Теплотехническое оборудование

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА

Кафедра «Промышленные и гражданские сооружения»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Теплотехническое оборудование»

Гомель 2012

Содержание

Введение

1. Характеристика материалов (с расчетом состава бетона) и габаритные размеры изделий

1.1 Характеристика материалов

1.2 Подбор состава бетона

2. Описание технологического процесса изготовления изделий

3. Выбор и обоснование режима ТВО

4. Определение габаритных размеров и требуемого количества тепловых агрегатов

5. Описание конструкции установки и порядок ее работы

6. Теплотехнический расчет

6.1 Расчет теплоты для нагрева изделий

6.2 Расчет теплоты для нагрева форм

6.3 Расчет теплоты на нагрев транспортных средств

6.4 Расчет теплоты на испарение влаги затворения

6.5 Теплосодержание паровоздушной среды, заполняющей собой объем камеры

6.6 Теплота экзотермических реакций гидратациии цемента

7. Определение удельных часовых расходов теплоты и теплоносителя

8. Расчет системы теплоснабжения

9. Охрана труда и техника безопасности

Список литературы

Введение

Создание прогрессивных технологий с минимальными затратами материальных и энергетических средств -- одна из главных задач всех отраслей народного хозяйства, в том числе и строительной индустрии, к которой относится и производство строительных материалов и изделий. Одной из основных составных частей технологии строительной индустрии является тепловая обработка, на которую затрачивается около 30 % стоимости производства строительных материалов и изделии. Кроме того, тепловая обработка потребляет около 80 % от расходуемых на весь производственный цикл топливно-энергетических ресурсов. Таким образом, создание экономичных тепловых процессов, позволяющих получать изделия отличного качества с минимальными затратами топлива и электроэнергии, даст возможность существенно уменьшить капиталовложения в сферу строительства. Для создания таких тепловых процессов необходимы глубокие знания в области тепловой обработки строительных материалов и изделии, устройства тепловых установок, их конструирования и эксплуатации.

Тепловую обработку строительных материалов и изделий целесообразно рассматривать в двух аспектах. С одной стороны следует проанализировать пути превращения сырьевых материалов и готовую продукцию или полуфабрикат в процессе тепловой обработки. Эта задача сугубо технологическая. С другой стороны необходимо рассмотреть работу тепловых установок (пропарочных, сушильных, обжиговых), которая определяется законами теплотехники.

При тепловой обработке в материалах и изделиях происходят физико-химические превращения, формируется структура, идут процессы тепло- и массопереноса, возникает напряженное состояние. Взаимозависимость и сложность этих явлений предопределили на начальных этапах эмпирический характер развития данной отрасли науки. Постепенно накапливались экспериментальные данные об этих явлениях, причем из-за их сложности в основном изучалась динамика качественных изменений отдельных процессов. Результаты исследований с использованием законов физики, химии и прикладных наук позволили создать предпосылки для математического описания процессов с целью создания теоретических основ, без которых невозможно определить пути оптимизации тепловой обработки.

Рассматривая в целом процессы, проходящие в материалах и изделиях при тепловой обработке, необходимо помнить, что они являются следствием процессов, проходящих в тепловых установках. Изучение этой достаточно сложной взаимосвязи, порой еще мало исследованной, является главной задачей, которую приходится решать нашим ученым.

Первые попытки проанализировать работу тепловых установок были сделаны еще М.В. Ломоносовым и успешно продолжены В.Е. Грум-Гржимайло, который создал научную теорию, объясняющую работу печей и сушил. Д.И. Менделеев предложил формулу для определения теплотворной способности топлива.

Наука о процессах, проходящих в материалах при тепловой обработке, начала развиваться значительно позднее. Например, положения о кинетике процесса сушки были выдвинуты в 20-х годах П.С. Косовичем и А.В. Лебедевым применительно к испарению влаги из почвы. Представления о формах свяли влаги с материалом, определяющие сушку, были впервые сформулированы акад. П.А. Ре-Линдером. Проф. Л.К. Рамзнн также впервые и 1918 г. предложил 1 - d - диаграмму влажного воздуха и создал методику расчета сушильных установок.

Большое значение для развития науки о сушильных процессах имели работы А.П. Ворошилова, М.И. Лурье, М.Ф. Казанского, П.Г. Ромапкова и А.В. Лыкова. Процессы, проходящие в материалах при обжиге, описаны в трудах Д.С. Беляпкина, П.П. Будникова, К.А. Нохратяна, О.П. Мчедлова-Петросяна и ряда других ученых. Эта область науки является пока еще наименее изученной.

Большое значение для производства сборного бетона и железобетона имеют исследования, связанные с тспловлажностной его обработкой, получившие широкое развитие в 50-е годы. Ряд основных положений об этих процессах сформулированы были несколько ранее А.В. Волженским и П.И. Боженовым, первым применительно к тепловой обработке силикатного, а вторым -- автоклавного бетонов. С дальнейшим развитием представлений о процессах, проходящих при тепловлажностной обработке связаны труды С.А. Миронова, Л.А. Малининой, А.Д. Дмитровнча, И.Б. Заседателева, Н.Б. Марьямова и других ученых.

Накопленные знания о взаимосвязи тепловых процессов, проходящих в установках, с развивающимися в материалах, обширный экспериментальный материал, обобщенный на основе законов физики, химии и математики, создают основу для перехода к созданию моделей этих взаимосвязанных процессов и, следовательно, к решению конкретных задач по оптимизации тепловой обработки.

При производстве строительных изделий, деталей и материалов почти во всех случаях для перевода сырья в новое качество -- готовую продукцию -- применяют тепловую обработку. В большинстве случаев тепловая обработка дает возможность придать сырью новые, качественно отличные свойства, необходимые в строительстве. Такой процесс происходит за счет физических и физико-химических превращений в обрабатываемом материале, течение которых зависит от воздействия тепла.

Для теплового воздействия материал помещают в установку, которую в общем случае называют тепловой установкой. Различные физические и физико-химические превращения в материале требуют различного теплового воздействия. Поэтому в каждой тепловой установке создают свой необходимый для обработки продукции тепловой режим. Под тепловым режимом понимают совокупность условий теплового и массообменного воздействия на материал, как-то: изменение температуры среды, скорость течения газов или жидкости, омывающих материал, концентрацию газов, их давление. Следовательно, тепловые режимы представляют собой совокупность тепловых, массообмеиных и гидродинамических процессов, происходящих в тепловой установке.

Тепловой режим установки будет воздействовать на сырье и за счет физических и физико-химических превращений в нем оно превратится в готовую продукцию. Очевидно, изучая данную дисциплину, необходимо выяснить, как различные тепловые режимы воздействуют на разные материалы, какие процессы происходят в материалах при тепловой обработке, а также научиться определять наиболее эффективные режимы.

1. Характеристика материалов (с расчетом состава бетона) и габаритные размеры изделий

1.1 Характеристика материалов

Тяжелый бетон применяют для несущих бетонных и железобетонных конструктивных элементов промышленных, гражданских, сельскохозяйственных зданий, мостов и пр. К нему предъявляют требования по прочности и при необходимости, по морозостойкости и водонепроницаемости.

Для изготовления бетона следует применять портландцементы, соответствующие требованиям ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» и ГОСТ 22266-94 «Цементы сульфатостойкие. Технические условия».

Марки цемента принимают в зависимости от класса бетона по табл. 2.1 согласно СНиП 5.01.23-83 «Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных изделий и конструкций». Применение цемента пониженных марок увеличивает его расход. Применение цемента повышенных марок не всегда приводит к его экономии. При применении цемента высокой активности для бетонов низких классов следует вводить минеральные добавки тонкомолотых шлаков, золы ТЭС, активных минеральных добавок естественного происхождения. Расход цемента не должен превышать типовую норму по СНиП 5.01.23-83. Вид цемента для различных условий работы необходимо выбирать с учетом требований ГОСТ 23464-79 «Цементы. Классификация». В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона применяют природный и искусственный песок, в качестве крупного заполнителя -- щебень или гравий из плотных горных пород.

Таблица 2.1 Назначение марки цемента в зависимости от класса бетона

Проектный класс бетона	Марки цемента для тяжелого бетона при твердении в условиях
	естественных	тепловой обработки при отпускной прочности бетона
		70% проектной и менее	80-100% проектной
	рекомендуемые	допустимые	рекомендуемые	допустимые	рекомендуемые	допустимые
В75	300		300	--	--	--
В10	300	400	300	400	400	300,500
В15	400	300, 500	400	300, 500	400	500
В20	400	300, 600	400	300, 500	400	500
В25	400	500	400	500	500	400
В27,5	400	500	400	500	500	400
ВЗО	500	650, 600	500	550, 600	550	500, 600
В35	550	500, 600	650	500, 600	600	500, 550
В40	600	650, 600	600	550, 500	600	650
В45	600	550	600	550		--

Вода для затворения бетонной смеси должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».

Рекомендуется применять питьевую воду. Можно использовать технические оборотные и природные минерализованные воды с допустимым содержанием примесей.

Количество солей, ионов ,, взвешенных частиц не должно превышать значений, приведенных в табл. 2.2.

Таблица 2.2 Допустимое содержание примесей в воде

Назначение бетонов	Растворимые соли	Ионы	Взвешенные частицы
Для напряженных железобетонных конструкций, а также бетоны на глиноземистом цементе	2000	600	350	200
Для конструкций с напрягаемой арматурой, в том числе для водосбросных сооружений и зоны переменного уровня воды массивных сооружений	5000	2700	1200	200
Для неармированных конструкций, к которым не предъявляются требования по ограничению образования высолов	10000	2700	3500	300

Водородный показатель рН воды должен быть не менее 4 и не более 12,5.

Допускается не более 10 мг/л органических поверхностноактивных веществ, сахаров, фенолов.

Для улучшения свойств бетонной смеси, затвердевшего бетона, ускорения твердения бетона, замедления или ускорения сроков схватывания вводятся химические добавки, применение которых регламентируется.

1.2 Подбор состава бетона

Различают номинальный лабораторный состав бетона, рассчитанный для сухих материалов, и производственно-полевой -- для материалов в естественно-влажном состоянии. Лабораторный состав бетона определяют расчетно-экспериментальным методом, для чего вначале рассчитывают ориентировочный состав бетона, а затем уточняют его по результатам пробных замесов и испытаний контрольных образцов.

Исходные данные:

Тяжелый бетон М300;

Фракция 10-20мм;

ОК=5-7 см;

Песок: сН=1450 кг/м3; сИ=2450 кг/м3;

Цемент: сН=1100 кг/м3; сИ=3100 кг/м3;

Щебень: сН=1500 кг/м3; сИ=2600 кг/м3;

Rц=400 МПа; Rb=300 МПа; Мк=1,5 мм.

Расчет состава бетона выполняют в такой последовательности:

1. Определяют водоцементное отношение В/ Ц -- отношение массы воды к массе цемента из условий получения требуемого класса бетона в зависимости от активности цемента и качества материалов по формулам:

при В/Ц0,4 (2.1);

при В/Ц0,4 (2.2),

где А1 и A2 -- коэффициенты, учитывающие качество материалов, которые принимаются по табл.2.3 (А1=0,60); Rц -- активность цемента, МПа; Rb -- предел прочности бетона на сжатие, МПа.

Таблица 2.3 Значения коэффициентов, учитывающих качество материалов

Характеристика материалов для бетона	А1	А2
Высококачественные	0,65	0,43
Рядовые	0,60	0,40
Пониженного качества	0,55	0,37

Примечания:

1) к высококачественным материалам относят: портландцемент высокой активности с минимально допустимым количеством гидравлической добавки, щебень из плотных пород, песок плотный крупный и средней крупности. Заполнители должны быть не загрязненными, оптимального зернового состава;

2) к рядовым материалам относят: портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент, заполнители среднего качества, в том числе гравий;

3) к материалам пониженного качества относят цементы низкой активности, непрочные крупные заполнители, мелкие пески.

2. Определяют расход воды В, кг/м3, в зависимости от удобоукладываемости бетонной смеси, вида и крупности заполнителя ориентировочно по табл.2.4 или на основании предварительных испытаний.

Таблица 2.4 Водонотребность бетонной смеси

Подвижность ок, см	Жесткость, с	Расход воды, кг/м3.
		гравий	щебень
		10	20	40	70	10	20	40	70
--	40-50	150	135	125	120	160	150	135	130
	25-35	160	145	130	125	170	160	145	140
--	15-20	165	150	135	130	175	165	150	145
--	10-15	175	160	146	140	185	175	160	155
2-4	--	190	175	160	155	200	190	175	170
5-7	--	200	185	170	165	210	200	185	180
8-10	--	205	190	175	170	215	205	190	185
10-12	--	215	205	190	180	225	215	200	190
12-16	--	220	210	197	185	230	220	207	195
16-20	--	227	218	203	192	237	228	213	202

Примечания:

1) значения водопотребности приведены для бетонной смеси на портландцементе с нормальной густотой цементного теста 26-28% и песке с Мкр = 2;

2) на каждый процент повышения нормальной густоты цементного теста (НГЦТ) расход воды увеличивается на 3-5 кг/м3, при уменьшении НГЦТ --уменьшается на 3-5 кг/м3;

3) увеличение модуля крупности песка на каждые 0,5 вызывает необходимость уменьшения расхода воды на 3-5 кг/м3, уменьшение -- повышение расхода воды на 3-5 кг/м3.

3. Определяют расход цемента Ц, кг/м3, по известному В/Ц и водопотребности бетонной смеси:

(2.3)

где В=200 кг/м3 -- расход воды; В/Ц -- отношение массы воды к массе цемента.

Нормы расхода цемента не должны превышать типовые по СНиП 5.01.23-83. Для неармированных сборных изделий минимальная норма расхода цемента должна быть не менее 200 кг/м3, для железобетонных изделий -- не менее 220 кг/м3.

кг.

Допускается снижение минимальной нормы расхода цемента для бетонных изделий до 150 кг/м8 и для железобетонных -- до 180 кг/м3 при добавлении в бетон золы ТЭС до 200 или 220 кг/м3. Если расход цемента превышает типовые нормы, тогда следует проводить мероприятия по экономии цемента.

4. Определяют расход крупного заполнителя Щ, кг/м3, по формуле:

, (2.4)

где VПУСТ -- пустотность щебня в рыхлонасыпанном состоянии, подставляется в формулу в виде коэффициента, определяемого по формуле (2.5); рн.щ -- насыпная плотность щебня , кг/м3; щ -- истинная плотность щебня , кг/м3; -- коэффициент раздвижки зерен щебня , который принимается по табл.2.5;

, (2.5)

.

Таблица 2.5 Коэффициенты раздвижки зерен а для пластичных бетонных смесей на песке с ВП = 7%

Расход цемента, кг/м3	Водоцементное отношение
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
260				1,26	1,32	1,38
300			1,30	1,36	1,42
350		1,32	1,38	1,44
400	1,31	1,40	1,46
500	1,44	1,52	1,56
600	1,52	1,56

Примечания:

1) при других значениях В/Ц коэффициент а находят интерполяцией;

2) при применении крупного песка с Вп < 7% коэффициент а увеличивается на 0,03 на каждый процент увеличения В. При использовании мелкого песка с В > 7% коэффициент а уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения В;

3) для жестких бетонных смесей при расходе цемента менее 400 кг/м3 коэффициент а принимают 1,05-1,15.

кг.

5. Определяют расход песка П, кг/м3, по формуле:

, (2.6)

где Ц, В, Щ-- расход цемента, воды, щебня в килограммах на 1 м3 бетонной смеси; ц, в, щ, п -- истинная плотность материалов, кг/м3.

кг.

В результате проведенных расчетов получаем следующий ориентировочный номинальный состав бетона, кг/м3:

Цемент….........................................................435 кг;

Вода………......................................................200 кг;

Песок…………………………………………429 кг;

Щебень……………………………………….1260 кг.

Плотность бетона:

кг/м3.

1.3 Габаритные размеры изделий

Таблица 2.6 Характеристика изделия

Масса, кг	3830
Объем, м3	Тяжёлого бетона	0,73
	Лёгкого бетона	0,95
	Утеплителя	1,01
	Фактурного слоя	0,25
	Всего	2,94
Расход стали, кг		79,68

2. Описание технологического процесса изготовления изделий

На заводах крупнопанельного домостроения для изготовления наружных трехслойных стеновых панелей с проемами используют конвейерный способ производства.

Линия представляет собой горизонтально расположенный тележечный конвейер с автоматизированным комплексом агрегатов, последовательно выполняющих:

Подготовку поддонов-вагонеток;

Укладку арматуры и бетонной смеси;

Распределение и уплотнение бетонной смеси;

Подачу в камеру тепловой обработки непрерывного действия;

Тепловую обработку;

Распалубку и осмотр готового изделия.

Песок, керамзитовый гравий и цемент транспортерами доставляются в расходные бункера бетоносмесительного узла и далее через дозаторы поступают в бетономешалку. Бетонная смесь поступает по системе ленточных транспортеров в передвижной бетоноукладчик.

Линия по производству наружных керамзитобетонных панелей с проемами работает следующим образом. На очищенную и смазанную поддон-вагонетку укладываются коврики облицовки, на которые наносят растворный слой толщиной 20 мм, на него с помощью рельефа устанавливают арматурный каркас и фиксируют закладные детали. Затем на специальном посту укладывают и фиксируют оконные и дверные коробки и различные вкладыши. После этого, по команде с пульта управления, поддон-вагонетка передвигается на пост формования, оборудованный виброплощадкой с бортовой оснасткой немедленной распалубки, где автоматически устанавливаются и наглухо запираются продольные и поперечные борта. Затем двухбортный керамзитобетоноукладчик укладывает наружный слой бетона, вибропригрузочный щит уплотняет ее. Затем укладывается утеплитель. На следующем посту раствороукладчик укладывает, разравнивает раствор верхнего слоя и заглаживает его валиком. После этого открывается бортовая оснастка и изделие на поддоне-вагонетке поступает в камеру тепловой обработки. Тепловая обработка панелей осуществляется в туннельной камере при температуре 95С в течение 12-13ч. После тепловой обработки изделие на поддоне-вагонетке поступает на пост окончательной отделки, где извлекаются вкладыши и фиксаторы. Специальное устройство затирает откосы, и поверхность изделия доводится до полной заводской готовности. Затем панели взвешивают и вывозят на склад, а поддоны-вагонетки поступают на чистку и смазку, после чего цикл повторяется.

Повышенное водопоглощение керамзитобетоной смеси позволяет ей получить после уплотнения большую структурную прочность, благодаря чему можно производить немедленную распалубку.

3. Выбор и обоснование режима ТВО

При назначении режима ТВО изделий из бетонов существенное влияние оказывают не только особенности применяемого цемента, класса бетона, удобоукладываемость бетонной смеси, но и структура бетона (плотная, поризованная), наличие в его составе вовлеченного воздуха и его объем, прочность и объемная концентрация крупного пористого заполнителя, гидравлическая активность мелкого заполнителя.

Для бетонов, применяемых при изготовлении ограждающих конструкций зданий, режим ТВО должен обеспечить минимально возможную отпускную влажность бетона изделий, не превышающая в процентах по объему:

15 - для бетона панелей и блоков производственных зданий и бетонов на вспученном перлитовом песке и золах ТЭС;

13 - для бетона панелей и блоков жилых и общественных зданий (за исключением приготовленных на вспученном перлитовом песке и золах ТЭС).

Для обеспечения минимальной отпускной влажности тепловую обработку следует проводить в условиях, способствующих испарению влаги из изделия.

Такой прогрев может осуществляется в тепловых установках периодического и непрерывного действия (в камерах ямного, туннельного и щелевого типов), оборудованных регистрами, ТЭНами, колориферами или теплогенераторами для сжигания природного газа. Максимальная температура среды в камерах сухого прогрева может быть повышена в зависимости от необходимой длительности тепловой обработки до 150С. С целью обеспечения заданной влажности изделий камеры рекомендуется оборудовать системой вентиляции.

При тепловой обработке в термоформах не следует укрывать открытую поверхность изделий.

ТВО в паровоздушной среде с относительной влажностью 85-95% и температурой 90-95С допускается проводить для изделий, изготавливаемых из конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов с низким начальным водосодержанием или при производстве панелей для промышленного строительства.

При назначении режимов тепловой обработки изделий следует учитывать следующие особенности кинетики роста их прочности:

Замедление темпа нарастания прочности при тепловой обработке бетонов на гидравлически активных мелких заполнителях (дробленом керамзитовом песке, золе ТЭС) тем сильнее, чем ниже температура в тепловой установке;

Увеличение содержания вовлеченного воздуха и снижение проектной прочности и плотности бетона приводит к замедлению темпа нарастания прочности при тепловой обработке, проявляющегося тем заметнее, чем ниже температура в тепловой установке;

При снижении прочности и плотности крупного заполнителя темп нарастания прочности при прочих равных условиях повышается и проявляется тем заметнее, чем ниже температура в тепловой установке.

В целях экономичного использования тепловой энергии при назначении режимов ТВО следует учитывать последующее нарастание прочности бетона изделий вследствие его остывания в цехе в течение 12 ч.

Длительность предварительного выдерживания и скорость подъема температуры среды при тепловой обработке изделий из конструкционно-теплоизоляционного бетона принимаются в соответствии с данными табл. 15 и 16 [1].

Из табл. 16 [1] в зависимости от способа ТВО (пропаривание в камерах) выбираем скорость подъема температуры среды. Т.о.,

Из таблицы 17 [1] в зависимости от способа тепловой обработки выбираем температуру и продолжительность изотермического прогрева. Т. о., для пропаривания в камерах острым паром температура tИЗ=95С. При этом продолжительность изотермического прогрева 2=5ч. продолжительность изотермического прогрева должна определятся временем, необходимым для достижения в центре изделий температуры 65-80С.

Скорость остывания поверхности изделий после изотермического прогрева не должна быть больше 40С/ч. При выгрузке изделий из камеры температурный перепад между поверхностью изделий и температурой окружающей среды не должен превышать 40С.

Длительность охлаждения изделий в камерах устанавливается в зависимости от толщины изделия и температуры окружающей среды в момент распалубки в соответствии с данными табл. 19 [1].

Температуру окружающей среды принимаем равной t0=20C. Так как толщина изделия =350 мм, следовательно длительность охлаждения в камере 3=2 ч.

Зная температуру окружающей среды и скорость подъема температуры среды при ТВО изделий, а также температуру изотермического прогрева, определим продолжительность подъема температуры среды (I-й период ТВО):

; (4.1)

ч.

Принимаем 1=2,5 ч. Следовательно, общая продолжительность ТВО:

; (4.2)

 ч.

При тепловой обработке изделий из конструкционных легких бетонов классов В10-В30 необходимо учитывать: возможность снижения относительной влажности паровоздушной среды в тепловом агрегате; влияние соотношения между прочностью применяемого пористого заполнителя и проектного класса бетона на темп роста его относительной прочности; увеличение длительности изотермического прогрева с увеличением толщины изделия.

Выбранный режим проверяем расчетом средних температур по сечению изделий к концу основных периодов ТВО:

подъема температуры;

изотермической выдержки.

Расчет производим, используя критериальные зависимости теплопроводности при нестационарных условиях. Определяем критерий Фурье:

, (4.3)

где ф - продолжительность периода ТВО, ч; R -толщина слоя бетона (при двухстороннем нагреве), м:

; (4.4)

б - коэффициент температуропроводности, м2/с. Определяем по формуле:

, (4.5)

где л - коэффициент теплопроводности твердого бетона, Вт/мМК; с - удельная теплоемкость бетона, Дж/кгМК; с - средняя плотность бетона, кг/м3.

Для первого периода ТВО:

м2/с;

.

Определяем критерий Био:

, (4.6)

где б =100- коэффициент теплопроводности от паровоздушной среды к поверхности изделия, Вт/м2·К.

Для первого периода ТВО:

.

С помощью критериев и монограмм находим безразмерные температуры на поверхности и в центре изделия:

; (4.7)

, (4.8)

где tC- температура паровоздушной среды; tП - температура поверхности изделия; tH - температура бетона в начале расчетного периода; tц - температура в центре изделия.

Из графика для определения температуры на поверхности изделия:

Температура паровоздушной среды в первый период ТВО tС=95°С, а температура бетона в начале расчетного периода tН=20°С, следовательно:

;

;

°С.

Определим температуру в центре изделия в I-й период ТВО аналогичным образом, т.е. из графика для определения температуры в центре изделия известно, что:

;

;

;

°С.

Режим ТВО выбран правильно, если к концу I периода температура поверхности изделия равна температуре среды (допускается 5 С). Проверка: С - условие не выполняется. Следовательно, режим ТВО выбран неверно.

Значит, увеличиваем время предварительного выдерживания: I=5 ч.

;

;

;

;

°С.

Определим температуру в центре изделия в I-й период ТВО аналогичным образом, т.е. из графика для определения температуры в центре изделия известно, что:

;

;

;

°С.

Режим ТВО выбран правильно, если к концу I периода температура поверхности изделия равна температуре среды (допускается 5 С). Проверка: С - условие выполняется. Следовательно, режим ТВО выбран верно.

Произведем аналогичный расчет для второго периода ТВО. Критерии Фурье и Био:

;

.

Находим безразмерные температуры на поверхности и в центре изделия:

;

;

Так как

, (4.9)

Где tП и tЦ - соответственно температура на поверхности и в центре изделия в первый период ТВО, то

°С,

Следовательно:

; ;

; ;

; ;

°С °С

Вывод: режим ТВО выбран правильно, так как к концу второго периода tП-tЦ=93,8-89,1=4,7 С, что в пределах допустимого, т.е. (tС-tП) и (tП-tЦ) С.

В результате получаем:

ч.

4. Определение габаритных размеров и требуемого количества тепловых агрегатов

Рисунок 5.1 Схема туннельной камеры с формой

для расчета принимаем:

Наружная к/б 3-слойная панель: l=5,895 м; b=2,65 м; h=0,35 м; панель с пролетом.

м - длина формы;

м - ширина формы;

м - высота формы.

Определение габаритных размеров:

Ширину камеры находим по формуле:

, (5.1)

где bФ=6,4 - ширина формы, м; b1=0,15-0,2 - зазоры, необходимые для установки стояков подающих пар, м.

м.

Высоту камеры определяем по формуле:

, (5.2)

где hФ - высота формы, м; h1=0,3 - расстояние от днища формы до пола камеры, м; h2=0,2 - расстояние от поверхности изделия до потолка камеры, м.

м.

Длину камеры находим по формуле:

, (5.3)

где LI, LII, LIII - длина зоны подъема температуры, изотермической выдержки и охлаждения соответственно, м.

;

; (5.4)

,

где lФ - длина формы, м; фI, фII, фIII - продолжительность периодов ТВО, ч; NЧ - часовая производительность установки, шт/ч.

, (5.5)

где N0=25000 - годовая производительность, м3/год;

VИЗД=0,73+0,95+1,01+0,25=2,94 - объем изделия с вычетом проемов, м3; М=253 - число рабочих дней в году, дн.; К=3 - число смен; Z=8 - продолжительность рабочей смены, ч.

шт/ч,

тогда м;

м;

м.

LI, LII, LIII должны быть кратны длине формы. Следовательно, принимаем:

LI=44,8 м (7 форм), LII=44,8 м (7 форм), LIII=19,2 м (5 форм).

Длина камеры: м.

Т.к. 120 м, то принимаем одну камеру.

5. Описание конструкции установки и порядок ее работы

В установках непрерывного действия в отличие от периодического легче механизировать и автоматизировать весь процесс. Производительность труда обслуживающего персонала на них значительно возрастает, поэтому в настоящее время они и внедряются наиболее широко в производство. В качестве установок непрерывного действия для тепловлажностной обработки наиболее широко применяют щелевые горизонтальные, щелевые полигональные и вертикальные пропарочные камеры.

Горизонтальные пропарочные камеры щелевого типа представляют собой туннель длиной L=100--120 м. Ширина туннеля проектируется в расчете на движение через него одного-двух изделий на каждой форме-вагонетке и находится в пределах В=5--7 м. Высота Н=1,0--1,17 м. В камере помещается от 17 до 27 вагонеток с изделиями. В отличие от периодически действующих камер, где подъем температуры, а затем изотермическая выдержка и охлаждение осуществляются последовательно во времени в одной камере, щелевые пропарочные камеры по длине разделяются на соответствующие зоны: зону подъема температуры среды, изотермической выдержки и охлаждения. В первую и вторую подводится тепловая энергия, третья зона--зона охлаждения, теплом не снабжается, а наоборот, вентилируется холодным воздухом. Разделение камеры на функциональные зоны позволяет экономить тепловую энергию за счет затрат теплоты на нагрев конструкций после каждого цикла по сравнению с установками периодического действия.

Схема горизонтальной щелевой пропарочной камеры показана на рисунке 5.1. Принцип работы такой камеры следующий. Вагонетка с изделием в форме поступает на снижатель 2, оборудованный толкателем. Снижатель опускает вагонетку на уровень рельсов щелевой камеры 4, и толкатель выталкивает вагонетку со снижателя в камеру. При этом вагонетка с изделием проходит под механической шторой 3, которая предохраняет торец камеры от выбивания паровоздушной смеси и проникания в нее холодного воздуха. Одновременно вагонетка с изделием усилием толкателя продвигает весь поезд, находящийся в камере, и последняя вагонетка также через герметизирующую штору 5 выдвигается на подъемник 6, который поднимает вагонетку на уровень пола, откуда она транспортируется на пост распалубки изделий. Изменяя ритм загрузки вагонеток можно повышать или снижать производительность камеры.

Камера разделяется на три зоны: зону подъема температуры -- подогрева /, зону изотермической выдержки // и зону охлаждения ///. Тепловая обработка изделий в камере сводится к следующему. Материал, поступивший в камеру, может подогреваться либо паром, либо ТЭНами. При нагреве паром для его подачи используют двухсторонние стояки, причем первая пара стояков располагается на расстоянии 20--25 м от входа с шагом от 2 до 6 м, а последняя -- на расстоянии 35--40 м от выгрузочного торца камеры. Пар смешивается с воздухом, образуя паровоздушную смесь. Для улучшения использования теплоты пара устраивают рециркуляцию: паровоздушную смесь отбирают у загрузочного конца камеры и возвращают в конец зоны подогрева. Рециркуляция помогает уменьшить потери пара, проникающего в зону охлаждения за счет его передвижения к загрузочному концу камеры. Кроме того, в этих же целях между зоной изотермической выдержки и охлаждения устраивают воздушные завесы или перегородки из термостойкой резины. Воздушные завесы в целях экономии тепла устраивают и в месте загрузки камеры. Максимальный нагрев изделий при использовании пара составляет 80--85 °С, ибо в данном случае в камере кроме пара находится воздух.

ТЭНы в виде блоков размещают в камере, начиная с расстояния 6--10 м от загрузочного конца и заканчивая размещение в конце зоны изотермической выдержки. При этом рециркуляционную систему усиливают, либо ставят две рециркуляционные системы. Условия тепло- и массообмена в случае нагрева ТЭНами отличаются от существующих при нагреве паром. Причем нагрев изделий ускоряется и такие камеры делают несколько короче, их длина достигает 80--90 м. Ускоряют нагрев также и путем повышения температуры среды до 120--130 °С. Такой нагрев среды достигается перегревом пара. В этом случае часть пара и воздуха выходит из камеры вследствие неплотностей. Расход теплоты в таких камерах в пересчете па пар составляет 150--200 кг на 1 м3 изделий.

После тепловой обработки в зонах подогрева и изотермической выдержки как в случае нагрева наром, так и при использовании ТЭНов изделия охлаждают. Схема зоны охлаждения для таких камер представлена на рисунке 5.2. В ней с двух сторон устраивают каналы: один заборный 3, снабженный выведенными в цех заборными шахтами 2, на которых для регулирования забора воздуха устанавливают жалюзные решетки /. Другой канал-- отборный 7, соединенный с вентилятором 9 коробом 8.

Охлаждают изделия 5 следующим образом. За счет тяги, создаваемой вентилятором 9, воздух через жалюзные решетки / заборных шахт 2 попадает в канал 3, из которого через окна 4 поступает в зону охлаждения и охлаждает изделия. Отработанный воздух через окна 6 проходит в канал 7, далее через короб 8 в вентилятор 9, который и выбрасывает его в атмосферу через трубу 10.

Рисунок 5.1 Схема горизонтальной пропарочной камеры щелевого типа



Рисунок 5.2 Схема зоны охлаждения пропарочной камеры щелевого типа (а - план, б - разрез)

6. Теплотехнический расчет

В ходе теплотехнического расчета составляются уравнения теплового баланса для каждого периода ТВО или для каждой из зон ТВО. Уравнение составляется для одного теплового агрегата, работающего в неблагоприятных условиях.

Количество теплоты, расходуемое за каждый период или в каждой зоне ТВО определяется по следующей формуле:

, (7.1)

где Q - суммарный расход теплоты за период или в соотвествующей зоне ТВО, кДж/ч; QБ, QТР, QФ, QОГР, QПОТ, QИСП, QСР - количество теплоты, необходимое соответственно для нагрева бетона, транспортных средств, формы, ограждений, на потери в окружающую среду, на испарение воды затворения, на нагрев среды установки; QЭКЗ - количество теплоты, выделяющееся в процессе реакции гидратации цемента; в - коэффициент запаса на нерасчитываемые затраты теплоты (в=1,05-1,2), принимаем в=1,2.

Проведем теплотехнический расчет для установки непрерывного действия.

6.1 Расчет теплоты для нагрева изделий

определяем по формуле:

, кДж/ч (7.2)

где СБ - средневзвешенная теплоемкость бетонной смеси, кДж/кг•К:

, (7.3)

где - величины удельных теплоемкостей составляющих бетона (песок, цемент, вода, щебень, арматура, кДж/кг•К; Мi - масса отдельных составляющих бетона, кг; МБ - масса бетона изделий, кг/ч:

, (7.4)

VБ - суммарный объем бетона изделий в зоне; tH, tK - средние значения температур в начале и конце соответствующего периода или зоны, єС; ф - продолжительность нахождения изделия в рассматриваемой зоне, ч.

Рассчитываем СБ по формуле (7.3), при этом известно, что Сi=0,84 - для бетона, кДж/кг•К и 0,46 кДж/кг•К для стали.

кДж/кг•К.

По формуле (7.4) определяем МБ:

кг/ч - для первой зоны.

Расчет теплоты для нагрева изделий производится по зонам:

Для первой зоны:

; , (7.5)

Где tП и tЦ - соответственно температура на поверхности и в центре изделия, °С.

°С,

следовательно, для первой зоны теплота для нагрева изделия равна:

кДж/ч.

Для второй зоны:

кг/ч;

; °С,

Следовательно, для второй зоны теплота для нагрева изделий равна:

кДж/ч.

6.2 Расчет теплоты для нагрева форм

Определяется по формуле:

, кДж/ч (7.6)

где СФ=См=0,482 (для металла) - теплоемкость материала формы кДж/кг·К;

МФ - масса форм в соответствующей зоне УНД, кг/ч.

, (7.7)

где NЧ - часовая производительность установки, шт/ч; m - масса одной формы, кг.

, (7.8)

где VИЗД - объем бетона одного изделия, м3; qМ - удельная металлоемкость форм. Для стеновых панелей принимаем qМ=1,1 т/м3.

tKФ, tНФ - конечные и начальные температуры форм, °С; (принимаются равным температуре поверхности изделий в конце и начале зоны).

Для первой зоны:

кг;

Для первой зоны часовая производительность шт/ч, следовательно, кг/ч.

кДж/ч.

Для второй зоны:

кг;

Часовая производительность шт/ч, следовательно, кг/ч.

кДж/ч.

6.3 Расчет теплоты на нагрев транспортных средств

, т.к. ; (7.9)

кДж/ч;

кДж/ч.

6.4 Расчет теплоты на испарение влаги затворения

, кДж/ч (7.14)

где r=2295,5 - теплота парообразования при температуре бетона, кДж/кг;

МИСП - количество испаряющейся воды в рассматриваемой зоне, кг/ч,

, , (7.15)

где - длительность пребывания изделия в рассматриваемой зоне, ч.

кг/ч,

следовательно кДж/ч;

, кДж/ч

6.5 Теплосодержание паровоздушной среды, заполняющей собой объем камеры

, кДж/ч (7.16)

где - длительность рассматриваемой зоны, ч; VСВОБ. - свободный объем камеры, м3;

, м3 (7.17)

VБЕТ, VМЕТ - общий объем бетона и форм в соответствующей зоне камеры, м3.

; МЕТ=7850 кг/м3; (7.18)

СР - средняя плотность паровоздушной среды, СР=0,58 кг/м3; hСР - энтальпия среды, занимающей объем камеры, hСР=2675 кДж/кг.

Для первой зоны:

м3;

м3;

м3;

кДж/ч.

Для второй зоны:

м3;

м3;

м3;

кДж/ч.

6.6 Теплота экзотермических реакций гидратациии цемента

, кДж/ч (7.19)

где qЭ28=400 - теплота гидротации цемента при его твердении в нормальных условиях в течении 28 суток (принимается равной марке цемента), кДж/кг; В/Ц - расход воды и цемента в бетоне кг/м3; tСРБ - средняя температура бетона за период обработки,С; VБ - объем бетона в соответствующей температурной зоне, м3.

кДж/ч;

кДж/ч,

Следовательно, суммарный расход теплоты в соответствующей зоне равен:

кДж/ч,

кДж/ч.

7. Определение удельных часовых расходов теплоты и теплоносителя

1. Часовые расходы теплоты, кДж/ч:

кДж/ч;

кДж/ч,

где и - расходы тепла в соответствующей зоне, кДж/ч.

2. Часовые расходы теплоносителя (пара), кг/ч:

кг/ч; (8.1)

кг/ч, (8.2)

где h - используемое теплосодержание единицы теплоносителя, кДж/кг;

кДж/кг, (8.3)

кДж/кг; (8.4)

кДж/кг (по таблице);

h'=671 кДж/кг - теплосодержание теплоносителя при заданном РЦ=0,48 мПа; r=2209 - теплота парообразования при заданном РЦ; х - степень сухости пара в соответствии с заданием, х=0,85.

3. Удельный расход тепла и теплоносителя (пара) определяем по формулам:

кДж/м3, (8.5)

VЧ - часовая производительность установки по бетону, м3/ч:

м3/ч; (8.6)

кг/м3. (8.7)

8. Расчет системы теплоснабжения

В ходе расчета определяются диаметры магистрального паропровода, идущего к блоку установки и диаметры паропроводов к каждой из зон.

Площадь поперечного сечения паропровода определяется по формуле:

, м2 (9.1)

где GП - расход пара на расчетном участке паропровода, кг/ч;

кг/ч;

кг/ч;

кг/ч;

СР=2666 - средняя плотность пара на участке, кг/м3 (принимается по заданному давлению PЦ);

- скорость пара, м/с (=30 м/с).

Расчет диаметров производим из условия обеспечения принятой скорости движения пара.

м2;

м;

м2;

 м;

м2;

м.

9. Охрана труда и техника безопасности

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Тепловые установки на заводах строительных материалов и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как их работа связана с выделением теплоты, влаги, пыли, дымовых газов. Поэтому условия труда при эксплуатации таких установок строго регламентируются соответствующими правилами и инструкциями. Контроль за соблюдением правил и инструкций по охране труда и технике безопасности осуществляется органами государственного надзора и общественными организациями, которые и разрабатывают эти нормы.

Согласно действующим нормативам, в цехах, где размещаются тепловые установки, необходимо иметь: паспорт установленной формы с протоколами и актами испытаний, осмотров и ремонтов на каждую установку; рабочие чертежи находящегося оборудования и схемы размещения КИП; исполнительные схемы всех трубопроводов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации и ремонту. В таких инструкциях должно быть краткое описание установок, порядок их пуска, условия безопасной работы, порядок остановки, указаны меры предотвращения аварии. Кроме того, инструкции должны содержать четкие указания о порядке допуска к ремонту установок, о мерах безопасного обслуживания и противопожарных мероприятиях.

На стадии проектирования предусматриваются нормы безопасной работы и эксплуатации тепловых установок. Каждая тепловая установка разрабатывается с таким расчетом, чтобы она создавала оптимальные условия ведения технологического процесса и безопасные условия труда. Для этого необходимо, чтобы поверхности установок были теплоизолированы и имели температуру не выше 40 °С.

Проектировать топки, сушила, печи, в которых используются продукты горения топлива, разрешается только на давление менее атмосферного (разрежение). Установки для тепловлажностной обработки проектируют с обязательной герметизацией. Эти установки оборудуют вентиляцией рабочего пространства, которая включается перед выгрузкой изделий и тем самым позволяет удалять пар из установки.

Оборудование тепловых установок проектируют с ограждением, а его включение в работу должно сопропождаться звуковой и световой сигнализацией. Площадки для обслуживания, находящиеся выше уровня пола, оборудуют прочным ограждением и сплошной обшивкой по нижнему контуру.

Отопление и вентиляция цехов, в которых устанавливают тепловые установки, необходимо рассчитывать с учетом выделения теплоты, испарения влаги и выделения пыли. Электрооборудование тепловых установок проектируют с заземлением. Все переносное освещение делают низковольтным.

Электрооборудование тепловых установок должно быть запроектировано с ограждением и заземлением.

Особое внимание при проектировании тепловых установок следует уделять очистке работающих теплоносителей от уносов пыли и мелких частиц материала. Согласно нормативным указаниям, для тепловых установок следует проектировать специальные очистные устройства.

При эксплуатации тепловых установок в цехах, где они расположены, кроме соблюдения требований, упомянутых в общих положениях, обязательно должны быть вывешены на видном месте инструкции по правилам эксплуатации установок и охране труда. Весь обслуживающий персонал тепловых установок допускается к работе только после изучения, а также после обязательного документального оформления проверки его знаний.

ТРЕБОВАНИЯ К ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОПАРОЧНЫХ КАМЕР, ПАКЕТОВ, ТЕРМОФОРМ И КАССЕТ

Крышки ямных пропарочных камер должны быть достаточно герметичны и оборудованы водяными затворами. На стенах ямных камер предусматривают скобы для спуска рабочих при ремонте и чистке. Каждую такую камеру оборудуют вентиляцией.

Туннельные.и щелевые камеры снабжают блокировкой снижателей и подъемников для загрузки форм-вагонеток. Все камеры, пакеты и кассеты должны иметь герметичные системы подвода пара, оборудованные надежными вентилями. В цехах, где расположены камеры, кассеты, пакеты и другие установки, обязательно устраивают приточно-вытяжную вентиляцию.

Электрооборудование и электроприборы, размещенные в цехах, где производят тепловлажностную обработку, должны быть рассчитаны на работу во влажной среде. Электродвигатели должны иметь обязательное заземление.

В цехах, где расположены установки для тепловлажностной обработки, вывешивают инструкции по охране труда при обслуживании данных тепловых установок.

бетон технологический деталь

Список литературы

1. В.В. Перегудов, М.И. Роговой «Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей». М., Стройиздат, 1983.

2. В.Н. Чубуков, В.Н. Основин, Л.В. Шуляков «Строительные материалы и изделия» Мн., Дизайн ПРО, 2000.

3. Справочник по технологии сборного железобетона. Под общ. ред. Стефанова Б.В., Киев, Вища школа, 1978.

4. Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий сборного железобетона (ОНТП-7-80). М., Стройиздат, 1983.

5. Рекомендации по снижению расхода тепловой энергии в камерах для тепловой обработки железобетонных изделий. ВНИИЖБ., М., Стройиздат, 1984.

6. Пособие по тепловой обработке сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01-85). ВНИИЖБ., М., 1989.

Размещено на Allbest.ru

...