автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Инфракрасные излучатели в технологии устройства кровель из наплавляемых рулонных материалов

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ УСТРОЙСТВА, РЕМОНТА И

ЭКСПЛУАТАЦИИ КРОВЕЛЬ ИЗ РУЛОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Глава 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКА ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ С

НАГРЕВАЕМЫМИ ТЕЛАМИ.

2.1. Общие сведения о природе инфракрасного излучения.

2.2. Взаимодействие потока инфракрасного шлучепш с нагреваемыми телами.

2.3. Типы излучателей и их характеристики.

2.4. Экспериментальные исследования технологических и технических требований к инфракрасному облучателю.

2.5. Особенности излучения твердых тел.

2.5. Проектирование и расчет защитного экрана.

2.6. Выводы.

Глава 3. РАЗМЯГЧЕНИЕ И СКЛЕИВАНИЕ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ.

3.1. Исследование технологических параметров инфракрасного облучателя.

3.2. Анализ технологических требований к кровельной машине.

3.3. Разработка и технология работы ручного облучателя.

3.4. Разработка установки по обезвоживанию битума.

3.5. Экспериментальные исследования воздействия инфракрасного излучения на кровельные материалы.

3.6. Технология расплавления старого кровельного покрытия.

3.7. Дублирование наплавляемых и эластомерных материалов.

3.8. Кровельные работы в условиях отрицательных температур.

3.9. Выводы.

Глава 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ И РЕМОНТУ КРОВЕЛЬ ИЗ

НАПЛАВЛЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ

СРЕДСТВАМИ, ОСНОВАННЫМИ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ

ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ.

4.1. Используемое оборудование.

4.2. Подготовка основания.

4.3. Технология устройства кровельного ковра.

4.4. Контроль качества работ.

4.5. Техника безопасности.

4.6. Выводы по главе.

Глава 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

5.1. Экономическое обоснование целесообразности применения инфракрасного метода наплавления кровельного материала.

5.2. Инвестиции в оборудование инфракрасного метода устройства кровель.

5.3. Приращение доходов и расходов.

5.4. Расчет чистых денежных потоков.

5.5. Выводы.

В условиях современного капитального строительства кровельные работы по-прежнему остаются наиболее трудоемкими процессами, выполняемыми в основном в теплый период года.

Развитие новых технологий в промышленности привело к значительному росту в строительстве кровель из рулонных полимерных и битумно-полимерных материалов, позволяющему сократить построечную трудоемкость в 2-3 раза за счет снижения количества слоев в кровельном ковре. В последние годы номенклатура применяемых кровельных материалов изменилась и расширилась за счет выпуска новых отечественньк и появления на российском рынке ряда зарубежных материалов, в т.ч. наплавляемых рулонных материалов, объем которых в настоящее время достигает 20-25% от общего объема выполняемых кровель и составляет около 10 млн. м'А в год. Номенклатура и свойства выпускаемых кровельных наплавляемых рулонных материалов разнообразна.

Повышение эффективности и качества строительства, сбережение ресурсов могут быть достигнуты за счет обеспечения комплексной механизации работ, применения новых материалов и конструкторско-технологических решений. Немаловажное значение в этом плане приобретает совершенствование технологий устройства кровель, относящихся к числу наиболее трудоемких и технологически сложных работ. От их эффективности и качества зависят надежность и долговечность кровель.

Наплавляемые рулонные материалы имеют приклеивающие слои из битумных или битумно-полимерных составов, наносимых на основу в заводских условиях. В качестве основы применяют иногда картон, но чаще долговечные (негниющие) стекломатериалы или полотна из синтетических волокон.

Производство битумно-полимерных наплавляемых материалов на негниющих основах, относящихся к последнему (по времени) и наиболее массовому на Западе поколению рулонных материалов, в России начато с 1993 г. В настоящее время такие материалы производят уже более десятка предприятий, расположенных в России и странах СНГ.

Эти материалы занимают существенное место в ассортиментах кровельных заводов. При общем объеме производства рулонных битуминозных материалов на 16 традиционных предприятиях подотрасли (бывшем Минстройматериалов России) в 1997 г. в количестве 31,5 млн. мА, доля материалов наплавляемого типа составила не менее 20%, а у предприятий, ориентирующихся в сбытовой политике на Центральный экономический регион, - не менее 35%. Так, на Дорогобужском ЗАО «Полимеркровля» (Смоленская обл.) при общем объеме производства в 1997 г. 18 млн. мА произведено около 7,5 млн. мА материалов наплавляемого типа (битумных и битумно-полимерных), на Рязанском АО «Оргкровля» - из 3,6 млн. м , выпущенных в 1997г., 3,5 млн. м составили наплавляемые материалы.

В настоящее время освоен выпуск ряда отечественных наплавляемых рулонных материалов на долговечной (негниющей) стекловолокнистой основе. К ним, например, относятся: «Филизол», «Днепрофлекс», «Люберит», «Полимаст» и др. Эти материалы отличаются высокой прочностью при растяжении, теплостойкостью и гибкостью при отрицательных температурах.

Устройство кровель из наплавляемых рулонных материалов принципиально отличается от обычного приклеивания рулонного материала на мастиках. Это отличие состоит том, что пламенем специальной горелки во время раскатывания рулонов наплавляемого материала подплавляют его мастичный слой с нижней стороны полотнища. В этом случае отпадают трудоемкие процессы по изготовлению мастик в построечных условиях, по их транспортировке к местам применения, повышается культура производства кровельных работ, увеличивается производительность и снижается расход битумных материалов [23, 46].

Появление новых кровельных материалов влечет за собой в ряде случаев и новые приемы производства работ. Технологические приемы наклейки наплавляемых рулонных материалов включают в основном их раскатку на изолируемой поверхности и подплавление (разогрев) приклеивающего слоя [25].

Процесс наклейки наплавляемого рулонного материала заключается в следующем. Рулон материала раскатывают по фронту работ в направлении наклейки, затем сворачивают его и одевают на валик катка-раскатчика. Блок газовых горелок или агрегат, работающий на жидком топливе, подводят к катку и направляют факел пламени на стык рулона и основания под наклеиваемый рулон либо на поверхность ранее приклеенного слоя ковра.

Одновременно движением горелки и катка производят наклейку рулонного материала. При этом расстояние от горелки до рулона должно быть не более 150 мм.

Учитывая то обстоятельство, что температура пламени, которое дают агрегаты, более 600°С, факел пламени должен действовать на покровный слой материала не более 5 секунд. При большем времени разогрева покровного слоя происходит пережог материала, его воспламенение и вытекание мастики из-под наклеиваемого рулона.

Следует отметить, что в ряде зарубежных стран (Италия, ФРГ, Франция и др.) широко применяют ручные газовые горелки [49]. Их нередко используют в сочетании с другими механизмами, в частности с блоком газовых горелок, работающих на газе пропан-бутан и имеющих массу около 3 кг, т.е. в четыре раза меньше массы аналогичных агрегатов, применяемых в нашей стране. Эти агрегаты обслуживают, как правило, 2 рабочих.

Наплавляемый слой рулонного материала имеет рифленую поверхность, поэтому подплавляемый ручной горелкой слой мастики приклеивает материал точечно. Теплоизоляционные плиты с приформованным гидроизоляционным слоем укладывают на расплавленный слой пароизоляции и прижимают к ней, затем устраивают кровельный ковер из двух слоев наплавляемого материала. При этом для нижнего слоя применяют рулонный материал толщиной 3 мм (масса 3,8 кг/мА), имеющий стеклооснову массой 75 г/мА, а для верхнего слоя

2 2 - материал толщиной 4 мм (масса 6,8 кг/м ) на стеклооснове массой 200 г/м , имеющий посьшку из светлого гравия с размерами зерен 2-3 мм.

Опыт практического устройства кровель из наплавляемых рулонных материалов показал, что даже кратковременный (5 сек.) разогрев приклеивающего слоя открытым пламенем горелки при строгом соблюдении указаний по производству работ представляет опасность в пожарном отнощении.

Для изменения условий нагрева материалов, соответствующих современному состоянию развития уровня техники и снижения пожароопасности работ автором было задумано и разработано кровельное оборудование инфракрасного излучения. Апробация оборудования и метода инфракрасного излучения проводилась в различных регионах России на протяжении последних 10 лет. Результаты исследований и разработок новых конструкций средств механизации и технологий устройства и ремонта кровель являются содержанием этой диссертации.

Целью работы является исследование и разработка способа нагрева наплавляемых рулонных материалов, не разрушающего многослойную и многокомпонентную структуру самих материалов, являющегося менее трудоемким, более эффективным, экономичным, повышающим долговечность рулонных кровель.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие основные задачи:

- разработать способ нагрева наплавляемых рулонных материалов, не разрушающего многослойную и многокомпонентную структуру самих материалов, являющийся пожаробезопасным, повышающим долговечность рулонных кровель;

- разработать методику оценки технологических параметров и получить аналитическую зависимость длины волны инфракрасного излучения, плотности потока излучения и расстояния от источника излучения до облучаемого тела;

- определить оптимальные режимные параметры работы ИК-облучателей при разогреве битумно-полимерных материалов;

- разработать технологию устройства и ремонта кровель из наплавляемых битумно-полимерных материалов с использованием ИК-облучателей;

- разработать практические руководства и технологические карты для массового внедрения новых технологий.

Объекты и предметы исследования:

- свойства и характер инфракрасных излучений, взаимодействие ИК-излучения с телами, излучение тел в зависимости от их свойств и степени нагрева;

- влияние нагрева рулонных наплавляемых материалов ИК-излучением на их эксплуатационные свойства и долговечность;

- конструкция и устройство средств механизации кровельных работ с применением электрического оборудование инфракрасного излучения;

- приемы и методы производства кровельных работ с применением оборудования инфракрасного излучения.

Методика исследования. Для решения поставленных задач использовались методы расчета, применяемые в теплотехнике и оптике, а так же лабораторные исследования на стендах и практические отработки технологических процессов на объектах.

Научная новизна работы:

- определены оптимальные параметры процесса передачи тепла по плотности потока излучения и длины волны инфракрасного излучения, при которых максимально эффективно генерируется тепло непосредственно в кристаллической решетке материала, за счет чего происходит быстрый нагрев тонкого слоя материала без перегрева и разрушения;

- разработано, изготовлено и внедрено оборудование, в котором нагрев поверхности наплавляемых материалов производится безогневыми электрическими инфракрасными излучателями посредством инфракрасного облучения без использования тел посредников (горячий воздух, контакт с горячей поверхностью и др.), что снижает потери тепла при нагреве материалов в 1,5-2 раза.

Автор защищает положения научной новизны диссертации.

Практическая значимость диссертации состоит в том, что теоретические и экспериментальные исследования, разработанные методики и рекомендации позволяют назначать рациональные режимы работ по новой технологии, формируют расчетн)то базу и служат технологической основой для создания новых и совершенствования всех предложенных эффективных устройств.

Важными практическими результатами разработки и внедрения эффективной технологии устройства и ремонта кровель из рулонных наплавляемых материалов с использованием оборудования с ИК-излучателями являются:

- снижение трудоемкости устройства и ремонта рулонных кровель,

- снижение расходов на устранение дефектов гидроизоляционного ковра,

- увеличение срока службы рулонной кровли в 2-3 раза.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке «Руководства по устройству и ремонту кровель из рулонных наплавляемых материалов с применением инфракрасных облучателей» ЦНИИОМТП и «Технологической карты на устройство кровли из рулонного материала «Стекломаст» с применением инфракрасного метода наплавления».

Апробация работы. Результаты исследований подтверждены многолетней производственной проверкой и внедрением новой технологии наклейки наплавляемых материалов в г.Москве и Московской области; Ленинградской, Брянской, Смоленской областях, г. Сургуте, Ставропольском крае и еще ряде городов России; на электростанциях, электросетях и других объектах ОАО «Мосэнерго».

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы, приложений и изложена на 95 страницах текста. Кроме текста 9 таблиц, 47 рисунков. Список использованной литературы содержит 50 наименований отечественных и зарубежных источников.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Применение открытого пламени при наклейке наплавляемых рулонных материалов снижает срок службы кровли из-за разрушения самих материалов воздействием высоких температур еще в процессе производства кровельных работ.

2. Наиболее эффективным из трех видов передачи тепла; контактного, конвекционного и излучением, является нагрев излучением. Среди всего диапазона излучения оптимальным является инфракрасное излучение (тепловое излучение).

3. Для эффективного нагрева поверхности наплавляемого материала без нагрева обратной поверхности полотна требуется облучатель с плотностью инфракрасного излучения при длине волны ?а=1,8-2,4 мкм - 10-30 Вт/смА. Созданный с такими параметрами облучатель является открытым, что делает его стойким к воздействию окружающей среды, и простым в изготовлении.

4. Созданное электрическое кровельное оборудование инфракрасного излучения значительно снижает пожароопасность работ. Улучшается экологическая чистота работ (нет продуктов горения). Повышается производительность труда и снижаются трудозатраты на производство работ. В 2-3 раза по сравнению с огневым методом увеличивается срок службы кровельных материалов за счет соблюдения температурных режимов и равномерности нагрева их поверхности, а так же соблюдения технологических операций наклейки материалов.

5. Технология нагрева наплавляемых материалов инфракрасным излучением позволяет вести кровельные работы с одинаково высоким качеством как при положительных, так и при отрицательных температурах воздуха.

6. Конструкция машины «Луч» позволяет вести полосовую наклейку полотнищ материала, что дает возможность выполнять конструкцию вентилируемой («дышащей») кровли без применения специальных рулонных материалов.

138

7. Созданное оборудование позволяет в заводских и построечных условиях производить дублирование эластомерных и битумно-полимерных материалов.

8. Электрическое оборудование инфракрасного изл)Аения окупается за 3-4,8 месяца выполнения кровельных работ.

9. Для внедрения и ведения кровельных работ электрическим оборудованием инфракрасного излучения разработаны «Руководство по устройству кровель из рулонных наплавляемых материалов с применением инфракрасных облучателей» и «Технологическая карта на устройство кровли из рулонного материала «Стекломаст» с применением инфракрасного метода наплавления».

10. Перспективное направление дальнейших работ по данной теме:

- создание самоходной движущейся машины для наклейки кровельного ковра;

- усовершенствование оборудование для оклейки вертикальных поверхностей;

- создание стационарного оборудования для дублирования эластомерных и наплавляемых рулонных материалов.

1. Бабенко В.П. Исследование и совершенствование процесса разогрева битумов низкотемпературными нагревателями. // Л. 1971 - С. 117.

2. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров. // М. Высшая школа. - 1983 -С.391.

3. Белевич В.Б. Прогрессивные технологии устройства кровель. Диссертация д.т.н. // М. -2001 С.294.

4. Борисов Ю. ИК излучение. // М. 1976 - С. 187.

5. Брамсон М.А. ИК излучение нагретых тел. // М. 1979 - С.276.

6. Бураковский Т., Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели. // Л. 1978 - С.407. 1А

7. Вальтер К.Г. ИК-керамические излучатели в промышленности и сельском хозяйстве. // М.- 1972-56-89 с.

8. Гольцман Ш.Л. Нагрев пластмассовых труб ИК излучателями. // Сборник «Энергетическое строительство». М. 1969 - № 4 (94) - 22-26 с.

9. Горелышева Л.А. Исследование деформационных свойств битумов с их ИК спектром поглощения. // М. 1972 - С.247.

10. Горшенина Г.И., Михайлов Н.В. Реологические исследования изоляционных битумов и битумно-полимерных материалов. // Сборник «Физико-химическая механика дисперсных структур». М. - Наука - 1966 - 35-42 с.

11. ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89) Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код 1Р).

12. ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки.

13. ГОСТ 11501-78 Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы.

14. ГОСТ 12766.2-90 Лента из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.

15. ГОСТ 13268-88 Электронагреватели трубчатые.

16. ГОСТ 13871-78Е Изоляторы керамические. Общие технические условия.

17. ГОСТ 15150-69* Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.

18. ГОСТ 2419-78 Сплавы прецизионные с высоким электрическим сопротивлением для электронагревательных элементов. Метод определения живучести.

19. Гуревич М.М. Введение в фотометрию // М. 1978 - С.347.

20. Долгополов В.И. Светотехнические материалы. // М. 1972 - С.97.

21. Зернов И. А. Нагрев листового материала в ламповых установках ИК-лучами. // М. 1954 - 67-97 с.

22. Калашников Н.В. Виброподогрев вязких нефтепродуктов. // М. 1961 - 43-81 с.

23. Карабликов A.M. Совершенствование технологии устройства рулонных кровель из наплавляемых материалов методом разогрева склеивающего слоя. // Киев 1980 - С.22.

24. Киттем Ч. Введение в физику твердого тела. // М. 1962 - С.452.

25. Карабликов A.M. Особенности разогрева наплавляемых кровельных материалов горелочными устройствами. // Журнал «Промышленное строительство». 1980 - №11 -26-28C.

26. Криксунов Л.З. Справочник по основам ИК техники. М. - 1978 - С.289.

27. Кросс А. Введение в практическую ИК-спектроскопию. // М. 1961 - 58-142 с.

28. Левитин И.Б. Применение ИК-техники в народном хозяйстве. // Л. 1981 - 23-39 с.

29. Лыков A.B. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. // М. Энергия- 1973-С.215. V

30. Лыков A.B. Михайлов Ю.А. Теория переноса энергии и вещества. // Минск 1959 -С.238.

31. Макглоулин К.П. Основы инфракрасной техники. // М. 1964 - С.З85. (у

32. Мешков В.В. Основы светотехники. // М. 1979 - С.368

33. Микрюков В.Е. Теплопроводность и электропроводность металлов и сплавов. // М. 1979 С.183.

34. Монастырский О.В. Автоматизация разогрева битума и мастик в строительстве. // М. Стройиздат- 1966 С. 108.

35. Печеный Б.Г. Долговечность битумных и битзтугно-минеральных покрытий. // М. 1981 -С. 122.

36. Попилов Л.Я. Электрополировка металлов. // М. 1979 - 39-51 с.

37. Пронько М.Г. Динамика нагрева теплотехнически тонких изделий в ровективно-радиационньЕх печах непрерывного действия. // Электротехника 1975 - №6 - 34-38 с.

38. Рогов И.А., Жуков H.H. Применение ИК излучателей в отраслях пищевой промышленности. // М. 1983 -15-27 с.

39. Рымсков Я.Н. Выбор спектра излучения для установок ИК нагрева и сушки. // Журнал «Инженерная физика». 1972 - № 1 - 136-141 с.

40. Рычков В.И. Аналитический расчет облученности создаваемой трубчатыми электронагревателями. Лакокрасочные нагреватели и их применение. // М. 1971 - 76105 с.

41. Рычков В.И. Сушка и нагрев ИК-излучением. // М. 1973 - 196-246с. 1А

42. Северинцев Г.И. Применение горелок инфракрасного излучения для сушки и нагрева. // Л.-1970-С.52.

43. Сперроу Э.М. Теплообмен излучением. // М. 1981 - 107-187 с.

44. Степанов A.M., Белевич В.Б. Рекомендации по устройству кровель из наплавляемых материалов электроконтактным способом. // М. Стройиздат 1984 - СЮ.

45. Худенко A.A., Бабенко В.П. Разогрев и обезвоживание битумов в электрических установках. // Киев 1967 - С.47.

46. Цвирко М., Шавердо В. Разогрев рубероида горелками ИК излучения. // На стройках России. 1974 - №8 - 39-40 с.142

47. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. // М. 1978 - 67-89 с.

48. Якоб М. Вопросы теплопередачи. // М. 1960 - С.285.

49. Flamex NNA 2. Vyzkvimny а vyvojvy ustau. Bremnioho Stavitelstvi. ЧССР. Ostrava. 1973.

50. Walteez H. Rheol. Acta, 6; n 2,1967.143