности, подлежащей изоляции. Листы фольги имеют порции, при которых случайным образом касаются друг друга с образованием контактов металл-металл, при этом между листами фольги присутствует газ с величиной давления в плоть до вакуума.
Недостатком такой конструкции теплоизоляционного экрана является его высокая теплопроводность, что ограничивает его применение в высокотемпературных электропечах, работающих в условиях вакуума.
Известна теплоизоляция, нанесенная на металлическую поверхность, содержащая расположенные последовательно друг на друге слои [4]. Слои включают праймера, теплоизоляционный слой, экранирующий слой и покровный слой. Слои праймера и покровный выполнены из порошкового связующего материала. Теплоизоляционный слой выполнен из m теплоизолирующих слоев, где m - целое число и выбрано из условия т> 1, при этом каждый теплоизолирующий слой состоит из порошкового связующего материала и микросфер, например, вакуумированных или газонаполненных. Экранирующий слой выполнен из порошкового связующего материала, и частиц с высокой отражательной способностью, например, алюминиевой пуд
ры или микросфер с модифицированной поверхностью, например, алюминием, никелем, цинком или серебром. В качестве порошкового связующего материала используются, например, эпоксидные, эпоксиполиэфирные или силиконовые полимеры.
Недостатком такой конструкции теплоизоляции низкий температурный порог устойчивости, делает ее не пригодной для применения в качестве теплоизоляционного материала вакуумных высокотемпературных электропечей.
Наиболее близок предлагаемому изобретению теплоизоляционный экран для изготовления элементов конструкции электропечей, выбранный в качестве прототипа [5]. Теплоизоляционный экран включает последовательно соединенные элементы, образующие замкнутую поверхность. Элементы выполнены в виде фасонных деталей, входящих одна в другую сопрягающимися с возможностью угловых перемещений одна относительно другой боковыми полуокружностями с радиусом, равным половине толщины деталей. Элементы выполнены из теплостойких материалов, например, композиционных углеродных материалов, предварительно подвергаемых различным видам термической и химико-термической обработки. Детали изготавливаются предварительно по чертежам с требуемыми допусками и подвергаются необходимой термической обработке (до 2800°С) для стабилизации структуры, насыщение из газовой фазы различными веществами, например, пироуглеро-дом, пирографитом, высокотемпературными карбидами, нитридами, борида-ми. После термической и химико-термической обработки эти детали проходят калибровку по специальной программе. Выбор геометрических размеров деталей происходит следующим образом. Толщина стенки деталей определяется теплотехническим расчетом. Для различных печей толщина составляет 25-80 мм. Ширина деталей зависит от требований к конструкции печи. Чем меньше ширина детали, тем большее количество деталей требуется для выполнения теплоизоляции. В этом затрудняется сборка и возрастают затраты на изготовление. Чем больше ширина деталей, тем меньшее количество их
требуется и, следовательно, снижаются затраты на изготовление и облегчается сборка, но увеличиваются геометрические размеры теплоизоляции и соответственно размеры корпуса печи. Количество деталей для каждой конкретной печи уточняется, но должно быть целое количество по ширине. При высоте теплоизоляции до 2200 мм детали могут быть выполнены из цельных пластин. При большей высоте (длине), но в случае необходимости и при меньшей высоте (длине) детали могут быть выполнены и составными. В данном случае соединение деталей происходит потайным резьбовым соединением. Составные детали выполнены из двух частей, толщина которых составляет 0,4-0,6 общей толщины детали, а высота 0,4-0,5 ширины. Соединение деталей боковой теплоизоляции по высоте может осуществляться и в других различных конструктивных исполнениях и различными методами. Например, фиксацией на внешней (наружной) обечайке, внутри которой располагаются элементы, которые устойчивы без крепления, но могут скрепляться с ней скрепками или стержнями из различных материалов (вольфрам, молибден, углеродные волокна и т.д.). Возможна также фиксация на внутренней обечайке, к которой элементы прикрепляются различными бандажами или стержнями, причем внутренняя обечайка изготавливается из теплостойких материалов, соответствует рабочей температуре нагревательной камеры и изготавливается из плотных материалов, таких как углеродные композиционные материалы и предохраняет теплоизоляционные элементы от попадания на них веществ, испаряющихся из нагреваемых материалов. Фиксация элементов может осуществляться без обечаек с помощью нижних и верхних фасонных колец, скрепленных между собой тягами с внешней стороны теплоизоляции, а также бандажами. Бандажи изготавливаются из металлов или углеродных материалов в виде лент, проволок или жгутов, располагающихся на различных расстояниях по высоте теплоизоляционного экрана.
Недостатком прототипа является не высокая термостойкостью и относительно высокий коэффициентом теплопроводности, что ограничивает применение теплового экрана в высокотемпературных вакуумных электропечах.
Задачей изобретения является устранение отмеченных недостатков и улучшение эксплуатационных характеристик теплового экрана.
Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости конструкции теплового экрана в инертной среде, а также снижение теплопроводности многослойной конструкции.
Технический результат достигается тем, что в углерод-углеродном тепловом экране, содержащим внутреннюю обечайку из последовательно соединенных элементов, выполненных из теплостойких композиционных углеродных материалов, и представляющие собой фасонные детали, сопрягающиеся между собой с образованием замкнутой поверхности, согласно изобретению, внутренняя обечайка выполнена в виде сборного каркаса, при этом фасонные детали состоят из дощечек, которые соединены между собой крепежными кольцами и шпильками и образуют цилиндрическую стенку, состоящую из четырех слоев композиционного углеродного материала, характеризующегося термостойкостью в инертной среде 2500...3000°С, причем каждый последующий слой выполнен плотно прилегающим к предыдущему с возможностью создания жесткой конструкции, при этом первый внутренний слой выполнен термостойким из композиционного углерод-углеродного материала с плотностью 1,8 - 1,9г/см3, второй слой выполнен защитно-предохранительным из терморасширенного графита, третий слой выполнен теплоизоляционным из нетканого высокопористого углеродного войлока с поверхностной плотностью 80 - 120г/м, а четвертый слой выполнен конструкционным из графитированной углеродной ткани с поверхностной плотностью 1000- 1200г/м.
Второй слой композиционного углеродного материала в качестве терморасширенного графита содержит углеродный картон с червеобразной структурой, например, материал типа графойл.
Третий слой 10 композиционного углеродного материала в качестве нетканого высокопористого углеродного войлока содержит, например, материал типа карбопона.
Четвертый слой 11 композиционного углеродного материала в качестве углеродной графитированной ткани содержит, например, пиролитически уплотненную ткань Урал Т-22 для придания жесткости ("каркасности").
Цилиндрическая стенка 7 структурно характеризуется замкнутой формой поверхности 3 и дополнительно содержит 3-D графитовые вставки 12, при этом сборный каркас внутренней обечайки 1 характеризуется степенью жесткости не менее 40%.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1-4.
На фиг. 1 представлен общий вид внутренней обечайки теплового экрана.
На фиг.2 - вид структуры слоистой стенки теплового экрана в разрезе.
На фиг.З - элементы фасонной детали сборного каркаса стенки теплового экрана.
Фиг.4 - кольцо фасонной детали в сборе.
Углерод-углеродный тепловой экран содержит внутреннюю цилиндрическую обечайку 1 в виде сборного каркаса из фасонных деталей 2, состоящих из сопрягающихся между собой дощечек 4, соединительных крепежными кольцами 5 и шпильками 6, образующих стенку 7 с замкнутой поверхностью 3; цилиндрическая обечайки 1 структурно состоит из композиционного углерод-углеродного материала в виде четырех слоев 8, 9, 10 и 11, плотно прилегающих друг к другу; первый внутренний слой 8 из термостойкого композиционного углерод-углеродного материала с плотностью 1,8 -1,9г/см3, второй защитно-предохранительный слой 9 из терморасширенного
графита, третий теплоизоляционный слой 10 из нетканого высокопористого углеродного войлока с поверхностной плотностью 80 - 120г/м и четвертый конструкционный слой 11 из графитированной углеродной ткани с поверхностной плотностью 1000 - 1200г/м; цилиндрическая стенка 7 включает также 3-D графитовые вставки 12.
Изобретение реализуют следующим образом.
Предварительно подготавливают заготовки в виде пластин (на чертеже не показано) из композиционного углерод-углеродного материала, например, фенольного, которые затем раскраивают на пластинки и сегменты криволинейной формы в виде дощечек 4 необходимых размеров для фасонных деталей 2, которые далее подвергают механической обработке с корректировкой в точный размер и обработкой сборочных поверхностей в шип и паз (на чертеже не показано). Затем заготовки карбонизируют в инертной среде или в засыпке из кокса или графитовой пыли при температуре 850-900 °С. После карбонизации производят пиронасыщение заготовок углеродом в вакуумных печах при температуре 1100-1200 °С.
При изготовлении дощечкам 4 придают заданную криволинейную форму с тем, чтобы при сборке сформировать фасонные детали 2 для получения в дальнейшем замкнутой поверхности 3 стенки 7 внутренней цилиндрической обечайки 1 сборного каркаса. Дощечки 4 соединяют между собой крепежными кольцами 5 и шпильками 6 и получают теплоизоляционный экран, представляющий собой многослойную конструкцию с цилиндрической стенкой 7, которая состоит из четырех слоев 8, 9, 10, 11 композиционного углерод-углеродного материала с замкнутой формой поверхности 3 и дополнительно снабжена 3-D графитовыми вставками 12. Слои 8, 9, 10, 11 выполняют плотно прилегающими друг к другу, при этом теплоизоляционный экран характеризуется термостойкостью в инертной среде 2500...3000°С, а 3D графитовые вставки 12 придают сборному каркасу внутренней обечайки 1 дополнительную степень жесткости не менее 40%.
Для придания теплоизоляционному экрану необходимых характеристик слои 8, 9, 10 и 11 выполняют из специальных углерод -углеродных материалов.
Так первый внутренний слой 8 внутренней обечайки 1, располагаемый со стороны высокотемпературной поверхности печи, выполняют термостойким из композиционного высокоплотного углерод-углеродного материала (УУКМ) с плотностью 1,8 - 1,9г/см3.
Второй слой 9, следующий за первым и контактирующий с ним, выполняют из углеродного картона типа графойл. Этот слой является защитно-предохранительным и обладает определенной отражательной способностью, а также защитными свойствами предотвращает резкое проникновения паров, газов из реакционной зоны вакуумной печи в следующий за ним теплоизоляционный слой 10.
Третий слой 10 является теплоизоляционным его изготавливают из нетканого высокопористого углеродного войлока - карбопона с поверхностной плотностью 80 - 120г/м.
Четвертый слой 11 является конструкционным и служит для придания жесткости ("каркасности") сборному каркасу внутренней обечайки 1, его выполняют из графитированной углеродной ткани марки Урал Т-22 с поверхностной плотностью 1000- 1200г/м.
Отличительными особенностями разработанной конструкции теплового экрана является наличие защитного слоя 9 из углеродного материала "Графойл", что позволяет снизить толщину теплоизоляционного слоя 10 и изготавливать его из низкоплотного углеродного материала при одновременном увеличении срок службы теплоизоляционного экрана в целом.
В разработанной конструкции теплоизоляционного экрана использованы углеродные материалы, обладающие высокой термостойкостью, очень
низким коэффициентом теплопроводности и характеризуются термостойкостью 2500...3000°С, что позволяет проводить технологические процессы на оптимальном уровне.
Структурно теплоизоляционный экран характеризуется замкнутой формой поверхности 3 сформированной из слоев 8, 9, 10 и 11, в котором каждый последующий коаксиальный слой плотно прилегает к предыдущему и обеспечивает дополнительную жесткость конструкции внутренней цилиндрической обечайки 1, способной даже при высоких температурах не деформироваться длительное время, сохранять при этом форму и рабочий объем, ограниченный экраном.
Источники информации:
1. RU № 2241898 С1,10.12.2004.
2. RU № 2130150 С1,10.05.1999.
3. GB№ 1471430,27.04.1977.
4. RU№ 2499946 CI, 27.11.2013.
5. RU № 2041438 CI, 09.08.1995 (прототип).
Формула изобретения
1. Углерод-углеродный тепловой экран, содержащий внутреннюю обечайку (1) из последовательно соединенных элементов, выполненных из теплостойких композиционных углеродных материалов, и представляющие собой фасонные детали (2), сопрягающиеся между собой с образованием замкнутой поверхности (3), отличающийся тем, что внутренняя обечайка (1) выполнена в виде сборного каркаса, при этом фасонные детали (2) состоят из дощечек (4), которые соединены между собой крепежными кольцами (5) и шпильками (6) и образуют цилиндрическую стенку (7), состоящую из четырех слоев композиционного углеродного материала, характеризующегося термостойкостью в инертной среде 2500...3000°С, причем каждый последующий слой выполнен плотно прилегающим к предыдущему с возможностью создания жесткой конструкции, при этом первый внутренний слой (8) выполнен термостойким из композиционного углерод-углеродного материала с плотностью 1,8-1,9 г/см3, второй слой (9) выполнен защитно-предохранительным из терморасширенного графита, третий слой (10) выполнен теплоизоляционным из нетканого высокопористого углеродного войлока с поверхностной плотностью 80 - 120г/м, а четвертый слой (11) выполнен конструкционным из графитированной углеродной ткани с поверхностной плотностью 1000 - 1200г/м.
2. Тепловой экран по п. 1, отличающийся тем, что второй слой (9) в качестве терморасширенного графита содержит углеродный картон с червеобразной структурой, например, материал типа графойл.
3. Тепловой экран по п.1, отличающийся тем, что третий слой (10) в качестве нетканого высокопористого углеродного войлока содержит, например, материал типа карбопона.
4. Тепловой экран по п.1, отличающийся тем, что четвертый слой (11) в качестве углеродной графитированной ткани содержит, например, пироли-тически уплотненную ткань Урал Т-22 для придания жесткости.
1.
5. Тепловой экран по п.1, отличающийся тем, что цилиндрическая стенка (7) структурно характеризуется замкнутой формой поверхности (3) и дополнительно содержит 3-D графитовые вставки (12), при этом сборный каркас внутренней обечайки (1) характеризуется степенью жесткости не менее 40%.
Фиг. 4
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42 Патентной инструкции к ЕАПК)
Номер евразийской заявки:
201700568
Дата подачи: 26/10/2017
Дата испрашиваемого приоритета:
Название изобретения: УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ЭКРАН
Заявитель: ЧАСТНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "КАРБОН-МЕХАНИКА" РЕННЕР АНТОН
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК)
B01J 19/02, С04В 35/52, 35/536, С30В, F27B 5/06, 5/08, F27D 1/00
Особые категории ссылочных документов: "А" документ, определяющий общий уровень техники "Е" более ранний документ, но опубликованный на дату подачи евразийской заявки или после нее
"О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской заявки,
но после даты испрашиваемого приоритета D" документ, приведенный в евразийской заявке
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и
приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска,
порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности "Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска,
порочащий изобретательский уровень в сочетании с другими документами той
же категории " &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Углерод-углеродный тепловой экран
Углерод-углеродный тепловой экран
Фиг. 1
Фиг. 1
Углерод-углеродный тепловой экран
Углерод-углеродный тепловой экран
Фиг. 2
Фиг. 2
Углерод-углеродный тепловой экран
Углерод-углеродный тепловой экран
|
