авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Развитие научных основ совершенствования процесса электроразогрева бетонной смеси в технологии зимнего бетонирования

На правах рукописи

Титов Михаил Михайлович РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОРАЗОГРЕВА БЕТОННОЙ СМЕСИ В ТЕХНОЛОГИИ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ 05.23.08 - Технология и организация строительства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Томск – 2012 2

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайском государственном техническом университете и ФГБОУ ВПО Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научный консультант: - доктор технических наук, профессор Алексей Игнатьевич Гныря

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Александр Сергеевич Арбеньев - доктор технических наук, профессор Юрий Игоревич Бик - доктор технических наук, профессор Нелли Карповна Скрипникова Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный архитектурно - строительный университет

Защита состоится “23” марта 2012 г. в 14-00 на заседании диссерта ционного Совета Д 212.265.01 в Томском государственном архитек турно-строительном университете по адресу: 634003, г. Томск, пл.

Соляная, 2, корп.5, ауд. 307, тел./факс (3822)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского госу дарственного архитектурно-строительного университета Автореферат разослан февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета _Н.О. Копаница

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие добывающих, перерабатывающих и энер гоемких производств в Сибири, в районах Крайнего Севера вызывает не обходимость круглогодичного строительства при среднегодовой темпера туре -5,5 С. Это обуславливает внимание строительной науки к техноло гии производства бетонных работ в зимнее время.

Наиболее эффективным по скорости набора прочности в первые сутки является метод бетонирования с предварительным электроразогревом бе тонной смеси (ПЭРБС). Метод особенно эффективен при производстве бе тонных работ при низкой температуре воздуха с возможностью нагрева бетонной смеси до максимальных температур.

Анализ производственного опыта и результатов исследований отечест венных и зарубежных ученых в области технологии ПЭРБС показывает, что используемая технология и оборудование не позволяют достичь тре буемых температур нагрева бетонной смеси и обеспечения необходимого ресурса работоспособности и надежности оборудования.

Нерешенность вопросов, связанных с установлением причин, вызываю щих неравномерность температурных полей в межэлектродной области, приэлектродное кипение бетонной смеси и обрастание фазных электродов схватившимся бетоном приводит к быстрой потере скорости нагрева смеси и нестабильному к.п.д. устройств для электроразогрева. Применение дру гих методов зимнего бетонирования приводит к повышенным затратам трудовых, материальных и особенно энергетических и временных ресурсов и не соответствует высокопроизводительным средствам доставки, подачи и укладки бетонной смеси в современные опалубочные формы. Это проти воречие в комплексе процессов существующей технологии зимнего бето нирования делает актуальными вопросы совершенствования технологии предварительного электроразогрева бетонной смеси путем значительного повышения уровня работоспособности и надежности используемого оборудования, увеличения эффективности процесса электроразогрева бе тонной смеси.

Исследования по этим вопросам выполнялись в период с 1997 по год и являются развитием работ по проблемам зимнего бетонирования, выполненных в НИИЖБ, СПбГАСУ, МГСУ, ВладГУ, ТГАСУ, НГАСУ, и др. вузах и НИИ РФ.

Объектом исследования является технология зимнего бетонирова ния с предварительным электроразогревом бетонной смеси.

Предметом исследования являются: процессы формирования электриче ских и тепловых полей в межэлектродном объеме устройств для электрора зогрева бетонной смеси.

Цель работы: расширение технологических возможностей способа пред варительного электроразогрева бетонной смеси путем повышения ресурса работоспособности и к.п.д. используемого оборудования на основе совер шенствования процесса электроразогрева.

Задачи исследования: для достижения поставленной цели необходимо решить следующие теоретические и практические задачи:

1. Установить физическую причину, приводящую к приэлектрод ному кипению бетонной смеси и последующей быстрой потери работоспособности электроразогревающего устройства.

2. Разработать методы исследования неравномерности температур ных полей в устройствах циклического и непрерывного действия.

3. Разработать способ устранения явления приэлектродного кипе ния бетонной смеси в устройствах цикличного и непрерывного действия.

4. Предложить и обосновать количественный критерий равномер ности электротепловых полей в процессе электроразогрева бетон ной смеси и на этой основе оценить качество известного и пред лагаемого процесса электроразогрева, оборудования и техноло гии.

5. Разработать достоверную методику электротехнического, конст руктивного и технологического расчета устройств для электрора зогрева бетонной смеси.

6. Исследовать кинетику величины к.п.д. в процессе электроразогре ва и разработать режим нагрева, дающий максимальный итоговый к.п.д.

7. Выполнить производственную проверку результатов исследова ний. Разработать технологическую документацию на зимнее бе тонирование с использованием предлагаемых конструктивно технологических решений по предварительному электроразогреву бетонной смеси.



Основная идея работы заключается в том, что быстрое обрастание фазных электродов схватившимся бетоном вызвано резким всплеском в области ребер фазных электродов напряженности электрического поля Е.

Исключение торца и ребер фазного электрода из поля проводимости сме си ортогональной диэлектрической поверхностью выравнивает поля плотности тока J, тепловыделения w и температуры t.

Методология проводимых исследований основана на теоретиче ских положениях, разработанных и развиваемых в отечественных и зару бежных научных школах МВТУ (Николаев Г.А.), МЭИ (Крутов В.И.), НИИЖБ (Миронов С.А., Крылов Б.А., Лагойда А.В.), ВладГУ (Арбеньев А.С.), ТГАСУ ( Гныря А.И.), H. Schenck, University of Rhode Island, R.

Feynman, University of Massachusets. Используемые методы исследования:

литературный и патентный поиск, анализ и обобщение, теоретическое исследование и физический эксперимент, численный эксперимент в среде моделирования ELCUT, MATHCAD.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций под тверждается методологической базой исследований, основанной на фун даментальных научных положениях и современных методах исследова ния: аналитического аппарата теории цепей переменного тока, законо мерностей теории электромагнитного поля, теории колебаний, метода конечных элементов в основе пакета прикладных программ ELСUT, MATHCAD;

достаточным объемом экспериментальных данных с исполь зованием метода сведения энергетического баланса в лабораторных и производственных экспериментах, а также сравнением полученных рас четных данных с экспериментальными значениями.

Научная новизна работы.

1. Развиты научные основы и теоретические положения, которые впервые позволили установить физическую причину, приводящую к неравномерности электротепловых полей в бетонной смеси и разра ботать способы устранения данного явления, с высокой точностью количественно оценить равномерность электротепловых полей в процессе электроразогрева и потребляемую при этом электрическую мощность.

2. Установлено, что причиной неравномерности электрических и те пловых полей в межэлектродном объеме электроразогревающих уст ройств является краевой эффект, который проявляется в резком уве личении напряженности электрического поля E, плотности тока J, тепловыделения w и температуры t на ребре и торце фазного элек трода и обусловлен многократно повышенной плотностью электриче ских зарядов в области ребра, вследствие установившегося равнове сия зарядов на всей поверхности электрода.

3. Установлено, что заглубление торцов фазных электродов в орто гональный диэлектрический корпус устраняет неравномерность J, w и t полей, что качественного увеличивает ресурс работоспособно сти электроразогревающих устройств с 20-25 циклов до 800 и более.

4. Получены новые знания о кинетике величины к.п.д. в процессе электроразогрева бетонной смеси. Установлено, что величина к.п.д.

функционально зависит от режима потребляемой мощности и для максимизации величины к.п.д. скорость роста температуры смеси должна быть пропорциональна мгновенной разности температуры смеси и воздуха, т.е. температура, напряжение и потребляемая мощ ность должны расти экспоненциально с заданным темпом нагрева.

Практическая значимость работы заключается в том, что разра ботан новый технологический передел предварительного электроразо грева бетонной смеси, который позволяет за счет устранения неравно мерности электротепловых полей значительно повысить ресурс работо способности электроразогревающих устройств и эффективность самой технологии при установленном уровне качества, как процесса разогрева, так и смеси, укладываемой в опалубку.

На основе проведенных научных исследований были разработаны, изготовлены и использованы в производстве устройства для цикличного и непрерывного электроразогрева с исключением мест локального пере грева бетонной смеси и электродов.

Теоретически и экспериментально установлено, что для исключения перегрева бетонной смеси в устройствах для непрерывного электроразо грева бетонной смеси с коаксиальной схемой межэлектродного простран ствам поверхность внутреннего и внешнего электродов в любом попе речном сечении должна быть ортогональна электроизоляционным эле ментам.

Полученные визуализированные результаты расчета электрических и тепловых полей в предлагаемых устройствах для циклического и непре рывного электроразогрева бетонной смеси позволили существенно со кратить время создания новых образцов оборудования с требуемыми па раметрами.

Разработан «Технологический регламент», в котором обоснованы ре комендации по электротехническому, конструктивному и технологиче скому расчету устройств для циклического и непрерывного электроразо грева, позволяющие исключить локальный перегрев бетонной смеси и электродов, даны рекомендации по эксплуатации такого оборудования.

Составлен пакет прикладных программ «Автоматизированное рабочее место проектировщика устройств для электроразогрева бетонных сме сей». Материалы диссертации используются при чтении лекций и выпол нении лабораторных работ по курсу «Физические основы строи тельных процессов», отдельных разделов в курсе «Технология строитель ных процессов», выполнении дипломных работ и магистерских диссерта ций по направлению «Строительство» в НГАСУ (Сибстрин).

Реализация результатов исследований. Основные научные по ложения, полученные в исследованиях, и практические рекомендации внедрены в ОАО СтройГАЗ (СУ-4, СУ-1, СУ-3), КЖБИ-2, КПП Ал тайтрансстроя, ЗАО РОСТЕК, ООО «СМР», БЗКБИ, (г.Барнаул), ОАО «Оргтехстрой», ООО «Евросити» (г. Новосибирск), ЗАО «Проектно технический центр» (г. Вологда), ЗАО «Стройсиб» (г. Абакан) и других строительных организациях РФ.

Апробация исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 46-68 научно технических конференциях НГАСУ (Сибстрин), на конференциях МГСУ, ТГАСУ, ВлГУ, АлтГТУ, СГУПС, на совещании-семинаре «Непрерывный электроразогрев бетонной смеси в строительстве» (Ленинград, 1991 г.), на международной научно-технической конференции «Композиты - в на родное хозяйство России» (Барнаул, 1995 г.), международной научно технической конференции «Вузовская наука на международном рынке научно-технической продукции (Барнаул, 1995 г.), международной науч но-технической конференции «Энергообработка бетонной смеси в строи тельстве» (Владимир, 1996 г.), международной научно-технической кон ференции «Синэргобетонирование изделий и конструкций» (Владимир, 1997 г.), международной научно-технической конференции «Обобщение теории и практики синэргобетонирования» (Владимир, 2003 г.), 12 Си бирская (международная) конференция по железобетону (Новосибирск, 2010 г.).

На защиту выносится:

установленная причина локального опережающего нагрева смеси в области ребер фазного электрода и резкого, более чем до десяти раз, всплеска значений E, J, w и t – как проявление краевого эффекта;

способ устранения неравномерности J, w, t полей заглублением торцов фазных электродов в ортогональный диэлектрический корпус, при котором эти поля выравниваются, что дает качественное увеличение ре сурса работоспособности электроразогревающих устройств;

способ исключения возникновения зон локального перегрева бетонной смеси в устройствах для непрерывного электроразогрева с ко аксиальным межэлектродным пространством, при котором поверхность внутреннего и внешнего электродов в любом поперечном сечении долж на быть ортогональна электроизоляционным элементам.

результаты численного моделирования в программном комплексе ELCUT 5.7 полей потенциала U, напряженности E, плотности тока J, теп ловыделения w, температуры t, градиента температуры G, плотности те плового потока F в электроразогревающих устройствах, подтверждающие наличие краевого эффекта в фазных электродах. (использование более простых программных продуктов не дает возможности учесть краевые эффекты на ребрах фазных электродов);

безразмерный критерий равномерности электротепловых полей в межэлектродном объеме в процессе электроразогрева бетонной смеси как отношение скорости нагрева смеси в области ребра электрода к скорости нагрева средней по объему - симплекс Ар;

рекомендации по методике электротехнического, и на этой основе конструктивного и технологического расчета устройств для электроразо грева бетонной смеси;

новое критериальное уравнение, описывающее процесс электрора зогрева с одновременным использованием его электротехнических, кон структивных и технологических параметров;

установленная закономерность функциональной зависимости вели чина к.п.д. от режима потребляемой мощности;

способ стабилизации и максимизации величины к.п.д. при любых внешних температурах, при котором скорость роста температуры смеси должна быть пропорциональна мгновенной разности температуры смеси и воздуха, т.е. температура должна расти экспоненциально с заданным темпом нагрева.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы от ражено в 40 научных статьях и докладах (в том числе по перечню ВАК – 11);

по теме диссертации получено 5 авторских свидетельств и патентов на изобретения и 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, основных выводов и приложения, содержит 273 страницы основно го текста, 84 рисунка и 12 таблиц. Список литературы включает 263 на именования.

Автор считает своим долгом выразить благодарность и глубокую признательность научному консультанту д.т.н., профессору Гныре А.И., д.т.н., профессору Курцу В.И. за многолетнее научное общение, полезные советы и консультации при работе над диссертацией, аспирантам Власову В.А., Рязанову А.И, к.т.н. Южакову И.В., которые вместе с автором уча ствовали в решении актуальных задач зимнего бетонирования, а также производственникам, принявшим активное участие в проверке и освоении новой технологии на строительных площадках: Хадамянцу Н.Х. (ОАО СтройГАЗ), Башаеву А.В. (ЗАО РОСТЕК), Лейсле В.А. (БЗКБИ) г. Барна ул, Уханову В.П. (ЗАО «Проектно-технический центр», г. Вологда.), Ещину В.С. (ЗАО «Стройсиб» г. Абакан).





Содержание работы Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована акту альность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость, представлены основные положения, выносимые на защиту, а также сведения об апроба ции и внедрении основных результатов в производство.

В первой главе (Анализ теории и проблемы практики технологии электроразогрева бетонной смеси) приведен анализ состояния основных вопросов, поставленных многолетней практикой бетонирования и состав ляющих проблему повышения эффективности технологии предваритель ного электроразогрева бетонных смесей (далее ПЭРБС). В деле создания и развития технологии ПЭРБС в нашей стране большое значение имеют труды А.С. Арбеньева, Г.А.Айрапетов, С.А. Миронова, Б.А.Крылова, А.В. Лагойды, А.И. Гныри, В.И.Зубкова, В.П.Лысова, С.Г. Головнева, Р.В. Вегинера, Н.Н.Данилова. Существенный вклад в разработку науч ных представлений о работе и проектировании электроразогревающих устройств (далее ЭРУ) порционного и непрерывного действия внесли А.С.

Арбеньев, Н.Ф. Афанасьев, Л.М. Колчеданцев, Д.С. Михановский, Н.Г.Пшонкин, А.П. Шешуков, П.И.Шварцман, А.А. Игнатьев, А.Г.Квашнин и др. Однако анализ имеющегося практического опыта использования су ществующего оборудования в технологии ПЭРБС показал, что в настоящее время отсутствуют действенные рекомендации по конструированию электроразогревающих устройств ( далее ЭРУ) с равномерными темпе ратурными полями в межэлектродном объеме (далее МЭО), вследствие чего бетонная смесь у фазных электродов всех без исключения ЭРУ гре ется в 3-4 раза быстрее, чем в МЭО. У исследователей не наблюдается единого мнения о природе этого явления и поэтому отсутствуют дейст венные меры по его нейтрализации. Нет точной методики электротехни ческого расчета ЭРУ. Отсутствуют достоверные сведения и о кинетике формирования электротепловых полей в МЭО. Не обнаружено также ка ких-либо исследований о причинах нестабильности к.п.д., кроме проти воречивых сведений о его итоговой величине. Такое положение объек тивно сдерживает развитие метода и конкурентноспособность самой тех нологии ПЭРБС. В связи с этим назрела необходимость в решении следующих важных вопросов:

1. Какова физическая причина явления локального перегрева бетон ной смеси и фазного электрода, вызывающего все известные не достатки технологии ПЭРБС.

2. Как устранить это отрицательное явление в устройствах цикличе ского и непрерывного действия.

3. Как количественно оценить качество (равномерность электротеп ловых полей) процесса ПЭРБС в том или ином устройстве.

4. Как достоверно определить потребляемую разогревающим уст ройством электрическую мощность и силу тока в линиях.

5. Как и почему изменяется величина к.п.д. в процессе разогрева, ка ковы способы его повышения и управления им.

Пути решения этих вопросов конкретизируются в сформулированных в первой главе задачах исследования.

Во второй главе (Электрофизические закономерности процесса электроразогрева бетонных смесей) развиты научные основы и теоре тические положения, которые впервые позволяют установить физическую основу явлений, приводящих к неравномерности электротепловых полей.

Экспериментально во второй главе было установлено, что причиной ус коренного нагрева металла фазного электрода служит локальный уско ренный нагрев бетонной смеси до 100 оС и последующее её непрерывное кипение в области ребер и торца фазного электрода, расположенных в объеме смеси. В результате серии отсеивающих экспериментов и сопут ствующих теоретических исследований было установлено, что причиной локального нагрева смеси служит резкий, до десятков раз, всплеск значе ний E, J, w, t в области ребер и торца фазных электродов и что главной причиной этого является известный из электростатики краевой эффект.

Экспериментально установлено, что все отрицательные последствия про явления краевого эффекта локализуются в области ребра и торца. Для дальнейшего изучения этого эффекта применительно к технологии элек троразогрева бетонной смеси необходимо применять теоретические ме тоды исследования. Из теории краевых задач известно, что в стационар ном случае дифференциальные уравнения обычного эллиптического типа краевая задача сводится к граничному условию общего вида:

·u·S+ u/n ·S =f где u(x) – искомая функция, u/n – ее производная по нормали к границе S, коэффициенты, и правая часть f заданы на границе S. При =1, = краевая задача сводится к задаче Дирихле, при = 0, =1 – к задаче Ней мана. Аналитические решения краевых задач, возможные лишь для про стейших случаев, весьма сложные и крайне трудоемкие. Но имеющиеся в настоящее время программные и аппаратные средства позволяют относи тельно быстро и достоверно рассчитывать качественные и количествен ные характеристики полей потенциала U, напряженности E, плотности тока J, тепловыделения w, температуры t, градиента температур G и плотности тепловых потоков F различных конструктивных систем типа «электрод-бетонная смесь». Визуализируя при этом в цвете результаты расчетов по каждому из полей и предоставляя возможность получить численное значение любой величины в любой точке, по любому направ лению и в любое время процесса, а также получить график любых вели чин по заданному направлению или в точке во времени. Одним из таких программных средств является комплекс ЕLCUT 5.7, который может ав томатически задавать шаг минимальной дискретизации для детальной проработки исследуемой области в общем количестве до ста тысяч эле ментов. ПК ЕLCUT 5.7 в задачах растекания токов позволяет рассчиты вать распределение полей U, E, J, w, t, G, F в системе проводников пер вого и второго рода. Эти задачи описываются уравнением Пуассона для скалярного электрического потенциала U ( вектор J лежит при этом в плоскости модели). Для плоскопараллельных задач растекания тока урав нение имеет вид:

/х·(1/x ·и/х)+ /y·(1/y ·и/y)= Для решения тепловых задач используется уравнение теплопроводности линейного вида в плоском случае:

/х·( ·t/х)+ /y·( ·t/y)= – q – c· ·t/ В первую очередь была проведена серия лабораторных экспериментов, чтобы достоверно убедиться в адекватности результатов программы и физического процесса. Для этого в лабораторном ЭРУ производился на грев Ц/П раствора состава 1:1 с В/Ц = 0,35. Температурное поле контро лировалось 12 ХК термопарами изолированными от электрических полей и подсоединенными к измерителям температуры ИТ-6 и через адаптер сети РСА-01 с помощью интерфейса RS–232 к персональному компьюте ру, в котором показания записывались с интервалом 1 секунда. После об работки сравнивались расчетные (Рис.2) и фактические (Рис.1) темпера турные поля. Установлено, что общий характер изотерм в обоих случаях практически равнозначен, а следовательно равнозначны и картины дру гих полей. Имеющиеся незначительные отклонения результатов экспери мента от расчета объясняется искажением электрического и температур ного поля, создаваемого самими ХК термопарами.

Рисунок 1. Экспериментальное Рисунок 2. Визуализированный распределение температур и изо- результат численного моделирования термы. температур и изотерм Таким образом экспериментально и теоретически показано, что среда ви зуального моделирования ЕLCUT 5.7 адекватно рассчитывает поля t а значит и поля U, E, J, w, G, F. Имея такой мощный инструмент, нами было исследовано множество известных решений устройств для ПЭРБС циклического и непрерывного действия и практически все они имели вы сокую неравномерность E, J, w, t, G, F полей, а значит и незначительный ресурс работоспособности, что подтверждается практикой их использо вания в реальном производстве. На рис. 3- 5 приведены результаты чис ленного расчета плотности тока J, температуры t и плотности теплового потока F на краю плоского стального электрода. В лабораторных экспе риментах наблюдалось в момент начала кипения смеси два локальных очага в тех местах, где возле ребер плотность тока наибольшая. Было ус тановлено, что любые конфигурации концов фазных электродов (заостре ния, закругления, приварка труб по периметру и т.д.) качественно карти ну локального перегрева смеси не меняют. В теоретической части иссле дований показано, что при одинаковом потенциале на фазном электроде напряженность электрического поля обратно пропорциональна радиусу кривизны поверхности электрода. Поскольку наименьший радиус кри визны поверхности на ребре электрода, там и наибольшая (намного, в десятки раз) напряженность электрического поля. На рис.3 видно, что максимальная плотность тока, в десятки раз превосходящая среднее значение по плоскости электрода, локализуется в области ребер электро да.

Рисунок 3. Плотность Рисунок 4. Температура Рисунок 5. Тепловые тока на ребрах электрода на краю электрода потоки на краю электрода Поскольку тепловыделения, а значит и температура, пропорциональны плотности тока в квадрате, то наибольшая температура (100С) в момент начала приэлектродного кипения воды затворения бетонной смеси возни кает в области ребра и торца электрода, но не у самого металла, а на не котором удалении от него, 5-8мм. Для количественного анализа в работе приводятся графики плотности тока, температуры, удельного тепловыде ления и градиента температуры по направлению n от ребра электрода (под углом 45).

Рисунок 6. Результаты численного моделирования напряженности электриче ского поля фазного электрода в устройствах различного исполнения.

Из графиков J и w следует, что большая часть тепловыделения по глощается металлом электрода сначала в области торца, а затем и всем электродом, т.к. его теплопроводность более чем в двадцать раз больше, чем у бетонной смеси. Остальное выделившееся тепло рассеивается в ок ружающей край электрода бетонной смеси, что и видно на рис. 5. При веденные на рис.6 результаты численного моделирования напряженности электрического поля у фазного электрода в устройствах различного исполнения хорошо иллюстрируют наличие краевого эффекта в фазных электродах практически всех известных устройствах для электроразогре ва бетонной смеси.

В третьей главе (Способы совершенствования технологии цикличе ского электроразогрева) рассматриваются вопросы снижения и полного устранения известных отрицательных последствий проявления краевого эффекта. С помощью ПК ЕLCUT 5.7 было проанализировано большое количество всевозможных конструктивных решений электроразогреваю щих устройств. Установлено и подтверждено на практике, что электро изоляция плоскости металлического корпуса, перпендикулярного фазно му электроду снижает показатель неравномерности температурных полей – симплекс Ар. Производственные испытания показали, что такой способ снижает Ар до безразмерной величины 1,8 (рис.7 и рис.8).

Рисунок 7. Внешний вид первого уст- Рисунок 8. График роста силы ройства со сниженным Ар = 1.8 тока (2) и температуры бетон ной смеси (1 и 3) Более значительный эффект удалось получить снижением толщины фазного электрода с 10 мм до 0,8 мм. Это дало снижение величины кри терия Ар до 1,2 1,28. Установлено с помощью ПК ЕLCUT 5.7, что это происходит не из-за уменьшения всплеска Е в области края электрода, а вследствие уменьшения теплопроводного сечения электрода и соответст венно снижения до 10 раз теплового потока F вдоль электрода от перифе рии к центру. Барнаульское предприятие ЗАО РОСТЕК выпускало дли тельное время подобное оборудование и поставляло в различные регионы страны (рис.9 -10).

Рисунок 9. Первые экземпляры Рисунок 10. Кинетика основных ЭРУ с электродами толщиной параметров процесса электроразо 0,8 мм. на диэлектрических коро- грева ЭРУ.

бах.

Уменьшение толщины фазного электрода до 0,8 1,0 мм. совместно с электроизоляционной стенкой корпуса, перпендикулярной плоскости фазного электрода, как было установлено с помощью численного моде лирования, снижает критерий Ар до 1. Оба решения проверены в произ водственных условиях и отмечена их высокая (на протяжении всего зим него периода) работоспособность. ЭРУ с такой конструктивной схемой фазных электродов практически обладали свойством равномерного тем пературного поля, но сложное и на первых порах ненадежное техниче ское воплощение механической части ЭРУ объемом 0,87 м3 позволило тем не менее им проработать весь зимний сезон без потери качества разо грева (рис.11-12).

Интерактивный поиск решения с использованием ПК ЕLCUT 5.7 позво лил установить, что полностью решает проблему неравномерности J, w, t полей заглубление торцов фазных электродов в диэлектрический корпус, а верхняя часть торцов должна выступать из бетонной смеси (чтобы то рец и ребра электрода были вне поля проводимости смеси). В этом случае поля J, w, t получаются равномерными, значения критерия Ар10.85.

Полученное решение защищено патентом RU 2193484 «Способ защиты электродов при электроразогреве бетонной смеси». Приведенные ниже результаты численного моделирования поясняют суть предложения. Оно заключается в том, что поскольку устранить краевой эффект как физиче ский невозможно, но можно избежать его отрицательные последствия путем исключения зоны повышенной концентрации напряженности элек трического поля из области токов проводимости в бетонной смеси. Это можно сделать путем помещения зоны повышенной концентрации на пряженности электрического поля в диэлектрическую область – электро изолятор (текстолит, резина или воздух).

Рисунок 11. Изготовле- Рисунок 12. Кинетика основных пара ние фундаментных блоков метров процесса электроразогрева в с разогревом смеси в спе- специальном ЭРУ циальном ЭРУ.Пат. Рисунок 13. Распределение Рисунок 14. Распределение тем напряженности электрического пературы смеси между электрода поля Е между электродами в ми в предложенных ЭРУ, (рас предложенных ЭРУ, четное) ( расчетное) Рисунок 15. Микрокартина распределения электрического поля Е в области торца электродов в предлагаемых ЭРУ, ( расчетное ).

Из визуализированных результатов расчетов на рис.13-15 видно, что концентрация электрического поля Е на ребрах фазных электродов со храняется, но она локализована в диэлектрике. При этом в области прово димости бетонной смеси все электротепловые поля равномерны.

Для производственной проверки предложенного способа были изго товлены два поворотных бункера объемом 1 куб.м для бетонирования изделий заводской номенклатуры (блоки, плиты, сваи и др.). На рис. представлен общий вид поворотного бункера, по патенту RU 2193484.

На рис.17 представлен процесс укладки жесткой бетонной смеси в опа лубку сборного элемента СОГ.

Толщина стенок элемента 10 и 15см., высота 100см., размеры в плане 3х3м. Внутренний блок-пуансон вынимался мостовым краном через 5- мин. после укладки разогретой смеси и ее вибропроработки. Оценка прочности, набранной после 14 часов остывания изделия, показала 50%R28. Учитывая температуру в не отапливаемом цеху в ночное время +5 С и отсутствие какого-либо утепления изделия (а с внутренней сторо ны и отсутствие опалубки), результат следует признать положительным.

На рис.18 приведены графики изменения электрофизических параметров в устройстве, реализующем способ защиты фазных электродов от пере грева в процессе электроразогрева (патент RU 2193484). Из графиков (Рис.18) видно, что токи по фазам, потребляемая мощность и среднеобъ емная температура бетонной смеси непрерывно растут с возрастающей скоростью. Температура смеси возле электрода ниже среднеобъемной на протяжении всего периода разогрева. Падание напряжения и к.п.д. объяс няется большой потребляемой мощностью, сравнимой с мощностью ячейки ТП.

Рисунок 16. Общий вид поворот- Рисунок 17. Процесс укладки жест ного бункера по патенту RU 2193484 кой бетонной смеси в опалубку элемента СОГ.

Рисунок 18. Графики изменения электрофизических параметров в бункере в процессе электроразогрева бетонной смеси.

Критерий качества процесса ПЭРБС получился Ар10.85, что связано с достижением высокой равномерности температурных полей в межэлек тродном объеме смеси. Такой результат качества процесса предваритель ного электроразогрева бетонной смеси получен впервые с момента воз никновения технологии ПЭРБС. Средний к.п.д. в итоге был равен 0.84.

Таким образом, один из самых перспективных способов зимнего бетонирования получил новую техническую базу, созданную в результате длительных научных исследований. Технология предварительного элек троразогрева бетонной смеси в настоящее время имеет реальные возмож ности для дальнейшего развития и распространения.

В четвертой главе (Способы совершенствования технологии непрерывного электроразогрева бетонной смеси) проводится анализ известных ЭРУ непрерывного действия и на этой основе предлагается геометрия устройства для непрерывного электроразогрева бетонной сме си с равномерными электрическими и тепловыми полями. Методикой для создания ЭРУ непрерывного действия, у которого не происходило бы обрастание фазных электродов цементным камнем, был выбран морфоло гический анализ и синтез. Основой методики является морфологическая таблица, составляемая на основе патентных исследований и экспертных оценок. Найденное таким методом техническое решение реализует все функции ЭРУ непрерывного действия.

Первый численный эксперимент оценки наличия мест локального перегрева в ЭРУ непрерывного действия предложенной конструкции (па тент РФ № 2342248) проводился с помощью программного комплекса ELCUT 5.7. На рис.19 представлен общий вид устройства.

1. Бетонная смесь 2. Внешний (нулевой) электрод – труба 3. Внутренний (фазный) электрод – труба 4.Электроизоляционные элементы 5. Приемная воронка 6. Подающая труба 7. Отводящая труба 8. Затвор Рисунок 19. Схема исследуемого ЭРУ непрерывного действия Так как данный программный комплекс способен решать только стационарные задачи, то и в эксперименте электрические и тепловые поля в ЭРУ непрерывного действия рассматривались в стационарном режиме, когда смесь в межэлектродном объеме находится в покое, а расчет про изводился для величины расчетного значения удельного сопротивления смеси (р ). Тем самым моделировалось (путем замены линейной коор динаты временной) движение бетонной смеси в ЭРУ. В рамках данного эксперимента решалась задача исследования межэлектродного простран ства ЭРУ непрерывного действия посредством качественного и количест венного анализа наиболее характерных продольных и поперечных сече ний визуализированных параметров электрического и теплового полей.

По этим сечениям были рассчитаны электрические параметры поля: рас пределение потенциалов, напряженности, плотности тока, удельного теп ловыделения ;

и тепловые параметры поля: температуры, градиенты тем пературы и тепловые потоки. Анализ результатов расчета электрических полей и связанных с ними тепловых полей показал, что использование “Способа защиты электродов при электроразогреве бетонной смеси” при такой геометрии электродной камеры возможно, но наблюдается локаль ные участки перегрева в области сопряжения наружной трубы и принято го электроизоляционного элемента.

В результате анализа мест локализации очагов неравномерности электрических и тепловых полей в межэлектродном объеме, была пред ложена усовершенствованная геометрия электроизоляционного элемента, исключающая возможность неравномерных полей рядом с электроизоля тором. На рис. 20 в сечениях 3-3 - 6-6 показана суть изменения: в любом поперечном сечении электроизоляционного элемента образующей линией его поверхности служит радиус из продольной оси коаксиала.

Второй численный эксперимент оценки наличия мест локального перегрева в ЭРУ непрерывного действия проводился так же с помощью программного комплекса ELCUT 5.7. На рисунке 21 представлен про дольный разрез исследуемого устройства, на которое получен патент на полезную модель от 28.07.08 за № 77571 “Устройство для электроизоля ции фазных трубчатых электродов”.

Расчеты электрических (U, E, J, w) полей и связанных с ними теп ловых (t, G, F ) полей показали, что при такой геометрии электродной камеры проявлений краевого эффекта на фазном электроде нет и локаль ный перегрев бетонной смеси и электродов отсутствует (рисунки 21-22).

Для подтверждения выводов, сделанных после численного эксперимента для ЭРУ непрерывного действия, представленного на рисунке 21, была проведена экспериментальная проверка. Изготовлено ЭРУ непрерывного действия, в котором установлены электроизоляционные элементы на входе и выходе бетонной смеси из электродной камеры. Чтобы убедиться в правильности предложенного устройства на входе электроизоляцион ный элемент был закругленной, но произвольной формы, а на выходе – в нижнем конце электродной камеры ЭРУ- элемент предложенной геомет рии, представленной на рис. 20 в сечениях 3-3 – 6-6 (патент на полезную модель № 77571). Исследование с разогревом бетонной смеси в ЭРУ не прерывного действия для упрощения экспериментальной проверки и ее адекватного соотношения с полученными расчетными параметрами про изводился в циклическом режиме. В процессе эксперимента производил ся замер температуры с помощью ХК термопар, установленных на внут ренней стороне трубы фазного электрода в указанных на рис. 20. точках.

Термопара № 0 подсоединялась к тестеру, а термопары с 1 по 12 подсое динялись к измерительным приборам ИТ-6 и через блок сопряжения к компьютеру. Снятие показаний термопар производилось с 5-ти секунд ным интервалом.

Рисунок 20. Сечения и Рисунок 21. Распределе- Рисунок 22. Распреде положение точек измере- ление w полей попе ние t - полей вдоль ния температуры рек электродной каме электродной камеры ры Рисунок. 23. Результат эксперимен- Рисунок. 24. Общий вид установки тальных замеров температуры по точ- в процессе эксперимента. (патент на кам, приведенным на рис. 20 полезную модель за № 77571) Для оценки соотношения температуры на внутренней стороне фазного электрода и температуры бетонной смеси в межэлектродном объеме предварительно был произведен электроразогрев той же смеси, в таком же коаксиальном устройстве (с теми же диаметрами), но высотой 0.2м.

Характер распределения температур показывает, что измеренная с внеш ней стороны фазного электрода температура бетонной смеси и темпера тура с внутренней стороны металла фазного электрода отличается на 4- C. Измеренная таким образом температура более достоверная, так как измерительные датчики не искажают естественное строение электриче ского и других полей. Полученные в эксперименте значения температур в этих точках сравнивались с расчетными по программе ELCUT 5.7. Гра фик на рисунке 23 отражает результат экспериментальных замеров тем пературы по точкам, указанным на рисунке 20. На рис. 24 дан общий вид установки. Поскольку термопары с 1 по 12 находились в нижней части ЭРУ, то их показания практически равны теоретическим (график NT 1) или ниже ( точки 10,11,12). Это объясняется формой электроизоляцион ного элемента, который исключает проявление краевого эффекта. Но в верхнем сечении 1-1, где была установлена термопара № 0, где электро изоляционный элемент был выполнен закругленной, но произвольной формы, наблюдалось проявление краевого эффекта со всеми сопутст вующими признаками, т.е. быстрый рост температуры смеси и начало приэлектродного кипения в сечении 1-1 на момент времени 10 мин. сек. Впервые полученные результаты эксперимента позволяют сделать вывод о том, что использование коаксиальной электродной камеры для непрерывного разогрева смеси при котором поверхность внутреннего и внешнего электродов в любом поперечном сечении должна быть орто гональна электроизоляционным элементам, обеспечивают отсутствие мест локального перегрева смеси и электродов, что является необходимой предпосылкой для создания работоспособной технологии непрерывного электроразогрева бетонной смеси.

В пятой главе (Разработка методов электротехнического расчета, конструктивного и технологического проектирования электроразогре вающих устройств) рассматриваются вопросы электротехнического рас чета устройств для нагрева смеси. Ключевым вопросом электротехниче ского расчета ЭРУ является установление связи между величиной расчет ного значения удельного электрического сопротивления нагреваемой бе тонной смеси (р ) и получающимися при этом величинами линейных то ков IA, IB, IC. Предлагаемые до настоящего времени формулы дают по грешность от 42 до 67 %, т.к. их основой служит лишь закон Ома и закон Джоуля - Ленца. На основании производственных наблюдений было уста новлено, что весь ток протекает между плоскостями электродов и боко вых стенок и на основании этого была принята эквивалентная электриче ская схема замещения ЭРУ с плоскопараллельными электродами, решение по которой производилось аналитическим, графоаналитическим и графи ческим способом для прямой (ABC) и обратной (АСВ) последовательно сти фаз. Во всех шести случаях получился один и тот же результат. Линей ный ток по среднему электроду В при любом значении соотношения ме жэлектродных расстояний составляет IB=UЛ : R 3, где (2) R - сопротивление объема бетонной смеси между фазными электродами.

Токи IA и IC на практике не равны между собой, несмотря на явную симметрию нагрузок, и это явление обусловлено электромагнитным пе реносом энергии с одной фазы на другую (особенной при плоскопарал лельных электродах или параллельной трехфазной воздушной подводящей линии). Но среднеарифметическое их значение строго соответствует рас четному.

(IА+IС):2=(UЛ:R) 1 2 : 3, где (3) - соотнношение линейных и фазных сопротивлений. Из этой фор мулы следует, что при = 1,73 температура средних и крайних отсеков получается одинаковой, а при = 1,36 линейные токи должны быть одинаковы, а температура разной. Это обстоятельство позволяет более осознанно подходить к конструированию ЭРУ и иллюстрируется гра фиками на рис.25, где 1,3= 1 2 : 3, 2 = 3.

Мощность, потребляемая ЭРУ во время разогрева, определится:

Р=2{UфIв+[Uф(IА+IС):2](:3)}, где (4) Uф - напряжение между фазой и нулем. Формулы 2, 3, 4, служат основой для методики электротехнического расчета ЭРУ с плоскопарал лельными электродами. Точность предлагаемой методики 1-2% по срав нении с предшествующими, у которых она составляет 40-60%.

Рисунок 25. Зависимость соотношения коэффициен тов при расчете токов в ли нии и температуры 1, Кt в средних и крайних отсе ках от соотношения межэ лектродных расстояний.

При определении расчетного времени нагрева смеси, температурного ин тервала нагрева и скорости нагрева следует учитывать, что при этом ис пользуется значение параметра к.п.д. Поскольку его итоговая величина имеет вероятностные значения при неуправляемом процессе электроразо грева, то и расчет значений этих технологических параметров носит веро ятностный характер. Предлагаемая методика содержит задаваемые по требностями и возможностями конкретного производства исходные усло вия и получаемые при этом расчетные выходные результаты. Поэтому любой расчет носит итерационный характер и требует знаний и опыта.

Для обобщенного описания электротехнических, конструктивных и тех нологических параметров устройств для ПЭРБС в работе предложено новое критериальное уравнение:

(cStр):(U2)=S:2, где (5) с – удельная теплоемкость бетонной смеси;

- объемная плотность смеси;

S- сечение нагреваемой смеси;

- расстояние между электродами.

С помощью этого отношения можно при первоначальном проектирова нии обеспечить выполнение главного технологического параметра - н, скорости нагрева, используя ниже приведенные графики на рис.26.

Рисунок 26. – Критериальная зависимость при l = 0,34 м. и U =380 В Варьируя параметры, S, t, можно по этим графикам определить габариты и потребляемую мощность при требуемой скорости нагрева.

При значительном упрощении метода расчета погрешность не превышает 4-5%.

В шестой главе (Повышения энергетической эффективности технологии предварительного электроразогрева бетонной сме си) рассматриваются вопросы повышения энергетической эффективности процесса электроразогрева смеси – к.п.д. процесса.

В существующей технологии нагрева смеси, при использовании прямо го включение устройства в ячейку ТП и наличии нескольких других на гру-зок, величина к.п.д., как впервые установлено, хаотично, апериодиче ски пульсирует в диапазоне величин от 0,2 до 0,99. При этом даже сред ние итоговые значения от разогрева к разогреву не повторяются т.е. па раметр к.п.д. не управляем и непредсказуем. Для эффективности процес са нагрева смеси важно, чтобы к.п.д. (или ) = const, был как можно выше и по возможности увеличивался за время разогрева. Для объяснения явления осцилляции величины был использован принцип изоморфизма общей теории смеси, который постулирует подобие процессов в природе любого уровня сложности. При изучении изоморфизма свойств субстан ций различной физической природы – перемещения в механике, тока в электродинамике и т.д. показано, что и в термодинамике физическая мо дель наблюдаемого явления может быть записана в виде:

d2t/d2+cmdt/d+t=P (6) отсюда:

= (d2t/d2+cmdt/d+t) :P(), где ( 7) – мера тепловой инерции, Вт·сек2/оС;

cm – мера тепловой вязкости среды нагрева, Вт·сек/оС;

– мера упругости субстанции тепловой энергии, Вт/оС;

Просчитанные в среде MathCAD значения дало во времени график, не отличимый качественно по виду от полученного экспериментально, т.е.

есть основания предположить, что предложенная модель процесса преоб разования электрической энергии в тепловую корректна.

Если принять (7) за модель динамики нагрева тела внутренним источником, то из неё следуют следующие важные конструктивные моменты. Во-первых, это то, что при линейном законе изменения температуры тела р = const, а 'р = 0, т.е. и =const., что позволяет осуществить оптимизацию. Во-вторых, есть ещё одна функциональная зависимость, при которой x = x' = x'', это экспоненциальная функция.

Если закон изменения температуры будет экспоненциальный, то и р = exp и 'р = exp, значит и не будет осциллировать. Для оптимизации процесса нагрева необходимы аналитические зависимости траекторий t, P и U. В случае экспоненциального закона следует вначале определить вид температурной кривой. Итоговое выражение для температуры имеет вид:

t к t ср / T ln t e t н t ср t tн t ср (8) н Выражение для величины электрической мощности, необходимой для реализации режима (8) будет иметь вид:

t t ср ln к : T cm t к t ср t н t ср : T e (t t ln (9) P ср ) н t н t ср То есть для того, чтобы, к.п.д. был максимален, необходимо, чтобы по требляемая мощность была пропорциональна скорости нагрева смеси.

Переход к выражению для величины U - напряжения подаваемого на электроды для реализации режима по (9) дает выражение:

t к t ср t к t ср ln :T c m t н t ср 1 U T ln e ( t к t ср ) t н t ср 0. l tб (10) а б S t б t ср t н t ср e к При линейном законе изменения температуры тела тепловая инерция не должна проявляться, и не должно осциллировать. Во первых, при этом должно линейно уменьшаться, так как будет расти температурная разница тела и среды, и, соответственно, теплопотери. Во вторых, этот режим является искусственным, следовательно его аппаратурное оформ ление не проще, чем для экспоненциального. В третьих, он не позволяет управлять величиной, т.е. увеличивать её, стабилизировать, делать оптимальной, так как в выражениях для t, P, U при линейном законе не входит такой параметр, как температура окружающей среды. При экспо ненциальном законе изменения температуры тела по (8) тепловая инерция должна проявиться, но не будет осциллировать, так как e'=e и, соответст венно, и не должно осциллировать, и не должно уменьшаться по ходу разогрева, так как скорость нагрева p непрерывно увеличивается, а значит ускорение нагрева постоянно, поэтому тепловая инерция и упру гость субстанции тепловой энергии не будут проявляться в виде осцилля ции скорости нагрева и величины к.п.д.

Экспериментальная проверка правильности расчетных формул включала сравнение кинетики и абсолютных итоговых значений величины к.п.д.

при разогреве на естественном неуправляемом режиме U=const и при ра зогреве по предложенным формулам. Также было проведено два разогре ва по управляемым режимам по произвольным плавным кривым с траек торией выше и ниже траекторий, описываемых формулами (9) и (10). Это необходимо для того, чтобы исключить элемент случайности в выводах.

Результаты всех экспериментов представлены в таблице Таблица.1 Результаты экспериментов по сравнению режимов разогрева N m Примечание.

t Qi Wi 1 6,545 50 490677 667440 0,735 U = const 2 6,255 49,95 470607 480510 0,980 t = tн+k 3 6,602 50,7 501916 512400 0,980 t' = kt 4 6,250 48,25 454442 546803 0,831 НИЖЕ exp 5 6,350 48,8 467146 491280 0,951 ВЫШЕ exp Рисунок 27. Температурные графики эксперимента.

1-5 - режимы нагрева по табл. Из результатов следует:

- управляемый режим вообще эффективнее неуправляемого;

- два оптимальных режима 2 и 3 одинаково эффективны;

- их (2 и 3 ) эффективность намного больше, чем в неуправляемом разо греве и заметно больше, чем управляемом, но не оптимальном.

В седьмой главе ( Производственная проверка результатов иссле дованй и критерии их коммерциализации ) приводится расчетное обос нование возможного расширения области применения технологии ПЭРБС на основе повышения ресурса работоспособности электроразогревающих устройств. Возможность повышения среднеобъемной температуры нагре ва, даже жесткой бетонной смеси до 85-90 оС, позволяет расширить об ласть применения данной технологии за счет увеличения диапазона мо дульности конструкций, за счет достижения нормируемой прочности у более широкого класса изделий и конструкций и, самое главное, резуль таты исследования позволяют решить проблему равномерности темпера турных полей и на этой основе резко поднять ресурс работоспособности оборудования для ПЭРБС. Это решающий фактор возможной коммер циализации и расширения области применения данной технологии. При водится технология бетонирования монолитных конструкций и изготов ления сборных ж/б изделий с использованием результатов проведенных исследований. Изложены технические решения, рекомендации по расче ту, конструированию и эксплуатации энергоэффективных ЭРУ.

Основные выводы по работе 1. Установлено, что причиной неравномерности электрических и те пловых полей в межэлектродном объеме электроразогревающих уст ройств является краевой эффект, который проявляется резким увели чением напряженности электрического поля E, плотности тока J, теп ловыделения w и температуры t на ребре и торце фазного электрода и обусловлен многократно повышенной плотностью электрических зарядов в области ребра, вследствие установившегося равновесия зарядов на всей поверхности электрода.

2. Впервые установлена функциональная зависимость величины к.п.д. в процессе электроразогрева от режима потребляемой мощно сти. Обоснована необходимость в управлении величиной потребляе мой мощности в процессе электроразогрева с целью стабилизации и повышения величины к.п.д..

3. Установлено, что для стабилизации и максимизации величины к.п.д. при любых внешних температурах скорость роста температуры должна быть пропорциональна текущей разности температуры смеси и воздуха, т.е. расти экспоненциально с заданным темпом нагрева.

Напряжение и мощность при этом также должны расти экспоненци ально. Предложены соответствующие расчетные формулы.

4. Впервые предложена физико-математическая модель, объясняю щая синхронную осцилляцию величины скорости электроразогрева смеси и к.п.д. процесса электроразогрева. Раскрыт физический смысл величин тепловой инерции, тепловой вязкости и упругости субстанции тепловой энергии.

5. Установлено, что заглубление торцов фазных электродов в ортого нальный диэлектрический корпус устраняет неравномерность J, и t полей, что качественного увеличивает ресурс работоспособности электроразогревающих устройств. Техническая новизна подтвержде на патентом RU 2193484.

6. Экспериментально подтверждено, что программный комплекс чис ленного моделирования ELCUT 5.7 адекватно рассчитывает поля U, E, J,, t, G, F. в бетонной смеси в электроразогревающих устройст вах и позволяет учесть краевые эффекты на ребрах фазных электро дов.

7. Установлено с помощью ПК ELCUT 5.7 и подтверждено на практике, что положительный эффект от уменьшения толщины фаз ных электродов до 0,8 мм происходит вследствие уменьшения тепло проводного сечения металла электрода и теплового потока F вдоль электрода до 10 раз от периферии к центру. Это дает значение крите рия качества Ар=1,28. Техническая новизна подтверждена положи тельным решением о выдаче а.с. по заявке 4713098/24-89.

8. Установлено с помощью ПК ELCUT 5.7 и подтверждено на прак тике, что уменьшение толщины фазного электрода до 0,81,0 мм и выполнение плоскости корпуса, перпендикулярного фазному элек троду из электроизоляционного материала снижает критерий Ар до значения 1. Техническая новизна подтверждена патентом RU 2058895.

9. Установлено, что для исключения возникновения зон локального перегрева бетонной смеси в устройствах для непрерывного электро разогрева бетонной смеси с коаксиальным расположением электродов поверхность внутреннего и внешнего электродов в любом попереч ном сечении должна быть ортогональна электроизоляционным эле ментам, а подачу и выпуск смеси следует осуществлять под прямым углом к продольной оси устройства. Техническая новизна подтвер ждена патентом RU 2342248 и патентом на полезную модель RU 77571.

10. Впервые предложен и обоснован безразмерный симплекс - Ар (от ношение скорости нагрева смеси в области ребра электродов к скоро сти нагрева смеси средней по объему) как критерий количественной оценки равномерности электротепловых полей, т.е. качества процесса электроразогрева бетонной смеси.

11. Предложена, теоретически и экспериментально обоснована новая методика электротехнического, конструктивного и технологического расчета устройств для электроразогрева бетонной смеси в аналитиче ской и критериальной форме, уменьшающая погрешность с 43-60% до 3-4%.

12. Проведена производственная проверка результатов исследований, определен потенциал коммерциализации этих результатов, установ лены экономически обоснованные границы применимости техноло гии ПЭРБС.

Основные положения диссертации представлены в следующих опубликованых работах:

Научные издания по списку ВАК:

1. Титов М.М. Неравномерность электротепловых полей в разогреваю щих устройствах// Изв. Вузов. Строительство.- 2008.-№ 10.-С. 51 - 54.

2. Титов М.М. Технология предварительного электроразогрева бетонной смеси с использованием современного оборудования // Изв. Вузов.

Строительство.- 2009.-№ 3-4.-С. 56- 62.

3. Титов М.М. Методика электротехнического расчета устройств для технологии электроразогрева бетонной смеси // Вестник ТГАСУ. – 2009. - № 4. – С. 152 – 161.

4. Титов М.М. Использование критериальных зависимостей при проек тировании устройств для электроразогрева бетонной смеси// Изв.

Вузов. Строительство.- 2010.-№ 10.-С. 32 - 38.

5. Титов М.М. Режим потребляемой мощности и к.п.д. электроразогре вающих устройств циклического действия// Вестник ТГАСУ. – 2010.

- № 1. – С. 172-186.

7. Титов М.М. Устройства предварительного электроразогрева бетонных смесей / А.И. Гныря, М.М. Титов, С.М. Кузнецов // Экономика желез ных дорог. -2010. -№ 10. -С. 52 - 59.

8. Титов М.М. Оценка организационно-технологической надежности устройств для электроразогрева бетонных смесей / А.И. Гныря, М.М.

Титов, С.М. Кузнецов // Экономика железных дорог. -2010. -№ 11. -С.

55 - 62.

9. Титов М.М. Совершенствование устройств предварительного элек троразогрева бетонных смесей./ А.И. Гныря, М.М. Титов, С.М. Куз нецов //Строительные и дорожные машины 2011-№2.-С.22-25.

10. Титов М.М. Имитационные модели для оценки организационно технологической надежности при производстве бетонных работ / С.М. Кузнецов, М.Ю.Серов, М.М. Титов.//Механизация строительст ва.-2010.-№8.-С.27-30.

11. Титов М.М. Результаты натурных испытаний строительных машин по времени./Кузнецов С.М.,Кузнецова К.С.,СеровМ.Ю.,Титов М.М./Механизация строительства.-2011.-№6.-С.23-27.

Авторские свидетельства и патенты на изобретения:

12. Электрод для электронагрева токопроводящих смесей. Пол. решение о выдаче а.с. по заявке 4713098/24-89..Титов М.М.,Башаев А.В., Зельман И.С.

13. Пат. 2058895 РФ. Устройство для электроразогрева бетонной смеси.

Бюллетень изобретений 1996 № 24 Титов М.М., Квашнин А.Г., Зуб ков В.И.

14. Пат. 2008574 РФ. Электрокалорифер. Бюллетень изобретений № от 28.02.94. Титов М.М., Бережной А.Н.,Белоусов Б.В., Макаренко Д.Г.

15. Пат. 2193484 РФ. Способ защиты электродов при электроразо греве бетонной смеси. Бюл.№33 от 27.11.2002г. Титов М.М., Ку ликова Л.В., Рязанов А.В.

16. Пат. РФ № 2342248, МКП В 28 В 17/02. Способ защиты электродов при электроразогреве бетонной смеси / М.М. Титов, И.В. Южаков Опубл. в БИ 36 от 27.12.08.

17. Патент на полезную модель РФ №77571, МКП В26В 17/02. Уст ройство для электроизоляции фазных трубчатых электродов / М.М.

Титов, И.В. Южаков, С.А. Кулигин. – Опубл. в БИ 30 от 27.10.08.

Международные и всероссийские конференции:

18. Титов М.М. Оборудование для предварительного электроразогрева бетонной смеси на стройках и заводах ЖБИ// Международная н-т конференции. Вузовская наука на международном рынке научно технической продукции :– Барнаул : 1995. – С.51-52.

19. Титов М.М. Изучение взаимосвязи момента приложения теплового импульса и суточной прочности бетона на электроразогретых сме сях/ Титов М.М., Ильюшенко А.С., Савельев В.В., Герасименко А.И.// Международная н-т конференции. Композиты в народное хо зяйство России :– Барнаул : 1995. – С.66-67.

20. Титов М.М. Осцилляция величины к.п.д. в процессе электроразогре ва.// Международная научно-техническая конференция..Резервы производства строительных материалов: АГТУ, Барнаул, 1997 – С.

47-49.

21. Титов М.М. Электроконтактный нагрев бетонной смеси в движе нии// Международная научно-техническая конференция. Синэрго бетонирование изделий и конструкций : ВлГТУ, Владимир, 1998 – С. 27-29.

22. Титов М.М. Явление осцилляции величины к.п.д. в процессе элек троразогрева.// Международная научно-техническая конференция.

Энергообработка бетонной смеси в строительстве: Владимир, 1996г., -С.35-36.

23. Титов М.М. Управление потребляемой мощностью для повышения к.п.д. электроразогревающих устройств//Международная научно техническая конференция. Обобщение теории и практики синэрго бетонирования: Владимир, 2002г., -С.23- 24. Титов М.М. Методика электротехнического расчета циклических устройств для электроразогрева бетонной смеси// Международная научно-техническая конференция. Обобщение теории и практики синэргобетонирования: Владимир, 2002г., -С.26- 25. Титов М.М., Черных И.С./ Новый подход к оценке экономической эффективности зимнего бетонирования / III Всероссийская научно техническая конференция, посвященная 80 летию НГАСУ, г.

Новосибирск, 2010, -С.134-140.

26. Титов М.М. Проблемы и перспективы технологии предварительно го электроразогрева бетонной смеси./ Сб. докладов 12-й Сибир ской (междунар.) конф. по бетону и железобетону. Вып. – 2010. – С.87- Периодические печатные журналы и издания 27. Титов М.М. Совершенствование оборудования для предваритель ного электроразогрева бетонной смеси./ Титов М.М., Власов В.А., Рязанов А.В., Южаков И.В. // Проетирование и строительство в Си бири -г. Новосибирск,-2007-№1(37),-С.32-36.

28. Титов М.М. Новое слово в разработке технологии предварительно го электроразогрева бетонной смеси./ Гныря А.И.,Титов М.М.

//Строительные материалы ХХI века.( Технологии бетонов). №1, 2008г. МГАСУ-Москва.-С.54-57.

29. Титов М.М.Оптимизация выбора машин для бетонных работ. / Кузнецов С.М., Титов М.М., Чулкова И.Л.// Механизация строи тельства. №9,2008г.-С. 17-20.

30. Титов М.М. Управление потребляемой мощностью для повыше ния к.п.д. электроразогревающих устройств./ Труды годичного соб рания РААСН// Москва-Казань-2003г -С.258-262.

31. Титов М.М.. Совершенствование устройств для предварительного электроразогрева бетонных смесей./ А.И. Гныря, М.М. Титов, С.М.

Кузнецов.//Механизация строительства.-2010.-№12.-С.7-11.

32. Титов М.М. Управляемые температурные режимы тепловой обра ботки бетона при зимнем бетонировании монолитных строи тельных конструкций./ Попов Ю.А., Андриевский С.Н., Лунев Ю.В., Молодин В.В., Суханов А.С., Титов М.М.// "Известия вузов. Строи тельство" 2010.- №4. –С.77- Прочие публикации:

33. Титов М.М. Использование микроЭВМ для определения электро физических параметров бетонной смеси.Совершенствование техно логии бетонных работ и интенсификации использования техники.

Сборник научных трудов /Под ред. А.С. Арбеньева. Владимирский политехнический институт – Владимир: рот-нт ВПИ, 1990. С. 57- 34. Титов М.М. Электроды для предварительного электроразогрева бе тонной смеси. Резервы производства строительных материалов.

Межвузовский сборник / Под редакцией В.К.Козловой. АПИ. – Бар наул : рот-нт АлтПИ, 1988. – С.137-140.

35. Титов М.М. Безразмерный критерий качества процесса электрора зогрева. Непрерывный элетроразогрев бетонной смеси в строитель стве. Материалы совещания-семинара. – Ленинград : 1991. – С.15- 36. Титов М.М., Курицкий А.М. Кинетика к.п.д. процесса элетроразог рева бетонной смеси. Совершенствование технологии и организации строительного производства : Сборник статей / Под ред. А.И.Гныри.

– Томск : Издательство Томского университета. 1985. – С.76-82.

37. Титов М.М., Кандаурова Н.М. Место и возможности техно логии циклического электроразогрева в современных условиях./ Сборник трудов 54 научно-технической конференции НГАС, Ново сибирск, 1997 г. –С.23-25.

38. Титов М.М., Ковалев Е.В. Влияние электрофизических эффектов на работу электродных групп ЭРУ. Сборник трудов 56 научно технической конференции АлтГТУ, Барнаул, 1998 г.- С. 43-46.

39. Титов М.М. Электротехнический расчет бункеров для электроразо грева бетонной смеси. Перспективные строительные конструкции и технологии. Сборник научных трудов. Выпуск 2. АлтГТУ, Барнаул, 1998 г.- С. 58-62.

40. Титов М.М.Энергетическая эффективность работы электроразогре вающих устройств. Перспективные строительные конструкции и технологии. Сборник научных трудов. Выпуск 2. АлтГТУ, Барнаул, 1998 г.- С.63-67.

Титов Михаил Михайлович Развитие научных основ совершенствования процесса электрора зогрева бетонной смеси в технологии зимнего бетонирования

АВТОРЕФЕРАТ

Изд. лиц. № 021253 от 31.10.97.

Подписано в печать 05.2011. Формат 60 84 1/ Бумага офсет. Гарнитура Таймс. Усл.-печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 1,65.

Тираж 120 экз. Заказ № Изд-во ГОУ ВПО «ТГАСУ», 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

Отпечатано с оригинала-макета автора в ООП ГОУ ВПО «ТГАСУ».

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.