Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка теплоизоляционных композитных материалов для обмуровки теплоэнергетического оборудования с использованием автономных мобильных высокопроизводительных установок

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
теплоизоляция, композитные материалы, микросферы, обмуровка, торкретирование, эффективная теплопроводность, нанесение теплоизоляции, тонкопленочная теплоизоляция, тепловая защита, футеровка

Цель проекта:
1. Разработка теплоизоляционного композитного материала на основе полимерного связующего и вакуумированных микросфер, обеспечивающего: - коэффициент теплопроводности не более 0,1 Вт/м*К - работоспособность в температурном диапазоне от 0 0С до 500 0С; - предел прочности при сжатии при 10%-й деформации не менее 0,5 МПа; - предел прочности на изгиб не менее 0,3 МПа; - термовлагостойкость не менее 30 циклов «увлажнение-сушка»; - альбедо поверхности не менее 15%; - поропроницаемость, определенная для СО2, О2 и водяного пара не более 1000 см3/м2 (24ч· бар-1); - вибропрочность - допустимая частота колебаний до 100 Гц, амплитуда перемещений не менее 0,5 мм. 2. Разработка экспериментального образца автономной мобильной высокопроизводительной установки для обмуровки энергетического оборудования, обеспечивающего: - повышение в два раза (по сравнению с традиционными способами обмуровки) производительности труда при нанесении полученных теплоизоляционного композитного материала для обмуровки теплоэнергетического оборудования за счет обеспечения производительности напыления не менее 40 м2/час при толщине напыляемого слоя за один проход не менее 10 мм; - адгезию покрытия не менее 5 МПа. 3. Разработка предложений и рекомендаций по реализации (коммерциализации) результатов ПНИ, вовлечению их в хозяйственный оборот. 4. Разработка технических требований для проведения последующих работ (проекты технических заданий на ОКР и ОТР) по дальнейшему развитию результатов ПНИ.

Основные планируемые результаты проекта:
Использование теплоизоляционного композитного материала, сформированного при помощи экспериментального образца автономной мобильной высокопроизводительной установки приведет к:
- снижению удельного расхода топлива при производстве энергии (не менее чем на 5 %);
- повышению ресурса теплоизоляционных конструкций (не менее чем на 25 %);
- уменьшению массовых (не менее чем на 10%) и габаритных (не менее чем 12%) характеристик энергетического оборудования;
- повышению производительности труда при монтаже теплоизоляционных конструкций (не менее чем в 2 раза).

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Для нанесения и осуществления полимеризации теплоизоляционного композитного материала на поверхности теплоэнергетического оборудования разработана и изготовлена автономная мобильная высокопроизводительная установка (АМВУ).
АМВУ представляет собой многофункциональную установку блочного типа и обеспечивает реализацию трех процессов: очистки металлической поверхности, формирования ТКМ, полимеризация которого осуществляется при температурах до 2200С, нанесение экранирующего слоя.
Работа АМВУ основана на принципе газодинамического импульса, который создает разрежение газового потока после выхода горючих газов из сопла Лаваля.
Реализация функций АМВУ обеспечивается за счет использования специальных типов распылительных устройств - эжекционных насадок (ЭН). Для нанесения ТКМ разработана насадка со специальным конусным диффузором кольцевого типа, в который отводится часть газодинамического потока с целью снижения скорости потока газов и обеспечения регулируемой температуры и скорости подачи ТКМ в канал ЭН. Также с помощью диффузора обеспечивается защита от повышенного уноса ТКМ посредством создания воздушного экрана вокруг зоны нанесения ТКМ. Отводимый от ЭН горячий поток газа через сопла диффузора поступает в зону нанесения ТКМ для обеспечения необходимого нагрева для полимеризации ТКМ. Регулирование скоростей газового потока производится за счет сменных регулирующих шайб, которые создают в камере смешения различное давление.
Использование АМВУ обеспечивает высокую производительность формирования ТКМ на поверхности оборудования до 40 м2/час. При этом удается обеспечить высокие эксплуатационные характеристики ТКМ (коэффициент теплопроводности ~ 0,08 Вт/(м·К); работоспособность в температурном диапазоне от 0°С до 500°С.
В ходе выполнения ПНИ использовалось современное лабораторное и технологическое оборудование, проведен уникальный комплекс исследований лабораторного образца теплоизоляционного композитного материала.
Проведенный комплекс исследований, а также разработанные теплоизоляционный композитный материал и экспериментальный образец автономной мобильной высокопроизводительной установки соответствует результатам работ, проводимым в странах Европы, Азии и Америки.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
ТКМ, сформированный при помощи экспериментального образца АМВУ, может быть востребован в сфере энергетики и жилищно-коммунального хозяйства, для проведения обмуровочных работ поверхностей нагрева на котельном, турбинном оборудовании, теплообменном оборудовании, а также в других отраслях промышленности, где используются энергетические установки, например, в судостроении, авиастроении, ядерной энергетике, металлургии и т.д.
Полученные результаты направлены на последующую разработку технологических решений по реализации технологии изготовления ТКМ для обмуровки теплоэнергетического оборудования.
Потенциальными объектами коммерциализации являются полученные в ходе выполнения работы патенты и прочие результаты интеллектуальной деятельности, а также лицензионные соглашения.

Текущие результаты проекта:
Определен спектр наиболее перспективных полимерных материалов с низкими теплопроводящими свойствами и высокими механическими характеристиками для создания и исследования теплоизоляционной конструкции.
‒ Проведены теоретические исследования для разработки оптимальной конструкции (состав, толщина слоев, соотношение компонентов) ТКМ.
‒ Разработана методика определения эффективности ТКМ для обмуровки теплоэнергетического оборудования, которая базируется на оценке показателей качества: термодинамическая эффективность, энергоэффективность, работоспособность, экологичность.
‒ Изготовлены образцы и проведены экспериментальные исследования характеристик различных ТКМ, на основании результатов которых определено, что наиболее перспективным покрытием является ТКМ на базе связующего Interpon НТ 500 WN 303.
‒ Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлен экспериментальный образец автономной мобильной высокопроизводительной установки для обмуровки теплоэнергетического оборудования теплоизоляционными композитными материалами. В состав установки входят блок управления, блок запуска, заправочная емкость, емкости для композитных материалов, блок распыления материала на базе двигателя внутреннего сгорания, блок подачи и дозирования материалов. Установка обеспечивает выполнение следующих технологических операций: предварительная подготовка поверхностей (абразивная очистка), нанесение защитного металлического слоя, формирование теплоизоляционного покрытия.
‒ Проведены пуско-наладочные работы экспериментального образца автономной мобильной высокопроизводительной установки. В процессе пуско-наладочных работ установлено, что все характеристики экспериментального образца автономной мобильной высокопроизводительной установки соответствуют требованиям технического задания.
‒ Изготовлен лабораторный образец теплоизоляционного композитного материала толщиной 130 мм. В состав материала входят натрийборосиликатные микросферы 3М К-25 (наполнитель), объемная доля – 70,0%; силиконовая порошковая краска Interpon HT 550 WN303JR (связующее), объемная доля – 25,0%; эмаль термостойкая Церта (упрочняющая добавка), объемная
доля – 5,0%.
‒ Проведены исследования лабораторного образца теплоизоляционного композитного материала. Результаты исследований показали, что все характеристики теплоизоляционной конструкции соответствуют требованиям технического задания, в том числе:
- коэффициент теплопроводности - 0,083 Вт/(м×К);
- работоспособность в температурном диапазоне от 0°С до 500°С;
- адгезия к металлической подложке - 5,21 МПа;
- предел прочности при сжатии при 10%-й деформации - 0,73 МПа;
- предел прочности на изгиб - 0,48 МПа;
- термовлагостойкость - 30 циклов «увлажнение-сушка»;
- альбедо поверхности - 37 ÷ 64%;
- поропроницаемость для СО2 - 585,891 см3×мм/(м2×сут×бар), для О2 -841,488 см3×мм/(м2×сут×бар), для водяного пара 12,182 г×м/(м2×сут×бар);
- вибропрочность - отсутствие повреждений при воздействии вибрации с частотой колебаний 100 Гц, амплитуде перемещения 0,5 мм.
Разработаны предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов ПНИ, вовлечению их в хозяйственный оборот.
Разработан проект технического задания на выполнение ОКР по созданию автономной мобильной высокопроизводительной установки.
Разработан проект технического задания на выполнение ОТР по разработке технологии изготовления тонкопленочных теплоизоляционных композитных материалов для обмуровки теплоэнергетического оборудования.
Проведены маркетинговые исследования с целью изучения перспектив коммерциализации РИД, полученных при выполнении ПНИ.
С целью освещения и популяризации результатов и достижений настоящего ПНИ принято участие в международном форуме «Крым Hi-Tech - 2014», в форуме проектов программ Союзного государства III Форума вузов инженерно-технологического профиля г. Минск 2014г., в 21-ой Международной специализированной выставки-форума «Энергетика 2015» г. Самара, IV Международном форуме ENES 2015.