Автоклав для производства ячеисто-бетонных изделий Российский патент 2022 года по МПК B28B1/50 B28B5/00 B01J3/04 C04B40/00 

Изобретение относится к устройствам для производства строительных материалов, в частности, для производства ячеисто-бетонных изделий по автоклавной технологии.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков, устройством того же назначения, является устройство автоклава для производства ячеисто-бетонных изделий, включающее стальной корпус, крышку автоклава, паровпускную магистраль, паровыпускную магистраль, пароперепускную магистраль, задвижки магистралей, блок задания давления в автоклаве, блок измерения давления в автоклаве, блок сравнения давления, регулятор, блок измерения температуры в автоклаве, блок измерения расхода пара через паровпускную магистраль, блок задания величины температуры начала формирования тоберморита, блок сравнения температуры в автоклаве и температуры начала формирования тоберморита, блок измерения расхода пара через пароперепускную магистраль, блок вычисления производной расхода пара, блок вычисления времени, в который производная расхода пара меняет знак, блок вычисления времени окончания этапа выдержки / https://findpatent.ru/patent/271/2712596.html / [1]. Принят за прототип.

Недостатком известного устройства является то, что в процессе автоклавной обработки ячеисто-бетонных изделий не предусмотрено управление этапом вакуумирования по величине содержания остаточного воздуха в порах автоклавируемых ячеисто-бетонных изделий что, в свою очередь, приводит к разбросу прочностных характеристик готовых изделий. Это обусловлено тем, что прочность готовых изделий обеспечивается формированием гидросиликатов кальция в форме тоберморита и ксонотлита в структуре автоклавируемых ячеисто-бетонных изделий в процессе их автоклавной обработки. Для протекания реакции образования тоберморита и ксонотлита требуется создать необходимые условия в среде автоклава, а именно обеспечить наличие свободной воды в среде автоклава, а величина температуры, необходимая для начала протекания реакции синтеза тоберморита и ксонотлита, должна быть не ниже 165°C и 173°C соответственно. Однако, при осуществлении вакуумирования в известном автоклаве в порах автоклавируемых ячеисто-бетонных изделий воздух удаляется не полностью, а его остаточное содержание в порах препятствует тепло-массообменным процессам на последующих этапах автоклавной обработки. Вследствие этого, прогрев изделий осуществляется неравномерно, а подаваемый в автоклав пар проникает в центр изделий в недостаточном для протекания физико-химических реакций количестве, и при этом температура внутренних слоев также не достигает необходимой для синтеза гидросиликатов температуры и, как следствие, не обеспечивается максимально возможная прочность.

Сущность изобретения заключается в усовершенствовании автоклава для производства ячеисто-бетонных изделий, обеспечивающего стабилизацию прочностных характеристик ячеисто-бетонных изделий, сокращение брака готовых изделий и снижение энергозатрат на производство ячеисто-бетонных изделий по автоклавной технологии. Выполнение этих условий возможно осуществить путем управления глубиной разряжения среды в автоклаве на этапе вакуумирования ячеисто-бетонных изделий на основании анализа состава паровоздушной смеси, удаляемой из автоклава и, как следствие, из автоклавируемых ячеисто-бетонных изделий.

Технический результат - управление глубиной разряжения среды в автоклаве на этапе вакуумирования ячеисто-бетонных изделий на основе анализа состава паровоздушной смеси, удаляемой из автоклава, а также повышение качества, сокращение брака готовых изделий, снижение энергозатрат на производство ячеисто-бетонных изделий и стабилизация прочности готовых изделий.

Технический результат достигается тем, что известный автоклав для производства ячеисто-бетонных изделий, включающий корпус автоклава, образующий внутреннюю среду, блок задания давления Р_з(t) в автоклаве, блок измерения давления Р_авт в автоклаве, регулятор давления, вакуумный насос, привод вакуумного насоса с силовым преобразователем частоты дополнительно снабжен системой автоматического управления, содержащей блок измерения концентрации газа в паровоздушной смеси, регулятор динамики вакуумирования с возможностью задания требуемой величины концентрации газа и блок сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и , причем выход блока задания давления Р_з(t) в автоклаве соединен с первым входом блока сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и , второй вход которого соединен с выходом блока измерения давления Р_авт в автоклаве, а на третий и четвертый вход задаются величины минимального и максимального значений давления на этапе вакуумирования, выход блока сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и соединен с первым входом регулятора динамики вакуумирования, на второй вход регулятора динамики вакуумирования задается требуемая величина концентрации газа в паровоздушной смеси, третий вход регулятора динамики вакуумирования соединен с выходом блока измерения концентрации газа в паровоздушной смеси, первый выход регулятора динамики вакуумирования соединен со входом силового преобразователя частоты, выход которого соединен со входом привода вакуумного насоса, выход которого соединен со входом вакуумного насоса, на выходе которого формируется величина g_nвc расхода паровоздушной смеси, которая поступает на вход внутренней среды автоклава, на первом выходе которого формируется сигнал, соответствующий величине давления Р_авт в автоклаве, поступающий на вход блока измерения давления Р_авт в автоклаве, а на втором выходе внутренней среды автоклава формируется сигнал, соответствующий величине концентрации газа в паровоздушной смеси, который поступает на вход блока измерения концентрации газа в паровоздушной смеси, после чего на втором выходе регулятора динамики вакуумирования формируется сигнал , поступающий на вход блока задания давления Р_з(t), который соответствует времени окончания этапа вакуумирования.

Изобретение поясняется чертежами, где представлен общий вид автоклавного участка, график изменения давления в автоклаве на этапе вакуумирования ячеисто-бетонных изделий в автоклаве и функциональная схема системы автоматического управления процессом автоклавной обработки с коррекцией времени окончания этапа вакуумирования ячеистого бетона в автоклаве.

На фиг. 1 представлен общий вид автоклавного участка, где использованы следующие обозначения: 1 - корпус автоклава, 2 - крышка автоклава, 3 - ячеисто-бетонное изделие, 4 - вакуумный насос, 5 - блок измерения концентрации газа в паровоздушной смеси, 6 - блок измерения давления Р_авт.

На фиг. 2 изображен график изменения концентрации газа в паровоздушной смеси, удаляемой из автоклава, при изменении давления Р_авт в автоклаве.

На фиг. 3 показана функциональная схема системы автоматического управления процессом автоклавной обработки с коррекцией времени окончания этапа выдержки ячеистого бетона в автоклаве, включающая: 7 - блок задания давления Р_з(t), 8 - блок сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и , 9 - регулятор динамики вакуумирования, 10 - силовой преобразователь частоты, 11 - привод вакуумного насоса, 4 - вакуумный насос, 12 - внутренняя среда автоклава, 6 - блок измерения давления Р_авт, 5 - блок измерения концентрации газа в паровоздушной смеси.

Автоклав для производства ячеисто-бетонных изделий состоит из корпуса автоклава 1, крышки автоклава 2, в автоклав помещается ячеистый бетон, к корпусу автоклава 1 подключается блок измерения давления Р_авт 6. К корпусу автоклава 1 подведена линия вакуумирования, на которую установлен вакуумный насос 4, приводимый в действие приводом вакуумного насоса 11 по сигналу управляемого силового преобразователя частоты 10, автоклав снабжен блоком измерения концентрации газа в паровоздушной смеси 5, удаляемой через линию вакуумирования. После закрытия крышки автоклава 2 и выполнения предварительного этапа продувки начинается процесс вакуумирования. Процесс вакуумирования осуществляется по заданной блоком задания давления Р_з(t) 7 программной траектории изменения давления, для чего из внутренней среды автоклава 12 и из ячеисто-бетонного изделия 3 с помощью вакуумного насоса 4 удаляется паровоздушная смесь. При удалении паровоздушной смеси происходит снижение давления Р_авт во внутренней среде автоклава 12, измеряемое блоком измерения давления Р_авт 6. Величина давления Р_авт во внутренней среде автоклава 12 сравнивается с заданной величиной Р_з(t) блоком сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8, при этом сигнал ошибки δ с выхода блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8 поступает на вход регулятора динамики вакуумирования 9, в котором происходит сравнение заданной величины концентрации газа в паровоздушной смеси с величиной концентрации газа в паровоздушной смеси, удаляемой из внутренней среды автоклава 12, и измеряемой блоком измерения концентрации газа в паровоздушной смеси 5. Если выполняется соотношение на выходе регулятора динамики вакуумирования 9 формируется управляющий сигнал U_R, который подается на вход силового преобразователя частоты 10, на выходе которого формируется подаваемое на привод вакуумного насоса 11, выходной сигнал с которого задает расход g_nвc паровоздушной смеси, удаляемой из внутренней среды автоклава 12 вакуумным насосом 4, при этом изменяется давление Р_авт во внутренней среде автоклава 12, которое вновь сравнивается блоком сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8 с величинами минимального и максимального P_max значений давления, при выполнении условия сигналом с выхода блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8 останавливается вакуумный насос 4 и соответственно прекращается спуск давления, при этом давление Р_авт во внутренней среде автоклава 12 начинает расти из-за продолжающегося выделения из автоклавируемых ячеисто-бетонных изделий 3 паровоздушной смеси, при выполнении условия происходит повторное включение вакуумного насоса 4 и давление Р_авт снова начинает снижаться. Данный процесс повторяется циклически, пока не будет выполнено условие тогда регулятор динамики вакуумирования 9 формирует сигнал , поступающий в блок задания давления Р_з(t) 7, который соответствует времени окончания этапа вакуумирования. После окончания вакуумирования выполняются этапы подъема давления, выдержки и спуска давления.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

Устройство работает следующим образом: блок задания давления Р_з(t) 7 формирует сигнал, соответствующий заданной величине давления Р_з(t) во внутренней среде автоклава 12, этот сигнал поступает на первый вход блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8, где он сравнивается с сигналом соответствующим давлению Р_авт во внутренней среде автоклава 12 с блока измерения давления Р_авт 6, перед началом процесса автоклавной обработки на второй и третий вход блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8 задаются требуемые значения величин минимального и максимального значений давления во внутренней среде автоклава 12, далее сигнал с выхода блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8 поступает на первый вход регулятора динамики вакуумирования 9, который сравнивает заданную величину концентрации газа в паровоздушной смеси, сообщаемую на второй вход блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8, с текущим значением концентрации газа в паровоздушной смеси, величина которой измеряется блоком измерения концентрации газа в паровоздушной смеси 5, сигнал с которого поступает на третий вход регулятора динамики вакуумирования 9, при этом на первом выходе регулятора динамики вакуумирования 9 формируется управляющий сигнал U_R, который подается на вход силового преобразователя частоты 10, на выходе которого формируется подаваемое на привод вакуумного насоса 11, выходной сигнал с которого задает расход g_nвc паровоздушной смеси, удаляемой из внутренней среды автоклава 12 вакуумным насосом 4, при этом изменяется давление Р_авт во внутренней среде автоклава 12, которое сравнивается блоком сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8 с величинами минимального и максимального значений давления, при выполнении условия сигналом с выхода блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8 останавливается вакуумный насос 4 и соответственно прекращается спуск давления, при этом давление Р_авт во внутренней среде автоклава 12 начинает расти из-за продолжающегося выделения из автоклавируемых ячеисто-бетонных изделий 3 паровоздушной смеси, при выполнении условия происходит повторное включение вакуумного насоса 4 и давление Р_авт во внутренней среде автоклава 12 вновь начинает снижаться, при этом происходит также изменение концентрации газа в паровоздушной смеси, удаляемой из внутренней среды автоклава 12, регулятором динамики вакуумирования 9 производится сравнение концентрации газа в паровоздушной смеси, удаляемой из автоклава, с заданной величиной концентрации газа и, при выполнении условия регулятор динамики вакуумирования 9 формирует на своем втором выходе сигнал , поступающий в блок задания давления Р_з(t) 7, который соответствует времени окончания этапа вакуумирования.

Элементы системы автоматического управления процессом автоклавной обработки - блок задания давления Р_з(t) 7, блок сравнения давления Р_авт с Р_з(t), и 8, регулятор динамики вакуумирования 9, выполнены, например, программно, например, на базе микроконтроллера SIMATICS7-300 [2]. В качестве блока измерения концентрации газа в паровоздушной смеси 5 может быть использован газоанализатор многокомпонентный стационарный АНГОР-С [3]. Элементы автоматической системы управления монтируются в шкаф управления. В шкаф заводятся линии электроснабжения и управления (в том числе линии подключения датчиков). Блок измерения концентрации газа в паровоздушной смеси 5 устанавливается непосредственно перед вакуумным насосом 4 в отходящей из автоклава паромагистрали.

Заявленное изобретение позволяет автоматически оперативно регулировать время окончания этапа вакуумирования в процессе автоклавной обработки ячеисто-бетонных изделий.

Использование заявленного устройства позволяет оперативно регулировать время окончания этапа вакуумирования ячеисто-бетонных изделий в процессе их автоклавирования путем автоматического определения регулятором динамики вакуумирования времени окончания технологического этапа вакуумирования исходя из оценки концентрации газа в паровоздушной смеси, создавая условия для стабилизации прочностных характеристик ячеисто-бетонных изделий, сокращения брака готовых изделий и снижения энергозатрат на производство ячеисто-бетонных изделий по автоклавной технологии.

Источники информации:

1. Устройство автоклава: // URL: https://findpatent.ru/patent/271/2712596.html

2. ООО «Промэнерго Автоматика»: // URL: https://www.siemens-pro.ru/components/s7-300.htm

3. ООО «ТД Автоматика»: // URL: https://www.gasdetecto.ru/tehnologiya-i-promvybrosy/stacionarnyel/angor-s-gazoanalizator-stacionarnyj/

Изобретение относится к строительной промышленности, а именно к устройствам автоклавов для производства строительных материалов, и может быть использовано, например, в производстве ячеисто-бетонных изделий по автоклавной технологии. Автоклав включает корпус, образующий внутреннюю среду, блок задания давления Р_з(t) в автоклаве, блок измерения давления Р_авт в автоклаве, вакуумный насос, привод вакуумного насоса с силовым преобразователем частот. При этом автоклав дополнительно снабжен системой автоматического управления, содержащей блок измерения концентрации газа в паровоздушной смеси, регулятор динамики вакуумирования с возможностью задания требуемой величины концентрации газа и блок сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и . Причем выход блока задания давления Р_з(t) в автоклаве соединен с первым входом блока сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и . Второй вход которого соединен с выходом блока измерения давления Р_авт в автоклаве. На третий и четвертый входы задаются величины минимального и максимального значений давления на этапе вакуумирования. Выход блока сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и соединен с первым входом регулятора динамики вакуумирования. На второй вход регулятора динамики вакуумирования задается требуемая величина концентрации газа в паровоздушной смеси. Третий вход регулятора динамики вакуумирования соединен с выходом блока измерения концентрации газа в паровоздушной смеси. Первый выход регулятора динамики вакуумирования соединен со входом силового преобразователя частоты, выход которого соединен со входом привода вакуумного насоса, выход которого соединен со входом вакуумного насоса, на выходе которого формируется величина g_nвс расхода паровоздушной смеси. Величина g_nвс расхода паровоздушной смеси поступает на вход внутренней среды автоклава, на первом выходе которого формируется сигнал, соответствующий величине давления Р_авт в автоклаве, поступающий на вход блока измерения давления Р_авт в автоклаве. На втором выходе внутренней среды автоклава формируется сигнал, соответствующий величине концентрации газа в паровоздушной смеси, который поступает на вход блока измерения концентрации газа в паровоздушной смеси. После чего на втором выходе регулятора динамики вакуумирования формируется сигнал , поступающий на вход блока задания давления Р_з(t), который соответствует времени окончания этапа вакуумирования. Техническим результатом является повышение качества, сокращение брака готовых изделий, снижение энергозатрат на производство изделий и стабилизация прочности готовых изделий. 3 ил.

Автоклав для производства ячеисто-бетонных изделий, включающий корпус автоклава, образующий внутреннюю среду, блок задания давления Р_з(t) в автоклаве, блок измерения давления Р_авт в автоклаве, вакуумный насос, привод вакуумного насоса с силовым преобразователем частоты, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен системой автоматического управления, содержащей блок измерения концентрации газа в паровоздушной смеси, регулятор динамики вакуумирования с возможностью задания требуемой величины концентрации газа и блок сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и , причем выход блока задания давления Р_з(t) в автоклаве соединен с первым входом блока сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и , второй вход которого соединен с выходом блока измерения давления Р_авт в автоклаве, а на третий и четвертый входы задаются величины минимального и максимального значений давления на этапе вакуумирования, выход блока сравнения давлений Р_авт с Р_з(t), и соединен с первым входом регулятора динамики вакуумирования, на второй вход регулятора динамики вакуумирования задается требуемая величина концентрации газа в паровоздушной смеси, третий вход регулятора динамики вакуумирования соединен с выходом блока измерения концентрации газа в паровоздушной смеси, первый выход регулятора динамики вакуумирования соединен со входом силового преобразователя частоты, выход которого соединен со входом привода вакуумного насоса, выход которого соединен со входом вакуумного насоса, на выходе которого формируется величина g_nвс расхода паровоздушной смеси, которая поступает на вход внутренней среды автоклава, на первом выходе которого формируется сигнал, соответствующий величине давления Р_авт в автоклаве, поступающий на вход блока измерения давления Р_авт в автоклаве, а на втором выходе внутренней среды автоклава формируется сигнал, соответствующий величине концентрации газа в паровоздушной смеси, который поступает на вход блока измерения концентрации газа в паровоздушной смеси, после чего на втором выходе регулятора динамики вакуумирования формируется сигнал , поступающий на вход блока задания давления Р_з(t), который соответствует времени окончания этапа вакуумирования.