КЛИМАТИЧЕСКАЯ КАМЕРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕРМООТВЕРЖДЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Российский патент 2024 года по МПК F25D17/00 G01N33/38 

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и предназначено для исследования процесса термоотверждения образцов цементного раствора в условиях заданных отрицательных температур с последующим определением прочностных характеристик сформированных образцов цементного камня.

Известен многофункциональный мобильный стенд (патент RU №2762902, опубл. 23.12.2021) для проведения температурных испытаний агрегатов и крупногабаритных конструкций из конструкционных материалов, который представляет собой транспортировочный контейнер, разделенный на машинное отделение и температурную камеру, систему охлаждения, системы контроля температуры в камере и отдельных узлов многофункционального мобильного стенда, связанные с внешним управляющим компьютером.

Недостатками являются сложность конструкции стенда, которая обусловлена встроенной в транспортировочный контейнер температурной камеры, системы охлаждения и компьютера с программным обеспечением, что требует специализированного технического обслуживания, а также система охлаждения, которая требует оттайки воздухоохладителя.

Известна камера для испытаний бетона и других твердых материалов на морозостойкость (патент RU №145755, опубл. 27.09.2014) включающая напольную конструкцию прямоугольной формы, внутри которой размещён рабочий термоизолированный объём с воздухоохладителем, холодильный агрегат, система оттайки, блок контроля и управления. Рабочий термоизолированный объём соединен трубопроводом с системой оттайки. Система оттайки включает бак для хранения и подготовки рассола, циркуляционный насос, электронагреватель подготовки рассола, фильтры механической очистки подготовки рассола, трубопроводы подачи и возврата рассола, трубопровод слива отработанного рассола, а также запорную арматуру, датчики температуры и уровней рассола.

Недостатками является, верхнее размещение охладителя на потолке рабочего термоизолированного объёма увеличивает высоту всей климатической камеры и исключает возможность применение вертикальной загрузки образцов, что ограничивает количество испытываемых образцов помещаемых в рабочий объём. Образующаяся при оттаивании вода под действием силы тяжести будет попадать на исследуемые образцы, что будет негативно влиять на достоверность результатов.

Известен криотермостат (патент RU №2623746, опубл. 29.06.2017), который состоит из корпуса, входной двери, двух стеллажей и холодильного моноблока с пультом управления. В криотермостате на стеллажах располагаются шесть отдельных термостатов локальных для размещения в них объектов термостатирования. Термостат локальный состоит из корпуса, вентилятора, нагревателя, измерителя и регулятора температуры для равномерного термостатирования воздуха по его длине путём круговой циркуляции, также содержит канальный вентилятор с воздуховодом на всю длину термостата.

Недостатками является то, что поддержание необходимой температуры образцов осуществляется охлаждённым воздухом криотермостата при помощи вентилятора термостата локального через воздуховод, что усложняет конструкцию.

Известен термоконтейнер (патент RU №197942, опубл. 08.06.2020), который состоит из ударопрочного корпуса из полипропилена в виде параллелепипеда или усеченной пирамиды с откидной крышкой, закрепленной на корпусе с помощью петель. Корпус представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из несущей оболочки корпуса из полипропилена, теплоизолирующих слоев с замкнутым контуром в виде пенополиуретана и вакуумных теплоизоляционных панелей, теплоотражающей мембраны с внутренней стороны. В качестве основного теплоизолирующего материала используют вакуумные теплоизоляционные панели, которые выполнены из вакуумированного наноструктурированного порошка диоксида кремния, упакованного в термостойкую полимерную пленку.

Недостатками является то, что в качестве основного теплоизолирующего материала используют вакуумные теплоизоляционные панели, что при малейшем механическом повреждении делает термоконтейнер не пригодным к эксплуатации.

Известна климатическая камера (патент RU №162896, опубл. 27.06.2016) состоящая из термоизолированного корпуса, рабочего объёма для испытуемых образцов в виде герметичной ванны с солевым раствором, датчиков температуры и уровня солевого раствора, холодильного агрегата, узла оттайки льда на ламелях испарителя, форкамеры, состоящей из испарителя, ТЭНа, вентилятора и воздуховода в виде сопла.

Недостатками является то, что для сохранения необходимого температурного режима предусмотрено применение солевого раствора с системой хранения и циркуляции, дополнительный бак, трубная разводка, помпа для перекачки, что значительно усложняет конструкцию климатической камеры. Большая энергоёмкость климатической камеры, так как для работы в конструкции предусмотрена одновременная работа вентилятора форкамеры, помпы для солевого раствора, ТЭНа, компрессора, вентилятора системы охлаждения.

Известна холодильная и/или морозильная установка (патент RU №2407961, опубл. 27.12.2010), принятая за прототип, содержащая пространство для размещения охлажденных или замороженных продуктов, вентилятор для ввода или вывода воздуха из указанного пространства, или для обеспечения циркуляции воздуха в этом пространстве и блок управления, соединенный с вентилятором.

Недостатками является то, что движение охлаждаемого воздуха осуществляется вдоль испарителя, соединенного со встроенным в установку компрессором, за счёт вентилятора, установленного вверху вертикальной разделительной перегородки внутреннего пространства установки по вертикальному каналу, образованному вертикальной разделительной перегородкой и задней стенкой установки, что увеличивает время охлаждения и создаёт строго направленный вниз поток воздуха, который затем, поднимаясь вверх, обтекает горизонтальную разделительную перегородку и четыре вышерасположенные горизонтальные полки, что исключает равномерную циркуляцию охлаждённого воздуха по всему объёму внутреннего пространства установки и ведёт к образованию зон с различной температурой и увеличению числа температурных датчиков.

Техническим результатом является создание устройства для поддержания отрицательных температур в течение длительного времени.

Технический результат достигается тем, что корпус выполнен в форме куба из термоизолирующего материала, на нижней поверхности которого закреплены колеса, сверху, на корпусе закреплена с возможностью съема крышка, которая выполнена из термоизолирующего материала, в центре верхней поверхности которой установлена ручка, на передней боковой поверхности корпуса, установлены замки-фиксаторы, по периметру верхней торцевой поверхности корпуса и нижней поверхности крышки установлены герметизирующие прокладки, внутри корпуса на боковой стенке установлен вентилятор, с возможностью направления поток воздуха перпендикулярно на установленный перед ним теплообменник, в боковой стенке корпуса выполнены сквозные отверстия, в которые установлена гибкая трубная разводка с запорной арматурой и электроклапаном с возможностью соединения с любым независимым от климатической камеры чиллером, при этом электроклапан, выполненный с возможностью отсечки низкотемпературной жидкости от теплообменника, внутри нижней часть камеры установлена с возможностью съёма решётчатая полка-подставка.

Климатическая камера для исследования процесса термоотверждения образцов цементного раствора при отрицательных температурах поясняется следующей фигурой:

фиг. 1 - общий вид устройства;

фиг. 2 - 3D-модель устройства;

фиг. 3 - 3D-модель устройства в комплекте с чиллером;

фиг. 4 - схема работы устройства, где:

1 - корпус;

2 - крышка;

3 - вентилятор;

4 - теплообменник;

5 - электроклапан;

6 - трубная разводка с запорной арматурой;

7 - датчик температуры;

8 - образец;

9 - блок контроля и управления;

10 - решётчатая полка-подставка;

11 - колесо;

12 - замок-фиксатор;

13 - ручка;

14 - прокладка.

Климатическая камера для исследования процесса термоотверждения образцов цементного раствора при отрицательных температурах включает корпус 1 (фиг. 1, 2), который выполнен в форме куба из термоизолирующего материала «Пеноплекс» толщиной 20 мм. Внутреннее пространство представляет одну камеру, образованную стенками корпуса 1. На нижней поверхности корпуса 1 закреплены колеса 11. На боковых поверхностях корпуса 1 закреплены ручки 13. Сверху, на корпусе 1 закреплена с возможностью съема крышка 2 выполненная из термоизолирующего материала «Пеноплекс», на передней боковой поверхности корпуса 1, установлены замки-фиксаторы 12, а в центре верхней поверхности крышки 2 установлена ручка 13. По периметру верхней торцевой поверхности корпуса 1 и нижней поверхности крышки 2 установлены герметизирующие прокладки 14. Внутри корпуса 1 на боковой стенке установлен вентилятор 3, с возможностью направления поток воздуха перпендикулярно на установленный перед ним теплообменник 4. Вентилятор 3 соединён с блоком контроля и управления 9, который выполненный с возможностью включения/отключения вентилятора 3 и электроклапана 5 при достижении внутри камеры заданной температуры. В боковой стенке корпуса 1 выполнены сквозные отверстия, в которые установлена гибкая трубная разводка с запорной арматурой 6 и электроклапаном 5 с возможностью соединения с любым независимым от климатической камеры чиллером, например термостатом жидкостным низкотемпературным. Электроклапан 5, выполненный с возможностью отсечки низкотемпературной жидкости от теплообменника 4, соединён блоком контроля и управления 9. Внутри нижней часть камеры 1 установлена с возможностью съёма решётчатая полка-подставка 10 с возможностью размещения образцов 8. Внутри корпуса 1 на противоположной от теплообменника 4 боковой стенке установлен датчик температуры 7, выход которого соединён с входом блока контроля и управления 9, цифровой дисплей, которого установлен снаружи корпуса 1.

Устройство работает следующим образом. Трубной разводкой с запорной арматурой 6 (фиг. 1-4) устройство подключается к чиллеру 15. На решётчатую полку-подставку 10 устанавливают образцы 8 цементного раствора и закрывают крышку 2 замками-фиксаторами 12. Охлаждённая и перекачиваемая чиллером 15 любая низкозамерзающая охлаждающая жидкость циркулирует через теплообменник 4, обдуваемый вентилятором 3 воздухом внутреннего пространства герметично закрытого корпуса 1. При этом электроклапан 5 закрыт. В корпусе 1 происходит процесс выравнивания температур теплообменника 4 и внутреннего воздушного пространства климатической камеры 1. Охлаждающая жидкость, забирая тепло из корпуса 1, понижает в нём температуру воздуха до установленного на блоке контроля и управления 9 значения. Температуру внутри корпус 1 фиксирует датчик температуры 7, который передает данные на вход блока контроля и управления 9. При достижении в корпусе 1 заданной отрицательной температуры блок контроля и управления 9 отключает вентилятор 3 обдува теплообменника 4 и открывает электроклапан 5. Охлаждающая жидкость, перекачиваемая чиллером 15, начинает циркулировать через электроклапан 5, не доходя до теплообменника 4. Таким образом, останавливается процесс охлаждения воздушного пространства климатической камеры 1. При повышении температуры внутри климатической камеры на 1°С по сравнению с заданной, датчик температуры 7 передает данные на вход блока контроля и управления 9, который закрывает электроклапан 5 и включает вентилятор 3 обдува теплообменника 4. Охлаждающая жидкость вновь начинает циркулировать через теплообменник 4, а вентилятор 3 возобновляет обдув теплообменника 4. Такой цикл работы климатической камеры обеспечивает стабильность заданной отрицательной температуры в течение длительного времени. Равномерное и всестороннее охлаждение образцов цементного раствора 8, установленных внутри камеры на решётчатую полку-подставку 10, обеспечивается всесторонним обдувом охлаждённым воздухом создаваемым вентилятором 3.

Климатическая камера, выполненная герметичной за счет термоизолирующего материала и герметизирующих прокладок, а установленные вентилятор, теплообменник, решётчатая полка-подставка, гибкая трубная разводка с запорной арматурой и электроклапаном позволяют равномерно и всесторонне охлаждать образцы цементного раствора внутри камеры в течение длительного времени.

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и предназначено для исследования процесса термоотверждения образцов цементного раствора в условиях заданных отрицательных температур с последующим определением прочностных характеристик сформированных образцов цементного камня. Климатическая камера содержит внутреннее пространство для размещения образцов цементного раствора, представляющее собой камеру, образованную стенками корпуса. Корпус выполнен в форме куба из термоизолирующего материала, на нижней поверхности которого закреплены колеса. Сверху на корпусе закреплена с возможностью съема крышка. Крышка выполнена из термоизолирующего материала, в центре верхней поверхности которой установлена ручка. На передней боковой поверхности корпуса установлены замки-фиксаторы. По периметру верхней торцевой поверхности корпуса и нижней поверхности крышки установлены герметизирующие прокладки. Внутри корпуса на боковой стенке установлен вентилятор с возможностью направления потока воздуха перпендикулярно на установленный перед ним теплообменник. Вентилятор соединен с блоком контроля и управления. В боковой стенке корпуса выполнены сквозные отверстия, в которые установлена гибкая трубная разводка с запорной арматурой и электроклапаном с возможностью соединения с любым независимым от климатической камеры чиллером. На стенке, противоположной вентилятору и теплообменнику, расположен датчик температуры. Блок контроля и управления выполнен с возможностью включения/отключения вентилятора и электроклапана при достижении внутри камеры заданной температуры. Электроклапан выполнен с возможностью отсечки низкотемпературной жидкости от теплообменника. Внутри нижней части камеры установлена с возможностью съема решетчатая полка-подставка. Техническим результатом является создание устройства для поддержания отрицательных температур в течение длительного времени. 4 ил.

Климатическая камера для исследования процесса термоотверждения образцов цементного раствора при отрицательных температурах, содержащая пространство для размещения образцов цементного раствора, внутреннее пространство представляет одну камеру, образованную стенками корпуса, вентилятор для обеспечения циркуляции воздуха внутри пространства герметично закрытого корпуса климатической камеры, соединенный с вентилятором блок контроля и управления, выполненный с возможностью включения/отключения вентилятора и электроклапана при достижении внутри камеры заданной температуры, датчик температуры, расположенный во внутреннем пространстве климатической камеры на стенке, противоположной вентилятору и теплообменнику, отличающаяся тем, что корпус выполнен в форме куба из термоизолирующего материала, на нижней поверхности которого закреплены колеса, сверху на корпусе закреплена с возможностью съема крышка, которая выполнена из термоизолирующего материала, в центре верхней поверхности которой установлена ручка, на передней боковой поверхности корпуса установлены замки-фиксаторы, по периметру верхней торцевой поверхности корпуса и нижней поверхности крышки установлены герметизирующие прокладки, внутри корпуса на боковой стенке установлен вентилятор с возможностью направления потока воздуха перпендикулярно на установленный перед ним теплообменник, в боковой стенке корпуса выполнены сквозные отверстия, в которые установлена гибкая трубная разводка с запорной арматурой и электроклапаном с возможностью соединения с любым независимым от климатической камеры чиллером, при этом электроклапан выполнен с возможностью отсечки низкотемпературной жидкости от теплообменника, внутри нижней части камеры установлена с возможностью съема решетчатая полка-подставка.