Способ управления процессом тепловой обработки бетонных изделий

 

Использование: регулирование процессов тепловой обработки бетонных изделий на предприятиях строительной индустрии. Сущность: по измеренной температуре изделия определяют ее градиент и объемную плотность теплового потока, по дбстижении 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 04 В 40/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4854176/33 (22) 31.07,90 (46) 23.01.93, Бюл. ¹ 3 (71) Саратовский политехнический институт (72) В.П,Усанов и Ю,Г,Иващенко (73) В.П.Усанов (56) Авторское свидетельство СССР № 262676, кл. С 04 В 40/02, 1967, Авторское свидетельство СССР

¹ 1418290, кл. B 28 С 7/00, 1987, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: регулирование процессов тепловой обработки бетонных изделий

Изобретение относится к автоматическому регулированию теплового процесса при тепловой обработке бетонных изделий на предпрйятиях строительной индустрии, Известен способ автоматической оптимизации тепловлажностной обработки бетонных иэделий по максимально допустимой температуре теплоносителя с введением коррекции изотермического прогрева, которым управляют продифференцированным сигналов контракции.

Недостатком способа является то, что управление можно осуществлять лишь на участке изотермического прогрева, а на участке подъема температуры и охлаждения, управление осуществляют по разнице температур tap — 4a, а следовательно, нет воэможности управлять характеристиками нестационарного поля температур и влиять на качество изделия.... Ы„„1790570 АЗ на 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 К„) следующих параметров: С)

to — время выдержки при н ормальной (Я температуре; а — скорость подъема температуры от начальной до температуры изотермического прогрева; max температура изотермическо о прогрева; бд а2 — скорость снижения температуры от

Tmax до начальной.

В системе управления имеются функциональные узлы, формирующие управляющие воздействия, если действие значения параметров to, а; аг; Tmax превышают допустимые нормы.

1790570

Недостатком данного способа является то. что при изменении физико-химических свойств наполнителей и вяжущих, а также при освоении новых составов бетонов (включая полимербетоны) допустимые значения выше указанных параметров неизвестны. При этом невозможно обеспечить равномерный подъем температуры в изделийй, a это снижае г однородность структуры и ухудшает качество термообработки. Цель изобретения — повышение производительности и качества. изделий после термообработки.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе тепловой обработки бетонных изделий путем нагрева и охлаждения с использованием термодатчиков осуществляат автоматическое регулирование внешнего обогрева с оптимизацией интенсивности и времени воздействия, а объемную плотность теплового потока в изделии поддерживают постоянной, что обеспечивает подъем температуры в изделии с г;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 объемной плотности теплового потока, разогрев изделия ведется по достижении градиентом температуры в нем максимального значения, а окончание процесса охлаждения определяют по достижению максимального значения этого градиента с обратным знаком, чем при разогреве, При этом критерием оптимазации является постоянство объемной плотности теплового потока в иэделии, а параметром оптимизации - интенсивность и время внешнего воздействия теплового потока.

В предлагаемом способе подъем температуры в изделии осуществляют со скоростью, определяемой из .уравнения теплопроводности:

gt дтг дтг

» а)Р а Рз Г . q iTi

at р. с,(т) где p — плотность материала изделия;

Cp(T) — удельная теплоемкость;

il(T)- коэфф; теплопроводности; — — — вторые производные дгT дгт дгт дх дуг Bt от температуры по осям Х, Y Z и изделия, Эта скорость поддерживается постоянной дт дС

=const =а (2) В уравнении (1)

« " + " О «Сех1 дхг дуг дг (3) 10 где Qv — объемная плотность теплового

int потока в изделии, образованная за счет внутренней энергии экзотермии;

Q> " — объемная плотность теплового потока в изделии, образованная за счет

15 внешнего обогрева, Выполнение условия (2) эквивалентно изменению температуры изделия по закону:

Т = То+ at (4)

20 где T> — начальная температура образца;

t — время; а — скорость нагрева, а также требует выполнения условия:

25 дгт дгт д"т — + — +— дхг . ду д2

Q, П + О (5) Кроме того, выполнение условия (2) обеспечивает независимость от Т величин il 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 термообработки контролируются величина Q " = Q +

+ Q ", а регулирование обогрева изделия осуществляется эа счет изменения Qv÷" так, чтобы выполнялось условие постоянства Qv*.

Предложенный способ поясняется схемой (фиг.1) системы автоматической оптимизации тепловой обработки бетонных изделий.

На фиг.1 изображена термокамера 3, в которую загружается партия изделии 1 с установленными на них датчиками температуры 2, Камерой 3 управляет система автоматического регулирования, состоящая из блока 4 формирования сигнала gradT и блока 5, формирующего сигнал 0 *. Эти сигна"ль1 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, 1790570 состоящее из блока ограничения управляющих воздействий, блока стабилизации Q„* и блока коррекции скорости нагрева (или охлаждения}. Блок 5 представляет собой устройство для усиления сигналов в термодатчиков 2 и формирования сигнала

0 *., 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) 1(Т) и величины экзотермии в нем, при этом

С4* = const, время окончания подьема температуры или ее снижение t 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 дгадТр, где цгабТр — предельное значение градиента температуры, которое может вызвать разрушение изделия.

Способ реализуется следующим образом.

В вычислитель (в блок коррекции скорости) вводятся значения р; Ср(Т); A(T), a также предельное значение gradT в блок ограничения управляющих воздействий), при этом блок стабилизации Q,, решая совместно уравнения (7) и (3), определяет предварительное значение Q<„. После этого начинается подъем температуры в камере термообработки. Если в процессе подъема температуры текущее значение

/gradT*/ превысит 0,6 — 0,8 gragTp, что может произойти из-за разброса параметров

Ср(Т); h(T), подьем температуры прекращается, а вычислитель уменьшает значение

О п* до 0<*k, Дальнейший подъем температуры идет при новом значении Q, k согласно уравнению (1) до тех пор, пока не произойдет повторного отключения по каналу ограничения управляющих воздействий. При этом вычислитель вновь корректирует значение Q*k. Оптимальным считается процесс термообработки, когда подъем температуры происходит по линейному закону (1) при максимальной скорости нагрева, которая не вызывает ни одного срабатывания канала ограничения управляющих воздействий.

На фиг.2 представлены графики изменения параметров термодинамического

5 процесса во времени, на фиг.2а — график изменения температуры в изделии Тдзд. =

=f(t); на фиг,2б — график изменения обьемной плотности теплового потока в иэделии, образованного за счет внутренней энергии

10 экзотермии (график 1); график 2 — график изменения объемной плотности теплового потока в изделии, образованного за счет внешнего обогрева; график 3 — график изменения суммарной объемной плотности теп15 лового потока в изделии; на фиг,2в — график

1 — график изменения модуля /gradT/ " градиента температуры в изделии, образованного за счет энергии экзотермии (направлен во внешнюю среду от изделия); график 2—

20 график изменения модуля /gradT/ " градиента температуры в изделии, образованного за счет внешнего обогрева (направлен к изделию из внешней среды); график 3 — график изменения суммарной величины

25 /gradT/* температуры в изделии; на фиг.2г — сигналы управления, выдаваемые вычислителем на клапан включения теплоносителя (заштрихован в клеточку); — сигналы управления, выдаваемые вычис30 лителем на включение вентилятора (заштрихован в линейку). На начальном этапе термообработки: (6)

35 т,е, разогрев изделия видет в основном за счет поступления тепла из окружающей среды. При этом возникает градиент температуры:

40 цгадТ* = цгаоТ " + цгаоТ " =

= — i+ j+ —. К, дТ дТ дТ (7) д у B y B z

45 где gradT — градиент температуры в изделии, образованный за счет энергии экзотермиии (направлен от изделия во внешнюю среду);

50 gradT " — градиент температуры в изделии, образованный за счет внешнего обогрева (направлен к изделию из внешней среды); дТ.дТ,дТ

55 дх ду Bz —; —; — — производные от температуры по направлению осей иэделия;

i, j, k — единичные векторы осей датчика, Вектор градиента, направленный к изделию из внешней среды, считается поло1790570 жительным, а обратное направленйе — отрицательным (условно), Градиент температуры gradT* через некоторое время t< достигает своего максимального значения (фиг.2в). При этом вычислитель 8 запомина- 5 ет значение 0 *, которое в дальнейшем поддерживается постоянным, дальнейший процесс термообработки идет за счет энергии экзотермии, а подогрев включается периодически, если не выполняется условие 10 постоянства СЬ .

Интервал времени t2, когда gradT* = О, соответствует окончанию процесса термообработки, после чего начинается процесс охлаждения изделия, который продолжает- 15 ся до тех пор, пока величина gradT* не достигнет максимума в отрицательной области (интервал времени тз). После этого вентилятор выключается, э изделие извлекается из камеры и из формы, Подача возду- 20 хэ 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 теплово30

Формула изобретения

Способ управления процессом тепловой обработки бетонных изделий, включающий измерение температуры изделия и изменение подачи теплоносителя и воздуха в тепловую установку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности управления путем обеспечения равномерного подъема температуры в изделии, по измеренной температуре определяют ее градиент и объемную плотность теплового

ro процесса при изменении начальных условий: — изменение гранулометрического состава заполнителей; — изменение физикохимических 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. 10,05

ФАМ 9 65

БСК 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 вЂ” 525 — 80 (5), где длительность цикла термообработки составляет; 1,5 ч 20 С; 1 ч подъем до

80ОС; l6 ч выдержка при 80 С, 4 ч охлаждение до 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

1790570

1 - термообработка по инструкции СО-5?5 -8О

2 — термообработка по предлаraeнovy способу.

Диаграмма терыообработки полииербето. них изделий (приуер I) Фиг. 3

Составитель B.ÓcàHîâ

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M.Têà÷

Редактор Т.Куркова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ Зб5 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 .