Vбет – объем бетона в изделии, м3

n_изд – число изделий в камере

Потребное количество ямных камер, обеспечивающих заданную годовую производительность цеха:

, шт. (8)

М_к = 34000 ∙ 12,5/ 253 ∙ 24 ∙ 1,68 ∙ 6 = 7 шт;

где Р_год – годовая производительность цеха, м³;

τ_ц – продолжительность одного цикла термообработки;

τ_ц = τ₀+ τ₁+ τ₂+ τ₃+ τ₄ ч (9)

τ_ц = 2+3+4+2+1,5 = 12,5 ч;

где τ₀ – время предварительной выдержки, ч;

τ₁ – время подъема температуры, ч;

τ₂ – время изотермического прогрева, ч;

τ₃ – время охлаждений изделий, ч;

τ₄ – время загрузки – выгрузки камеры, ч;

= 45+45/60 = 1,5 ч; (10)

t₃ – время загрузки, ч;

t_р – время разгрузки, ч;

=15 · 6/2 = 45 мин; (11)

t₃ = t_р = 45 мин.;

t_ф – цикл формования изделия, мин., принимается по нормам технологического проектирования:

при V_бет до 1,5 м³ t_ф = 12 мин;

V_бет от 1,5 до 3,5 м³ t_ф = 15 мин;

24 – число часов в сутках;

V_бет – объем бетона в одном изделии, м³.

3.2 Теплотехнический расчет установки

Тепловой баланс ямной камеры составляется на период её работы на всю массу загруженных изделий.

Приход тепла

С паром

, кДж (12)

Q₁ = Д_п ∙ 2683 = 1485 ∙ 2683 = 3984255 кДж;

где Д_п – расход пара за период работы ямной пропарочной камеры. Величина неизвестная определяется из уравнения теплового баланса.

- энтальпия пара, определяется по таблице «Сухой насыщенный пар и вода на кривой насыщения».

От экзотермических реакций твердение цемента

, кДж (13)

Q₂ = 400 ∙ 462,5 ∙ 0,9325 / 162 + 0,96 ∙ 462,5 ∙ 0,748 ∙ 3427,2 = 729775 кДж;

где R_ц – марка цемента;

θ – число градусо-часов тепловой обработки.

θ = 0,5 ∙ (t₁ + t₂) ∙ τ₁ + t₂ ∙ τ_{2 ,} град ∙ ч. (14)

θ = 0,5 ∙ (15+80) ∙ 3 + 80 ∙ 4 = 462,5 град ∙ ч;

где t₁ – начальная температура нагревания изделий, ⁰С;

t₂ – максимальная температура нагрева изделий, ⁰С;

τ₁ – время подъёма температуры, ч;

τ₂ – время изотермического прогрева, ч.

Если θ ≤ 290, то а = 0,32 + 0,002 θ

Если θ > 290, то а = 0,84 + 0,0002 θ (15)

а = 0,84 + 0,0002 ∙ 462,5 = 0,9325

М_цем – масса цемента в пропариваемых изделиях, кг;

М_цем = Ц ∙ Е_к, кг (16)

М_цем = 340 ∙ 10,08 = 3427,2 кг;

где Ц – расход цемента на 1 м³ бетона, кг;

Е_к – емкость камеры, м³;

Е_к = V_бет ∙ n_изд (17)

Е_к = 1,68 ∙ 4 = 10,08 м³;

где V_бет – объем бетона в изделии, м³.

n_изд – количество изделий в камере.

В/Ц – водоцементное отношение.

Итого приход тепла:

Q_прих = Q₁ + Q₂ (18)

Q_прих = Д_п ∙ 2683 + 729775 = 1485 ∙ 2683 + 729775 = 4714030 кДж;

Расход тепла

На нагрев сухой массы бетона

Q₁^’ = С_с.б ∙ М_с.б ∙ (t₂ - t₁), кДж (19)

Q₁^’ = 0,88 ∙ 22276,8 ∙ (80 -15) = 1274233 кДж;

где С_с.б - массовая теплоёмкость бетона, С_с.б = 0,88 кДж/кг·к

М_с.б - масса пропариваемого бетона, кг;

М_с.б = ρ _с.б ∙ Е_к (20)

М_с.б = 2210 ∙ 10,08 = 22276,8 кг;

ρ _с.б - плотность сухого бетона, кг/м³

ρ _с.б = Ц + П + Щ(К) (21)

ρ _с.б = 340+590+1280 = 2210 кг/м³;

t₂ – максимальная температура нагрева изделий, ⁰С;

t₁ – начальная температура нагрева изделий, ⁰С;

На нагрев и испарение части воды затворения

Q₂^’ = W ∙ (2493 + 1,97 ∙ ), кДж (22)

Q₂^’ = 222,768 ∙ (2493 + 1,97 ∙ (15+80 / 2)) = 576206 кДж;

где W – масса испаренной воды,

для тяжелых бетонов W = 0,01 ∙ М_с.б = 0,01 ∙ 22276,8 = 222,768 кг;

для легких - W = 0,03 М_с.б..

На нагрев оставшейся воды затворения

Q₃^’ = С_в∙ (М_в – W) ∙ (t₂ - t₁), кДж (23)

Q₃^’ = 4,19 ∙ (1919,232 – 222,768) ∙ (80 - 15) = 462032 кДж;

где С_в - теплоёмкость воды

С_в = 4,19 кДж/кгК

М_в - масса воды затворения

М_в = В ∙ Е_к = 190,4 ∙ 10,08 = 1919,232; (24)

где В – расход воды на 1м³ бетона, л

В = Ц ∙ В/Ц = 340 ∙ 0,56 = 190,4 л; (25)

На нагрев арматуры

Q₄^’ = С_а∙ М_а (t₂ - t₁), кДж (26)

Q₄^’ = 0,48 ∙ 852 ∙ (80 - 15) = 26582 кДж;

где С_а – теплоёмкость арматуры

С_а = 0,48 кДж/кгК

М_а = масса арматуры в пропариваемых изделиях

М_а = m_а ∙ Е_к или М_а = m^’_а ∙n_изд = 142 ∙ 6= 856 кг; (27)

где m_а – расход арматуры на 1 изделие, кг/ м³

Е_к – емкость камеры, м³;

m^’_а – расход арматуры на 1 изделие, кг;

n_изд – количество изделий в камере, шт;

t₂ – конечная температура нагрева арматуры, ⁰С;

t₁ – начальная температура арматуры, ⁰С.

На нагрев транспортных устройств

Q₅^’ = С_тр∙ М_тр (t₂ - t₁), кДж (28)

Q₅^’ = 0,48 ∙ 1344 ∙ (80 - 15) = 41933 кДж;

где С_тр - теплоёмкость транспортных устройств

С_тр = 0,48 кДж/кгК

М_тр - масса транспортных устройств в камере, кг;

М_тр = m_тр ∙ H_к ∙ n, кДж (29)

М_тр = 120 ∙ 2,8 ∙ 4 = 1344 кДж;

где m_тр – удельная норма расхода метала в кг на 1 м длины стойки с кронштейнами, m_тр = 120 кг;

H_к – высота камеры, м;

п – число стоек в камере; n=4

t₂ – конечная температура нагрева стоек, ⁰С;

t₁ – начальная температура стоек, ⁰С.

На нагрев форм

Q₆^’ = С_ф ∙ М_ф (t₂ - t₁), кДж (30)

Q₆^’ = 0,48 ∙ 25200 ∙ (80 - 15) = 786240 кДж;

где С_ф - теплоёмкость форм

С_тр = 0,48 кДж/кгК

М_ф - масса форм, находящихся в камере, кг;

М_ф = m_ф ∙ Е_к или М_ф = m^’_ф ∙n_изд. = 4200∙ 4= 25200 кг; (31)

где m_ф – масса арматуры на 1 м³ формуемых изделий кг/ м³;

Е_к – емкость камеры, м³;

m^’_ф – масса одной формы, кг.

На аккумуляцию ограждающих конструкций камеры

Q₇^’ = Q_бет + Q_мин.в+ Q_мет, кДж (32)

Q₇^’ = 892375 + 85765,5 + 27920,88 = 1006061 кДж;

Исходя из конструктивного расчёта определяем размеры камеры:

С учётом слоя цементно-песчаного раствора

L₃ = L₂ + 0,05 · 2 (м) (33)

L₃ = 6,8 + 0,05 · 2 = 6,9 м;

B₃ = B₂ + 0,05 · 2 (м) (34)

B₃ = 2,8 + 0,05 · 2 =2,9 м;

H₃ = H₂ + 0,05 (м) (35)

H₃ = 2,8 + 0,05 = 2,85 м;

где L₂ ; B₂ ; H₂ –внутренние размеры камеры, м.

С учётом слоя утеплителя из минеральной ваты

L₄ = L₃ + 0,1 · 2 (м) (36)

L₄ = 6,9 + 0,1 · 2 = 7,1 м;

B₄ = B₃ + 0,1 · 2 (м) (37)

B₄ = 2,9 + 0,1 · 2 = 3,1 м;

H₄ = H₃ + 0,1 (м) (38)

H₄ = 2,85 + 0,1 = 2,95 м;

С учётом ограждений бетона

L₁ = L₄ + 2 · 0,25 (м) (39)

L₁ = 7,1 + 2 · 0,25 = 7,6 м;

B₁ = B₄ + 2 · 0,25 (м) (40)

B₁ = 3,1 + 2 · 0,25 = 3,6 м;

H₁ = H₄ + 0,25 (м) (41)

H₁ = 2,95 + 0,25 = 3,2 м;

Объём цементно-песчаного раствора

U_ц.п.р. = L₃ · B₃ · H₃ - L₂· B₂ · H₂ ,м³ (42)

U_ц.п.р. = 6,9 · 2,9 · 2,85 - 6,8 · 2,8 · 2,8 = 3,7165 м³;

Объем минеральной ваты

U_мин.в.^огр = L₄· B₄ · H₄ - L₃ · B₃ · H₃ ,м³; (43)

U_мин.в.^огр = 7,1 · 3,1 · 2,95 - 6,9 · 2,9 · 2,85 = 7,901 м³;

Объем бетона ограждений

U_бет.^огр = L₁· B₁ · H₁ – L₄ · B₄ · H₄ ,м³; (44)

U_мин.в.^огр = 7,6 · 3,6 · 3,2 – 7,1 · 3,1 · 2,95 = 22,6225 м³;

Крышка камеры выполнена из стального каркаса и обшивки толщиной 0,003 м, заполненной минеральной ватой толщиной 0,2 м.

Длина крышки

L₅ = L₁ - 0,3 = 7,6 – 0,3 = 7,3 м; (45)

Ширина крышки

B₅ = B₁ -0,3 = 3,6 – 0,3 = 3,3 м; (46)

Высота крышки

H₅ = 0,206 м; (47)

Размеры крышки по утеплителю

L₆ = L₅ – 0,003 · 2 = 7,3 – 0,003 · 2 = 7,294 м (48)

B₆ = B₅ – 0,003 · 2 = 3,3 – 0,003 · 2 = 3,294 м; (49)

H₆ = H₅ – 0,003 · 2 = 0,206 – 0,003 · 2 = 0,2 м; (50)

Объем минеральной ваты в крышке

U_мин.^кр = L₆ · B₆ · H₆ = 7,294 · 3,294 · 0,2 = 4,805 м³; (51)

Объем металла крышки

U_мет. = L₅ · B₅ · H₅ – L₆· B₆ · H₆ ,м³ (52)

U_мет. = 7,3 · 3,3 · 0,206 - 7,294 · 3,294 · 0,2 = 0,157 м³;

Суммарный объем минеральной ваты

U_мин.в. = U_мин.в.^огр + U_мин.^кр , м³ (53)

U_мин.в. = 7,901 + 4,805 = 12,706 м³;

Тепло на нагрев минеральной ваты

Q_мин.в. = С_мин.в ∙ М_мин.в.∙ t_мин.в = 1,8 ∙ 1270,6 ∙ 37,5 = 85765,5 кДж; (54)

где М_мин.в – масса минеральной ваты, кг;

С_мин.в – теплоёмкость минеральной ваты,

С_мин.в = 1,8 кДж/кг∙ К

М_мин.в. = ρ_мин.в ∙ U_мин.в. = 100 ∙ 12,706 = 1270,6 кг; (55)

где ρ_мин.в – плотность минеральной ваты,

ρ_мин.в = 100 кг/ м³

t_мин.в – температура прогрева минеральной ваты, ⁰С

= (80 + 15) / 2 – 10 = 37,5 ⁰С; (56)

Суммарный объем бетона и цементно-песчаного раствора

U_бет = U_бет.^огр + U_ц.п.р.= 22,6225 +3,7165 =26,339 м³;

Тепло ограждений бетона

Q_бет = С_б ∙ М_{огр.бет.}∙ t_{огр.бет}, кДж (57)

Q_бет = 0,88 ∙ 36875 ∙ 27,5 = 892375 кДж;

где С_б – теплоемкость бетона

С_б = 0,88 кДж/кгК

М_{огр.бет} – масса ограждений из бетона

М_{огр.бет} = ρ_{бет.огр.}∙ V_{огр.бет} (58)

М_{огр.бет} = 1400 ∙ 26,339 = 36875 кг;

где ρ_{бет.огр} – плотность бетона ограждений, кг/ м³;

Q_бет- суммарный объем бетона цементно-песчаного раствора, м³

Тепло на нагрев металла крышки

Q_мет. = С_мет ∙ М_мет.∙ t_{ср. мет} = 0,48 ∙ 1224,6 ∙ 47,5= 27920,88 кДж; (59)

где С_мет – теплоёмкость металла,

С_мет = 0,48 кДж/кгК

М_мин.в – масса металла крышки, кг

М_мет. = ρ_мет ∙ U_мет. = 7800 ∙ 0,157 =1224,6 кг; (60)

где ρ_мет – плотность металла,

ρ_мин.в = 7800 кг/ м³

Q_мет – объём металла крышки, м³

t_ср.мет – температура прогрева металла, ⁰С

= 80 + 15 / 2 = 47,5 ⁰С;

Тепло, потерянное ограждениями в окружающую среду

Q₈^’ = 3,6 ∙ α ∙ (t_ст – t_о.с.) ∙ F ∙ τ, кДж (61)

Q₈^’ = 3,6 ∙0,59 ∙ (35-15) ∙ 126,4 ∙ 7 = 37586 кДж;

где α - коэффициент теплопередачи, α = 0,59 Вт/ м К;

t_ст - температура наружной поверхности стенки ⁰С

t_ст = t₁ + (20 – 25) (62)

t_ст = 15 + 20 = 35 ⁰С;

t_о.с - температура окружающей среды, ⁰С;

F - суммарная площадь ограждающих конструкций камеры, м².

F = 2 L₁B₁ + 2L₁ ∙ H₁ + 2 B₁ ∙ H₁ , (м²) (63)

F = 2 ∙ 7,6 ∙ 3,6 + 2 ∙ 7,6 ∙ 3,2 + 2 ∙ 3,6 ∙ 3,2 = 126,4 м²;

где L₁, B₁, H₁ – наружные размеры камеры, м;

τ – время подъёма температуры и изотермической выдержки, ч

τ = τ₁ + τ₂ = 3 + 4 = 7 ч; (64)

Тепло, потерянное с конденсатом

Q₉^’ = М_к ∙i_к^” (65)

где М_к – масса конденсата, кг

М_к = Д_п – М_св – М_пр (66)

где М_к – масса пара, занимающего свободный объём камеры, кг

М_св. = V_св ∙ ρ_п^” (67)

V_cв – свободный объём камеры, м³

V_cв = V_к – V_б – V_ф – V_тр (68)

V_cв =53,312 – 10,08 – 3,23 – 0,17 = 39,83 м³;

где V_к – объём камеры, м³ V_к = V₂ = 53,312 м³;

V_б – объём бетона в камере, м³ V_б = Е_к = 10,08 м³;

V_ф – объём форм в камере, м³

V₂ = L_к· B_к · H_к = 6,8 ∙ 2,8 ∙ 2,8 = 53,312 м³; (69)

V₂ – внутренний объем камеры, м³

, м³ (70)

V_ф = 25200 / 7800 = 3,23 м³;

V_тр – объём транспортных устройств в камере, м³

, м³ (71)

V_тр = 1344 / 7800 = 0,17 м³;

ρ_п^”- плотность пара, применяется по таблице «Сухой насыщенный пар и вода на кривой насыщения»;

М_пр – расход пара на пропуски в атмосферу

М_к = Д_п – V_св ∙ ρ_п^”- 0,1 Д_п = 0,9 Д_п – V_св ∙ ρ_п^” (72)

i^”_к – энтальпия конденсата

i^”_к = 4,19 ∙ t_к = 4,19 ∙ 78 = 326,82 кДж/кг; (73)

t_к – температура конденсата

Q₉^’ = (0,9 ∙ Д_п – V_св ∙ ρ_п^” ) ∙ i^”_к = (0,9 ∙ Д_п – 39,83 ∙ 0,6992) ∙ 326,82 =

= 294,138 ∙ Д_п – 9102 = 294,138 ∙ 1485 – 9102 = 427693 кДж; (74)

Q₉^’ = 427693 кДж;

На нагрев пара, занимающего свободный объём камеры

Q₁₀^’ =V_св^” ∙ ρ_п^”∙ i^”_п (75)

Q₁₀^’ = 39,83 ∙ 0,6992 ∙ 2683 = 74719 кДж;

Итого расход тепла:

Q_расх= Q₁^’+ Q₂^’+ Q₃^’+ Q₄^’+ Q₅^’+ Q₆^’+ Q₇^’+ Q₈^’+ Q₉^’+ Q₁₀^’ (76)

Q_расх= 1274233 + 576206 + 462032 + 26582 + 41933 + 786240 + 1006061 + + 37586 +294,138 ∙ Д_п – 9102 + 74719 = 294,138 ∙ Д_п + 4276490 =

= 294,138 ∙ 1485 + 4276490 = 4713285 кДж;

Приравнивая статьи прихода и расхода, получаем уравнение теплового баланса с одним неизвестным. Решая уравнение относительно Д_п, определяем расход пара за период работы тепловой установки.

Q_прих = Q_расх (77)

2683 ∙ Д_п + 729775 = 294,138 ∙ Д_п + 4276490

2683 ∙ Д_п -294,138 ∙ Д_п = 4276490 - 729775

2388,862 ∙ Д_п = 3546715

Д_п = 1485 кг;

Данные теплового баланса сводим в таблицу.

Таблица 3.1- Тепловой баланс установки

Наименование статей баланса	Количество тепла
	кДж/период	%
Приход тепла 1.С паром 2.От экзотермических реакций твердения цемента	3586366,1 470105,02	84,52 15,48
Всего:	4714030	100
Расход тепла 1.На нагрев сухой массы бетона 2.На нагрев части воды затворения 3.На нагрев воды, оставшейся в изделиях 4. На нагрев арматуры закладных изделий 5. На нагрев транспортных устройств 6.На нагрев форм 7.На аккумуляцию ограждающих конструкций 8.Потери тепла в окружающую среду 9.Потери тепла с конденсатом 10.На нагрев пара, занимающего свободный объём камеры 11.Невязка	1274233 576206 462032 26582 41933 786240 1006061 37586 427693 74719 745	27,03 12,224 9,8 0,56 0,89 16,68 21,34 0,79 9,08 1,59 0,016
Всего:	4714030	100

Невязка бетона

(78)

Н = (4714030 –4713285) / 4714030 ∙ 100 % = 0,016 %;

Расхождение между приходом и расходом допустимо до 1 %. Невязка объясняется округлением величин при расчёте:

Далее определяется удельный расход пара

(79)

d_п = 1485/ 10,08 = 147 кг/м³;

Удельный расход нормального пара

(80)

d_н.п. = 185,7 ∙ 2683 / 2676 = 147,4 кг/м³;

- энтальпия натурального пара (используемого в камере);

- энтальпия натурального пара = 2676 кДж/кг

Удельный расход тепла:

= 147,4 ∙ 2676 = 394442 кДж/м³; (81)

Часовой расход нормального пара

Д_час = Р_час ∙ d_н.п. = 5,6 ∙ 147,4 = 825,44 кДж/ч; (82)

Р_час – часовая производительность цеха в м³ бетона

Годовой расход нормального пара

Д_год = Р_год ∙ d_н.п. = 34000 ∙ 147,4 = 5011600 кДж/год; (83)

Р_год – годовая производительность цеха, м³

Часовой расход тепла:

Q_час = Д_час ∙ = 825,44 ∙ 2676 = 2208877,4 кДж; (84)

Годовой расход тепла:

Q_год = Д_год ∙ = 5011600 ∙ 2676 = 13411041600 кДж; (85)

3.3 Технико-экономические показатели

установки

1.Вид тепловой установки

2.Характеристика пропариваемых изделий

3.Начальная температура изделия t ₁ = 15 ⁰С

Максимальная температура прогрева изделий t ₂ = 80 ⁰С

4.Продолжитеьность цикла термообработки τ_ц = 12,5 ч

5.Габариты установки

L_к – 6,8 м

В_к – 2,8 м

Н_к – 2,8 м

6.Количество изделий в установке n_изд. = 6

7.Производительность цеха Р_год = 34000 м³

8.Часовая производительность цеха Р_час = 5,6 м³/ч

9.Расход пара за период Д_п = 1485 кг

10.Удельный расход пара d_п = 147 кг/м³

11.Удельный расход нормального пара d_н.п = 147,4 кг/м³

12.Годовой расход нормального пара Д_год. = 5011600 кДж/г.

4 Техника безопасности при

эксплуатации установки

Стенку и крышку камеры следует содержать в исправленном состоянии. Прорыв пара через трещины в стенках или неплотных соединениях в крышке должны быть немедленно устранены. Камеры должны быть немедленно оборудованы песчаными или водяными затвором, обеспечивающий герметическое соединение по всему периметру прилегания к ней крышки. При водяном затворе должна быть обеспечена циркуляция находящейся в ней воды.

В процессе тепловой обработки железобетонных изделий избыточное давление паровоздушной среды в камере не должно превышать 30 мм водного столбика. Крышку камеры необходимо оборудовать подъемными петлями, позволяющими снимать и устанавливать ее на камеру при помощи мостового крана. Запрещается укладывать на крышку камеры какие-либо предметы за исключением крышек камеры, а так же нахождение над ними людям.

Камера должна быть оборудована каналами для свободного стока конденсата, образованного в процессе тепловой обработки. Каналы и весь тракт стока конденсата необходимо содержать в исправном состоянии. В процессе нормальной эксплуатации все работы, связные с нагрузкой и выгрузкой изделий должны осуществляться без входа обслуживающего персонала в камеру.

Соответственно камера и подъемно–транспортное оборудование должны быть оснащены устройствами, обеспечивающими выполнения этого условия. Например: для обеспечения правильной установки с автоматическими кронштейнами, а загрузку и разгрузку ямных камер производят с помощью автоматического захвата.

Доступ обслуживающего персонала, в камеру при температуре выше 40⁰С запрещен. Каждую камеру оборудуют приводом, контролирующим температуру. Во избежание ожога рабочих при ремонтных работах, в камере на вводе пара в каждую камеру должен быть установлен дополнительный запорный орган с ручным приводом, исключающий дистанционную подачу в ней пара.

Все ремонтные работы внутри камеры, а также подачу пара в камеру производят по указанию и с разрешения мастера или начальника цеха. Давление пара, подаваемого в камере не должно превышать 0,2 МПа.

Для выполнения ремонтных работ внутри камеры последняя должна быть оборудована скобами или иметь переносную лестницу. С торцов камеры следует устраивать обслуживающие площадки с ограждениями для безопасной работы стоповщиков.

Грузозахватные устройства для подъема и опускания изделий должны массе наибольшего изделия, загружаемого в камеру.

5 Список литературы

1. Казакова О.С., Казакова Л.Ф. Охрана труда и пожарная безопасность на предприятиях железобетонных изделий. М. Высшая школа 1980 г.

2. Н.М. Никифорова. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий. М. Высшая школа 1981 г.

3. В.Ф. Павлов., С.В. Павлов. Основы проектирования тепловых установок. М. Высшая школа 1987 г.

4. В.В. Перегудов., М.И. Роговой. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. М. Стройиздат. 1983 г.

5. В.В. Перегудов. Теплотехника и теплотехническое оборудование. М. Стройиздат. 1990 г.

6. Пособие по тепловой обработке сборных железобетонных конструкций и изделий. М. Стройиздат. 1989 г.

7. Справочник по производству сборных железобетонных изделий под редакцией К.Ф. Михайлова и др. М. Стройиздат. 1982 г.

кП 2–70 01 01 31 СД-31 2011

Лист