JP2020516821A - 補強された取り外し可能な断熱装置 - Google Patents

Abstract

補強された取り外し可能な断熱装置は、断熱設備の外面に配置された断熱ブロックが結合されている。ＡＳＴＩブロック内には断熱材が充填されており、ステンレス製の対面シートで四方を覆われた格子状の補強フレームで構成される。相互に取り外し可能な熱の接続には断熱ブロック同士のロックラッチが使用される。ロックラッチを使用する場合、保証された気密性が提供され、温度変動時に断熱ブロックの側面間の隙間が発生しなくなくなると共に、装着作業とテンションロックの溶接によるブロックの表面および機器の組み立て作業が解消される。ＡＳＴＩブロックは、ステンレス鋼の重量を節約し、断熱ブロックの強度を２．５６倍に高め、製造コストを大幅に削減する。【選択図】図７

Description

本発明は、断熱技術に関し、より具体的には、パイプラインおよび円筒容器の断熱装置の構造に関する。

到達した技術水準によれば、パイプラインを綿密に覆う、事前組み立ての断熱装置は公知であり、パイプラインの長手方向に沿って連続的に配された円筒状のシェル（ｓｈｅｌｌ）および相互連結部を備えている。

円筒状のシェルは、それぞれドッキングおよび相互接続された、断面形状が環状の扇形のブロックである複数のΝ個の断熱要素で作られている（特許文献１参照）。

「ギドロプレス」設計局（OKB "GIDROPRESS"）、公共株式会社（PJSC）「ＺｉＯ−Ｐｏｄｏｌｓｋ」（g．Podolsk、モスクワ地方）は、ドイツの会社「ＫＡＥＦＥＲ」と協働して、 田湾原子力発電所ユニット（中国）およびクダンクラム原子力発電所ユニット（インド）向けにモジュール式の取り外し可能な断熱器具（以下「ＢＳＴ」）を開発し実装した。

設備とパイプラインへのＢＳＴの取り付けは、扇形のブロックの周りに事前に取り付けられた特別なテンションロック（tension lock）によって、６０％が実行され、その他の固定の４０％は、ＢＳＴの設置時に溶接によって実行される。

ＢＳＴは、オーステナイト鋼製の複数のボックスからなり、各ボックス内の空洞は断熱材で満たされている。ガラスまたは玄武岩のステープルファイバーからなる複数のマット（ｍａｔ）が、断熱材として使用される。

断熱材は、ボックス内で動かないように、特別なピンとクリップで固定されている。断熱材を敷いた後、ボックスは、ブロックの内側に溶接されているプリアナスステンレス（pulianas stainless）箔で塞がれる。

ブロックのすべての要素の相互の固定は、接点溶接（contact welding）によって行われる。各発電所ユニットは、断熱装置を検証するためやり直すことができ、このプロジェクトはプロトタイプとして採用されている。

ロシア連邦実用新案証明書第４０４３３号明細書

ただし、ブロックのサイズが大きく、多数のテンションロックを表面に取り付けることによる強度特性を得るために、鋼鉄製のボックス（以下「ＢＳＴＩ」）は比較的厚い壁（１１．０ｍｍおよび０．５ｍｍ）を要し、鋼鉄および断熱材を不合理に多く使用することになる。

ＢＳＴのブロックの重量に対する断熱材の重量の比率は３１．３パーセント（１９トンの断熱材と４１．７トンの鋼鉄）であり、ブロックの断熱設計において不合理な量の鋼（６８．７パーセント）を要するという結論に至る。

ブロックの表面に緊密なテンションロックが存在すると、鋼鉄製のボックスの厚みが大きくなり、曲げモーメントによる力のモーメントが発生してブロックをずれさせ、断熱されたブロックの表面に隙間が生じる。その結果、余分な温度上昇し、ＢＳＴＩの断熱特性の劣化をもたらす可能性がある。

本発明は、ステンレス鋼製の断熱ブロックの重量を軽減すると共に、機器の熱放出を遮蔽する断熱ブロックの側面において、断熱特性が保証される最小ギャップしか形成されないようにすることを目的とする。

この問題は、ボックスが強力な補強フレームの格子と薄肉のステンレス鋼の対面シートで構成され、ＡＳＴＩのブロックを形成する接続の形で作られ、補強格子が3、4、5およまたは６角形のセルブロックＡＳＴＩは、外部および内部のコーナージャンクションに設置されたロックラッチによって相互に接続され、相互に嵌合し、ＡＳＴＩのユニットで、移動可能および固定グリップカメラで構成されたグリッパーの湾曲した柔軟で弾性のあるプレートの形で作られたブロックＡＳＴＩグリップの内側に配置されたフックは、変形可能であり、各フックは型押しされた壁の形で作られ、補強材とステンレス板でユニットのフレームに固定され、壁フック部分は平面を形成し、ブロックの側壁の角の接合線と同軸に配置された丸みを帯びたキャプチャの弾性プレートの表面とのドッキングで相互に接触する。

キャプチャは、キャプチャの弾性プレートが固定されたリングスプリングによって相互に接続され、キャプチャの対称軸に関して対称に接続される。

リングスプリングを備えたロックラッチのアセンブリの提案された設計により、ブロックの接触側面のアクセスできない内側部分の確実な密着性により、ＡＳＴＩブロック相互の表面の信頼できる接触が可能になる。さらに明確にするために、断熱ブロックの内側のベースはユニットのベースでは利用できず、断熱面に面しており、ベースの断熱ブロックにより機能するクーラーを外部ベースとして定義する。

本願の張力が保証されたロックラッチを含む断熱装置（ＡＳＴＩ）は、特許取得済みのプロトタイプの取り外し可能断熱装置と比べて次のような違いがある。

１．断熱ブロックの耐腐食性金属の重量を節約し、断熱ブロックの耐久性を高め、断熱ブロックの側面間の隙間を排除できる。

２．断熱ブロックのフックと締まりが保証されたロックラッチのグリップとの間の締まりにより断熱ブロック側面同士の信頼できる接触によって断熱信頼性が向上する。

また、工場で、本願のＡＳＴＩにおける断熱ブロック（以下、ＡＳＴＩブロック）の側面の交差部の角にフックを配置することにより、多数の取り付け作業と溶接の工程が不要となる（従来のＢＳＴＩの断熱ブロック（ＢＳＴＩブロック）の表面には、６４００個ものテンションロックがあり、設備への設置中に個別に設置され、機器の組み立て作業が行われていた。）。

ＡＳＴＩブロック内にフックを配置すると、原子力発電所の金属製熱交換面の定期検査や制御の時だけでなく、一次設置、解体、および運転中に、拘束して取り外し可能な断熱ブロックを輸送する際にもフックが変形しない。設計の許容性があり、テンションロックの数を半分に減じることができる。

正方形のセル（cell）を備えたステンレス鋼の格子で作られたフレームの構成要素（component）を示す図である。 格子（lattice）の十字線上に波形ワッシャーが取り付けられたフレームの構成要素を示す図である。 周囲に結合用のあそび部（allowance）が設けられた薄いステンレス鋼板で裏打ちされ、波形ワッシャーの棚に接点溶接された断熱ブロックのフレーム部分を示す図である。 断熱材なしの対面シートのあそび部に、ステンレス鋼シート製の内部ベースを接点溶接によって溶接して組み立てられた、断熱材なしの中空のＡＳＴＩブロックを示す図である。 内部ベースから見た中空ＡＳＴＩブロックを示す図である。 溝付きワッシャーを示す図である。 波形ワッシャーの斜視図である。 ロックラッチのキャプチャを示す図である。 ロックラッチの斜視図を示す図である。 三角形のプレートに取り付けられたフックロックラッチの斜視図である。 ＡＳＴＩブロックに取り付けられたフックの上面図である。 ＡＳＴＩブロックのドッキングとロックラッチによる固定を示す図である。 ＡＳＴＩブロックに取り付けられたフックを示す図である。 接触法で接続された1つのバーと2つ目のバーストリップにより輪郭（profile）補強した格子で作られたブロックのフレームを示す図である。

以下、本発明を特定の実施例によって説明する。なお、本願発明の技術的成果を達成する可能性の明確化のため、上記特許取得済み発明が参照される。

上記特許取得済みの強化された取り外し可能な断熱装置は、ＢＳＴＩのプロトタイプのブロックに幾何学的な形状とサイズが似た構造の形で作られている。

本願発明に係る断熱装置のＡＳＴＩブロックは、側壁２と前壁３を備えたフレーム格子１の円筒形部分（図１）と、接点溶接用の棚部（shelf)７と溝8とを備えたステンレス打ち抜き溝付きワッシャー４（図４）と、厚さ0.1 -0.4 mmのステンレス薄肉鋼シェル５（図３）とで構成される。

イメージの利便性と明瞭さのための、初期状態の補強格子は、図１に示すように正方形のセルと、断面が円形であって、両側が完全に平坦なバーが選択される。ただし、3角形、5角形、６角形、あるいは長方形のセルと、異なる断面形状のロッドで形成されてもよいが、バーの断面が円形の格子を使用することが望ましい。

ステンレス鋼の補強フレーム格子は、溝付きワッシャーを使用せずに電気溶接によりステンレス対面シートに事前に接続してもよい。

図２の補強フレーム格子２０のバーは、ステンレス鋼以外であってさまざまな形状の材料で形成することができるが、強度はステンレス鋼バーの強度に劣らないで、波形ワッシャーでステンレス製の対面シート（stainless facing sheet）に接続される。

波形ワッシャー（corrugated washer)４は、型押成型(stamping)によって作成され、補強格子の交差ノードと組み立てられたときに、棚部７(図７）に固定できるようにデザインされている。そのため、図６における溝８の入り口部分はわずかに狭くなっている。

図6の棚部７は、波形ワッシャーとブロックの薄肉鋼シェルとの接点溶接（contact welding）に使用される。

大きな直径の機器の断熱に特徴的な小さな曲率の補強スケルトン格子では、波形ワッシャーは実質的に平らであり、波形ワッシャーの押型成型では、パイプラインの表面の曲率を考慮する必要がある。

補強格子に波形ワッシャーを取り付けた後、格子とステンレス製の薄肉鋼シェルが、プロトタイプのＢＳＴＩブロックの幾何学的な形状とサイズが似たテンプレートに従って変形できる。

この場合、図３に示すように周辺に結合用のあそび部６を有するステンレス金属の薄肉鋼シェルが選択される。

製造後、中空ＡＳＴＩブロック１６（図１１）に断熱材を充填し、あそび部の接点溶接によりステンレス製シートを固定する。

図１４に、フレーム格子の一部として、バーストリップ(bar strip)２２に接続されたバーチャンネル（bar channel）２１（図１４）の例が示されており、この構成では、グリッドを曲げてバーを接続するための労力を最小限に抑える。

フレームグリッドの形状に対応する波間の窪み（trough）を有する波形ワッシャーを使用することにより、ＡＳＴＩユニットのフレームを統一した方法で組み立てて、追加の装置を使用せずに機器表面を断熱できる。

フレーム補強格子は、さまざまな変形例に係るバーの補強形状によって実行される。ロッドとロッドバンドの補強された形状に対応するステップと格子の線形寸法でそのような格子を生成する。ここでＳはフレームユニットの前面の放射状ロッドの高さである。これは、ブロックの段熱層の厚さからの２つの鋼ライニング（lining：裏地）の厚みと、熱絶縁体またはパイプラインの軸に平行な、ＡＳＴＩブロックのＳ直線長さ、を差し引いたものと一致する。

補強するため、ストリップを９０°の角度で曲げ、棚部を接続する。

最終的な正面の表面を得るために、ブロックの前部側面のフレームのために予備のブランク（blank)を設ける。補強バーの放射状部分を接続する格子ストリップ２２を切断し、ＡＳＴＩブロックの必要な曲率に従って外面に沿って格子を曲げ、切断された格子ストリップを固定する必要がある。こうしてブロックフレームの前部側面を得る。

同様に、ブロックの他の側から見たときの前部側面を形成する。必要な角度でフレーム格子のストリップを曲げて、2つの隣り合う側面が得られる。これらの側面は、接触によって相互に接続され、ブロックフレームの側面全体を固定する。

さまざまな形状のバーを使用して格子のフレームを構築し、ＡＳＴＩの任意の曲率の構造フレームユニットを形成することができる。各サイズや、マージン、フレームブロックのセル形状などを決定すれば、設計により、ほぼすべてのＡＳＴＩユニットに適した支持フレームが事前に集められ統合される。

ロックラッチは、固定部（図１０のフック１２）と図８における移動可能部（図８のキャプチャ（capture：捕捉部）１０、１１、１８）とからなる。

ロックラッチは、ＡＳＴＩのブロックの交差点に取り付けられる。つまり、1つの交差点に1つのロック、またはＡＳＴＩの単一ブロックに1つのロックがなされる。

図１０のフック１２は、押型成型の形状（stamped profile）で形作られ、補強材１３を介してアルゴンアーク溶接により、垂直な三角形プレート１４上の直角の二等分線１５上に取り付けられている。

次に、中空のＡＳＴＩブロックに断熱材を充填する前に、アルゴンアーク溶接によりフックが、フレーム（と対面の許容ブロック）に取り付けられる。フックのサイズが小さい場合（高さ25ｍｍ、幅と長さ２０×３０ ｍｍ）、上から取り付けた後、追加の断熱材を取り付ける必要がある。

サイズa（図１３）は、フックの折れ曲がり部の狭い部分１９の近い側の壁間の距離の２等分の距離である。この部分は、キャプチャ１８（図８）の弾性壁の表面と相互に作用しあう。この距離は一定の長さである。

サイズｂ（図８、図１２）は、グリップ（捕捉部）１８の対称軸１７から、フックのチャンバの壁と相互作用するグリップ１８の弾性壁の表面までの距離である。これは、リングスプリング９のねじれと弾性張力に影響される可変なサイズである。

サイズｃは、静力学におけるグリップとフックの相互作用（ドッキング）における結合強さを保証する距離である。すなわち、サイズｃは、リングスプリング９の変形時にグリップとフックの相互作用（ドッキング）を保証する張力を確保するものであり、断熱部材の熱膨張または冷却中における寸法変化に対応した結合強さを得るように設定される。サイズｃは、フックチャンバーの傾斜面e（図１２参照）に沿った丸みのある、キャプチャの花弁部１０（図８）のスリップの結果としてドッキングし、弾性グリップ壁１８の表面とフックチャンバーの壁ｅの相互作用によって得られる。

図８に示すリングスプリング9は、図８のグリッパー（gripper：捕捉部）の基部（base）部を通過して、グリッパーに張力をかけ、スプリングでグリッパーアセンブリの安定した剛性を作り出すのに貢献し、これにより連結具（connector）があってもなくても、平坦、円筒状もしくは他の形状に従うようにすることができる。

通常、グリップの張力は、発生する弾性変形による。弦は、当該弦が接続する円弧の長さより短いので、弾性変形は、プレートの曲げ、キャプチャの弾性ねじり、ＡＳＴＩのブロックのキャプチャの基部間のスプリングなどにより生じる。

３つのグリップで最適な張力を持つロックラッチの設計では、ワンピーススプリングは三角形の形をとり、4つのグリップ（正方形または長方形など）を備えている。

保証された柔軟な密着性により、ＡＳＴＩ断熱ブロックの側面の緊密な接触と固定が提供され、機器の断熱表面の温度変動中でに対応できる。

カメラフック（camera hook:フック格納室）の面e（図１３）の傾斜角は、ブロックＡＳＴＩの断熱表面の被覆角（the angle of coverage）に依存する。

ＡＳＴＩブロックは、ブロックのコーナーの交差部に設置されたロック、ラッチの助けを借りて互いに接続され、ブロックの外部および内部で結合される。

フックと呼ばれる固定部は、ユニットの内側で、リブ１３とプレート１４の直角三角形の二等分線１５上に取り付けられ（図１１）、ＡＳＴＩの中空ブロックを充填した後、ＴＩＧ溶接で当該フックをフレームと対面ブロックのあそび部分（allowances ）に取り付ける。

格納室（ｃａｍｅｒａ）には、フック折り畳み部１９が含まれ（図１０、図１３）、ドッキングされた花弁部１０（図１８）および弾性壁１８の表面と係合して、フックをブロックＡＳＴＩに対して固定する。

可動グリッパー（gripper）は、ベースと本体の断熱表面に接触する。フックとドッキングすると、断熱されたボディとＡＳＴＩブロックの間に３〜５ｍｍのギャップが発生し、ボディの表面に局所的な温度ストレスが生じない。

同じロックラッチのキャプチャと結合された２番目のブロックは、前の操作を繰り返して連結する。同様に、1つのロックラッチを備えた３番目と４番目のブロックが結合される。ＡＳＴＩの5番目、6番目などのブロックも同じように結合される。

パイプラインの円筒部分または円筒装置の周囲を閉じると、ＡＳＴＩブロックはブロックの閉じたチェーンを形成し、断熱表面に自己保持される。

ロックラッチがＡＳＴＩブロックの外側ベースから取り付けられている場合、つまりロックラッチが取り外し可能な断熱ブロックに移動してそれらを固定する場合、カメラフックの傾斜面eは垂直になる。この場合、ｃのサイズはもちろんのこと、aとｂのサイズに関するすべての議論は同じである。

直径２ｍｍ（比較のために、ステンレス鋼ボックスの厚さは1ｍｍ）と６０ｍｍの正方形セルピッチ、０．２ｍｍの鋼シェル厚さ、および０．５ｍｍの波形ワッシャー厚さの強化スチール格子を使用する場合、直径１５ｍｍのブロックＡＳＴＩについて次のデータが得られる。

ステンレス薄肉鋼シェルの厚さは、次の値となる。

ＡＳＴＩのステンレス薄肉鋼シェルの厚みは、次の式で定義される

そして、平方根を減じると、次式のようになる。

ここで、
ｄ：フレーム補強格子のセルステップ
Ｄ：ＢＳＴＵブロックの最大サイズ
Ｓ１とＳ２：それぞれ、ＢＳＴとＡＳＴＩのステンレス薄肉鋼のシェルの厚さ
Ｋ１とＫ２：それぞれ被覆鋼シェルのエッジを固定する方法を考慮した係数（原子力発電所の機器およびパイプラインの強度の計算基準。PNAE G-7-002-86 HM、モスクワ、1989年）。シェルＡＳＴＩおよびＢＴＩの厚さを計算するための式は、小さな外圧で動作する平底の場合と同様に控えめに考慮される。これにより、ブロックのジオメトリと動作モードが最も現実的に表示される。

外側のベースＢＳＴＩの厚さがＳ１＝１．０ ｍｍ、Ｋ１＝０．５６、Ｄ＝１０００ｍｍ、Ｋ２＝０．４３、t＝６０ｍｍの場合、薄肉ステンレス鋼の厚さに等しい事前強度が得られる。

シェルＳ２＝０．００７８ｍｍ、薄肉のステンレス鋼シェルの厚さ０．２ｍｍを考慮すると、結果として得られる安全マージンは２．５６に等しくなる。つまり、ＡＳＴＩのシェルブロックはシェルＢＳＴＩの２．５６倍の強度となる。

曲げモーメントの計算によれば、式の直線寸法は平方比に含まれているため、安全率はさらに高くなる。なお、Ｓ１は、数３の右辺よりも大きい方がより望ましい。

ＡＳＴＩブロックの重量を計算するとき、６０ｍｍのステップと２ｍｍの格子バーの直径を持つ正方形のセルを備えた鉄筋格子が使用される。ステンレス鋼ＢＳＴＵブロックの計算重量は４１．７トンである。しかし、ステンレス鋼のＡＳＴＩブロックの計算重量は１５．０トンであり、ステンレス鋼が、２６．７トンの節約となる。

両方のバージョンの断熱材の重量は１９．０トンである。

ＢＳＴＵブロックの断熱材の割合の相対的な割合は３１．３％、ステンレス鋼の割合は６８．７％である。ＡＳＴＩブロックの断熱材の割合の相対割合は５５．９％、ステンレス鋼の割合は４４。１％である。ステンレス鋼の節約は６４．０％となり、ＡＳＴＩブロックの推定コストは、少なくとも２倍低くできる。

抵抗溶接を使用して薄い鋼の表面に補強フレーム格子を固定するための波形ワッシャーの使用を考慮すると、ロッドのより大きな断面のスチール補強棒グリッドを交換すれば、さらに大きな節約につながる。

Claims (8)

1. 隣接する断熱ブロックＢＳＴＩ間が縦方向の側壁で重なっており、ステンレス鋼製で断熱材が充填されたボックスを含む取り外し可能な断熱装置であって、
   前記ボックスは補強フレーム格子からなる組立物の形で作られ、 ＡＳＴＩのブロックを形成する薄壁ステンレススチールライニングプレート、３，４，５、または６角形のセルブロックで補強バーを作成され、ＡＳＴＩは、コーナージャンクションに設置されたロックラッチによって互いに取り付けられ、ＡＳＴＩのユニットであり、ブロック内に配置されたフックの移動可能および固定グリップカメラで構成され、外部および内部の面にあり、ＡＳＴＩユニットは、圧縮の可能性があるグリッパーの湾曲した柔軟で弾性のある板の形で作られたＡＳＴＩグリップで、各フックはユニットのフレームに補強材とステンレス板で固定された押型成型の壁の形で作られ、壁フック部分は平面を形成し、相互にブロックの側壁のコーナーの接合線と同軸に配置された丸みを帯びたキャプチャの弾性プレートの表面とのドッキングで作用し、キャプチャは、キャプチャの弾性プレートで固定され、対称的にそれらを接続するリングスプリングによって相互に接合される
   ことを特徴とする取り外し可能な断熱装置。
2. スチールライニングシートが、次の比率を満たす厚さＳ２で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の取り外し可能な断熱装置。
   

   

   
   ここで：
   ｄ：フレーム補強格子のセルステップ
   Ｓ１：ステンレス鋼のブロックボックスシートの厚さ
   Ｓ２：ＡＳＴＩブロックのステンレス鋼ライニングプレートの厚さ
   Ｋ１：ボックスプレートＢＳＴＩのエッジを固定するumetyvayuschy方法における係数、
   Ｋ２：ＡＳＴＩの対面プレートのエッジを固定する方法を考慮にいれた係数、
   Ｄ：ＢＳＴＵブロックの最大サイズ。
3. 前記格子が、直径が０．２÷０５ｍｍのバーで作られていることを特徴とする請求項１に記載の取り外し可能な断熱装置。
4. 前記格子が、断面輪郭が円形のバーもしくは別の断面輪郭であって断面輪郭が円形の場合と同等の強度のバーで作られていることを特徴とする請求項１に記載の取り外し可能な断熱装置。
5. ボックスの接続部に、格子の補強バーの交点とドッキングするため受け入れ部の幅が狭くなった溝部を備えた型押成型の波形ワッシャーがさらに設けられており、当該波形ワッシャーには薄肉ステンレス鋼シートに接点溶接で接合される棚部があることを特徴とする請求項１に記載の取り外し可能な断熱装置。
6. 前記波形ワッシャーが、接点溶接により薄肉ステンレス鋼シートに接合されていることを特徴とする、請求項５に記載の取り外し可能な断熱装置。
7. 前記補強格子が、波形ワッシャーなしで電気溶接により対面シートに接合されることを特徴とする請求項１に記載の取り外し可能な断熱装置。
8. 前記補強格子のフレームにおいて、テプロイゾロヴァト装置の円筒形表面の軸に平行であり、第２のロッドストリップと移動可能に接触することにより接続された1つの補強バーがあり、断熱およびテプロイゾロヴァト装置の表面の曲率のために、ＡＳＴＩブロックのサポートフレームワークを統一できることを特徴とする請求項１に記載の取り外し可能な断熱装置。

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