Расчет и проектирование ямной пропарочной камеры профессора Семенова для тепловлажностной обработки перемычек. Производительность 50 000 м3 в год

Kursovoy_Punkty_i_raschyoty.docx

Выбор конструкции установки . 6
Описание конструкции и принцип работы тепловой установки 11
Физико-химические процессы протекающие в обрабатываемом материале при тепловой обработке 15
Выбор и обоснование тепловой обработки 21
Технологический расчёт тепловой установки ..25
Теплотехнический расчёт установки. Определение количества топлива или теплоносителя на тепловую обработку 29
Контроль соблюдения и регулирования режима работы тепловой установки .31
Автоматические установки .
Технико-экономические показатели работы тепловой установки .
Производственная санитария .
Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации установки .
Библиографический список
Железобетонные перемычки – это изделия из бетона и арматурной стали которые используют в строительстве зданий любого типа. Их прямое предназначение – перекрытие проёмов в стенах для переноса на них тяжести конструкции. Также железобетонные перемычки можно использовать при строительстве любого объекта где есть возможность их применить (заборы ограждения каркасы и т.д.). Обрабатываются они в пропарочных камерах.
Пропарочные камеры предназначены для удаления воздуха из щепы что способствует улучшению её пропитки выравниванию влажности щепы. Наиболее распространены ямные пропарочные камеры конструкции Гипростройиндустрии и Л. А. Семёнова.
Достоинства камер Л. А. Семёнова: ямные камеры удобны в эксплуатации имеют хороший коэффициент использования и малые теплопотери.
Недостатки: часто наблюдающееся парение вследствие недостаточной герметичности крышек что ухудшает санитарно-гигиенические условия в цехе.
В данном курсовом проекте прилагается тепловая обработка железобетонных изделий паром. Она происходит в малоподвижной паровоздушной среде высокой относительной влажности. Изделия могут пропариваться как в среде чистого насыщенного пара так и в паровоздушной среде с различным содержанием примеси воздуха. Тогда нагрев свежеотформованной бетонной смеси происходит не только от тепла передаваемого от влажного воздуха к нагреваемому телу под действием разности температур но главным образом за счёт тепла выделяемого при конденсации пара в паровоздушной среде.
ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ
Установки для тепловлажностной обработки предназначены для ускоренного твердения изделий. Особенность организации тепловой обработки изделий при различной технологии производства прежде всего выражается в отличие от работы установок обеспечивающих этот процесс.
Установки для тепловой обработки изделий бывают периодического и непрерывного действия.
К установкам периодического действия относятся: камеры ямного типа тоннельные камеры стендовые установки горизонтальные и вертикальные формы формы с непосредственной подачей пара объёмно-формующие установки бетонирующие комбайны механизированные стенды стенды-автоматы.
К установкам непрерывного действия относятся: горизонтальные вертикальные и щелевые камеры.
При одинаковых относительных потерях тепла в окружающую среду установки непрерывного действия расходуют тепла меньше поскольку в них нагрев ограждающих конструкций осуществляется только при пуске. В установках непрерывного действия технологический прогресс легче стабилизируется и автоматизируется.
Камеры периодического действия в основном делаются прямоугольной формы реже со скруглёнными углами для улучшения циркуляции теплоносителя. Высота камер не более 4 м ширина от 15 м до 4 м длина 7-13 м. Обычно ямную камеру заглубляют на 05 м.
Требуемая степень нагрева изделий в установках периодического действия достигается прежде всего равномерной подачей пара в рабочий объём устройства. Но при этом может возникать неравномерность нагрева как отдельных частей изделий так и их самих по длине или толщине.
Тепловая обработка бетонных или железобетонных изделий паром в ямных камерах происходит в малоподвижной паровоздушной среде высокой относительной влажности. Относительная влажность паровоздушной среды в этих камерах (за исключением начального периода продолжительностью 025-05 ч) в течение всего процесса тепловой обработки изделий с подачей пара в камеру равна 100%. При такой относительной влажности если температура среды в камере будет менее 100С а давление равно барометрическому то согласно закону Дальтона камера будет заполнена насыщенным паром с примесью воздуха. Если же температура среды будет равна 100С то камера заполнится чистым без примеси воздуха насыщенным паром. Таким образом бетонные изделия в ямных камерах могут пропариваться как в среде чистого насыщенного пара так и в паровоздушной среде с различным содержанием примеси воздуха. Тогда нагрев свежеотформованной бетонной смеси происходит не только от тепла передаваемого от влажного воздуха к нагреваемому телу под действием разности температур но главным образом за счёт тепла выделяемого при конденсации пара содержащегося в паровоздушной среде.
К основным конструктивным элементам пропарочных камер относятся ограждения (пол стены крышки и потолок) системы разводки пара и вентиляции.
Рис. 1. Пропарочная камера конструкции Гипростройиндустрии
– гидравлический затвор; 2 – водяной затвор; 3 – труба соединяющая водные затворы; 4 – канал для выхода паровоздушной смеси; 5 – слив воды из водяного затвора; 6 – вентиляционный канал; 7 – канал для разводки пара по периметру камеры; 8 – железобетонная плита с отверстиями; 9 – канал для подачи пара в камеру
Загрузка изделий в ямную камеру и их выгрузка производятся мостовым электрическим краном. Наиболее распространённым видом подъёмного оборудования применяемого при производстве железобетонных изделий являются траверсы и автоматические захваты. Применение электрического захвата навешенного на крюк мостового крана в комбинации со стойками в ямных камерах позволяет автоматизировать их загрузку и выгрузку. Пар поступая в камеру повышает температуру её среды в результате конденсации на твёрдых частицах находящихся в воздухе конденсации на стенах камеры и вследствие перемешивания с воздухом. Благодаря этому относительная влажность в ямной камере всегда
равна 100%. С повышением температуры повышается и давление паровоздушной среды в камере. В каждый данный момент времени давление в камере согласно закону Дальтона равно сумме парциальных давлений пара и воздуха.
Пол камеры выполняют из монолитного бетона или железобетонных плит с гидроизоляцией по подготовке из теплоизоляционного материала. Толщина монолитного бетона или железобетонных плит – 12-20см а слоя утеплителя – 30-40 см. Углы выполняют овальными для улучшения циркуляции теплоносителя и ликвидации мёртвых зон имеющих низкую температуру. Для стока конденсата он должен иметь уклон 0005-001.
Стены камеры могут быть кирпичными бетонными или железобетонными – наиболее прочными и стойкими к механическим воздействиям в процессе загрузки изделий. Толщина наружной стены: из кирпича 380 мм; из железобетона 300-400 мм. Толщина внутренней стены: из кирпича 250 мм; из железобетона 150-200 мм.
Крышу камеры выполняют деревянными или бетонными по металлической сетки внутри заполняют усилителем. Низ крыши по периметру оборудуют уголком заходящим в швеллеры стенок камеры чтобы обеспечить её герметичность. Крыша камеры должна иметь уклон 0005-001 для стока конденсата.
Поверх камеры устанавливают затвор которые заполняют песком или водой. Затворы предназначены для предупреждения утечки паровоздушной смеси или пара через неплотности между составными крышками.
Система разводки пара обычных камер ямного типа состоит из кольцевых паропроводов диаметром 50-60 мм расположенных на высоте 150-300 мм от уровня пола. В трубах расположенных на расстоянии 150-200 мм обеспечивающие равномерное распределение пара по площади камеры есть специальные отверстия диаметром 3-5 мм.
Для отвода конденсата в канализацию используют трубы диаметром 50 мм отвод может быть общим и отдельным для каждой камеры.
Одной из разновидностей ямных камер является безнапорная камера Л. А. Семёнова показанная на рис.2. Её отличие от обычной камеры состоит в том что пар поступает через две перфорированные трубы расположенные вверху и внизу а пар выходящий из обратной трубы для утилизации проходит через конденсатор. В камере Л.А.Семёнова все детали аналогичны только отверстие для вентиляции с герметизирующим конусом для удобства рассмотрения перенесено на торцевую стенку. Добавлены заполный вентиль 1 на участке нижней подачи пара вентиль 2 на верхнем дополнительном паропроводе 3 верхняя дополнительная перфорированная труба 4 для подачи пара сверху; труба 5 снабжённая змеевиком с проточной холодной водой 6 желоб для стока конденсата 7 и запорный вентиль 8 на трубе 5 для выпуска паровоздушной смеси.
В такой камере можно создать максимальную температуру нагрева в 100 ºС. Загрузка выгрузка и влажностная обработка осуществляются так же как и в предыдущей камере. Начальное включение ямной камеры Семёнова осуществляют так же. Закрывают вентили 2 и 8. Открывают 1 вентиль. При этом пар из системы подачи поступает через нижнюю перфорированную трубу в камеру с перемычками и нагревает их до t = (Р’0) что составляет при паровоздушной смеси 80-85 ºС. По достижении этой температуры закрывают вентиль 1 включают вентили 8 и 2. Пар начинает поступать в камеру через верхнюю перфорированную трубу 4 и так как он легче воздуха то постепенно занимает сначала верхний объём камеры а далее всю камеру вытесняя паровоздушную смесь через трубу 5 которая имеет диаметр 100 мм. Поскольку труба 5 охлаждается холодной водой то пар из паровоздушной смеси конденсируется и стекает по желобу 7 воздух выходит в цех. Постепенно паровоздушная смесь выдавливается через трубу 5 и объём всей камеры занимает водяной пар. Момент достижения в камере у отверстия трубы 5 температуры 100 ºС свидетельствует об удалении паровоздушной смеси и вентиль 8 закрывают. Таким образом давление в камере Рк остаётся атмосферным но создаётся только давлением пара. Следовательно приравняв парциальное давление воздуха Р’в = 0 получим
Отсюда температура в камере должна быть 100 ºС.
Изотермическая выдержка перемычек в камере проводится также при такой температуре. Охлаждение и все дальнейшие операции производят так же как и в камере Гидростройиндустрии. Расход пара и в таких камерах такой же как и в обычных ямных и составляет 200 – 300 кг на 1 м3 бетона.
Рис. 2. Пропарочная камера Л.А. Семёнова
– запорный вентиль; 2 – вентиль; 3 – верхний дополнительный трубопровод; 4 – верхние перфорированные трубы; 5 – труба снабжённая змеевиком; 6 – проточная холодная вода; 7 – желоб для стока конденсата; 8 – запорный вентиль
Поскольку в камерах Л. А. Семёнова изделия обрабатываются в одинаковых условиях по всему объёму резко сокращается расход пара и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала.
Паровоздушная среда в обеих камерах ямного типа малоподвижна что замедляет прогрев изделий. Однако 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.
Поэтому в данном курсовом проекте следует использовать ямную камеру профессора А. Л. Семёнова.
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Ямная камера представляет собой пространственную прямоугольную конструкцию. Они принадлежат к установкам наиболее распространённым в промышленности сборного железобетона. В зависимости от вертикальной планировки уровня грунтовых вод и прочих местных условий камера углубляется по отношению к отметке пола полностью или частично так чтобы ограждение камеры выступало над поверхностью пола на 05-07 м.
Основными элементами ямной камеры являются стенки пол с гидравлическим затвором для стока конденсата съёмные крышки и система паропроводов с запорной и регулировочной арматурой для подачи пара в камеру. Стенки камеры изготовляются из тяжёлого железобетона толщиной от 250 до 400 мм в зависимости от габаритов вмонтированных в стены деталей. Такие стены являются прочными малотепроводными и достаточно непроницаемыми для паровоздушной смеси. Недостаток: большой расход тепла на их нагрев большая тепловая инерция.
Рис. 3. Пропарочная камера системы Л.А.Семёнова
– паропровод по котельной; 2 и 3 – нижняя и верхняя перфорированные трубы; 4 – труба для удаления избытка паровоздушной смеси; 5 – гидравлический клапан; 6 – контрольный конденсатор; 7 – водопроводная труба; 8 – трубопровод подогретой воды; 9 – гидравлический затвор
В данном курсовом проекте предлагается запроектировать пропарочную камеру профессора Л.А.Семёнова которая имеет в вертикальном разрезе камеры (рис. 4. фиг. 1) старое стеновое ограждение 1 с
установленной сверху рамой гидрозатвора 2 а также корытообразную железобетонную плиту 3 установленную вертикально металлические закладные детали которые в виде уголка образуют наружное верхнее горизонтальное ребро 4 плиты. На внутренний буртик стен старого ограждения 1 и верхние края бортов корытообразных плит 3 уложена железобетонная балка 5 которая предохраняет конструкцию от разрушения при возможных ударных воздействиях форм во время их погрузки и выгрузки из камеры. При этом высота основной плоскости плит 3 больше её рёбер на толщину балки 5. Сверху на балку 5 уложена горизонтальная металлическая полоса 6 что одним краем приварена к уголку 4 а другим к раме гидрозатвора 2. Воздушный зазор между старым стеновым ограждением 1 и плитами 3 заполнен теплоизоляционным материалом тем же керамзитом. На внутренней поверхности плит 3 расположено парогидроизоляционное покрытие 7 состоящее из слоя битумной мастики и рубероида. Нижняя часть плит 3 свободно опущена на дно траншеи заполненной песком и конденсатом.
На поперечном разрезе камеры (рис. 4. фиг. 2) показаны металлическая закладная деталь в виде уголка 8 образующая вертикальные наружные рёбра основной плоскости плит 3 а также компенсатор теплового расширения 9 выполненный в виде профиля W лирообразного сечения вертикальные края которого соединяются сваркой с уголком 8. Металлическая полоса герметизирующая следующий стык между плитами 3 не показана. Горизонтальная металлическая полоса 6 над тепловым компенсатором 9 имеет вырез аналогичный профилю этого компенсатора и стык между ними также соединяется сваркой.
Рис. 4. Фиг. 1. Фиг. 2.
В данный момент на западе продвигается метод предварительного разогрева бетонных смесей прямо в смесителях при помощи пара: в процессе перемешивания заполнителя и цемента в смеситель подаётся пар. Нагревая бетонную смесь пар охлаждается и конденсируется. Количество подаваемого пара рассчитывается так чтобы его полной конденсации водоцементное соотношение бетона соответствовало проектному. В смесителе бетонная смесь нагревается до температуры не более 60 после чего подаётся к месту формования изделий.
Диаметр отверстий перфорированных труб принимают в пределах 3 5 мм. Расчётный расход пара через дно отверстия – 24 65 кг в 1 ч при давлении 002 Мпа. Глубина не более 4 м. Камера сообщается с атмосферой по вертикальному каналу снабжённому водяным затвором в целях сохранения давления внутри камер на уровне атмосферного. Для установки форм в ямные камеры пропаривания применяют стойки с поворотными кронштейнами. Удельный расход пара при тепловой обработке бетона в ямных камерах зависит от коэффициента загрузки камер и металлоёмкости форм.
Ямные камеры обычно предназначают для одновременной тепловлажностной обработки нескольких изделий установленных в три-шесть рядов по вертикали и в два-три по горизонтали. Загрузку и разгрузку камер осуществляют сверху мостовым краном. Чтобы упростить строповку и расстроповку форм применяют автоматические траверсы а камеры для однотипных изделий оборудуют вертикальными стойками с откидными кронштейнами для опирания форм.
Ямная камераработает следующим образом. С камеры краном снимают крышку и в нее устанавливают формы с изделиями таким образом чтобы они со всех сторон обтекались паром. Крышку закрывают и в соответствии с принятым режимом тепловой обработки в камере поднимают температуру путем подачи пара через парораздающий коллектор с соплами. Цикл пропаривания складывается из предварительной выдержки изделий в теплой камере до подачи пара подъема температуры в камере до максимальной изотермической выдержки изделий при максимальной температуре и охлаждения изделий продувкой воздуха. Продолжительность тепловлажностной обработки зависит в основном от толщины изделий активности и расхода на 1 м3 бетона применяемого портландцемента и назначения конструкции.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОТЕКАЮЩИЕ В ОБРАБАТЫВАЕМОМ МАТЕРИАЛЕ ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ
Бетоном называют одним из основных строительных материалов характеризующийся высокими физико-химическими свойствами.
Скорость нарастания структурной прочности цементного камня и скорость химической реакции может быть увеличена с повышением температуры среды при тепловой обработке. При этом чтобы сохранить влагу используют пар. Это необходимо поскольку влага требуется для процесса гидратации зёрен цемента. С условием сохранения влаги тепловую обработку называют тепловлажностной (ТВО). Охарактеризуем материал и условия введения обработки в процессе изготовления сборного бетона и железобетона.
Загружаемый в камеру материал для тепловлажностной обработки – свежеотвормованный или предварительно выдержанный бетон – состоит из твёрдой жидкой и газообразной фаз.
Твёрдая фаза представлена заполнителем имеющим капиллярно-пористую структуру (щебень гравий песок) и формирующейся структурой цементного камня связывающий заполнитель в конгломерат. Структура формируется в виде пористого тела с различными расположенными капиллярами диаметром от 2×10-7 до 10-2 см; также могут встречаться поры и значительно большего диаметра. В будущем цементном камне на протяжении всего периода твердения происходят процессы гидратации зёрен цемента поэтому твёрдая фаза – это не стабильная система.
Жидкая фаза – химически физико-химически и физико-механически связана влагой. Влага заполняет собой систему капилляров и участвует в процессе гидратации. Следовательно количество влаги связанной с нашим материалом различным способом всё время изменяется. Количество воды зависит от выбираемого водоцементного отношения и для тяжёлого бетона составляет около 170 200 лм3. В процессе формования вода затворения начинает связываться с цементом. В первые один-два часа если считать от начала затворения бетона количество химически связанной влаги довольно мало поскольку в реакции гидратации вступает не более 1% цемента содержащегося в бетоне. Остальная влага приходится на физико-химическую и физико-механическую. Постепенно в химические реакции вовлекается больше цемента и идёт перераспределение влаги по формам связи. Количество химически и физико-механической уменьшается.
Газообразная фаза состоит из воздуха вовлечённого при формовании воздуха выделившегося при деаэрации воды затворения за счёт вибрации при формовании и выделяющегося газа из составляющих бетона в результате химических реакций. По данным НИИЖБ количество газообразной фазы оценивается в 30 40 лм3.
В период предварительного выдерживания перед нагреванием бетонная смесь приобретает начальную структурную прочность и является аналогом затвердевшего бетона. В такой структуре газообразная и жидкая фазы заключены в жёсткую оболочку недеформирующуюся при нагреве и способную сопротивляться тепловому воздействию.
В период нагрева температура и давление пара среды камеры больше чем изделия. Общее давление в зоне будет складываться из парциального давления водяного пара и парциального давления воздуха. Пар отдавая свою теплоту конденсируется на поверхности бетона. Это сопровождается изменением температуры и влагосодержания поверхности изделия и среды: повышается влажность наружных слоёв которые нагреваются и увеличиваются в объёме в большей степени чем внутренние. Возникает градиент температуры и влажности в изделии вызывающий миграцию влаги.
Повышение температуры в тепловом агрегате приводит к прогреву и расширению составляющих бетона из которых наибольшие значения имеют вовлечённый воздух и вода. Тепловое расширение газообразной и жидкой фаз находящихся в порах создаёт в бетоне избыточное давление. Величина избыточного давления зависит от внешнего и внутреннего массообмена направления движения влаг.
Влага движущаяся к внутренним слоям бетона запирает газообразную фазу. Газообразная фаза стремится выйти из бетона и движется навстречу потоку мигрирующей влаги в направлении обратном температурному градиенту. Следовательно расширение паровоздушной смеси в ограниченном объеме и её дополнительное сжатие расширяющейся и мигрирующей влагой способствуют увеличению избыточного давления в порах и капиллярах.
Возникновение избыточного давления в газообразной фазе приводит к разрыхлению структуры и повышению пористости если материал в этот момент не обладает необходимой прочностью и не в состоянии противостоять деструктивным процессам.
Большим внутренним резервом бетона способствующим его сопротивлению деструктивным процессам является контракция. Основная причина уменьшения общего объема при твердении системы «цемент-вода» - различие плотностей исходных и конечных продуктов реакции. То есть общий объем системы уменьшается так как объем новообразований - кристаллогидрата меньше чем сумма объемов реагирующих веществ в результате повышения плотности химически связанной воды. Во всём объеме в процессе твердения возникают контракционные поры поэтому внешний объем твердеющего цементного камня и бетона практически не изменяется.
Возможны различные случаи взаимодействия между избыточным давлением в бетоне и вакуумом: при быстром нагреве свежеуложенного бетона теплофизические процессы обусловливающие избыточное давление опережают развитие контракции и нарастание прочности; при медленном нагреве теплофизические процессы развиваются одновременно с контракцией. В результате избыточное давление незначительно а в определенных условиях может и не возникать.
Для снижения деструктивных процессов в бетоне в период подъема температуры возможно: увеличение длительности предварительного выдерживания; применение рациональных скоростей подъема температуры; создание заданных параметров паровоздушной среды в камере по температуре давлению и относительной влажности; использование предварительно разогретых бетонных смесей.
К началу периода изотермического выдерживания температура бетона по всему сечению изделия выравнивается и достигает максимальных значений температуры среды в тепловом агрегате. В этих условиях прекращаются основные физические процессы происходящие под действием температурного градиента. Бетон достигает размеров наибольших для данного состава и режима тепловлажностной обработки.
При изотермическом выдерживании интенсифицируется гидратация вяжущего формируется структура цементирующего вещества фиксируется сложившаяся к этому периоду капиллярно-пористая макроструктура бетона.
Процессы гидратации и твердения сопровождаются тепловыделением и контракцией. Вследствие экзотермии вяжущего температура бетона становится на 2 – 7 С выше температуры среды в камере. Возникающий температурный градиент должен привести к увеличению избыточного давления. В действительности внутреннее давление в газообразной фазе бетона уменьшается вплоть до развития вакуума за счет одновременно протекающей контракции. Следовательно градиенты температуры и давления возникающие при изотермической выдержке имеют иное направление чем при подъёме температуры. Поэтому конденсат сосредоточенный на поверхности изделия будет не только испаряться под действием градиентов температуры и давления но и всасываться бетоном вследствие возникновения внутриобъёмного вакуума.
При изотермическом прогреве протекают физические и физико-химические процессы в микроструктуре цементирующего вещества. Кристаллогидраты могут иметь различный и иной чем негидратированные зерна цемента коэффициент температурного расширения. Возможно развитие внутрипорового давления объемных изменений и других процессов вызывающих собственное напряжение в цементном камне бетона.
При снижении температуры в установке температура бетона и давление пара в нём будут выше чем в среде. В бетоне начинается движение нагретого воздуха к открытой поверхности а также миграция влаги из глубинных слоев и её интенсивное испарение.
В период охлаждения в установку подают воздух из окружающей среды который охлаждая материал нагревается сам. При нагреве уменьшается его относительная влажность. За счет этого воздух ассимилирует значительно большее количество с поверхности материала стен и крышки и при влажности 100% отработанный воздух удаляется из установки.
При охлаждении протекает целый комплекс взаимосвязанных процессов которые завершают формирование структуры бетона: интенсивное обезвоживание бетона и как следствие усадочные деформации; температурные перепады по сечению изделия приводящие к растягивающим напряжениям; дополнительное выделение кристаллогидратов.
Возникающие перепады температуры и влагосодержания между поверхностью и центральными слоями бетона усиливающийся массоперенос внутри изделия воздействуют на структуру материала и способны привести к её частичному разрушению. Интенсивность миграции и испарения влаги зависит от водосодержания бетонной смеси. Доля перемещаемой и испаряемой влаги может достигнуть 20 - 40% количества воды затворения. Миграция воды сопровождается возникновением длинных открытых каналов увеличением пористости цементного камня.
При охлаждении компоненты бетона стремятся сокращаться в объеме соответственно своему коэффициенту температурного расширения. В местах контакта цементного камня и заполнителей могут возникнуть растягивающие напряжения.
Резкое охлаждение вызывает большой градиент температуры при котором температура внутри изделия значительно выше чем снаружи. Замедленное снижение температуры позволяет уменьшить деформационные напряжения.
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ (РАСЧЕТ СКОРОСТИ НАГРЕВА ИЛИ ОХЛАЖДЕНИЯ)
Согласно СНиП 3.09.01-85 режимы тепловой обработки следует назначать путём установления оптимальной длительности и температурно-влажностных параметров отдельных его периодов: предварительного выдерживания подъёма температуры изотермического прогрева и осваивания с использованием систем автоматического управления параметрами. Длительность предварительного выдерживания следует назначать исходя из условий производства.
В зависимости от способа тепловой обработки выбирается температура и продолжительность изотермического прогрева. Для пропаривания в камерах паром температура tиз=85 С. При этом продолжительность изотермического прогрева t2=10 ч должна определяться временем для достижения в центре изделий температуры больше 80 С.
Привычная для окружающей среды температура принимается t0=20 С. Так как толщина изделия d=160 мм следовательно длительность охлаждения в камере t2=4 ч.
Выбранный режим проверяется расчётом средних температур по сечению изделий к концу основных периодов ТВО: подъёма температуры и изотермической выдержки.
Расчет производится используя критериальные зависимости теплопроводности при нестационарных условиях. Определяется критерий Фурье (1):
где – продолжительность расчётного периода ТВО;
R – определяющий размер изделия R=мод;
α – коэффициент температуропроводости бетонной смеси;
α – определяется по формуле (2):
где λ – коэффициент теплопроводности твёрдого бетона (λ=195);
сб – удельная теплоёмкость бетона (сб=084) кДжкгмС;
ρб – средняя плотность бетона.
где α=150 – коэффициент теплопроводности от паровоздушной среды к поверхности изделия.
С помощью критериев и монограмм находится безразмерные температуры на поверхности и в центре изделия (4-5):
где tс – температура паровоздушной среды;
t – температура поверхности изделия;
t - температура бетона в начале расчётного периода;
tц – температура в центре изделия.
Из графика для определения температуры на поверхности изделия:
Температура паровоздушной среды в первый период ТВО tс=85 С а температура бетона в начале расчётного периода t=20С следовательно:
= 85 – (85 – 61)011 = 76
Температура в центре изделия в первый период ТВО определяется аналогичным образом то есть из графика для определения температуры в центре изделия известно что:
Режим ТВО выбран правильно если к концу первого периода температура поверхности изделия равна температуре среды (допускается ±10 С).
Условие выполняется. Следовательно режим ТВО выбран верно.
Для второго периода ТВО. Критерии Фурье и Био:
Безразмерные температуры на поверхности и в центре изделия:
r = r1 + r2 + r3 = 9 + 1 + 8 = 18 ч.(6)
Средние температуры бетона за соответствующие периоды ТВО:
)tiб = 03×85 + 07×76 = 78 С
) tiб = 03×85 + 07×77 = 79 С.
Схематичные кривые изменения температуры среды и материала в установке для ТВО бетона показаны на рис. 5.
Рис. 5. Схематичные кривые изменения температуры среды и материала в установке для ТВО бетона
t0c t’с t”c - температура среды в камере соответственно после загрузки максимальная и при выгрузке; t0м t’м t”м – температура материала соответственно при загрузке максимальная и при выгрузке; I II III – соответственно периоды подогрева выдержки и охлаждения.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ УСТАНОВКИ
Конструктивный расчёт установки
Длина перемычки 1610 мм ширина 250 мм высота 190 мм.
Длина камеры составляет
где L – длина формы м; n – количество изделий укладываемых по длине камеры шт.; L1 = 035 040 м.
Lк = 8×161+(8+1)×040 = 1648 м.
Ширина камеры составляет
Вк = n1×B+(1+1)B1(2)
где В – ширина формы м; n1 – количество изделий укладываемых по ширине шт.; В1 – расстояние между изделиями изделием и стенкой камеры с учётом размера формы В1 = 035 040 м.
Вк = 7 × 025+ (7+1)×040 = 495 м
Глубина камеры равна
Hк = n2×(H+H1)+H2+H3(3)
где Н – высота формы м; Н1 – расстояние между отдельными изделиями по высоте м с учётом размера форм. Н1 принимается равным 02 м; Н2 – расстояние между нижней формой и дном камеры Н2 = 015 м; Н3 – расстояние между верхним изделием и крышкой камеры Н3>005 м.
Нк = 8×(019+02)+015+005 = 332 м.
м019 = 21 перемычка по высоте. Глубина ямной камеры не более 4 м.
Объём изделий в камере б.о. м3.
где и – объём одного изделия м3; 0 – общие количества изделий в камере шт.
б = 161×025×019×21 = 16 м3
Коэффициент заполнения объёма камер
Коэффициент загрузки камеры
Расчёт производительности установки
Производительность установок периодического действия определяются длительностью цикла работы установки и оборачиваемостью её полезных объёмов.
Длительность цикла работы установки равна
где 3 – время загрузки изделий в установку ч; т.о – время тепловой обработки ч; в – время выгрузки изделий из установки ч.
предварительное выдерживание – 25 ч
изотермический прогрев – 4 ч
ц = 05+ 10 + 05= 11 ч
Время загрузки определяется по выражению
где ф – цикл формирования одного изделия ч; 0 – количество изделий загружаемых в установку шт.
Время выгрузки установки
Так как изделия выгружаются из камер в общем технологическом ритме то можно считать в = з.
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ УСТАНОВКИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ТОПЛИВА ИЛИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ТЕПЛОВУЮ ОБРАБОТКУ
Первый период характеризуется большим расходом пара ( до 85% от общего расхода).
Количество определяется на основании расхода тепла на каждый период ТВО.
Расход тепла на нагрев.
Q = (262+14342+6283)×27×02(8020) = 753138 ккал
Расход тепла на нагрев форм.
Qф = Gфс(t2 t1)m(12)
Qф = 2500×0109(8017) = 206010 ккал
Расход тепла на прогревание ограждающих конструкций.
Qогр = G’i×с’i (t’’ср t’ср)(13)
где t’’ср – температура изотермической выдержки.
Qогр = (2×384×28×05×2400×02+2×684×28×05×2400×02+684×384×02×02×2400+684×384×015×0109×7800)60 = 1213504 ккал
Расход тепла на нагревание воды.
где G – вес воды g – объём изделия t2 – температура изотермической выдержки.
Q = 1049×27×60 = 169938 ккал
Расход пара на заполнение свободного объёма камеры.
Qсв.об = 300V(1g)(15)
где g – степень заполнения камеры изделиями V – свободный объём.
Qсв.об = 300(7354294)(1039) = 807762 ккал
Расход тепла при пропускании через щели и не плотности принимаем 812% от общего объёма расхода.
Тепловой баланс первого периода.
QI = (108÷112)×5i Qi(16)
QI = (108÷112)(753138+206010+1213504+169938+807762) = 26×106 ккал
Во втором периоде изотермического прогрева тепло затрачивается на поддержание постоянной температуры.
QII = (002 ÷ 003)(5i Q + (008 ÷ 012) )5i Qi)(17)
QII = (002 ÷ 003)(26×106) + (008 ÷ 012)26 × 106 = 390000 ккал
Q = 26×106 + 2990000 ккал
Определим расход пара на камеру
Определим расход пара на 1 м3 изделий
КОНТРОЛЬ СОБЛЮДЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ УСТАНОВКИ
Эффективный контроль и регулирование режимов тепловой обработки перемычек могут быть осуществлены при выполненном комплексе работ для нормализации технологического теплопотребления. Она включает в себя: паспортизацию действующих тепловых установок на предприятии и расчёт агрегатных технологических норм расхода тепловой энергии. Настройку регуляторов давления пара рекомендуется производить из условия-поддержания давления пара перед камерой не более 03 МПа; усранение утечек пара в паропроводах запорной арматуре и через неплотности в ямной камере; обеспечение работоспособности устройств для отвода и возврата конденсата из тепловых установок. Обеспечение заданного температурного режима тепловой обработки позволяющего получить требуемые качественные характеристики бетона изделий может быть осуществено с применением: автоматизированных систем управления и программного регулирования температуры и прочности изделий дроссельных диафрагм обеспечивающих подачу в тепловые установки расчётного количества тепловой энергии. Для контроля температуры рекомендуются термометры сопротивления (ТСМ ТСП) и термопары (ТХК ТМК). В камере Семёнова контрольные датчики устанавливаются в специальных нишах внутри камеры на половине её высоты в месте исключающем прямое попадание на них потока пара.
При прогреве перемычек через паровые рубашки контрольный датчик температуры может помещаться на линии отвода конденсата не далее 05 м от формы. Для гарантии постоянного нахождения датчика в проточном конденсате на конденсатоотводной линии отвода конденсата за датчиком должен быть установлен конденсатоотводчик или обратный клапан. Если контрольный датчик показывает температуру выше 95 ºС то это говорит о непосредственном попадании на него струи пара и нужно принять соответствующие меры.
Для обеспечения заданного режима по нормируемому расчётному расходу пара в ямной камере Л.А. Семёнова должны быть выполнены мероприятия: в первую очередь следует стабилизировать давление пара в магистральных трубопроводах. При всех способах контроля оператор заносит в журнал время загрузки камеры длительность отдельных периодов температурного режима время открытия камеры или выгрузки перемычек из ямной камеры. Зимой оператор регистрирует не реже одного раза в смену и записывает ув журнал температуру воздуха в цехе где хранятся распалубленные перемычки.
Прежде чем попасть в камеру пар проходит через измерительную диафрагму ДН с конденсационным сосудом. К диафрагме подключён измерительный регистрирующий прибор ДП – расходомер с интегратором. Вслед за диафрагмой расходомера установлен регулятор давления прямого действия «после себя» а затем прибор показывающий и сигнализирующий давление.
Камера имеет шибер с ручным приводом который открывается при охлаждении камеры соединяя её с каналом из которого отсасывается воздух вентилятором охлаждения.
На щите установлен многополюсный переключатель ПЩ при помощи которого можно поочерёдно во всех камерах управляемых с данного щита отключить датчики от регулятора и подключить их прибору ЛГ показывающему температуру.
На щите должна быть сигнализация: величина давления пара – лампы ЛН ЛП ЛД которые включаются контактным манометром протекание процесса «Охлаждение» и «Цикл окончен» - лампы 1ЛСО и 1ЛО включающиеся регулятором включение соответственно контактами универсального переключателя и магнитного пускателя.
На щите также установлены кнопки управления и универсальный переключатель. Остальные приборы: магнитный пускатель с переключателем ПД звуковой сигнал расходомер с интегратором регулятор давления и манометр стоял около камеры в местах отбора контролируемых величин. Для регулирования температуры применён астатический программный регулятор. Выбран серийный регулятор типа ЭРП-61. Контроль соблюдения регулирования режима работы камеры Семёнова приведён в таблице 1.
Лицо контролирующие операции
Документы в котором регистрируются результаты контроля
Лицо ответственное за обеспечение технологии
Пульт управления оператора
Температура материала в зонах