2390

Вентиляционный водяной эжекторный затвор герметизирует внутренний объем камеры со стороны вентиляционного канала и соединяет его с камерой во время вентиляции для удаления из нее паровоздушной смеси.

Затворы состоят из корпуса, эжектора, деталей для соединения эжектора с корпусом, воронки и сливной трубы.

Вкамерах большой высоты при малоподвижной среде паровоздушная смесь расслаивается: пар располагается сверху, воздух – внизу. Это создает статическое давление под крышкой (потолком), что приводит к выбиванию горячей смеси вверху и засасыванию холодного снизу. Если

камеру сделать герметичной, не обеспечив свободного выхода паровоздушной смеси, при нагреве ее от 20 до 80 0С давление возрастает до 0,16…0,18 МН/м2. Конструкция камер на такое давление не рассчитана, поэтому должен быть удален избыточный объем паровоздушной смеси. Экономичнее удалять холодный воздух из нижней зоны камеры. Давление

вкамере должно быть на 20…30 Н/м2 больше, чем в цехе, иначе произойдет засасывание холодного воздуха через неплотности в ограждении.

Пропарочные камеры конструкции Гипростройиндустрии имеют ряд недостатков. В частности, в них практически невозможно обеспечить герметичность ограждений, постоянство температуры и давления водяных паров, 100 %-ную влажность при изотермическом прогреве, быстрый и равномерный прогрев изделий по всему объему.

Безнапорная пропарочная камера Л.А.Семенова лишена этих недос-

татков. Для сообщения с наружным воздухом и обеспечения свободного выбора паровоздушной смеси камера оборудована обратной трубой с автоматическим гидравлическим клапаном и контрольным конденсатором. Для вытеснения холодного воздуха и паровоздушной смеси в верхней зоне камеры установлен еще один кольцевой паропровод, через который подается пар.

Вбезнапорной пропарочной камере можно создать, кроме обычных температур 80…90 0С, чистую паровую среду влажностью 100% и температурой 100 0С. Температура в камере фиксируется термометром, установленным на контрольном конденсаторе, который вместе с регулятором прямого действия смонтирован на наружном конце обратной трубы. Внутрен-

ний конец обратной трубы оборудован гидравлическим клапаном. Для камер вместимостью до 80 м3 рекомендуется обратная труба диаметром 108 мм. В камерах большего объема диаметр обратной трубы должен быть увеличен.

Пар из камеры по обратной трубе поступает в патрубок контрольного конденсатора, соприкасается с холодными трубами змеевика, по которым со скоростью 100 л/ч циркулирует холодная вода, и, конденсируясь,

79

стекает на дно ящика конденсатора, а из него – в поддон, затем через отверстие в патрубке – в обратную трубу и по ней в гидравлический клапан.

Конденсат заполняет внешнее кольцо стакана гидравлического клапана, излишек переливания – через края последнего. Между уровнем воды

встакане и нижним краем обратной трубы возникает кольцевая щель, через которую в обратную сторону выходит избыток паровоздушной смеси или чистого насыщенного пара. Размер щели зависит от разности давлений

вкамере и в обратной трубе: чем больше разность давлений, тем шире щель. При подаче пара в камеру избыток паровоздушной смеси ищет выход и давит на поверхность воды. Уровень ее понижается, избыток переливается во внутренний цилиндр, тем самым создавая щель для выхода паровоздушной смеси из камеры в обратную трубу.

На крыше ящика конденсатора установлен автоматический регулятор прямого действия РПД-С-II, обладающий весьма высокой чувствительностью и малой тепловой инерцией. Через него пар поступает в верхние трубы. К подушке регулятора прикреплена прямая тонкая медная трубка диаметром 8 (6)мм, к которой приварена изогнутая толстая медная трубка диаметром 15 (13)мм.

Выходящая из камеры паровоздушная смесь поступает в верхнюю часть ящика конденсатора и прогревает тонкую медную трубку. Затем прогревается толстая трубка, в которой находится спирт. При уменьшении притока пара из камеры в конденсатор паровая зона в ящике поднимается выше толстой трубки, которая начинает очень интенсивно охлаждаться, так как соприкасается с холодным змеевиком. В результате все процессы испарения и конденсации спирта происходят только в толстой трубке. Поэтому давление паров спирта в полостях регулятора (в медной трубке и в подушке под диафрагмой) зависит только от прогрева толстой трубки. При ее нагреве давление паров спирта резко увеличивается и регулятор прикрывается, во время охлаждения пары спирта конденсируются, давление понижается и регулятор открывается.

Внутренний объем камер Л. А. Семенова вентилируется одновременно с охлаждением изделий. Кратность циркуляции воздуха в камере за период охлаждения можно принять равной 200. Вентиляционная установка обслуживает группу камер. Поскольку в камерах Л. А. Семенова изделия обрабатываются в одинаковых условиях по всему объему, резко сокращается расход пара и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала (отсутствует парение).

Врассмотренные пропарочные камеры ямного типа пар поступает через многочисленные отверстия малого диаметра, и энергия выхода струей гаснет уже около разводящего паропровода. При малой скорости выхода из отверстий пар устремляется вверх, минуя горизонтально располо-

80

женные щели и технологические отверстия. Он не может ликвидировать или существенно уменьшить образующуюся при конденсации водяную пленку на изделиях, представляющую собой основное тепловое сопротивление. В результате паровоздушная среда в камере малоподвижна, что замедляет прогрев изделий.

Эти недостатки устраняются организацией теплообмена, предложенной А. А. Вознесенским: интенсивной циркуляцией греющей среды с активным и полным омыванием всех поверхностей изделий в камерах типа ПКД-КИСИ.

Ямная камера ПКД-КИСИ оборудована коллектором подачи пара, расположенном на уровне 0,6…0,7 высоты камеры. На нем установлены крупноразмерные (15…25 мм) точечные сопла типа Лаваля или цилиндрические, оси которых направлены вниз или по оси трубчатых изделий, расстояния между соплами 500…1000 мм, угол развития струи 25…300. Выходящий из сопел с большой энергией пар вовлекает неподвижную греющую среду в скоростную циркуляцию с многократным коэффициентом (4…6 и более). Скоростные потоки проникают ко всем поверхностям изделий и выравнивают температуру среды по высоте камер. При этом резко возрастает коэффициент теплоотдачи греющей среды, сокращается цикл тепловой обработки и снижается удельный расход пара до 160…200 кг/м3. В камере установлена обратная труба с гидравлическим клапаном или водяным затвором, которая соединяет внутренний объем камеры с атмосферой и поддерживает в камере минимально требуемое давление, исключающее выброс пара и подсос холодного воздуха.

Для уменьшения аэродинамического сопротивления зазоры между формами должны быть не менее 50 мм, а прямые углы у стен камеры закругляют. Чтобы снизить влияние холодного пола, между ним и нижней формой оставляют зазор около 200 мм.

Напольные камеры, устанавливаемые на уровне пола цеха, применяют при стендовом способе производства изделий. На стендах в напольных камерах, длина которых достигает 70…100, а высота 0,5…0,7 м, подвергают тепловой обработке плоские длинномерные конструкции (фермы, сваи и т.п.). Сверху такие камеры закрывают крышками. Изделия здесь обогревают острым или глухим паром, паропроводы соединены в секции длиной до 5 м. Трубопровод с глухим паром или горячей водой заложен в бетонные плиты пола на глубину 50…70 мм.

Туннельные камеры классифицируются на тупиковые и проходные. В тупиковые камеры изделия загружают и выгружают через один и тот же проем, в проходные – через противоположные проемы. Двери по периметру проемов герметизируют термостойкой резиной. В камерах бывает один или два рельсовых пути. По ним загружают пакетированные на вагонетках

81

изделия. Габариты камер: высота 1,6…2 и ширина 1,5 м, для однопутных и 2,8…3 м для двухпутных, длина 10…30 м. Требования их конструкций такие же, как к камерам ямного типа.

В туннельных камерах обрабатывают изделия небольших размеров. Многоярусные проходные туннельные камеры используют при изготовлении шпал, стеновых блоков, панелей перекрытий и др.

3.2. Эффективные системы парораспределения и экономия тепла в ямной камере

Недостатками тепловых агрегатов являются температурные перепады по высоте, снижающие однородность технических свойств изделий после тепловой обработки. В пространствах между изделиями в камерах, в технологических пустотах и полостях изделий образуются области неподвижной греющей среды, так называемые воздушные «мешки», что существенно снижает эффективность тепло- и массообмена. Для устранения этих недостатков применяют направленное движение теплоносителя за счет эжектирующего действия струй пара, подаваемого в пропарочную камеру под давлением из крупноразмерных точечных сопел, что выравнивает тепловлажностные условия во всем объеме камеры на протяжении всего периода пуска пара. Направленная циркуляция среды за счет струйной энергии подаваемого пара может быть получена как в установках периодического, так и непрерывного действия.

Однородность среды повышается при оснащении камеры отводной трубой с клапаном для удаления избытка воздуха, что также повышает эффективность прогрева.

Ниже рассмотрены эффективные системы распределения пара в наиболее распространенных тепловых установках.

Ямные камеры периодического действия могут быть оборудованы одной из эффективных систем парораспределения, хорошо себя зарекомендовавших на практике.

Парораспределение с помощью крупноразмерных (15...25 мм) паровыпускных устройств точечного типа (сопла Лаваля или цилиндрические), установленных у днища камеры или на двух горизонтальных коллекторах, расположенных на противоположных стенках камеры на разной высоте

(рис. 3.5, а). Сопла располагают с шагом 500...1000 мм. Струи пара не должны быть направлены на поверхность бетона. Интенсификация движения теплоносителя внутри камеры достигается противоположным направлением сопел на двух коллекторах. Эжектируемый пар, выходящий из сопел с большой скоростью, захватывает неподвижную греющую среду в скоростную циркуляцию с многократным коэффициентом (4...6 и более),

82

интенсивно смешивая теплоноситель в камере. В результате улучшаются равномерность прогрева изделий и однородность свойств бетона.

Рис. 3.5. Схемы парораспределения: а с помощью сопел; б через вертикальные стояки; в с помощью насосов-кондиционеров; г с внешним эжектором; 1 магистральный паропровод; 2 запорный вентиль; 3 регулирующий клапан; 4 нижний коллектор; 5 сопло; 6 верхний коллектор; 7 съемная дроссельная шайба для стока конденсата; 8 вертикальный стояк; 9 обводная линия; 10 продувочный трубопровод; 11 внешний эжектор

Давление пара перед соплами, камерой, на разводной гребенке должно быть согласовано с Госгортехнадзором.

Парораспределение с выпуском теплоносителя через вертикальные стояки. Направленное движение теплоносителя в камере можно организовать не только в вертикальной плоскости, как было показано ранее, но и в горизонтальной (рис. 3.5, б, в). Равномерная подача пара по высоте камеры через отверстия в стояках обеспечивает его равномерное распределение, а большее (по сравнению с коллекторами в предыдущей схеме) количество стояков с направленным расположением отверстий создает интенсивное движение теплоносителя, но организованное в горизонтальной плоскости. При этом стояки можно поставить и в углах камеры, т. е. там, где обычно образуется зона неподвижной среды: это повышает однородность греющей среды и условия тепло- и массообмена.

Для интенсификации теплоотдачи путем повышения скорости движения теплоносителя вертикальные стояки могут быть оборудованы со-

83

плами или насосами-кондиционерами. В результате разности давлений, получаемых на концах соплообразного патрубка насоса-кондиционера за счет различной скорости поступления пара, происходит подсос паровоздушной среды из камеры и последующее перемешивание с поступающим паром.

Рассмотренные системы с соплами типа сопел Лаваля эффективны в камерах пропаривания, если возможно обеспечить требуемые параметры пара перед камерой.

Пароснабжение камеры с внешним эжектированием паровоздушной среды. Усовершенствованная система пароснабжения ямных камер разработана Харьковским институтом инженеров коммунального строительства

(рис. 3.5, г).

Эффективность системы повышается за счет применения внешнего эжектора, с помощью которого можно осуществлять рециркуляцию паровоздушной смеси через перфорированный коллектор, установленный в нижней зоне камеры. Это способствует хорошему перемешиванию смеси. Подавать пар можно отдельно через сопла верхнего или нижнего коллектора, а также одновременно. Количество сухого пара можно уменьшить, так как изделия будут нагреваться за счет рециркуляции теплоносителя; при увлажнении пара подавать его в период нагрева можно через сопла и перфорированный нижний коллектор, а в период изотермической выдержки подачу теплоносителя следует перевести на рециркуляционный режим.

В период охлаждения изделий внешний эжектор при необходимости можно использовать для отсоса паровоздушной смеси из камеры, однако это связано с дополнительным расходом пара (около 50 кг/м3).

Эффективным средством повышения КПД энергозатратных пропарочных камер в настоящее время является теплоизоляция ограждающих конструкций, сокращающая теплоемкость ограждений и потери те-

пла в окружающую среду. Значение этого энергосберегающего мероприятия видно из приведенного ниже теплового расчета камеры:

расход тепла на нагрев изделий в формах – 29 %;

потери тепла через ограждающие конструкции при активной термообработке – 13 %;

потери тепла с остыванием конструкций камеры при перерывах в работе – 45 %;

тепловые потери в грунт – 13 %.

Значительное снижение тепловой емкости ограждений может быть достигнуто при устройстве дополнительного теплоизоляционного слоя на

84

внутренней поверхности стенок камер периодического действия. При этом снижаются потери тепла в окружающую среду за счет увеличения термического сопротивления стен, особенно керамзитобетонных.

Повышением термического сопротивления ограждающих конструкций до 0,8…1,0 (м2·0С)/Вт и более теплопотребление можно сократить почти вдвое.

За последние годы научными и проектными организациями страны разработано много эффективных технических решений ограждающих конструкций камер (стен, днища, крышек) для различных условий их эксплуатации.

Технические характеристики пропарочных камер с различными видами ограждений представлены в табл. 3.1.

85

Наиболее простым решением повышения эффективности пропарочных камер является замена в ограждающих конструкциях тяжелого бетона керамзитобетоном с гидрофобизирующими добавками (рис. 3.6) и гидрозащита внутренней поверхности латексным составом ЛСП-904 или гидроизоляционной гидробутиловой пленкой. Однако, как видно из данных табл.3.1, подобные камеры имеют КПИ не выше 50 %. Более совершенными являются камеры с теплоизоляцией, выполненной из различных теплоизоляционных материалов, отличающихся коэффициентом тепло-

проводности (0,02…0,10 Вт/(м·0С)),

плотностью (40…400 кг/м3). Известные технические решения теплоизолированных ограждений камер: теплозащитный слой с гидрозащитой

стальным листом (рис. 3.7), экранная изоляция с воздушными прослойками (рис. 3.8), ограждения из трехслойных панелей (рис.3.9) и др., отличающиеся видом теплоизоляционного материала, способом паро- и гидрозащиты теплоизоляции, техникой изготовления и монтажа, правилами эксплуатации и ремонта, выбираются каждым конкретным заводом на основе расчета экономического эффекта, капитальных затрат и срока их окупаемости.

Наиболее распространенным типом малоинерционных пропарочных камер являются камеры с внутренним теплоизоляционным слоем из традиционных утеплителей: пенопластов, пеностекла, минераловатных плит. Эти материалы в условиях паровоздушной среды быстро насыщаются влагой и теряют свои теплозащитные свойства, поэтому необходима их паро- и гидрозащита, наиболее надежной является защита стальным листом. Однако следует отметить такие ее недостатки, как дефицитность листовой стали толщиной 3…4 мм, трудоемкость изготовления и необходимость антикоррозионной защиты.

86

Сборная экранная теплоизоляция также не лишена недостатков, главными из которых являются трудоемкость изготовления, старение стеклопластика, коробление асбестоцементных листов в условиях высоких температуры и влажности.

7

8

9

10

панель; 9 –песчаная подготовка; 10 – керамзитовый гравий

Анализ существующих конструктивных решений малоинерционных пропарочных камер ямного типа показал, что задача создания технологических ограждающих конструкций, одинаково пригодных для новых и реконструируемых камер, может быть оптимально решена при наличии материала, сочетающего необходимые тепло- и гидроизоляционные свойства. Создание ограждающих конструкций с использованием таких материалов представляет собой новое направление в конструировании пропарочных камер.

87

К теплогидроизоляционным материалам можно отнести асфальтовые и цементные гидрофобизированные бетоны на пористых заполнителях, эпоксидные пенопласты и сферопласты. В табл.3.2 приведены свойства теплогидроизоляционных материалов.

Гидрофобизированные легкие бетоны используют в качестве конструктивных теплогидроизоляционных материалов. В состав бетонной смеси вводят воздухововлекающие гидрофобизирующие по- верхностно-активные вещества. Одновременно для снижения водопоглощения осуществляется гидрофобизация пористых заполнителей разжиженным битумом. Вследствие больших значений плотности и теп-

лопроводности гидрофобизированные бетоны следует признать малопригодными для внутренней теплоизоляции камер.

Таблица 3.2

Основные характеристики материалов ограждений камер