Проект тепловой установки для изготовления плиты лицевой

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Характеристика выпускаемых изделий

По заданию было выбрано изделие - плита лицевая ПЛ5-1 с размерами

L=3,0м, В=2,95м, Н=0,16м.

Объем изделия: 1,41 мі

Объем бетона: 1,41 мі

Масса изделия: 3100 кг.

Масса арматуры: 134.1 кг.

Марка : М300

Класс : В25

Рис. 1. Эскиз плиты лицевой.

1.1 Характеристика сырьевых материалов

В качестве мелких заполнителей для бетонов используют природный песок и песок из отсевов дробления горных пород с средней плотностью зерен от 2000 до 2800 г/см³ и их смеси, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8736. В песке - содержание пылевидных и глинистых частиц не более 3 %, глина в комках не более 0,25 % по массе, вредные примеси не более 2 %.

В качестве крупных заполнителей для тяжелых бетонов используют щебень и гравий из плотных горных пород по ГОСТ 8267. В щебне- содержание пылевидных и глинистых частиц не более 3 %, глина в комках не более 0,25 % по массе, количество лещадной формы щебня лещадной формы 25-30 %. Марка щебня по прочности на сжатие должна быть не ниже 1000, марка по морозостойкости должна быть не ниже F200, форма щебня должна иметь остроугольную форму.

В качестве вяжущих материалов следует применять портландцементы по ГОСТ 10178. В цементе - тонкость помола остаток на сите 008 не более 15 %, удельная поверхность 250-350 м² /кг, НГ-22-28 %, начало сроков схватывания не ранее 45 мин, конец схватывания не позднее 10 ч.

Вода - содержание органических ПАВ до 12 мг/л, окисляемость не более 15 мг/л, рН не менее 4 и не более 12,5, не должна содержать плёнок нефтепродуктов, жиров и масел.

Подпорные стенки предназначены для применения в различных отраслях промышленности, в т.ч. на автомобильных и железных дорогах промышленных площадок. Стенки предназначены для высоты подпора грунта.

2. Выбор и обоснование технологии производства, способы тепловой обработки, теплоносителя, тепловой установки и режима тепловой обработки

На заводах сборного железобетона применяют три способа производства.

Изготовление изделий в стационарных перемещаемых формах - стендовый способ. При стендовом способе изделия изготовляют в формах, устанавливаемых на бетонных площадках с ровной поверхностью, либо в матрицах, представляющих отпечаток поверхности изделия сложной конфигурации. Изделия подвергают тепловой обработке непосредственно в форме. При кассетном способе формование и твердение происходит в вертикальной форме - кассете, которая состоит из ряда отсеков для изделий, образованных стальными или железобетонными вертикальными стенками.

Изготовление изделий в формах, перемещаемых по отдельным технологическим постам. Различают конвеерный способ с максимальным расчленением технологических операций и поточно - агрегатный, при котором выполнение нескольких операций совмещается на одном посту. Конвеерный способ обеспечивает наиболее высокую механизацию и производительность труда.

Высокие показатели получены на двухъярусных станах. Непрерывно движущаяся цепь перемещает формы. На верхнем ярусе производится формование изделий и предварительное твердение бетона в щелевой камере, где осуществляется интенсивный прогрев изделий паром, специальными подогревателями. На нижнем ярусе происходит окончательное твердение бетона.

В данном проекте применяем пропарочную камеру ямного типа.

Камеры имеют прямоугольную форму и изготовляют из железобетона, стены камеры снабжены теплоизоляцией, крышка представляет собой металлический каркас, заполненный теплоизоляционным материалом. Их заглубляют в землю так, чтобы края возвышались над полом цеха на 0.6-0.7 м.

После загрузки камеры изделиями, закрывают крышкой и включают подачу пара. Пар, поступая снизу через отверстия трубы, выложенной по периметру камеры, поднимается вверх, образуя паровоздушную смесь. Температура теплоносителя 90°С. Одновременно пар конденсируется на изделиях, стенах, крышке, нагревает их, а сам в виде конденсата стекает в конденсато-отборное устройство, находящееся в полу камеры.

Далее изделия выдерживают в камере при достигнутой температуре, при этом, в материале продолжаются химические реакции и структурообразование, а также снимается напряженное состояние. При изотермическом прогреве, как только температура в камере достигает максимальной, количество подаваемого пара снижают. После изотермической выдержки начинают охлаждение. Для этого отключают подачу пара и он постепенно удаляется через вентиляционные устройства, происходит охлаждение.

Ямная камера работает по циклу 10-15 часов. Он включает время на загрузку, на разогрев изделий, на изотермическую выдержку и охлаждение, а также на выгрузку материала.

Способ тепловой обработки - тепло-влажностная обработка;

Теплоноситель - влажный насыщенный пар;

Тепловая установка - ямная пропарочная камера;

Режим тепловой обработки.

Общая продолжительность ТО - 10 часов;

Температура теплоносителя - 85єС;

Предварительная выдержка - 1 час;

Продолжительность отдельных периодов термообработки:

- подъем температуры до 85єС - 3 часа;

- выдержка - 5 часов;

- охлаждение - 2 часа.

Рис.2. Функциональная схема.

Описание функциональной схемы

Щебень, песок, цемент, арматура доставляются на завод и разгружаются на склады в складские ёмкости. Арматура со склада доставляется в арматурный цех, где она режется, гнётся и отправляется в формовочное отделение.

Щебень, песок, цемент со складов доставляются в бетоносмесительный цех, где дозируются в нужной пропорции (так же дозируется вода), затем все компоненты попадают в смеситель, где происходит процесс приготовления смеси. Приготовленная бетонная смесь доставляется в формовочный цех.

При агрегатно-поточном способе производства изделия формуются на специально оборудованных установках - агрегатах, состоящих из формовочной машины (виброплощадка), бетоноукладчика, формоукладчика.

Затем отформованные изделия мостовым краном перемещают в камеры твердения для тепловой обработки бетона. Заключительной стадией производства является выдача изделий из камеры и их распалубка на специальном посту. Производительность определяется продолжительностью цикла формования изделий. Агрегатно-поточный способ соответствует больше всего условиям мелкосерийного производства на заводах средней и небольшой мощности.

Для производства балконных плит производительностью 3000 м³ в год рационально использовать агрегатно-поточный способ. Он удобен и экономичен. Тепловая обработка осуществляется в ямных пропарочных камерах. В качестве теплоносителя используется нагретый пар.

Формование осуществляется после укладки арматуры с помощью бетоноукладчика. Формы укладываются в камеры с помощью мостового крана. Сверху камеры краном устанавливается крышка. В полость камеры подается насыщенный пар и осуществляется тепло-влажностная обработка.

По окончании тепловой обработки крышка снимается, краном извлекаются изделия в формах. Формы разбираются, изделия вынимаются и транспортируются на склад . Формы проходят пост чистки и смазки и направляются на пост формования краном.

3. Описание процессов, происходящих при тепловлажностной обработке материалов и изделий

Тепловлажностной называют такую тепловую обработку, когда нагревают материал, в котором сохраняется влага. Цель тепловлажностной обработки - сообщить будущему изделию качественно новые свойства в результате физических и физико-химических превращений, которые происходят при различных температурах и при различных условиях. Такую обработку применяют для ускорения твердения бетона и железобетона. В этом случае теплоноситель контактирует с поверхностью материала, обменивается с ним теплотой и массой. Этот процесс называют внешним тепло и массобменом. Затем между поверхностью материала, получающей тепловую энергию и массу от теплоносителя, и внутренними слоями материала начинается внутренний тепло и массообмен.

При твердении бетона в процессе тепловлажностной обработки в нём происходят сложные физико-химические процессы, вызывающие появление различных деформаций и влияющие на кинетику нарастания прочности.

Можно считать что прогрев изделия при температуре до 100^оС лишь ускоряет протекание химических реакций между цементом и водой; не изменяя фазового состава продуктов гидратации цемента, он значительно влияет на микроструктуру новообразований (уменьшает количество геля и увеличивает содержание кристаллической фазы). При этом прочность цементного камня зависит не столько от прочности и характера их сростков. Таким образом, физико-механические свойства материала определяются главным образом физической структурой бетона, которая изменяется в результате физико-химических процессов твердения и воздействия окружающей среды.

Процесс тепловлажностной обработки состоит из подъёма температуры до максимально установленного уровня, выдерживания при нём и охлаждения изделия до температуры окружающей среды.

При подъёме температуры в начале изотермического прогрева температура и давление пара в изделии более низкие, чем окружающей среды и наружные более нагретые его слои увеличиваются в объёме в большей степени, чем внутренние. Разница температуры в различных слоях бетона создаёт в них разницу парциальных давлений. Это вызывает перемещение влаги из наружных слоёв во внутренние и расширение заключённой в их порах паровоздушной смеси, создающие избыточное давление. Величина, которого зависит от температурного перепада и содержания влаги в материале.

При быстром подъеме температуры, в бетоне могут возникнуть значительные напряжения и образоваться трещины, также может нарушиться контакт между цементным камнем и заполнителем. При медленном подъёме температуры будут более благоприятные условия для формирования структуры бетона.

После нагревания изделия по всему сечению разница температуры между его наружными и внутренними слоями исчезает, наступает период изотермического прогрева, при котором бетон увеличивается в объёме. При этом каждый из составляющих бетон материалов (Ц, В, П, Щ) имеет свой коэффициент температурного расширения, а объём бетона будет частично увеличиваться в отвердевшем состоянии. То и другое отрицательно сказывается на структуре образования бетона и по его остывании может вызвать увеличение объёма.

При снижении температуры в камере температура бетона и давление в нём пара будут выше, чем в среде, окружающей бетон, и начинается движение в нём нагретого воздуха к открытой поверхности изделия и в наименьших по высоте его сечениях, а также миграция из глубинных слоев бетона влаги с интенсивным ее испарением. Последнее, в зависимости от температуры пропаривания и количества воды затворения может составлять 20 - 40 % от неё. При этом между порами возникают каналы, увеличивающие пористость цементного камня, повышающая водопроницаемость и понижающая морозостойкость бетона.

В период охлаждения возникают температурные перепады по толщине изделия, приводящие к температурным напряжениям. При этом компоненты бетона стремятся сократиться в объёме соответственно своему коэффициенту температурного расширения, и в местах контакта цементного камня и заполнителя могут возникнуть растягивающие напряжения, отрицательно сказывающиеся на прочности бетона.

Максимальные деформации при прогреве бетона зависят главным образом от скорости подъёма, а также снижения температуры, её величины при прогреве и могут быть уменьшены или избегнуты путём предварительного выдерживания бетона. Удаление значительной части воды из бетона ухудшает условия гидратации зёрен цемента при последующем твердении бетона.

Рассмотренные явления приводят в 28 - дневном возрасте прогретого бетона к недобору им 10 - 15 %, а иногда и больше прочности по сравнению с бетоном нормального твердения.

Структурные нарушения бетона при прогреве главным образом зависят от наличия в нём жидкой и газообразной фаз, коэффициент которых в десятки и сотни раз больше чем твёрдых составляющих.

Поэтому количество воды и воздуха в свежеотформованном бетоне должно быть минимальным, следовательно, целесообразно применять жёсткие бетонные смеси с малым В/Ц и применять хорошее их уплотнение.

Рациональный подъём и понижение температуры при ТВО и предварительная выдержка бетона резко уменьшают и после некоторого периода, обеспечивающего получение бетоном определённой начальной прочности практически устраняют его расширение. Коэффициент однородности пропаренного бетона при его последующем твердении возрастает.

Тепловлажностная обработка бетона насыщенным паром - основной способ, который позволяет создать влажностные условия нагрева и сохранить влагу затворения в материале. Тепловая обработка бетона - эффективное средство ускорения производства. В течение нескольких часов изделие набирает 70 % (и выше) проектной прочности. Длительность такой обработки составляет 70 - 80 % общей продолжительности технологического цикла.

В среде насыщенного пара (влажность 100 %, температура 100 ⁰С) гидратация вяжущего происходит наиболее быстро и полно. Этот процесс возможен при условии сохранении воды затворения в жидкой фазе. Поэтому необходимо повысить давление среды.

Тепловая обработка при температуре ниже 100 ⁰С происходит в паровоздушной среде. При этом снижение относительной влажности смеси ухудшает условия гидратации вяжущего.Тепловая обработка воздухом и газами («сухой» прогрев) применяется при твердении легких бетонов.

При повышенных требованиях к качественным характеристикам бетона его обрабатывают в горячей и жидкой среде.

В начале процесса твердения дисперсные материалы вяжущего растворяются в воде затворения, образуя ряд гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроалюмоферитов. По мере пересыщения раствора происходит постепенное выпадение кристаллов, образование пространственной структуры и последующее ее укрупнение и упрочнение, при чем вид и характер кристаллов зависят от интенсивности теплового воздействия.

При повышении температуры среды до 80 - 100 ⁰С, скорость протекания реакций увеличивается в 8 - 10 раз. Испарение воды из бетона в этот период нарушает процесс гидратации, диффузии и кристаллизации во всем объеме, кроме того, испарение влаги приводит к образованию сквозных пор и ухудшению качества бетона.

Образование структуры бетона, при тепловой обработки, сопровождается деструктивными процессами. В период разогрева бетона вода и защемленный воздух, температурные коэффициенты объемного расширения которых соответственно в 20 и 300 раз выше, чем заполнителей и новообразований, раздвигают твердые компоненты, в результате чего происходит разрыхление структуры и затвердевший бетон имеет пониженную плотность. Направленная пористость в бетоне возникает за счет миграции влаги, в период подогрева от нагретой поверхности к холодному центру, в период охлаждения - в обратном направлении. Однако деструктивные процессы в бетоне при тепловом воздействии могут быть сведены к минимуму при правильном выборе режима обработки.

Для того, чтобы при тепловом воздействии структура бетона не нарушалась, бетон должен обладать начальной прочностью. Кроме того, быстрый нагрев после формования приводит к преждевременному уплотнению оболочек вокруг зерен цемента, замедлению реакций и недостаточному использованию цемента. Поэтому предварительное выдерживание для изделий с большим модулем открытой поверхности обязательно.

Режим обработки 10 (3+5+2) часов. В процессе тепловлажностной обработки происходит ряд физических, химических и деформационных процессов, а также происходят тепло- и массопереносы. Все эти процессы формируют структурную прочность бетона.

В процессе нагрева бетона пар, отдавая свою теплоту, конденсируется на поверхности бетона и среды. Эти процессы являются внешними по отношению к материалу, и потому называются внешним тепло- и массообменном. Передвижение влаги и воздуха, а также изменение температурного поля внутри материала называют внутренним тепло- и массообменном.

Если образующая структура не в состоянии противостоять силе, с которой передвигается масса, слагающаяся с силой возникающих температурных напряжений и деформационных процессов, то эта структура может разрушиться. С увеличением скорости нагрева, силы передвижения массы нарастают, растут и напряжения, поэтому нагрев изделий следует вести постепенно. Наибольшая скорость формирования структуры бетона наблюдается в период экзотермической выдержки. Разности температуры и влагосодержание по сечению материала уменьшаются и постепенно выравниваются, что улучшаются условия структурообразования. В это время идет дальнейшая гидратация цемента. Вследствие химических процессов влага из образовавшегося на поверхности геля отсасывается внутренними слоями цементного зерна и начинается кристаллизация новообразований.

В период охлаждения идут физико-химические процессы. В это время из материала интенсивно удаляется влага, процессы кристаллизации новообразований и структурообразование резко усиливается, материал цементируется. Однако в это время опять начинают возрастать перепады температур и влагосодержания, возрастает массоперенос внутри материала. Эти процессы опять начинают воздействовать на структуру материала, вызывая напряжения и деформации, и могут снова привести к ее частичному разрушению.

4. Расчёт производственной программы и расхода сырьевых материалов для производства изделия

Принимаем номинальное количество рабочих суток в году для агрегатно-поточного производства 253 дня, расчётное 246 дней. По выгрузке сырья, доставляемых ж/д транспортом - 365 дней.

Количество рабочих смен в сутки -2.

Количество часов в смену- 8 ч.

Годовой фонд времени основного технологического оборудования 3936 ч.

Производственная программа по выпуску плит лицевых ПЛ 5-1 представлена в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Производственная программа по выпуску плит лицевых ПЛ 5-1

Наименование выпускаемых изделий	Единицы измерения	Объём производства
		годовой	суточный	сменный	часовой
Плита лицевая ПЛ 5-1	м3	5000	20,32	10,16	1,27
	шт.	3546	14	7,205	0,9

Таблица 4.2. Расход сырьевых материалов

Наименование материалов	Расход сырьевых материалов (кг)
	На 1 м3 изделия	На изделие
Цемент М300	370	521,7
Песок	675	951,75
Щебень	1350	1903,5
Итого сухих материалов	2395	3376,95
Арматура	95,1	134,1
Вода	200л	282

5. Расчет тепловой установки

Расчёт тепловой установки состоит из конструкционного и теплотехнического расчета. Суть конструкционного расчета состоит в том, что проектируются габариты установки и подбираются материалы для ограждающих конструкций, а теплотехнический расчет определяет расход тепловой энергии или пара на единицу продукции и КПД установки.

5.1 Определение внутренних размеров и массы форм для изготовления плит лицевых ПЛ 5-1

В зависимости от вида изделий и их размеров по справочной литературе определяются внутренние и внешние размеры форм (рис 5.1.).

Рисунок 5.1. Схема металлоформы (вид сбоку и сверху)

Допускается принимать ширину бортов форм 10-25см, а толщину поддона 10-30см.

Таким образом размеры формы составляют 3200х3150х360 мм

Исходя из укрупнённых показателей [4] определяем массу формы:

Мф =0,9Ч1,41м³=1,269т/м³ =1269кг/м³

5.2 Определение внутренних размеров ямной пропарочной камеры

Исходя из задания, внутренний размер тепловой установки задан:

длина = 7м; ширина = 3,75м; высота = 3,5м.

Принимая расстояние от форм до стен камеры не менее 100 мм, между пакетами форм 150-200 мм , между формами 20-50 мм, между формами и днищем камеры не менее 150 мм и между формой и крышкой камеры 50-150 мм. плита лицевой тепловой установка

Определяем количество форм в камере. Общее число форм- 7 шт, которые уложены в одну стопку. В одной форме 1 изделие, таким образом общее число изделий в камере 7шт

Вид сверху

Рис 5.2. Схема расположения форм в ямной пропарочной камере

5.3 Определение коэффициента загрузки камеры

Коэффициент загрузки камеры по бетону определяется по формуле :

Кз = Vбетона/Vкамеры

где Vб - объем бетона в изделиях, находящихся в камере, м³

Vкв - внутренний объем камеры, м³

Кз = 1,41·7/7·3.75·3.5 = 9,87/91.88 = 0,11 =11%

5.4 Определение количества камер в пролете формовочного цеха

Исходя из суточной производительности формовочных линий

(14 шт. в сутки) и количества изделий в камере (7 шт.) определяем количество камер - 2 шт

Nк = 14/7 = 2 камеры

5.5 Определение величины заглубления ямной камеры в грунт

Ямные пропарочные камеры могут быть (рисунок 5.5.1): напольными, заглубленными частично, заглубленными максимально (при этом вертикальные ограждения должны быть выше нулевой отметки цеха на 70…80 см).

Величина заглубления камер принимается в зависимости от вида изделий, глубины камер, характеристик грунтов, на которых расположен цех, глубины грунтовых вод, глубины сточной канализации и т.д.

а) б) в)

Рис. 5.5.1 Варианты схем заглубления пропарочных камер а) напольная, б) частично заглублённая, в) максимально заглублённая

Исходя из задания, величина заглубления ямной камеры составляет 1,5 м.

в)

Рис 5.5.2 Схема заглубления ямной пропарочной камеры принятой в проекте

5.6 Проектирование стен, днища и крышки камеры

5.6.1 Стены ямной камеры

Для вертикальных ограждающих конструкций принимаем однослойную конструкцию изготовленную из лёгкого бетона со следующими характеристиками : с_m=1600кг/м³, С =0,84кДж/кг^єС; л=0,79Вт/м^єС

Для повышения водостойкости в бетон вводится гидрофобная добавка.

Рис 5.6.1. Стены ямной камеры

5.6.2 Днище ямной камеры

Для днища ямной камеры принимаем лёгкий бетон и цементно- песчаная стяжка со следующими характеристиками: с_m=1800кг/м³, С =0,84кДж/кг ^єС; л=0,93Вт/м^єС.

Рис 5.6.2. Днище ямной камеры

5.6.3 Крышка ямной камеры

Для крышки ямной пропарочной камеры принимаем трёхслойную конструкцию, состоящую из двух слоёв металла с прослойкой из минеральной ваты.

Минеральная вата: с_m=300кг/м³, С =0,84кДж/кг ^єС; л=0,09Вт/м ^єС

Сталь листовая : с_m=7850кг/м³, С =0,48кДж/кг^єС; л=58Вт/м ^єС

Рис 5.6.3. Крышка ямной камеры

5.7 Определение толщины стен, крышки и днища, а также температур на границе слоёв и средней температуры в материале конструкций

5.7.1 Определение толщины вертикально-ограждающих конструкций, расположенных выше нулевой отметки

Последовательность определения толщины вертикальных ограждающих конструкций следующая:

1) принимается температура на наружной поверхности конструкции в период изотермической выдержки = 25 ⁰С (при температуре окружающей среды в цехах по выпуску железобетонных изделий =15 ⁰С);

2) определяется плотность теплового потока через ограждения q, Вт/м, по формуле

q=б_н·(t_нп-t),

где б_н - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду Вт/(м² ·єС), может быть определен по формуле

б_н=9,8+0,07·( t_нп-t),

б_н = 9,8 + 0,07(25 - 15) = 10,5 Вт/(м² ·єС),

q = 10,5(25 - 15) = 105 Вт/м

Рис 5.7.1. Схема распределения температуры в ограждающих конструкциях выше нулевой отметки

3) определяется толщина стены по формуле:

д_ст=[( t_в-t_с)/ q- (1/ б_в+1/ б_н)] · л _ст , м

где б_н -коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхности установки, для пара колеблется в пределах 1000-2000 Вт/м², для горячего воздуха, дымовых газов 10-20 Вт/м²;

-температура теплоносителя внутри установки, принимается равной температуре изотермической выдержке порядка 85⁰С

л-коэффициент теплопроводности материала,

t_в = 85⁰С , л _ст =0,79 Вт/(м² ·єС).

д_ст= [(85-15)/ 105- (1/ 1500+1/10,5)] · 0,79=0,45м

5.7.2 Определение толщины вертикальных ограждающих конструкций, расположенных ниже нулевой отметки

Конструкцию и толщину вертикальных ограждающих конструкций, расположенных ниже нулевой отметки, в проекте допускается принимать аналогично вертикальным конструкциям, расположенных выше нулевой отметки (пункт 5.7.1).

б_н=9,8+0,07·( t_нп-t),

б_н = 9,8 + 0,07(25 - 15) = 10,5 Вт/(м² ·єС),

q = 10,5(25 - 15) = 105 Вт/м

д_ст= [(85-15)/ 105- (1/ 1500+1/10,5)] · 0,79=0,45м

Рис 5.7.2. Схема распределения температуры в ограждающих конструкциях выше нулевой отметки

5.7.3 Определение толщины днища ямной пропарочной камеры

Толщину легкого бетона днища принимаем равной толщине стены.

д_дн =д_ст= [(85-15)/ 105- (1/ 1500+1/10,5)] · 0,79=0,45м

q = б_н (t_нп- t_с) = 105 Вт/мІ

Определяем температуру на границе слоев:

t = t_в- q·( 1/ б_в+д₁/ л ₁) = 85- 105·( 1/ 500+0,02/ 0,93) = 82,7 ? 83°С

Рис 5.7.3. Схема распределения температуры в днище

5.7.4 Определение толщины теплоизоляционного слоя крышки

Крышка ямной пропарочной камеры представляет собой многослойную конструкцию (рисунок 5.7.4.). Крышка имеет внутренний теплоизоляционный слой из минераловатных плит, снаружи имеет обшивку из стальных листов толщиной 5мм. Средняя плотность стальных листов с_m=7850кг/м³; коэффициент теплоемкости С=0,48 кДж/кг ^єС; коэффициент теплопроводности л=58 Вт/м^єС ; средняя плотность минераловатных плит с_m=300 кг/м³, удельная теплоёмкость С= 0,84 кДж/кг ^єС, л=0,09 Вт/м ^єС. Так как теплопроводность металла высока л=58 Вт/м ^єС, то температура по всей толщине металлического листа будет одинакова и мало отличаться от температуры на поверхности минераловатных плит.

Рис 5.7.4. Схема распределения температуры в крышке

Последовательность определения толщины теплоизоляционного слоя крышки:

принимается температура на наружной поверхности конструкции в период изотермической выдержки =20 ^єС (при температуре окружающей среды в цехах по выпуску железобетонных изделий =15 ^єС);

определяется плотность теплового потока через ограждения q, Вт/м, по формуле

q=б_н·(t_нп-t_с)

где б_н - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду Вт/(м²· єС), может быть определен по формуле

б_н=9,8+0,07·( t_нп-t_с),

б_н = 9,8 + 0,07(20 - 15) = 10,15 Вт/(м²· єС),

q = 10,15 (20 - 15) = 50,75 Вт/м

определяется толщина теплоизоляционного слоя крышки:

д_кр==[((t_в-t_с)/ q)-(1/ б_в + д₁/ л₁ + д₂/ л₂ + 1/ б_н)] · л₂

д_кр==[((85-15)/ 50,75)-(1/ 1500 + 0,002/ 58 + 0,002/ 58 + 1/ 10,15)] · 0,09=0,1м

t_в- температура теплоносителя внутри установки, принимается равной температуре изотермической выдержке порядка 85⁰С,

t_с- температура среды

где б_в- коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхности установки, для пара колеблется в пределах 1000-2000 Вт/м², для горячего воздуха, дымовых газов 8-12 Вт/(м² ·єС);

t_в - температура теплоносителя внутри установки, принимается равной температуре изотермической выдержке порядка 80-85⁰С;

л_1, л₂ - коэффициенты теплопроводности отдельных слоёв крышки ,

Вт/(м² ·єС);

5.7.5 Определение наружных размеров камеры и размеров крышки

Исходя из внутренних размеров камеры, толщины вертикальных ограждающих конструкций и днища, определяются наружные размеры камеры (рисунок 5.7.5.1.).[4]

Размеры крышки в плане принимаются исходя из условия, что ребра крышки опираются на швеллер посередине верхнего обреза вертикальных ограждающих конструкций (рисунок 5.7.5.2.).

Высота крышки с ребрами принимается равной 0,3 - 0,45 м.

Рис. 5.7.5.1. Внешние размеры ямной камеры.

Габаритные размеры камеры 7900Ч4650Ч3970 мм

Рисунок 5.7.5.2. Размеры крышки в плане.

Габаритные размеры крышки 7450Ч3975Ч300 мм

5.7.6 Определение площади наружной поверхности вертикальных ограждающих конструкций, днища и крышки

Исходя из наружных размеров камеры и ее заглубления, определяются:

- площадь наружной поверхности камеры выше нулевой отметки (S_c^в

S_c^в=2·h·b_к+2·h·l_к = 2·2·4,65+2·2·7,9 = 50,2м² ;

- площадь наружной поверхности камеры ниже нулевой отметки (S_c^г):

S_c^н=2·h·b_к+2·h·l_к = 2·1,5·4,65+2·1,5·7,9 = 37,65м² ;

- площадь днища (S_д):

S_д = l_в·b_в = 7·3,75 (внутренние размеры камеры) =26,25 м² ;

- площадь крышки (S_кр):

S_кр = l_кр· b_кр+2·h_кр·b_кр +2·h_кр·l_кр

S_кр = 7,45· 3,975+2·0,3·3,975 +2·0,3·7,45 = 36,5 м²

Полученные данные заносят в таблицу 5.7.6.

Таблица 5.7.6. Значения площадей поверхностей ямной камеры

Обозначение площадей	Величина площадей, м2
Площадь наружной поверхности стен камеры выше нулевой отметки, Scв	50,2
Площадь наружной поверхности стен камеры ниже нулевой отметки, Scн	37,65
Площадь днища, Sд	26,25
Площадь крышки, Sк	36,5

5.7.7 Определение массы вертикальных ограждающих конструкций, днища и массы крышки

Исходя из наружных и внутренних размеров камеры, средней плотности материала ограждающих конструкций камеры и днища определяются:

- масса ограждающих конструкций выше нулевой отметки (m_c^в):

m_с^в = с_m · V_c^в=1600·20,97=33552 кг=33,6т;

V_c^в = l_к·h_к·b_к- l_к·h_к·b_к = 7,9·2·4,65-7·2·3,75 = 20,97м³;

- масса ограждающих конструкций ниже нулевой отметки (m_c^н):

m_с^н = с_m · V_c^н=1600·15,7=25120 кг=25,12т;

V_c^н = l_к·h_к·b_к- l_к·h_к·b_к = 7,9·1,5·4,65-7·1,5·3,75 = 15,7м³;

- масса днища (m_д):

m_д = с (l_к·b_к·д₁)+ с (l_к·b_к·д_ст) =

= 1800 (7·3,75·0,02)+1600(7·3,75·0,45) = 19845кг;

В многослойных конструкциях определяются массы каждого отдельного слоя.

Общая масса крышки (m_к) определяется исходя из условия, что масса 1м² крышки по практическим данным составляет 110…140 кг:

m_к = (110…140) ·S_к = 120·36,5 = 4380кг;

Масса металла крышки (m_мк) определяется по разности между общей массой и массой теплоизоляции:

m_мк = m_к-m_кт = 4380-888 = 3492кг;

Определяем массу теплоизоляционного слоя (m_кт):

m_кт = с_m · V_к = 300·2,96 = 888кг;

V_к = 3,975·7,45·0,1 = 2,96м³;

Масса верхнего и нижнего металла крышки определяется по формуле:

m_мк¹= m_мк²= m_мк/2 = 3492/2 = 1746кг;

Полученные данные заносят в таблицу 5.7.7.

Таблица 5.7.7. Массы ограждающих конструкций, днища, крышки.

Обозначение масс	Масса, кг
Масса стен камеры выше нулевой отметки, mсв	33552
Масса стен камеры ниже нулевой отметки, mсн	25120
Масса днища, mд	19845
Масса теплоизоляционного слоя крышки, mкт	888
Масса верхнего слоя металла крышки, mмк1	1746
Масса нижнего слоя металла крышки, mмк2	1746

6. Определение расхода теплоты на тепловую обработку плит лицевых ПЛ 5-1

Данный расчет позволяет определить расход теплоты, рассчитать расход теплоносителя и определить эффективность тепловой установки. Он заключается в составлении теплового баланса, включающего составляющие по расходу теплоты на нагрев (металла, форм, установки), потери теплоты и приход теплоты с теплоносителем, с формами, за счет химических реакций и т.д.[4]

6.1 Определение расхода теплоты на нагрев

6.1.1 Определение расхода теплоты на нагрев изделий

Расход теплоты на нагрев изделий в кДж/период рассчитывается по формуле:

Q_и =n· m_и · c_и · (t_к - t_н)

где m_и - масса сухих компонентов, кг;

c_и - теплоемкость изделий, кДж/(кг·єС);

t_к , t_н - начальная и конечная температура изделий, єС.

Поскольку в процессе тепловлажностной обработки изменяется масса и теплоемкость железобетонных изделий, то допускается расход теплоты в кДж/период определять по формуле:

Q_и = Q_с + Q_в + Q_а или

Q_и =n· m_с · c_с · (t_к - t_н) + n·m_в · c_в · (t_к - t_н) +n·m_а · c_а · (t_к - t_н) ,

где Q_с , Q_в , Q_а - расходы теплоты на нагрев сухих составляющих, воды и арматуры всех изделий, находящихся в установке, кДж/период;

m_{с ,}m_в, m_а - массы сухих составляющих изделий (вяжущего, заполнителей, сухих добавок и т. д.), воды, арматуры, кг. Расход

составляющих на 1 м³ бетона принимается по нормативным документам;

с_{с ,}с_в, с_а -удельные теплоемкости сухих составляющих, воды и арматуры, кДж/(кг·єС). Для сухих составляющих (силикатов) принимается с_с = 0,84 кДж/(кг·єС) ;

для воды с_в = 4,18 кДж/(кг·єС), для стальной арматуры с_а = 0,48 кДж/(кг·єС), для органических материалов с = 0,84 кДж/(кг·єС)

t_к - температура, до которой нагреваются составляющие железобетона, єС.

Ее обычно принимают равной температуре изотермической выдержки (режим и температура тепловлажностной обработки принимается по нормативным документам, например по отраслевым нормам технологического проектирования, ОНТП);

t_н - начальная температура составляющих, єС. При изготовлении изделий в цехе она равна 15 єС.

Q_и=3376·20· 0,84·(80-15)+46·20· 0,48· (80-15)+274·20 ·4,19· (80-15)=

=5105126 кДж/период

6.1.2 Определение расхода теплоты на нагрев форм

Расход теплоты в кДж/период на нагрев форм рассчитывается по формуле:

Q_ф = n·m_ф · c_ф · (t_к - t_н),

где m_ф - масса форм, находящихся в установке, кг

с_ф - удельная теплоемкость форм, кДж/(кг·єС).

Для стальных форм с_ф = 0,48 кДж/(кг·єС).

Q_ф=20·1507·0,48· (80-15)=940368 кДж/период

6.1.3 Определение расхода теплоты на испарение влаги из материала в период изотермической выдержки

Расход теплоты на испарение влаги из материала в кДж/период определяется по формуле:

Q_ив = n·m_c · r · (W₁ - W₂)/100,

где m_c - масса сухой части материала, находящегося в камере, кг

r - теплота парообразования, кДж/кг. Она принимается по паровым таблицам, исходя из условия, что температура изделий в конце изотермической выдержки на 3…7 єС выше температуры изотермической выдержки; r=2283,1 кДж/кг

W₁, W₂ - абсолютная влажность материала в начале тепловой обработки и в конце периода изотермической выдержки, %. Из практики, разность W₁ - W₂ составляет 0,5…1,5 %./4/,

Q_ив=20· 3376 · 2283,1 · 0,5/100=749313 кДж/период.

6.1.4 Определение расхода теплоты на нагрев ограждающих конструкций камеры (стен, днища, крышки)

Расход теплоты на нагрев ограждающих конструкций камеры (стен, днища, крышки) в кДж/период рассчитывается по формуле:

Q_ок = Q_ст^в + Q_ст^н + Q_д + Q_к,

где Q_ст^в, Q_ст^н, Q_д , Q_к - расходы теплоты на нагрев стен камеры выше и ниже нулевой отметки, днища и крышки камеры, кДж/период.

Если конструкции однослойные, то расход теплоты может быть определен по формуле:

Q_ок = m_ст^в·c_ст^в · (t_к - t_н) + m_ст^н·c_ст^н · (t_к - t_н) + m_д·c_д · (t_к - t_н) + m_к·c_к · (t_к - t_н),

где m_ст^в, m_ст^н, m_д, m_к - массы стен выше и ниже нулевой отметки, массы днища и крышки, кг

c_ст, c_д, c_к - удельная теплоемкость стен, днища и крышки, кДж/(кг·єС)

t_н , t_к - средняя температура ограждающих конструкций до ТВО и в период ТВО, єС.

Q_ст^в = m_ст^в·c_ст^в · (t_к - t_н) = 30400· 0,84·(52,5-15)=957600 кДж/период;

Q_ст^н= m_ст^н·c_ст^н · (t_к - t_н) = 22760 · 0,84·(45-10)=669144 кДж/период;

Q_д=m_д1·c_д (t_к - t_н)+ m_д2·c_д (t_к - t_н)=945·0,84·(79-14,5)+17220·0,84·(44-9,5)=51200+499036=550236 кДж/период;

Q_к=m_м1·c_м (t_к - t_н)+ m_т·c_т (t_к - t_н)+m_м2·c_м (t_к - t_н)=1616,5·0,48(20-15) +925·0,84·(50-15)+1616,5·0,48·(80- 15)=3879,6+27195+50434,8=81509,4кДж/период

Q_ок=957600+669144+550236+81509,4=2258489,4 кДж/период.

6.1.5 Определение расхода теплоты на нагрев внутреннего пространства в установке

Расход теплоты на нагрев внутреннего пространства в установке в кДж/период рассчитывается по формуле:

Q_вп = m_вз · c_вз · (t_к - t_н),

где

m_вз - масса воздуха, находящегося внутри установки, кг:

m_вз = V_вн · с_вз,

где V_вн - внутренний свободный объем установки, м³ ;

с_вз - плотность воздуха, кг/м³, при средней температуре среды в камере

V_вн =7 · 3,75 · 3,5- 3,28 · 1,62 · 0,55 ·20= 91,9 - 58=33,9 м³

m_вз=1,025·33,9=34,7 кг

Q_вп=34,7·1,02· (80-15)=2300 кДж/период.

6.2 Определение потерь теплоты

6.2.1 Определение потерь теплоты через ограждающие конструкции

Потери теплоты через ограждающие конструкции в кДж/период рассчитывается по общей формуле:

Q_п = 3,6 · S_огр · б_н · (t_нп - t_c) · ф ,

где S_огр - площадь наружной поверхности ограждающих конструкций камеры, м² ;

б_н - коэффициент теплоотдачи от наружных поверхностей, Вт/(м²·Сє);

t_нп - средняя температура наружной поверхности ограждающих конструкций, єС;

t_с - температура среды, єС;

ф - время работы установки, ч.

Поскольку при работе камеры зачастую температуры наружной поверхности стен, днища и крышки неодинаковы, и, кроме того, эти температуры различны в периоде подъема и изотермической выдержки, то потери теплоты определяются по формуле:

Q_п = Q_кр + Q_ст^в + Q_ст^н + Q_д,

Q_кр=3,6· S_к·[б_нп^кп · (t_нп^кп - t_c) · ф_п+ б_нп^кв · (t_нп^кв - t_c) · ф_в] = 3,6· 37,8·[9,98· 2,5

· 3+ 10,15· 5 · 5] =3,6· 37,8·[74,85+279,125]= 48168,92 кДж/период;

б_нп^кп=9,8+0,07·( t_нп^кп - t_c)= 9,8+0,07((15+20) /2-15)=9,98 Вт/(м²·єС);

б_нп^кв=9,8+0,07(t_нп^кв - t_c)= 9,8+0,07·(20-15)=10,15 Вт/(м²·єС);

Q_ст^в=3,6· S_ст^в·[(б_нп^сп · (t_нп^сп - t_c) · ф_п+ (б_нп^св · (t_нп^св - t_c) · ф_в] =

=3,6 · 49,6· (10,15 · 5 · 3+10,5·10·5,5)=130304,16 кДж/период;

б_нп^сп=9,8+0,07(t_нп- t_c)= 9,8+0,07((15+25) /2-15)=10,15 Вт/(м²·єС);

б_нп^св=9,8+0,07(25-15)=10,5 Вт/(м²·єС);

Q_ст^н=3,6·S_с^н·[(к^пс·(t_в-t_г)·ф_п+к^вс· (t_в - t_г) · ф_в]=

=3,6·37,2[42,5·3·1,92+1,92·75·5,5]= 163918,08 кДж/период;

к^пс= к^вс=1/ R₀; R₀=1/б_в+д_ст/л_ст+1/б_н = 0,52; к^пс= к^вс=1/0,52=1,92;

t_в^п=(15+80)/2=47,5єС;

Q_д=3,6·S_д·[(к^пд · (t_в^п - t_г) · ф_п+ к^вд · (t_в - t_г) · ф_в]=3,6·35,7· [(1,85· (47,5-5)

·3)+(1,85•(80-5) ·5,5)] = 128391,48 кДж/период;

к^пд=к^вд=1/R₀₂;

R₀₂=1/б_в+д_д1/л_д1⁺д₁/л₁+1/б_н=1/1500+0,02/0,93+0,41/0,79+1/10,15 = 0,54 ;

к^пд= к^вд=1/0,6=1,85;

Q_п = Q_кр + Q_ст^в + Q_ст^н + Q_д=48168,64+130304,16+163918,08+128391,48 = 470782,64 кДж/период;

где S_к, S_c^в, S_с^r, S_д - площади наружной поверхности крышки, стен выше и ниже нулевой отметки, днища соответственно, м²

б_нп^кп, б_нп^сп - коэффициенты теплоотдачи с поверхности крышки и стен, находящихся выше нулевой отметки в период подъема температуры Вт/м²·Сє.

t_нn^сп - средняя температура на поверхности стен в период подъема температуры ;

б_нп^кв, б_нп^св - коэффициенты теплоотдачи с поверхности крышки и стен, находящихся выше нулевой отметки в период выдержки температуры Вт/м²·Сє.

t_нn^св - температура на наружной поверхности стен в период изотермической выдержки, Сє (t_нn^св =t_нп2, табл. 3.3);

t_c , t_r - температура среды в цехе (15 Сє) и грунта (5 Сє);

k^нс, k^нд - коэффициенты теплоотдачи от внутреннего пространства камеры в грунт в период подъема температуры, Вт/м²·Сє.

t_в^п - средняя температура в камере в период подъема, Сє:

t_в^н - начальная температура в камере, Сє. При длительном остывании t_в^н=15 Сє.

При загрузке камеры сразу после выгрузки t_в^н=30…40 Сє;

t_в - температура изотермической выдержки, Сє;

ф_п ,ф_в - время подъема и выдержки температуры, ч

6.2.2 Потери теплоты с паром через неплотности установки

Потери теплоты с паром через неплотности установки, кДж/период, определяются по формуле:

Q_пп = к · D · i_п ,

где к - доля потери пара, к = 0,1…0,2

D - масса пара, затраченного на тепловую обработку, кг/период. Неизвестная величина, определяемая их уравнения теплового баланса ;

i_п - энтальпия пара с определенной степенью сухости, кДж/кг. Она может быть взята из таблиц или диаграммы J-H в зависимости от давления и

влажности пара, либо определена по формуле:

i_п = i`+ r · x,

где i`, r - энтальпия жидкости и теплота парообразования, кДж/кг. Эти величины принимаются по паровым таблицам в зависимости от давления пара, подаваемого в установку. Чаще всего это давление составляет 0,1…0,2 МПа;

х - степень сухости пара в долях:

х = 1 - y,

где y - влажность пара, подающегося в установку, доли. Она обычно составляет 0,15…0,3./4/

x=1-0,2=0,8, i_п=335,2 +2310·0,8=2183,2 кДж/кг.

Q_пп=0,1·D·2183,2=218,3·D кДж/период;

Q_пп=218,3·3596=785075кДж/период.

6.2.3 Потери теплоты с конденсатом пара

Потери пара с конденсатом, кДж/период, рассчитываются по формуле:

Q_к = m_к ·c_к ·t_к = [ D - (к ·D + V_вн ·с_п)] · c_к ·t_к,

где m_к - масса конденсата, образующегося при тепловой обработке, кг;

c_к - теплоемкость конденсата, принимаем c_к = 4,19 кДж/(кг·Сє);

V_вн - внутренний свободный объем установки, м³;

с_п - плотность пара при принятом давлении, кг/м³;

t_к - температура конденсата, Сє. Обычно она составляет 60…70 Сє;

к - доля потери пара.

Q_к=[D-(0,1·D+91,88·0,13)] ·4,19·60=226,3·D-3002,8

Q_к=226,3·3596-3002,8=810772 кДж/период.

6.2.4 Определение неучтенных потерь теплоты

Неучтенные потери теплоты, кДж/период, рассчитываются по формуле:

Q_нп = (0,05) · (Q_и + Q_ф + Q_ив + Q_ок + Q_вп + Q_п + Q_пп + Q_к )

Q_нп=0,05·(2987269,32+444528+401900+2567829+4270+351514+218,3D+226,3D-3002,8)= 337502+22,2 D кДж/период.

Q_нп =337502+22,2·3596 = 417333,2 кДж/период.

6.3 Приход теплоты

6.3.1 Приход теплоты с паром

Приход теплоты с паром, кДж/период, рассчитывается по формуле:

Q_т^п = D · i_п,

Q_т^п = 2183,2·D кДж/период.

Q_т^п = 2183,2·3596=7851571 кДж/период.

6.3.2 Приход теплоты от экзотермических реакций в изделиях

Приход теплоты от экзотермических реакций в изделиях в кДж/период определяется по формуле:

Q_эи = V_б ·m_ц ·Q_эц ·p,

где V_б - объем бетона, находящегося в установке, м³;

m_ц- масса цемента в 1 м³ бетона, участвующего в химических реакциях при ТВО, кг;

р - степень градации портландцемента, которая после ТВО обычно составляет 0,4…0,6;

Q_эц - теплота, выделяемая цементом в процессе ТВО, кДж/кг. Для портландцемента эта величина определяется по формуле:

Q_эц = 1,85 ·Q_ц28· (В/Ц)^0,44 · (1 - в),

где Q_ц28 - тепловыделение цемента при 28-дневном твердении в нормальных условиях, кДж/кг (таблица 6.3.2.);

В - расход воды на 1 м³ бетона, кг;

Ц - масса цемента в 1 м ³ бетона, кг;

в - величина, зависящая от градусо-часов (n) твердения бетона:

n = t_п · ф_п + t_в · ф_в ,

где

ф_н, ф_в - время подъема и выдержки температуры, ч;

t_п - средняя температура бетона в период подъема, Сє:

t_п = (t_н + t_к) /2 ,

где t_н - начальная температура нагрева бетона (15 Сє);

t_к - конечная температура нагрева бетона, Сє . Ее можно принимать равной температуре изотермической выдержки.[4]

Таблица 6.3.2. Тепловыделение портландцемента при 28-дневном твердении в нормальных условиях.

Марка цемента	500	400	300	200
Тепловыделение цемента, кДж/кг	501	418	334	251

Если количество градусо-часов (n) не превышает 375, то в = е^-0,0015n и принимает вид:

Q_эц =1,85 · Q_и28 · (В/Ц)^0,44 · (1- е^-0,0015n),

а если 375 < n < 2000, то в = 0,666 · е^-0,0004n , и тогда формула принимает вид

Q_эц =1,85 · Q_ц28 · (В/Ц)^0,44 · (1- 0,666 · е^-0,0004n)

Мц=300=> Q_ц28=334 кДж/кг

В=200л=200кг, Ц=370кг, В/Ц=200/370=0,54;

n=(15+85)/2·3+85·5=575 градусо-часов.

Так как 375<n<2000, то в = 0,666 · е^-0,0004n и уравнение примет вид:

Q_эц =1,85 · Q_и28 · (В/Ц)^0,44 · (1- 0,666 · е^-0,0004n)

Q_эц =1,85 · 334 · 0,54^0,44· (1-0,666·е^-0,0004·575)=337,9 кДж/кг

Q_эи =14,7·370·337,9 ·0,5=918919 кДж/период

...