Ферма подстропильная в термоформе

 

Реферат

 

Ферма подстропильная в термоформе.  Курсовой проект 2013 – 29 с: 3 таблицы, 6 источников.

Ключевые слова: термоформа, кассетные установки, схема расположения термоформ, схема подводящего паропровода.

Содержит: расчет габаритов  и количества установок, выбор ограждающих конструкций, теплотехнический расчет, гидравлический расчет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Переход к рыночной экономике  требует резкого снижения себестоимости  продукции за счёт создания новых  технологических процессов, повышения  качества изделий при значительном уменьшении трудовых и материальных затрат и при сохранении чистоты  окружающей среды. Решение этих проблем определяется общей компетентностью инженерно-технического персонала отрасли. Поэтому студенты как будущие творцы новых технологий,  должны хорошо знать основные положения ресурсосберегающих технологических процессов в производстве строительных материалов.

Курсовое проектирование является частью учебного процесса, способствующего  использованию основных положений  теории в заводской практике. В  данном проекте, используя теоретические  основы термодинамики и тепломассобмена, необходимо  разработать технологию тепловой обработки заданного изделия, определить устройство для её осуществления и выполнить тепловой расчёт этого устройства. В связи с изложенным пояснительная записка должна содержать следующие разделы:

 

• Введение.
• Выбор и обоснование технологии производства и способа тепловой обработки заданного изделия.
• Определение основных габаритов установки.
• Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций установки.
• Материальный и тепловой баланс установки.
• Гидравлический расчёт трубопроводов.
• Выбор способа использования вторичных материальных и энергоресурсов.
• Мероприятия по охране труда, природы и техники безопасности.

 

В конце пояснительной  записки приводится перечень использованной литературы.

Графическая часть проекта  должна содержать планировку технологической линии, общий вид тепловой установки в разрезе и дополняющие поясняющие виды, схему подвода теплоносителя и дополнительные сведения, объясняющие работу установки. Всё указанное размещается на формате листа А1.

Во введении расчётно-пояснительной записки описывается назначение в здании или сооружении и условия его работы (теплозащита, звукоизоляция, водонепроницаемость, влажность среды и т.д.). В связи с этим необходимо подробно описать технологические требования, предъявляемые изделию и способы их обеспечения с указанием условий тепловой обработки.

В задании приводятся только изделия и производительность. Состав бетонной смеси, марка бетона, толщина изделия, материал и другие данные следует выбирать из каталогов  типовых изделий, справочных пособий и рекомендаций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Обоснование способа производства

 

Бетонные и железобетонные изделия и конструкции изготовляют  на заводах или полигонах. В процессе производства их входят следующие операции: приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры и арматурных каркасов, армирование железобетонных изделий, формование, температурно-влажностная обработка и декоративная отделка лицевых поверхностей изделий.

Основные операции в  современной технологии сборного железобетона выполняют по трём принципиальным схемам, причём ведущим признаком служит способ формования изделий. По методу формования различают также и предприятия (например, завод с кассетной, конвейерной или поточно-агрегатной технологией).

 При выборе технологии  следует учитывать возможность наилучшего управления процессом образования структуры бетонной смеси.

По способу и организации  процесса формования можно выделить три схемы производства железобетонных изделий:

- изготовление изделий  в неперемещаемых формах. Все технологические операции – от подготовки форм до распалубки затвердевших изделий – выполняют на одном месте. К этому способу относят формование изделий на плоских стендах или в матрицах, формование изделий в кассетах;

- изготовление изделий  в перемещаемых формах. Некоторые технологические операции формования или комплекс их выполняют на специализированных постах. Форму, а затем изделие вместе с формой перемещают от поста к посту по мере выполнения отдельных операций;

- непрерывное формование. Этот способ создан сравнительно недавно. Он отличается наиболее высокой производительностью труда, минимальной металлоёмкостью и несравнимо высоким объёмом продукции на единицу производственной площади предприятия. Изделия формуют на вибропрокатном стане.

Рассмотрим процесс производства изделий в кассетных установках.

 В вертикальном  положении следует формовать  изделия с замкнутым в поперечном  сечении контуром (трубы, вентиляционные  блоки, санитарные кабины для  жилых домов, крупные объёмные  элементы зданий и др.) или изделия со сложным профилем на противоположных или смежных сторонах (например, лестничные марши, карнизные блоки и др.). В этих случаях формование в вертикальных формах имеет значительные преимущества перед обычным формованием изделий в открытых горизонтальных формах. Такое формование даёт хорошие результаты и при изготовлении плоских изделий, когда требуется получение одновременно двух лицевых поверхностей и соблюдение заданной толщины изделий. При формовании изделий в горизонтальном положении обеспечение проектной толщины и гладкой поверхности на большой, открытой сверху площади формируемого изделия весьма затруднительно.

 Однако вертикальные  формы имеют более сложную  конструкцию по сравнению с  обычными горизонтальными, так  как вместо одной основной  формующей горизонтальной плоскости в них имеется по меньшей мере две основные формующие плоскости. Эти плоскости образуются двумя вертикальными стенками (плоскими или профильными). Формы для изделий с замкнутым контуром сечения состоят из двух элементов – внешнего и внутреннего (обечайки и сердечника). Несмотря на увеличенную площадь формующих плоскостей, удельная металлоёмкость вертикальных форм не больше, чем горизонтальных, так как благодаря повышенной жёсткости стенок форм в вертикальной плоскости они могут быть более тонкими или с меньшим количеством рёбер жёсткости. Кроме того, в кассетных формах каждая промежуточная вертикальная стенка имеет две формующие плоскости.

 При вертикальном  формовании вибрационное уплотнение  бетонной смеси обычно осуществляется  навесными (наружными) вибраторами, укрепляемыми в необходимых местах на стенках формы. Уплотнение смеси в изделиях с замкнутым контуром может осуществляться с помощью вибросердечников.

В качестве навесных вибраторов применяются главным образом  серийно выпускаемые электромеханические вибраторы маятникового типа, создающие благодаря шарнирному креплению к стенкам формы направленные колебания перпендикулярно стенке. При наличии на предприятии компрессорной станции можно применять пневматические навесные вибраторы.

 Вертикальные формы  должны иметь достаточно жёсткую  конструкцию с тем, чтобы исключить  возможность деформирования стенок  формы и отклонения в размерах  формуемых изделий под действием  гидростатического давления разжиженной  бетонной смеси. В то же время  вертикальные формы в случае применения навесных наружных вибраторов должны обладать достаточно гибкими стенками, способными передавать вынужденные колебания бетонной смеси без значительных потерь. В связи с этими требованиями стенки форм выполняются из сравнительно тонких стальных листов обшивки, образующих формующие плоскости, на которых и крепятся к жёсткому каркасу через упругие виброизолирующие прокладки.

Для производства внутренних стеновых панелей наилучшим способом изготовления изделий является формование в кассетных установках.

 

 

2.Обоснование  способа тепловой обработки

 

Тепловая обработка  изделия (ферма подстропильная) производиться в термоформе. В данном случае происходит обработка с контактной передачей тепла бетону в изделии через ограждающие поверхности закрытой со всех сторон формы, в которой заключено изделие. Этот способ сочетает в одном агрегате формование изделия с его тепловой обработкой.  Контактный обогрев изделий осуществляется при помощи рубашек, в которых циркулирует тепловой агент. Рубашками оборудованы боковые стенки форм на всю площадь наружной поверхности изделия.

Рубашки образуют замкнутую  со всех сторон полость, в которой  циркулирует теплоноситель. В рубашках термоформ используется в качестве теплоносителя пар, как наиболее эффективный тепловой агент для быстрого разогрева бетона. Паровые рубашки устроены с двух сторон от вертикальной стенки изделия, с внешней стороны они теплоизолированы.   

Для более равномерного распределения температуры греющей  среды по всей площади примыкания паровой рубашки к изделию обеспечена свободная циркуляция пара в полости рубашки. Разводка пара по рубашкам термоформ производиться при помощи укрепленной снаружи формы продольной паропроводящей трубы с отводами от нее пара в необходимые места рубашки короткими гибкими шлангами. Одновременно в рубашке предусмотрены отверстия с выводными трубками для слива конденсата, а также уклоны для стока конденсата и его отвода. Для установки контрольных термометров и выпуска воздуха из полости предусмотрены специальные отверстия.

Тепловая обработка  изделий происходит в несколько  стадий. Нагрев бетона 7 ч, изотермической выдержки 6,5 ч и время охлаждения 1,5 ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет габаритов и количества установок

Расчёт размеров установок периодического действия

1.Определяем количество  установок для обеспечения годовой  производительности цеха.

 

шт; Принимаем термоформ 9 шт.

 

- годовая производительность цеха (задано по условию);

- годовая производительность камеры.

 

м³;

 

где V_м – объем изделий, загружаемых в камеру (4,5 м³);

       - время цикла тепловой обработки.

 

B = t_год*n*m = 4048 ч;

 

где  m – продолжительность смены (8 ч);     

        n – количество смен (2);

        t_год – количество рабочих дней в году (253)

 

= t_з+t_общ+t_разг =2+7+6,5+1,5 = 17ч;

 

где t_з – время загрузки ;

       t_разг – время разгрузки.

 

Ширина камеры тепловой обработки (термоформы):

 

м;

 

Высота термоформы:

 

м;

 

Длина термоформы:

 

м,

 

где - ширина, высота и длина изделия;

                       - толщина стенки термоформы.

Коэффициент загрузки камеры:

 

 

;

 

где - объем загружаемого материала в камеру;

      - объем термоформы.

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор ограждающих конструкций

Важную роль при тепловой обработке играет выбор ограждающих конструкций. От правильно выбранной ограждающей конструкции зависит качество тепловой обработки. Для расчета используем метод последовательных приближений.

Задаёмся ограждающей  конструкцией из двух слоев стали  толщиной 2 мм, между которыми находится слой минеральной ваты толщиной 5 см. Коэффициент теплопроводности стали λ= 58 Вт/(м·ºС), а минеральной ваты λ= 0,056 Вт/(м·ºС).

Определим коэффициент  теплопередачи:

 

 

где  α – коэффициент  теплоотдачи, Вт/(м²·ºС);

δ/λ – тепловая проводимость стенки;

α_вн→∞;

α_нар=6…10.

 

;

 

Температура наружной поверхности  камеры:

 

 

     где   Т_ц=16 – температура цеха, ºС;

Т_вн=85⁰ – температура, равная температуре теплоносителя, ºС.

 

;

 

Для полученной температуры  определяем α_л и α_к и сравниваем с принятым значением.

 

 

 

где  ε_пр=0,93…0,95 – приведённая степень черноты для керамзитобетона и металла;

с=5,67 – коэффициент излучения  абсолютно чёрного тела;

Т_ж=289 – температура окружающей среды, К;

 

 

;

 

Из таблицы П.1 [2] находим    

- коэффициент кинематической вязкости

Критерий Грасгофа:

 

 

где х – линейный размер тела по направлению потока среды (теплоносителя), м.

 

 

Критерий Нуссельта:

 

 

где c, n – коэффициенты, зависящие от произведения .

 

 

Коэффициент теплоотдачи  при конвективном потоке:

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Теплотехнический расчет

Период нагрева.

Расходные статьи баланса.

Теплота, расходуемая  на нагрев бетона.

Определяем теплоемкость бетона, принимая во внимание, что вес  сухих составляющих на 1 м³ бетона равен:

 

 

Теплоёмкость бетонной смеси:

 

Коэффициент температуропроводности бетона:

 

 

где  λ_б=1,9…2 – коэффициент теплопроводности тяжёлого бетона, ккал/(м·ч·ºС);

ν_б – плотность бетонной смеси (2555,01 кг/м³ );

 

 

 

Вычисляем величину А, принимая во внимание, что при марке цемента М400

 

 

Критерий Био:

 

 

Критерий Фурье:

 

 

Для найденных значений Fo и Bi находим значение с₂=0,02.

Величина, характеризующая тепловыделение цемента в процессе тепловой обработки:

 

 

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

t₀=16˚C;

b – скорость подъёма температуры:

 

 

 

Находим, что для неограниченной пластины ψ_пл=0,20.

Определяем удельный расход теплоты на нагрев бетона:

 

 

Расход теплоты на нагрев изделий в камере:

 

Расход теплоты  на нагрев форм и транспорта.

Принимаем металлоёмкость форм равную 3,5 т/м³ для одного изделия.

 

 

 

Определяем количество теплоты, затраченное на нагрев внутренней части формы:

 

 кДж;

 

Определяем количество теплоты, затраченное на нагрев наружной части формы:

 

 кДж;

 

Определяем количество теплоты, затраченное на нагрев утеплителя:

 

 кДж;

 

Определяем количество теплоты, затраченное на нагрев формы:

 

_{Q2=Q^в2+Q^н2+Qмин.в.=366934,05+97169,625+18374,2=482477,875;}

Теплопотери через ограждающую конструкцию:

 

 

где  F – площадь ограждающей конструкции:

м²

 

Теплота, отводимая  конденсатом.

 

 

где  Т_кон.=40˚С – температура конденсата;

М_П – масса пара, кг.

 

 

Неучтенные  потери

Q₅=0.15*∑Q_расх=0,15*(151942,5+482477,875+52734,036+15,08*М_п)=103073,16+2,26М_п кДж;

 

Q_расх=151942,5+482477,875+52734,036+15,08*М_п+103073,16+2,26М_п=790227,571+17,74М_п кДж;

Приходные статьи теплового баланса

1.Теплота, вносимая теплоносителем:

 

 

где h’’ – энтальпия пара, кДж;

x – коэффициент сухости пара.

 

 

Cоставляем тепловой баланс установки.

 

 

790227,571+17,74М_п =1982,2М_п; М_п=402,26 кг.

 

Удельный расход пара:

 

Q=М_п/V_изд=402,26/4,5=89,39 кг/м³;

 

Q=М_п/τ_н=402,26/7=57,47 кг/ч;

 

Таблица 1. Тепловой баланс установки

Расходные статьи	Q, ккал	%	Приходные статьи	Q, ккал	%
1	2	3	4	5	6
Теплота, расходуемая на нагрев материала	151942,5	21	Теплота, вносимая теплоносителем	797359,772	100
Теплота, расходуемая на нагрев форм и транспорта	482477,875	60,5

 

Продолжение таблицы 1.

Теплопотери через ограждающую  конструкцию	52734,036	6,5
Теплота, отводимая конденсатом	6066,08	0,8
Неучтённые потери	89348,72	11,2
	797363,663	100		797359,772	100

Период изотермической выдержки

Расходные статьи

1.Расход теплоты  на нагрев материала.

Определяем температуру  центра бетона в конце периода  изотермической выдержки по номограмме в зависимости от значений τ_из, R²/a, (b-m).

 

 

 

Определяем среднюю  температуру изделия в конце  периода нагрев:

 

 

Средняя температура  бетона за весь период нагрева:

 

 

За период подъёма температуры изделие будет иметь

 

 

Находим, что при 328,86 град·ч, В/Ц=0,4 и марке цемента М400 тепловыделение 1 кг цемента составит Q_э=205,31 кДж/кг, а для 1 м³ бетона:

 

 

 

Определяем среднюю  температуру изделия в конце периода изотермической выдержки. Для этого по номограмме в приложении 6 [3] определяем А_пл.

 

 

 

 

Температура центра панели без учета экзотермии в конце изотермической выдержки:

 

 

а температура поверхности 

 

 

Средняя температура  в конце периода изотермической выдержки:

 

 

Средняя температура  за весь период изотермической выдержки:

 

 

Количество градусо-часов за весь период изотермической выдержки:

 

 

Определяем общее количество градусо-часов за периоды подъёма

 

 температур и изотермической  выдержки:

 

 

Находим, что для полученных градусо-часов, В/Ц=0,4 и марки цемента 400 тепловыделение 1 кг цемента составит Q_экз=263.97 кДж/кг, а для 1 м³ бетона:

 

 

Вычисляем значение m, характеризующее тепловыделение цемента при изотермической выдержке:

 

 

Удельный расход тепла  в период изотермической выдержки:

 

Общий расход теплоты, затраченной  на нагрев бетона в процессе изотермической выдержки:

 

Q₁=q

V_б=-8772.43 4.1=-35966.963 кДж.

2.Расход теплоты  на нагрев форм и транспорта.

Принимаем металлоёмкость форм равную 3,5 т/м³ для одного изделия.

 

 

Определяем количество теплоты, затраченное на нагрев внутренней части формы:

 

 кДж

 

Определяем количество теплоты, затраченное на нагрев формы:

 

 кДж

3.Теплопотери  через ограждающую конструкцию.

Теплопотери через ограждающую конструкцию:

 

 

4.Теплота, отводимая  конденсатом.

 

 

5.Неучтенные  потери.

 

Приходные статьи теплового баланса периода изотермической выдержки

1.Теплота, вносимая  теплоносителем:

 

 

где h’’ – энтальпия пара, кДж;

x – коэффициент сухости пара.

 

 

Составляем тепловой баланс установки.

 

 

 

 

Удельный расход пара:

 

 

 

Таблица 2. Тепловой баланс установки

Расходные статьи			Q, кДж	%		Приходные статьи			Q, кДж	%
1			2	3		4			5	6
Теплота, расходуемая  на нагрев материала			-35966,96	-38,1		Теплота, вносимая теплоносителем			94467,12	100
Теплота, расходуемая  на нагрев форм и транспорта			14645,61	15,5
102755,06	108,8
Теплопотери через ограждающую  конструкцию
Теплота, отводимая конденсатом			716,15	0.8
Неучтённые потери			12322,39	13
			94472,25	100					94467,12	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Гидравлический  расчет

 

    Гидравлический  расчёт составляется по тепловому  балансу расхода пара для определения  диаметров подводящих паропроводов  и необходимого давления пара, поступающего в систему. Для подводящего пара составляем схему. По циклограмме определяем количество камер, где производится нагрев, и число камер с изотермической выдержкой.