Результат интеллектуальной деятельности: Способ автоклавирования изделий из ячеистого бетона

Изобретение относится к строительной промышленности, а именно к способу производства строительных материалов, и может быть использовано, например, в производстве изделий из ячеистого бетона по автоклавной технологии.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ автоклавирования изделий из ячеистого бетона, включающий в себя загрузку массивов ячеистого бетона в автоклав, задание программы изменения давления в автоклаве, последовательное выполнение технологических операций продувки, вакуумирования, подъема давления, выдержки, спуска давления, измерение давления Р_авт пара и температуры Т_авт пара в автоклаве, автоматическое управление давлением в автоклаве в соответствии с программой, выгрузку готовых изделий из автоклава [http://aac-plant.ru/inf/autoclave]. Принят за прототип.

Недостатком известного способа 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 стабилизации прочностных характеристик изделий из ячеистого бетона, повышении производительности автоклава и сокращении 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 в известном способе автоклавирования, включающим в себя загрузку ячеистого бетона в автоклав, задание программы изменения давления в автоклаве при последовательном выполнении технологических операций продувки, вакуумирования, подъема давления, выдержки, спуска давления, измерения давления Р_авт и температуры Т_авт, автоматического управления давлением в автоклаве в соответствии с программой, выгрузки изделий из автоклава, особенность заключается в том, что автоклав дополнительно снабжают системой автоматического управления, содержащей блок задания величины температуры Т_тб начала формирования тоберморита, блок сравнения температуры Т_авт с Т_тб, блок измерения расхода пара через пароперепускную магистраль, блок вычисления производной расхода пара блок вычисления времени τ₂, в который производная расхода пара меняет знак, блок вычисления времени τ₃ окончания этапа выдержки и задают значение температуры Т_тб начала формирования тоберморита, фиксируют момент времени τ₁ при котором температура Т_авт в автоклаве достигает значения Т_тб, измеряют, начиная с момента времени τ₁, расход пара, через пароперепускную магистраль, вычисляют производную расхода пара по времени и определяют момент времени τ₂, в который производная расхода пара меняет знак, определяют момент времени τ₃=2τ₂-τ₁ окончания этапа выдержки, значение τ₃ вносят в виде коррекции в блок задания давления Р_з(t) в автоклаве в качестве момента времени начала этапа спуска давления. 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 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 через паровпускную магистраль, 7 - пароперепускная магистраль, 8 - пароперепускной клапан, 9 - блок измерения расхода пара 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 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 через пароперепускную магистраль, 18 - блок вычисления производной расхода пара 19 - блок вычисления времени τ₂, 20 - блок вычисления времени τ₃.

Процесс автоклавной обработки осуществляется следующим образом: пар поступает в автоклав через паровпускную магистраль 4, оснащенную задвижкой паровпускной магистрали 5, и блоком измерения расхода пара через паровпускную магистраль 6. Производится подъем давления в автоклаве по заданному блоком задания давлению Р_з(t) 12, замкнутому через блок сравнения давления Р_авт с заданным значением давления Р_з(t), измеряемым блоком измерения давления Р_авт 10. Производится измерение температуры в автоклаве 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. Вследствие появления внутреннего тепловыделения в ячеистом бетоне, во внутренней среде автоклава на этапе выдержки даже при закрытой задвижке паровпускной магистрали 5 температура Т_авт и давление Р_авт в автоклаве продолжают расти. Производится перепуск избыточного пара через пароперепускную магистраль 7, на которую установлен пароперепускной клапан 8, оснащенный блоком измерения расхода пара через пароперепускную магистраль 9. Производится измерение расхода пара _. Для коррекции времени t_в окончания этапа выдержки производится вычисление производной расхода пара блоком вычисления производной расхода пара 18, вычисление 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.

Способ автоклавирования изделий из ячеистого бетона осуществляют следующим образом: блоком задания давления Р_з(t) 12 формируют 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 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 . Производится измерение расхода пара , удаляемого из автоклава блоком измерения расхода пара через пароперепускную магистраль 9. Соответствующий расходу пара сигнал с блока измерения расхода пара 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 с Р_з(t) 13, регулятор 14, блок задания величины температуры Т_тб 16, блок сравнения температуры Т_авт с Т_тб 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 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 через пароперепускную магистраль 9 устанавливается непосредственно перед пароперепускным клапаном 8 на вводе пароперепускной магистрали 7 в автоклав.

С применением заявленного способа становится возможным оперативное регулирование длительности этапа выдержки ячеистого бетона в автоклаве путем автоматического определения устройством коррекции времени окончания технологического этапа выдержки исходя из оценки динамики Ф_тв внутреннего тепловыделения при образовании гидросиликатов в форме тоберморита в структуре автоклавируемого ячеистого бетона, создавая условия для стабилизации прочности готовых изделий.

Источники информации

1. Автоклавная обработка изделий из ячеистого бетона: // URL: http://aac-plant.ru/inf/autoclave

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/