
Vбет – объем бетона в изделии, м3
nизд – число изделий в камере
Потребное количество ямных камер, обеспечивающих заданную годовую производительность цеха:
,
шт. (8)
Мк = 34000 ∙ 12,5/ 253 ∙ 24 ∙ 1,68 ∙ 6 = 7 шт;
где Ргод – годовая производительность цеха, м3;
τц – продолжительность одного цикла термообработки;
τц = τ0+ τ1+ τ2+ τ3+ τ4 ч (9)
τц = 2+3+4+2+1,5 = 12,5 ч;
где τ0 – время предварительной выдержки, ч;
τ1 – время подъема температуры, ч;
τ2 – время изотермического прогрева, ч;
τ3 – время охлаждений изделий, ч;
τ4 – время загрузки – выгрузки камеры, ч;
=
45+45/60 = 1,5 ч;
(10)
t3 – время загрузки, ч;
tр – время разгрузки, ч;
=15
·
6/2 = 45 мин;
(11)
t3 = tр = 45 мин.;
tф – цикл формования изделия, мин., принимается по нормам технологического проектирования:
при Vбет до 1,5 м3 tф = 12 мин;
Vбет от 1,5 до 3,5 м3 tф = 15 мин;
24 – число часов в сутках;
Vбет – объем бетона в одном изделии, м3.
3.2 Теплотехнический расчет установки
Тепловой баланс ямной камеры составляется на период её работы на всю массу загруженных изделий.
Приход тепла
С паром
,
кДж (12)
Q1 = Дп ∙ 2683 = 1485 ∙ 2683 = 3984255 кДж;
где Дп – расход пара за период работы ямной пропарочной камеры. Величина неизвестная определяется из уравнения теплового баланса.
-
энтальпия пара, определяется по таблице
«Сухой насыщенный пар и вода на кривой
насыщения».
От экзотермических реакций твердение цемента
,
кДж (13)
Q2 = 400 ∙ 462,5 ∙ 0,9325 / 162 + 0,96 ∙ 462,5 ∙ 0,748 ∙ 3427,2 = 729775 кДж;
где Rц – марка цемента;
θ – число градусо-часов тепловой обработки.
θ = 0,5 ∙ (t1 + t2) ∙ τ1 + t2 ∙ τ2 , град ∙ ч. (14)
θ = 0,5 ∙ (15+80) ∙ 3 + 80 ∙ 4 = 462,5 град ∙ ч;
где t1 – начальная температура нагревания изделий, 0С;
t2 – максимальная температура нагрева изделий, 0С;
τ1 – время подъёма температуры, ч;
τ2 – время изотермического прогрева, ч.
Если θ ≤ 290, то а = 0,32 + 0,002 θ
Если θ > 290, то а = 0,84 + 0,0002 θ (15)
а = 0,84 + 0,0002 ∙ 462,5 = 0,9325
Мцем – масса цемента в пропариваемых изделиях, кг;
Мцем = Ц ∙ Ек, кг (16)
Мцем = 340 ∙ 10,08 = 3427,2 кг;
где Ц – расход цемента на 1 м3 бетона, кг;
Ек – емкость камеры, м3;
Ек = Vбет ∙ nизд (17)
Ек = 1,68 ∙ 4 = 10,08 м3;
где Vбет – объем бетона в изделии, м3.
nизд – количество изделий в камере.
В/Ц – водоцементное отношение.
Итого приход тепла:
Qприх = Q1 + Q2 (18)
Qприх = Дп ∙ 2683 + 729775 = 1485 ∙ 2683 + 729775 = 4714030 кДж;
Расход тепла
На нагрев сухой массы бетона
Q1’ = Сс.б ∙ Мс.б ∙ (t2 - t1), кДж (19)
Q1’ = 0,88 ∙ 22276,8 ∙ (80 -15) = 1274233 кДж;
где Сс.б - массовая теплоёмкость бетона, Сс.б = 0,88 кДж/кг·к
Мс.б - масса пропариваемого бетона, кг;
Мс.б = ρ с.б ∙ Ек (20)
Мс.б = 2210 ∙ 10,08 = 22276,8 кг;
ρ с.б - плотность сухого бетона, кг/м3
ρ с.б = Ц + П + Щ(К) (21)
ρ с.б = 340+590+1280 = 2210 кг/м3;
t2 – максимальная температура нагрева изделий, 0С;
t1 – начальная температура нагрева изделий, 0С;
На нагрев и испарение части воды затворения
Q2’
=
W
∙ (2493 + 1,97 ∙
),
кДж (22)
Q2’ = 222,768 ∙ (2493 + 1,97 ∙ (15+80 / 2)) = 576206 кДж;
где W – масса испаренной воды,
для тяжелых бетонов W = 0,01 ∙ Мс.б = 0,01 ∙ 22276,8 = 222,768 кг;
для легких - W = 0,03 Мс.б..
На нагрев оставшейся воды затворения
Q3’ = Св∙ (Мв – W) ∙ (t2 - t1), кДж (23)
Q3’ = 4,19 ∙ (1919,232 – 222,768) ∙ (80 - 15) = 462032 кДж;
где Св - теплоёмкость воды
Св = 4,19 кДж/кгК
Мв - масса воды затворения
Мв = В ∙ Ек = 190,4 ∙ 10,08 = 1919,232; (24)
где В – расход воды на 1м3 бетона, л
В = Ц ∙ В/Ц = 340 ∙ 0,56 = 190,4 л; (25)
На нагрев арматуры
Q4’ = Са∙ Ма (t2 - t1), кДж (26)
Q4’ = 0,48 ∙ 852 ∙ (80 - 15) = 26582 кДж;
где Са – теплоёмкость арматуры
Са = 0,48 кДж/кгК
Ма = масса арматуры в пропариваемых изделиях
Ма = mа ∙ Ек или Ма = m’а ∙nизд = 142 ∙ 6= 856 кг; (27)
где mа – расход арматуры на 1 изделие, кг/ м3
Ек – емкость камеры, м3;
m’а – расход арматуры на 1 изделие, кг;
nизд – количество изделий в камере, шт;
t2 – конечная температура нагрева арматуры, 0С;
t1 – начальная температура арматуры, 0С.
На нагрев транспортных устройств
Q5’ = Стр∙ Мтр (t2 - t1), кДж (28)
Q5’ = 0,48 ∙ 1344 ∙ (80 - 15) = 41933 кДж;
где Стр - теплоёмкость транспортных устройств
Стр = 0,48 кДж/кгК
Мтр - масса транспортных устройств в камере, кг;
Мтр = mтр ∙ Hк ∙ n, кДж (29)
Мтр = 120 ∙ 2,8 ∙ 4 = 1344 кДж;
где mтр – удельная норма расхода метала в кг на 1 м длины стойки с кронштейнами, mтр = 120 кг;
Hк – высота камеры, м;
п – число стоек в камере; n=4
t2 – конечная температура нагрева стоек, 0С;
t1 – начальная температура стоек, 0С.
На нагрев форм
Q6’ = Сф ∙ Мф (t2 - t1), кДж (30)
Q6’ = 0,48 ∙ 25200 ∙ (80 - 15) = 786240 кДж;
где Сф - теплоёмкость форм
Стр = 0,48 кДж/кгК
Мф - масса форм, находящихся в камере, кг;
Мф = mф ∙ Ек или Мф = m’ф ∙nизд. = 4200∙ 4= 25200 кг; (31)
где mф – масса арматуры на 1 м3 формуемых изделий кг/ м3;
Ек – емкость камеры, м3;
m’ф – масса одной формы, кг.
На аккумуляцию ограждающих конструкций камеры
Q7’ = Qбет + Qмин.в+ Qмет, кДж (32)
Q7’ = 892375 + 85765,5 + 27920,88 = 1006061 кДж;
Исходя из конструктивного расчёта определяем размеры камеры:
С учётом слоя цементно-песчаного раствора
L3 = L2 + 0,05 · 2 (м) (33)
L3 = 6,8 + 0,05 · 2 = 6,9 м;
B3 = B2 + 0,05 · 2 (м) (34)
B3 = 2,8 + 0,05 · 2 =2,9 м;
H3 = H2 + 0,05 (м) (35)
H3 = 2,8 + 0,05 = 2,85 м;
где L2 ; B2 ; H2 –внутренние размеры камеры, м.
С учётом слоя утеплителя из минеральной ваты
L4 = L3 + 0,1 · 2 (м) (36)
L4 = 6,9 + 0,1 · 2 = 7,1 м;
B4 = B3 + 0,1 · 2 (м) (37)
B4 = 2,9 + 0,1 · 2 = 3,1 м;
H4 = H3 + 0,1 (м) (38)
H4 = 2,85 + 0,1 = 2,95 м;
С учётом ограждений бетона
L1 = L4 + 2 · 0,25 (м) (39)
L1 = 7,1 + 2 · 0,25 = 7,6 м;
B1 = B4 + 2 · 0,25 (м) (40)
B1 = 3,1 + 2 · 0,25 = 3,6 м;
H1 = H4 + 0,25 (м) (41)
H1 = 2,95 + 0,25 = 3,2 м;
Объём цементно-песчаного раствора
Uц.п.р. = L3 · B3 · H3 - L2· B2 · H2 ,м3 (42)
Uц.п.р. = 6,9 · 2,9 · 2,85 - 6,8 · 2,8 · 2,8 = 3,7165 м3;
Объем минеральной ваты
Uмин.в.огр = L4· B4 · H4 - L3 · B3 · H3 ,м3; (43)
Uмин.в.огр = 7,1 · 3,1 · 2,95 - 6,9 · 2,9 · 2,85 = 7,901 м3;
Объем бетона ограждений
Uбет.огр = L1· B1 · H1 – L4 · B4 · H4 ,м3; (44)
Uмин.в.огр = 7,6 · 3,6 · 3,2 – 7,1 · 3,1 · 2,95 = 22,6225 м3;
Крышка камеры выполнена из стального каркаса и обшивки толщиной 0,003 м, заполненной минеральной ватой толщиной 0,2 м.
Длина крышки
L5 = L1 - 0,3 = 7,6 – 0,3 = 7,3 м; (45)
Ширина крышки
B5 = B1 -0,3 = 3,6 – 0,3 = 3,3 м; (46)
Высота крышки
H5 = 0,206 м; (47)
Размеры крышки по утеплителю
L6 = L5 – 0,003 · 2 = 7,3 – 0,003 · 2 = 7,294 м (48)
B6 = B5 – 0,003 · 2 = 3,3 – 0,003 · 2 = 3,294 м; (49)
H6 = H5 – 0,003 · 2 = 0,206 – 0,003 · 2 = 0,2 м; (50)
Объем минеральной ваты в крышке
Uмин.кр = L6 · B6 · H6 = 7,294 · 3,294 · 0,2 = 4,805 м3; (51)
Объем металла крышки
Uмет. = L5 · B5 · H5 – L6· B6 · H6 ,м3 (52)
Uмет. = 7,3 · 3,3 · 0,206 - 7,294 · 3,294 · 0,2 = 0,157 м3;
Суммарный объем минеральной ваты
Uмин.в. = Uмин.в.огр + Uмин.кр , м3 (53)
Uмин.в. = 7,901 + 4,805 = 12,706 м3;
Тепло на нагрев минеральной ваты
Qмин.в. = Смин.в ∙ Ммин.в.∙ tмин.в = 1,8 ∙ 1270,6 ∙ 37,5 = 85765,5 кДж; (54)
где Ммин.в – масса минеральной ваты, кг;
Смин.в – теплоёмкость минеральной ваты,
Смин.в = 1,8 кДж/кг∙ К
Ммин.в. = ρмин.в ∙ Uмин.в. = 100 ∙ 12,706 = 1270,6 кг; (55)
где ρмин.в – плотность минеральной ваты,
ρмин.в = 100 кг/ м3
tмин.в – температура прогрева минеральной ваты, 0С
=
(80
+ 15) / 2 –
10 =
37,5
0С; (56)
Суммарный объем бетона и цементно-песчаного раствора
Uбет = Uбет.огр + Uц.п.р.= 22,6225 +3,7165 =26,339 м3;
Тепло ограждений бетона
Qбет = Сб ∙ Могр.бет.∙ tогр.бет, кДж (57)
Qбет = 0,88 ∙ 36875 ∙ 27,5 = 892375 кДж;
где Сб – теплоемкость бетона
Сб = 0,88 кДж/кгК
Могр.бет – масса ограждений из бетона
Могр.бет = ρбет.огр.∙ Vогр.бет (58)
Могр.бет = 1400 ∙ 26,339 = 36875 кг;
где ρбет.огр – плотность бетона ограждений, кг/ м3;
Qбет- суммарный объем бетона цементно-песчаного раствора, м3
Тепло на нагрев металла крышки
Qмет. = Смет ∙ Ммет.∙ tср. мет = 0,48 ∙ 1224,6 ∙ 47,5= 27920,88 кДж; (59)
где Смет – теплоёмкость металла,
Смет = 0,48 кДж/кгК
Ммин.в – масса металла крышки, кг
Ммет. = ρмет ∙ Uмет. = 7800 ∙ 0,157 =1224,6 кг; (60)
где ρмет – плотность металла,
ρмин.в = 7800 кг/ м3
Qмет – объём металла крышки, м3
tср.мет – температура прогрева металла, 0С
= 80
+ 15 / 2 = 47,5 0С;
Тепло, потерянное ограждениями в окружающую среду
Q8’ = 3,6 ∙ α ∙ (tст – tо.с.) ∙ F ∙ τ, кДж (61)
Q8’ = 3,6 ∙0,59 ∙ (35-15) ∙ 126,4 ∙ 7 = 37586 кДж;
где α - коэффициент теплопередачи, α = 0,59 Вт/ м К;
tст - температура наружной поверхности стенки 0С
tст = t1 + (20 – 25) (62)
tст = 15 + 20 = 35 0С;
tо.с - температура окружающей среды, 0С;
F - суммарная площадь ограждающих конструкций камеры, м2.
F = 2 L1B1 + 2L1 ∙ H1 + 2 B1 ∙ H1 , (м2) (63)
F = 2 ∙ 7,6 ∙ 3,6 + 2 ∙ 7,6 ∙ 3,2 + 2 ∙ 3,6 ∙ 3,2 = 126,4 м2;
где L1, B1, H1 – наружные размеры камеры, м;
τ – время подъёма температуры и изотермической выдержки, ч
τ = τ1 + τ2 = 3 + 4 = 7 ч; (64)
Тепло, потерянное с конденсатом
Q9’ = Мк ∙iк” (65)
где Мк – масса конденсата, кг
Мк = Дп – Мсв – Мпр (66)
где Мк – масса пара, занимающего свободный объём камеры, кг
Мсв. = Vсв ∙ ρп” (67)
Vcв – свободный объём камеры, м3
Vcв = Vк – Vб – Vф – Vтр (68)
Vcв =53,312 – 10,08 – 3,23 – 0,17 = 39,83 м3;
где Vк – объём камеры, м3 Vк = V2 = 53,312 м3;
Vб – объём бетона в камере, м3 Vб = Ек = 10,08 м3;
Vф – объём форм в камере, м3
V2 = Lк· Bк · Hк = 6,8 ∙ 2,8 ∙ 2,8 = 53,312 м3; (69)
V2 – внутренний объем камеры, м3
,
м3 (70)
Vф = 25200 / 7800 = 3,23 м3;
Vтр – объём транспортных устройств в камере, м3
,
м3 (71)
Vтр = 1344 / 7800 = 0,17 м3;
ρп”- плотность пара, применяется по таблице «Сухой насыщенный пар и вода на кривой насыщения»;
Мпр – расход пара на пропуски в атмосферу
Мк = Дп – Vсв ∙ ρп”- 0,1 Дп = 0,9 Дп – Vсв ∙ ρп” (72)
i”к – энтальпия конденсата
i”к = 4,19 ∙ tк = 4,19 ∙ 78 = 326,82 кДж/кг; (73)
tк – температура конденсата
Q9’ = (0,9 ∙ Дп – Vсв ∙ ρп” ) ∙ i”к = (0,9 ∙ Дп – 39,83 ∙ 0,6992) ∙ 326,82 =
= 294,138 ∙ Дп – 9102 = 294,138 ∙ 1485 – 9102 = 427693 кДж; (74)
Q9’ = 427693 кДж;
На нагрев пара, занимающего свободный объём камеры
Q10’ =Vсв” ∙ ρп”∙ i”п (75)
Q10’ = 39,83 ∙ 0,6992 ∙ 2683 = 74719 кДж;
Итого расход тепла:
Qрасх= Q1’+ Q2’+ Q3’+ Q4’+ Q5’+ Q6’+ Q7’+ Q8’+ Q9’+ Q10’ (76)
Qрасх= 1274233 + 576206 + 462032 + 26582 + 41933 + 786240 + 1006061 + + 37586 +294,138 ∙ Дп – 9102 + 74719 = 294,138 ∙ Дп + 4276490 =
= 294,138 ∙ 1485 + 4276490 = 4713285 кДж;
Приравнивая статьи прихода и расхода, получаем уравнение теплового баланса с одним неизвестным. Решая уравнение относительно Дп, определяем расход пара за период работы тепловой установки.
Qприх = Qрасх (77)
2683 ∙ Дп + 729775 = 294,138 ∙ Дп + 4276490
2683 ∙ Дп -294,138 ∙ Дп = 4276490 - 729775
2388,862 ∙ Дп = 3546715
Дп = 1485 кг;
Данные теплового баланса сводим в таблицу.
Таблица 3.1- Тепловой баланс установки
Наименование статей баланса |
Количество тепла |
|
кДж/период |
% |
|
Приход тепла 1.С паром 2.От экзотермических реакций твердения цемента
|
3586366,1 470105,02
|
84,52 15,48
|
Всего: |
4714030 |
100 |
Расход тепла 1.На нагрев сухой массы бетона 2.На нагрев части воды затворения 3.На нагрев воды, оставшейся в изделиях 4. На нагрев арматуры закладных изделий 5. На нагрев транспортных устройств 6.На нагрев форм 7.На аккумуляцию ограждающих конструкций 8.Потери тепла в окружающую среду 9.Потери тепла с конденсатом 10.На нагрев пара, занимающего свободный объём камеры 11.Невязка |
1274233 576206 462032 26582 41933 786240 1006061 37586 427693 74719
745 |
27,03 12,224 9,8 0,56 0,89 16,68 21,34 0,79 9,08 1,59
0,016 |
Всего: |
4714030 |
100 |
Невязка бетона
(78)
Н = (4714030 –4713285) / 4714030 ∙ 100 % = 0,016 %;
Расхождение между приходом и расходом допустимо до 1 %. Невязка объясняется округлением величин при расчёте:
Далее определяется удельный расход пара
(79)
dп = 1485/ 10,08 = 147 кг/м3;
Удельный расход нормального пара
(80)
dн.п. = 185,7 ∙ 2683 / 2676 = 147,4 кг/м3;
-
энтальпия натурального пара (используемого
в камере);
-
энтальпия натурального пара
= 2676 кДж/кг
Удельный расход тепла:
=
147,4 ∙ 2676 = 394442 кДж/м3;
(81)
Часовой расход нормального пара
Дчас = Рчас ∙ dн.п. = 5,6 ∙ 147,4 = 825,44 кДж/ч; (82)
Рчас – часовая производительность цеха в м3 бетона
Годовой расход нормального пара
Дгод = Ргод ∙ dн.п. = 34000 ∙ 147,4 = 5011600 кДж/год; (83)
Ргод – годовая производительность цеха, м3
Часовой расход тепла:
Qчас
= Дчас
∙
= 825,44 ∙ 2676 = 2208877,4 кДж;
(84)
Годовой расход тепла:
Qгод
= Дгод
∙
= 5011600 ∙ 2676 = 13411041600 кДж; (85)
3.3 Технико-экономические показатели
установки
1.Вид тепловой установки
2.Характеристика пропариваемых изделий
3.Начальная температура изделия t 1 = 15 0С
Максимальная температура прогрева изделий t 2 = 80 0С
4.Продолжитеьность цикла термообработки τц = 12,5 ч
5.Габариты установки
Lк – 6,8 м
Вк – 2,8 м
Нк – 2,8 м
6.Количество изделий в установке nизд. = 6
7.Производительность цеха Ргод = 34000 м3
8.Часовая производительность цеха Рчас = 5,6 м3/ч
9.Расход пара за период Дп = 1485 кг
10.Удельный расход пара dп = 147 кг/м3
11.Удельный расход нормального пара dн.п = 147,4 кг/м3
12.Годовой расход нормального пара Дгод. = 5011600 кДж/г.
4 Техника безопасности при
эксплуатации установки
Стенку и крышку камеры следует содержать в исправленном состоянии. Прорыв пара через трещины в стенках или неплотных соединениях в крышке должны быть немедленно устранены. Камеры должны быть немедленно оборудованы песчаными или водяными затвором, обеспечивающий герметическое соединение по всему периметру прилегания к ней крышки. При водяном затворе должна быть обеспечена циркуляция находящейся в ней воды.
В процессе тепловой обработки железобетонных изделий избыточное давление паровоздушной среды в камере не должно превышать 30 мм водного столбика. Крышку камеры необходимо оборудовать подъемными петлями, позволяющими снимать и устанавливать ее на камеру при помощи мостового крана. Запрещается укладывать на крышку камеры какие-либо предметы за исключением крышек камеры, а так же нахождение над ними людям.
Камера должна быть оборудована каналами для свободного стока конденсата, образованного в процессе тепловой обработки. Каналы и весь тракт стока конденсата необходимо содержать в исправном состоянии. В процессе нормальной эксплуатации все работы, связные с нагрузкой и выгрузкой изделий должны осуществляться без входа обслуживающего персонала в камеру.
Соответственно камера и подъемно–транспортное оборудование должны быть оснащены устройствами, обеспечивающими выполнения этого условия. Например: для обеспечения правильной установки с автоматическими кронштейнами, а загрузку и разгрузку ямных камер производят с помощью автоматического захвата.
Доступ обслуживающего персонала, в камеру при температуре выше 400С запрещен. Каждую камеру оборудуют приводом, контролирующим температуру. Во избежание ожога рабочих при ремонтных работах, в камере на вводе пара в каждую камеру должен быть установлен дополнительный запорный орган с ручным приводом, исключающий дистанционную подачу в ней пара.
Все ремонтные работы внутри камеры, а также подачу пара в камеру производят по указанию и с разрешения мастера или начальника цеха. Давление пара, подаваемого в камере не должно превышать 0,2 МПа.
Для выполнения ремонтных работ внутри камеры последняя должна быть оборудована скобами или иметь переносную лестницу. С торцов камеры следует устраивать обслуживающие площадки с ограждениями для безопасной работы стоповщиков.
Грузозахватные устройства для подъема и опускания изделий должны массе наибольшего изделия, загружаемого в камеру.
5 Список литературы
-
Казакова О.С., Казакова Л.Ф. Охрана труда и пожарная безопасность на предприятиях железобетонных изделий. М. Высшая школа 1980 г.
-
Н.М. Никифорова. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий. М. Высшая школа 1981 г.
-
В.Ф. Павлов., С.В. Павлов. Основы проектирования тепловых установок. М. Высшая школа 1987 г.
-
В.В. Перегудов., М.И. Роговой. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. М. Стройиздат. 1983 г.
-
В.В. Перегудов. Теплотехника и теплотехническое оборудование. М. Стройиздат. 1990 г.
-
Пособие по тепловой обработке сборных железобетонных конструкций и изделий. М. Стройиздат. 1989 г.
-
Справочник по производству сборных железобетонных изделий под редакцией К.Ф. Михайлова и др. М. Стройиздат. 1982 г.
кП 2–70 01 01 31 СД-31 2011











Лист