4.2 Конструктивный расчет

Определяем габариты формы:

• длина формы L_ф = L_в + 2(0,150÷0,180);L_ф =2,43+0,165·2=2,76м;

• ширина формыВ_ф =В_в + 2(0,150÷0,170);В_ф =2,2+0,16·2=2,52м;

• высота формыН_ф = Н_в + (0,10÷0,15);Н_ф = 0,255+0,1=0,265м.

Размеры камеры определяют согласно схеме расположения изделий (рис.4.2).

H_ф

H_ф

Рис. 4.2 Схема расположения изделий по высоте камеры.

Длина камеры:

L_k = L_ф · п + (п + 1) · l₁ , м ;

L_k = 2,76· 2 + (2 + 1) · 0,1 = 5,82 м ;

где п – количество форм по длине камеры, шт. (при L_ф > 4 м, п = 1, так как L_ф < 4 м то принимаем п = 2);

l₁  0,1 м – расстояние между формой и стенкой камеры и между штабелями форм.

Ширина камеры:

В_k = В_ф · п₁ + (п₁ + 1) · l₁ , м ;

В_k = 2,52·2 + (2 + 1)·0,1 = 5,34 м.

где п – количество форм по ширине камеры, шт. (при В_ф > 3 м, п = 1; В_ф < 3, п =2).

Высота камеры:

Н_к = (Н_ф + h₁) · п₂ + h₂ + h₃ – h₁ м ,

Н_к = (0,265 + 0,03) · 6 +0,15 + 0,05 – 0,03 = 1,94 м,

где п₂ – количество форм по высоте камеры шт.; h₁ ≥ 0,03 м – расстояние между формами с изделиями по высоте камеры; h₂ ≥ 0,15 м – расстояние между нижней формой и дном камеры, м; h₃ ≥ 0,05 м – расстояние между верхним изделием и крышкой камеры.

Объем одного изделия:

V_в = L_в  B_в  Н_в ,

V_в = 2,76  2,52  0,265 = 1,84 м³ .

Объем камеры:

V_к = L_к  В_к  Н_к

V_к = 5,82 · 5,34 · 1,94 = 60,3 м³ .

Коэффициент заполнения камеры:

g =

Выбираем режим обработки для изделий из тяжелого бетона на портландцементе марки 400 при наборе изделиями 70 % марочной прочности:

_то = _в + _п + _і + _о ,

_то = 1 + 5 + 7 + 3 =16 ч. ,

где _в – предварительная выдержка изделий; _п – период подогрева изделий; _і – период изотермической выдержки; _о – период охлаждения.

Время цикла работы камеры:

_ц = _з + _то + _р ,

_ц = 0,25 + 16 + 0,25 = 16,5 ч.,

где _з , _р – время загрузки и время разгрузки форм с изделиями из камеры.

Суммарный объем камер для выполнения годовой программы:

м³ ,

где V_р – годовая производительность линии, м³;

В – годовой фонд рабочего времени,

В = С · Ч· Д · К;

В = 2 · 8 · 251 · 0,9 =3773 ч. ,

где С - количество смен за сутки; Ч - количество рабочего времени в смену; Д – количество рабочих суток за год; К - коэффициент полезного действия.

Необходимо количество камер:

Определим коэффициент оборотности форм:

_о = _ц + 1,5 = 16,5 + 1,5 = 18 ч.,

где 18 ч – время, необходимое на обработку форм.

Определяем годовую производительность формы:

С_р = К_в  К_о  Д  V_в

где К_в – коэффициент использования формы, равный 0,92; Д – количество рабочих суток в году (251).

С_р = 0,92  1,33  251  1,84 = 565,11 м/год.

Определим количество форм:

ф = шт.

Объем бетона в камере:

V_б = V_в · п₂ = 1,84 · 6 = 11 м^з .

4.3. Материальный баланс (кг/цикл)

Приход материалов:

Цемент G_ц = Ц · V_б = 283,6· 11 = 3119,6 кг

Заполнители G_з = (П + Щ) V_б = (879 + 1200) ·11 = 22869 кг

Вода G_в = В · V_б = 133,3 · 11 = 1466,3 кг

Арматура G_а = А · V_б = 67· 11= 737 кг

Металл форм G_ф = т_ф · V_б = 1100 · 11 = 12100кг

Выход материалов:

Вода испарения (1 % массы бетона)

W = 0,01 · ρ · V_б = 0.01 · 2532,14 · 11 =278,5кг

Масса воды, которая осталась в бетоне

G_з = G_в – W = 1466,3 – 278,5 =1187,8 кг

Масса других материалов в течение цикла тепловой обработки не изменяется.

4.3.1. Тепловой баланс (кДж/цикл)

Расходы тепла на нагрев сухой части изделий:

Q₁ = (G_ц + G_в) · С_с · (t₂ – t₁) = (3119,6 + 1466,3) · 0,84 · (65 – 20)=173347,02,

где С_с – теплоемкость сухой части изделий, кДж/кг·гр; t₁ – температура изделий при загрузке в камеру, ⁰С.

Расходы тепла на нагрев воды затворения:

Q₂ = G_в · С_в · (t₂ – t₁) = 1466,3 · 4,19 (65 – 20) = 276470,865 ,

где С_в – теплоемкость воды кДж\кг·^оС; t₂ – температура в центре изделия в конце периода изотермической выдержки, ^оС.

Расходы тепла на испарение части влаги:

Q₃ = W[2493 + 1,97·(t₁ + t₃) · 0,5] = 278.5 [2493 + 1,97·(20 + 75)· 0,5] = 720361,14

где t₃ – температура изотермической выдержки, ⁰С.

Затраты тепла на подогрев арматуры:

Q₄ = G_а · С_а · (t₂ – t₁) = 737· 0,46 (65 – 20) = 15255,9

где Са – теплоемкость арматуры, кДж/кг.гр.

Расходы тепла на подогрев форм:

Q₅ = G_ф · С_ф · (t₂ – t₁) = 12100 · 0,46·(65 – 20) = 250470 .

Тепло, которое аккумулировано стенами камеры:

Q₆ = G_ст · С_ст · (t₃ – t₄) = 50575 · 0,56·(75 – 30) =1274490,

где t₄ - температура стенок камеры к загрузке изделий, ^оС; С_ст – теплоемкость керамзитобетона, кДж/кг·гр; G_ст - вес стенок камеры, G_ст = V_ст · ρ_ст ; V_ст – объем стенок камеры:

V_ст = δ (L_к · В_к + 2L_к · Н_к + 2 В_к · Н_к),

где δ – толщина стенок камеры; принимаем, что δ = 400 мм, плотность керамзитобетона ρ_ст = 1700 кг/м³.

V_ст = 0,4 · (5,82 · 5,34 + 2 · 5,82 · 1,94 + 2 · 1,94 ·5,34) = 29,75 м³;

G_ст = 29.75 · 1700 =50575 кг.

Затраты тепла на нагрев крышки камеры:

Q₇ =(G_м · С_м + G_із · С_із)·(t₃ – t₁) = (10764 · 0,46 + 570 · 0,74)·(75 – 20) = 295528,2 ,

где G_м – вес металлической части крышки, кг; G_м = V_м · ρ_м = 1,38·7800 = 10764 кг;

С_м – теплоемкость металла крышки, кДж/кг· ^оС; G_із – вес теплоизоляционного слоя крышки, кг, G_із = V_із · ρ_із = 5,7 · 100 = 570 кг;

V_м = (В_к + δ/2·2)·(L_к + δ/2·2)·2·δ_м = (5,34 + 0,4/2 · 2)·(5,82 + 0,4/2 · 2)·2·0,01 = 1,38 м³;

V_із = (В_к + δ/2·2 – δ_м )(L_к + δ/2·2 - δ_м) · δ_із=

= (5,34 + 0,4/2 · 2 – 0,01)(5,82 + 0,4/2 · 2 – 0,01) · 0,16 = 5,7 м³ ,

где δ_м - толщина металла крышки; δ_із – толщина изоляции (шлаковата), м.

Расходы тепла на нагрев свободного пространства в камере:

Q₈ =G_во ·і₁ = V_во · ρ_во · і₁ = 48,95 · 1,092 · 232,3 = 12417,22

где V_во - объем свободного пространства камеры, м³ ;

V_во = V_к - Σ V_ф = L_к · В_к · Н_к –п₂ · L_ф · В_ф · Н_ф = 5,82·5,34·1,94 – 6·2,76·2,52·0,265 = 48,95 м³

по табл. дополнению 13 при t = 0,5(75 + 20) = 47,5 ^оС находим ρ_во = 1,092 кг/м³;

і₁ = 232,3 кДж/кг – энтальпия воздуха.

Расходы тепла за счет истекания тепла из пара сквозь неплотности:

Q₉ = (0,15 ÷ 0,2) · Q_п = 0,15· Q_п

где Q_п – подача тепла из пара в камеру, кДж/цикл.

Затраты тепла в окружающую среду стенами камеры:

Q₁₀ = Q_н + Q_із = 45267,58 + 123457,04 = 168724,62 ,

где Q_н – потери тепла в период нагрева; Q_із – потери тепла в период изотермической выдержки;

Q_н = 3,6 · F · к [0,5 · (t_{1 +} t₃) - t₁] · τ_п = 3,6 · 110,58· 0,827[0,5 (75+20)-20] · 5 = 45267,58,

где F – площадь внешней поверхности стен камеры,

F = (В_к + 2δ)·(L_к + 2δ) + 2·(В_к + 2δ)·(Н_к + 2δ)+ 2·(L_к + 2δ)·(Н_к + 2δ) =

= 40,65+33,65+36,28 = 110,58 м²;

к – коэффициент теплопередачи:

λ – коэффициент теплопроводности керамзитобетона, Вт/м² · ^оС.

Q_із = 3,6 · F · к · t₃ · τ_п = 123457,04

Расходы тепла в окружающую среду крышкой камеры.

Принимаем α₁ = 30 Вт/м²· ^оС; α₂ = 5 Вт/м²· ^оС.

где λ_м , λ_із – теплоемкость металла и изоляционного слоя крышки.

Q₁₁ = 3,6 · F_кр · к · τ₁ · = 3,6·35,7· 0,3·5·=

= 19759,95 ,

где F_кр – внешняя поверхность крышки.

F_кр = (В_к + δ)·( L_к + δ)= (5,34+ 0,4)·(5,82 + 0,4) = 35,7 м² .

Тепло экзотермических реакций [5] :

Q₁₂ = G_ц· К_л · в · q_ц = 3119,6 · 0,85 · 0,6 · 420 =668218,32,

где К_л – часть клинкера в портландцементе в долях от единицы; в – часть прочности изделий, которую они набирают в камере, в = 0,5-0,8; q_ц – количество тепла, которое выделяется при протекании экзотермических реакций в цементе, кДж/кг, дополнение 8.

Уравнение теплового баланса:

Q_п = Q₁ + Q₂+ Q₃ + Q₄+ Q₅ + Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉ + Q₁₀ + Q₁₁ – Q₁₂ ;

Q_п = 173347,02+276470,865+720361,14+15255,9+250470+1274490+295528,2+12417,22 + 0,15· Q_п +168724,62+19759,95-668218,32=2538606,6+0,15· Q_п

Q_п = 2538606,6/0,85 = 2986596

Пар, который подается в камеру, имеет температуру 100 ⁰С, конденсат – 70 ⁰С

Количество тепла, которое необходимо подать в камеру за цикл:

Q_п = q·(і_п – і_к) ,

где q – количество пара за цикл, кг/цикл; і_п – энтальпия пара, кДж/кг (приложение 9); і_к – энтальпия конденсата. кДж/кг ,

Удельный расход пара на 1 м³ бетона: