Способ плавления материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано при ремонте кровель, выполненных из рулонных материалов. Технический результат изобретения заключается в снижении энергозатрат и повышении эффективности прогрева. В способе плавления материалов, покрытых черным вяжущим, включающем термический прогрев покрытия до расплавления вяжущего и последующее уплотнение материала, сначала материал перфорируют, затем осуществляют термический прогрев на всю глубину покрытия регулируемым тепловым потоком при давлении 0,8-0,9 от атмосферного, при этом тепло отходящих газов утилизируют и направляют на последующий участок обработки. В устройстве, содержащем каркас и нагревательные элементы в виде кварцевых трубок с экраном-отражателем, каркас выполнен двойным с ребрами жесткости. Кварцевая трубка размещена в теплоизоляционном кожухе, а экран-отражатель выполнен в виде цилиндрической поверхности и имеет щели, совпадающие с щелями теплоизоляционного кожуха. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано при ремонте кровель, выполненных из рулонных материалов, в частности из рубероида, а также для ремонта асфальтовых покрытий.

Известен способ склеивания рулонных материалов, заключающийся в отбивке параллельных линий шнуром, натертым мелом, в раскатке рулона, нанесении мастики по линиям отбивки, прикреплении конца рулона, нанесении мастики на основание, накатывании рулона на мастику, прикатывании его от середины к краям [Никифоров Н. А. Устройство кровли из рулонных материалов.- М.: Стройиздат, 1981, с. 56-60].

Недостатком способа является трудоемкость, связанная с наличием большого числа операций, невысокая эффективность склеивания и, как следствие этого, недолговечность покрытия.

Известен также способ склеивания рулонных материалов, покрытых черным вяжущим, путем одновременного подплавления черного вяжущего противолежащих покровных слоев посредством инфракрасного облучения в течение 0,5-3 с со спектральным максимумом излучения инфракрасных волн в диапазоне 1,8-2,4 мкм и плотностью 10-30 Вт/см² [авторское свидетельство СССР N 1399426, МКИ⁴ E 05 D 5/02, 1988 г.].

Известный способ не пригоден для ремонта кровли, устроенной из большого числа слоев рулонного материала, из-за небольшой глубины прогрева слоев покрытия (на глубину 0,5-0,8 их толщины), т.к. время, диапазон и плотностъ инфракрасного излучения находятся в очень узком интервале.

Увеличение интервала этих показателей приводит к отрицательным результатам: снижается адгезия покровных слоев полотнищ между собой или происходит перегрев картонной основы полотнища. Как следствие этого, происходит возгонка легкоплавкого битума, ингибированного в нем, а также пережог склеиваемых полотнищ, что снижает качество и сокращает срок службы гидроизоляционных покрытий.

Известно устройство для приклеивания рулонных кровельных материалов со склеивающим свойством, содержащее тележку со смонтированным на рамке прижимным катком, на оси которого посредством рычага закреплен корпус с инфракрасным ленточным излучателем из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением, снабженное терморадиационными экранами, размещенными между корпусом и излучателем, которые выполнены полуцилиндрической формы с радиусом кривизны 60-200 мм и закреплены с ориентацией индикатрисы излучения в контактную зону прижимного катка, при этом форма терморадиационных экранов соответствует форме излучателя. При этом терморадиационные экраны выполнены в виде установленных с шагом и соединенных между собой по контуру листов из жаростойкого металла [авторское свидетельство СССР N 1814680, МКИ⁵ E 05 D 15/06. 1993 г.].

Недостатками данного устройства являются невысокие эффективность прогрева и качество и небольшой срок службы наносимого покрытия, высокая энергоемкость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ склеивания рулонных материалов и устройство для его осуществления [Патент РФ N 2059776, МПК⁶ E 04 D 15/02, 1996 г.].

Упомянутый способ склеивания рулонных материалов, покрытых черным вяжущим, включающий термический прогрев кровельного ковра до расплавления слоев вяжущего и склеивание полотнищ прижатием их друг к другу, по которому термический прогрев кровельного ковра осуществляют при температуре 50-90^oC в течение 5-20 мин до расплавления вяжущего на глубину 4-12 мм.

Способ реализует устройство для склеивания рулонных материалов, содержащее каркас и установленный на нем термонагреватель с экраном-отражателем и нагревательными элементами, которые выполнены в виде кварцевых трубок со спиралью накала, закрепленных на каркасе посредством ребер жесткости на высоте 150-170 мм от его нижней кромки, а экран-отражатель имеет встроенные ручки и прорези для удаления испарений, при этом кварцевые трубки прикреплены к ребрам жесткости соединительными элементами.

Недостатками прототипа являются: 1) воздушные и водяные пазухи, расположенные в восстанавливаемом кровельном ковре при температуре 50-90^oC, поглощают инфракрасный тепловой поток, что препятствует равномерному прогреву на всю глубину восстанавливаемого ковра, 2) прогрев осуществляют при повышенном парциальном давлении газов, что приводит к значительным энергетическим затратам и увеличению времени прогрева, 3) увеличение парциального давления газов внутри корпуса приводит к увеличению потерь за счет увеличения конвекционной теплопередачи и теплопроводности, а снижение прозрачности газовой среды (пары воды, продукты возгонки битумов) приводит к увеличению поглощения инфракрасного излучения с длинами волн 4-8 мкм в результате резонанса молекул газов на данных частотах.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат, повышение эффективности прогрева на всю глубину покрытия и увеличение срока службы восстанавливаемого гидроизоляционного слоя.

Поставленная задача достигается тем, что в способе плавления материалов, покрытых черным вяжущим, включающим термический прогрев покрытия до расплавления вяжущего на ограниченную глубину с последующим уплотнением материала, в отличие от прототипа сначала материал перфорируют, затем осуществляют термический прогрев на всю глубину покрытия регулируемым тепловым потоком при давлении 0,8-0,9 от атмосферного, при этом тепло отходящих газов утилизируют и направляют на последующий участок обработки.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве, реализующем данный способ, содержащем каркас и нагревательные элементы, выполненные в виде кварцевых трубок со спиралями накала, закрепленных на каркасе посредством установочных полок, в отличие от прототипа каркас выполнен двойным с вентиляционными каналами, расположенными в торцах каркаса и связанными с вытяжным устройством, и снабжен герметизирующей шторкой, и также установлен экран-отражатель в виде цилиндрической поверхности на внешней стороне кварцевой трубки, размещенной в теплоизоляционном кожухе, при этом теплоизоляционный кожух и экран-отражатель имеют совпадающие щели размером l/D = 0,25 - 0,35 по всей длине кварцевой трубки, где l - расстояние между границами непрозрачности, мм; D - диаметр цилиндрической полости, мм.

Предварительная перфорация восстанавливаемого материала покрытия позволяет частично удалять пары воды и воздух из пазух во время прогрева и значительно увеличивать коэффициент поглощения инфракрасного излучения поверхностного материала покрытия. Увеличение коэффициента поглощения происходит за счет того, что излучение, попадая на внутреннюю поверхность отверстий, выполненных перфоратором, претерпевает многократные отражения от нее. В итоге энергия падающего инфракрасного излучения поглощается поверхностью отверстий независимо от их материала.

Наличие отражающего и теплоизоляционного слоя на кварцевой трубке в отличие от трубок, используемых в прототипе, позволяет создать аналог технической модели черного тела [Бураковский Т. Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели.- Л.: Энергия, 1978, с.60].

Наличие теплоизоляционного кожуха позволяет дополнительно уменьшить теплообмен между внутренней полостью и наружной средой.

Целесообразность установки вытяжного устройства основывается на известном факте, описанном ниже.

Если испарение происходит в замкнутом объеме, т.е. вещество находится в соприкосновении с однородной или родственной газовоздушной смесью, через некоторое время наступает состояние равновесия, ведущее к прекращению дальнейшего удаления паров за пределы замкнутого объема: сколько молекул переходит в пар из среды, столько же возвращается обратно в нее. Это происходит потому, что молекулы пара также участвуют в хаотическом тепловом движении, и некоторые из них, ударясь о вещество, снова конденсируются. В таких условиях пар и газы достигают состояния насыщения и наличие прорезей на корпусе устройства, описанного в прототипе, для удаления испарений не обеспечивает интенсивное удаление газов и паров, т.к. давление внутри замкнутого пространства всегда больше давления наружного воздуха и достигает 1,3 атм.

Примеры конкретной реализации способа.

Пример 1 Восстановление мягкой кровли Восстанавливаемая мягкая кровля представляет собой разрозненные слои рулонного материала с паровоздушными и водяными пазухами, где количество слоев старого покрытия достигает 6-14.

Температура воздуха - 8^oC Скорость ветра - (10-15) м/сек Влажность воздуха - 85 % Кровельный ковер - 6 слоев.

Результаты сравнительных испытаний базовой установки (по патенту РФ - N 2059776) и заявляемого устройства представлены в таблице.

Равномерному прогреву на всю глубину кровельного ковра препятствует наличие паровоздушных и водяных пазух, а также то, что облучаемый поверхностный слой восстанавливаемого кровельного ковра в начальный момент имеет низкий коэффициент поглощения инфракрасного излучения в связи с большой загрязненностью поверхности.

Предварительная перфорация восстанавливаемого кровельного ковра позволяет по результатам испытаний (см. таблицу) сократить время прогрева на 20% при одном конусном глухом отверстии глубиною 6 мм на каждые 4 см² восстанавливаемой площади кровельного ковра.

Кроме того, происходит более интенсивный процесс сушки кровельного ковра, т.к. температура кипения воды снижается до 90^oC.

Пример 2 Восстановление асфальтового покрытия.

Процесс восстановления асфальтового покрытия начинается с первого этапа - с подготовки покрытия и включает механическую очистку от грязи и мусора, пропитку композитным составом и введение вяжущих мелких фракций, например цемента, песка.

Второй этап заключается в тепловой обработке восстанавливаемого покрытия при температуре 90±10^oC. Устанавливают аппараты на места прогрева, включают их. Затем создают разряжение внутри установки при давлении 0,9 от атмосферного.

Затем третий этап заключается в перемещении аппарата на новые места проплавления.

На заключительном этапе расплавленную массу уплотняют дифференциальными катками.

Для сферической полости технической модели черного тела (кварцевой трубки) полный коэффициент излучения зависит от постоянства температуры по всей поверхности стенок излучателя, т.е. от термодинамического равновесия и от отношения l/D, где l - расстояние между границами непрозрачности, D - диаметр цилиндрической полости, причем 1 ≤ D [Бураковский Т., Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели. - Л.: Энергия, - 1978, С. 60] (см. фиг. 2). Таким образом, наличие отражающего и теплоизоляционного слоя на верхней части цилиндрической поверхности кварцевых трубок позволило на модели получить коэффициент излучения δ_тэф= 0,67 в отличие от δ_тэф= 0,09 для кварцевой трубки без покрытия.

Уменьшение теплообмена излучением достигается размещением экранов в виде металлических листов, при этом если между излучаемой средой и средой поглощения установить один экран, величина излучаемого потока от одной среды к другой уменьшится в два раза, а при установке n экранов - в (n + 1) раз. Таким образом, учитывая двойной корпус и наличие металлизированного теплоизоляционного слоя на кварцевых трубках, уменьшаются теплопотери излучением в 4 раза [Теплотехника. Учебное пособие. Хазен Ш.М. и др. /Под ред. Г.А.Матвеева.- М.: Высшая школа, 1981. - 480 с.].

Наличие теплоизоляционного воздушного слоя полости двойного корпуса размером 20 мм уменьшает теплопотери через кожух, а использование вторичного тепла, подаваемого под кожух утилизатора, позволяет сократить энергозатраты до 50 %.

Регулирование подводимой мощности позволяет выбирать наиболее оптимальные режимы проплавления в зависимости от длины волны.

Существо устройства поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид устройства для плавления материалов.

На фиг. 2 изображено сечение нагревательного элемента.

Устройство содержит каркас 1 и нагревательные элементы, выполненные в виде кварцевых трубок 2 с экраном-отражателем 3 и со спиралями накала 4, закрепленных на каркасе посредством установочных полок 5. Каркас 1 выполнен двойным с ребрами жесткости 6 и вентиляционными каналами 7, расположенными в торцах каркаса 1 и связанными с вытяжным устройством 8. Каркас 1 снабжен герметизирующей шторкой 9, а экран-отражатель 3 выполнен в виде цилиндрической поверхности на внешней стороне кварцевой трубки 2, размещенной в теплоизоляционном кожухе 10, при этом теплоизоляционный кожух 10 и экран-отражатель 3 имеют совпадающие щели размером l/D = 0,25-0,35 по всей длине кварцевой трубки, где l - расстояние между границами непрозрачности, мм, D - диаметр цилиндрической полости, мм.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно покрытие подготавливают: очищают от мусора, грязи и поверхностной влаги. В местах полного разрушения покрытия осуществляют его вскрытие и просушку. Затем пропитывают покрытие композитной смазкой известного состава из отработанных масел.

После чего покрытие перфорируют с помощью самоходного механизма, создавая углубления конической формы. С помощью фрезерной установки создают прямоугольные отверстия - канавки, служащие как для увеличения эффективности проплавления, так и для направленного удаления влаги.

Тепловую обработку кровельного ковра начинают с подготовки и укладки композитных материалов на пятна прогрева. Устанавливают устройство на место прогрева, включают его и проплавляют.

Под действием электрического тока, протекающего по спиралям накала, происходит генерация энергии, которая, являясь результатом сложных внутриатомных превращений, определяется температурой спирали, тепловым состоянием всей полости излучателя и имеет электромагнитную природу. Двойной каркас 1 выполнен таким образом, что его конструкция с ребрами жесткости 6 позволяет получить необходимую прочность и организовать вытяжную вентиляцию посредством вытяжного устройства 8 по вентиляционным каналам 7, создавая пониженное давление под каркасом 1, снизить теплопотери и повысить безопасность проведения работы за счет снижения температуры внешней оболочки каркаса 1 до 60^oC.

Щель в теплоизоляционном кожухе 10 по всей длине кварцевой трубки позволяет сфокусировать тепло и направлять его на определенный участок.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снизить энергозатраты, повысить эффективность прогрева на всю глубину покрытия и увеличить срок службы восстанавливаемого гидроизоляционного слоя.

Формула изобретения

1. Способ плавления материалов, покрытых черным вяжущим, включающий термический прогрев покрытия до расплавления вяжущего на ограниченную глубину и последующее уплотнение материала, отличающийся тем, что сначала материал перфорируют, затем осуществляют термический прогрев на всю глубину покрытия регулируемым тепловым потоком при давлении 0,8 - 0,9 от атмосферного, при этом тепло отходящих газов утилизируют и направляют на последующий участок обработки.

2. Устройство, реализующее способ по п.1, содержащее каркас и нагревательные элементы, выполненные в виде кварцевых трубок со спиралями накала, закрепленных на каркасе посредством установочных полок, отличающееся тем, что каркас выполнен двойным с вентиляционными каналами, расположенными в торцах каркаса и связанными с вытяжным устройством, и снабжен герметизирующей шторкой, установлен экран-отражатель в виде цилиндрической поверхности на внешней стороне кварцевой трубки, размещенной в теплоизоляционном кожухе, при этом теплоизоляционный кожух и экран-отражатель имеют совпадающие щели размером l/D = 0,25 - 0,35 по всей длине кварцевой трубки, где l - расстояние между границами непрозрачности, мм, D - диаметр цилиндрической полости, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3