Проектирование пропарочной камеры ямного типа

Содержание

Введение………………………………………………………………………..5

     1.1. Общие требования к тепловой обработке……………………………6

     1.2. Тепловые агрегаты……………………………………………………..7

     1.3. Ограждение конструкции ямной пропарочной камеры. Днище…….8

     1.4. Стены ямной пропарочной камеры…………………………………..9

     1.5. Крышка ямной пропарочной камеры………………………………...10

     1.6. Система конденсатоотвода ямной пропарочной камеры…………...11

     1.7. Задание на курсовой проект…………………………………………..12

2.    Определение  габаритов камеры………………………………………….13

     2.1. Определение длины камеры…………………………………………..13

     2.2. Определение ширины камеры………………………………………...13

     2.3. Определение высоты камеры…………………………………………13

3.    Теплотехнический  расчёт………………………………………………...14

     3.1. Режимы тепловой обработки………………………………………….14

     3.2. Выбор режима тепловой обработки…………………………………..17

4.  Прогрев изделий…………………………………………………………….18

     4.1. Определение затрат теплоты на нагрев бетонной смеси…………….18

     4.2. Определение затрат теплоты на нагрев металла (арматура, закалённые детали, формы)…………………………………………………………………18

     4.3. Определение затрат теплоты на прогрев ограждающих конструкций(стены, пол, крышка)………………………………………………………19

     4.4. Определение потерь теплоты через ограждающие конструкции(стены, пол, крышка)……………………………………………………………………20

     4.5. Определение общего суммарного количества подведённой теплоты в период нагрева изделий………………………………………………………..21

     4.6. Скорость теплопровода………………………………………………...21

     4.7. Скорость подачи теплоносителя………………………………………21

     4.8. Определение количества пара, затрачиваемого в течение периода нагрева изделий…………………………………………………………………...21

 

 

5.  Изотермическая выдержка  изделий………………………………………..22

     5.1. Определение потерь теплоты через ограждающие конструкции камеры………………………………………………………………………………...22

     5.2. Определение расхода теплоты на испарение несвязной воды………22

     5.3. Определение теплоты экзотермической реакции

гидратации цемента..............................................................................................22

     5.4. Определение общей суммы затрат…………………………………….23

     5.5. Определение скорости теплопровода…………………………………23

     5.6. Определение скорости подачи теплоносителя……………………….23

     5.7. Определение общего количества пара, расходуемого за    период…24

6.     Период охлаждения  изделий после ТВО……………………………….25

     6.1. Определение количества теплоты, отведённого от бетона, металла, ограждающих конструкций и потери теплоты через

ограждающие конструкции…………………………………………………..25

   6.2. Определение скорости подачи воздуха в период охлаждения изделий.26

7.    Аэродинамический  расчёт паропроводов и воздуховодов………………27

   7.1. Определение диаметра потерь давления в паропроводе……………….27

   7.2. Определение диаметра и потерь давления в воздуховоде……………..28

   7.3. Определение диаметра конденсатоотвода……………………………....30

8.    Определение  толщины теплоизоляции стенок  камеры…………………..31

9.    Определение  толщины теплоизоляции паропровода……………………..31

10.  Технико – экономические  показатели……………………………………..32

    10.1. Годовая производительность пропарочной камеры………………….32

    10.2. Коэффициент использования объёма пропарочной камеры…………32

    10.3. Удельные затраты в процессе ТВО изделий…………………………..32

11.    Контроль качества…………………………………………………………33

12.    Требования безопасности  производства.

 Охрана труда и окружающей  среды…………………………………………...35    Библиографический список……………………………………………………..36

 

1. Введение.

         Ямные пропарочные  камеры – это простейшие по своей конструкции установки для тепло – влажностной обработки изделий, но они широко применяются и до сих пор, т.к. позволяют динамично маневрировать ассортиментом выпускаемых изделий, не требуя дополнительных затрат на сооружение, просты в эксплуатации, хотя не отличаются высокой производительностью.

      Ямная пропарочная  камера представляет собой прямоугольное  сооружение длиной около 3 метров, иногда с закруглёнными углами для улучшения циркуляции паровоздушной смеси в камере и их механической устойчивости.

Ямные камеры сооружают или на нулевой отметке цеха на полу (напольные), или замуровываются в грунтах так, чтобы стены возвышались над полом 0,5 – 0,7 метра.

Выбор напольного или замурованного  варианта ямной камеры при проектировании учитывается с учётом величины тепловых потерь через стены камеры, а также с учётом уровня грунтовых вод в месте сооружения камеры.

        Загрузка  сформированных полуфабрикатов  изделий в ямную камеру осуществляется  в формах или в распалубочном  виде или на поддонах с помощью крана, оснащённого автоматической траверсой с автозахватами.

   Установка форм  с изделиями промежутки между  формами и стенками камеры должны быть зазоры до 200 мм, служащие не только для удобства , но и для свободного доступа пара по всем нагреваемым формам. Изделия на поддонах устанавливаются в камеры на поворотные упоры стоек. Для этого у стен камеры монтируются стойки пакетировщика. Упоры действуют между собой в стойке. Работа стоек: при установке поддона на нижний ряд упора, автоматически выдвигаются ранее уплотнённые упоры вышерасположенного ряда. Используемые на предприятии ямные камеры несколько различаются по своей конструкции, но для всех ямных камер можно по своей конструкции выделить общие конструктивные элементы:

- ограждение камеры (стена,  крышка, днище);

 

 

- системы, обеспечивающие  работу камеры как тепловой  установки;

- система пароснабжения;

-система и устройство  герметизации камеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие требования к тепловой обработке.

1) Тепловую обработку  изделий следует производить  в тепловых агрегатах с применением  режимов, обеспечивающих минимальный  расход топливно-энергетических  ресурсов и достижение бетоном  заданных распалубочной, передаточной  и отпускной прочности. При  этом не допускается увеличение  расхода цемента для достижения  требуемой прочности в более  короткие сроки, по сравнению с необходимым для получения заданного класса (марки) по прочности бетона, установленным при подборках состава, за исключением случаев, предусмотренных СНиП 5.01.23 – 83.

2) Значения передаточной  и отпускной прочности бетона  должны соответствовать указанным в стандартах и проектной документации на изделия с учётом требований ГОСТ 18105.1 – 80.Значение распалубочной прочности, условия и сроки достижения распалубочной, передаточной и отпускной прочности , для каждого вида изделий следует устанавливать в соответствии с конкретными условиями производства.

3) При тепловой обработке  изделий из конструкционно –  теплоизоляционного лёгкого бетона должны быть обеспечена отпускная влажность бетона, не превышающая допустимую по ГОСТ 13015.0 – 83, а для изделий из самонапрягающегося бетона – заданное самонапряжение.

4) Для сокращения цикла  тепловой обработки изделий и  увеличения оборачиваемости форм следует применять химические добавки – ускорители, быстротвердеющие цементы, предварительный пароразогрев или электроразогрев бетонных смесей, двухстадийную тепловую и другие приёмы  при соответствующем технико-экономическом обосновании применительно к конкретным условиями техническим схемам производства. Для предварительно напряжённых конструкций, изготавливаемых в силовых  формах, двухстадийная обработка допускается при специальном обосновании.

 

                          

 

 

2. Тепловые агрегаты.
1. Тепловые агрегаты (камеры периодического или непрерывного действия, в том числе ямные, туннельные, щелевые, термоформы, кассеты, стенды, гелиоформы и т.п.) и теплоносители (водяной пар, горячая вода, электроэнергия, горячий воздух, продукты сгорания природного газа, высокотемпературные масла, солнечная энергия и т.п.) следует выбирать исходя из технико – экономической целесообразности в зависимости от типа технологических линий           (конвейерные, поточно-агрегатные, кассетные, стендовые ), конструктивных особенностей изделий и климатических условий в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.
2. Тепловую обработку изделий из конструкционно  – теплоизоляционного легкого бетона необходимо производить в камерах сухого прогрева или термоформах, а предварительно напряжённых конструкций, изготавливаемых в силовых формах, - в одноярусных или туннельных ямных камерах.
3. Для соблюдения нормативного расхода тепловой энергии при тепловой обработке в соответствии с СН 513-79 необходимо обеспечить оперативный учёт расхода энергии, максимально использовать рабочее пространство камер, увеличить коэффициент их заполнения и осуществлять мероприятия по максимальному снижению теплопотерь.
4. Тепловые установки должны быть оборудованы устройствами, обеспечивающими подачу требуемого количества тепла и заданные режимы тепловой обработки, а также приборами автоматического учёта расхода тепловой энергии, регулирования, контроля температуры и влажностного режима.
5. При реконструкции действующих и создании новых агрегатов для тепловой обработки следует предусматривать специальные меры по экономическому расходованию тепловой энергии и устранению её потерь: теплоизоляцию ограждений камер, элементов термоформ и кассетных

 

6. установок; выполнение ограждающих конструкций камер из лёгкого бетона; гидрозащиту теплоизоляционного слоя в ямных камерах, термоформах, кассетах, стендах; надёжное уплотнение торцевых проёмов в туннельных камерах и т. п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.Ограждение  конструкции ямной пропарочной  камеры.

Днище.

         Раньше днище выполняли из  бетона на песчаной подготовке. Такие полы прочны, но теплопроводны. Поэтому в новых конструкциях камер днище проектируют с теплоизоляцией, при этом нагрузка от полов форм должна восприниматься опорными балками. Для повышения теплоизоляционных свойств пола, его можно изготавливать из многопустотных или ребристых плит.

 

 

Рис.1 Схема конструкции  пола ямной камеры:

1 – фундамент; 2 – опорная  плита; 3 – многопустотная плита; 4 – цементная стяжка; 5 – канал  для сбора конденсата.

Полы сооружают с уклоном  в сторону сборного канала, чтобы  конденсат стекал в него. В конце канала выполняют приёмник, куда и стекает конденсат. В этом приёмнике устанавливают гидрозатвор в виде водоотделенной трубки.

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Стены  пропарочной камеры.

          Стены камер должны быть с  низкой теплоёмкостью, т.к. их  приходится нагревать, с низкой  теплопроводностью, чтобы потери  тепла в окружающую среду минимальными. Они должны быть перпендикулярными  и достаточно механически прочными.

 

Рис.2 Схема стены  ямной камеры:

1 – стена; 2 – слой гидроизоляционного  материала; 3 – поверхность металлических листов; 4 – обивка из металлических листов 3 – 4 мм; 5 – воздушная полость; 6 – гидрозатвор для воздушной полости; 7 – желоб гидравлического швеллера.

        В  основу проектирования и строительства  новых ямных камер положен  принцип тепловой изоляции стен  камер. Тепловую изоляцию можно  осуществлять двумя способами: типа минеральной ваты – с помощью теплоизоляционного материала в виде пенопласта или с помощью тепловых экранов и воздушных проёмов между ними, которые являются хорошими теплоизоляторами.

       Теплоизоляционные материалы при контакте с паровоздушной средой камеры быстро насыщаются влагой и теряют при этом свои теплоизоляционные свойства.

Поэтому в конструкции  стен нужно предусматривать парогидроизоляцию.

 

 

 

 

1.5. Крышка  ямной пропарочной камеры.

         Крышки должны быть теплоёмкие и малотеплопроводные, механически прочные и паронепроницаемые. Механическая прочность крышки должна выдерживать динамические и статические нагрузки, действующие на неё при эксплуатации камеры, т.е. при установке и снятии крышки. Она представляет собой металлическую конструкцию, сваренную из швеллеров и уголков, и заполненную внутри теплоизоляционным материалом.

 

 

Рис.3 Схема крышки:

1 – металлическая конструкция;

2 – теплоизоляционное  заполнение; 3 – обшивка сверху  и снизу металлическими листами; 4 – транспортные петли; 5 – экран из металлических листов для отвода конденсата.

           Для герметизации подъёмного соединения крышки и самой камеры используют гидравлический затвор камеры. Для этого по всему периметру стен крепится желоб в виде швеллера с высотой полки 10,5 см, который в рабочем состоянии заполняется водой, в том числе и конденсатом крышки.

На самой крышке с боковых  сторон по всему периметру вертикально  приваривается металлическая пластина, называемая ребром крышки или фартуком. При установке крышки её ребро входит в заполненный водой желоб и создаётся гидравлический затвор, который не выпускает пар из камеры и не допускает поступление воздуха из цеха.

 

 

 

 

 

1.6. Система  конденсатоотвода ямной пропарочной  камеры.

        Конденсат из ямной камеры не может быть использован в качестве обратной воды в паровых котлах. В камере для ускорения охлаждения изделий и самой камеры в период охлаждения часто устанавливают вентиляцию. Для этого используются вентиляционные окна. Канал в полу с уклоном, который заканчивается прямиком, из которого конденсат откачивается через конденсатоотвод.

Рис.4 Схема ямной  пропарочной камеры:

1 – пол камеры; 2 – отвод  конденсата; 3 – петля конденсатоотводящая; 4 – конденсатоотвод; 5 – стена  камеры; 6 – отверстие для отвода  пара; 7 – трубопровод пара; 8 – трубы с отверстием; 9 – отверстия для вентиляции; 10 –  канал с вентилятором; 11 – герметизирующий корпус; 12 – червячный винт; 13 – маховик; 14 – крышка камеры; 15 – швеллер; 16 – уголок; 17 – теплоизоляция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Задание на курсовой проект

Вариант 6

      Спроектировать  ямную пропарочную камеру для  тепловлажностной обработки ребристых панелей перекрытий марки ПРС – 1 – 56 – 10.

 

Габаритные размеры:

длина L = 5,55 м;

     ширина B = 0,985 м;

высота Н = 0,5 м.

Марка бетона – М 300.

Объем бетона – 1,0 м³.

Масса арматуры – 160,8 кг.

Количество пакетов в  камере – 4 шт.

Количество изделий в  пакете – 2 шт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение  габаритов камеры

2.1. Определение  длины камеры:

Длину пропарочной камеры определяют по формуле:

                                                                                 (1) 
где длина изделия,

 

ширина борта формы,

расстояние между формой и стенкой камеры,

число форм, установленных  по длине камеры,

 

2.2. Определение  ширины камеры:

Ширину пропарочной камеры определяют по формуле:

                               (2)

где ширина изделия,

 

ширина борта формы,

расстояние между формой и стенкой камеры,

число форм, установленных  по ширине камеры,

 

2.3. Определение  высоты камеры:

Высоту  пропарочной камеры определяют по формуле:

                          (3)

где высота изделия,

 

высота днища формы  вместе с ребрами жесткости,

количество форм по высоте камеры,

расстояние между  формами по вертикали,

 

расстояние между  верхней формой и крышкой камеры,

 

3. Теплотехнический  расчёт.

3.1. Режимы  тепловой обработки.

1. Режимы обработки следует назначать путём установления оптимальной длительности в температурно – влажностных параметров отдельных его периодов: предварительного выдерживания , подъёма температуры, изотермического прогрева(в том числе термосного выдерживания) и остывания с использованием систем автоматного управления параметрами.
2. Длительность предварительного выдерживания следует назначать исходя из условий производства, но не менее времени приведённого в таблице 1. При применении малонапорных и индукционных камер, кассетных установок, предварительно разогретых смесей при подъёме температуры в среде с пониженной влажностью, а также при изготовлении изделий из жёстких бетонных смесей с применением дисперсного армирования допускается тепловая обработка без предварительного выдерживания. При изготовлении предварительно напряжённых конструкций в силовых формах предварительное выдерживание не должно превышать 1 час.
3. Скорость подъёма температуры в камерах и термоформах следует назначать с учётом конструкции изделий( однослойные, многослойные и т. п.). Допускается подъём температуры среды с постоянно возрастающей скоростью или ступенчатый подъём температуры(кроме предварительно напряжённых конструкций). При изготовлении предварительно напряжённых конструкций в силовых формах необходимо применять пластифицирующие химические добавки, замедляющие рост прочности бетона в период подъёма температуры.
4. Температуру и длительность изотермического прогрева следует назначать с учётом вида бетона, активности и эффективности цемента при тепловой обработке, его тепловыделения и массивности изделий. Максимальная температура изотермического прогрева изделий из тяжёлого мелкозернистого и лёгкого конструкционного бетона не должна превышать 80 – 85^оС при паропрогреве и применении продуктов сгорания природного газа и

 

 

5. до 120 – 140^оС – при сухом прогреве электрическими и другими нагревателями. При тепловой обработке изделий из напрягающего бетона максимальная температура среды не должны превышать 85^оС при использовании цемента НЦ – 10 и 70 – 80^оС при использовании цементов НЦ – 20 и НЦ – 40.
6. При назначении длительности изотермического прогрева изделий необходимо учитывать рост прочности бетона при их выдерживании в тепловых агрегатах без дополнительного прогрева (или с теплоподводом для компенсации теплопотерь), в период межсменных перерывов, во время выполнения доводочных  работ в цехе и хранении на утеплённых складах. При выдерживании изделий в нерабочее время в тепловых агрегатах подачу в них теплоносителя следует прекращать за 2 – 3 ч до окончания изотермического прогрева либо понижать температуру прогрева на 10 – 15^оС.

7. Скорость остывания среды в камерах в период снижения температуры изделий из тяжёлого бетона после изотермического прогрева, как правило, должна быть не более 30^оС/ч, а при повышенных требованиях по морозостойкости и водонепроницаемости, а также при тепловой обработке изделий из мелкозернистого и напрягающего бетонов, многослойных и с отдельными слоями – не более 20^оС/ч. При выгрузке изделий из камер температурный перепад между поверхностью изделий и температурой окружающей среды не должен превышать 40 ^оС.
8. Относительную влажность среды в период изотермического прогрева изделий из тяжёлого, мелкозернистого, конструкционного лёгкого и напрягающего бетонов необходимо поддерживать на уровне 90 – 100%. При использовании продуктов сгорания природного газа период подъёма следует проводить в среде с относительной влажностью 20 – 60 % с последующим доувлажнением до 80% на стадии изотермического прогрева. При относительной влажности среды менее 80% необходимо предусматривать мероприятия для защиты бетона изделий от испаряемой влаги.

При тепловой обработке изделий из конструкционно – теплоизоляционного лёгкого бетона относительную влажность среды следует поддерживать в пределах 20 – 60%.

Вид бетона	Способ тепловой обработки	Предварительное выдерживание, ч , не менее	Начальная прочность бетона,	Скорость подъёма температуры, оС/ч, не более
Тяжёлый и лёгкий конструкционно теплоизоляционный	Пропаривание в камерах	1	До 0,1(1) 0,1-0,2(1-2) 0,2-0,4(2-4) 0,4-0,5(4-5) Св.0,5(5)	15 25 35 45 60
Тяжёлый для предварительно напряжённых  конструкций изготавливаемых: на стендах(без применения устройств для регулирования натяжении арматуры при тепловой обработке) в силовых формах	То же         То же	1         -	0,2(2) и более         До 0,2(2)	35         60
Тяжёлый с повышенными требованиями по морозостойкости, водонепроницаемости; мелкозернистый; жаростойкий	То же	3	-	15
Лёгкий конструкционно - теплоизоляционный	Сухой прогрев в камерах Пропаривание в термоформах Пропаривание в камерах	1     2     3	-     -     -	50     40     30

 

9.  При тепловой обработке изделий в кассетных установках следует обеспечивать равномерный нагрев изделий. Температура в нагревательных отсеках должна составлять 90- 95^оС. При этом следует применять подъем температуры со скоростью 60 – 70 С/ч и изотермический прогрев, разделённый на два периода: подачи пара(тепла) в тепловой отсек и термосным выдерживанием без подачи пара(тепла); длительность этих периодов необходимо определять в зависимости от вида, класса(марки) бетона по прочности и толщины изделий с учётом требований нормативно – технической документации.
10. Двухстадийную тепловую обработку: первую стадию – для получения распалубочной прочности и вторую – для достижения отпускной и передаточной прочности – следует производить по режимам, устанавливаемым опытным путём с учётом требований ОНТП 7 – 80.
11. При использовании предварительного разогрева бетонных смесей паром или электроэнергией температура смеси допускается, как правило, не более 60 ^оС. При этом длительность последующей тепловой обработки в различных агрегатах следует сократить не менее чем на 1 ч. Время выдерживания изделий от окончания формования до начала тепловой обработки не должно превышать 20 мин (без специальных мероприятий, предотвращающих остывание смеси). Предварительный разогрев смесей для изготовления изделий из напрягающего бетона не допускается.
12. Тепловую обработку в индукционных камерах следует применять при изготовлении густоармированных изделий (Ригелей, балок, колонн, плит перекрытий и покрытий, опор ЛЭП, труб и т.п.) по режимам, применяемым в условиях прогрева в среде с пониженной относительной влажностью в соответствии с нормативно – технической документацией.

13. При тепловой обработке предварительно напряженных конструкций, изготовляемых на стендах и в силовых формах, необходимо предусматривать указанные в рабочих чертежах мероприятия по предотвращению возникновения трещин. Перепад между температурой среды в камерах и упоров при изготовлении изделий на стендах не должен превышать 65 ^оС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Выбор  режима тепловой обработки.

        Используя  (1стр.44, табл.3), по температуре нагрева  и толщине изделия выбираем режим пропаривания.

                                                            (4)

где продолжительность периода нагрева изделий,

продолжительность периода изотермической выдержки изделий,

продолжительность периода охлаждений изделий,

 

График  тепловлажностной обработки

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Прогрев изделий (I период)

 

 

где  затраты теплоты на нагрев бетонной смеси; затраты теплоты на нагрев металла; затраты  теплоты на прогрев ограждающих конструкций; потери теплоты через ограждающие конструкции камеры; ккоэффициент, учитывающий потери теплоты через неплотности,

4.1. Определение затрат теплоты на нагрев бетонной смеси

          (6)

где  масса бетонной смеси во всех изделиях:

 

количество изделий в  камере, (см. задание);

масса бетонной смеси  на одно изделие,

объем бетона в  одном изделии, (см. задание);

плотность бетонной смеси,

теплоемкость  бетонной смеси, /(кг*градус);

температура выдержки изделия,

начальная температура  бетонной смеси,

4.2. Определение затрат теплоты на нагрев металла

(арматура, закладные детали, формы)

 (7)

где масса металла в камере:

 

масса арматуры во всех изделиях:

 

масса арматуры в  одном изделии, (см. задание);

количество изделий в  камере, (см. задание);

масса всех форм в камере:

 

 

 

 

коэффициент теплоемкости металла, (кг*градус);

температура выдержки изделия,

начальная температура  бетонной смеси,

 

 

 

 

 

4.3. Определение затрат теплоты на нагрев ограждающих конструкций

(стены,  пол, крышка)

                                                                                           (8) 

где  количество тепла, идущего на нагрев стен и пола камеры;

количество тепла, идущего на нагрев крышки камеры.

        (9)

 

где  температура изделия в конце прогрева,

температура окружающей среды,

коэффициент теплопроводности материала ограждающей конструкции, (кг*с*градус);

коэффициент теплоемкости ограждающей конструкции,

(кг*градус);

плотность материала  ограждающей конструкции,

продолжительность периода нагрева изделий,

площадь поверхности стен и пола камеры по внутренним габаритам,  

длина камеры, ширина камеры,

высота камеры,

 

                            (10)

коэффициент теплоемкости металла, (кг*градус);

масса металла  в конструкции крышки:

 

масса швеллера:

 

длина швеллера: