Результат интеллектуальной деятельности: Автоклав для производства изделий из ячеистого бетона

Изобретение относится к устройствам для производства строительных материалов, в частности, для производства изделий из ячеистого бетона по автоклавной технологии.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков, устройством того же назначения, является устройство автоклава, включающего стальной корпус, крышку автоклава, паровпускную магистраль, паровыпускную магистраль, пароперепускную магистраль, конденсационную магистраль, задатчик давления в автоклаве, сигнал с которого подается на устройство сравнения, где сигнал задания сравнивается с сигналом обратной связи, подаваемого с датчика давления в автоклаве, производится наблюдение за температурой в автоклаве при помощи датчика температуры в автоклаве, и измерение расхода пара через паровпускную магистраль [https://arxipedia.ru/cilikatnyj-kirpich/ustrojstvo-avtoklava.html]. Принят за прототип.

Недостатком известного устройства является то, что в процессе автоклавной обработки изделий из ячеистого бетона не предусмотрена коррекция продолжительности этапа выдержки ячеистого бетона в автоклаве, что в свою очередь ведет к разбросу прочностных характеристик готовых изделий из ячеистого бетона. Это обусловлено нестационарностью мощности и времени внутреннего тепловыделения в ячеистом бетоне при формировании в его структуре гидросиликатов в форме тоберморита и ксонотлита. Кроме того, на этапе выдержки наблюдается нестабильность фазовых переходов тоберморит <-> ксонотлит. Этот процесс активно проявляется после окончания формирования тоберморита и сопровождается появлением свободной воды в порах массивов ячеистого бетона. Кроме того, увеличение длительности этапа выдержки вызывает значительное снижение производительности, увеличение энергозатрат на технологический процесс автоклавной обработки.

Сущность изобретения заключается в усовершенствовании автоклава для производства изделий из ячеистого бетона, обеспечивающего стабилизацию прочностных характеристик изделий из ячеистого бетона, повышение производительности автоклава и сокращение энергозатрат на производство изделий из ячеистого бетона по автоклавной технологии. Выполнение этих условий возможно осуществить путем коррекции времени окончания этапа выдержки ячеистого бетона в автоклаве на основании диагностики продолжительности внутреннего тепловыделения в ячеистом бетоне в процессе его автоклавной обработки.

Технический результат - повышение производительности автоклава, сокращение энергозатрат на производство изделий из ячеистого бетона и стабилизация прочности готовых изделий.

Технический результат достигается тем, что известное устройство автоклава для производства изделий из ячеистого бетона, включающее стальной корпус, крышку автоклава, паровпускную магистраль, паровыпускную магистраль, пароперепускную магистраль, задвижки магистралей, блок задания давления Р_з(t) в автоклаве, блок измерения давления Р_авт в автоклаве, блок сравнения давления Р_авт с Р_з(t), блок регулятора, блок измерения температуры Т_авт в автоклаве, блок измерения расхода пара g_п через паровпускную магистраль, дополнительно снабжено системой автоматического управления, содержащей блок задания величины температуры Т_тб начала формирования тоберморита, блок сравнения температуры Т_авт в автоклаве и температуры Т_тб начала формирования тоберморита, блок измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль, блок вычисления производной расхода пара блок вычисления момента времени τ₂, в который производная расхода пара меняет знак, блок вычисления времени τ₃ окончания этапа выдержки, причем блок сравнения температуры Т_авт с Т_тб имеет два входа, первый вход соединен с выходом блока задания величины температуры Т_тб, второй вход соединен с выходом блока измерения температуры Т_авт в автоклаве, выход блока сравнения температуры Т_авт с Т_тб соединен с первым входом блока вычисления производной расхода пара второй вход блока вычисления производной расхода пара соединен с выходом блока измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль, выход блока вычисления производной расхода пара соединен со входом блока вычисления времени τ₂, выход блока вычисления времени τ₂ соединен со входом блока вычисления времени τ₃, выход блока вычисления времени τ₃ соединен со входом блока задания давления Р_з(t) в автоклаве.

Изобретение поясняется чертежами, где представлен общий вид автоклавного участка, график изменения давления в автоклаве с коррекцией времени окончания этапа выдержки ячеистого бетона в автоклаве и функциональная схема системы автоматического управления процессом автоклавной обработки с устройством коррекции времени окончания этапа выдержки ячеистого бетона в автоклаве.

На фиг. 1 представлен общий вид автоклавного участка, где использованы следующие обозначения: 1 - корпус автоклава, 2 - крышка автоклава, 3 - ячеистый бетон, 4 - паровпускная магистраль, 5 - задвижка паровпускной магистрали, 6 - блок измерения расхода пара g_п через паровпускную магистраль, 7 - пароперепускная магистраль, 8 пароперепускной клапан, 9 - блок измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль, 10 - блок измерения давления Р_авт, 11 - блок измерения температуры Т_авт.

На фиг. 2 изображен график изменения давления Р_авт с коррекцией времени t_в окончания этапа выдержки по продолжительности внутреннего тепловыделения τ₃ в ячеистом бетоне, определяемой через величину расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль по времени τ₁ достижения температуры Т_авт величины температуры Т_тб начала формирования тоберморита, и времени τ₂, в который производная расхода пара меняет знак.

На фиг. 3 показана функциональная схема системы автоматического управления процессом автоклавной обработки с устройством коррекции времени окончания этапа выдержки ячеистого бетона в автоклаве, включающая: 12 - блок задания давления Р_з(t), 13 - блок сравнения давления Р_авт с Р_з(t), 14 - регулятор, 5 - задвижка паровпускной магистрали, 15 - внутренняя среда автоклава, 10 - блок измерения давления Р_авт, 11 - блок измерения температуры Т_авт, 16 - блок задания величины температуры Т_тб, 17 - блок сравнения температуры Т_авт с Т_тб, 9 - блок измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль, 18 - блок вычисления производной расхода пара 19 - блок вычисления времени τ₂, 20 - блок вычисления времени τ₃.

Автоклав для производства изделий из ячеистого бетона состоит из корпуса автоклава 1, крышки автоклава 2, в автоклав помещается ячеистый бетон 3, к корпусу подведена паровпускная магистраль 4, на которую установлена задвижка паровпускной магистрали 5, управляемая регулятором 14, и оснащенная блоком измерения расхода пара g_п через паровпускную магистраль 6, и пароперепускная магистраль 7, на которую установлен пароперепускной клапан 8, оснащенный блоком измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль 9. Подъем давления в автоклаве осуществляется по заданному блоком задания давлению Р_з(t) 12, замкнутому через блок сравнения давления Р_авт с Р_з(t) 13 с заданным значением давления Р_з(t), измеряемым блоком измерения давления Р_авт 10. Измерение температуры в автоклаве производится блоком измерения температуры Т_авт 11 (может быть использовано несколько датчиков температуры, установленных в верхней и нижней части автоклава по всей длине корпуса). При нагреве ячеистого бетона 3 до температуры Т_тб, в нем начинается образование гидросиликатов в форме тоберморита, сопровождающееся выделением тепла с величиной теплового потока Ф_тв, действующей на внутреннюю среду автоклава 15, при этом перепуск избыточного пара на этапе выдержки при появлении внутреннего тепловыделения в ячеистом бетоне 3 осуществляется через пароперепускной клапана 8, расход пара g_пп через пароперепускную магистраль 7 измеряется блоком измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль 9. Для коррекции времени t_в окончания этапа выдержки производится вычисление производной расхода пара блоком вычисления производной расхода пара 18, вычисление момента времени τ₂, в который производная расхода пара меняет знак - блоком вычисления времени τ₂ 19, вычисление времени τ₃ окончания этапа выдержки - блоком вычисления времени τ₃ 20. Значение времени τ₃ вводится в виде коррекции в блок задания давления Р_з(t) 12, начиная с которого производится спуск давления в автоклаве.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

Устройство работает следующим образом: блоком задания давления Р_з(t) 12 формируется сигнал, который поступает на вход блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t) 13, где сравнивается с показаниями блока измерения давления Р_авт 10. Сигнал ошибки с выхода блока измерения давления Р_авт 10 поступает на вход регулятора 14, который на своем выходе формирует сигнал α_задв, соответствующий углу открытия задвижки паровпускной магистрали 5, которая формирует величину расхода пара g_п через пароперепускную магистраль 7, подаваемого во внутреннюю среду автоклава 15. Подаваемый пар создает в автоклаве условия, необходимые для формирования в ячеистом бетоне 3 гидросиликатов в форме тоберморита, синтез которых определяет конечную прочность R_м готовых изделий, и сопровождается внутренним тепловыделением в ячеистом бетоне 3 с величиной теплового потока Ф_тв при достижении ячеистым бетоном 3 температуры начала формирования тоберморита Т_тб. Величина Т_тб задается через блок задания величины температуры Т_тб 16. Значения текущей температуры Т_авт и заданной величины Т_тб подаются на блок сравнения температуры Т_авт с Т_тб 17. При достижении в автоклаве температуры Т_авт≥Т_тб регистрируется момент времени τ₁, соответствующий времени начала реакции образования тоберморита в структуре ячеистого бетона 3, и подается на первый вход блока вычисления производной расхода пара 18. Наличие такого возмущения вызывает повышение температуры Т_авт, регистрируемой блоком измерения температуры Т_авт 11, и, как следствие, давления Р_авт. Этап выдержки начинается при достижении заданного значения давления Р_авт, после чего осуществляется закрытие задвижки паровпускной магистрали 5. Дальнейшее увеличение температуры и давления в автоклаве происходит только за счет теплового Ф_тв от потока внутреннего тепловыделения в ячеистом бетоне 3. При достижении в автоклаве величины давления P_min≥Р_авт≥P_max, где P_min и P_max - допустимые значения отклонений по давлению на этапе выдержки, происходит перепуск пара из автоклава через пароперепускную магистраль 7 с расходом пара g_пп. Производится измерение расхода пара g_пп, удаляемого из автоклава блоком измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль 9. Соответствующий расходу пара g_пп сигнал с блока измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль 9 подается на второй вход блока вычисления производной расхода пара 18, в котором производится вычисление знака производной расхода пара Выход блока вычисления производной расхода пара 18 соединяется со входом блока вычисления времени τ₂ 19, в который производная расхода пара меняет знак. Результат вычислений поступает на вход блока вычисления времени τ₃ 20, где производится расчет времени τ₃=2τ₂-τ₁ длительности процесса тепловыделения в ячеистом бетоне 3. Значение времени τ₃ вводится в виде коррекции в блок задания давления Р_з(t) 12, начиная с которого производится спуск давления в автоклаве.

Элементы системы автоматического управления - блок задания давления Р_з(t) 12, блок сравнения давления Р_авт 13, регулятор 14, блок задания величины температуры Т_тб 16, блок сравнения температуры Т_авт 17, блок вычисления производной расхода пара 18, блок вычисления времени τ₂ 19, блок вычисления времени τ₃ 20 выполнены, например, программно, например, на базе микроконтроллера SIMATIC S7-300 [2]. В качестве блока измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль 9 может быть использован счетчик пара СВП-160 [3]. Элементы автоматической системы управления монтируются в шкаф управления. В шкаф заводятся линии электроснабжения и управления (в том числе линии подключения датчиков). Блок измерения расхода пара g_пп через пароперепускную магистраль 9 устанавливается непосредственно перед пароперепускным клапаном 8 на вводе пароперепускной магистрали 7 в автоклав.

Заявленное изобретение позволяет автоматически оперативно регулировать время окончания этапа выдержки в процессе автоклавной обработки изделий из ячеистого бетона.

Использование заявленного устройства позволяет регулировать длительность этапа выдержки ячеистого бетона в автоклаве путем автоматического определения устройством коррекции времени окончания технологического этапа выдержки исходя из оценки динамики теплового потока Ф_тв от внутреннего тепловыделения при образовании гидросиликатов в форме тоберморита в структуре автоклавируемого ячеистого бетона, создавая условия для стабилизации прочности готовых изделий.

Источники информации:

1. Устройство автоклава: // URL: https://arxipedia.ru/cilikatnyj-kirpich/ustrojstvo-avtoklava.html

2. ООО «Промэнерго Автоматика»: // URL: https://www.siemens-pro.ru/components/s7-300.htm

3. ООО «УК «Группа ГМС»: // URL: https://sibna.ru/catalog/schetchiki-i-raskhodomery/schetchik-para-svp/