Автоклав для производства изделий из ячеистого бетона
AUTOCLAVE FOR PRODUCING ARTICLES FROM FOAMED CONCRETE

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.
з
авт
авт
з
авт
п
тб
авт
тб
пп
2
3
авт
тб
тб
авт
авт
тб
пп
2
2
3
3
з
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(t) в автоклаве, блок измерения давления Р в автоклаве, блок сравнения давления Р с Р(t), блок регулятора, блок измерения температуры Т в автоклаве, блок измерения расхода пара g через паровпускную магистраль, дополнительно снабжено системой автоматического управления, содержащей блок задания величины температуры Т начала формирования тоберморита, блок сравнения температуры Т в автоклаве и температуры Т начала формирования тоберморита, блок измерения расхода пара g через пароперепускную магистраль, блок вычисления производной расхода пара  блок вычисления момента времени τ, в который производная расхода пара  меняет знак, блок вычисления времени τ окончания этапа выдержки, причем блок сравнения температуры Т с Т имеет два входа, первый вход соединен с выходом блока задания величины температуры Т, второй вход соединен с выходом блока измерения температуры Т в автоклаве, выход блока сравнения температуры Т с Т соединен с первым входом блока вычисления производной расхода пара  второй вход блока вычисления производной расхода пара  соединен с выходом блока измерения расхода пара g через пароперепускную магистраль, выход блока вычисления производной расхода пара  соединен со входом блока вычисления времени τ, выход блока вычисления времени τ соединен со входом блока вычисления времени τ, выход блока вычисления времени τ соединен со входом блока задания давления Р(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.
п
пп
авт
авт
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 через паровпускную магистраль, 7 - пароперепускная магистраль, 8 пароперепускной клапан, 9 - блок измерения расхода пара g через пароперепускную магистраль, 10 - блок измерения давления Р, 11 - блок измерения температуры Т.
авт
в
3
пп
1
авт
тб
2
На фиг. 2 изображен график изменения давления Р с коррекцией времени t окончания этапа выдержки по продолжительности внутреннего тепловыделения τ в ячеистом бетоне, определяемой через величину расхода пара g через пароперепускную магистраль по времени τ достижения температуры Т величины температуры Т начала формирования тоберморита, и времени τ, в который производная расхода пара  меняет знак.
з
авт
з
авт
авт
тб
авт
тб
пп
2
3
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(t), 13 - блок сравнения давления Р с Р(t), 14 - регулятор, 5 - задвижка паровпускной магистрали, 15 - внутренняя среда автоклава, 10 - блок измерения давления Р, 11 - блок измерения температуры Т, 16 - блок задания величины температуры Т, 17 - блок сравнения температуры Т с Т, 9 - блок измерения расхода пара g через пароперепускную магистраль, 18 - блок вычисления производной расхода пара  19 - блок вычисления времени τ, 20 - блок вычисления времени τ.
п
пп
з
авт
з
з
авт
авт
тб
тв
пп
пп
в
2
2
3
3
3
з
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 через паровпускную магистраль 6, и пароперепускная магистраль 7, на которую установлен пароперепускной клапан 8, оснащенный блоком измерения расхода пара g через пароперепускную магистраль 9. Подъем давления в автоклаве осуществляется по заданному блоком задания давлению Р(t) 12, замкнутому через блок сравнения давления Р с Р(t) 13 с заданным значением давления Р(t), измеряемым блоком измерения давления Р 10. Измерение температуры в автоклаве производится блоком измерения температуры Т 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, в нем начинается образование гидросиликатов в форме тоберморита, сопровождающееся выделением тепла с величиной теплового потока Ф, 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 через пароперепускную магистраль 7 измеряется блоком измерения расхода пара g через пароперепускную магистраль 9. Для коррекции времени t окончания этапа выдержки производится вычисление производной расхода пара  блоком вычисления производной расхода пара  18, вычисление момента времени τ, в который производная расхода пара  меняет знак - блоком вычисления времени τ 19, вычисление времени τ окончания этапа выдержки - блоком вычисления времени τ 20. Значение времени τ вводится в виде коррекции в блок задания давления Р(t) 12, начиная с которого производится спуск давления в автоклаве.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.
з
авт
з
авт
авт
задв
п
м
тв
тб
тб
тб
авт
тб
авт
тб
авт
тб
1
авт
авт
авт
авт
тв
min
авт
max
min
max
пп
пп
пп
пп
пп
2
3
3
2
1
3
з
Устройство работает следующим образом: блоком задания давления Р(t) 12 формируется сигнал, который поступает на вход блока сравнения давления Р с Р(t) 13, где сравнивается с показаниями блока измерения давления Р 10. Сигнал ошибки с выхода блока измерения давления Р 10 поступает на вход регулятора 14, который на своем выходе формирует сигнал α, соответствующий углу открытия задвижки паровпускной магистрали 5, которая формирует величину расхода пара g 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 готовых изделий, и сопровождается внутренним тепловыделением в ячеистом бетоне 3 с величиной теплового потока Ф при достижении ячеистым бетоном 3 температуры начала формирования тоберморита Т. Величина Т задается через блок задания величины температуры Т 16. Значения текущей температуры Т и заданной величины Т подаются на блок сравнения температуры Т с Т 17. При достижении в автоклаве температуры Т≥Т регистрируется момент времени τ, 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, регистрируемой блоком измерения температуры Т 11, и, как следствие, давления Р. Этап выдержки начинается при достижении заданного значения давления Р, после чего осуществляется закрытие задвижки паровпускной магистрали 5. Дальнейшее увеличение температуры и давления в автоклаве происходит только за счет теплового Ф от потока внутреннего тепловыделения в ячеистом бетоне 3. При достижении в автоклаве величины давления P≥Р≥P, где P и P - допустимые значения отклонений по давлению на этапе выдержки, происходит перепуск пара из автоклава через пароперепускную магистраль 7 с расходом пара g. Производится измерение расхода пара g, удаляемого из автоклава блоком измерения расхода пара g через пароперепускную магистраль 9. Соответствующий расходу пара g сигнал с блока измерения расхода пара g 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 τ 19, в который производная расхода пара  меняет знак. Результат вычислений поступает на вход блока вычисления времени τ 20, где производится расчет времени τ=2τ-τ длительности процесса тепловыделения в ячеистом бетоне 3. Значение времени τ вводится в виде коррекции в блок задания давления Р(t) 12, начиная с которого производится спуск давления в автоклаве.
з
авт
тб
авт
2
3
пп
пп
Элементы системы автоматического управления - блок задания давления Р(t) 12, блок сравнения давления Р 13, регулятор 14, блок задания величины температуры Т 16, блок сравнения температуры Т 17, блок вычисления производной расхода пара  18, блок вычисления времени τ 19, блок вычисления времени τ 20 выполнены, например, программно, например, на базе микроконтроллера SIMATIC S7-300 [2]. В качестве блока измерения расхода пара g 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 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.
тв
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 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/