Ямная камера для тепловлажностной обработки элементов мощения из мелкозернистого бетона

    Подачу  пара в камеры объемом более 50 м³ производят через перфорированные трубы, расположенные у пола и верха камеры, по периметру или двум длинным ее сторонам на расстоянии 300-500 мм от днища. Диаметр отверстий 3 – 5 мм. В небольшие по объему камеры вводится паропровод для сосредоточенного выхода пара. Температуру паровоздушной среды контролируют термометрами различных типов или датчиками, установленными в специальной нише одной из стен камеры на расстоянии 2/3 высоты камеры. Но наиболее эффективны системы пароснабжения камер, обеспечивающие интенсивную циркуляцию греющей среды. В отличие от систем с сосредоточенным впуском пара и с перфорированными паропроводами в этом случае расслоение среды в камере и неравномерность обработки изделий полностью устраняется на весь период ТВО.

    Большое влияние на теплообмен в ямной  камере оказывает интенсивная циркуляция теплоносителя. Для улучшения циркуляции пара в камере и повышения дальнобойности струи рекомендуют отверстия в перфорированных трубах делать в виде сопл диаметром 15 – 25 мм (тип сопла – суживающиеся, цилиндрическое или расширяющееся – определяется в зависимости от давления пара и требуемой дальности струи) и направлять выходящие из них струи пара вдоль поверхности изделий, что усиливает циркуляцию пара между рядами изделий. Во избежание размыва бетона оси сопел направляют так, чтобы струи не ударяли в поверхность бетона. Места установки коллектора и сопел для предохранения от повреждений оборудуют в нишах стен, с помощью инвентарных стоек и отбойных брусков. В целях уменьшения сопротивления движению пара расстояние между формами рекомендуют иметь не менее 50 мм. Нижняя форма отстоит от пола камеры на 200 мм для снижения воздействия холодного пола.

    Для охлаждения паровоздушной среды  камеры в заключительный период тепловой обработки и удаления пара из камеры перед извлечением из нее изделий  применяют принудительную вентиляцию через приточный и вытяжной водяные затворы. В период работы вентиляционной системы воду из водяных затворов удаляют эжекторным устройством, паровоздушную смесь отводят через вытяжной затвор в вентиляционный канал.

    Ямные камеры загружают мостовым краном с автоматическими траверсами с самозахватами [3, 4, 5, 6,].

 

6 Работа установки,  ее обслуживание и контроль 

    В камеру с помощью направляющих, в  качестве которых используют опорные  стойки, краном загружают изделия  в формах. Каждая форма от следующей изолируется прокладками из металла, для того, чтобы пар обогревал формы со всех сторон. Между штабелями изделий и между штабелем и стенками камеры устраивают зазоры, чтобы обеспечить захват изделий автоматическими траверсами при загрузке и разгрузке камеры.

    После загрузки камера закрывается крышкой, представляющей собой металлический  каркас, заполненный теплоизоляционным  материалом. Для герметизации крышки служит водяной затвор. Для этого  на верхних обрезах стен камеры устанавливают  швеллер, а крышку по ее периметру оборудуют уголком, который входит в швеллер. Швеллер заполняют водой, кроме того, конденсат с крышки так же стекает в швеллер. Образующийся таким образом в нем слой воды, предотвращает выбивание пара в цех через соединения крышки с камерой.

    После разгрузки камеры ее чистят и проверяют. Проверяют работу вентилей подачи пара, надежно ли закрывается герметизирующий конус. После проверки камеру загружают изделиями, закрывают крышкой и включают подачу пара. Пар, поступая снизу камеры и сверху камеры, где находится воздух, смешивается и нагревает его, образуя паровоздушную смесь. Одновременно пар конденсируется на изделиях, стенах, крышке, одновременно нагревая их, а сам в виде конденсата стекает в конденсатоотборное устройство. Общее давление в камере Р_к во все периоды тепловлажностной обработки равно атмосферному и складывается из парциального давления пара Р_п¹ и парциального давления воздуха Р_в¹.

    По  мере поступления пара степень нагрева  камеры с материалом возрастает и  достигает в конце периода  прогрева максимальной температуры. Пар в камеру подается  под давлением 0,105 – 0,101 МПа.

    Далее изделия выдерживаются в камере при достигнутой температуре, при  этом в материале продолжаются химические реакции и структурообразование, а также снимается напряженное состояние. При изотермическом нагреве, как только температура в камере достигает максимальной, количество подаваемого пара снижают, т.к. потребность в нем уменьшается. После изотермической выдержки начинают охлаждение. Для этого отключают подачу пара, поднимают конус и соединяют вентиляционный канал с вентиляционной системой. Пар из камеры и с поверхности материала вместе с воздухом начинает удаляться в вентиляционную сеть, а крышка камеры начинает пропускать воздух из цеха благодаря испарению влаги из швеллера в камеру. Кроме того, в камерах в стене противоположной каналу, выводящему паровоздушную смесь, иногда устраивают приточный затвор для впуска воздуха в камеру во время охлаждения. Увеличивая или уменьшая отбор паровоздушной смеси через канал, изменяют темп охлаждения продукции.

    Ямная камера работает по циклу порядка 12 – 15 часов. Он включает время на загрузку, на разогрев изделий, на изотермическую выдержку и охлаждение, а также  на выгрузку материала [3, 4, 6].  

 

 
 
 
 
 
 

7 Технологический  расчет 

    Внутренние  габариты тепловых установок определяют в зависимости от размера и  количества изделий. Для ямных камер  длину L_к, ширину В_к и высоту Н_к определяют по формулам:

      L_k = l_ф·n + a(n + 1), В_к = b_ф·n₁ + a(n₁ + 1), H_k = (h_ф +h₁)n₂ + h₂ + h₃, где

    l_ф, b_ф, h_ф – длина, ширина и высота форм с изделиями, м;

    n, n₁, n₂ – количество форм с изделиями соответственно по длине, ширине, высоте камеры, кг;

    а ≈ 0,1 – 0,2 – расстояние между формами  и между формой и стенкой камеры, м;

   h₁ – расстояние между формами по вертикали, м (принимается 0,03 – 0,1);

   h₂ – расстояние между нижней формой и дном камеры, м (принимается 0,15 – 0,2);

   h₃ – расстояние между верхней формой и крышкой камеры, м (принимается 0,05 – 0,1);

   Общая высота ямных камер не более 4 м.

   L_k = 2, 41·3 + 0,1(3 + 1) = 7,63 м;

   В_к = 2,59·2 + (2 + 1)0,1 = 5,38 м;

   Н_к = (2,4 + 0,1)1 + 0,2 + 0,1 = 2,70 м;

   Количество изделий в камере – 3240 шт.: 540 на каждом стеллаже, стеллажей 6 шт.

   Изделия поступают в камеру в металлических  формах с габаритами

    2.41x2.59 x2,4.

   Внутренний  объем камеры:

   V_кам = 7,63·5,38·2,70 = 110,8 м³;

   Объем одного изделия:

   V_изд = 0,198·0,098·0,08 = 0,0016 м³;

   Объем 3240 изделий:

   V_3240изд = 3240·0,0016 = 5,18 м³;

    Продолжительность  цикла камеры:

    Т_ц = (τ_з +  τ_в +  τ_р +  τ_т.о)/К_д = (78 + 3 + 120 +720)/0,94 = 16,3 ≈ 16 ч, где

    τ_з = n_nзτ_ср = 6·13 = 78 (мин) – длительность загрузки камеры, определяемая числом загружаемых в форму камер изделий n_nз и продолжительностью формования одного изделия τ_ср;

    τ_в = 2 (ч) – время выдерживания изделий перед тепловой обработкой;

    τ_р = n_nз·τ_тр = 6·0,5 = 3 (мин) – продолжительность разгрузки камеры, определяемая с учетом числа изделий n_nз и времени извлечения и транспортирования на пост распалубки одного изделия τ_тр;

    К_д = 0,94 – коэффициент дополнительных работ в камере (открывании и закрывании крышек, чистка камеры и т.д.);

    τ_т.о = 2 + 7 + 3 = 12 (ч) – длительность термообработки изделий.

      Годовая производительность установок  тепловлажностной обработки по  изделиям П_г.из. определяется по формуле:

    П_г.из = Е_к.из.·z, где

    Е_к.из. – емкость камеры по изделиям, шт.;

    z - количество циклов тепловой обработки.

    z = Ф_г/Т_ц = ((260 – 7)24)/16 = 379,5 ч, где

    Ф_г – годовой фонд рабочего времени, ч;

    Количество  рабочих суток принимают равным 260 минус время на плановые остановки (7 сут.). Исходя из технологических и  экономических соображений, принимаем 3-х сменную работу тепловой установки.

    Количество  камер для обеспечения производительности завода:

    N = (П_ч·τ)/П_к, где

    П_ч – часовая производительность завода, м³/ч;

    П_к – производительность камеры по бетону (вместимость), м³.

    N = (8,4·16)/110,8 = 1,2≈ 2 установки.

    Материальный  баланс тепловой установки составляется по уравнению:

    m₁ = m + W₀ + W_и, где

    m₁ – масса составляющих материалов, поступающих в установку для ТВО, кг;

    m₁ = G_ц + G_в + G_з + G_a +G_ф;

    G_ц = Ц·V_б – масса цемента, кг;

    G_в = В ·V_б – масса воды, кг;

    G_з = (Щ + П)V_б – масса щебня и песка, кг;

    G_ф = m_ф ·n_ф – масса форм, кг;

    V_б – объем бетона в установке, м³;

    Ц, В, Щ, П – количество цемента, воды, щебня, песка и в 1 м³ бетона, кг;

    m_ф – масса одной формы, кг;

    n_ф – количество форм в упаковке, шт.;

    m – масса материала после ТВО, кг ;

    W₀ – остаточная влага в материале после ТВО, кг;

    W_и – испарившаяся влага при ТВО, кг;

    W_и = 0,01·ρ_об·V_б,

    ρ_об – средняя плотность бетона, кг/м³;

    ρ_об = (G_из – G_ар)/V_из, где

    G_из – масса изделия, кг;

    W₀ = G_B – W_и = 12412,4 – 87,6 = 12324,8 кг

    G_ц = 420·5,18 = 2175,6 кг; G_в = 249,8·5,18 = 1294 кг;

    G_з = (1564,3)5,18 = 8103,1 кг;

    G_ф = 137009,6 ·6 = 790973,6 кг;

    m_ф = ρ_ме^о·V_ф = 8800· 2.41·2.59 ·2,4 = 131829 кг;

    m₁ = 802546,3 кг;

    ρ_об = (17800)/10,01 = 1691,8 кг/м³

    W_и = 1691,8·0,01·5,18 = 87,6(1441,44) кг;

    m = 802546,3 – 87,6 +12324,8 = 814783,5 кг.[2] 
 
 
 

8 Теплотехнический  расчет 

    Теплотехнический  расчет заключается в составлении  теплового баланса установок. Тепловой баланс составляется для периодов подъемов температур и изотермической выдержки. Расчет балансов теплоты для установок периодического действия производится на 1 цикл. Тепловой баланс представляет собой уравнение с одним неизвестным, состоящее из приходной и расходной частей.

    Приходная часть:

    1. Поступление тепла от теплоносителя:

    Q_1п = D·i_п, где

    D - неизвестное значение расхода пара за 1 цикл, кг;

    i_п – энтальпия пара, кДж/кг;

    Q_1п = 2660 D кДж;

    2. Поступление тепла от экзотермии  цемента в бетоне:

    Q_2п = q_экз·Ц·V_и·n_и , где

    q_экз – количество теплоты, выделенное 1 кг цемента за счет экзотермии, кДж;

    Ц – расход цемента на 1 м³ бетона, кг;

    V_и – объем бетона одного изделия в установке, м³;

    n_и – количество изделий в установке, шт.;