Способ управления процессом тепловой обработки бетонных изделий

(51)5 С 04 В 40/02 ЕТЕНИ ОПИСАНИЕ ИК ПАТЕНТУ МЗлитехнический институтЮ,Г,Иващенкодетельство СССРВ 40/02, 1967,детельство СССР8 С 7/00, 1987,АВЛЕНИЯ ПРОЦЕССБОТКИ БЕТОННЫХ И; регулирование ботки бетонных оцес- делий Изобретение относится к скому регулированию теплово при тепловой обработке бетон на предпрйятиях строительнойИзвестен способ автома тимизации тепловлажностной бетонных иэделий по максимал мой температуре теплоносител ем коррекции изотермическог которым управляют продиффе ным сигналов контракции. ьно яс Недостатком способа яв управление можно осущест участке изотермического про стке подъема температуры управление осуществляют и ператур ср - Ьзд, а следоват можности управлять хара нестационарного поля темпе на качество изделия,ляется то, что влять лишь на рева, а на учаи охлаждения, о разнице темельно, нет воэктеристиками ратур и влиять пературы от я имеются функциующие управляю- действие значения х превышают допуГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ УПРТЕПЛОВОЙ ОБРАДЕЛИЙ(57) Использованиесов тепловой обра автоматичего процесса ных изделий индустрии, тической опобработкидопусти- введенио прогрева, ренцированна предприятиях строительной индустрии. Сущность: по измеренной температуре изделия определяют ее градиент и объемную плотность теплового потока, по достижении градиентом температуры максимального положительного значения рассчитывают заданную объемную плотность теплового потока и стабилизируют ее путем изменения подачи теплоносителя или воздуха, По достижении градиентом нулевого значения прекращают подачу теплоносителя, а по достижении максимального отрицательного значения прекращают подачу воздуха в тепловую установку. 3 ил,Наиболее близким по технической сущности (прототип) является способ управления процессом тепловой обработки бетонных изделий, заключающийся в измерении и поддержании в заданных пределах следующих параметров:10 - время выдержки при нормальной температуре;а 1 - скорость подъема температуры от начальной до температуры изотермического прогрева;ермическо 1 о Трах - температура изот прогрева;а 2 - скорость снижения тем Трах до начальной В системе управлен ональные узлы, форми щие воздействия, если параметров то; а; а 2; Тп стимые нормы.Недостатком данного способа являетсято. что при изменении физико-химическихсвойств наполнителей и вяжущих, а такжепри освоении новых составов бетонов(включая полимербетоны) допустимые значения выше указанных параметров неизвестны. При этом невозможно обеспечитьравномерный подъем температуры в изделииа, а это снижаае годнородность структурыи ухудшает качество термообработки.Цель изобретения - повышение производительности и качества. изделий послетермообработки.Поставленная цель достигается тем, чтов предлагаемом способе тепловой обработки бетонных изделий путем нагрева и охлаждения с использованием термодатчиковосуществляат автоматическое регулирование внешнего обогрева с оптимизацией интенсивности и времени воздействия, аобьемйую плотность теплового потока в изделии поддерживают постоянной, что обеспечивает подъем температуры в изделии сг;остоянной скоростью, несмотря на экзотермические процессы.Для сокращения времени термообработки при изменении начальных условий(гранулометрический состав заполнителей,физико-химические, свойства наполнителей, пластифицирующие добавки и т.п,), когда неизвестно значение объемнойплотности теплового потока, разогрев изделия ведется по достижении градиентом температуры в нем максимального значения, аокончание процесса охлаждения определяют по достижению максимального значенияэтого градиента с обратным знаком, чем приразогреве,Приэтом критерием оптимазации является постоянство обьемной плотности теплового потока в иэделии, а параметромоптимизации- интенсивность и времявнешнего воздействия теплового потока.В предлагаемом способе подъем температуры в изделии осуществляют со скоростью, определяемой из уравнениятеплопроводности: Ь дТ дТат ах" аЕ аР,атд р с,(т)где р - плотность материала изделия;Ср(Т) - удельная теплоемкость;Зт)- коэфф; теплопроводности;--- вторые производныед 2 Т, а 2 Т, Фтдхау 2 д 12от температуры по осям Х, У, Е и изделия,Эта скорость поддерживается постоянной(3) 10 где Оу - объемная плотность теплового1 ипотока в изделии, образованная за счет внутренней энергии экзотермии;О" - объемная плотность тепловогопотока в изделии, образованная за счет 15 внешнего обогрева, Выполнение условия (2)эквивалентно изменению температуры изделия по закону: 30 О пав+ О ех (5) Кроме того, выполнение условия (2)обеспечивает независимость от Т величин А и Ср в уравнении (1), т,к, частные производные от них по температуре равны 35 постоянной величине.Таким образом, поставленная цель достигается тем, что в процессе термообоаботки контролируются величина О" = О, "+ + О", а регулирование обогрева изделия осуществляется эа счет изменения Оч" так, чтобы выполнялось условие постоянства(Ь.Предложенный способ поясняется схемой (фиг.1) системы автоматической оптимизации тепловой обработки бетонных изделий.На фиг.1 изображена термокамера 3, вкоторую загружается партия изделии 1 с установленными на них датчиками температуры 2, Камерой 3 управляет система автоматического регулирования, состоящая из блока 4 формирования сигнала 9 габт и блока 5, формирующего сигнал Оч . Эти сигна"лы поступают на вычислитель 6, который управляет клапаном 7 подачи теплоносителя или вентилятором 8. Термодинамические"процессы записываются регистратором 9,Вычислитель 6 представляет собой устройство для оптимизации тепловой обработки,Т=То+а 1 И)20где То - начальная температура образца;т - время;а - скорость нагрева, а также требуетвыполнения условия;25дт дт Ят- + - + -дх 2 ду дгсостоящее из блока ограничения управляющих воздействий, блока стабилизации 0 и блока коррекции скорости нагрева (или охлаждения). Блок 5 представляет собой устройство для усиления сигналов в термодатчиков 2 и формирования сигнала Оч ., удобного для ввода в вычислитель. Способ включает в себя следующую последовательность действий; изделие после формирования устанавливается в термокэмеру; подъем температуры в камере или ее снижения осуществляется таким образом, чтобы выполнялось условие (4), причем скорость подъема или снижения температуры а заранее не регламентируется, а определяется из уравнения теплопроводности и может корректироваться в зависимости от конкретных свойств материала р, Ср(Т) Л(Т) и величины экзотермии в нем, при этом 0 = солз 1, время окончания подьема температуры или ее снижение т заранее не регламентируется, а определяется по достижении градиентом температуры в изделии максимального значения и может корректироваться вычислителем, Подьем или снижение температуры прекращается, если текущее значение градиента температуры в изделии достигнет величины 0,6 - 0,8 дгаоТр, где дгаоТр - предельное значение градиента температуры, которое может вызвать разрушение изделия. Способ реализуется следующим образом.В вычислитель(в блок коррекции скорости) вводятся значения р; Ср(Т); 1(Т), а также предельное значение дгабТ в блок ограничения управляющих воздействий), при этом блок стабилизации О решая совместно уравнения (7) и (3), определяет предварительное значение Оч. После этого начинается подъем температуры в камере термообработки. Если в процессе подъема температуры текущее значение /дгабТ/ превысит 0,6 - 0,8 дгадТр, что может произойти из-за разброса параметров Ср(Т); й(Т), подьем температуры прекращается, а вычислитель уменьшает значение Оп до 0 К, Дальнейший подъем температуры идет при новом значении О, К согласно уравнению (1) до тех пор, пока не произойдет повторного отключения по каналу ограничения управляющих воздействий. При этом вычислитель вновь корректирует значение 01, Оптимальным считается процесс термообработки, когда подъем температуры происходит по линейному закону (1) при максимальной скорости нагрева, которая не вызывает ни одного(6) 35т,е, разогрев изделия видет в основном за счет поступления тепла из окружающей среды. При этом возникает градиент температуры:40 дгадТ = дгабТф"+ дгабТ" =(7)ду ду д45где дгэс 3 Тф - градиент температуры в изделии, образованный за счет энергии экзотермиии (направлен от изделия во внешнююсреду);50 дгадТ" - градиент температуры в изделии, образованный за счет внешнегообогрева (направлен к изделию из внешнейсреды);дТ,дТ,дТ55 дхду дг- ; - ; -- производные от температуры по направлению осей иэделия;Ц,Т - единичные векторы осей датчика,Вектор градиента, направленный к изделию из внешней среды, считается полосрабатывания канала ограничения управляющих воздействий,На фиг.2 представлены графики изменения параметров термодинамического5 процесса во времени, на фиг.2 а - графикизменения температуры в изделии Тид, ==ф; на фиг,2 б - график изменения обьемной плотности теплового потока в иэделии,образованного за счет внутренней энергии10 экзотермии (график 1); график 2 - графикизменения объемной плотности тепловогопотока в изделии, образованного за счетвнешнего обогрева; график 3 - график изменения суммарной объемной плотности теп 15 лового потока в изделии; на фиг,2 в - график1 - график изменения модуля /цгабТ/" градиента температуры в изделии, образованного за счет энергии экзотермии(направленво внешнюю среду от изделия); график 2 -20 график изменения модуля /дгабТ/" градиента температуры в изделии, образованного за счет внешнего обогрева (направлен кизделию из внешней среды); график 3 - график изменения суммарной величины25 /дгадТ/ температуры в изделии;на фиг.2 г - сигналы управления, выдаваемые вычислителем на клапан включениятеплоносителя (заштрихован в клеточку);- сигналы управления, выдаваемые вычис 30 лителем на включение вентилятора(заштрихован в линейку). На начальном этапетермообработки:1790570 жительным, а обратное направленйе - отрицательным (условно), Градиент температуры дгабТ через некоторое время 11 достигает своего максимального значения (фиг.2 в), При этом вычислитель 8 запомина ет значение О, которое в дальнейшем поддерживается постоянным, дальнейший процесс термообработки идет за счет энергии экзотермии, а подогрев включается периодически, если не выполняется условие 10 постоянства Ом .Интервал времени т 2, когда дгадТ = О, соответствует окончанию процесса термообработки, после чего начинается процесс охлаждения изделия, который продолжает ся до тех пор, пока величина дгаОТ не достигнет максимума в отрицательной области (интервал времени тз). После этого вентиляторвыключается, а изделие извлекается из камеры и из формы, Подача возду ха для охлаждения изделия прекращается.Использование предлагаемого способа оптимизации режима тепловой обработки бетонных изделий по сравнению с существующими позволяет значительно ускорить 25 этот процесс.и повысить качество выпускаемых изделий. Другим не менее важным преимуществом этого способа является автоматическое введение коррекции теплово 30 Формула изобретения Способ управления процессом тепловой обработки бетонных изделий, включающий измерение температуры изделия и изменение подачи теплоносителя и воздуха в тепловую установку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности управления путем обеспечения равномерного подъема температуры в изделии, по измеренной температуре определяют ее градиент и объемную плотность теплового го процесса при изменении начальных условий:- изменение гранулометрического состава заполнителей; - изменение физико- химических свойств наполнителей и отвердителей (для полимербетонов); - введение пластифицирующих добавок и т.п,В качестве примера, показывающего преимущества предлагаемого способа, приводим результаты оптимизации процесса термообработки полимербетонов на основе ФАМ, БСК следующего состава, %;Щебень 53,76 Песок 24,42 Мука андезит. 10,05ФАМ9,65БСК 2,12 Подъем температуры осуществляется в автоматическом режиме согласно уравнению (4) до температуры 60 С, время термообработки 6 ч 30 мин. Прочность образцов на 22% выше, чем в контрольных образцов, термообработка которых велась по СН - 525 - 80 (5), где длительность цикла термообработки составляет; 1,5 ч 20 С; 1 ч подъем до 80 С; 16 ч выдержка при 80 С, 4 ч охлаждениедо 20 С,Сравнительная оценка энергозатрат и времени термообработки приведена на фиг,3,потока, при достижении градиентом температуры максимального положительного значения рассчитывают заданную обьемную плотность теплового потока и стабилизируют ее путем изменения подачи теплоносителя или воздуха при достижении градиентом температуры нулевого значения прекращают подачу теплоносителя. а при достижении градиентом температуры максимального отрицательного значения прекращают подачу воздуха в тепловую установку.1790570 ермообработка па инструкции СО-8 О еД,ообрйботкй по предягейо способ мца терыообработкв поле врбетонных изделий (приер 1) ИГ Составитель В.усан Тех ред М.Моргентал ектор М.Ткач едактор Т,Курко одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,аэ Зб 5 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 .