Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии строительных изделий

 

Сравнительная характеристика тепловых установок

 

Сравнительная характеристика тепловых установок приведена в таблице 1.

 

 

Таблица 1

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСТАНОВОК  ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Вид установки	Вид изделия	Температура обработки 0С	Продолжительность обработки, ч	Удельный расход пара, кг/м3	Источник тепла	Преимущества
Ямная камера	Сборные и ж/б изделия	80-90	10-12	140-250	пар	Отличаются системами разводки пара, отвода конденсата, вентиляции
Кассетная установка	Панели, лестничные марши, ребристые  плиты	80-90	6-8	150-200	Пар, дымовые газы, элект-рический нагрев	Высокое качество поверхности, точность изготовления
Автоклав	Бетонные и ж/б изделия	до 100	−	300-400	пар	Получение высококачест-венные изделия  при при-менении даже низкома-рочных цементов
Термоформы	Крупноразмерные изделия	130-140	8-9	200-300	Пар, вода, высокотемпературные носители.	Мобильность, высокое качество поверхности, точность изготовления

 

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСТАНОВОК  НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Вид установки	Вид изделия	Температура обработки, 0С	Продолжительность обработки, ч	Удельный расход пара, кг/м3	Источник тепла	Преимущества
Горизон-тальные щелевые камеры	Сборные и ж/б изделия	80-85	6-7	300-400	Острый пар,	Экономия тепловой энергии за счет функциональных зон и экономии затрат теплоты на нагрев конструкции после  каждого цикла
		130-190			электронагреватели,
		120-130			глухой пар
Верти-кальные пропароч-ные камеры	Сборные и ж/б изделия	до 100	6-7	100-150	пар	Устойчивый тепловой режим, поточность, технологичность линии малая  площадь( в 2-3 раза меньше чем ямных  и в 10-12 раза меньше туннельных при  той же пропускной способности.

 

 

2. Подбор состава бетонной смеси

 

Необходимо рассчитать и выбрать  состав бетона для плит перекрытия из тяжелого бетона.

1. Выбираем подходящий по виду и свойствам бетон [4]:

Класс бетона B20.

Марка (активность) цемента 400.

K_м.л. =1,12 – коэффициент межпартионной вариации.

ν_n = 0,135 – коэффициент вариации прочности бетона.

2. Расчет лабораторного состава бетона [5].

• Расчет средней прочности бетона:

R_б=1,1

K_м.п.

R_б=1,1

1,12=31,65 МПа

• Определение водоцементного отношения В/Ц:

В/Ц=

= =0,47

• Определение расхода цемента:

Ц=

В=186,6 (расход воды определяется по графикам [5] таблица  зависимости расхода воды, для  осадки конуса около 5...9см).

Ц=

=381,1 кг/м³

• Определение расхода щебня:

Щ=

,

где α –  коэффициент раздвижки зёрен; α=1,41 (из таблицы в зависимости от расхода  цемента [5]); П_щ – пустотность щебня в %; П_щ = 0,4 %; γ_щ – насыпная плотность щебня; у_щ = 1,45 кг/м³; ρ_щ – истинная плотность щебня; р_щ = 2,63 кг/м³

Щ=

=1462 кг/м³

• Определение расхода песка:

П=[1000–(

)]× ,

где ρ_щ – истинная плотность щебня; р_щ = 2,63 кг/л; ρ_п – истинная плотность песка; р_п = 2,6 кг/л; ρ_ц – истинная плотность цемента; р_ц = 3,1 кг/л.

П=[1000–(

)]×2,6 = 349,18 кг.

3. Производственный состав бетона
• Влажность песка 3%, П = 349,18 кг, тогда:

В_п=349,18×0,03=10,48 л;

В_п – содержание воды в песке;

• Влажность щебня 2%, Щ = 1462,7 кг, тогда:

В_щ=1462,7×0,02=29,25 л;

В_щ – содержание воды в щебне;

Итого: В_пщ=39,73 л.

• Тогда пересчитаем:

П=349,18+10,48=359,66 кг

Щ=1462,7+29,25=1491,95кг

В=186,6–39,73=146,87 л

• Найдём коэффициент выхода смеси:

,

где , , - насыпная плотность цемента, песка и щебня соответственно.

• Расчётная плотность смеси:

П+Щ+В+Ц=359,66+1491,95+146,87+381,1=2379,58 кг/м³ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Конструктивный расчет тепловой установки

 

• Длина камеры составляет

где L – длина одного изделия, м; n – количество изделий укладываемых по длине камеры, шт.; L₁ – расстояние между изделиями, изделием и стенкой камеры с учетом размера формы.

• Ширина камеры составляет

где B – ширина одного изделия, м; n₁ – количество изделий укладываемых по ширине, шт.; B₁ – расстояние между изделиями, изделием и стенкой камеры с учетом размера формы, B₁=0,35…0,40 м, т.к. ширина изделия превышает 2м, то значение B₁принимаем равным 1.

• Глубина камеры равна

где H-высота одного изделия, м; H₁-расстояние между отдельными изделиями по высоте, м, с учетом размера форм. H₁ принимается равным не менее 0,03 м; H₂- расстояние между нижней формой и дном камеры, H₂=0,15 м; H₃-расстояние между верхним изделием и крышкой камеры, H₃>0,05 м.

• Полезный объем камеры V_п , м³_,

где V_и – объем одного изделия, м³; n₀-общие количество изделий в камере, шт.

• Коэффициент использования камер по объему определяется как отношение полезного объема камеры V_п, м³, к полному геометрическому объему камеры V, м³:

согласно  нормам технического проектирования K³0,1.

 

 

 

 

4. Расчет производительности установки

 

Производительность  установок периодического действия определяется длительностью цикла  работы установки и оборачиваемостью ее полезных объемов.

Длительность  цикла работы установки равна:

где _з – время загрузки изделий в установку, ч; _п.в – время предварительной выдержки изделия в установке перед тепловой обработкой, ч; _т.о – время тепловой обработки, ч; _в – время выгрузки изделий из установки, ч.

• Примем: [1,приложение 2]

предварительное выдерживание – 2,5 ч

прогрев – 3 ч

изотермический  прогрев – 5 ч

охлаждение  – 2 ч 

• Время загрузки определяется по выражению

,

где _ф – цикл формирования одного изделия, ч; M_ф, – количество формовочных постов, обслуживающих одновременно данную установку; n₀ – количество изделий, загружаемых в установку, соответственно, шт.

=2 ч.

• Время выгрузки установки

где P_кр- производительность крана по выгрузке изделий, м³/ч.

Так как  изделия выгружаются из камер  в общем технологическом ритме, то можно считать  =

 

• Оборачиваемость установок периодического действия, 1/сут:

где 24 – суточный фонд рабочего времени, ч/сут; К_в – коэффициент использования камер во времени. При двухсменной работе формовочного отделения К_в=0,85, при трехсменной – К_в = 0,9...0,95.

• По рассчитанной теоретической оборачиваемости О_т определяется производительность одной установки, м ³/год:

где N – расчетное количество рабочих суток в году, сут/год; К_с – коэффициент, учитывающий возможные срывы производства, аварии, неблагоприятные метеорологические условия и т.д., К_с = 0,85...0,9.

• В зависимости от исходных данных определяется потребное количество установок по заданной общей производительности:

где М – потребное количество установок для обработки заданного количества изделий, шт.; Р – заданная годовая производительность отделения тепловой обработки или технологической линии, м³/год; Р_у – производительность одной установки, м³/год.

• Возьмем в своей курсовой работе число установок равное 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет коэффициента теплообмена между 
греющей средой и прогреваемым изделием

 

• Выбираем режим тепловой обработки в ямной камере[1,приложение 2]:

t₀ = 20 °C (начальная температура среды)

t_из = 80 °C

t_n = 3 ч (время подъема температуры, т.е. период прогрева)

t_из = 5 ч (время изотермической выдержки)

t_oxл = 2 ч (время охлаждения)

= 80%

• Скорость подъема температуры среды в установке

b =

°C/ч

• Средняя температура конденсатной пленки

t_ср= t_с –

,

где t_c – температура среды в определенный момент времени t

t_c= t_o+b×

.

• По номограмме определяем коэффициент теплообмена a при =80 %

1. для середины периода прогрева

t_c = 20+20×1,5=50 °С

     t_ср = 50– =45 °C

a_п=12 Вт/(м²×°С)

2. для конца периода прогрева

t_c =20+20×3=80 °С

t_cp = 80– =75 °С

a_кп=48,7 Вт/(м²×°С)

3. в период изотермической выдержки

t_c = 80 °С

t_ср=80–5/2=77,5 °С

a_из=51,5 Вт/(м²×°С)

 

6. Расчет тепловыделения бетона при тепловой обработке

 

Для проведения расчета с помощью номограммы определяют критерии подобия Био  и Фурье:

• В середине периода подъема температуры

Bi_п= = =1,15  Fo_п= = =1,86