4.2 Описание ямной пропарочной камеры

Изготавливаемая из железобетона пропарочная ямная камера имеет прямоугольную форму. Стены камеры делают многослойными. По боковым стенам камеры устанавливаются стойки пакетировщика с кронштейнами (16). В одной из боковых стен делается отверстие для забора воздуха из атмосферы при охлаждении, снабженное водяным затвором. Сопряжение крышки (5) со стенами камер снабжено также водяным затвором. Для отбора паровоздушной смеси устроен канал сообщающийся через водяной затвор с системой вентиляции. В днище предусмотрена система отбора конденсата (14), пропускающая его и не пропускающая пар. Для нагрева изделий через паропровод (1) в камеру подается пар. Камеры размещаются в технологических линиях и соединяются в блоки. Габариты камеры в плане соответствуют габаритам обрабатываемых изделий. Для удобства обслуживания часть камеры заглубляется в землю.

Принцип работы камеры заключается в следующем. С камеры снимается крышка, изделие в форме опускается краном в камеру и устанавливается на нижние кронштейны стоек. Нагружаемые кронштейны заставляют раскрыться следующий ряд и так далее. После загрузки камеры закрывается крышка (5), заполняются водяные затворы и начинает подаваться пар. Изделие нагревается и выдерживается при достигнутой температуре. По окончанию выдержки подача пара прекращается и паровоздушная смесь удаляется из камеры. После охлаждения изделий камера раскрывается, а изделия набравшие 70-80% марочной прочности выгружаются из камеры краном.

Существуют различные схемы снабжения паром ямных камер. В нашем случае применяется схема парораспределения с внешним эжектором (6). Применение сопел Лаваля (2) позволяет значительно интенсифицировать теплообмен между паровоздушной средой и поверхностями форм с уложенным бетоном благодаря созданию направленного движения теплоносителя. Эффективность системы парораспределения с использованием сопел Лаваля может быть повышена за счет применения внешнего эжектора. Теплообмен в камере в этом случае улучшается за счет подсоса паровоздушной смеси из нижней зоны камеры через перфорированные трубы (10).

4.3 Теплотехнический расчет ямной камеры

1) Расход тепла на нагрев сухой части изделий:

Q_c1 = (Ц + П + Щ) · с_с · (t_б1 - t_б0) / 1000 , МДж/м³ (4.1)

где Ц, П, Щ – содержание цемента, песка, щебня в бетоне, кг/м³; с_с – теплоемкость сухой части бетона, кДж / кг °С; t_б1 – средняя к концу периода температура бетона в изделии, °С; t_б0 - начальная температура бетонной массы, °С.

Q_c1 = (340 + 535 + 1384) · 0,84 · (80 - 20) / 1000 = 113,85 МДж/м³

Q_c2 = (340 + 535 + 1384) · 0,84 · 5 / 1000 = 11,56 МДж/м³

2) Расход тепла на испарение части

Q_исп = W · (2493 + 1,97 · t_ср1) / 1000 , МДж/м³ (4.2)

где W – для тяжелого бетона около 1% массы 1 м³ бетона;

t_ср1 – средняя за период температура среды в камере, °С.

t_ср1 = ( t₀ + t_н) / 2 = (20 + 80) / 2 = 50 °С (4.3)

где t₀ - температура среды в камере до начала тепловой обработки, °С;

t_н – температура изотермической выдержки, °С.

Q_исп = 24 · (2493 + 1,97 · 50) / 1000 = 62,2 МДж/м³

3) Расход тепла на нагрев воды, оставшейся в изделиях к концу периода

Q_в1 =(В – W) · С_в · (t_б1 – t_б0) / 1000 , МДж/м³ (4.4)

где В – содержание воды в бетонной массе, кг/м³ ; С_в - теплоемкость воды, кДж/кг·°С.

Q_в1 = (136 – 24) · 4,19 · (80 – 20) / 1000 = 28,16 МДж/м³

Q_в2 = (136 – 24) · 4,19 · 5 / 1000 = 2,35 МДж/м³

4) Расход тепла на нагрев арматуры и закладных деталей:

Q_а1 = А · С_а · (t_а1 – t_б0) / 1000 , МДж/м³ (4.5)

где А – содержание арматуры и закладных деталей в изделиях, кг/м³ ;

С_а и t_а1 – теплоемкость, кДж/кг·°С, и температура арматуры к концу периода, °С (можно принять t_а1 = t_и).

Q_а1 = 71 · 0,48 · (80 – 20) / 1000 = 2,05 МДж/м³

5) Расход тепла на нагрев форм:

Q_ф1 = Ф · С_ф · (t_ф1 – t_ф0) / 1000 , МДж/м³ (4.6)

где Ф = G_ф/V_и – удельная металлоемкость форм, кг/м³ (G_ф – масса формы, кг); С_ф – теплоемкость форм, кДж/кг·°С; t_ф0, t_ф1 – температура форм в начале и конце периода, °С (t_ф1 = t_н ).

Ф = 3200 / 2,4 = 1333 кг/м³

Q_ф1 = 1333· 0,48 · (80 – 20) / 1000 = 38,4 МДж/м³

6) Расход тепла на нагрев ограждающих конструкций:

(4.7)

где _i и а_i – теплопроводность, Вт/м·°С и температуропроводность, м²/ч, материалов ограждений; F_i – площадь ограждающих конструкций по внутреннему обмеру, м² ; t_ni0 и t_ni1 – средняя температура внутренних поверхностей ограждений в начале и конце периода, °С; _i – длительность периода подогрева.

Для многослойных ограждающих конструкций необходимо предварительно вычислить эквивалентные значения их теплофизических характеристик при фактических температурах материалов. Эквивалентный коэффициент теплопроводности плоской многослойной конструкции, состоящей из тяжелого бетона, керамзитбетона и минеральной ваты

_э = S_i / (S_i/_i) = (0,05 + 0,15 + 0,1) / (4.8)

(0,05/1,45 + 0,15/0,063 + 0,1/0,41) == 0,11 Вт/м·°С

Эквивалентный коэффициент теплоемкости

С_э = (_i · S_i · C_i) / (_i · S_i) = (2400·0,05·0,84+300·0,15·0,75+1700·0,1·0,56)/

(2400·0,05+300·0,15+1700·0,1) = 0,68 кДж/кг·°С (4.9)

Эквивалентная объемная масса или плотность

_э=(_i·S_i)/S_i=(2400·0,05+300·0,15+1700·0,1)/

(0,05 + 0,15 + 0,1)=1586 кг/м³ (4.10)

Эквивалентная температуропроводность

а_э = (3,6 · _э) / ( С_э · _э) = (3,6 · 0,11)/ ( 0,68 · 1586) = 0,00036 м²/ч (4.11)

F₁=2·L_к·H_к + 2·H_к·В_к = 2 · 6,8 · 3,2 +2 ·3,2 · 2,25 =57,9 м² (4.12)

Для многослойной крышки, состоящей из металлических листов и минеральной ваты

_э =(0,15+0,01)/(0,15/0,63 + 0,01/56) =0,07 Вт/м·°С

С_э = (300·0,15·0,75+7800·0,01·0,46)/(300·0,15+7800·0,01) = 0,56 кДж/кг·°С

_э=(300·0,15+7800·0,01)/(0,15+0,01) = 768,75 кг/м³

а_э =(3,6·0,07)/(0,56·768,75) = 0,00059 м²/ч

F ₂ = L_к·В_к =6,8·2,25 = 15,3 м²

7 ) Потери тепла в окружающую среду ограждениями камеры складываются из потерь тепла через отдельные элементы ограждений

(4.13)

где t_oc – температура окружающего воздуха, °С; F_i – площадь по наружному обмеру отдельных элементов ограждения, м²; К_i – коэффициент теплопередачи через соответствующие элементы ограждений, Вт/м·°С.

F_наз1 = 2·(L_к+0,6)·H_наз + 2·H_наз·(В_к+0,6) = 2·7,4 ·2,2 + 2·2,2 ·2,9 = 45,1 м²

F_наз2 = (L_к+0,6)· (В_к+0,6) = 7,4 ·2,1 = 21,1 м²

F_под = 2· (L_к+0,62)·H_под + 2·H_под·(В_к+0,62) + (В_к+0,62)·(L_к+0,62) = 2 · 7,4 · 1 + 2 · 1· 2,92+ 2,92 ·7,4 = 41,6 м²

(4.14)

Коэффициент теплопередачи через наземные части ограждений камеры

а через подземные

(4.15)

где ₁ и ₂ – коэффициенты теплоотдачи, соответственно, от греющей среды к внутренним поверхностям ограждений и от наружных поверхностей ограждения в окружающую среду, Вт/м·°С.

₂ = (9,28+0,07·t_н1)·(1+0,2·V) = (9,28+0,07·40)·(1+0,2·0) = 12,08 Вт/м·°С. (4.16)

где t_н1 –температура наружной поверхности ограждений, °С; V – скорость движения воздуха, м/с.

Q_oc2 = 3,47 МДж/м³

Приходные статьи теплового баланса включают тепловыделение бетона

Q_э1 = 2,3 · 10^-7 · q_экв · (В/Ц)^0,44 · Ц · t_бср1 · _I = 2,3 · 10^-7 · 500 · (136/340)^0,44 · 340 · 50 · 3 = 3,92 МДж/м³ (4.17)

Q_э2 = 12,54 МДж/м³

Тепло, поступающее в камеру с теплоносителем, определяется из теплового баланса как сумма полезного расхода тепла Q_п1 на разогрев изделий и металла форм и непроизводительного расхода тепла Q_пот1

Q_то1 = Q_п1 + Q_пот1 (4.18)

где Q_п1 = Q_с1 + Q_исп1 + Q_в1 + Q_а1 + Q_ф1 – Q_э1 , (4.19)

Q_пот1 = Q_огр1 + Q_ос1 (4.20)

Q_п1 =113,85 + 62,2 + 28,16 + 2,05 + 38,4 – 3,92 = 240,7 МДж/м³

Q_пот1 = 13,4 + 0,86 = 14,26 МДж/м³

Q_то1 = 240,7 + 14,26 = 254,96 МДж/м³

Q_п2 = 10,48 + 2,35 - 12,54 = 0,29 МДж/м³

Q_пот2 = Q_огр2 + Q_ос2 = 1,8 + 3,47 = 5,27 МДж/м³

Q_то2 = 0,29 + 5,27 = 5,56 МДж/м³

В завершение теплотехнического расчета необходимо определить удельный расход пара

g_п1 = 1000 · Q_то1 / (i_п - i_к), кг/м³ (4.21)

где i_п – энтальпия насыщенного пара, кДж/кг; i_к – энтальпия конденсата, кДж/кг

i_к = с_в · t_к1 = 4,19 · 80 = 335,2 кДж/кг (4.22)

где t_к1 – температура конденсата, °С;

g_п1 = 1000 · 254,96 / (2642 – 335,2) = 106,5 кг/м³

g_п2 = 1000 · 5,56 / (2642 – 335,2) = 3,31 кг/м³

G_п1 = n_то · V_и · g_п1 / ₁ = 5 · 0,63 · 110,5 / 3 = 442 кг/ч (4.23)

G_п2 = n_то · V_и · g_п2 / ₂ = 5· 0,63 · 2,41 / 6 = 4,82 кг/ч (4.24)

Коэффициент полезного действия тепла

 = (Q_п1 + Q_п2) / (Q_то1 + Q_то2) = (4.25)

(240,7 + 0,29) / (254,96 + 5,56) = 0,89

Суммарный удельный расход пара

g_п = g_п1 + g_п2 = 106,5 + 3,31 = 109,81 кг/м³ (4.26)