Технологическая схема производства
2. Обоснование способа тепловой обработки
Твердение железобетонных изделий может происходить в естественных условиях при нормальной температуре и в условиях тепловой обработки (искусственные условия твердения). Тепловая обработка, позволяющая ускорить твердение бетонной смеси, является, непременной операцией при заводском изготовлении железобетонных изделий.
Для формирования структуры бетона особенно важным являются влажностные условия твердения, поэтому во многих случаях следует отдать предпочтение тепловлажностной обработке железобетонных изделий (пропариванию и запариванию).
При конвейерной схеме производства тепловую обработку железобетонных конструкций (фундаментных блоков) преимущественно в установках непрерывного действия. К ним относятся туннельные, щелевые и вертикальные камеры. Туннельная камера непрерывного действия представляет собой горизонтальный туннель, в котором по рельсовому пути движутся вагонетки с изделиями. Длина камеры зависит от производительности конвейера, числа ветвей и продолжительности цикла тепловой обработки. Загружают и выгружают изделия передаточными тележками, которые передвигают вагонетку с изделием к камере, находящейся ниже уровня земли за пределами цеха. Вагонетки передвигают от одного поста к другому с помощью толкателей; при поступлении изделия в соответствующую ветвь камеры поезд передвигается на один пост и с противоположного конца камеры выходит вагонетка на передаточную тележку. Основной недостаток туннельных камер - большие потери теплоты через торцы. Для предохранения от выбивания горячей паровоздушной среды в цех и подсоса холодного воздуха в камере устанавливают воздушные завесы. Удельный расход пара в туннельных камерах непрерывного действия около 200 кг на 1 м3 бетона.
Тепловую обработку железобетонных изделий проводят до достижения бетоном прочности около 70% проектной, что позволяет транспортировать изделия на строительную площадку и монтировать конструкции из них.
Пропаривание при нормальном давлении производят в камерах периодического или непрерывного действия, оно является наиболее экономичным способом тепловой обработки.
Устанавливать режим тепловлажностной обработки изделий требуется в соответствии с ТКП 45-5.03-13-2005 «Изделия бетонные и железобетонные сборные. Правила тепловлажностной обработки» пункт 7.23. Обработка изделий будет проводиться в двухветвевой туннельной камере. Энергоносителем являются продукты сгорания газа.
Отличительная особенность тепловой обработки изделий в камерах непрерывного действия состоит в том, что формы-вагонетки с изделиями перемещаются вдоль камеры, проходя при этом три зоны с различными температурно-влажностными параметрами: зону предварительного выдерживания, зону активной тепловой обработки и зону остывания.
В горизонтальных камерах непрерывного действия температурные зоны должны быть разделены. Для разделения зон рекомендуется применять механизированные шторные разделители, а при их отсутствии - воздушные завесы или шторы из теплостойкой резины.
Согласное техническому кодексу, установки для тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий в среде продуктов сгорания природного газа (ПСПГ) включают следующие элементы: камеру тепловой обработки; теплогенераторы; системы газоснабжения, вентиляции, обеспечения безопасной работы теплогенераторов. Каждая камера тепловой обработки оборудуется одним или несколькими теплогенераторами типа ТОК-1 или ТОК-1А. В данном курсовом проекте в качестве теплогенератора принимается ТОК-1В.
Объем бетона в камере, в случае колебания коэффициента заполнения полезного объема камеры, принимается по максимальному расчетному значению.
Продолжительность активного периода тепловой обработки (время работы теплогенератора) определяется как суммарная продолжительность периодов нагрева и изотермического выдерживания.
Расчетное значение требуемого количества теплогенераторов округляется до большего целого числа. В рассматриваемом случае будет достаточно одной установки, ввиду малой массы топлива требуемой для сжигания.
Изделия после формования необходимо выдержать до начала тепловой обработки не менее 3 ч при температуре окружающего воздуха не ниже 10°С. При температуре бетонной смеси 20°С время предварительного выдерживания - 2 ч, при температуре 40°С - 1 ч.
Скорость подъема температуры среды в камере, как и при пропаривании, может быть постоянной, постоянно возрастающей, ступенчатой. Чем ниже относительная влажность среды, тем выше может быть скорость подъема температуры, и при постоянном ее значении может быть увеличена для тяжелых и легких конструкционных бетонов до 30-40°С/ч, для конструкционно-теплоизоляционных бетонов - до 40-50°С/ч, для мелкозернистых бетонов - до 20-30°С/ч. При большей скорости подъема температуры среды для мелкозернистых бетонов после прогрева изделий до 30°С-40°С выдерживание следует предусмотреть в течение 1-1,5 ч.
Время подъема температуры среды в камере до 80°С-90°С должно быть не менее 1,5 ч при толщине изделий до 300 мм и не менее 2,5 ч - при толщине изделий более 300 мм.
Температура теплоносителя на выходе из теплогенератора должна быть не более 160°С.
Режим тепловой обработки: предварительная выдержка вне камеры - 2 ч, подъем температуры - 3.5 ч, изотермическая выдержка при температуре 85оС - 6.5 ч, охлаждение - 2 ч. Итого имеем, что общая длительность тепловой обработки составит 12 часов
Примем для расчета 3 смены, продолжительность каждой - 8 часов. На 4 часу смены происходит перерыв на обед, длительностью 30 минут. Ввиду особенностей поддержки рабочей способности камеры, количество рабочих дней составит 248.
Зададимся величиной производительности.
Производительность в год в будет определяться по формуле:
Производительность в час
Переведем в количество изделий:
Количество установок - принимаем одну одноярусную одноветвевую туннельную камеру. В дальнейшем будут рассчитаны основные её габариты.
3. Выбор ограждающих конструкций
Важную роль при тепловой обработке выполняет выбор ограждающих конструкций установки. От правильно выбранной ограждающей конструкции зависит качество тепловой обработки.
Для расчета используем метод последовательных приближений.
Исходные данные:
Стенка камеры представляет собой конструкцию из бетона, пеностекла и стали.
Слой пеностекла определяется из расчета в соответствии с критерием из условия
Принимаем не учитываем в расчете толщины слоя пеностекла.
Тогда:
К расчету принимаем .
1. Принимаем
Определяем температуру:
Для найденной температуры определяем значения и и сравниваем с принятым значением:
2. Принимаем
Определяем температуру:
Для найденной температуры определяем значения и и сравниваем с принятым значением:
3. Принимаем
Определяем температуру:
Для найденной температуры определяем значения и и сравниваем с принятым значением:
4. Принимаем
Определяем температуру:
Для найденной температуры определяем значения и и сравниваем с принятым значением:
5. Принимаем
Определяем температуру:
Для найденной температуры определяем значения и и сравниваем с принятым значением:
6. Принимаем
Определяем температуру:
Принимаем
4. Определение основных габаритов установки
Расчет размеров рабочего пространства установок зависит от режима работы - периодического или непрерывного действия. Как выше отмечалось, применяемые установки в рамках данной рассматриваемой задачи, а именно, туннельные камеры, относятся к установкам непрерывного действия.
Количество изделий, подвергаемых тепловой обработке одновременно:
Количество изделий, находящихся одновременно в камере:
Требуемое количество камер:
Длина камеры:
где - длина формы:
Таким образом:
Ширина камеры:
где - ширина формы, на 0.3м шире изделия, м,
Высота камеры:
где - расстояние от пола установки до верха изделия, 0.3 м;
- высота формы с изделием,
где - высота изделия, 0.16 м;
- высота дна формы, 0.2 м.
м.
- высота колес, 0.12м;
- высота рельса;
Тогда:
м.
Длина зоны предварительной выдержки изделий вне камеры:
м.
Длина зоны нагрева изделий:
где - длительность периода нагрева изделий;
м.
Длина зоны изотермической выдержки:
где - длительность периода изотермической выдержки;
м.
Длина зоны охлаждения:
где - длительность периода охлаждения;
м.
5. Теплотехнический расчет
Тепловой расчет камеры позволяет определить максимальный часовой расход теплоты на камеру, удельный расход теплоты на единицу объема изделий в плотном теле и др.
Тепловой баланс составляется отдельно для периода подъема температуры и изотермического выдерживания.
Теплотехнический расчет тепловой установки для тепловой обработки включает в себя:
1) расчет количества теплоты на нагрев;
2) тепловой баланс установки.
Исходные данные.
Состав бетона на 1 :
портландцемент М400
щебень
песок
вода
Средняя плотность бетона
Средний коэффициент теплообмена
Коэффициент теплопроводности бетона
Толщина изделия
Характерный размер изделия
Объем изделия 1.09
Температура изделия до поступления в камеру
Скорость подъема температуры в камере
Продолжительность режима подъема температуры
Температура режима изотермического прогрева
Продолжительность периода изотермического прогрева
Определение расхода тепла на нагрев изделий
Для обеспечения заданного режима подъема температур в камере необходимо знать расход тепла на нагрев изделий и форм в этот период. Стеновые панели относятся к телам 1 группы, которая включает в себя изделия у которых два любых измерения «бесконечно велики» по отношению к третьему. В расчете такие тела рассматриваются как неограниченная пластина.
1.Определяем теплоёмкость бетона, принимая во внимание что вес сухих составляющих:
тогда удельная теплоемкость бетона:
2. Вычисляем коэффициент температуропроводности бетона:
и величину:
3. Вычисляем величину А, принимая во внимание, что :
4. Вычисляем критерии и :
5. Для найденных значений и по приложению 3 методических указаний находим .
Находим величину m, характеризующую тепловыделение бетона за счет экзотермии вяжущего:
6. По приложению 1 при известном , находим для пластины.
Тогда удельный расход тепла на нагрев бетона:
7. Расход тепла на нагрев изделия:
8. По номограмме в приложении 4 для известных значений найдем температуру поверхности бетона t(R;2) для пластины при определим по приложению 4 значение разности температур между поверхность бетона и средой, величину откуда:
и температуру центра панели , имеем по приложению 4 значение: , откуда:
9. Определим среднюю температуру изделия в конце периода подъема температур:
10. Средняя температур бетона за весь период подъёма температур равна:
11. За весь период подъёма температуры изделие будет иметь:
12. По графикам в приложении 5 находим, что при , В/Ц=0.45 и марке цемента 400 тепловыделение 1кг цемента составит , а для 1 бетона:
13. Определяем среднюю температуру изделия в конце периода изотермической выдержки. Для этого по номограмме в приложении 6 находим для известных величин
находим при и при
14. Температура центра панели без учета экзотермии в конце изотермической выдержки:
а температура поверхности:
15. Средняя температура изделия в конце периода изотермический выдержки:
16. Средняя температура изделия за весь период изотермической выдержки равна:
17. Определяем количество градусо-часов за период изотермического прогрева:
18. Определяем общее количество градусо-часов за периоды подъёма температур и изотермической выдержки:
19. По приложению 2 находим, что для полученных градусо-часов, и марки цемента 400 тепловыделение 1кг цемента составит , а для 1 бетона:
20. Вычисляем m по формуле:
21. Удельный расход тепла в период изотермической выдержки:
22. Расход тепла в этот период на изделие:
Тепловой баланс установки
Тепловой баланс различен для установок периодического действия и непрерывно действующих. Основное отличие состоит в том, что в установках периодического действия ограждающие конструкции камер нагреваются и охлаждаются в каждом цикле их работы, а непрерывно действующие работают в квазистационарном тепловом состоянии. Поэтому в первом случае теплота затрачивается на нагрев конструкций, а во стором - эта статья отсутствует. Статьи баланса изменяются от исходного значения температуры окружающей среды . Баланс может быть составлен относительно и ( - температуры среды в цехе). В последнем все приходные статьи баланса, содержащие разность , обращаются в ноль и из баланса исключаются.