Проектирование предприятия по производству сухих строительных смесей

3.2 Разработка организационно-технологической структуры производственного процесса

Организационная структура предприятия представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Организационная структура предприятия

Таблица 3.2 - Организационно-технологическая структура производства ссс

Наименование поста	№	Наименование техн. операции	Трудоемкость чел/мин	Рабочие	Продолжительность работы мин.	Ритм, мин
				Проф.разряд	Кол-во чел.
Дозирование	1	Дозировка наполнителей	3	4	1	3	5
		Дозировка вяжущих
		Дозировка добавок
Смешивание	2	Смешение в смесителе	5	4	1	5
Выгрузка смеси/фасовка	3	Выгрузка из смесителя/Фасовка	1,5	4	1	1,5
Штабелирование/упаковка	4	Штабелир-ие Упаковка	3 0,5	4	1	3,5

3.3 Расчет количества технологических линий и подбор оборудования

Таблица 3.3 - Основное технологическое оборудование

Обозначение	Наименование	Кол	Примечание
1. Участок подачи заполнителей на склад
ТР-2 УКЛС-650/44 УКЛС-650/12 УКЛС-650/12	Разгрузчик инертных материалов Конвейер ленточный Конвейер ленточный Конвейер ленточный	1 1 1 1
2. Отделение по производству ССС
БН 1.6-НУ-03 УКЛС-500 УКЛС-700 КЭ-250 SC 1066 В800 MRF 250 Аэропресс 1П BEUMER Paletpac 1500 BEUMER StrechHood TU ЛГ160 - - РОМ - 22,4 Ш5-15 ПЛ 20 - - НП 250 ПР 12,5 Silotop R01 FC. IV04 КС 4,8х45 СБ 168.05 -	Сушилка барабанная Конвейер ленточный Конвейер ленточный Элеватор ленточный Сито вибрационное Бункерные весы Смеситель циклического действия Фасовочная машина Штабелирующая машина Упаковочная машина Конвейер винтовой Элеватор ленточный Шламнасос Осадитель Фильтр-пресс рамный Шлюзовой питатель Питатель ленточный Разгрузчик биг-бэгов Насос цементный Насос камерный Насос песковый Фильтр воздушный Фильтр картриджный Классификатор спиральный Вибрационный грохот Лотковый питатель	1 1 1 2 1 1 2 2 1 1 8 2 3 1 1 1 1 1 3 1 1 5 1 1 2 1

Определение количества технологического оборудования

Общее количество основного оборудования - 47 единиц со средним коэффициентом загрузки - 0,9

3.4 Расчет и ведомость трудовых ресурсов

Нормы технологического режима

Численность рабочего персонала представлена в таблице 3.4.

Таблица 3.4- Штатная ведомость производственных рабочих

Наименование производственных отделений и основных профессий	Явочное количество рабочих, чел
	1 смена	2 смена	всего
1	2	3	4
Основные рабочие
- отделение автоматической системы управления:
- оператор	2	2	4
- дозировщик	1	1	2
- фасовщик	1	1	2
Вспомогательные рабочие
- слесарь;	2	2	4
- электромонтер.	1	1	2
ИТР
- начальник;	1	-	1
- мастер;	1	1	2
- технолог;	1	1	2
- уборщица	1	-	1
Всего:	20

3.5 Расчет норм технологического режима

Расчет норм технологического режима предоставлен в таблице 3.5

Таблица 3.5 - Нормы технологического режима

Наименование операции	Время операции	Примечание
1	4	5
Дозирование сырьевых компонентов	3мин	Взвешивание и загрузка добавок вручную, в середине цикла загрузки вяжущего.
Перемешивание	5 мин
Выгрузка смеси Фасовка	0,5 мин 1 мин	После фасовки мешок по конвейеру поступает на пост штабелирования
Штабелирование Упаковка	3 мин 0,5 мин	Идет параллельно фасовки

3.6 Организация вспомогательных служб цеха

Важнейшим условием нормального функционирования производства, наряду с обеспечением его материалами, электроэнергией, водой, паром и прочим, является устойчивая, бесперебойная работа технологического оборудования. Достигается она чётким планированием и хорошо организованной реализацией системы планово-предупредительных ремонтов. Основу системы составляет годовой план-график технического обслуживания и ремонта оборудования, который формирует служба главного механика предприятия. Организация ремонтных служб, определение трудозатрат, продолжительности ремонтов базируется на нормативах единой системы планово-предупредительного ремонта (ЕСППР).

Трудоемкость и продолжительность ремонтов оборудования зависят от их ремонтной сложности. Одна единица ремонтной сложности оборудования предприятий стройиндустрии принята равной 40 чел.-ч для механической части и 12 чел.-ч для электротехнической части, отнесенным к ГУ разряду тарифной сетки сдельщика. Соотношение между трудоемкостью капитального, текущего ремонтов и технического обслуживания:

-для механической части: К : Т : ТО = 1 : 0,25 : 0,025;

-для электротехнической части: К:Т:ТО=1 : 0,141 : 0,025.

Таблица 3.6.1 - Периодичность и трудоёмкость ремонтов основного оборудования

№ п/п	Вид оборудования	Ремонтная сложность, ед	Работа оборудования	Периоди- чность рем. и тех. обс- служивания, месс.	Кол-во рем. и тех. обс- луж. за цикл, раз	Трудоём. ремонтов и тех. обсл., чел.-дн.
		Механическая часть	Электрическая часть	Кол-во смен	Отработано за смену , ч	К Т ТО	К Т ТО	К Т ТО
1	Смеситель вибрационный	30	32	2	4,0	36 121	13 36	196 44,3 3,8
2	Сушильный барабан	30	24	2	8,0	36 121	13 36	186 42,6 3,8
3	Элеватор ленточный	30	40	2	8,0	36 121	13 36	210 46,0 3,8
4	Дозатор	25	40	2	4,0	36 121	13 36	185 39,7 3,1
5	Питатель винтовой	20	36	2	5,0	36 121	13 36	154 32,6 2,5
6	Машина фасовочная	20	40	2	5,0	36 121	13 36	160 33,5 2,5



3.7 Расчёт производственной нагрузки и коэффициента занятости основных рабочих

Расчёт коэффициентов занятости рабочих осуществляется по формуле:

, (3.7.1)

где - суммарное время работы данного рабочего за время ритма R.

Таблица 3.7.1 - Распределение производственной нагрузки и коэффициента занятости

№ п/п	Профессия рабочего	Разряд	№ обслуживаемого поста	Ритм потока, мин	Суммарное время работы, мин	Коэффициент занятости Кзi
1	2	3	4	5	6	7
1	Дозировщик	4	1	5	3	0,59
2	Оператор пульта	4	1	5	5	0,99
3	Оператор упаковочной установки	4	3	5	0,5	0,47
4	Фасовщик	4	2	5	1.5	0,79

3.8 Организация вспомогательных площадей основного предприятия

В состав предприятия вспомогательных площадей входят ремонтно-технический и электроремонтный цех.

Общая площадь вспомогательных помещений определяется по формуле:



F_вс = f_nc * P (3.8.1)

где f_nс - удельная площадь вспомогательных помещений, м²/чел;

Р- количество рабочих.

Удельная площадь вспомогательных помещений не является величиной постоянной, она изменяется в зависимости от количества работающих на предприятии. Ее числовое значение может быть определено по следующим данным

При количестве работающих до 100чел - 11м²/чел;

свыше 100 до 200 - 8м²/чел;

свыше 200 до 300 - 7 м²/чел;

свыше 300 до 400 - 6 м²/чел;

свыше 400 до 700 -5м²/чел;

свыше 700 - 4м²/чел.

F_вс =11*30=264 м².

3.9 Технико-экономические показатели организации производственного процесса

Таблица 3.9.1 Технико-экономические показатели организации производственного процесса

N	Наименование показателей	Расчетная формула	Единица измерения.	Величина
1	Коэффициент использования основного оборудования	Циклограмма работы оборудования	%	90
2	Коэффициент занятости основных рабочих: Дозировщик Фасовщик Оператор пульта		%	59 79 99
3	Трудоемкость изготовления изделия	производ./кол-во чел	чел-час/т	2,3
4	Выработка продукции на 1-го рабочего	Qi=	чел-час/т	3,12
5	Рабочий ритм потока		мин	5



4. Теплотехнический расчет барабанной сушилки для сушки песка

В печах и сушилах осуществляются весьма сложные, ответственные технологические процессы, связанные с сушкой и обжигом материалов и изделий, а также с расплавлением шихтовых материалов. Поэтому вопросы технического прогресса неразрывно связанны с совершенствованием конструкции печей и сушил и их тепловой работы.

Выбор конструкции сушилки зависит от ее технического назначения. Для сушки сыпучих мелкокусковых порошкообразных материалов используются различные конструкции сушилок непрерывного действия - барабанные, пневматические. Подбирают их в зависимости от свойств высушиваемого материала (влажности, крупности частиц, плотности, характера связи влаги с материалом), а также требований к высушиваемому материалу, производительности, с учетом техника - экономических показателей работы выбранного аппарата. Наибольшее распространение имеют барабанные сушилки. Они отличаются надежностью в работе, легкостью управления с применением автоматики, возможностью использования разнообразных видов топлива.

Она представляет собой сварной цилиндр - барабан, на наружной поверхности которого укреплены бандажные опоры, кольца жесткости и приводной зубчатый венец. Ось барабана может быть наклонена к горизонту на 4⁰ - 6⁰.

Внутри барабана устанавливают насадки, конструкция которых зависит от свойств высушиваемого материала. Со стороны загрузочной камеры многозапорная винтовая насадка, с числом спиральных лопастей от шести до шестнадцати в зависимости от диаметра барабана. При сушке материала с большой адгезией к поверхности на начальном участке последнего закрепляют цепи, при помощи которых разрушают камки и очищают стенки барабана. Для этой же цели могут применять ударные приспособления, расположенные с внешней стороны барабана.

В сушилках диаметром 1000-1600мм для материала с хорошей сыпучестью и средним размером частиц до 8мм устанавливают секторную насадку. В тех же сушилках, для материалов, обладающих повышенной адгезией или сыпучих материалов со средним размером частиц более 8мм устанавливают подъемно - лопастные устройства. В сушилках диаметром 1000 - 3500мм для материалов склонных к налипанию, но восстанавливающих сыпучие свойства в процессе сушки сначала устанавливают подъемно - лопастные перевалочные устройства, а затем секторные насадки.

Основной материал для изготовления барабанов сушилок, загрузочных и разгрузочных камер - углеродистые стали. В технически обоснованных случаях дополнительное изготовление барабанов, загрузочных и разгрузочных камер частично или полностью из жаростойких сталей специальных марок.

4.1 Расчет горения топлива

Таблица 4.1-Состав горючей массы

Продукт	Сг	Нг	Ог	Nг	Sг	Сумма
%	78	5,7	13,3	1,6	1,4	100

Содержание золы А^с =17%

Содержание влаги в рабочем (пылевидном) топливе W^p=2%

Температура подогрева вторичного воздуха (70% от общего количества) равнаt_в=400⁰. Первичный воздух (30%) холодный.

Содержание золы в рабочем топливе:

(4.1)



%

Содержание других элементов в рабочем топливе:

% (4.2)

%(4.3)

%(4.4)

%(4.5)

%(4.6)

Таблица 4.2 - Состав рабочего топлива

Продукт	Ср	Нр	Ор	Nр	Sр	Ар	Wp	Сумма
%	63,5	4,6	10,8	1,3	1,1	16,7	2	100

Определим теплоту сгорания рабочего топлива:

кДж/кг (4.7)

кДж/кг

Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха:

м³/кг (4.8)

м³/кг

С учетом влажности атмосферного воздуха при d=10 г./кг сух.воз. получим



м³/кг (4.9)

м³/кг

Определим действительное количество воздуха при

Сухого воздуха:

м³/кг (4.10)

м³/кг

Атмосферного воздуха:

м³/кг (4.11)

м³/кг

Состав и количество продуктов горения при находим

м³/кг (4.12)

м³/кг (4.13)

м³/кг (4.14)

м³/кг (4.15)

м³/кг(4.16)

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Общий объем продуктов горения

м³/кг (4.17)

м³/кг

Определим процентный состав продукта:

% (4.18)

% (4.19)

% (4.20)

% (4.21)

% (4.22)

Всего: 100%

Таблица 4.3 - Материальный баланс процесса горения на 100 кг топлива при

Приход	кг	Расход	кг
Топливо Воздух: H2O	100 235,2 775 10,1	Зола (шлак) Продукты горения: СО2=100. 1,18.1,977 SO2=100.0,007. 2,852 H2O=100.0,67. 0,804 N2=100. 6,2. 1,251 О2=100. 0,28. 1,429 Невязка	16,7 233 2 53 776 40 -0,4
Итого:	1120,3	Итого:	1120,3



Невязка баланса составляет:%

Определяем действительную температуру горения угольной пыли. Находим общее теплосодержание продуктов горения, только 70% вторичного воздуха подогрето до 400^0. По i- t диаграмме находим для t 400⁰ теплоту нагрева =535,9 кдж/м³

кДж/м³ (4.23)

кДж/м³

Расчет топлива продуктов горения при

кДж/м³ (4.24)

По i- t диаграмме находим действительную температуру горения t_г=1590⁰

4.2 Тепловой расчет барабанного сушила

Тепловой расчет барабана для сушки песка производительностью,Р_М=12 т/ч по высушенному песку. Песок высушивается от начальной относительной влажности, w_н=10%до конечной w_к=0,3%. Сушка производится топочными газами, разбавленными атмосферным воздухом в смесительной камере перед входом их в барабан. Сжигаемое топливо -уголь содержащий А^р=16,7%,W^р=2%.

Размеры сушильного барабана. Количество влаги, удаляемой при сушке песка.

кг/ч (4.25)

где- щ_н - начальная относительная влажность, %;

щ_к - конечная относительная влажность, %;

Р_М=12000 кг/ч производительностью по высушенному песку

Принимаем напряженность объема барабана по влаге равнойm₀=90 кг/м³.ч, тогда необходимый внутренний объем барабана без учета заполнения его перегородками (8-10%) будет равен:

(4.26)

По данному объему подбираем барабан длиной L=8м и диаметром D=1,5м. Внутренний объем этого барабана составляет V_б=30,5м³.

Проверим объем барабанного сушила по формуле, принимая объемный коэффициент теплоотдачи вт/м³ * град.

Предварительно определим расход тепла на нагрев материала

кДж/ч (4.27)

Гдес_с- 0,796 кДж/кгград

Р_м=12000 кг/ч

t_н=80⁰

t_к=5⁰

с_м - определим по формуле

(4.28)



кДж/ч

Определим полезный расход, тепла на сушку:

(4.29)

кДж/ч

Рис.4.1 График для определения среднелогарифмической разности температур

Среднюю логарифмическую разность температур находим:

Находим объем барабана:

(4.30)

По данному объему подбираем барабан длиной L=14м и диаметром D=2,2м. Внутренний объем этого барабана составляет V_б=53,2м³.



4.3 Производительность барабана

Фактическую производительность барабана по высушенномупеску находим по формуле:

кг/ч (4.31)

В которой заменим величину n=m₀V_б= кг/ч

При заданной производительности Pм=12000 кг/ч напряженность барабана по влаге составит:

;m_o=24,5 кг/м³

Производительность по абсолютно сухому песку будет:

кг/ч(4.32)

Количество остаточной влаги равно w=720 кг/ч

4.4 Расчет начальных параметров сушильного агента

Принимаем начальную температуру газов при входе в сушильный барабанt_н=800°. Чтобы получить такую температуру, необходимо дымовые газы, образующиеся при горении топлива, разбавить атмосферным воздухом.

Составим уравнение баланса тепла, принимая количество воздуха для смешения равным х (м³/на 1 кгтоплива) при температуре 20°; к. п. д. топки= 0,9

(4.33)



где ct_воз= кДж/нм³

1110 кДж/нм³

1185,3 кДж/нм³

Тогда

х = 9,52м³/кг

Общее количества воздуха, идущее для горения и разбавления дымовых газов:

(4.34)

м³/кг

Общий коэффициент расхода воздуха

(4.35)

Находим влагосодержание дымовых газов, разбавленных воздухом:

г/кг.сух.газ. (4.36)

Для этого необходимо определить при новом значении = 2,63 объемVн₂о который увеличивается за счет дополнительного ввода водяных паров сатмосферным воздухом, VN₂ иVо₂,зависящих от коэффициента расхода воздуха. Объем Vco₂не зависит от коэффициента избытка воздуха.

(4.37)

(4.38)

(4.39)

Vco₂=1,18м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Тогда

г/кг.сух.газ.

4.5 Построение теоретического процесса сушки на I-d-диаграмме

Нам известны два начальных параметра сушильного агента:t_н=800° и d_H = 13,38г./кг сух. газ., по которым находим точкуВ-начало процесса сушки

Теоретический процесс сушки на I-d-диаграмме изображается линией ВС. Параметрами точки С являются: постоянное теплосодержание I_н=1015 кдж/кг сух.газ. и конечная температура t_к газов, которую принимаем по практическим данным, t_к = 110°.



Рис.4.2 I-d - диаграмма влажного воздуха

По I-d-диаграмме находим для точки С влагосодержание d₂=285 г./кг сух.газ.

Расход сухих газов для теоретического процесса сушки

(4.40)

кг сух.газ/ч

4.6 Потери теплосодержания газов в процессе сушки

При действительном процессе сушки будут потери тепла в окружающую среду через стенки сушильного барабана и расход тепла на нагрев сушимого материала. Общие тепловые потери будут составлять:



кДж/ч.(4.41)

Расход тепла на нагрев материала был определен ранее

кДж/ч

Потери тепла через стенки в окружающую среду находим по формуле принимая = 100 вт/м².град

кДж/ч (4.42)

где s₁=0,012м;

=58,2 вт/м град(стальной корпус)

s₂=0,03м(тепловая изоляцияиз диатомита = 750 кг/м³)

₂=0,20вт/м град

t_воз= 15⁰

Температуру газов внутри барабана определим по формуле

^ОС (4.43)

где⁰С (4.44)

тогда ⁰С (4.45)

Поверхность барабана при L=14м и D_ср=2,2м составляет:



м ²(4.46)

Следовательно

кДж/ч

кДж/ч

Потери теплосодержания будут равны:

кДж/кг сух.газ .(4.47)

кДж/кг сух.газ.

4.7 Действительный процесс сушки

Действительный процесс сушки на I-d-диаграмме. От точки С вниз по диаграмме (при d=const) откладываем величину I_пот = 235 кДж/кг.сух.газ. пользуясь шкалой теплосодержаний на I-d- диаграмме, получим точку D.

Соединим точку Dс точкой В-начала процесса сушки и получим линию, которая показывает, с каким средним изменением теплосодержания, влагосодержания и температур сушильного агента пойдет действительный процесс сушки (луч действительного процесса сушки).

Конечные параметры действительного процесса сушки нами установлены ранее принятой t_к=110⁰. Линия пересечения луча действительного процесса сушки с линией t_к =110⁰ даст точку Е - конца процесса сушки, для которой d_к=215 г./кг.сух.газ.



Рис.4.3 I-d - диаграмма влажного воздуха

Действительный расход газов на сушку будет равен:

кг сух.газ. (4.48)

кг сух.газ.

Находим расход тепла на сушку:

кДж/ч (4.49)

где =898 кДж/кгили по I-d- диаграмме для точкиВ», как для воздуха при = 800°;

кДж/ч

Расход тепла в топке



кДж/ч (4.50)

кДж/ч

Расход угля

кг/ч (4.51)

кг/ч

При установке двух форсунок на топку производительность каждой форсунки следует брать в пределах до 100 кг/ч.

Удельный расход тепла на сушку, отнесенный к 1 кгиспаренной влаги, будет равен:

кДж/кг.испар.вл (4.52)

4.8 Тепловой баланс сушильного барабана

Таблица 4.4 - Тепловой баланс сушильного барабана

Наименование статей	Количество тепла
	кДж/ч	кДж/кг вл	%
Приход тепла 1. Тепло, вносимое топливом в топку 2. Тепло, вносимое атмосферным воздухом	5649752 99435	4369 77	98 2
Всего:	5749187	4446	100
Расход тепла 1. Нагрев материала qM 2. Потери в окружающую среду 3. Испарение и нагрев влаги материала 4. Тепло отходящих газов, за исключе-нием тепла, уносимого испаряющееся влагой 5. Потери тепла в топке 6. Невязка баланса	720000 412841 3478000 570000 551000 +17346	557 320 2689 440 427 +13	12,7 7 60 10 10 +0,3
Всего:	5749187	4446	100

4.9 Расход воздуха и объем отходящих газов

Количество воздуха, необходимое для горения:

м³/ч (4.53)

м³/ч

Количество воздуха, необходимое для разбавления дымовых газов в камере смешения:

м³/ч (4.54)

м³/ч

Определим объем отходящих газов при выходе из сушильного барабана:

м³/ч (4.55)

Количество газов, выходящих из сушильного барабана, равно:

кг/ч (4.56)

кг/ч

Плотность отходящих газов при t_ух=110° определим по формуле

кг/м³ (4.57)

Парциальное давление водяного пара в отходящих газах определим по I-d- диаграмме. При конечных параметрах t_к=110⁰иd_к=215 г./кг сух. газ. _п=29000 н/м².

кг/м³

Действительный объем влажных газов, уходящих из сушильного барабана при t_к=110⁰иd_к=215 г./кг сух.газ.

м³/ч (4.58)

м³/ч

Скорость газов при выходе из барабана



м/сек (4.59)

м/сек

4.10 Аэродинамический расчет

Подбор горелочного устройства. Для сжигания угля в топке сушильного барабана принимаем форсунку низкого давления системы.

1.№ форсунки6

2.ТипоразмерОЭН-350

3.Расход по топливу350 кг/ч

4.Диаметр входного воздушного патрубка250мм

5.Объемный расход воздуха, пропускаемогочерез форсунку2600м³/ч

6.Объемный расход воздуха, необходимогодля сжигания топлива



Рис.4.4Схема сушильного агрегата

Первичный воздух (около60 - 70%) подводится к патрубку кожуха форсунки, вторичный поступает в топку через фронтовой регистр за счет разрежения в топке и эжектирующего действия форсунки. Амбразура форсунки, выполненная в виде конуса во фронтовойстенетопки, служит для улучшения зажигания и повышения устойчивости процесса горения.Предпочтительно весь воздух, необходимый для горения, подавать как первичный со скоростью 50-80м/с. Подогрев его возможен до 300°С.Коэффициент избытка воздуха 1,2. Воздух поступаетот вентилятора с давлением 25-100 Па.

Подбор вентилятора и дымососа

Определяем объемный расход воздуха, необходимого для горения угля:

м³/ч (4.60)



м³/ч

Подача воздуха вентилятором при температуре воздуха t₀=20°С (летние условия работы)

м³/ч (4.61)

м³/ч

Вентилятор подбирают в зависимости от требуемых подачи и создаваемого давления, необходимого для преодоления сопротивлений воздушного тракта с целью нормальной работы форсунки.

Принимаем полное давление, развиваемое вентилятором при плотности воздуха =1,2 кг/м³; =2500 Па. По номограмме выбираем центробежный вентилятор высокого давления Ц8-18 №8, имеющего следующие характеристики: к. п. д._в=0,58иугловаяскорость=125рад/с

Приняв к.п.д. привода для вентилятора, соединенного с двигателем при помощи эластичной муфты =0,98

Определяем мощность на валу электродвигателя

кВт. (4.62)

кВт.

Установочная мощность электродвигателя с учётом запаса равна:

кВт. (4.63)



где К-коэффициент запаса мощности электродвигателя на пусковой момент, который принимают в зависимости от мощности на валу кВт.при =2,28кВт; =1,1

кВт.

Электродвигатели выбирают преимущественно короткозамкнутые, асинхронные.

С целью понижения температуры дымовыхгазов, а также интенсивного перемешивания их с воздухом и предохранения загрузочной течки от быстрого перегорания воздух подают специальным вентилятором в подсводовое пространство смесительной камеры.

Определяем объемный расход холодного воздуха, необходимого для разбавления дымовых газов в камере смешивания.

м³/ч (4.64)

м³/ч

С учетом температурной поправки:

м³/ч (4.65)

м³/ч

Для подачи воздуха на смешивание достаточно установки вентилятора низкого давления до =1000 Па

По номограмме графической характеристики центробежных вентиляторовподбираем вентилятор №4: к.п.д. _в=0,64; =142 рад/с.

Вентилятор соединяют с электродвигателем с помощью муфты, что требует соответствия частоты вращения его и двигателя. К.п.д. привода_п =0,98. Мощность навалу электродвигателя равна:

кВт (4.66)

Установочная мощность двигателя составит

кВт (4.67)

где К-коэффициент запаса мощности на пусковой момент, равный 1,15

Принимаем к установке электродвигатель серии мощностью 3 кВт, w= 148,6 рад/с.

Определяем действительный объемный расход влажных отходящих газов при выходе из сушильного барабана по формуле

(4.67)

где G_см-расход газов по массе, выходящих из сушильного барабана

кг/ч (4.68)

кг/ч

При =110⁰C плотность уходящих дымовых газов составит:

(4.69)

По I-d-диаграмме при =100⁰C и d_к=290 на 1 кг сухихгазов парциальное давление водяного пара в отходящих газах составитводяного пара

Р_п=29000 Па

Тогда

кг/м³

Следовательно

м³/с

Сопротивление барабанной сушилки _сущпринимают 100-200 Па при скорости газа_газ=1,7….2м/си коэффициенте заполнения =15…20%.Наибольшее сопротивление движению газового потока оказывает батарейный циклон для очистки от пыли отходящих газов. Подбираем батарейный циклон с элементами диаметром D=150мм, коэффициент гидравлического сопротивления элемента =90. Исходя из технико-экономических соображений, а также из требований надежности работы батарейных циклонов принимают гидравлическое сопротивление батарейного циклона из соотношения(отношение перепада давления в циклоне к плотности газа) =550…750. Принимаем =600.

Пропускную способность через одни элемент циклона по запыленному газу определяем по формуле

(4.70)

Требуемое количество элементов циклона составит

(4.71)



Гидравлическое сопротивление циклона

Па (4.72)

Начальная запыленность газа, поступающего в батарейный циклон, допускаетсядо100 г./м³.К.п.д.батарейногоциклоназависитот фракционного состава пыли среднем колеблется от 78 до 95%. Скорость газов на ходе из барабана

(4.73)

м/с

Скорость газов в цилиндрической части циклона элемента определяем по формуле:

(4.74)

м/с

Общее аэродинамическое сопротивление, которое должен преодолеть дымосос, складывается из следующих сопротивлений:

Газоходов от топки до входа в сушильный барабан100 Па

Барабанной сушилки200Па

Выходной газовой камеры от конца барабана до выходного патрубка циклона50Па

Батарейногоциклона504Па

Полное сопротивление сушильной установки составит _с.у.=854 Па

Обычно газы отсасываются вентилятором среднего давления, подачу которого рассчитывают из условий обеспечения скорости газов по массив сечениибарабана2-3 кг/(с-м²) с учетом подсосов по газовому тракту размере 50-70%

Подача дымососа с учетом подсосов воздуха в размере50% составит

м³/ч (4.75)

При подборе дымососа следует учитывать запас давления примерно до 40% к общей сумме аэродинамических сопротивлении. Соответственно

Па (4.76)

В качестве дымососа можно использовать обычный центробежный вентилятор среднего давления. Так как характеристики для подбора

вентиляторов составлены для нормальных условий при Т_о =273+ 20=293° К, то

Па (4.77)

По этим данным (V_дым=30000м³/ч и Р₀=1520 Па) подбираем центробежный вентилятор к.п.д._в=0,63; = 87 рад/с.

Мощность электродвигателя вентилятора:



кВт (4.78)

где _п -к.п.д. передачи при помощи эластичной муфты, равный 0,98. Установочная мощность двигателя при коэффициенте запаса мощностиК=1,1 равна:

кВт (4.78)

Принимаем к установке двигатель с мощностью N=11 кВт.

Вращающиеся барабанные сушилки обычно работают под небольшим отрицательным давлением (50-250 Па), чтобы предотвратить выход в цех запыленных вредных топочных газов. Слишком большой подсос воздуха снизит температуру сушки, поэтому стремятся за счет уплотнений (лабиринтных радиальных и торцовых) снизить подсос воздуха до минимального предела.

4.11 Материальный баланс процесса сушки

Таблица 4.5 - материальный баланс процесса сушки

Наименование статей	Кг/ч	%
Приход Вл. Материал =12 000+1293 Воздух, необходимый для горения Воздух, необходимый для разбавления дым. Газов Невязка	13293 1743 2081 8,33	77,63 10,17 12,15 0,04
Всего:	17 125,33	100
Расход Производительность по высушенному материалу Количество влаги удаленного при сушке песка Продукты горения Воздух, необходимый для горения Воздух, необходимый для разбавления дым. Газов	12000 1293 1,18 6,21 0,27 0,67 1743 2081	70,08 7,55 0,007 0,04 0,001 0,004 10,19 12,16
Всего:	17 125,33	100



5. Автоматизация процессов непрерывного дозирования

Процесс дозирования при производстве сухих строительных смесей, является одной из основных операций. Качество конечного продукта в основном зависит от правильности соотношения между исходными компонентами, т.е. от качества работы дозировочного оборудования. Среди причин, затрудняющих производство сухих строительных смесей с заданными свойствами, являются ошибки дозирования сырьевых компонентов.

Для непрерывного производства смесей используются дозаторы непрерывного действия, которые состоят из объекта регулирования - питателя, подающего материал на ленту весового транспортера и элементов, формирующих главную отрицательную обратную связь. Дозаторы могут быть отнесены к системам автоматической стабилизации массы материала на ленте весового транспортера, за счет изменения производительности питателя, или стабилизации расхода, за счет изменения скорости ленты.

Дозаторы с регулированием по расходу обладают рядом преимуществ перед дозаторами с регулированием по массе. Регулирование по расходу обладает более высокой точностью в установившемся режиме, позволяет применять оптимальный вид управляющего воздействия с помощью изменения скорости ленты весового транспортера и, как следствие, получать равномерное истечение материала, широкий диапазон управления и возможность использовать в качестве регулирующих органов стандартные устройства общепромышленного назначения.

Большие потенциальные возможности получения высокой точности и качества дозирования привели к тому, что дозаторы этого типа являются наиболее перспективными в настоящее время.

На основании рассмотрения динамических свойств структурных элементов дозаторов с регулированием по расходу, на рис.5.1 приведена их схема, отражающая принципиальные особенности процесса дозирования.

Рис. 5.1 Структурная схема дозатора с регулированием по расходу

В схеме дозатора силоизмеритель Д измеряет момент от массы материала М. Сигнал с выхода силоизмерителя подается на элемент умножения ЭУ, куда также поступает сигнал от датчика скорости- тахогенератора ТГ. В элементе сравнения производится вычитание сигналов ЭУ и задатчика З. Возникающий сигнал рассогласования уменьшается регулирующим органом РО до нуля за счет изменения скорости ленты транспортера V. В дозаторах применяются регуляторы общепромышленного назначения, что сводит задачу обеспечения высококачественного дозирования к определению их оптимальных параметров настройки.

Наличие в контуре регулирования дозаторов элемента умножения и звена с переменным запаздыванием не позволяет применить для расчета системы в общем виде разработанные аналитические методы теории автоматического регулирования. Поэтому необходимо идентифицировать ряд задач, решение которых позволит полнее использовать потенциальные возможности рассматриваемых систем дозирования.

Для характеристики неравномерности дозирования, т.е. суммарного отклонения регулируемого параметра - производительности дозатора, от заданного значения и косвенно - времени регулирования, вводится интеграл вида:

,

где ?Q_ссып - отклонение производительности потока материала, ссыпаемого с ленты.

Не скомпенсированная ошибка регулирования оценивается при помощи линейной интегральной оценки вида:

.

Переходные процессы в контуре управления дозатора с регулированием по скорости (рис.5.2, 5.3), при трех различных типах весовых транспортеров. В качестве возмущающего воздействия на систему выбиралось импульсное изменение производительности питателя различной длительности t_и. При t_и > ? импульс превращался в скачок.

За настроечный параметр системы принимался коэффициент усиления контура управления K.

На рис.5.2 представлены зависимости ? (верхние кривые) и

J₁ ? ?G (нижние кривые) от значений коэффициента быстродействия K. Кривые построены для системы дозирования с производительностью Q = 3,33 кг/с, скоростью ленты V = 0,1 м/с при 20% возмущении и длительности импульсного воздействия t_и = 3 с. Сплошные кривые относятся к дозаторам с маятниковой подвеской, штрих пунктирные - с параллельной и пунктирные - с консольной.

Рис. 5.2 Зависимости ? ?G и J₁ ? ?G от значений коэффициента K

На рис. 5.3 даны зависимости J₁ ? ?G для дозатора с маятниковой подвеской при различных значениях скорости ленты транспортера и длительности импульсного воздействия t_и = 3 с. (пунктирные кривые) и t_и = 5 с (сплошные кривые).

Рис. 5.3 Зависимости J1 ? от значений скорости ленты транспортера



Анализ процессов в системе (рис. 5.3) показал, что существует область значений коэффициента быстродействия K, в которой интегральные оценки и достаточно малы; эта область сужается с увеличением скорости ленты транспортера и длительности действия возмущения; интегральная оценка равна нулю при определенном значении K и зависит от начальной скорости ленты (производительности дозатора) и длительности возмущения t_и; с увеличением скорости ленты и длительности действия возмущения и растут.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что не существует единственного оптимального значения коэффициента быстродействия системы K, который бы давал возможность не зависимо от длительности возмущения получать J₁ = 0.

Рассмотрим реакцию системы при действии на нее скачкообразного возмущения, изменяющего массу материала на ленте от G₀ до G₁ за время прохождения скачком всей ее длины l. Очевидно, что для дозаторов с различными типами подвески весового транспортера величина ошибки дозирования определяется суммой отклонений расхода от заданного значения за все время переходного процесса

. (5.1)

Для дозаторов с маятниковым типом подвески и И- и ПИ- регуляторами будем иметь:

для И - регулятора



для ПИ- регулятора (5.2)

Взяв частные производные от функционала F по К, приравняв результат к нулю и разрешив его относительно К, получим:

для И- регулятора

,

для ПИ - регулятора(5.3)

.

Из этих условий следует, что в дозаторах с переменной скоростью ленты нельзя ни при каких постоянных значениях настроечных параметров полностью скомпенсировать динамическую ошибку дозирования от действия скачка с массой , а задача оптимизации, сводится к выбору параметров K и T_и, обеспечивающих минимум ошибки дозирования с учетом статистического характера подачи материала.

График изменения величины ошибки дозирования в функции массы материала F(G₁) при нескольких значениях коэффициента передачи приведен на рис.5.4.

При изменении G₁ в большую или меньшую сторону от математического ожидания G₀ = 31,5 кг, ошибка возрастает. Однако, необходимо учитывать не только величину ошибки, а также то, как часто она появляется в процессе дозирования, т.е. вероятность ее появления. На этом же графике дано распределение плотности вероятности величины массы материала в потоке транспортера f(G₁).

Очевидно, что величиной, характеризующей динамическую точность системы, будет площадь, ограниченная кривой произведения модуля ошибки дозирования |F(G₁)| на плотность вероятности величины массы G₁ (рис.5.4).

Рис. 5.4 К определению функционала оптимальности



Подсчитывая площади, ограниченные кривыми, получающимися в результате перемножения f(G₁) на |F(G₁)|, находим значение коэффициента K, которому соответствует минимальная площадь и достигается минимум динамической ошибки дозирования.

Так как замена |F(G₁)| величиной F²(G₁) не изменит условия минимума Ф(K,T_и), то функционал оптимальности системы примет вид:

. (5.4)

Для дозаторов с плоскопараллельной подвеской весового транспортера выражения:

для И - регулятора

,

для ПИ - регулятора

,

определяют функциональную связь между параметрами , которые дают решение в виде закона изменения массы материала на ленте транспортера, если закон изменения скорости ленты: .

С учетом (1) определяется динамическая ошибка дозирования по массе, которая будет равна сумме отклонении расхода от заданного значения за все время переходного процесса соответственно для И- и ПИ- регуляторов :

,.

Условия отсутствия динамической ошибки дозирования для И- и ПИ- регуляторов принимают вид:

, .

На рис. 5.5 даны переходные процессы в системе при изменении параметра К .



Рис. 5.5 Переходные процессы в системе при изменении К

Если уменьшить значение коэффициента передачи , например, до величины К = 0,002, то это вызовет появление положительной динамической ошибки дозирования. Аналогичная картина наблюдается также и в случае ПИ закона регулирования, где параметром, влияющим на динамическую ошибку дозирования, является соотношение К/Т_И.

Для дозаторов с консольной подвеской весового транспортера методика расчета технологической ошибки дозирования и функционала оптимальности системы остается такой же, как для дозаторов с маятниковым типом транспортера, но с другим законом изменения его скорости ленты



Динамические ошибки дозирования будут иметь вид:

для И - регулятора

,

для ПИ- регулятора(5.5)

.

Так как способ подвески весового транспортера не меняет статистических свойств питателя минимум динамической ошибки дозирования будет определяться из условия минимума функционала Ф:

для И - регулятора

,

для ПИ - регулятора( 6 )

.



Оптимальные значения параметра К, будут:

для И-регулятора

,

для ПИ-регулятора

.

Результаты моделирования характеристик изменения величин Q(t), V(t), M(t) при возмущении h₁ = (3/2)h₀ для K = 0,019. показали следующее.

Рис. 5.6 Реакция системы на импульсное воздействие различной длительности.



Рис. 5.7 Изменение величин V(t), Q(t), M(t) при К = К_опт и наличии инерционности в контуре регулирования:

a - T_пр = 1 с; б - Т_пр = 2 с; в - T_пр = 3 с; г - Т_пр = 5 с.

Скорость ленты весового транспортера на интервале времени от 0 до меняется по закону близкому к параболическому, что обосновывает правомочность введенного при аналитических расчетах допущений.

Характеристики (рис.5.6) иллюстрируют применимость метода суперпозиции при действии на систему импульсного воздействия, представленного в виде двух скачков противоположных знаков, сдвинутых на величину длины импульса. При моделировании было проверено влияние различных значений инерционности на характер динамики САР. Из характеристик (рис.5.7.а, б, в) видно, что влияние инерционности привода на вид переходных процессов существенно сказывается только при T_ир > 3с.

Сравнение результатов экспериментальных исследований дозатора с пропорционально-интегральным регулятором с результатами аналитического расчета показали их хорошую сходимость (рис.5.8).



а)

б)

Рис. 5.8 Изменение величин V(t), Q(t), и M(t): а - эксперимент; б - расчет

6. Расчетно-конструктивная часть

6.1 Расчет и конструирование ребристой плиты перекрытия

6.1.1 Исходные данные

Произведем расчет ребристой плиты перекрытия с номинальными размерами 3000Ч6000 мм. Класс эксплуатации X0. Класс бетона - С20/25.

Данному классу бетона соответствуют следующие характеристики бетона:

В ребрах плиты устанавливаются каркасы с продольными и поперечными ребрами класса S500. Данному классу арматуры соответствуют следующие характеристики:

Полки плиты армируются сетками такого же класса.

Петли для подъема плиты приняты из стали S240 и устанавливаются в продольных ребрах на расстоянии 0,45 м от торца.

Конструктивные размеры ребристой плиты:

- ширина -

- длина -

6.1.2 Расчет полки плиты

Запроектированная плита работает в одном направлении, ввиду того, что выполняется соотношение:

Следовательно расчетной схемой для данной ребристой плиты будет многопролетная неразрезная балка с расчетным пролетом

Вычислим расчетный изгибающий момент от действия постоянной и временной нагрузки:



где -

Подбор рабочей арматуры и расчет несущей способности выполним по упрощенному деформационному методу.

Таблица 6.1.2.1 - Нагрузки действующие на полку плиты

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка qk, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Нормативная нагрузка qd, кН/м2
Постоянная нагрузка
собственный вес плиты (д=0,05 м, с=24 кН/м2);	1,2	1,35	1,62
цементно-песчаный раствор (д=0,03 м, с=19 кН/м2);	0,57		0,770
керамические плитки (д=0,04 м, с=17 кН/м2);	0,68		0,918
итого	gk=2,45		gd=3,308
Переменная нагрузка
согласно заданию	qk=5,0	1,5	qd=7,5
всего	(g+q)k=7,45		(g+q)d=10,808

Рабочая высота сечения:

Граничная относительная высота сжатой зоны:

где - 3,5‰;

В соответствии с полученным значением принимаем следующие сварные сетки:

6.1.3 Расчет поперечного ребра

Поперечное ребро рассматривается как однопролетная балка с расчетным пролетом

Ширина грузовой полосы равна шагу поперечных ребер - 460 мм.

Сбор нагрузок:

Постоянные нагрузки:

- собственный вес плиты и конструкции пола -

_;...