СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО НАГРЕВА БИТУМА Российский патент 2013 года по МПК E01C19/08 

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для приготовления горячей асфальтобетонной смеси

Известно устройство локального нагрева и забора битума из хранилища (патент РФ №2186169, МКИ⁷ Е01С 19/08, 30.11.2000), содержащее два (первый и второй) герметичных цилиндрических нагревательных элемента с внутренними каналами, внешними и внутренними радиаторами. Первый нагревательный элемент установлен вертикально на верхнюю часть основания круглой формы, в нижней части которого вмонтирован плоский нагреватель, второй - соосно на опорных ножках внутри первого. Нагревательные элементы и основание накрыты кожухом, герметично закрепленным в верхней части на фланце второго нагревательного элемента, а в нижней части - на держателях основания, при этом между кожухом и основанием образовано живое сечение кольцевого зазора, срез кожуха располагается ниже основания, а к боковой верхней части кожуха прикреплен герметичный кольцевой поплавок и в нижней части основания диаметрально установлены четыре ножки-катка.

Недостатком такой конструкции является:

- сложность в изготовлении и ограничение условий эксплуатации устройства;

- невысокая производительность для современных асфальтосмесительных установок.

Известно устройство локального нагрева и забора битума из хранилища (патент РФ №2346102, МПК Е01С 19/08, 13.06.2007), содержащее корпус на ножках и с течками на его боковой поверхности, подвешенный внутри корпуса на пружинах подвижный модуль, представляющий собой каркас с секциями оребренных трубчатых электронагревателей (ТЭН), наверху которого симметрично закреплена рама с плитой и вибратором, всасывающий патрубок откачивающего битумного насоса и датчик температуры, дополнительно корпус устройства имеет секторное днище из смещенных на равные расстояния относительно друг друга, согнутых по оси секторов, загнутые края которых направлены вовнутрь корпуса; течки, накрытые до их нижнего края с наружной стороны корпуса козырьками, расположены в несколько рядов, причем нижний ряд течек начинается от уровня верхних ТЭНов; секции ТЭНов съемные и смещены в каркасе по высоте и относительно друг друга, а каркас опирается на зафиксированные в нижней части корпуса пружины в стаканах.

Недостатком такой конструкции является:

- сложность в изготовлении и ограничение условий эксплуатации устройства;

- невысокая производительность для современных асфальтосмесительных установок.

Известно устройство локального нагрева и забора битума из хранилища (патент РФ №2132896, МПК⁷ Е01С 19/08, 10.07.1999), данное универсальное устройство локального нагрева битума предусматривает закрытый электрический нагреватель с радиаторами и с внутренним каналом, соединенным с всасывающим патрубком битумного насоса, накрытый герметичным кожухом колокольной формы, ограничивающим определенный объем битума. Нагреватель в сборе с кожухом устанавливается на ножках на дно технической емкости с битумом и их высота должна создавать достаточное живое сечение между дном и нижним срезом кожуха, обеспечивая поступление битума внутрь универсального устройства локального нагрева битума при работе битумного насоса.

Однако данное устройство имеет следующие недостатки:

- сложность в изготовлении и ограничение условий эксплуатации устройства;

- невысокую производительность для современных асфальтосмесительных установок.

Наиболее близким техническим решением является устройство локального нагрева и забора битума из хранилища (патент РФ №2167235, МКИ⁷ Е01С 19/08, 02.11.1999), содержащее закрытый электрический нагревательный элемент, откачивающий битумный насос с всасывающим патрубком и паровыводящий трубчатый клапан, выходящий наружу битумной емкости. Нагревательный элемент помещен в металлический кожух, воспроизводящий форму нагревательного элемента, у которого один торец открыт, а другой герметично заглушен. Всасывающий патрубок откачивающего битумного насоса вварен в его нижнюю часть. Устройство локального нагрева устанавливается в емкости с битумом таким образом, чтобы вваренный всасывающий патрубок битумного насоса располагался выше открытого торца кожуха.

Недостатками этого способа являются:

- сложность конструкции и ограничение условий эксплуатации устройства;

- невысокую производительность для современных асфальтосмесительных установок.

Задача предлагаемого изобретения - минимизация энергетических затрат за счет локального нагрева битума в зоне откачки, а также простота эксплуатации и обслуживания системы, сохранение качества битума. В зависимости от условий эксплуатации и изменения параметров системы можно варьировать производительность.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе управления локальным разогревом битума, по которому в адаптивный регулятор режимов нагрева битума вводят начальные условия нагрева, включают погружные пластиковые трубчатые электрические нагреватели, отправляют в адаптивный регулятор режимов нагрева битума информацию с датчиков температуры, датчика нижнего уровня и датчика непрерывного уровня, управляют производительностью битумного насоса посредством адаптивного регулятора режимов нагрева битума, в зависимости от заданной температуры нагрева битума включают и отключают погружные пластиковые трубчатые электрические нагреватели.

Поставленная задача и технический результат достигаются также тем, что в устройстве локального нагрева битума, содержащим электрические нагреватели, откачивающий битумный насос с всасывающим патрубком, приваренным к нижней части битумохранилища, согласно изобретению, содержится адаптивный регулятор режимов нагрева битума, соединенный с персональным компьютером, датчиком непрерывного уровня битума, датчиком нижнего уровня битума, датчиками температуры, откачивающим битумный насосом и электрическими нагревателями, а электрические нагреватели выполнены погружными пластиковыми трубчатыми.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображена схема устройства.

Устройство локальною нагрева представляет собой 6-12 трубчатых электронагревателей, объединенных в несколько автономных групп, для обеспечения возможности управления процессами локального нагрева в емкости.

На дне технической емкости 1, заполненной битумом, закреплены трубчатые электронагреватели 2. с помощью конструкции 3. Датчик нижнего уровня (ДНУ) 4 установлен в качестве аварийного контроля системы.

Датчики температуры 5 (Т1-Т4) подключены к адаптивному регулятору режимов нагрева битума (АРРН) 6, который также подключен к группам трубчатых нагревателей 2, к ДНУ 4 и к датчику непрерывного уровня (ДНПУ) 7. ДНПУ 7 использован для визуального контроля над уровнем битума в технической емкости 1. Трубчатые электронагреватели установлены таким образом, чтобы сечение всасывающего патрубка 8 битумного насоса (БН) 9 было расположено выше нагревателей 2, т.е. находилось вблизи области локального разогрева 10. Температурные эпюры разогрева битума 11 характеризуют движение нагретого битума в технической емкости 1. Производительность БН 9 задана оператором через персональный компьютер (ПК) 12 и связана с частотным преобразователем (ЧП). Устройство АРРН 6 варьирует производительностью битумного насоса 9, а также поддерживает требуемую температуру в области локального разогрева битума 10.

Устройство локального нагрева битума работает следующим образом

Через ПК оператор задает начальные условия, определяемые сменным заданием и технологическим регламентом. Основными параметрами технологического регламента являются: производительность битумного насоса, время разогрева, время начало работы АБЗ, марку битума, установка параметров модели.

Данные с ПК поступают в АРРН, содержащего программное обеспечение (ПО). Дальнейшее управление процессом нагрева осуществляется под управлением АРРН. При достижении требуемой температуры битума автоматически включается БН 5 битум и с рабочей температурой поступает во всасывающий патрубок 4, вызывая при этом движение битума по поверхности трубчатых электронагревателей 6 и эффективную передачу тепла с высоким коэффициентом теплоотдачи. Это приводит к движению битума во время откачки в область локального нагрева битума 7. В непосредственной близости к трубчатым пластиковым электронагревателям установлены датчики Т1 и Т2, измеряющие температуру в локальной зоне нагрева, а датчики Т3 и Т4 измеряют температуру в зоне предварительного нагрева. ДНПУ непрерывно измеряет уровень битума в технической емкости 1. В соответствии с изменением уровня битума происходит адаптация алгоритмов управления. АРРН поддерживает температурный режим для заданной производительности в локальной области. Вне локальной области температура битума является более низкой. ДНУ предназначен для контроля аварийного уровня битума в технической емкости 1, для исключения перегрева трубчатых электронагревателей 6.

Применения конкретной реализации способа

Применение способа и устройства локального нагрева битума на основе разработанной математической модели процессов нагрева битума в емкости типа цистерна с помощью электронагревателей цилиндрической формы, в которой заложено математическое описание процессов нагрева, содержит параметры нагревателя, показатели физико-химических свойств битума и теплопроводные свойства конструкции емкости битумохранилища, моделирование осуществляется в среде программирования "С++BORLAND", позволяет поддерживать рабочую температуру битума в технической емкости 80-90°С, а локальную область нагревать до рабочей температуры 110-170°С, и лишь требуемый объем битума, тем самым позволяет значительно уменьшить энергозатраты. На основе полученных моделей разработаны алгоритмы оптимизации энергозатрат как для режима локального нагрева битума при его одновременной откачке из емкости с заданной производительностью, так и для статических режимов поддержания заданной температуры битума в емкости. Ожидаемый результат экономии электроэнергии для предложенного подхода к подготовке битума на АБЗ составляет 8-12%. При этом обеспечиваются заданные требования технического регламента на подготовку битума к заданному времени, и подготовка битума к заданному времени начала работы АБЗ, так же предлагаемая система позволяет сократить время нагрева необходимого объема битума.

В предлагаемом способе и устройстве используются существующие погружные трубчатые электронагреватели и стандартная датчиковая аппаратура, которые позволяют минимизировать энергетические затраты за счет локального нагрева битума для откачки, а также, снизить потери тепла в окружающую среду, позволяет снизить энергозатраты при требуемых параметрах технологического регламента, а также исключить факторы, влияющие на ухудшение качества асфальтобетонных смесей.

Использование: изобретение относится к строительству автомобильных дорог, для приготовления горячей асфальтобетонной смеси, в частности к устройствам хранения и нагрева битума. Технический результат: минимизация энергетических затрат за счет локального нагрева битума перед откачкой, а также простота эксплуатации и обслуживания системы, сохранение качества битума. Сущность изобретения: в зависимости от заданной температуры нагрева битума обеспечивается автоматическое управление включением или отключением погружных пластиковых трубчатых электрических нагревателей посредством адаптивного регулятора режимов нагрева битума. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления локальным нагревом битума, отличающийся тем, что в адаптивный регулятор режимов нагрева битума вводят начальные условия нагрева, включают погружные пластиковые трубчатые электрические нагреватели, отправляют в адаптивный регулятор режимов нагрева битума информацию с датчиков температуры, датчика нижнего уровня и датчика непрерывного уровня, управляют производительностью битумного насоса посредством адаптивного регулятора режимов нагрева битума, в зависимости от заданной температуры нагрева битума включают и отключают погружные пластиковые трубчатые электрические нагреватели.

2. Устройство локального нагрева битума, содержащее электрические нагреватели, откачивающий битумный насос с всасывающим патрубком, приваренным к нижней части битумохранилища, отличающееся тем, что содержит адаптивный регулятор режимов нагрева битума, соединенный с персональным компьютером, датчиком непрерывного уровня битума, датчиком нижнего уровня битума, датчиками температуры, откачивающим битумным насосом и электрическими нагревателями, а электрические нагреватели выполнены погружными пластиковыми трубчатыми.