Приложение 7

Расчет туннельной пропарочной камеры

Исходные данные:

1. Вид изделия.

2. Геометрические размеры изделия, м:

длина  l,

ширина – b,

высота – h.

3. Масса изделия  G_и, кг.

4. Объем бетона в изделии  V_б, м³_.

5. Объем одного изделия  V_и, м³.

6. Расход арматуры на 1 м³ бетона  G_аб, кг.

7. Расход арматуры на 1 изделие  G_а, кг.

8. Водоцементное отношение В/Ц.

9. Марка цемента  М_ц.

10. Марка бетона  М_б.

11. Масса бетона в изделии  G_б, кг.

12. Плотность свежеуложенного бетона (бетонной смеси )

_бс = G_ц + G_в + G_п + G_щ. (220)

13. Расход материалов на 1 м³, кг (выбирается на основании расчета бетонной смеси или по литературным данным):

цемент  G_ц,

вода  G_в,

песок  G_п,

щебень  G_щ.

14. Вес сухих веществ на 1 м³  G_сб, кг.

15. Вес сухих веществ на 1 изделие  G_с1 = G_сб  V_б, кг.

16. Количество воды, вступившее в реакцию с вяжущим

G_вс = G_ц  α₁, кг, (221)

α₁  степень гидратации (принимается по литературным данным в среднем составляет 0,17).

17. Масса формы-вагонетки  G_ф, кг.

Для расчета массы формы ориентировочно можно пользоваться значениями удельной металлоемкости, характеризующей отношение массы формы к единице объема, изготавливаемого в ней изделия или изделий (табл. 14).

18. Размеры формы-вагонетки, м:

длина  l_ф,

ширина  b_ф,

высота  h_ф.

19. Температура загружаемых изделий  t_о,С.

20. Температура окружающей среды  t_ос, С.

21. Начальная температура в камере  t₁, С.

22. Температура изотермической выдержки  t_из, С.

23. Температура изделий при выходе из зоны охлаждения  t_ох, С.

24. Удельная теплоемкость бетона  с_б, кДж/кг  град (табл. 9).

25. Коэффициенты:

– теплопроводности бетона  _б, Вт/м  град (табл. 9),

– температуропроводности бетона  a_б , м²/ч (табл. 9).

26. Прочность бетона после тепловлажностной обработки R_тво, МПа (%).

Расчет количества камер и определение их размеров

Количество камер непрерывного действия определяется из условия равенства производительности конвейерной линии и пропарочных камер

N_кам = , (222)

где D  цикл тепловлажностной обработки, ч,

N  количество изделий входящих в камеру по длине, шт,

N_я  количество ярусов в камере, шт,

k  ритм конвейера, мин

k = , (223)

П  годовой объем выпуска изделий, м³,

D_г  число рабочих часов в году.

Количество конвейерных линий

N_кл = , (224)

где к  ритм конвейера, ч,

D_г  число рабочих часов в году,

П_ф  необходимое число формовок в год, определяется по формуле

П_ф = , (225)

где П  заданная годовая производительность по выпуску изделий, м³,

V_б  объем бетона в изделии на одной форме, поддоне, вагонетке, м³.

Количество изделий, входящих в камеру

N₁ = , (226)

где D  цикл тепловлажностной обработки, час,

к  ритм конвейера, ч.

Длина камеры

L = (l_ф + 0.2), (227)

где N_я  число ярусов,

l_ф  длина формы-вагонетки.

Высота камеры

H = (h_ф + h_р + h_з) N_я + h_к (N_я –1), (228)

где h_ф  высота формы-вагонетки от головки рельса до верха формы, м,

h_р  высота рельса, м,

h_з  величина зазора между верхом формы-вагонетки и низом консоли, м,

N_я  количество ярусов,

h_к  высота консоли, м.

Ориентировочно можно принять следующие размеры: h_ф = 0.6 м, h_р = 0.25 м, h_з = 0.1…0.3 м, h_к = 0.3…0.5 м.

Ширина камеры

В = b_ф + 2  s₁, (229)

где b_ф  ширина формы-вагонетки, м (0.05…0.15),

s₁  расстояние от формы до стен, м.

Длина зоны подогрева

L_п = (l_ф + 0.2) . (230)

Длина зоны изотермической выдержки

L_и = (l_ф + 0.2) . (231)

Длина зоны охлаждения

L_ох = (l_ф + 0.2) . (232)

После определения длин зон подъема температуры, изотермической выдержки и охлаждения длина зон устанавливается кратной ближайшему целому количеству форм.

N_п  ­ количество изделий в зоне подогрева.

N_из  количество изделий в зоне изотермической выдержки.

N_ох  количество изделий в зоне охлаждения.

Рабочий объем камеры

V_к = L B H. (233)

Суммарный объем бетона изделий, входящих в камеру

V_бк = N₁ V_б. (234)

Суммарная масса бетона изделий, входящих в камеру

G_бк = V_бк _бс. (235)

Объем формы-вагонетки

V_ф1 = G_ф/_ф. (236)

Суммарный объем форм изделий, находящихся в камере

V_ф = (V_ф1 N₁)/n, (237)

где n – количество изделий в форме.

Степень заполнения камеры бетоном изделий

q_б = . (238)

Степень заполнения камеры формами-вагонетками

q_к = . (239)

Производительность камеры в год

а) по изделиям

П_к1 = , (240)

б) по объему бетона

П_к = . (241)

Требуемое количество камер, для выполнения заданной производительности

N_кам = П / П_к. (242)

Материальный баланс камеры

1. Зона подогрева (подъема температуры)

Поступает в камеру:

– сухих веществ G_с = V_бк  G_с1, (243)

– воды затворения G_w = V_бк  G_в, (244)

– металла форм G_м = (N₁  G_ф)/ n, (245)

– арматуры и закладных деталей G_ар = G_аб  V_бк. (246)

Всего

Поступает в зону изотермической выдержки:

– сухих веществ G_с,

– гигроскопической влаги (с учетом конденсата) G_w,

– металла форм G_м,

– арматуры и закладных деталей G_ар.

Всего

2. Зона изотермической выдержки

Поступает из зоны подогрева:

– сухих веществ G_с,

– гигроскопической влаги G_w,

– металла форм G_м,

– арматуры и закладных деталей G_ар.

Всего

Поступает в зону охлаждения:

– сухих веществ G_с,

– гигроскопической влаги G_wи = G_w – G_вг – G_ви, (247)

– металла форм G_м,

– арматуры и закладных деталей G_ар,

– вода, перешедшая в гидратную влагу G_вг = G_вс  V_бк, (248)

– испарившаяся вода G_ви = ,

где а₂  % испарившейся воды в зоне (4…6%).

Всего

3. Зона охлаждения

Поступает из зоны изотермической выдержки:

– сухого бетона G_бо = G_с + G_вг, (249)

– гигроскопической влаги G_wи,

– металла форм G_м,

– арматуры и закладных деталей G_ар.

Всего

Выходит из камеры:

– сухого бетона G_бо,

– остаточная влага изделий G_wост=(G_w G_вг G_w,)(а₂ + а₃) / 100, (250)

– металла форм G_м,

– арматуры и закладных деталей G_ар,

– испаряется вода G_wио = , (251)

где а₃  % испарившейся влаги в зоне (до 10 % в зависимости от площади открытой поверхности).

Всего

Тепловой баланс туннельной камеры

Расчет температуры изделия по стадиям тепловой обработки

Расчет температуры проводится для определения максимально возможной скорости нагрева (или охлаждения) изделия, определения фактических температур изделия.

Расчет проводится с помощью критериальных уравнений нестационарного теплообмена для зоны подъема температуры и изотермической выдержки.

1. Зона подъема температуры.

Критерий Био

Bi = , (252)

где _п  коэффициент теплоотдачи изделия в зоне нагрева;

R_i ­ характерный размер изделия (для изделий прямоугольного сечения половина минимального размера).

Критерий Фурье

Fo = , (253)

D_п  продолжительность подъема температуры, ч.

По графикам (рис. 1) находится безразмерная температура поверхности (_п) и безразмерная температура центра изделия (_ц).

Температура поверхности к концу стадии

= t_(1-2)o – _п(t_(1-2)o – t₁), (254)

где t_(1-2)o= t_ос + (t_из – t_ос) – средняя по времени температура среды в зоне.

Температура центра изделия в конце зоны.

t_(1-2)ц= t_(1-2)o – _ц (t_(1-2)o – t₁). (255)

Средняя температура изделия в конце зоны.

t_(1-2)o = 0,67 t_(1-2)ц + 0,33 t_(1-2)п. (256)

Фактическая средняя температура изделия

t_(1-2)б = t_(1-2). (257)

2. Зона запаривания.

Критерий Био:

Bi = , (258)

 коэффициент теплоотдачи изделия в зоне.

Критерий Фурье:

Fo = . (259)

По графикам (рис. 1, 2) находится безразмерная температура поверхности (_п1) и безразмерная температура центра изделия ( _ц1).

Температура поверхности к концу зоны.

t_2п = t_из – _п1(t_из – t_(1-2)o) (260)

Температура центра изделия в конце зоны

t_2ц = t_из – _ц1(t_из – t_(1-2)o). (261)

Средняя температура изделия в конце зоны

t_2б = 0,67t_2ц + 0,33t_2п. (262)

Фактическая средняя температура изделия

= t_2б. (263)

Тепловой баланс рассчитывается по зонам работы тепловой обработки. Единицей расчета служит  кДж/зона.

Тепловой баланс рассчитывается для каждой зоны отдельно и по результатам частных тепловых балансов составляется тепловой баланс всей установки. Единицей расчета служит кДж/ч.

Тепловой баланс зоны подогрева

1. Приход тепла

1.1. Теплосодержание сухой части бетонной смеси, поступившей в зону

Q_1-1 = G_с c_б t_о, (264)

где с_б  теплоемкость бетона, кДж/кг град,

t_о ­ температура изделий на входе в камеру, С.

1.2. Теплосодержание влаги, содержащейся в бетонной смеси

Q_1-2 = G_w c_w t_o, (265)

где c_w ­ теплоемкость воды, кДж/ кг град.

1.3. Теплосодержание арматуры и закладных деталей изделий, загруженных в камеру

Q_1-3 = G_ар с_а t_о, (266)

где с_а  теплоемкость арматуры, кДж/ кг град (табл. 9).

1.4. Теплосодержание форм-вагонеток, загруженных в камеру

Q_1-4 = G_м с_м t_о, (267)

где с_м  теплоемкость материала форм, кДж/ кг  град.

1.5. Тепло вносимое воздухом через торец камеры

Q_1-5 = , (268)

где i_в  теплосодержание влажного воздуха при температуре t_ос, определяется по ID–диаграмме,

z  тепловой КПД штор, (табл. 18)

d_в  влагосодержание влажного воздуха при температуре t_ос, г/кг,

M_в  количество влажного воздуха, входящего в камеру, кг/с

М_в = , (269)

F_к  площадь торца камеры, м²,

H  высота камеры, м,

М_в1  количество воздуха, определяемое по табл. 18.

Таблица 18

Эффективность штор и воздушных завес в туннельных камерах непрерывного действия

Показатели	Торец не защищен	Навешаны шторы	Навешаны шторы, завеса работает
Количество циркулирующего воздуха, м3/ч	11000	4850	1730
Тепловой КПД,%	-	56	88
Потери тепла, ккал/ч	680000	300000	78000
Потери пара, кг/ч	1070	470	122
Экономия пара, кг/ч	-	600	948

1.6. Тепло вносимое теплоносителем

Q_1-6 = G₁ i_п, (270)

где G₁  количество подаваемого теплоносителя в зоне подогрева.

i_п  теплосодержание теплоносителя при давлении в паропроводе (приложение 8).

1.7. Сумма приходных статей

Q_1п = Q_1-i. (271)

2. Расход тепла

2.1. На нагрев сухих материалов

Q_2-1 = G_с c_б t_(1-2)б. (272)

2.2. На нагрев воды в бетонной смеси

Q_2-2 = G_w c_w t_(1-2)б. (273)

2.3. На нагрев арматуры и закладных деталей

Q_2-3 = G_ар с_а t_(1-2)б. (274)

2.4. На нагрев форм-вагонеток

Q_2-4 = G_м с_м t_из. (275)

2.5. Потери тепла в окружающую среду через ограждающие конструкции (расчет ведется для стен и перекрытия, потери тепла через пол не учитываются)

Q_2-5 = 3,6 k F D_п (t_(1-2)о – t_ос), (276)

где F  площадь через которую теряется тепло, м²,

k  коэффициент теплопередачи, Вт/м² град

k = , (277)

₁  коэффициент теплоотдачи от греющей среды к разделяющей стенке:

 для пара 90...120 Вт/м² град;

 для паровоздушной смеси  коэффициент теплоотдачи пара умножается на поправочный коэффициент (табл. 15).

₂  коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде, Вт/м²град:

₂ = А +5,7 , (278)

где b_i  толщина слоев ограждения, м,

_i  коэффициент теплопроводности слоев ограждающих конструкций, Вт/м  град,

A  коэффициент, учитывающий расположение ограждающей конструкции:

• для горизонтальных поверхностей  3.3,

• для вертикальных поверхностей  2.6.

t_ст  температура наружной поверхности стен, С,

t_ос  температура окружающей среды, С,

Е  степень черноты:

• 0.8...0.9  для керамических материалов;

• 0.8  для стального листа;

• 0.1...0.2  ­для стального листа покрытого алюминиевой краской.

2.6. Потери тепла с воздухом

Q_2-8 = , (279)

где i_вк  теплосодержание влажного воздуха при температуре в камере t_(1-2),

z  тепловой КПД штор,

d_вп  влагосодержание влажного воздуха в зоне подогрева, г/кг,

M_в  количество влажного воздуха, проходящего через зону подогрева, кг/с

М_в = , (280)

F_к  площадь торца камеры, м²,

H  высота камеры, м,

М_в1  количество воздуха.

2.7. Сумма расходных статей

Q_1р = Q_2-i. (281)

Уравнение теплового баланса для зоны

Q_1п = Q_1р. (282)

Решая уравнение теплового баланса, определяем количество пара (G₁), необходимого для выдерживания режима тепловой обработки в зоне подогрева.

Тепловой баланс зоны изотермической выдержки

3. Приход тепла.

3.1. Теплосодержание сухой части бетонной смеси, поступившей в зону

Q_3-1 = Q_2-1. (283)

3.2. Теплосодержание влаги, содержащейся в бетонной смеси

Q_3-2 = Q_2-2. (284)

3.3. Теплосодержание арматуры и закладных деталей изделий, загруженных в камеру

Q_3-3 = Q_2-3. (285)

3.4. Теплосодержание форм-вагонеток, загруженных в камеру

Q_3-4 = Q_2-4. (284)

3.5. Тепло вносимое теплоносителем

Q_3-5 = G₂ i_п, (285)

где G₂  количество подаваемого теплоносителя в зоне изотермической выдержки,

i_п  энтальпия теплоносителя при давлении в паропроводе (приложение 8).

3.6. Сумма приходных статей

Q_2п = Q_3-i. (286)

4. Расход тепла

4.1. На нагрев материалов

Q_4-1 = (G_с + G_вг) c_б t_(1-2)би. (287)

4.2. На нагрев воды в изделиях

Q_4-2 = (G_w  G_ви  G_вг) c_w t_(1-2)би. (288)

3. На нагрев арматуры и закладных деталей

Q_4-3 = G_ар c_а t_(1-2)би. (289)

4.4. На нагрев форм-вагонеток

Q_4-4 = Q_2-4. (290)

4.5. Потери тепла в окружающую среду через надземную часть ограждающих конструкций

Q_4-5 = 3.6 k F D_из (t_из - t_ос), (291)

где F  площадь через которую теряется тепло, м²,

k  коэффициент теплопередачи, Вт/м²  град

k = , (292)

₂  коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде, Вт/м²  град

₂ = А +5,7 , (293)

t_ст  температура наружной поверхности стен в зоне изотермической выдержки, С.

4.6. Расход тепла на испарение влаги из бетона и нагрев водяных паров

Q_4-6 = G_ви (r + С_вп  t_(1-2)би), (294)

где r  скрытая теплота парообразования (приложение 8),

С_вп  теплоемкость паровоздушной смеси.

4.7. Сумма расходных статей

Q_2р = Q_4-i. (295)

Уравнение теплового баланса для зоны

Q_2п = Q_2р. (296)

Решая уравнение теплового баланса определяем количество пара (G₂), необходимого для поддержания температуры изотермической выдержки в зоне.

Тепловой баланс зоны охлаждения

5. Приход тепла

5.1. Теплосодержание сухой части бетона, поступившей в зону

Q_5-1 = Q_4-1. (297)

5.2. Теплосодержание влаги, содержащейся в бетоне изделий

Q_5-2 = Q_4-2 (298)

5.3. Теплосодержание арматуры и закладных деталей изделий, загруженных в камеру

Q_5-3 = Q_4-3. (299)

5.4. Теплосодержание форм-вагонеток, загруженных в камеру

Q_5-4 = Q_4-4 (300)

5.5. Тепло, вносимое воздухом, поступающим на охлаждение

Q_5-5 = V_v с_v t_v, (301)

где V_v  расход воздуха, м³/ч,

c_v  теплоемкость воздуха в зависимости от температуры,

t_v  температура воздуха, поступающего в зону охлаждения, С.

5.6. Сумма приходных статей

Q_3п = Q_5-i. (302)

6. Расход тепла

6.1. На нагрев материалов

Q_6-1 = (G_с + G_вг) c_б t_ох, (303)

Разница (t_ох  t_ос) не должна превышать 40^оС.

6.2. На нагрев воды в бетоне

Q_6-2 = G_wост c_w t_ох. (304)

6.3. На нагрев арматуры и закладных деталей

Q_6-3 = G_ар c_а t_ох. (305)

6.4. На нагрев форм-вагонеток

Q_6-4 = G_ф с_м t_ох. (306)

6.5. Потери тепла в окружающую среду через ограждающие конструкции

Q_6-5 = 3.6 k F D_ох (t_с.ох - t_ос), (307)

где t_с.ох  средняя температура в зоне охлаждения, С

t_с.ох = (t_во + t_ос)/2, (308)

t_во  температура воздуха, выходящего из зоны охлаждения (принимается равной t_ох и затем проверяется, см. п 7.8).

6.6. Расход тепла на испарение влаги из бетона и нагрев водяных паров

Q_6-6 = G_wио ( r + С_вп  t_во ). (309)

6.7. Потери тепла с воздухом определяются из уравнения

Q_6-7 = V_v  c_v  t_во , (310)

V_v  c_v  (t_во - t_ос) =   D_ох  F_из.о  (t_с.изд - t_с.в) (311)

где t_с.изд  средняя температура изделия на выходе из зоны охлаждения, С

t_с.изд = (t_ох + t_во)/2, (312)

t_с.в  средняя температура воздуха в зоне охлаждения, С

t_с.в = (t_v + t_во)/2, (313)

F_из.о  поверхность теплоотдачи изделий, находящихся в зоне охлаждения

F_из.о = 1.1 N_ох l b. (314)

6.8. Сумма расходных статей

Q_3р = Q_6-i. (315)

Уравнение теплового баланса зоны охлаждения

Q_3п = Q_3р. (316)

Из уравнения теплового баланса зоны охлаждения определяется значение V_v (кг/м²)

Q_5-5 = Q_3п - Q_3р. (317)

Подставляя значение V_v в уравнение (*) п.6.7 находим температуру t_во. Если полученное значение отличается от принятого (t_ох) более чем на 5^оС, производим перерасчет с другой температурой.

7. Среднечасовой расход пара, кг/час

 для зоны подогрева

G_1с = , (318)

 для зоны изотермической выдержки

G_2с = , (319)

8. Удельный расход пара, кг/м³

 для зоны подогрева

G_1су = , (320)

 для зоны изотермической выдержки

G_2cу = , (321)

 для камеры

G_cу = G_1су + G_2су . (322)

При превышении удельного расхода пара 240 кг/м³ изменяют конструктивное решение ограждений тепловой установки или режим тепловой обработки и расчет повторяют. (СН 513-79, ОНТП-07-85). Неувязка баланса должна быть не более 1 %.