5.1.2.1 Порошково-вакуумная изоляция

Порошково-вакуумная изоляция на основе аэрогеля, перлита и других порошков широко применяется в резервуарах для хранения продуктов разделения воздуха. Из-за малых размеров пустот и пор в порошковых материалах длина свободного пробега молекул значительно превышает размеры пор при относительно неглубоком вакууме в изоляционной полости. В зависимости от вида и дисперсности порошка перенос тепла за счет теплопроводности газа практически полностью вырождается при давлениях ниже 0.1 Па. Благодаря снижению вакуума смягчаются требования к герметичности изоляционных полостей и чистоте поверхностей, а также применяются более простые средства откачки.

Поддержанию необходимого давления на уровне 10…1 Па в процессе эксплуатации способствуют адсорбционные свойства порошков. Теплопередача в порошково-вакуумной изоляции осуществляется за счет теплопроводности материала частиц и излучением. Для удобства практических расчетов теплопередачи через порошково-вакуумную изоляцию используют, тем не менее, понятие коэффициента кажущейся теплопроводности, т. е. экспериментально замеренную величину, которая является по существу коэффициентом пропорциональности в уравнении теплопроводности. Изолирующее действие порошков трехмерно, что предопределяет эффективную изоляцию различных тепловых мостов-подвесок, опор, подводящих трубопроводов.

Из эксплуатационных свойств порошковых материалов следует отметить их склонность к усадке (особенно в процессе вакуумирования изоляционной полости); иногда объем порошка уменьшается более, чем в два раза. Во время эксплуатации порошки также претерпевают постепенную усадку, но в гораздо меньшей степени. Естественно, что сколько-нибудь значительная усадка порошка недопустима, поскольку она приводит к значительному увеличению теплопритока при оголении холодных частей конструкции. Для устранения усадки порошков применяется виброобработка и засыпка под вакуумом с последующим воздействием атмосферного давления, т. е. пневмоуплотнение. Вибрационное воздействие практически полностью устраняет последующую усадку, но применение этого метода распространяется на относительно некрупное оборудование.

Так как большая часть общего теплового потока через вакуумно-порошковые изоляции приходится на излучение, особенно если теплообмен происходит между поверхностями с комнатной и криогенной температурами, следует ожидать, что повышение качества изоляции возможно при уменьшении каким-либо способом теплопереноса излучением. Это достигается добавлением в вакуумированнные порошки алюминиевой или медной пудры. Применяя оптимальное количество пудры (40…50% по массе), теплопроводность вакуумированных порошков можно уменьшить до 5 раз.

С точки зрения безопасности, медная пудра предпочтительнее алюминиевой, потому что алюминий имеет большую теплоту сгорания при соединении с кислородом. Если алюминиевый отражающий порошок использовать для изоляции резервуара с жидким кислородом, то постоянно будет существовать опасность загорания из-за возможной утечки кислорода в вакуумное пространство. Медные отражающие порошки обеспечивают полную безопасность. Один из недостатков отражающих порошков заключается в том, что при вибрациях может иметь место «слёживаемость» металлической пудры. При скоплении порошка в одном месте возникает «тепловое короткое замыкание» и теплопроводность изоляции возрастает.

Порошково-вакуумная изоляция получили наибольшее распространение в криогенных системах. Из-за достаточно хороших показателей в сочетании с относительно низкими требованиями к вакууму.

В порошок перлита добавляют металлический порошок ( ) из расчёта: 60% массы – перлит, 40% – металлическая пудра. , .