Курсовая работа (т): Расчет ямной камеры

Большое значение для качества бетона при тепловой обработке имеет правильное назначение режима прогрева. Нагрев бетона сопровождается расширением его составляющих, что может вызвать нарушение структуры неокрепшего бетона. В результате прочность нагретого бетона в возрасте 28 сут окажется ниже прочности бетона нормального твердения. Чтобы уменьшить отрицательное влияние этого фактора, применяют предварительное выдерживание бетона перед началом тепловой обработки.

Предварительное выдерживание бетона до тапловлажностной обработке повышает конечную прочность бетона, позволяет применять более форсированные режимы, что сокращает длительность тепловлажностной обработки.

При охлаждении панелей, как при нагреве, возникает нестационарное температурное поле, но поток теплоты направлен из изделия. Поэтому необходимо регулировать длительность охлаждения. В пропарочных камерах после укрепления структуры бетона и выравнивания температуры в изделии охлаждение может идти с повышенной скоростью (25 - 50 град/ч) и по регулируемому режиму.

В моем проекте общая продолжительность тепловлажностной обработки составляет 11 часов; продолжительность периода подогрева 3,5 часов; периода изотермической выдержки 5,5 часов, согласно ОНТП 07 - 85. Температура в ямной камере в период изотермической выдержки составляет 80 - 85 0С, давление пара - 0,23 Мпа.

Первыми установками периодического действия, предназначенными для тепловлажностной обработки бетона, были камеры ямного типа и туннельные. С развитием промышленности туннельные камеры периодического действия перестали применять, а ямные, претерпев некоторые изменения, продолжают использоваться в качестве основного типа установок (около 80% всех работающих) тепловлажностной обработки бетона. Простой и самой распространенной на предприятиях сборного бетона является пропарочная камера ямного типа. Эти камеры применяют на заводах и полигонах.

Изготовляемая из железобетона пропарочная ямная камера имеет прямоугольную форму (рисунок 2). Стены камеры 3 для уменьшения тепловых потерь делают комбинированными (конструкции стен, днища и крышки рассматриваются далее). По боковым стенам камеры установлены пакетировщики 4. В одной из боковых стен делается отверстие для забора воздуха 5 из атмосферы при охлаждении, снабженное водяным затвором. Сопряжение крышки 7 со стенками камер снабжено также водяным затвором 6. Для отбора паровоздушной смеси.

Рисунок 2. Схема пропарочной ямной камеры канал 9, сообщающийся через водяной затвор 8 с системой вентиляции. В днище предусмотрена система отбора конденсата 10, пропускающая его и не пропускающая пар

Для нагрева изделий через паропровод 2 в камеру подается пар. Камеры размещаются в технологических линиях и соединяются в блоки. Габариты камеры в плане соответствуют габаритам обрабатываемых изделий. Изделия размещаются в зависимости от размеров в один-два штабеля. Для удобства обслуживания основная часть (до 3/4 высоты) камеры заглубляется в землю.

Принцип работы камеры заключается в следующем. С камеры 1 снимается крышка. Изделие в форме опускается краном в камеру и устанавливается на нижние кронштейны стоек 4. Нагруженные кронштейны заставляют раскрыться следующий' ряд и так далее. После загрузки камеры закрывается крышка, заполняются водяные затворы и начинают подавать пар. Изделия нагреваются (период прогрева) и выдерживаются (изотермическая выдержка) при достигнутой температуре.

В процессе прогрева и изотермической выдержки пар конденсируется, отдает теплоту и в виде конденсата удаляется через систему 10. По окончании выдержки подача пара прекращается, и через канал 9 из камеры удаляется паровоздушная смесь. При этом вода в затворах вскипает и в виде паровоздушной смеси также удаляется. Через освободившийся от воды затвор 5 а также, через затвор 6, соединяющий крышку со стенками, в камеру поступает воздух, который охлаждает изделия, сам нагревается и также удаляется в канал 9. После охлаждения изделий камера раскрывается, а изделия, набравшие 70-80 % марочной прочности, выгружаются из камеры краном. Для этого вместо днища из тяжелого бетона рекомендуется днище с воздушными, прослойками (рисунок 3).

Рисунок 3. Днище с плоской плитой; 1 - цементная стяжка; 2 - плоская плита; 3 - воздушная прослойка; 4 - днище из керамзитобетона; 5 - песчаная подготовка

Основное днище 4 выполняется из керамзитобетона и кладется на песчаную подготовку 5. Над основным днищем, которое выполнено с уклоном к месту отбора конденсата, находится воздушная прослойка 3, перекрытая фальш-днищем. Уклон фальш-днища делается в обратном направлении для создания гидравлической петли из стекаемого конденсата в целях лучшего разделения находящегося в камере пара и удаляемого конденсата. При этом возможность «пролетного» пара в конденсатоотводящую систему резко снижается.

Претерпели изменение и конструкции крышек ямных камер. Значительно увеличилась толщина теплоизоляционного слоя. Плоские крышки снабжаются стальным экраном для стока конденсата в гидравлический затвор и для предохранения поверхности изделия от попадания конденсата. Глубина швеллера, используемого в качестве гидравлического затвора, не менее 100 мм (а в большинстве случаев доводится до 150 мм).

Все рассмотренные конструктивные изменения в значительной мере увеличивают количество полезно используемой теплоты на тепловлажностную обработку изделий. Существуют различные схемы снабжения паром ямных камер. На рисунке 4 показана схема парораспределения с помощью сопел. Принцип работы заключается в интенсификации циркуляции пара, для чего предусмотрена основная ветвь подачи пара из магистрального паропровода 6, снабженная регулирующим клапаном 7; обводная ветвь включается в случае отказа клапана. Обе магистрали снабжены запорными вентилями 5, для включения их в работу раздельно. По магистрали пар разводится в нижний коллектор 2 и верхний коллектор 3, расположенные по противоположным стенам камеры и снабженные соплами 1. В нижнем коллекторе, находящемся на уровне 0,2-0,3 h (высоты камеры) сопла направлены вверх и создают циркуляцию по ходу выброса пара. Верхний коллектор расположен на высоте 0,7-0,8 h. В нем сопла направлены вниз. Такое расположение сопел создает достаточную циркуляцию для равномерного нагревания изделий. Паропровод снабжен съемной дроссельной шайбой для стока конденсата 4, образующегося при транспортировке пара.

Рисунок 4. Схема парораспределения с помощью сопел:1-сопла;2-нижний коллектор;3-верхний коллектор;4-съемная дроссельная шайба для стока конденсата;5-вентили запорные;6-магистральный паропровод;7-регулирующий клапан.

4. Расчет ямной пропарочной камеры

пропарочный стеновый панель бетон

4.1 Технологический расчет ямной камеры

Расчет заключается в определении основных размеров камер и количества их, а также длительности цикла работы камер.

Длину камеры определяют по формуле:

Lк = lф · n + ( n + 1) · l1 , м                                                        (1)

где lф - длина формы с изделием, м; n - количество форм по длине камеры; l1 - расстояние между формой и стенкой камеры и между штабелями форм, м.

lф=lизд + 2 · 0,2 = 6,0+ 2 · 0,2 = 6,3 м                                        (2)

к = 6,3 · 1 + (1+1) · 0,1 = 6,5 м

Ширина камеры:

к =bф · n1 + ( n1 + 1) · l1 , м                                                         (3)

где bф - ширина формы с изделием, м; n1 - количество форм по ширине камеры.

ф=bизд + 2 ·0,2 = 3 + 2 · 0,2 = 3,4 м                                             (4)

к = 3,4 · 1 + (1 + 1) · 0,2 = 1,8 м

Высота камеры:

к=n2 · hф + ( n2 - 1) · h1 + h2 + h3 , м                                          (5)

где n2 - количество форм по высоте камеры; h1, h2, h3 - соответственно, расстояние между формами с изделиями по высоте камеры, между нижней формой и полом камеры и между верхним изделием и потолком камеры.

ф=hизд+ 0,2 = 0,14 + 0,2 = 0,34 м                                                (6)

к = 6· 0,34 + ( 6 - 1) · 0,03 + 0,05 + 0,15 = 2,8 м

Объем камеры:

к = Lк · Bк · Hк = 6,5 · 3,8 · 2,8 = 28,5012 м3                              (7)

Коэффициент заполнения объема камеры:

 = nто · Vи / Vк                                                                             (8)

где Vи - объем бетона в одном изделии, м3; nто - количество изделий в камере.

q = 6 · 2,478 / 69,16= 0,215

Длительность цикла работы камеры:

τц=τз+ τр + τв + τто, ч                                                                  (9)

где τз, τр - длительность загрузки и выгрузки камеры, ч; τв - то же, предварительно-

го выдерживания изделий в камере перед тепловой обработкой, ч; τто - режим тепловой обработки изделий, ч.

τз=(τф · nто) / (mф · nф ) , ч                                                          (10)

где τф - длительность цикла формования изделий, ч; mф - число формовочных установок; nф - количество изделий, формуемых на одной установке за один цикл.

ф= (Gг · τф) / (τс · с · Vи)                                                              (11)

где Gг - годовая производительность линии, м3/год; τс - число рабочих часов в сутки, с - число рабочих дней в году.

mф = (18000 · 0,25) / (23 · 253 ·2,478) = 0,31 = 1

τз = (0,25 · 6) / (1 · 1) = 1,5 ч

τ ц = 1,5 + 1,5 + 0,5 + 11 = 14,5 ч

Коэффициент оборачиваемости камер в сутки:

К=24 / τ ц = 24 / 14,5 = 1,655                                                                 (12)

Необходимое для выполнения программы количество камер определяют, исходя из средней продолжительности их оборота Тк в час.

При пятидневной рабочей неделе и трехсменном режиме работы формовочного цеха Тк определяют по графикам.

Тк = 16

Количество камер для выполнения заданной программы при трехсменном режиме формования определяется по формуле:

Мк=(τсут· Тк) / ( 24 · τф · nто ) = (14,5 · 16) / ( 24 · 0,25 · 6 ) = 8 шт (13)

Расчет состава тяжелого бетона М200

Портландцемент марки 400

Плотность 3,1 г/см3

Насыпная плотность 1,1 г/см3

Песок средней крупности Мк = 2,5

Плотность 2,6 г/см3

Насыпная плотность 1,5 г/см3

Щебень : наибольшая крупность D=20 мм

Плотность 2,7 г/см3

Насыпная плотность 1,45 г/см3

1) определим величину В/Ц :

В/Ц = А × R цR б + 0,5×A ×R ц= 0,6 ×400/ 200 + 0,6×0,4×400 = 0,75 (14)

2) определим расход воды:

В = 185 л

) определим расход цемента :

Ц = В/ В/Ц = 247 кг

Расчетный расход цемента оказался ниже допускаемого по СНиП 82 - 02 - 95, поэтому расход цемента принимаем равным 265 кг.

) определим расход щебня :

Щ = 1000 / (V щ × α/ρ нщ + 1/ρ щ) = 1000 / (0,47×1,35/1,45 + 1/ 2,7) = 1235 кг   (15)

V щ = 1 − ρ нщ / ρ ц = 1 − (1,45 / 2,7) = 0,47                                  (16)

α1 = 500 кг В/Ц = 0,7

α2 = 600 кг В/Ц = 0,8

α = 1,32 − [(1,32 − 1,38 / 0,8 − 0,7) × (0,75 − 0,7)] =1,35               (17)

) определим расход песка :

П = [1000 − (Ц/ρц + В/ρв + Щ/ρ щ )] ×ρ п = [1000 − (265/3,1 + 185 + 1235/ 2,7)] × = 708 кг                 (18)

) расход материала на 1 м3 бетона:

Цемента 265 кг;

Песка 708 кг;

Щебня 1235 кг;

Воды 185 л.

Расчетная средняя плотность бетонной смеси:

Y бс = Ц + В + П + Щ = 256 + 185 + 708 + 1235 = 2393 кг/м3     (19)

4.2 Теплотехнический расчет ямной камеры

Тепловой баланс периода подогрева

) Расход тепла на нагрев сухой части изделий:

 = (Ц + П + Щ) · сс · (tб1 - tб0) / 1000 , МДж/м3                         (20)

где Ц, П, Щ - содержание цемента, песка, щебня в бетоне, кг/м3; сс - теплоемкость сухой части бетона, кДж / кг °С; tб1 - средняя к концу периода температура бетона в изделии, °С; tб0 - начальная температура бетонной массы, °С.

Qc1 = (265 + 708 + 1235) · 0,84 · (80 - 20) / 1000 = 111,3 МДж/м3

) Расход тепла на испарение части

исп = W · (2493 + 1,97 · tср1) / 1000 , МДж/м3                                    (21)

где W - для тяжелого бетона около 1% массы 1 м3 бетона; tср1 - средняя за период температура среды в камере, °С.

Tср1 = ( t0 + tн) / 2 = (20 + 80) / 2 = 50 °С                                            (22)

где t0 - температура среды в камере до начала тепловой обработки, °С; tн - температура изотермической выдержки, °С.

Qисп = 23,93 · (2493 + 1,97 · 50) / 1000 = 62 МДж/м3

) Расход тепла на нагрев воды, оставшейся в изделиях к концу периода

в1 =(В - W) · Св · (tб1 - tб0) / 1000 , МДж/м3                              (23)

где В - содержание воды в бетонной массе, кг/м3 ; Св - теплоемкость воды, кДж/кг·°С.

Qв1 = (185 - 23,93) · 4,19 · (80 - 20) / 1000 = 40,5 МДж/м3

) Расход тепла на нагрев арматуры и закладных деталей:

а1 = А · Са · (tа1 - tб0) / 1000 , МДж/м3                                      (24)

где А - содержание арматуры и закладных деталей в изделиях, кг/м3 ; Са и tа1 - теплоемкость, кДж/кг·°С, и температура арматуры к концу периода, °С.

Qа1 = 32 · 0,48 · (88 - 20) / 1000 = 1,05 МДж/м3

) Расход тепла на нагрев форм:

ф1 = Ф · Сф · (tф1 - tф0) / 1000 , МДж/м3                                    (25)

где Ф = Gф/Vи - удельная металлоемкость форм, кг/м3 (Gф - масса формы, кг); Сф - теплоемкость форм, кДж/кг·°С; tф0, tф1 - температура форм в начале и конце периода, °С .

Ф = 3000 / 2,478 = 1210,7 кг/м3

Qф1 = 1210,7 · 0,48 · (88 - 20) / 1000 = 39,52 МДж/м3

) Расход тепла на нагрев ограждающих конструкций:

где lI и аi - теплопроводность, Вт/м·°С и температуропроводность, м2/ч, материалов ограждений; Fi - площадь ограждающих конструкций по внутреннему обмеру, м2 ; tni0 и tni1 - средняя температура внутренних поверхностей ограждений в начале и конце периода, °С; tI - длительность периода подогрева.

Для многослойных ограждающих конструкций необходимо предварительно вычислить эквивалентные значения их теплофизических характеристик при фактических температурах материалов. Эквивалентный коэффициент теплопроводности плоской многослойной конструкции:

lэ = SSi / S(Si/li)                                                                                    (26)

lэ стенок = (0,003 + 0,05 + 0,2 +0,15) / (0,003/56 + 0,05/1,56 + 0,2/0,063 + 0,15/1,56) = 0,12 Вт/м·°С

lэ днища = (0,005 + 0,2 + 0,15 + 0,3 + 0,1) / (0,005/0,93 + 0,2/1,56 + 0,15/1,56 + 0,1/0,6) = 0,13 Вт/м·°С

lэ крышки = (0,004 + 0,004 + 0,2) / (0,004/56 + 0,004/56 + 0,2/0,063) = 0,07 Вт/м·°С

Эквивалентный коэффициент теплоемкости:

Сэ = S(rI · Si · Ci) / S(rI · Si)                                                                  (27)

Сэ стенок = (7800·0,003·0,48 + 1700·0,05·0,84 + 300·0,2 ·0,75 + 2400·0,15·0,84)/

(7800·0,003+2400·0,05+ 300·0,2+2400·0,15) = 0,81 кДж/кг·°С

Сэ днища = (1800·0,005·0,84 + 2400·0,2·0,84 +0,00129·0,15·1000 + 2400·0,3·0,84 + 0,1·1500·1,09 )/

(1800·0,005 + 2400·0,2 + 0,00129·0,15 + 2400·0,3 + 0,1·1500) = 0,87 кДж/кг·°С

Сэ крышки = (7800·0,004·0,48 + 300·0,2·0,75 + 7800·0,004·0,48)/

(7800·0,004 + 300·0,2 + 7800·0,004) = 0,61 кДж/кг·°С

Эквивалентная объемная масса или плотность

rэ=S(ri·Si)/SSi                                                                               (28)

rэ стенок = (7800·0,003 + 2400·0,05 + 2400·0,15 + 300·0,2)/(0,003 + 0,05 + 0,15 + 0,2) = 1398 кг/м3

rэ днища = (1800·0,005 + 2400·0,2 + 0,00129·0,15 + 2400·0,3 +0,1·1500 )/(0,005 + 0,2 + 0,15 + 0,3 + 0,1) = 1800 кг/м3

rэ крышки = (7800·0,004 + 300·0,2 + 7800·0,004)/(0,004 + 0,2 + 0,004) = 588,5 кг/м3

Эквивалентная температуропроводность

аэ = (3,6·lэ)/(Сэ·rэ) (29)

аэ стенок = (3,6·0,12)/(0,81·1398) = 3,8·10-4 м2/ч

аэ крышки = (3,6·0,007)/(0,61·588,5) = 7,02·10-4 м2/ч

Площадь ограждающих конструкций по внутреннему обмеру:

Fстенок = 2·2,8·3,8 + 2,8·6,5 = 39,48 м2

Fднища = 6,5·3,8 = 24,7 м2

Fкрышки = 6,5·3,8 = 24,7 м2

(29)

7) Потери тепла в окружающую среду ограждениями камеры складываются из потерь тепла через отдельные элементы ограждений

                                                                                            (30)