КАМЕРА НОРМАЛЬНОГО ТВЕРДЕНИЯ

Полезная модель относится к испытательной технике и касается конструкции испытательной камеры нормального твердения (КНТ), предназначенную для твердения (хранения) образцов бетона, раствора, цемента при нормальных условиях (температура 20±2°C; влажность 95±5%) по ГОСТ 10180-90, ГОСТ 5802-86, ГОСТ 310.1-76, ГОСТ 30744-2001, а так же для любых испытаний, в пределах своих технических характеристик. Рассматривается конструкция камеры нормального твердения, рассчитанной для работы в закрытых помещениях во невзрывоопасной окружающей среде, не содержащей солевых туманов, токопроводящей пыли, агрессивных газов или паров разрушающих металл и изоляцию.
В настоящее время известно большое число испытательных камер или климатических камер для изучения образцов материала и их аналогов. Заданные температуры и/или заданные влажности воздуха для специфического желательного климатического режима могут быть созданы в пространстве расположения образцов, то есть внутри таких климатических камер. Однако известные климатические камеры имеют, среди прочего, недостаток, связанный с тем, что заданный климатический режим может быть достигнут только после относительно длительного периода времени. Если образцы материала должны подвергаться воздействию климатического режима в течение только короткого промежутка времени, эти образцы материала не могут оставаться в климатической камере в течение такого длительного периода времени, так как на результаты измерения будет влиять их чрезмерно длительное пребывание в климатической камере. В связи с этим существенным для таких испытательных камер является создание устройств, обеспечивающих быстрое по времени и гарантированное по точности получение температуры и влажности в заданных нормативными документами границах температур и влажности.
Например, известна климатическая камера (1) для быстрого достижения и поддержания заданной влажности воздуха и/или заданной температуры, содержащая пространство (2) выборок, по меньшей мере, один вентилятор (6, 14), перемещающий воздух при помощи, по меньшей мере, одного направляющего элемента (8, 9) от выпуска (5) пространства (2) выборок, по меньшей мере, частично через обводную ветвь (3) и/или, по меньшей мере, частично через ветвь (4) сушки назад на впуск (17) пространства (2) выборок, при этом направляющий элемент или направляющие элементы (8, 9) приводят в действие при помощи устройства (21) контроля и регулирования в зависимости от измеренного фактического значения влажности воздуха и/или в зависимости от измеренного фактического значения температуры и снабженная устройством (16) регулирования температуры, расположенным за обводной ветвью (3) и ветвью (4) сушки в области впуска (17) (RU 2411416, F24F 3/14, опубл. 10.02.2011). Данное решение принято в качестве прототипа.
В этом известном решении перемещение воздуха осуществляется одним вентилятором, подающим воздушный поток через основной канал, который имеет дополнительный отвод для обеспечения регулировки напора воздушного потока. За счет перепуска воздуха через отводной канал температура внутри камеры может быть приведена очень быстро и точно к заданным значениям. Так же предполагается использование заслонок для смешивания воздуха с тепловым потоком от нагревателя с одновременным перепуском воздушного потока. Кроме того, устройство регулирования температуры содержит устройство охлаждения и может дополнительно содержать устройство нагревания. За счет того, что в качестве десиканта преимущественно используют цеолиты, температура в пространстве выборок повышается, когда влага воздуха поглощается при помощи цеолитов. Это повышение температуры воздуха в зоне расположения образцов, вызванное экзотермической реакцией цеолитов при поглощении влаги, компенсируется при помощи устройства охлаждения, так что температура воздуха в зоне расположения образцов остается, главным образом, постоянной. Устройство охлаждения может быть образовано, например, при помощи элементов Пельтье или их аналогов, через которые для регулировки температуры проходит поток воздуха. А устройство нагревания может быть образовано при помощи намотанных по спирали проволок высокого сопротивления (проволочных резисторов) или их аналогов, мимо которых проходит поток воздуха.
Как видно из описания известной камеры для исследования образцов материалов система создания требуемых значений влажности и температуры в замкнутом объеме камеры представляет собой достаточно сложную конструкцию, требующую не только очень точного изготовления, но и точной настройки и выработки такого программного алгоритма, который должен контролировать изменения с точностью до 1°C. Но в реалиях, такая высокая точность имеет относительный характер, так как точность определяется на уровне сравнительных характеристик, которые должны иметь временную константу, то есть в некоторый промежуток времени показатель должен сохраняться неизменным. Но в заявленном решении все показатели не имеют постоянных значений в силу того, что процесс изменения влажности или температуры меняется в текущем времени, а контроль за этим изменением происходит уже после достижения некоторого показателя, который за время контроля и сравнения уже изменился. Таким образом, показатель точности отражает не точность достижения в текущий момент времени действительного значения параметра, а показывает то значение, которое было несколько секунд назад. Условность точности - это главный недостаток известного решения, так как он влияет на достоверность полученных результатов.
Этот недостаток обусловлен некоторыми конструктивными особенностями исполнения самой камеры. В камере применяется либо ультразвуковой увлажнитель, либо увлажнитель распылительного типа, что приводит к капельному увлажнению воздуха (образцы могут непосредственно орошаться водой), относительно которого система контроля может измерить только усредненный показатель и не учитывает местное переувлажнение в одной зоне по отношению к местной пересушке в другой зоне.
Полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции за счет изменения системы формирования влажности и повышении достоверности получаемых результатов за счет образования увлажняющего поток равномерной структуры во всем внутреннем объеме камеры.
Указанный технический результат достигается тем, что камера нормального твердения, содержащая корпус в виде шкафа с зоной размещения подлежащих исследованию образцов бетонов, в котором в верхней части шкафа размещено устройство увлажнения в изотермическом режиме внутреннего воздушного объема шкафа, вентилятор, а так же устройство нагревания и блок контроля за параметрами влажности и температуры внутри объема шкафа, выполненный на базе программируемого микропроцессора с функцией ручной установки параметров влажности и температуры, и автоматического поддержания установленных параметров при их достижении, снабжена холодильной установкой, испаритель или охладитель которой совмещен с нагревательным элементом устройства нагревания и размещен в выходящем потоке воздуха рядом с лопастным вентилятором устройства увлажнения и перемешивания воздуха, которое включает в себя указанный лопастной вентилятор, выполненный с возможностью формирования воздушного потока со скоростью от 3,0 м/сек до 4,0 м/сек для испарения воды непосредственно с поверхности заполненного водопроводной водой, и установленного под указанным вентилятором лотка без подхвата самой воды, при этом стенки камеры утеплены для ограничения влияния температуры снаружи корпуса на температуру внутри него.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На прилагаемом рисунке представлена схема камеры нормального твердения, хранения образцов бетона и строительного раствора и оттаивания образцов бетонов.
В рамках настоящей полезной модели рассматривается конструкция камеры нормального твердения, хранения образцов бетона и строительного раствора, и оттаивания образцов бетонов ячеистых автоклавного твердения при их испытании на морозостойкость, выполненную с особенностями увлажнения воздуха, и поддерживания температуры воздуха в ней.
Камеры нормального твердения и влажного хранения образцов (КНТ) предназначены для твердения и влажного хранения образцов бетона при нормальных условиях по ГОСТ 10180-90 и по ГОСТ 18105-86, и образцов раствора строительного по ГОСТ 5802-86. Одновременно камеры нормального твердения и влажного хранения образцов могут применяться в качестве камер для оттаивания образцов бетонов ячеистых автоклавного твердения при температуре (18±2)°C и относительной влажности воздуха (95±2)°C по ГОСТ 31359-2007.
Согласно настоящей полезной модели камера нормального твердения содержит корпус в виде шкафа с зоной размещения подлежащих исследованию образцов бетонов. В этом шкафу в верхней ее части размещено устройство увлажнения в изотермическом режиме внутреннего воздушного объема шкафа, лопастной вентилятор, а так же устройство нагревания и блок контроля за параметрами влажности и температуры внутри объема шкафа, выполненный на базе программируемого микропроцессора с функций ручной установки параметров влажности и температуры и автоматического поддержания установленных параметров при их достижении. Стенки камеры утеплены для ограничения влияния температуры снаружи корпуса на температуру внутри него
Камера снабжена холодильной установкой, испаритель или охладитель которой совмещен с нагревательным элементом устройства нагревания и размещен и размещен в выходящем потоке воздуха над вентилятором устройства увлажнения и перемешивания воздуха, которое включает в себя указанный лопастной вентилятор, выполненный с возможностью формирования воздушного потока со скоростью от 3,0 м/сек до 4,0 м/сек для испарения воды непосредственно с поверхности заполненного водопроводной водой и установленного под указанным вентилятором лотка без подхвата самой воды (возможны и другие варианты исполнения, с различным размещением испарителя (охладителя) по отношению к вентилятору).
На прилагаемом рисунке основные элементы камеры нормального твердения обозначены следующими позициями: 1 - машинно-аппаратное отделение (компрессорно-конденсаторный агрегат холодильной машины и аппаратура управления), 2 - испаритель (охладитель) холодильной машины, совмещенный с нагревательным элементом, 3 - электродвигатель вентилятора и 4 - лоток с водой. Регулирование температуры и влажности осуществляется автоматически с помощью программируемого микропроцессора.
Применение системы увлажнения испарительного типа в изотермическом режиме, предусматривающей испарение воды непосредственно с поверхности испарительного лотка с помощью скоростного вентилятора со скоростью воздушного потока от 3.0 м/сек до 4,0 м/сек, позволяет достигать высокую относительную влажность воздуха от 95 до 100%. Это новое по отношению к существующему уровню техники, согласно которого применяется либо ультразвуковой увлажнитель, либо увлажнитель распылительного типа. При этом в рассматриваемой камере отсутствует необходимость в элементах, увеличивающих поверхность испарения, обычно применяемых в увлажнителях испарительного типа.
Для достижения эффекта достаточного испарения без захвата капель воды мощность на валу электродвигателя вентилятора выбирается не менее 18 вт, не более 25 вт. При меньшей мощности влажность 95% не достижима, при большей мощности происходит подхват воды и ее разбрызгивание (в соответствии с п.2.3.2.ГОСТ 10180-90 Образцы в камере нормального твердения не должны непосредственно орошаться водой). Число оборотов в минуту электродвигателя вентилятора - не менее 2400, не более 3000. Если менее 2400, то влажность 95% не достижима, если более 3000, происходит подхват воды и ее разбрызгивание. При этом направление воздушного потока от лопастного вентилятора происходит на двигатель (вверх), если наоборот, то происходит разбрызгивание воды.
Данные показатели выбраны экспериментально. При этом размер А (расстояние от нижней точки лопасти вентилятора до верхней кромки лотка с водой) должно быть не менее 20 мм и не более 25 мм. Если это расстояние более 25 мм, то влажность 95% не достижима, если менее 20 мм, происходит подхват воды и ее разбрызгивание. А также размер В (высота лотка с водой) - не менее 50 мм и не более 80 мм. Если менее 50 мм, то межзаправочный ресурс составит менее 400 открываний двери камеры, если более 80 мм, то по мере израсходования воды в лотке (при малом уровне воды) влажность 95% не достижима.
В этом заключается предельная простота конструкции системы увлажнения испарительного типа с применением обычной водопроводной воды и отсутствие сложных по устройству и капризных в эксплуатации ультразвукового увлажнителя воздуха или увлажнителя распылительного типа.
При этом при заправке лотка водой отсутствуют специальные требования к воде, используется обычная водопроводная вода (у известных камер используется либо дистиллированная вода (в случае ультразвукового увлажнителя), либо требуется водоподготовка по деминерализации воды (в случае распылительного увлажнения).
Утепленные стенки камеры и наличие в составе холодильной машины создают возможность некритичного отношения к температуре окружающего воздуха (от +1°C до +30°C) внутри помещения лаборатории и возможность размещения камеры в подсобном помещении (у всех конкурентов использование холодильной машины в составе конструкции камеры нормального твердения не предполагается, но предполагается предъявление специальных требований к температуре окружающего воздуха в помещении лаборатории - не выше 22°C
При правильном подборе диаметра и угла атаки крыльчатки вентилятора одного вентилятора достаточно для объема камеры до 1500 литров.
Управление работой камеры (измерение температуры и влажности, включение и выключение вентилятора, холодильной машины и нагревателя) осуществляется микропроцессорным контроллером по специально заданной программе в автоматическом режиме.
Преимущества рассмотренной камеры нормального твердения заключаются в следующем:
1. Более узкий диапазон поддерживаемых параметров по влажности и температуре (температура = (20±2)°C и относительная влажность воздуха = 95÷100%) по сравнению с камерами других производителей (температура = (20±3)°C и относительная влажность воздуха = 90÷100%). Дело в том, что по требованиям «ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» предполагается создание у поверхности образцов нормальных условий со следующими параметрами - температура (20±3)°C и относительная влажность воздуха (95±5)%. Но в соответствии с требованиями «ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности» и требованиями «ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний» твердение образцов, предназначенных для определения прочности бетона в проектном возрасте и хранение образцов раствора, должно производиться в нормальных условиях при температуре (20±2)°C и относительной влажности воздуха не менее 95%. Поэтому камеры нормального твердения согласно заявленной полезной модели соответствуют требованиям трех одновременно существующих стандартов.
2. Более широкий диапазон допустимой температуры окружающего воздуха помещения лаборатории (или подсобного помещения). Камеры спроектированы для работы в помещениях при температуре воздуха от +1°C до +30°C и относительной влажности до 80%. Для этого камеры укомплектованы нагревателями и холодильной машиной для поддерживания необходимых параметров воздуха внутри камеры по температуре и влажности. Наличие утепленного корпуса, утепленных дверей, а также холодильной машины создает возможность некритичного отношения к температуре окружающего воздуха внутри помещения лаборатории (или подсобного помещения). Некоторые производители камер нормального твердения в целях удешевления изготавливают их без утепления корпуса и без комплектации холодильной машиной, что не позволяет поддерживать необходимые параметры внутренней среды без предъявления специальных требований к помещению лаборатории по температуре окружающего воздуха.
3. Комплектация камер высоконадежной системой увлажнения испарительного типа с применением обычной водопроводной воды и отсутствие сложного по устройству и капризных в эксплуатации ультразвукового увлажнителя воздуха или увлажнителя распылительного типа.
Применяемая система увлажнения испарительного типа предельно проста по конструкции и предусматривает испарение воды непосредственно с поверхности испарительного лотка с помощью скоростного вентилятора со скоростью воздушного потока не менее 3.0 м/сек, что позволяет достигать высокую относительную влажность воздуха от 95 до 100%.
4. Малая потребляемая мощность (установленная мощность камеры составляет 1500 вт), которая в 2-3 раза ниже, чем потребляемая мощность подобных камер других изготовителей.