2390

взгляд, из-за малой их ёмкости при относительно больших габаритах и непригодности для тепловой обработки крупногабаритных изделий. Эти недостатки связаны с представлениями о функции роторного механизма как о "чёртовом колесе", устанавливаемом в городских парках, когда грузовые контейнеры крепятся шарнирно к спицам или ободу колеса и могут перемещаться только при определённом рассредоточении, так как в противном случае происходит их столкновение при прохождении верхней или нижней точки в траектории движения.

В разработанной конструкции отмеченные недостатки устранены тем, что контейнеры с изделиями не имеют постоянного закрепления, а для их перемещения используется не вся окружность ротора, а только его боковые восходящая и нисходящая ветви, между которыми наверху и внизу предусмотрены передаточные устройства в виде рельсовых путей, по которым самопроизвольно прокатываются колёсные пары контейнеров. Ротор предусмотрен в виде двух вертикальных параллельно расположенных колец с роликовыми опорами и приводом через венцовую шестерню. На внутренней стороне колец предусмотрены захватные гнезда, которые автоматически сопрягаются с шарнирными осями контейнеров при сходе последних с передаточных устройств, и освобождаются эти оси также автоматически после продвижения контейнера по восходящей или нисходящей ветви ротора. Привод вращения ротора и привод передаточного устройства расположены вне камеры. Режим движения ротора – циклический.

Сравнительные варианты размещения контейнеров с изделиями показали, что при диаметре роторных колец – 15 м (такой диаметр позволяет вписать камеру в унифицированный пролёт одноэтажного промздания) количество в камере изделий с определяющим размером 6 м составляет не менее 15, что соответствует ёмкости щелевых камер, например, в типовых проектах заводов КПД.

3.10. Принципы составления расчета камеры периодического действия

Проектирование камеры начинают с вычерчивания эскиза укладки изделий в плане так, чтобы каждое можно было уложить или снять, применяя механическую строповку. Для этого с каждой стороны изделия оставляют зазор l1, чтобы обеспечить радиус действия захвата автоматической траверсы. При использовании стоек с кронштейнами зазор l1 увеличивается на величину этих стоек. Камеру можно проектировать на два, четыре или более изделий в плане, однако площадь камеры должна быть такой, чтобы грузоподъемность работающего на ее загрузке крана позволяла поднять крышку камеры. Высоту ее проектируют так, чтобы в ней размес-

119

тилось определенное число форм с изделием высотой hф, с обязательной укладкой в штабель через прокладку высотой hп, равной 0,03 м.

Габариты камеры будут такими:

где Lф – длина изделий в форме;

где Вф – ширина изделия в форме; n1 – число изделий по ширине, укладываемое в камеру;

где Hф – высота формы с изделием; п2 – число изделий по высоте; hп – высота прокладки между формами; h1 – высота от пола до нижней формы; h2

– высота от верха верхней формы до крышки камеры.

Высота камеры должна быть не более 3 м при условии ее возвышения над полом цеха на 0,7 м для удобства обслуживания.

Объем камеры (м3) составит:

Длительность цикла работы принимают по общероссийским или ведомственным нормам на проектирование. Цикл работы камеры τц складывается из времени: на загрузку τз и разгрузку τр, на подогрев изделий τп, на изотермический прогрев τи и охлаждение изделий τо.

Тогда, зная заданную суточную производительность по изделиям П, вместимость камеры по изделиям Е и коэффициент оборачиваемости камер К, определяют необходимое число камер N.

На каждые 10 камер, размещаемых в цехе, рекомендуется одна резервная.

120

Материальный баланс камеры периодического действия состав-

ляют на цикл работы для одной камеры.

Приход материалов.

Цемент Gц = Ц·Vб·Е; вода Gв = ВVв·Е; заполнители Gз =(П+Щ)·Vб·Е; арматура Gа = А·Vб·Е; металл форм Gф = М·Vб·Е.

Расход материалов.

Влажный бетон Gб=[Ц+П+Щ+(В-ω)·Vб·Е], арматура Ga; металл форм Gф; масса испарившейся воды из 1 м3 бетона во время обработки ω.

Здесь Ц, В, П, Щ, А – соответственно массы цемента, воды, песка, щебня, арматуры, расходуемых на приготовление 1 м3 бетона и М – масса металла форм на 1 м3 бетона. Отсюда уравнение материального баланса:

По данным Л.А. Малининой, тепловлажностная обработка бетона в среде с относительной влажностью φ = 100 % протекает следующим образом: сначала влагосодержание материала вследствие конденсации пара возрастает на 14…16 % от влаги затворения, далее в период изотермической выдержки и охлаждения бетон теряет по отношению к воде затворения 12…13 % влаги. При тепловлажностной обработке в среде с φ = 80 % соответственно влагосодержание бетона за счет конденсации пара возрастает на 10 %, а при изотермической выдержке и охлаждении в результате испарения снижается на 18…20 % из расчета на воду испарения. Для тепловлажностной обработки при φ = 40 % и максимальной температуре обработки в 120 °С влагосодержание бетона за счет конденсации не возрастает, а при изотермической выдержке и охлаждении из-за испарения снижается на 40…50 %.

В зависимости от конкретных условий обогрева и влажности среды эти параметры меняются, поэтому необходимо при расчете учитывать конкретные особенности внешнего тепло- и массообмена.

Тепловой баланс камеры периодического действия. Так же, как и материальный, тепловой баланс составляют на цикл работы для одной камеры, но по периодам тепловлажностной обработки.

Период нагрева. В это время бетонные изделия нагреваются до максимальной температуры tк, при которой в дальнейшем и происходит изотермическая выдержка. Материалы загружают в камеру при температуре в цехе tц, иногда бетонную смесь подогревают, и тогда за начальную температуру материала следует принимать действительную, полученную при подогреве tп. Поэтому температуру материалов, поступающих в камеру, будем обозначать в общем виде tн. Тепло в камере расходуется на нагрев бетона, форм, воздуха, на восполнение потерь в окружающую среду и на нагрев конструкций периодических камер.

121

Нагрев бетона сопровождается химическими реакциями гидратации цементного клинкера, проходящими с выделением теплоты. Тогда тепловой баланс для периода нагрева может быть представлен в следующем виде:

Qи+Qб+Qа+Qф+Qэ=Q’б+Q’a+Q’ф+Qив+Qнк+Qос+Qн, (3.8)

где Qб, Qа, Qф, Qэ – соответственно приход теплоты с бетоном, арматурой, формами и экзотермией цемента; Qи – тепло источника нагрева, определяемое тепловым балансом; Q’б, Q’a, Q’ф, Qив, Qнк, Qос – соответственно тепло, содержащееся после нагрева в бетоне, арматуре, формах, испарившейся влаге, конструкциях камеры и потерянное за время нагрева в окружающую среду; Qн – неуточненные потери на выбивание пара через неплотности и др.

Из уравнения (3.8) определяют необходимый расход тепла на подогрев изделий.

Период изотермической выдержки. При изотермической выдержке температура в камере поддерживается постоянной. Изделия более не прогреваются. Однако из них испаряется влага. Тепло также расходуется на нагрев конструкций, потери в окружающую среду и неучтенные потери. Тепловой баланс этого периода может быть представлен в виде

где Qип, Qнк, Qэ – соответственно приход тепла от источника теплоты, теплота нагрева конструкций камеры за период нагрева, тепло экзотермии бетона во время изотермической выдержки; Qив, Q’нк, Qос, Qн – соответственно тепло, затраченное на испарение влаги, нагрев конструкций, потери в окружающую среду и неучтенные потери в зоне изотермической выдержки.

По балансовому уравнению находят тепло, восполняемое источником Qит для зоны.

Общий расход тепла для камеры за оба периода составит:

Удельный расход тепла на 1 м3 бетона:

После расчета выбирают источник тепла. Для камер периодического действия – это пар.

Период охлаждения. В зоне охлаждения температура изделий должна снизиться до 40…50 °С. Сюда подается холодный воздух, который отбирает тепло от изделий, форм и конструкций камеры. Поэтому цель со-

122

ставления теплового баланса зоны охлаждения – определение количества воздуха, требуемого на охлаждение изделий и камеры. Уравнение теплового баланса зоны охлаждения представляют в виде

Qб+Qа+Qф+Qк+Qвз=Q’б+Q’a+Q’ф+Q’к+Q’вз+Qив+Qос, (3.12)

где Qб, Qа, Qф, Qк – соответственно приход тепла из зоны изотермии с бетоном, арматурой, формами и конструкциями камеры; Qвз – тепло воздуха, поступающего в камеру за период охлаждения; Q’б, Q’a, Q’ф, Q’к, Q’вз, Qив, Qос – соответственно тепло выгружаемого бетона, арматуры, форм, конструкций камеры после охлаждения, воздуха, отбираемого из зоны охлаждения, тепло, затраченное на испарение влаги в зоне охлаждения и потери в окружающую среду через ограждающие конструкции за период охлаждения.

Ниже приведена в качестве примера общая форма теплового баланса установки периодического действия. Тепловой баланс составлен на цикл работы установки.

Приход тепла

1. С паром:

где D – расход пара за период, кг; iп – удельная энтальпия пара при давлении в подающем паропроводе, кДж/кг.

2. От экзотермии цемента:

где mц – расход цемента на 1 м3 бетона, кг; Vб – объем бетона в установке, м3; qэкз.ц – количество тепла, выделенного 1 кг цемента, кДж/кг; qэкз.ц определяют по эмпирической формуле ВНИИжелезобетона

где qэкз.ц .28 – тепловыделение 1 кг цемента после 28 сут твердения в зависимости от его марки, кДж/кг; (В/Ц) – водоцементное отношение; Θ=tб.ср · z – число градусочасов при средней температуре бетона tб.ср и продолжительности термообработки z часов, ºС · ч.

Расход тепла

1. На нагрев сухой части бетона до конечной температуры. Принимая, что к концу периода подогрева во всей массе изделия установится однородное температурное поле, расход теплоты на его нагрев можно определить по формуле

123

где mб – масса сухой части бетона в камере, кг; сб – удельная теплоемкость сухого бетона, кДж/(кг·К); tк и tн – конечная и начальная температуры бетона, ºС.

2. На нагрев арматуры, форм и транспортных средств:

где mарм – масса арматуры во всех изделиях, кг; mф – масса форм, кг; mтр – масса вагонеток, кг; сст – удельная теплоемкость стали, кДж/(кг·К); tк и tн – конечная и начальная температуры нагрева арматуры, форм и вагонеток, ºС.

3. На нагрев оставшейся к концу периода изотермической выдержки влаги в бетоне:

где ω2 – влажность бетона к концу периода изотермической выдержки, %; свл – удельная теплоемкость, влаги, кДж/(кг·К); tк и tн – температуры влаги

вконце и в начале подогрева.

4.На испарение части влаги (если оно происходит):

где ω1 - ω2 – начальная и конечная абсолютные влажности бетона, %. 5. На нагрев конструкции установки:

где mогр – масса ограждения камеры, кг; согр – удельная теплоемкость материала ограждения, кДж/кг·ºС; tсрк и tсрн – средняя температура ограждения в конце и в начале прогрева, ºС.

Более точно расход тепла на нагрев ограждений ямной камеры, работающей при неустановившемся тепловом режиме, может быть определен с учетом теплопоглощения стенок камеры кДж/м2 (табл. 3.1).

6. Вследствие потерь тепла в окружающую среду наружной поверхностью ограждения:

где α – суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/м2; tст и tв – температуры наружной поверхности стенки аппарата и окружающего воздуха, ºС; А – площадь поверхности ограждения, м2; z – время тепловлажностной обработки, ч.

124

где mк – масса конденсата, кг; ск и tк – удельная теплоемкость и температура конденсата соответственно, кДж/(кг · ºС) и ºС.

В конденсат превращается весь поступивший в камеру пар (D, кг) за вычетом доли пара к, ушедшего через неплотности, т.е. D·к, кг, и пара, оставшегося в свободном объеме камеры (Vсв ·ρп, кг), т.е.

где Vсв – объем камеры, не занятый изделиями, формами и транспортными

средствами, м3; ρп – плотность пара в конце тепловлажностной обработки, кг/м3.

8. С паром, ушедшим через неплотности:

где iх – удельная энтальпия отработавшего пара, принятая по его давлению и влажности, кДж/кг.

Уравнение баланса тепла: ∑ Qприх = ∑ Qрасх, т.е.

Q1 + Q2 = Q’1 + Q’2 + Q’3 + Q’4 + Q’5 + Q’6 + Q’7 + Q’8 + Q’9 .

Расход пара за период можно определить, решив уравнение баланса тепла относительно D. Затем составляют сводную таблицу расхода тепла по отдельным статьям баланса в кДж и в процентах от общего расхода тепла. Для сравнения полученного расхода пара с технологическими нормами рассчитывают его расход на 1 м3 бетона:

125

где Vб – объем бетона в установке, м3.

3.11. Принципы составления гидроаэродинамического расчета камеры периодического действия

Исходными данными для гидродинамического и аэродинамического расчетов служат расходы пара на нагрев и воздуха на охлаждение, полученные в теплотехническом расчете. Гидродинамический расчет ведут с целью установить диаметры паропроводов для подачи пара, их сопротивление (падение напора) на участке от парораспределительного устройства до ввода в установку. Так как пар, поступая в камеры, конденсируется и отдает тепло парообразования, то из установок необходимо отводить конденсат. Количество отводимого конденсата равно количеству подаваемого пара за вычетом пошедшего на увлажнение бетона и выбивающегося через неплотности. Следовательно, необходимо составить материальный баланс установки по пару. Учитывая, что при нагреве расход пара значительно превышает его расход в период изотермической выдержки, весь расчет ведут только для периода нагрева.

Изделия охлаждаются воздухом. Следовательно, необходимо составить материальный баланс камеры по охлаждающему воздуху.

Количество пара Gпч, расходуемое за 1 ч в периоде подогрева, ведут по формуле

где Qи – расход тепла за время подогрева; iп и iк – соответственно энтальпии пара и конденсата в камере; τп – время прогрева изделий.

Это количество пара и является исходным при составлении материального баланса. Материальный баланс камеры по пару на 1 ч работы представляют в виде

где Gпч – масса пара, подаваемая в камеру; Gи – масса пара, конденсирующаяся на открытой поверхности изделий; Gк – масса пара, конденсирующаяся в камере и на формах, удаляемая в конденсатоотводящую систему; Gн – масса пара, выбивающаяся через неплотности (принимается в количестве 0,1 Gпч).

Материальный баланс камеры по воздуху на 1 ч работы представляют в виде

где Gв – масса отбираемого из камеры воздуха; Gox – масса воздуха, требуемая на охлаждение; Gпд – подсосы воздуха в камеру, через неплотности за счет создаваемого отрицательного давления (принимается 0,1Gох).

Массу воздуха, необходимую на oxлaждeниe, определяют из теплового баланса периода охлаждения Q'вз:

в зону; tк – температура воздуха, удаляемого из зоны; Δt= (tк-tн) можно принимать в пределах 20…25 °С.

Охлаждающий воздух также забирает влагу, испаряющуюся из изделий. Количество испарившейся влаги определено тепловым балансом. Поскольку объем пара незначителен, а возможная ошибка расчета может составить 3…5 %, то количество отбираемого пара учитывают, вводя коэффициент К=1,1 на расход требуемого воздуха. Тогда расчетная масса воздуха для зоны охлаждения принимается в размере 1,1Gв. Указанные данные служат базой для расчета пароснабжения и воздухоснабжения камеры.

3.12. Особенности расчета установок непрерывного действия

Установки непрерывного действия, обслуживающие обычно конвейерные линии, включены в общий технологический поток. Поэтому целесообразно, приступая к их расчету, предварительно определить количество конвейерных линий nк,л для заданной производительности завода:

где Gч – часовая производительность завода по плотному бетону, м3/ч; τр – ритм конвейера, мин; Vб – объем бетона в одной форме-вагонетке.

Раскладку изделий в форме-вагонетке производят после выбора ее типоразмера из существующих типовых конструкций с учетом максимального использования объема для данного типа изделий.

Количество форм-вагонеток, одновременно находящихся в установке m, определяют по формуле

где z – полное время тепловлажностной обработки, ч; τр – ритм конвейера, мин; 2 – количество вагонеток, загружаемых и выходящих из камеры.

Поперечное сечение туннеля или щелевой камеры устанавливают, иcходя из поперечного размера формы-вагонетки с учетом технологических зазоров между вагонеткой и стенками и перекрытием камеры. Длина камеры L=ml, м (l – длина формы-вагонетки, м).

127

Длина отдельных зон в установках непрерывного действия пропорциональна продолжительности соответствующих периодов тепловлажностной обработки:

где l1, l2, l3 – длина зон, подогрева, изотермической выдержки, охлаждения, м; z, z1, z2, z3 – время тепловлажностной обработки полное, подогрева, изотермической выдержки, охлаждения.

Тогда число установок для одной конвейерной линии принимают равным:

Если для одной конвейерной линии необходимо несколько камер, то их обычно объединяют в блоки в горизонтальной плоскости или в несколько ярусов по высоте.

Баланс тепла установок непрерывного действия составляют отдельно для зон подогрева и изотермической выдержки. Однако, учитывая, что расчетное время тепловлажностной обработки определено для условий, когда к концу периода изотермической выдержки во всей массе изделий устанавливается стационарное тепловое поле, статьи расхода тепла на нагрев изделия, содержащейся в нем влаги, арматуры и форм-вагонеток можно включить в баланс только зоны подогрева.

Вустановках непрерывного действия через ограждения камеры проходит стационарный тепловой поток и температура массы ограждения постоянна, поэтому расход тепла на нагрев камеры в балансе не учитывают.

Потерю тепла во внешнюю среду через ограждения камеры следует считать по зонам ввиду разной температуры их ограждений.

Для поддержания постоянной температуры в зоне изотермической выдержки следует потерю тепла через ограждения зоны компенсировать дополнительной подачей такого же количества тепла с теплоносителем. Поэтому эту статью увеличивают в два раза.

Вустановках непрерывного действия, снабженных вентиляционной системой, теплоноситель после использования частично или полностью выбрасывают в атмосферу. В тепловом балансе следует учитывать потерю тепла с отработавшим теплоносителем. В случае применения пара возможна его частичная конденсация, тогда в статью потери тепла с конденсатом следует внести коэффициент доли сконденсировавшегося пара, принятый по эксплуатационным данным установки, аналогичной рассчитываемой, так как точному расчету эта величина не поддается.

Тепловой баланс установок непрерывного действия нагляднее составлять на один час их работы. Тогда в статьях расхода тепла на нагрев бетона, влаги, арматуры, форм-вагонеток их масса должна быть отнесена к

128