устройство для автоматического регулирования температурного режима при тепловой обработке монолитных железобетонных конструкций

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического регулирования температурного режима при тепловой обработке монолитных железобетонных конструкций, включающее опалубку, термодатчики, нагреватели, компьютер, отличающееся тем, что термодатчики установлены в опалубке, нагреватели уложены и закреплены на арматурном каркасе монолитной железобетонной конструкции, выводы нагревателей и термодатчики соединены с цифровым автоматическим регулятором мощности, состоящим из блока индикации и управления и блока цифрового регулирующего, через преобразователь сигналов соединенного с управляющим компьютером.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обеспечения визуального контроля цифровой автоматический регулятор мощности снабжен приборной панелью для отображения температуры бетона в каждой точке измерения и средневзвешенной по объему температуры бетона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам для тепловой обработки возводимых в условиях построечной площадки конструкций из железобетона с использованием автоматического управления тепловыми процессами.

Известны устройства для автоматического управления сложными объектами, в том числе с дискретным характером технологического цикла (см., например, патенты 2105343, М. кл. G05B 19/18, опубл. 20.02.1998, 2102788, М. кл. G05B 19/18, опубл. 20.01.1998, 2041494, М. кл. G06F 17/00, опубл. 21.12.1992), включающие регистры ввода и вывода, блоки памяти, блок сравнения и счетчик адресов, блок управления, блок выбора управляющих решений и др., применяемые для решения задач распознавания и анализа ситуаций, процессов или явлений произвольной природы, описываемых конечными наборами признаков. По своим функциональным возможностям эти устройства непригодны для управления процессом тепловой обработки бетона при зимнем бетонировании монолитных строительных конструкций.

Известно также устройство для тепловой обработки монолитных железобетонных конструкций (патент 2249502, М. кл. В28В 11/24, опубл. 10.04.2005 - прототип), включающее опалубку с установленными в ней нагревательными элементами, термодатчики с независимыми каналами регулирования, температурные датчики, установленные в монолитной конструкции, датчик окружающей среды, блок магнитных пускателей, персональный компьютер, блок управления, контроля и регистрации.

Недостатком устройства-прототипа является то, что оно предназначено для тепловой обработки с изотермическим выдерживанием при непрерывной работе нагревательных элементов, что не позволяет существенно снизить энергопотребление за счет использования тепловой инерции бетона при дискретном режиме работы нагревательных элементов в заданном температурном диапазоне.

Технической задачей, решаемой изобретением, является существенное снижение энергозатрат и техническая возможность управления скоростью перестройки температурного поля после включения или выключения нагревателей в соответствии с температурными ограничениями действующих нормативных документов.

Это достигается тем, что в устройстве для автоматического регулирования температурного режима при тепловой обработке монолитных железобетонных конструкций, включающем опалубку, термодатчики, нагреватели, компьютер, термодатчики установлены в опалубке, нагреватели уложены и закреплены на арматурном каркасе монолитной железобетонной конструкции, выводы нагревателей, термодатчики соединены с цифровым автоматическим регулятором мощности, состоящим из блока индикации и управления и блока цифрового регулирующего, соединенного через преобразователь сигналов с управляющим компьютером. Для обеспечения визуального контроля цифровой автоматический регулятор мощности снабжен панелью для отображения температуры бетона в каждой точке измерения и средневзвешенной по объему температуры бетона.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображена схема укладки нагревательных электрических проводов, на фиг.2 - схема устройства автоматического регулирования температурного режима при тепловой обработке монолитных железобетонных конструкций, на фиг.3 - схема алгоритмического диспетчера для управления дискретным режимом тепловой обработки бетона в температурном диапазоне t_max-t_min .

На нагреватели в виде электрических проводов 1, уложенные и закрепленные на арматурном каркасе 2 (фиг.1), укладывают бетон. Термодатчики 3 и нагреватели 1, отображенные на фиг.2 как сопротивления R1, R2, R3, представляют собой объект контроля и управления 4. Выводы нагревателей 1 и термодатчики 3 соединены с цифровым автоматическим регулятором мощности 5, состоящим из блока индикации и управления 6 и блока цифрового регулирующего 7, через преобразователь сигналов 8 соединенного с управляющим компьютером 9; А, В, С - фазы, S1 - силовой выключатель.

В соответствии с разработанной программой до включения устройства в работу управляющим компьютером 9 рассчитываются и вводятся в блок индикации и управления 6 максимальная и минимальная температуры температурного режима тепловой обработки железобетонной конструкции из условия минимальных энергозатрат на прогрев бетона, параметры для расчета электрической схемы нагревателей, например общая длина электрических проводов, геометрические размеры железобетонной конструкции, средние значения температуры на гранях конструкции к началу тепловой обработки, продолжительность периодов включения и выключения нагревателей, шаг по времени для дискретного контроля температуры окружающей среды и температурного режима тепловой обработки.

В заданном интервале t_max -t_min измеряется текущая температура в 1-6 точках измерения в зависимости от вида конструкции на контакте опалубки с бетоном термодатчиками 3, затем в соответствии с разработанной программой управляющим компьютером 9 определяется скорость перестройки температурного поля в бетоне после включения или выключения нагревателей. По результатам этого расчета в случае превышения максимальных допустимых величин скорости перестройки температурного поля в бетоне с помощью блока индикации и управления 6 и блока цифрового регулирующего 7 осуществляется дискретное уменьшение или увеличение суммарной мощности всех нагревателей соответственно при их включении или выключении. Сигналы с объекта контроля и управления 4 преобразуются через трансформаторы T1, T2, Т3 в токи Ia, Ib, Ic и напряжения Ua, Ub, Uc, в зависимости от значений которых осуществляется управление тиристорами 10, регулирующими включение и выключение нагревателей 1.

Визуально значения температуры бетона в каждой точке измерения и средневзвешенной по объему температуры бетона отображаются на приборной панели цифрового автоматического регулятора мощности 5.

На фиг.3 приведена схема алгоритмического диспетчера для управления дискретным режимом тепловой обработки бетона в температурном диапазоне t_max-t _min, с помощью которого осуществляется автоматическое регулирование температурного режима при тепловой обработке монолитных железобетонных конструкций путем управления процессами включения-выключения нагревателей с учетом максимально и минимально допустимой температуры бетона и предельных значений скорости перестройки температурного поля после включения или выключения нагревателей. Пояснения к фиг.3: 1 - график изменения средневзвешенной по объему температуры; 2 - график интенсивности теплового потока; t_бс - начальная температура бетона; Тр - период разогрева бетона до расчетной температуры; Тур - период выдерживания бетона с управляемым тепловым режимом; Т_ост - период остывания бетона; Т_Rкр - период набора бетоном критической прочности; N - суммарная мощность всех нагревателей, Вт; М - суммарная мощность нагревателей для данной конструкции, Вт; р - параметр цикла; - время, ч; t - температура, °С.

Производственные испытания на строительных объектах г.Новосибирска подтвердили возможность энергосбережения до 50% при зимнем бетонировании конструкций призматической формы и показали техническую возможность управления скоростью перестройки температурного поля после включения или выключения нагревателей в соответствии с температурными ограничениями действующих нормативных документов. Кроме того, устройство для автоматического регулирования температурного режима при тепловой обработке монолитных железобетонных конструкций позволяет повысить надежность технологического процесса за счет исключения «человеческого фактора» и возможных ошибок при расчете электрической сети нагревателей, а непосредственный контакт нагревателей с бетоном дает высокий тепловой коэффициент полезного действия.