Способ автоклавирования ячеисто-бетонных изделий Российский патент 2022 года по МПК B28B1/50 C04B40/00 B28B5/00 B01J3/00 

Изобретение относится к строительной промышленности, а именно к способу производства строительных материалов, и может быть использовано, например, в производстве ячеисто-бетонных изделий по автоклавной технологии.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ автоклавирования изделий из ячеистого бетона, включающий в себя загрузку массивов ячеистого бетона в автоклав, задание программы изменения давления в автоклаве, последовательное выполнение технологических операций продувки, вакуумирования, подъема давления, выдержки, спуска давления, измерение давления Р_авт пара и температуры Т_авт пара в автоклаве, автоматическое управление давлением в автоклаве в соответствии с заданной программой, выгрузку готовых изделий из автоклава / Патент RU 2716764. - https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet [1]. Принят за прототип.

Недостатком известного способа 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 формируется благодаря синтезу 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 необходимо создать вполне определенные условия в среде автоклава, а именно необходимо наличие свободной воды в среде автоклава, а величина температуры, необходимая для начала реакции синтеза тоберморита и ксонотлита, должна быть не ниже 165°C и 173°C соответственно по всему объему автоклавируемых ячеисто-бетонных изделий. Однако, при осуществлении вакуумирования известными способами 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 массивов в недостаточном для физико-химических реакций количестве, при этом температура внутренних слоев также не достигает необходимой для синтеза гидросиликатов температуры, и, как следствие, не достигается максимально возможная прочность.

Сущность изобретения заключается в стабилизации прочностных характеристик ячеисто-бетонных изделий, сокращении брака готовых изделий и снижении энергозатрат на производствоячеисто-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 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 основании состава паровоздушной смеси, удаляемой из автоклава, а также повышение качества и сокращение брака готовых изделий, снижение энергозатрат на производство ячеисто-бетонных изделий и стабилизация прочности готовых изделий.

Технический результат достигается тем, что в известном способе автоклавирования, включающем загрузку ячеистого бетона во внутреннюю среду, ограниченную корпусом автоклава, снабженного блоком задания давления Р/t), блоком измерения давления Р_авт, вакуумным насосом и приводом вакуумного насоса с силовым преобразователем частоты, задание программы изменения давления в автоклаве при последовательном выполнении технологических операций: продувки, вакуумирования, подъема давления, выдержки, спуска давления, измерения давления Р_ает в автоклаве, автоматического управления давлением в автоклаве в соответствии с программой, выгрузки изделий из автоклава, особенность заключается в том, что автоклав дополнительно оснащают системой автоматического управления, содержащей блок измерения концентрации газа С, в паровоздушной смеси, регулятор динамики вакуумирования с возможностью задания требуемой величины концентрации газа С/ и блок сравнения давлений Р_авт с P/t), Р_т/ и Р_та/, при этом выход блока задания давления P/t) соединяют с первым входом блока сравнения давлений Р_шт с P/t), Р_т/ и Р_та/ второй вход которого соединяют с выходом блока измерения давления Р_авт, а на третий и четвертый вход задаются величины минимального Р_т/ и максимального Р_тах³ значений давления на этапе вакуумирования, выход блока сравнения давлений Р_авт с P/t), P_min^J и Р_та/ соединяют с первым входом регулятора динамики вакуумирования, на второй вход регулятора динамики вакуумирования задается требуемая величина концентрации газа С/ в паровоздушной смеси, третий вход регулятора динамики вакуумирования соединяют с выходом блока измерения концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, первый выход регулятора динамики вакуумирования соединяют со входом силового преобразователя частоты, выход которого соединяют со входом привода вакуумного насоса, выход которого соединяют со входом вакуумного насоса, на выходе которого формируется величина g_nec 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, а на втором выходе внутренней среды автоклава формируется сигнал, соответствующий величине концентрации газа С/ в паровоздушной смеси, который поступает на вход блока измерения концентрации газа С_г 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 С_г в паровоздушной смеси, 6 - блок измерения давления Р_авт.

На фиг. 2 изображен график изменения концентрации газа С_г 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), P_min³ и P_max³, 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 С_г 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 С_г 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), P_min³ и P_max³, при этом сигнал ошибки δ с выхода блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), P_min³ и P_max³ 8 поступает на вход регулятора динамики вакуумирования 9, в котором происходит сравнение заданной величины концентрации газа С_г³ в паровоздушной смеси с величиной концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, удаляемой из внутренней среды автоклава 12, и измеряемой блоком измерения концентрации газа С_г в паровоздушной смеси 5. Если выполняется соотношение С_г > С_г³, то на выходе регулятора динамики вакуумирования 9 формируется управляющий сигнал U_R, который подается на вход силового преобразователя частоты 10, на выходе которого формируется напряжение , подаваемое на привод вакуумного насоса 11, выходной сигнал с которого задает расход g_nвс 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), P_min³ и P_max³ 8 с величинами минимального P_max³ и максимального P_max значений давления, при выполнении условия P_авт ≤ P_min³ сигналом с выхода блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), P_min³ 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 P_авт > P_max³ происходит повторное включение вакуумного насоса 4 и давление Р_авт снова начинает снижаться. Данный процесс повторяется циклически, пока не будет выполнено условие С_г ≤ С_г³, 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), P_min³ и P_max³, 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), P_min³ и P_max³ 8 задаются требуемые значения величин минимального P_min³ и максимального P_max³ значений давления во внутренней среде автоклава 12, далее сигнал с выхода блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), P_min³ и P_max³ 8 поступает на первый вход регулятора динамики вакуумирования 9, который сравнивает заданную величину концентрации газа С_г³ в паровоздушной смеси, сообщаемую на второй вход блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), P_min³ и P_max³ 8, с текущим значением концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, величина которой измеряется блоком измерения концентрации газа С_г 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 напряжение 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), P_min³ и P_max³ 8 с величинами минимального P_min³ и максимального P_max³ значений давления, при выполнении условия P_авт ≤ P_min³ сигналом с выхода блока сравнения давления Р_авт с Р_з(t), P_min³ и P_max³ 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 P_авт > P_max³ 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 С_г в паровоздушной смеси, удаляемой из внутренней среды автоклава 12, регулятором динамики вакуумирования 9 производится сравнение концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, удаляемой из автоклава, с заданной величиной концентрации газа С_г³ и, при выполнении условия С_г ≤ С_г³, 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), P_min³ и P_max³ 8, регулятор динамики вакуумирования 9, выполнены, например, программно, например, на базе микроконтроллера SIMATICS7-300 [2]. В качестве блока измерения концентрации газа С_г 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 С_г 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.

С применением заявленного способа становится возможным оперативное регулирование длительности этапа вакуумирования ячеисто-бетонных изделий в процессе их автоклавирования путем автоматического определения регулятором времени окончания технологического этапа вакуумирования исходя из оценки концентрации С_г 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. Патент RU 2716764. - https://wwwl.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet

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/stacionarnye1/angor-s-gazoanalizator-stacionarnyj

Изобретение относится к строительной промышленности, а именно к способу производства строительных материалов, и может быть использовано, например, в производстве ячеисто-бетонных изделий по автоклавной технологии. Способ включает загрузку ячеистого бетона во внутреннюю среду, ограниченную корпусом автоклава. Автоклав снабжен блоком задания давления Р₃(t), блоком измерения давления Р_авт, вакуумным насосом и приводом вакуумного насоса с силовым преобразователем частоты. Осуществляют задание программы изменения давления в автоклаве при последовательном выполнении технологических операций: продувки, вакуумирования, подъема давления, выдержки, спуска давления, измерения давления Р_авт в автоклаве, автоматического управления давлением в автоклаве в соответствии с программой, выгрузки изделий из автоклава. При этом автоклав дополнительно оснащают системой автоматического управления, содержащей блок измерения концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, регулятор динамики вакуумирования с возможностью задания требуемой величины концентрации газа С_г³ и блок сравнения давления Р_авт с P₃(t), P_min³ и P_max³. При этом выход блока задания давления Р₃(t) соединяют с первым входом блока сравнения давления Р_авт с Р₃(t), P_min³ и P_max³, второй вход которого соединяют с выходом блока измерения давления Р_авт, а на третий и четвертый вход задаются величины минимального P_min³ и максимального P_max³ значений давления на этапе вакуумирования. Выход блока сравнения давления Р_авт с P₃(t), P_min³ и P_max³ соединяют с первым входом регулятора динамики вакуумирования. На второй вход регулятора динамики вакуумирования задается требуемая величина концентрации газа С_г³ в паровоздушной смеси. Третий вход регулятора динамики вакуумирования соединяют с выходом блока измерения концентрации газа С_г в паровоздушной смеси. Первый выход регулятора динамики вакуумирования соединяют с входом силового преобразователя частоты, выход которого соединяют с входом привода вакуумного насоса, выход которого соединяют с входом вакуумного насоса, на выходе которого формируется величина g_пвс 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. На втором выходе внутренней среды автоклава формируется сигнал, соответствующий величине концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, который поступает на вход блока измерения концентрации газа С_г в паровоздушной смеси. После чего на втором выходе регулятора динамики вакуумирования формируется сигнал t_в^к, поступающий на вход блока задания давления P₃(t), который соответствует времени окончания этапа вакуумирования. Техническим результатом является повышние эффективности управления глубиной разряжения среды в автоклаве на этапе вакуумирования ячеисто-бетонных изделий, повышение качества и сокращение брака готовых изделий, снижение энергозатрат на производство ячеисто-бетонных изделий и стабилизация прочности готовых изделий. 3 ил.

Способ автоклавирования ячеисто-бетонных изделий, включающий загрузку ячеистого бетона во внутреннюю среду, ограниченную корпусом автоклава, снабженного блоком задания давления Р₃(t), блоком измерения давления Р_авт, вакуумным насосом и приводом вакуумного насоса с силовым преобразователем частоты, задание программы изменения давления в автоклаве при последовательном выполнении технологических операций: продувки, вакуумирования, подъема давления, выдержки, спуска давления, измерения давления Р_авт в автоклаве, автоматического управления давлением в автоклаве в соответствии с программой, выгрузки изделий из автоклава, отличающийся тем, что автоклав дополнительно оснащают системой автоматического управления, содержащей блок измерения концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, регулятор динамики вакуумирования с возможностью задания требуемой величины концентрации газа С_г³ и блок сравнения давления Р_авт с P₃(t), P_min³ и P_max³, при этом выход блока задания давления Р₃(t) соединяют с первым входом блока сравнения давления Р_авт с Р₃(t), P_min³ и P_max³, второй вход которого соединяют с выходом блока измерения давления Р_авт, а на третий и четвертый вход задаются величины минимального P_min³ и максимального P_max³ значений давления на этапе вакуумирования, выход блока сравнения давления Р_авт с P₃(t), P_min³ и P_max³ соединяют с первым входом регулятора динамики вакуумирования, на второй вход регулятора динамики вакуумирования задается требуемая величина концентрации газа С_г³ в паровоздушной смеси, третий вход регулятора динамики вакуумирования соединяют с выходом блока измерения концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, первый выход регулятора динамики вакуумирования соединяют с входом силового преобразователя частоты, выход которого соединяют с входом привода вакуумного насоса, выход которого соединяют с входом вакуумного насоса, на выходе которого формируется величина g_пвс 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, а на втором выходе внутренней среды автоклава формируется сигнал, соответствующий величине концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, который поступает на вход блока измерения концентрации газа С_г в паровоздушной смеси, после чего на втором выходе регулятора динамики вакуумирования формируется сигнал t_в^к, поступающий на вход блока задания давления P₃(t), который соответствует времени окончания этапа вакуумирования.