Способ автоматического регулирования процесса сушки изделий из керамики

 

Использование: сушка материалов, в частности, сушка изделий из керамики в промышленности строительных материалов. Сущность изобретения: в процессе сушки измеряют интенсивность уменьшения веса высушиваемого изделия и, воздействуя на интенсивность повышения температуры неводного раствора, поддерживают обусловленную интенсивность влагоудаления. С этой же целью контролируют отсутствие сигналов акустической эмиссии в высушиваемых изделиях и при их обнаружении прекращают на заданный промежуток времени увеличение температуры неводного раствора. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике сушки и может быть использовано, в частности, в промышленности строительных материалов для сушки изделий из керамики.

Известен способ сушки изделий из керамики путем поддержания заданной интенсивности сушки в автоклаве с горячим маслом.

Однако известный способ имеет существенный недостаток, особенно четко проявляющийся при значительном разбросе характеристик высушиваемых изделий. При применении известного способа скорость нагрева масла, предельная температура нагрева, время выдержки при предельной температуре и скорость снижения температуры масла, а следовательно, и изделий определяются экспериментально с таким расчетом, чтобы качество сушки обеспечивалось при самых неблагоприятных характеристиках высушиваемых изделий. Поэтому при значительном разбросе характеристик высушиваемых изделий выбирают меньшую скорость нагрева масла, меньшую предельную температуру и большее время выдержки изделий при предельной температуре. Если в таком режиме осуществляется сушка изделий с благоприятными характеристиками, то режим сушки существенно отличается от оптимального по интенсивности.

Целью изобретения является автоматическое поддержание режима сушки без разрушения высушиваемого изделия за счет поддержания обусловленной интенсивности влагоудаления и обнаружения появления в изделии сигналов акустической эмиссии.

Для достижения поставленной цели в процессе сушки измеряют интенсивность уменьшения веса высушиваемого изделия и, воздействуя на интенсивность повышения температуры неводного раствора, поддерживают обусловленную интенсивность влагоудаления.

С этой же целью контролируют отсутствие сигналов акустической эмиссии в высушиваемых изделиях и при их обнаружении прекращают на заданный промежуток времени увеличение температуры неводного раствора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема варианта технических средств, реализующих предлагаемый способ.

В их состав входят технологическая ванна 1, в которой осуществляется сушка изделий, неводный раствор 2, имеющий температуру кипения, превышающую 100^оС, и являющийся сушильным агентом, решетчатый стеллаж 3, на котором размещается высушиваемое изделие 4, весы 5, закрепленные на крышке 6 технологической ванны 1, датчик веса 7, формирующий напряжение, характеризующее текущий вес изделия 4, датчик сигналов акустической эмиссии 8, формирующий на выходе напряжение, пропорциональное интенсивности сигналов акустической эмиссии в изделии 4, усилитель 9 сигналов акустической эмиссии, усиливающий выходное напряжение датчика 8, вычислительный блок 10, управляющий процессом сушки, первый исполнительный механизм 11 и второй исполнительный механизм 12, изменяющие положение клапанов первого регулирующего органа 13 и второго регулирующего органа 14 соответственно.

Кроме того, на чертеже обозначены: измерительная пружина 15 и подвижный стержень 16 весов 5, а также ползунок реохорда 17 датчика веса 7.

Способ автоматического регулирования процесса сушки изделий из керамики может быть реализован следующим образом. Высушиваемое изделие 4 размещается на решетчатом стеллаже 3, который крепится на перемещающейся части весов 5, верхняя часть которых в свою очередь закрепляется на крышке 6 технологической ванны 1.

После этого начинается заливка технологической ванны 1 неводным раствором 2, имеющим температуру в пределах ± 10^оС от температуры высушиваемого изделия 4. С этой целью включается в работу вычислительный блок 10, управляющий процессом сушки. Им выдаются управляющие напряжения на первый и второй исполнительные механизмы 11 и 12, которыми полностью открываются клапаны первого и второго регулирующих органов 13 и 14. Неводный раствор 2, имеющий требуемую температуру, заливается в технологическую ванну 1 и полностью покрывает высушиваемое изделие 4 (регулирование уровня в ванне, не имеющее отношение к описываемому способу, далее не рассматривается).

Начинается процесс сушки. Через открытый первый клапан 13 в технологическую ванну 1 заливается неводный раствор 2, имеющий более высокую температуру, чем температура неводного раствора 2, находящегося в ванне. Избыток раствора через открытый второй клапан откачивается из технологической ванны 1. Происходит постепенное повышение температуры неводного раствора 2 в ванне, причем интенсивность нарастания температуры раствора в ванне определяется температурой неводного раствора 2, заливаемого в ванну, и интенсивностью замены неводного раствора 2 в ванне. Одновременно с повышением температуры раствора в ванне увеличивается интенсивность удаления влаги из высушиваемого изделия. Поскольку общий вес высушиваемого изделия 4 равен сумме весов сухого материала изделия и находящейся в нем воды, удаление влаги из изделия в процессе сушки приводит к снижению его общего веса. При этом чем быстрее во времени происходит снижение веса высушиваемого изделия, тем интенсивнее происходит удаление из него влаги.

Однако при недопустимо большой интенсивности удаления влаги из изделия 4 происходящие в нем процессы, в том числе и образование водяных паров, приводят к возникновению чрезмерных напряжений внутри изделия 4, которые могут вызвать разрушение изделия или образование трещин на его поверхности. С другой стороны, излишне медленное повышение температуры неводного раствора 2 будет иметь следствием и очень медленное удаление влаги из изделия. Процесс сушки окажется длительным во времени, что отрицательно скажется на его экономических показателях.

В процессе регулирования вычислительный блок 10 через заданные промежутки времени измеряет напряжение на выходе ползунка 17 реохорда датчика веса 7. Сравнение результатов таких замеров в начале и конце каждого из промежутков времени позволяет рассчитать массу воды, удаленной из изделия 4 за известный промежуток времени, а следовательно, и интенсивность влагоудаления из изделия 4. Если интенсивность влагоудаления оказалась меньше заданной, то вычислительный блок 10, воздействуя через первый и второй исполнительные механизмы 11 и 12 на клапаны первого и второго регулирующих органов 13 и 14, увеличивает интенсивность обмена неводного раствора 2 в технологической ванне 1, а следовательно, и интенсивность повышения температуры в ванне. Если же по результатам замеров и расчетов окажется, что интенсивность влагоудаления из высушиваемого изделия 4 больше заданного значения, то вычислительный блок 10, воздействуя через исполнительные механизмы 11 и 12 на клапаны регулирующих органов 13 и 14, так изменит положение клапанов, что интенсивность обмена неводного раствора 2 в технологической ванне 1 уменьшится, а тем самым снизится и интенсивность влагоудаления. Этим предотвращается разрушение высушиваемого изделия 4. И наконец, если по результатам замеров и расчетов окажется, что интенсивность влагоудаления находится в обусловленных пределах, то вычислительный блок 10 до оценки результатов последующих замеров весов изделия 4 изменять состояние клапанов регулирующих органов 13 и 14 не будет.

В способе осуществляется принцип регулирования по возмущению, поскольку непосредственно разрушающие усилия внутри изделия 4 не измеряются, а их величина оценивается лишь косвенно по интенсивности влагоудаления из изделия 4. Поэтому все настроечные параметры схемы регулирования, т.е. промежуток времени между последовательными взвешиваниями изделия 4, допустимое значение снижения веса изделия 4, увеличение температуры неводного раствора 2 за выбранной промежуток времени, функциональная зависимость изменения скорости изменения температуры неводного раствора 2 от отклонения текущего значения интенсивности влагоудаления от его номинального значения и возможные другие, определяются экспериментально для каждой конкретной партии высушиваемых изделий 4, имеющей существенно отличные свойства.

В том случае, когда выбранные настроечные параметры схемы регулирования не соответствуют требуемым для сушки керамических изделий, то возникают два следующих режима регулирования процесса сушки. Во-первых, режим, при котором интенсивность влагоудаления при сушке оказывается существенно меньше допустимой. В этом случае процесс сушки окажется чрезмерно продолжительным, а его экономические показатели недопустимо низкими. Во-вторых, режим, при котором интенсивность влагоудаления недопустимо велика. Возникающие при этом внутри высушиваемого изделия 4 усилия имеют столь большие величины, что начинается его разрушение.

Способ исключает такую возможность. Процесс разрушения изделий из керамики, как и многих других изделий, при сушке сопровождается появлением в высушиваемом изделии 4 сигналов акустической эмиссии, являющихся признаками нарушения режима сушки. При применении способа их появление обнаруживается датчиком сигналов акустической эмиссии 8. Появляющееся при этом напряжение на выходе датчика усиливается усилителем 9 и подается на специальный вход вычислительного блока 10. Превышение этим напряжением заданного порогового уровня свидетельствует о недопустимо большой интенсивности влагоудаления из изделия 4. Вычислительный блок 10 выдает на исполнительные механизмы 11 и 12 командное напряжение на запирание регулирующих органов 13 и 14. Поступление в технологическую ванну 1 неводного раствора 2 с повышенной температурой прекращается. Обусловленный программой работы вычислительного блока 10 промежуток времени температуру неводного раствора 2 в технологической ванне 1 не повышает. За этот промежуток времени величины внутренних усилий в изделии 4 уменьшаются, и угроза разрушения изделия 4 устраняется. После этого вычислительный блок 10 выдает на исполнительные механизмы 11 и 12 напряжения, которыми клапаны регулирующих органов 13 и 14 устанавливаются в номинальные положения. Процесс сушки продолжается в заданном программой регулирования режиме.

Если одновременно сушится не одно, а целая группа изделий 4, то выбирают или контрольное изделие 4, или их группу, вводя в состав системы регулирования группы весов 5, датчиков 7 веса с контактами 17, датчиков сигналов акустической эмиссии 8, усилителей 9. Регулирование осуществляется или по среднему значению интенсивности влагоудаления из всех контрольных изделий 4, или по максимальному значению интенсивности влагоудаления.

В соответствии с применяемым способом сушки изделий из керамики увеличение температуры неводного раствора 2 осуществляется до некоторого заданного предельного значения. После этого достигнутая температура выдерживается заданный промежуток времени, по окончанию которого процесс сушки считается оконченным.

Таким образом, как следует из рассмотренного примера, способ полностью обеспечивает достижение поставленной цели изобретения. В процессе сушки контролируется интенсивность влагоудаления из высушиваемых изделий и в зависимости от отклонения ее текущего значения от номинального осуществляется корректировка скорости нарастания температуры неводного раствора 2 в технологической ванне 1, т.е. режим сушки.

Не вызывает сомнения реализуемость способа многочисленными различающимися вариантами технических средств и законами регулирования. Отметим их некоторые особенности.

В качестве сушильного агента, т.е. неводного раствора, могут использоваться самые разнообразные жидкости, температура кипения которых превышает 100^оС.

В составе технических средств, реализующих способ, могут применяться как пружинные (типа безменов), так и рычажные весы. В зависимости от этого могут изменяться конструкции контейнера 3 для размещения изделий 4. Обязательной частью весов является датчик 7, обеспечивающий автоматизацию взвешивания. Этот датчик контролирует величину перемещения подвижного стержня 16 весов 5 и может быть как контактным, так и безконтактным. При необходимости выходной сигнал датчика может усиливаться специальным усилителем.

В качестве исполнительных механизмов 11 и 12 предпочтительнее использовать электродвигатели, а регулирующих органов 13 и 14 вентили.

Из законов регулирования могут быть применены как позиционные, так и непрерывные законы. Предпочтительнее применение законов статистических автоматов релейного действия.

Формула изобретения

1. СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КЕРАМИКИ путем поддерживания заданной интенсивности сушки, отличающийся тем, что измеряют интенсивность изменения разности между весом изделия и действующей на изделие выталкивающей силой и заданную интенсивность сушки поддерживают изменением температуры масла в соответствии с результатом измерения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируют сигналы акустической эмиссии в изделии и при их обнаружении прекращают на заданный промежуток времени увеличение температуры масла.

РИСУНКИ

Рисунок 1