Кассетная установка с электропрогревом для ТВО внутренних стеновых панелей. 2

Изм.

Кол.

Лист      № док

Подпись

Дата

Лист

3

КП ТТО 10.00.00 ПЗ

 Разраб.

Жаврид

 Пров.

 

 

 

 

 

 

 

 

Беланович

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

   Кассетная установка для производства внутренних стеновых панелей

 

Лит.

Листов

      21

гр.401 ПСИиК-3у БГКПСМ

Содержание

1. Общая часть
1. Технико-экономическое обоснование тепловой установки
2. Описание конструкции и работы тепловой установки
2. Технологическая часть
1. Характеристика теплоносителя и его параметры
2. Режим работы тепловой установки
3. Исходные данные
3. Расчётная часть
1. Расчёт процесса горения топлива
2. Конструктивный расчёт тепловой установки
3. Тепловой расчёт тепловой установки
4. Техника безопасности тепловой установки
5. Литература

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Технико-экономическое  обоснование  тепловой   установки

 Наиболее распространённым  приемом интенсификации технологических  процессов и сокращения длительности  изготовления материалов и изделий,  является их тепловая обработка,  составляющая треть стоимости  их изготовления, занимающая свыше  80 % длительности технологического  цикла и потребляющая свыше  75 % тепла и энергоресурсов. Сокращение  любого из этих показателей  позволит значительно повысить  эффективность технологии. Так, сокращение  длительности тепловой обработки  на 10% даст экономию в 1-2 часа, что  обеспечит существенное увеличение  производительности установок, уменьшение  расхода тепловой энергии, снижение  металлоёмкости процесса за счёт  увеличения оборачиваемости форм.

Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

   4

КП ТТО 10.01.01 ПЗ

Основными изделиями сборного железобетона являются панели стен, перекрытий, перегородок, лестничные марши, площадки, плиты покрытий, покрытия дорог, ребристых плит, панели лоджий. Т.к. при горизонтальном изготовлении внутренних стеновых панелей требуется большие производственные площади, а высота цехов используется нерационально. Кроме того при горизонтальной распалубке на изделия действуют плохо воспринимаемые изгибающие нагрузки, поэтому необходимо дополнительно их армировать для восприятия монтажных усилий, повышать распалубочную прочность, удлиняя сроки пропаривания и увеличивая площадь пропарочных камер.

Частично недостатки горизонтального  производства плит устраняют, применяя двухъярусные конвейеры, пропаривание в пакетах термоформ,

многослойную формовку панелей  на стендах, применением кантователей для распалубки в вертикальном положении. Однако наиболее существенно повышается съём изделий с единицы производственной площади при изготовлении плит стендово-кассетным способом в кассетных установках.  Принцип способа заключается в том, что пакет форм, вертикально установленных на раме, с уложенной в них арматурой, заполняют пластичной бетонной смесью и прогревают. После набора необходимой прочности, производят распалубку форм и изделия в вертикальном положении устанавливают в стеллажах.

Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

   5

КП ТТО 10.01.01 ПЗ

   В курсовом проекте принимаю  кассетную установку с электронагревом.

          Электронагрев в сравнении с паропрогревом отличается рядом преимуществ. Основными достоинствами электронагрева являются:

— сокращение цикла тепловлажностной обработки;

— получение высококачественной продукции;

— отсутствие вредных  газовыделений;

— возможность применения автоматического регулирования режима тепловлажностной обработки;

— обеспечивают более высокую производительность труда по сравнению с другими  способами;

— меньший расход электроэнергии.

— сокращение капиталовложений на постройку котельных установок, топочных устройств, магистральных трубопроводов, вентиляционных установок,

— повышение культуры производства.

          Быстрый разогрев бетона в  кассетах позволяет сократить  время тепловлажностной обработки до 4—6 ч, а также повысить оборачиваемость кассет, заметно улучшаются показатели трудоемкости производства, повышается производительность труда рабочих и снижаются затраты труда на формование панели. Расход тепловой энергии по сравнению с паропрогревом снижается почти в два раза.

Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

   6

КП ТТО 10.01.02  ПЗ

     1.2 Конструкция и работа тепловой установки

           Конструктивно кассетная установка состоит из неподвижной станины, разделительных стенок, опор и прижимных домкратов. К разделительным стенкам крепятся днища и борта форм, которые в собранном состоянии (установка сжата домкратами) образуют вертикальные формы, заполняемые арматурой и бетонной смесью. Торцевая неподвижная теплоизолированная стенка крепится к раме станины, а подвижные стенки и отсеки перемещаются на роликовых опорах. Передвижение стенок производится гидравлическими домкратами, а закрепление их - установочными клиньями в кронштейнах.

Ток к греющим отсекам  подводится с помощью клемм, арматурный каркас и бетонная смесь подаются сверху. Вибрирование бетона производится навесными вибраторами.

          Наружные стенки кассеты имеют теплоизоляцию, предназначенную для предотвращения потерь тепла от паровой рубашки в окружающую среду. Для этого теплоизоляционные рубашки заполнены минеральной ватой. Задняя неподвижная стенка опирается на неподвижные упоры, положение которых регулируют и фиксируют гайками. Передняя неподвижная стенка соединена с упорами и вместе с ними при помощи рычажной системы может передвигаться вперёд и назад. В собранном виде все разделительные стенки соединены замками в один блок и прижаты друг к другу. В таком положении в формы сверху устанавливают арматурный каркас, загружают бетонную смесь, уплотняют её вибраторами, прикреплёнными к торцевым поверхностям разделительных стенок и прогревают, подавая электроэнергию клеммами прямо к стенкам.

Тепловая обработка изделий  осуществляется путём пропускания  через тело бетона трехфазного электрического тока промышленной частоты. Электродами служат разделительные стенки кассеты. Вместо паровых отсеков добавляют формовочные, что увеличивает емкость кассеты.

 

         Электропроводность  бетона объясняется наличием  в нем влаги с растворенными в ней окислами минералов клинкера. По мере протекания реакций твердения бетона происходит уменьшение его влажности, что вызывает увеличение электрического сопротивления и соответственно уменьшение количества выделяемой в бетоне теплоты. Для поддержания требуемого температурного режима тепловлажностной обработки бетона производят регулирование подводимого к нему напряжения. С этой целью кассеты с электропрогревом снабжают многоступенчатыми трансформаторами с широким диапазоном регулирования напряжения.

Распалубку готовых изделий  производят путём последовательного  перемещения разделительных стенок кассетной формы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

   7

КП ТТО 10.01.02 ПЗ

 

 

Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

  8

КП ТТО 10.02.01 ПЗ

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

2.1 Характеристика  теплоносителя и его параметры

          В качестве источника тепла  данной тепловой установки применяют  электроэнергию промышленной частоты  50 гЦ.

 

       2.2 Режим работы тепловой установки

         Режимом тепловлажностной обработки называют совокупность условий окружающей среды, то есть температура, влажность и давление, воздействующих на изделие в течение определённого времени и обуславливающих оптимальную для данного изделия скорость набора прочности.

        Теплофизические  свойства бетона при тепловлажностной обработке изменяются в зависимости от условий окружающей среды. Чтобы не нарушать структуру бетона, необходимо назначить скорость подъёма и снижения давления так, чтобы строго соблюдался установленный для данного бетона режим тепловлажностной обработки.

       τ₁ - продолжительность подъёма температуры – 2 часа;

       τ₂ - продолжительность изотермической выдержки – 3,5 часа;

       τ₃ - охлаждение изделий – 0,5 часа.

       Время   полного цикла тепловлажностной обработки определяется по формуле:

τ_цикла= τ_ТВО +τ_доп ,

 

где  τ_ТВО - время ТВО изделий, час

                   τ_ТВО= τ₁ +τ₂+ τ₃

                   τ_ТВО =2+3,5+0,5=6

       τ_доп – дополнительное время на обслуживание установки, час

                   τ_доп = τ_расп. +τ_чистки+ τ_смазки +τ_сборки+τ_{укладки}+ τ_упл. +τ_загл. ,

где  τ_расп.  - время распалубки, час      

        τ_чистки  - время чистки отсеков, час

        τ_смазки  - время смазки отсеков, час

        τ_сборки  - время сборки кассеты, час

        τ_{укладки} - время укладки бетонной смеси, час

Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

  9

КП ТТО 10.02.02 ПЗ

        τ_упл. -  время уплотнения бетонной смеси, час

        τ_загл. - время заглаживания верхнего слоя бетона, час

                  τ_доп =1+0,5+0,5+1+0,8+0,2+0,5=4,5 часа

                  τ_цикла  = 6+4,5=10,5 часов

        Согласно  нормам принимаю двухсменный  режим работы по 8 часов при  пятидневной рабочей неделе. Количество  выходных и праздничных дней - 100, количество дней на плановый  ремонт - 12. Тогда годовой фонд  рабочего времени:

        365-100-12= 253 дня

 

 

2.3 Исходные данные

Производительность цеха, тыс.м³/год       - 30000

Тип изделия           - стеновые панели

Габаритные размеры изделия, мм        - 5160х2570х140

Объём бетона в изделии  ( Vизд.), м³               - 1,48Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

   10

КП ТТО 10.02.03 ПЗ

 

Расход арматуры, ( m_а ), кг/изделие        - 27,78

Марка цемента, ( R₂₈ )          - 500

Водоцементное отношение, ( В/ц )       - 0,6

Расход цемента, кг/м³          - 330

Расход заполнителя, кг/м³         - 1260

Расход воды, (В), кг/м³          - 210

Плотность бетона, (ρ), кг/м³                  - 2200

Начальная температура бетона, (t₁)^оC               - 16

Конечная(максимальная) температура нагрева бетона (t₂)^оC  - 86

Источник тепла           - электроэнергия

Время тепловлажностной обработки                      - 6 часов

Время полного цикла            - 10,5 часов

 

 

 

Изм.

Кол.

 

Лист    № док

 

Подпись

Дата

Лист

   11

КП ТТО 10.03.01 ПЗ

          3. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

          3.1 Расчёт процесса горения топлива

    Расчет не производится, так как в качестве источника тепла применяется электроэнергия.

 

         3.2 Конструктивный расчёт установки

 Конструктивный расчёт  установки не производим, так  как кассетная установка является  унифицированным оборудованием.  Для формования и тепловлажностной обработки внутренних стеновых панелей принимаем кассетную установку СМЖ-20 с одноцилиндровым гидроприводом. 

Техническая характеристика:

Длина – 6090мм

Ширина – 6000мм;

Высота – 3195мм.

Количество одновременно формуемых изделий – 10шт.

Мощность электродвигателя – 9кВт.

Масса установки  – 60тонн

Число формовочных отсеков  – 10шт.

          Определяю  количество кассетных установок  обеспечивающих заданную производительность

х=П_год.*τ_цикла/Т*24* Е_к *K_и 

где П_год.–годовая производительность, м³/час

τ_цикла – время цикла, час

Т – количество рабочих  суток, сут.

          K_и – коэффициент использования календарного времени

Принимаем K_и=0,95

х=30000*10,5/253*24*14,8*0,95=3,7

Для обеспечения заданной производительности принимаю 4 кассетных установок.  

3.3 Тепловой расчёт  тепловой установки                                        

Задача теплового расчёта  – определение расхода тепла  и пара на тепловлажностную обработку бетонных и железобетонных изделий. Она решается – решением уравнения теплового баланса, который состоит из приходной и расходной части.

Тепловой баланс кассетной  установки определяется на период её работы и полную загрузку бетона в  кассету. По тепловому балансу определяется удельный расход тепла и пара на тепловлажностную обработку изделий. 

Приход тепла, кДж/период

Изм.

Кол.

 

Лист     № док

 

Подпись

Дата

Лист

   12

КП ТТО 10.03.02 ПЗ

 с электроэнергией

 Q₁ⁿ=N   кДж

где N – расход электроэнергии за период работы, кг. Величина неизвестная и определяется из уравнения теплового баланса;

от экзотермических  реакций твердения цемента

 Q₂ⁿ = q_экз*М_ц   кДж

где    М_ц – масса цемента в кассетной установке, кг

          М_ц=Е_к*Ц

где     Ц - расход цемента, кг/м³

        Е_к - ёмкость камеры, м³

 Е_к=V_изд*n

где  n – число формовочных отсеков в кассете

 Е_к=1,48*10=14,8 м³

где     V – объем изделия, м³

          М_ц=14,8*330=4884 кг

где    qэкз   - удельная экзотермия цемента,кДж/кг.цем.

         qэкз  = θ ·M  ·a /162 + θ ·0,96*√ В/Ц,

где     М – масса цемента      

Изм.

Кол.

 

Лист    № док

 

Подпись

Дата

Лист

   13

КП ТТО 10.03.03 ПЗ

          θ– число градусо-часов тепловой обработки

          θ=0,5*(t₁+t₂)*τ₁+t₂* τ₂, град.ч.,

где  t₁ – начальная температура нагрева изделий, ^оС

 t₂ – максимальная температура нагрева изделий, ^оС

 τ₁ – время подъёма температуры, ч

 τ₂ –  время изотермической выдержки, ч

 θ=0,5*(16+86)*2+86*3,5=403 град.ч.,

если   θ≤290, то а=0,32+0,002*θ

          θ>290, то а=0,84+0,0002*θ

 а=0,84+0,0002*403=0,92

где     В/Ц – водоцементное отношение,

          В/Ц  = 210/330 = 0,636

           qэкз = (403*500*0,92/162+0,96*403)* √0,636=(185380/548,9)*0,80=270,2  кДж /кг.цем

          Q₂ⁿ = 270,2*4884=1319656,8 кДж

Всего приход тепла:

Q_прих= Q₁ⁿ+ Q₂ⁿ =N+1319656,8  кДж  

Расход тепла, кДж/период

на нагрев сухой  массы бетона

Q₁^р= С_с.б*М_с.б*(t₂-t₁)  кДж

где М_с.б – масса сухого бетона в кассетной установке, кг

М_с.б.=Е_к* ρ,

где ρ -  объёмная плотность бетона, кг/м³

         М_с.б.=14,8*2200=32560 кг

С_с.б- теплоёмкость бетона, кДж/кг КИзм.

Кол.

 

Лист    № док

 

Подпись

Дата

Лист

  14

КП ТТО 10.03.03 ПЗ

 

         Q₁^р=0,88*32560(86-16)=2005696 кДж

на испарение  части воды затворения

 

         Q₂^р=W*(2493+1,97*t_cр)  кДж

где 2493 – удельная теплота парообразования, кДж/кг

W- количество испарённой влаги, кг

W=0,01*М_б=0,01*32560=325,6 кг

 t_cр=(t₂+t₁)/2=(86+16)/2=51^оС

Q₂^р=325,6*(2493+1,97*51)=844433,83  кДж

на нагрев воды, оставшейся в изделиях

Q₃^р= C_в* (М_в-W)* (t₂-t₁)  кДж

где М_в – масса воды затворения, кг

М_в = Е_к*В,

где В – расход воды, кг/м³

М_в=14,8*210=3108 кг

         C_в – теплоёмкость воды, кДж/кг К

Q₃^р=4,19*(3108-325,6)*(86-16)=816077,92 кДж

на нагрев арматуры и закладных деталей

Q₄^р = М_а*С_а*( t₂-t₁)  кДж

где М_а – масса арматуры, кг  

         М_а =n*m_а

где m_а – расход арматуры на одно изделие, кг

         М_а=27,78*10=277,8кг

Изм.

Кол.

 

Лист     № док

 

Подпись

Дата

Лист

  15

КП ТТО 10.03.03 ПЗ

         С_а – теплоёмкость арматуры, кДж/кг К

 

Q₄^р=277,8*0,48*(86-16)=9334,08 кДж

на нагрев кассетной установки

Q₅^р = М_к*С_к*( t^к₂-t^к₁)  кДж

где М_к – масса кассетной установки, кг

С_а – массовая теплоёмкость кассеты, кДж/кг К

         t^к₂ – температура  кассеты в период изотермической выдержки, ^оС

          t^к₁ – начальная температура кассетной установки, ^оС 

Q₅^р =60000*0,48(86-16)=2016000 кДж

потери тепла во внешнюю среду  ограждениями

Потери тепла во внешнюю  среду ограждениями кассетной установки  по литературным данным составляют до 25% от общего прихода тепла

Q₆^р =0,25Q_прих

        Q₆^р =0,25(N +1319656,8)=0,25N+329914,2 кДж

неучтённые потери тепла

Q₇^р =0,1*Q^’_расх

         Q^’_расх =Q₁^р + Q₂^р + Q₃^р + Q₄^р + Q₅^р + Q₆^р

         Q^’_расх =2005696+844433,83+816077,92+9334,08+2016000+0,25N+

         +329914,2=0,25N+6021456,03 кДж

         Q₇^р =0,1*(0,25N+6021456,03)=0,025N+602145,6 кДж

  Всего расход  тепла:

          Q_расх.= Q₁^р + Q₂^р + Q₃^р + Q₄^р + Q₅^р + Q₆^р + Q₇^р

         Q_расх =2005696+844433,83+816077,92+9334,08+2016000+0,25N+

           +329914,2+0,025N+602145,6=0,275N+Изм.

Кол.

 

Лист    № док

 

Подпись

Дата

Лист

   16

КП ТТО 10.03.03 ПЗ

6623601,63 кДж

Приравниваем сумму статей прихода к сумме статей расхода  и определяем количество тепла, принесенного электроэнергией:

Q_прих = Q_расх

N+1319656,8=0,275N+Изм.

Кол.

 

Лист    № док

 

Подпись

Дата

Лист

   17

КП ТТО 10.03.03 ПЗ

6623601,63

N-0,275N=6623601,63-1319656,8

N=7315785,98 кДж

Для проверки теплового баланса  составляю  таблицу. Тепловой баланс представляю в таблице 1.

Невязка баланса

         Н=(Б-М/Б)*100%=(8635442,78-8635442,78/8635442,78)*100%=0%

Расчёт произведен верно.

Затем рассчитываю  удельный расход электроэнергии

N_уд. = N / 3600*Е_к кВт*ч/м³

         N_уд. =7315785,98/53280=137,31 кВт*ч/м³

что эквивалентно

d_н.п. = N_уд.*3600/2676, кг/м³

где 2676 – энтальпия нормального  пара, кДж/кг

d_н.п. =137,31*3600/2676=184,7 кг/м³

Годовой расход электроэнергии составит

        N_год.= N_уд.*Р_год   кВт*ч

N_год =137,31*30000=4119300 кВт*ч

Д_год = d_н.п*Р_год кг

Д_год =184,7*30000=5541000 кг

Суточный расход составит

           N_сут. = N_год/Т кВт*ч

          N_сут. =4119300/253=16281,8 кВт*ч  

           Д_сут. = Д_год /Т кг

           Д_сут. =5541000/253=21901,2 кг

Часовой расход составит

           N_час = N_год /Т*24  кВт*ч

           N_час =4119300/253*24=678,41 кВт*ч              

           Д_час= Д_год /Т*24  кг

           Д_час= 5541000 /253*24=912,6  кг

  Данные расхода сводим  в таблицу 2

Таблица 2Изм.

Кол.

 

Лист    № док

 

Подпись

Дата

Лист

   19

КП ТТО 10.03.03 ПЗ

 

Расход	кВт*ч	кг  н.п	м3  бетона
В год	4119300	5541000	30000
Cутки	16281,8	21901,2	118,6
Час	678,41	912,6	4,94

 

 

 

 

 

Таблица 1

Наименование статей	Расход тепла
	кДж	%
Приход тепла - С электроэнергией - От экзотермических реакций  твердения цемента	7315785,98 1319656,8
Итого	8635442,78	100
Расход тепла - На нагрев сухой массы  бетона - На испарение части  воды затворения - На нагрев воды, оставшейся  в изделиях - На нагрев арматуры  и закладных деталей - На нагрев кассетной  установки - Потери тепла во внешнюю  среду  - Неучтённые потери тепла	2005696 844433,83 816077,92 9334,08 2016000 2158860,7 785040,25
Итого	8635442,78	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ  ТЕПЛОВОЙ      УСТАНОВКИ

       Во время электропрогрева бетона в кассете обслуживающий персонал не должен соприкасаться с токоведущими частями электрооборудования и конструкциями, находящимися под напряжением.

       Каждая кассета ограждается. В опасных местах вывешиваются предупредительные плакаты «Опасно — ток включен!» На пульте управления при включении напряжения на кассету появляется световое табло с аналогичной надписью, а на четырех углах ограждения каждой кассеты загораются красные мигающие лампы. Вся световая сигнализация включается одновременно включением напряжения на кассету.

        Случайное открывание дверей ограждения трансформаторной подстанции, распределительного щита сопровождается звуковым и световым сигналами, а также блокируется конечными выключателями. Два крайних щита с утеплительными секциями, все металлоконструкции кассеты, трансформатор корпуса силовых щитов управления и другое электрооборудование должны быть надежно заземлены. Сечение токопровода, соединяющего нулевую клемму силового трансформатора с электродами — разделительными стенками кассеты, должно быть не менее 50% сечения основных проводов, питающих прогреваемые изделия. Общее электрическое сопротивление токопровода, соединяющего установку с заземляющим контуром, должно быть не более 0,02 Ом.

Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

  19

КП ТТО 02.04.01 ПЗ

     

Изм.

Кол.

 

Лист   № док

 

Подпись

Дата

Лист

  20

КП ТТО 02.04.01 ПЗ

  Допускается одновременное подключение двух кассетных установок, если потребляемая ими мощность не будет превышать установочной мощности трансформатора. Опыт работы на заводах КПД  показал, что кассетные установки можно включать так, чтобы завершение разогрева бетона в одной кассете частично (на 0,5—1 ч) совпадало с началом разогрева в другой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ  ЛИТЕРАТУРЫ

1.Гершберг О.А. Технология  бетонных и железобетонных изделий,  Москва «Стройиздат» ,1971г.

2.Вознесенский А.А. Тепловые  установки в производстве стройматериалов  и изделий, Москва «Стройиздат» ,1964г.

3.Казакова О.С. ,Казаков  П.В. Охрана труда и противопожарная  безопасность на предприятиях  ЖБИ, Москва  «Высшая школа» 1980г.

4.Константопуло Г.С. Механическое  оборудование заводов железобетонных  изделий и теплоизоляционных  материалов, Москва  «Высшая школа» ,1988г.

5. Никифорова Н.М. Основы  проектирования тепловых установок  при производстве строительных  материалов, Москва  «Высшая школа» ,1974г.

6.Никифорова Н.М. Теплотехника  и теплотехническое оборудование  предприятий промышленности строительных  материалов и изделий, Москва  «Высшая школа» ,1981г.

7.Сизов В.Н. Технология  бетонных и железобетонных изделий,  Москва «Высшая школа» ,1972г.

8.Справочник по производству  сборных железобетонных изделий  под редакцией Скрамтаева Б.Г. и Балатьева П.К.,Москва «Стройиздат» ,1965г.

 

Изм.

Кол.

 

Лист    № док

 

Подпись

Дата

Лист

   20

КП ТТО 10.04.01 ПЗ