2390

Таблица 3.11

Продолжительность тепловой обработки бетона при различных способах нагрева

3.16 .Выбор тепловых установок

На заводах сборного железобетона применяют агрегатный, конвейерный и стендовый способы производства и их комбинации. Выбор способа зависит от типа изделий, их конструктивно-технологической характеристики и объема выпуска. Принятый способ производства служит основанием для выбора вида тепловых установок, которые не относятся к ведущему оборудованию цеха. Любой из названных способов производства железобетонных изделий можно обеспечить, используя тепловые установки периодического или непрерывного действия.

При поточно-агрегатном и стендовом способах производства из-

делий применяют установки периодического действия (пропарочные камеры, автоклавы, термоформы, термопосты и др.). В ряде случаев поточноагрегатные линии оборудованы и тепловыми установками непрерывного действия (например, водные конвейеры для труб).

Для конвейерного способа производства изделий применяют тепловые установки непрерывного и периодического действия (камеры, термоформы, автоклавы и др.).

При комбинации способов производства изделий тепловые установки могут быть как периодического, так и непрерывного действия.

Для выбора вида тепловых установок по режиму действия сравнивают их недостатки и достоинства.

Основные недостатки тепловых установок периодического дейст-

вия:

их трудно механизировать и автоматизировать и по этому нельзя использовать для заводов-автоматов;

169

в них непроизводительно расходуется теплоноситель (на прогрев ограждений в начале каждого цикла, на потери в окружающую среду и т. п.), не используется тепло конденсата пара, остывающих изделий, форм

иограждений. Все это увеличивает себестоимость тепловой обработки железобетонных изделий;

периодический процесс приводит к недоиспользованию рабочего объема установок во время загрузки и разгрузки, что уменьшает их оборачиваемость и производительность;

кроме того, эти установки занимают большие производственные

площади.

Стремление ликвидировать эти недостатки привело к разработке те-

пловых установок непрерывного действия, отличающихся удобством в эксплуатации; возможностью компактной укладки изделий в несколько ярусов по высоте; высоким коэффициентом использования емкости и применимостью для всех видов изделий.

Однако и эти установки не лишены некоторых недостатков. К ним можно отнести капиталоемкость и сложность ремонта механических устройств, работающих в тяжелых условиях (температура 100 °С, влажность

100 %),

Для сравнения относительных технико - экономических показателей тепловой обработки изделий в тепловых установках пользуются табл.3.12.

Примечание. Наименьшее значение показателя принято за единицу.

Выбирая вид тепловых установок, учитывают расход пара в них для обработки изделий.

170

При выборе тепловых установок, одинаковых по режиму действия, принимают во внимание следующее: вид теплоносителя, его стоимость, коэффициент теплоотдачи изделиям; режим тепловой обработки (длительность, максимальная температура изотермического прогрева, подогрев составляющих бетона или бетонной смеси, двухстадийная тепловая обработка); наличие принудительной циркуляции теплоносителя; коэффициент заполнения тепловой установки и занимаемой ею площадь; оборачиваемость тепловой установки и годовой съем изделий в м3 с 1 м3 ее объема, а также себестоимость тепловой обработки бетона. В процессе проектирования тепловых установок особое внимание должно быть уделено перспективам развития заводской технологии и тепловой обработки бетона.

В заводском производстве железобетонных изделий будет шире применяться конвейерная технология и меньше – поточно-агрегатная и кассетная. При изготовлении длинномерных преднапряженных конструкций стендовое производство останется наиболее эффективным. Панели будут изготовлять в термоформах. Цикл формования изделий сократится в 1,5 раза, что потребует и сокращения сроков тепловой обработки изделий, возможного в результате применения более активных, эффективных при тепловой обработке цементов, введения добавокускорителей твердения, увеличения жесткости бетонных смесей, улучшения качества их уплотнения и усовершенствования тепловых установок. В частности, для твердения бетона нужны тепловые установки, рассчитанные на быстрый напуск пара и избыточное давление до 0,06 МН/м2 и позволяющие осуществлять как паровой, так и сухой прогрев. Применение даже незначительного избыточного давления (0,01…0,02 МН/м2) в камерах создает условия для обжатия изделий паровоздушной средой, препятствуя тем самым тепловому расширению бетона.

Для тепловой обработки всех видов бетонов основным видом теплоносителя останется пар, а в некоторых случаях будут применять отходящие газы, разогретые жидкости и т.д. В районах, где имеется свободная

171

и дешевая электроэнергия, возможности для использования ее в заводских условиях должны расширяться.

Пример. Ребристые плиты типа ПHC-11 размером 12х1,5х0,45м и объемом 2,08 м3 каждая из тяжёлого бетона марки 400 на портландцементе марки 500 изготовляют по поточно-агрегатной технологии. Цех работает в две смены, т.е. h = 16 ч. Цикл формования τф= 0,33 ч. Выбрать вид тепловой установки.

Решение. Плиты типа ПНС-11, изготовляемые по поточноагрегатной технологии, можно подвергать тепловой обработке электропрогревом, в термоформах, на термопостах и в ямных камерах.

Электропрогрев применяют для изделий с модулем поверхности Мп = 5…20. Определяем модуль поверхности ребристого перекрытия:

Таким образом, электропрогрев плит ПНС-11 с Мп = 54,5>20 не рекомендуется. При этом надо учесть, имеется ли в данном районе достаточная энергетическая база.

Известно, что пропаривать плиты можно в термоформах. При изготовлении длинномерных изделий тепловые отсеки устраивают в бортах форм. Для плит ПНС-11 с большим модулем открытой поверхности этого мало, а подогрев в формах с подогреваемым дном приводит к большим потерям тепла. Кроме того, надо учесть, налажен ли промышленный выпуск термоформ для изделий этого типа.

Термопосты используют для прогрева, как правило, одного изделия. Рассчитаем нужное количество термопостов. Среда – паровоздушная, поэтому тепловую обработку (без учета предварительного выдерживания) назначаем по такому режиму: τт.о=3+6+2= 11 ч. Тогда количество термопостов:

Здесь продолжительность оборота термопоста Тк= 17,0 ч находим по рис. 3.42, исходя из τто= 11ч и длительности загрузки его τз= 0,5 ч, τсут – количество рабочих часов в сутки ,ч; τф – длительность цикла формования изделий, ч; nт.о – количества изделий в камере, шт.

172

вых установок наиболее целесообразно принять камеры ямного типа. Ими могут быть камеры обычные, Л. А. Семенова и с циркуляцией среды.

Изделия на портландцементе рекомендуется обрабатывать при максимальной температуре изотермического прогрева 80 °С. Камеру Л.А. Семенова желательно применять для прогрева изделий при температуре изотермии 95…100 °С, поэтому она не подходит. Из двух оставшихся камер ямного типа всегда предпочтение отдается камерам с циркуляцией среды.

3.17. Выбор габаритных размеров тепловых установок с учетом их коэффициента геометрической эффективности

Широко распространенные в промышленности строительных материалов камеры тепловлажностной обработки изделий обладают одним существенным недостатком – низким коэффициентом полезного действия из-за больших теплопотерь, в том числе и через ограждающие конструкции. Существует два способа уменьшения потерь тепла – уменьшением коэффициента теплопроводности конструкции и, так как теплопотери прямо пропорционально зависят от площади ограждения, уменьшением площади поверхности тепловой установки.

Важным критерием при выборе оптимальных размеров установки является коэффициент геометрической эффективности (далее КГЭ), который равен величине отношения объема установки к ее поверхности. Он характеризует относительный расход материала на ограждения тепловой установки и эффективность использования тепловой энергии в процессе ее эксплуатации.

Так, для установки, имеющей форму куба или шара, КГЭ равен

где а − сторона куба или диаметр шара.

Для тепловых установок, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда, КГЭ равен

a b c

где a,b,c – размеры установки.

Для тепловых установок цилиндрической формы (автоклав) КГЭ ра-

вен

174

где d и l – диаметр и длина установки.

При равных объемах максимальное значение КГЭ характерно для установок шаровидной формы и чуть ниже у установок кубической формы.

Среди типовых тепловых установок наибольшее значение КГЭ характерны для вертикальных пропарочных камер, а наименьшее – для щелевых установок (табл. 3.13).

Пример практического применения. Допустим, необходимо запро-

ектировать вертикальную пропарочную камеру для тепловлажностной обработки железобетонных изделий в формах размером 2х6 м. Расстояния (допуски) между формами и стенами приняты 0,5 м, высота камеры 8 м.

Рассмотрим два варианта компоновочной схемы вертикальной камеры: а – обычно применяемый, традиционный и б – рекомендуемый (рис. 3.43).

175

Рис. 3.43. Варианты компоновочных схем вертикальной камеры:

1 – восходящая стопка форм с изделиями; 2 – нисходящая стопка с изделиями (стрелками показано движение форм с изделиями)

По формуле (3.43) определим КГЭ камеры обоих вариантов:

Разделим КГЭб на КГЭа 1,11/0,94= 1,18.

По варианту б эффективность камеры выше эффективности камеры по варианту а на 18 %; объем камеры уменьшился на 324-308 = 16 м3 (на 4,9 %), а площадь поверхности ограждений снижена на 345-277 = 68 м2 (на 19,7 %). Соответственно расход материала на ограждения и потери тепла через них уменьшается на 19,7 %.

Благодаря более удачной компоновке вариант б позволяет получись дополнительный эффект ресурсо- и энергосбережения.

Кроме того, при использовании компоновки по рекомендуемому варианту уменьшаются расходы энергии и время, необходимые на перемещение форм с изделиями с восходящей стопки на нисходящую, т.к. расстояние перемещения форм сокращается с 6,5 (вариант а) до 2,5 м (вариант б).

176

Таким образом, еще на стадии проектирования, перепроектирования и при реконструкции комбинатов и заводов железобетонных изделий, используя установленные выше зависимости и рекомендуемые варианты компоновок тепловых установок, можно добиться значительной экономии строительных материалов и тепловой энергии.

3.18. Расчет тепловых установок

3.18.1. Расчет ямной камеры

Расчет ямной пропарочной камеры начинают с технологического расчета (ниже приводится полный расчет).

Технологический расчет

Исходные данные. При проектировании технологической линии известны размеры изделий из бетона марки 300; lи×bи×hи=5,97×1,49×0,3 м и габариты форм: lф×bф×hф=6,3×1,8 ×0,45 м. Объем бетона одного изделия Vб=1,0 м3. Производительность линии при пятидневной рабочей неделе в две смены Gгод = 30936 м3/год. Цикл тепловой обработки τт.б = τв + τI + τII + τIII = 1+3+5+3 ч при температуре изотермического прогрева tII = 80 0С. Число формовочных линий мф = 2. Число одновременно формуемых изделий nф = 1. Цикл формования τф = 0,25 ч. Определить геометрические размеры камер ямного типа и их количество.

Решение. Длину камеры при lф = 6,3 м > 4 м принимаем n = 1. При l1=0,1 м по формуле Lк lфn (n 1)l1 находим Lк=1·6,3+(1+1)0,1=6,5 м.

Применяем пакетировщик СМЖ-293 с шагом 485мм, ширина с зазором l1=0,25 м (рис. 3.44).

Определяем ширину камеры. При bф=1,8 м < 2м n1=2. Следователь-

но, согласно формуле Вк=bфn1+(n1+1)l1, Вк=1,8·2+(2+1)0,25=4,35 м≈4,4 м.

Для вычисления высоты камеры принимаем h2=0,2 м, h1=0,035 м, h3=0,05 м, n2=6 шт. Тогда по формуле Нк=(hф+h1)n2+h2+h3,

Нк=(0,45+0,035)5+0,2+0,05=3,2 м. Количество изделий в камере nи=12 шт.

Таким образом, по формуле объем камеры Vк=6,5×4,4×3,2=91,5 м3,

согласно формуле: q nт.о Vи , коэффициент заполнения камеры:

Vк

q=12 5,97 1,49 0,3 0,35. 91,5

177

Рис. 3.44. Схема укладки изделий в пропарочной камере ямного типа: аплан камеры; б продольный разрез; 1 – изделие в форме; 2 – стойки пакетировщика

ф nи

Длительность загрузки камеры определяем по формуле τ3= мф nф ,

Найдя по графику рис. 3.42 Тк=20 ч, подсчитываем по формуле требуемое количество камер:

16 20 2 мк 24 0,25 12 10шт.

Таким образом, необходимо 10 камер плюс 2 запасных, что составит 6 спаренных камер.

Теплотехнический расчёт

Исходные данные:

1. Внутренний размер камеры ………………………….………………..

………………………….…….…Vк Lк Вк Нк 6,5 4,4 3,2 91,5 м3 .

178