УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВСПЕНЕННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
APPARATUS FOR PRODUCING EXPANDED BUILDING MATERIALS

Настоящее изобретение относится к устройству для изготовления вспененных строительных материалов, включающему в себя узел подачи газа, предназначенный для подачи газа в устройство, узел подачи суспензии, предназначенный для подачи суспензии в устройство, и смесительную камеру, предназначенную для смешивания газа, поступающего из узла подачи газа, и суспензии, поступающей из узла подачи суспензии, с получением дисперсии.
Автор настоящего изобретения уже много лет осуществляет разработку и реализацию устройств для изготовления вспененных строительных материалов. При этом обнаружилось, что установка, отрегулированная, например, в помещениях автора изобретения в соответствии с отвечающими требованиям клиента заданными величинами, которые обеспечивают желаемый результат, у клиента на удаленной площадке, однако, может давать отличные от него результаты без изменения введенных величин.
Подобная проблема может возникать на одном и том же месте расположения устройства, например, когда изменяются условия окружающей среды в производственном цехе и/или условия хранения смешиваемых компонентов.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для изготовления вспененных строительных материалов, которое, несмотря на изменяющиеся условия окружающей среды и/или условия на входе, может давать постоянный конечный результат.
Для решения поставленной задачи предоставляется устройство указанного выше типа, при этом, устройство дополнительно включает узел управления и/или регулирования, имеющий средство ввода величин множества входных параметров, на основании которых может быть сделан вывод, по меньшей мере, о температуре дисперсии и давлении воздуха в окружении устройства, при этом, узел управления и/или регулирования также предназначен для того, чтобы на основании введенной в него величины входного параметра воздействовать, по меньшей мере, на один выходной параметр, посредством чего может быть установлена пропорция подаваемого за единицу времени объема и/или массы и/или плотности газа и суспензии.
Автором настоящего изобретения обнаружено, с одной стороны, что результат работы устройства для изготовления вспененных строительных материалов в значительной степени зависит от объемного расхода и скорее второстепенным образом - от массового расхода. И чтобы иметь возможность в изменяющихся условиях окружающей среды, соответственно, при изменяющихся входных параметрах подлежащих смешиванию компонентов обеспечить стандартный объемный расход каждого компонента, нужно определять и компенсировать соответствующие последствия изменения условий окружающей среды, соответственно, условий на входе для функционирования устройства для изготовления вспененных строительных материалов.
Однако, в качестве альтернативы или дополнительно регулированию подаваемого объема, например, при применении установленного заданного объема, регулирование подаваемой массы и/или плотности газа и суспензии, которые могут быть пересчитаны в заданную величину подлежащего регулированию массового расхода или заданную величину плотности, может дать желаемый эффект.
С другой стороны, автором настоящего изобретения обнаружено, что только измерение, например, температуры и давления воздуха подлежащих смешиванию компонентов не ведет к поддержанию производственного результата при изменяющихся условиях окружающей среды, соответственно, условиях на входе. Автором изобретения обнаружено, что во время смешивания компонентов в смесительной камере в смесь компонентов (также именуемая «дисперсией») может быть введена энергия, которая также может зависеть от условий окружающей среды, соответственно, условий на входе и которая в устройствах известного уровня техники не принимается во внимание.
Только комбинация определения давления воздуха, которое, в частности, влияет на газ до и после смешивания, и определения температуры дисперсии делает возможным надежно компенсировать изменяющиеся условия окружающей среды и/или входные параметры смешиваемых компонентов.
Разумеется, настоящее изобретение применимо как к устройствам с непрерывным режимом работы, так и к периодическим, например, работающим в импульсном режиме. Например, в таких устройствах дозирование газа может быть непрерывным или периодическим.
«Смешивание» в смесительной камере может быть проведено, например, путем барботажа, перемешивания, встряхивания, пересыпания, аккуратного вмешивания и/или выделения газа.
Предпочтительно, может быть предусмотрено наличие средств определения температуры дисперсии в той области, где дисперсия выходит из смесительной камеры и/или где дисперсия выходит из соединенного со смесительной камерой узла подачи. Здесь необходимо указать, что выражение «в области» означает, что температура дисперсии может быть определена непосредственно после смешивания подлежащих смешиванию компонентов, то есть, еще в смесительной камере, и вплоть до выхода из смесительной камеры, при этом, возможно измерение как еще в смесительной камере, так и вне смесительной камеры. В том случае, когда выход из смесительной камеры соединен с узлом подачи, таким как, например, труба или шланг, определение также может осуществляться только на одном конце этого узла подачи, при этом, также возможно определение как внутри узла подачи, так и вне узла подачи.
В одном из усовершенствованных вариантов настоящего изобретения устройство может дополнительно включать узел генерирования пены, расположенный до смесительной камеры и предназначенный для смешивания газа, подаваемого из узла подачи газа, с жидкостью, вследствие чего образуется пена. Затем, в смесительной камере пена может быть перемешана с подлежащей смешиванию суспензией, вследствие чего возникает вспененная дисперсия. Пена может быть основана, по меньшей мере, на одном из следующего: на ферментах (энзимах), поверхностно-активных веществах или яичном белке. Благодаря применению узла генерирования пены может быть гарантировано, что перемешивание газа и суспензии осуществляется равномерно и с и обеспечено заданное количество газа, включенного в дисперсию.
Смесительная камера может быть герметизирована относительно окружающей среды. Под «герметизацией» в настоящем контексте понимается, что в смесительную камеру поступают только подлежащие смешиванию компоненты, например, как указано выше, суспензия и газ, соответственно, пена. Таким образом может быть предотвращен приток в камеру окружающего воздуха, как в случае открытых камер. Благодаря этому можно гарантировать, что имеющий место в смесительной камере процесс может происходить без влияния со стороны окружающей смесительную камеру среды.
Например, смесительная камера может быть установлена в месте, в котором сходятся элементы трубопроводов, подводящих суспензию, соответственно, газ/пену.
Перемешивающий элемент, установленный в смесительной камере и предназначенный для смешивания подлежащих смешиванию компонентов, может быть установлен так, что материальный поток обоих компонентов и/или дисперсии остается постоянным, то есть, не оказывает влияния на его объемный расход.
Предпочтительно, средства ввода величин множества параметров включают в себя, по меньшей мере, один датчик температуры и/или один датчик давления воздуха. Благодаря наличию датчиков определение температуры и/или давления воздуха может быть автоматизировано. Если раньше пользователь устройства для изготовления вспененных материалов должен был вручную вводить величины, на основании которых может быть установлена, по меньшей мере, температура дисперсии и/или давление воздуха в среде вокруг устройства, например, при помощи клавиатуры узла управления и/или регулирования, то теперь узел управления и/или регулирования может получить эти величины непосредственно от датчиков. Кроме этого, наличие датчика температуры и/или датчика давления делает возможным непосредственное определение температуры и/или давления вместо использования величин, на основании которых может быть сделан вывод о температуре и/или давлении воздуха.
Кроме этого, устройство может включать в себя, по меньшей мере, один дополнительный датчик температуры, предназначенный для определения температуры суспензии, поступающей из узла подачи суспензии, и/или газа, поступающего из узла подачи газа, и/или пены, поступающей в смесительную камеру из узла генерирования пены. Благодаря определению температуры основных сред, подлежащих перемешиванию в смесительной камере, то есть, суспензии и газа, соответственно, пены, возможно установить соответствующую заданную температуру и за счет использования соответствующих устройств осуществлять темперирование, то есть нагревание или охлаждение, компонентов до входа в смесительную камеру так, чтобы основные среды поступали в смесительную камеру уже с предварительно заданной температурой.
В одном из вариантов усовершенствования настоящего изобретения устройство может дополнительно включать блок памяти, соединенный соответственно режиму с узлом управления и/или регулирования, который предназначен для введения в узел управления и/или регулирования, по меньшей мере, одной величины из предварительно определенной температуры дисперсии и/или предварительно определенной температуры газа и/или предварительно определенной температуры суспензии и/или предварительно определенного давления воздуха. Таким образом, узел управления и/или регулирования может быть обеспечен референсными величинами, на основании которых узел управления и/или регулирования может автоматически выполнять регулирование устройства, например, объемного расхода одного из подлежащих смешиванию компонентов.
Кроме этого, устройство может включать в себя, по меньшей мере, один дополнительный датчик давления, предназначенный для определения системного давления в ходе подачи газа и/или давления в пространстве выгрузки вспененной дисперсии. Под «системным давлением в ходе подачи газа» понимается давление в смесительной камере при перемешивании суспензии с газом, соответственно, пеной. Под «давлением в пространстве выгрузки вспененной дисперсии» понимается давление в пространстве, в которое вспененная дисперсия выходит из устройства для изготовления вспененных строительных материалов, например, чтобы отверждаться там. При этом, пространство выгрузки может быть изолировано или герметизировано относительно окружающей среды вокруг пространства выгрузки или находиться с окружающей средой в соединении по текучей среде.
Кроме этого, устройство может включать в себя, по меньшей мере, один датчик массового расхода, в частности, калориметрический расходомер, предназначенный для определения массового расхода подаваемого газа и/или массового расхода дисперсии и/или массового расхода суспензии и/или массового расхода подаваемой жидкости и/или массового расхода подаваемой пены. На основании измеренного расхода, например, в комбинации с определенной температурой и/или известной газовой постоянной может быть вычислен объемный расход соответствующей среды, и тогда непосредственное определение объемного расходе не требуется. Определение массового расхода и применение надлежащих для этого элементов может иметь преимущество с точки зрения размещения, соответственно, конструктивного пространства этих элементов в устройстве для изготовления вспененных строительных материалов или в отношении стоимости.
В качестве альтернативы или дополнительно, устройство также может включать в себя, по меньшей мере, один датчик объемного расхода, предназначенный для определения объемного расхода подаваемого газа и/или объемного расхода дисперсии и/или объемного расхода суспензии и/или объемного расхода подаваемой жидкости и/или объемного расхода подаваемой пены. Таким образом соответствующий объемный расход может быть определен непосредственно, без необходимости устанавливать его на основании, по меньшей мере, одного другого свойства соответствующей среды.
При этом, датчик объемного расхода может включать в себя один из следующих: датчик с крыльчаткой, вихревой расходомер, поплавковый расходомер и калориметрический расходомер.
В одном другом аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления вспененных строительных материалов, включающему в себя этапы:
предоставление суспензии при помощи узла подачи суспензии,
предоставление газа при помощи узла подачи газа, и
смешивание суспензии и газа в смесительной камере с получением дисперсии,
отличающийся тем, что способ дополнительно включает следующие этапы:
определение температуры дисперсии,
определение давления окружающего воздуха,
передачу определенной температуры дисперсии и определенного давления окружающего воздуха в узел управления и/или регулирования,
установку, по меньшей мере, одного из объемного расхода газа, массы газа, температуры газа, давления газа, объемного расхода суспензии, массы (m) суспензии и плотности суспензии при помощи узла управления и/или регулирования на основании определенной температуры дисперсии и определенного давления окружающего воздуха.
При этом, нужно обратить внимание, что все признаки и преимущества описанного выше устройства для изготовления вспененных строительных материалов также применимы к способу изготовления вспененных строительных материалов и наоборот.
Способ может дополнительно включать в себя этапы:
предоставление по меньшей мере одной референсной величины из блока памяти в узел управления и/или регулирования,
причем референсная величина указывает, по меньшей мере, одно из следующего: температуру и/или давление и/или объемный расход дисперсии и/или температуру и/или давление и/или объемный расход газа и/или температуру и/или давление и/или объемный расход суспензии
сравнение текущей определенной величины с соответствующей референсной величиной и
установку связанного с этой величиной приспособление и/или узла и/или устройства таким образом, чтобы текущая величина приближалась к соответствующей референсной величине.
Как уже упоминалось выше в отношении устройства для изготовления вспененных строительных материалов, благодаря предоставлению референсной величины становится возможным автоматическое регулирование производственного процесса на основании предварительно заданных и установленных посредством соответствующей референсной величины параметров. Хранение параметров, таких как указанная референсная величина, соответственно, множество референсных величин, может, например, также выполняться автоматически, и способ или устройство для изготовления вспененных строительных материалов на предварительно заданном промежутке времени может эксплуатироваться без адаптации соответствующих входных данных. Кроме этого, в качестве соответствующих референсных величин могут сохранены установленные (настроенные) в последний раз входные параметры, которые были установлены перед отключением устройства.
Конечно, соответствующая референсная величина и/или соответствующая текущая величина перед этапом сравнения может быть нормирована на основании предварительно заданных стандартных условий. Чтобы иметь возможность сравнить величину, которая была установлена при первых условиях окружающей среды, соответственно, условиях на входе, с величиной, которая была установлена при вторых, отличных от первых, условиях окружающей среды, соответственно, условиях на входе, может потребоваться нормирование первой величины и/или второй величины на предварительно заданные стандартные условия. При этом возможно, что в качестве основы для стандартных условий могут быть использованы либо задающие первую величину условия, либо задающие вторую величину условия, либо условия, отличные от задающих первую, соответственно, вторую величину условий. В частности, стандартные условия включают в себя предварительно заданную температуру и предварительно заданное абсолютное давление воздуха, на основании которых нормируют соответствующие величины.
Среди специалистов традиционно установилось, что данные объема при нормальных (стандартных) условиях выражают в нормальных литрах при 0°С и абсолютном давлении воздуха 1013,25 мбар. Это соответствует, например, также стандарту DIN 1343.
Общеизвестно, что изменение температуры или изменение давления воздуха влияет на объем газообразных сред значительно сильнее, чем на объем жидких сред. Поэтому упомянутые выше стандартные условия при 0°С и при абсолютном давлении воздуха 1013,25 мбар следует применять, в частности, к газообразным средам. В отношении жидкостей среди специалистов принято нормирование как на 0°С, так и на 20°С.
Далее настоящее изобретение более подробно описано на примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
Фиг.1 – схематичная структура первого варианта осуществления соответствующего изобретению устройства для изготовления вспененных строительных материалов;
Фиг.2 – схематичная структура второго варианта осуществления соответствующего изобретению устройства для изготовления вспененных строительных материалов.
Схематично показанное на фиг.1 устройство для изготовления вспененных строительных материалов в целом обозначено позицией 10.
На входе 12 газа в устройство 10 подают газ, например, сжатый воздух. После входа 12 газа имеется дозирующее устройство 14, например, клапан, при помощи которого можно регулировать количество подаваемого газа. Затем газ проходит через измеритель 18, предназначенный для определения объемного расхода Q газа. Конечно, сначала газ может проходить через измеритель 16, а затем через дозирующее устройство 14. После этого газ поступает в смесительную камеру 18.
На входе 20 суспензии в устройство 10 подают суспензию. В представленном на фиг.1 примере осуществления суспензию подают в устройство 10 при помощи дозирующего насоса 22. После дозирующего насоса 22 суспензия, проходя через измеритель 24, предназначенный для определения объемного расхода Q суспензии, а также, в виде опции, плотности p суспензии, поступает в смесительную камеру 18. При этом, в качестве альтернативы, измеритель 24 может быть расположен до дозирующего насоса 22.
В представленном примере осуществления устройство 10 дополнительно включает в себя вход 26 пенообразователя, через который в устройство 10 поступает пенообразователь. Пенообразователь сначала проходит через дозирующее устройство 28, например, регулировочный клапан, а затем через измеритель 30, предназначенный для определения объемного расхода Q пенообразователя. После этого пенообразователь поступает в смесительную камеру 18.
В смесительной камере 18 размещен не показанный на схеме смесительный элемент, который может предназначаться как для образования пены из пенообразователя и газа, так и для получения дисперсии из пенообразователя/газа, соответственно, пены и суспензии. Дисперсию отводят из смесительной камеры 18 через выход 32 смесительной камеры 18, при этом, измеритель 34 температуры предназначен для определения температуры Т выходящей из смесительной камеры 18 дисперсии.
После измерителя 34 температуры дисперсия, которая представляет собой, например, минеральную пену, в зависимости от специфического для клиента расположение устройства 10 транспортируется дальше, при этом, дисперсия, разумеется, характеризуется плотностью р и объемным расходом Q.
Определяемые измерителями 16, 24, 30, 34 величины передаются в узел 36 управления и/или регулирования. Кроме этого, измеритель 38 давления воздуха определяет давление Р воздуха в окружении устройства 10 и передает его в узел 36 управления и/или регулирования. Узел 36 управления и/или регулирования, например, на основании референсных величин, то есть, например, заданных величин плотности р дисперсии, плотности р пены, объемного расхода Q дисперсии и/или концентрации С пенообразователя, которая может измеряться, например, в процентах или килограммах на кубический метр, может осуществлять управление соответствующими дозирующими устройствами 14, 22, 28 с целью приближения имеющегося результата к заданному результату. Референсные величины, при этом, могут храниться в блоке 40 памяти, соединенном соответственно режиму с узлом 36 управления и/или регулирования.
При помощи показанного на фиг.1 устройства 10, независимо от давления воздуха в окружающей устройство 10 среде или параметров подлежащих смешиванию компонентов, возможно изготовление дисперсии, характеризующейся предварительно определенной плотностью р и предварительно определенным объемным расходом Q благодаря соответствующему изобретению регулированию.
На фиг.2 показан второй вариант осуществления соответствующего изобретению устройства, которое в целом обозначено позицией 110. В сущности, устройство 110 основано на устройстве 10, показанном на фиг.1. Поэтому, подобные устройству 10 элементы устройства 110 обозначены теми же позициями, но увеличенными на 100. В этом отношении в явном виде указывается, что все признаки и преимущества устройства 10 применимы к устройству 110, и наоборот. Поэтому далее описаны только отличия устройства 110 от устройства 10.
Помимо имеющихся в устройстве 10 элементов, устройство 110 дополнительно включает в себя вход 142 воды, через который в устройство 110 подают воду. Подаваемая в устройство 110 вода протекает через соответствующие дозирующее устройство 144 и измеритель 146, предназначенный для определения объемного расхода Q воды. Вода вместе с пенообразователем и газом (см. описание устройства 10) поступает в пеногенератор 148, в котором воду, пенообразователь и газ перемешивают с получением пены.
Получаемую в пеногенераторе 148 пену затем подают в смесительную камеру 118.
Вместо входа 20 суспензии устройства 10 устройство 110 снабжено отделенными друг от друга входом 150 воды для затворения, входом 152 вяжущего средства, входом 154 наполнителя и входом 156 добавок. Вода для затворения, поступающая в устройство 110 через вход 150 воды для затворения, проходит через дозирующее устройство 158 воды для затворения, вяжущее средство, поступающее в устройство 110 через вход 152 вяжущего средства, проходит через дозирующее устройство 160 вяжущего средства, наполнитель, поступающий в устройство 110 через вход 154 наполнителя, проходит через дозирующее устройство 162 наполнителя, и добавка, поступающая в устройство 110 через вход 156 добавок, проходит через дозирующее устройство 164 добавки.
Затем, вода для затворения, вяжущее средство, наполнитель и добавка поступают в мешалку 166 суспензии, предназначенную для приготовления суспензии из воды для затворения, вяжущего средства, наполнителя и добавки. При этом, устройство, соответственно, мешалка 166 суспензии может включать в себя, по меньшей мере, одно взвешивающее устройство 168, предназначенное для определения массы m воды для затворения и/или массы m вяжущего средства и/или массы m наполнителя и/или массы m добавки. Взвешивающее устройство 168 может передавать полученную величину в узел 170 управления и/или регулирования мешалки 166 суспензии, где имеется, например, заданная величина массы m воды для затворения и/или массы m вяжущего средства и/или массы m наполнителя и/или массы m добавки, на основании которых может осуществляться управление дозирующими устройствами 158, 160, 162, 164 с целью приведения имеющейся величины в соответствие с записанной заданной величиной.
Суспензию, полученную в мешалке 166 суспензии, направляют в буферный резервуар 172, где может осуществляться промежуточное хранение полученной суспензии.
При помощи такого же, как в устройстве 10, дозирующего насоса 122 суспензию направляют через измеритель 124, также известный из устройства 10, в смесительную камеру 118. В смесительной камере 188 пену смешивают с суспензией так же, как описано в отношении фиг.1, с получением дисперсии, температуру Т которой определяют при помощи измерителя 134 температуры.
В отличие от узла 36 управления и/или регулирования устройства 10, узел 136 управления и/или регулирования устройства 110 дополнительно определяет в качестве входного параметра объемный расход Q воды, поступающей в устройство 110 через вход 142 воды. Соответственно, узел 136 управления и/или регулирования также предназначен для управления дозирующим устройством 144 для поступающей в устройство 110 воды и, таким образом, регулирования количества поступающей в устройство 110 воды.