Производство труб методом центрофугирования

Содержание: 

Введение                                                                                                       5

1. Разработка  технологической схемы                                                       8

2. Составление  структурной блок-схемы                                                  9

3. Расчёт специальной  части                                                                       11

4. Технико-экономические  показатели                                                      15

5. Техника безопасности  и экология                                                          16

Заключение                                                                                                   20

Список используемой литературы                                                             21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Введение

  Железобетонные трубы изготовляют длиной 2,5...5,0 м, диаметром 300...3000 мм. Железобетонные трубы в зависимости от внутреннего давления делят на три типа:

  I тип – трубы с внутренним давлением больше 0,5 МПа, воспринимаемым предварительно напряженной кольцевой арматурой, II тип – трубы с внутренним давлением до 0,5 МПа, воспринимаемым в основном бетоном стенки трубы, не учитывая кольцевую арматуру, III тип – трубы с внутренним давлением 0,3...0,8 МПа. Для труб используют бетон прочностью 40...60 МПа.

  В зависимости  от размеров трубы и степени армирования процесс формования труб делится на этапы: центробежный прокат втулочной части трубы на длину. 300…400 мм; заполнение бетонной смесью на высоту ½ толщины стенки цилиндрической части трубы; заполнение раструба трубы бетонной смесью и центробежный прокат; заполнение и центробежный прокат бетона оставшейся длины -  ½ толщины стенки трубы; окончательное центробежно-прокатное уплотнение бетона по всей длине трубы; отделка внутренней поверхности трубы.

  Основное  оборудование - центробежно-прокатная машина (центрифуга) и бетоноукладчик, выполняющие все технологические операции от подачи до уплотнения бетонной смеси. Бетоноукладчик состоит из загрузочного бункера с питателем, ленточного транспортера и подъемной роликовой опоры. Центробежно-прокатная машина включает в себя прокатный вал, фиксатор, раму, откидную опору и привод вала. Прокатный вал как основной орган передает вращение опирающейся на него форме и уплотняет бетонную смесь. Прокатный вал одним концом через цепную муфту соединен с приводом, находящимся на раме, а другим входит в гнездо откидной опоры.

  Технологическая линия для производства труб центробежным прокатом состоит: из установки для перемотки арматурной проволоки; стайка для изготовления арматурных каркасов; стенда для гидростатических испытаний; стенда для испытания труб на внешнюю нагрузку; туннельной камеры; поста сборки арматурных каркасов; поста чистки и смазки форм; поста распалубки и сборки форм.

  Все три  поста с туннельной камерой объединены транспортным, напольным кольцом. Технологическую линию обслуживают два, мостовых крана и два формовочных поста. Преимущество линии: она - позволяет при соответствующем оборудовании производить трубы различного назначения и.давления 0,3...1,5 МПа.

  Комбинированная опытная технологическая линия  имеет весь необходимый набор оборудования для производства труб диаметром 1200...2000 мм и производит установку, фиксацию и предварительное натяжение продольных напрягаемых стержней, что ускоряет и облегчает установку стержней; позволяет снизить отходы продольной арматуры, создать безопасные условия труда путем группового натяжения продольных стержней; ускорить установку и фиксацию продольных стержней через специальные отверстия с прорезями.

   Широкое распространение получил метод формования труб центрифугированием.

  Железобетонные  трубы армируют в двух направлениях: в продольном направлении предварительно напряженной стержневой арматурой, по окружности - спиральной. Стыкуют напорные трубы с помощью резинового кольца. С одной стороны труба имеет раструб, другая сторона выполняется конической.

  Способ  послойного центрифугирования раструбных напорных труб осуществляют по трехстадийной технологии. На первом этапе изготовляют железобетонный сердечник с напряженной арматурой или со стальным тонкостенным цилиндром с уплотнением смеси центрифугированием или вибрированием. На втором этапе после пропаривания и водного дозревания сердечника на него навивают предварительно напряженную арматуру. На третьем этапе спираль покрывают защитным слоем.

Процесс изготовления труб начинается со сбора форм, при этом насаживается обечайка для образования фасонной части раструба и гладкого конца, соединенных с упорными кольцами для натяжения продольной, арматуры. Собранная форма поступает на ПОСТ натяжения продольной арматуры, после чего ее устанавливают на центрифугу. Формы загружают смесью ленточным питателем. После распределения первого слоя питатель отводят за ее пределы и увеличивают скорость центрифуги.

  Изготовление  напорных труб, так же как и безнапорных, начинают с подготовки форм: очистки, смазки и сборки. После этого форму с каркасом устанавливают на центрифугу. При вращении центрифуги внутрь формы с помощью ленточного питателя или ложечного бетоноукладчика подают бетонную смесь, которая ложится ровным слоем по всей поверхности формы. После укладки бетона формы с изделием с помощью крана или кантователя устанавливают раструбом вниз в вертикальном положении на пост пропаривания. Пропаривание ведут по такому же режиму, как и для безнапорных труб. После приобретения бетоном 70% проектной прочности форму приводят в горизонтальное положение, разбирают, извлекают из нее изделие и направляют на склад готовой продукции.

    В зависимости от величины расчетного внутреннего давления напорные железобетонные трубы подразделяют на следующие  группы:

• Низконапорные: НI – 0,1; Н3 – 0,3;
• Средненапорные: Н5 – 0,5; Н10 – 101;
• Высоконапорные: Н15 – 151,5; Н20 – 202.

      Трубы железобетонные предварительно напряженные, с раструбным стыком, изготовляются из тяжелого бетона методом центрифугирования и предназначены для прокладки напорных трубопроводов, по которым транспортируют жидкости с температурой не выше 40 градусов и неагрессивной степенью воздействия на железобетон, раструбные стыковые соединения уплотняются резиновыми кольцами. Если транспортируемая жидкость или грунты является агрессивными к трубам или уплотняющим кольцам, то следует предусмотреть их защиту от коррозии. ТН-трубы напорные. Трубы в зависимости от расчетного внутреннего давления в трубопроводе разделяются на классы: 1-1,5 МПа (10 Кгс/см²), 2-1,0 МПа (10 Кгс/м²), 3-0,5 МПа (5 Кгс/м²). Группы цифр стоящих после "ТН" означают диаметр условного прохода трубы в сантиметрах. Полезная длинна труб — 5 метров. Трубы изготовляются по чертежам, приведенным в ГОСТ 125586,1, в соответствии с требованиями ГОСТ 125586,0. Нормируемая отпускная прочность в % от марки бетона лето/зима — 90%.

  Трубы по конструкции стыкового соединения бывают: а) раструбные со стыковым соединением, уплотняемым герметиками; б) раструбные со стыковым соединением, уплотняемым резиновым кольцом; в) фальцевые со стыковым соединением, уплотняемым герметиками.

  К трубам предъявляются требования по коррозионной стойкости, морозостойкости, водонепроницаемости, бетон должен иметь отпускную прочность, равную 70...90% марочной.

  Испытания на водопоглащение и водонепроницаемость  проводят один раз в три месяца, на морозостойкость - один раз в шесть месяцев. Морозостойкость бетона определяется по ГОСТ 10060-76. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Разработка технологической  схемы. 

   Исходный материал – портландцемент, песок, щебень; вид готовой продукции – железобетонные трубы. 

Рис. 1 «Технологическая схема».

2. Составление структурной  блок-схемы. 

Рис. 2 «Структурная блок-схема сисемы «Центрифугирование»»

   Входные факторы или воздействия  на систему характеризуются количественным составом (С) бетонной смеси: расходом цемента, заполнителей, воды, добавок; и качественным (К) ее составом: активностью цемента, зерновым составом заполнителя, типом добавок.

   Частоты вращения на стадии  распределения ( ) и на стадии уплотнения ( ) относятся к технологическим параметром работы установки ( ).

   Выходные факторы:

   П – пластично-вязкие характеристики  бетона, определяемые пластичной  прочностью ( ), предельным напряжением сдвига ( ) и вязкостью ( ) бетонной смеси;

   Ф – сохранность формы и  габаритов изделия, в том числе  толщины трубы и качества поверхности;

   Х – сохранность правильного  положения арматуры.

   Удельный расход электроэнергии ( ) и производительность (Q) являются характеристиками производства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Структурная блок-схема процесса тепловлажностной обработки.

. 2 «Структурная  блок-схема сисемы «Тепловая обработка»»

   Входные факторы, характеризующие теплофизические свойства материала: - плотность, - теплопроводность, с – удельная теплоемкость, П – длительность предварительного выдерживания при температуре 20 С, Х – применение химических добавок, ускоряющих набор прочности, Ц – вид цемента, - активность цемента, К – конструктивные параметры изделия.

   Технология процесса характеризуется  видом установки ( ) для тепловой обработки и расчетным параметром ( ) ее работы.

   Результаты процесса можно оценить  выходными параметрами:  - придаточная прочность бетона, - отпускная прочность изделия, В – класс бетона, С – морозостойкость.

   Характеристикой производства является  удельный расход тепла на единицу  объема изделий ( ) и производительностью установки Q. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Расчет процесса  формования трубчатых  изделий методом центрифугирования. 

   Под центрифугированием в промышленность строительных материалов понимают процесс уплотнения неоднородных смесей в поле центробежных сил. Моменты, в которых осуществляется такое воздействие, называются центрифугированием. В промышленности РБ используются горизонтальные центрифуги. Уплотнение смеси следует производить при такой скорости вращения, которая обеспечивает необходимую начальную прочность изделия, достаточную для транспортирования его в формах на последующие технологические посты.   

Рис. 3 «Расчетная схема центрифуги».

- центробежная сила

G – вес частицы

m – масса частицы

- угловая скорость вращения

r – радиус вращения центра тяжести                                                                                                        частицы 
 
 
 
 
 

   Процесс формования изделия центрифугированием включает две основные стадии:

   1 – распределение бетонной смеси

   2 – уплотнение бетонной смеси

   Бетонная смесь распределяется  в формы при минимальной частоте  вращения центрифуги, при которой исключается возможность расслоения бетона на составные части (цемент, песок, щебень, воду), имеющие разную плотность и разную величину центробежной силы.

    Кроме того, на этой стадии  окружная скорость способна удерживать  частицы бетона в верхнем положении. Для этого должно быть соблюдена условие , где центробежная сила опредилена:

   r – радиус вращения центра тяжести частицы, м

   g – ускорение силы тяжести,

   Н – число оборотов центрифуги, об/мин

Отсюда:

, об/мин

Если  принять, что  , то окончательно

   По таблице П.4.3.для напорных труб с d=800 мм принимаем:

внешний диаметр                             960 мм

толщина стенки                                80 мм

расход  бетона                                   1,19  

   С учетом возможностей вибрации, толчков и других отклонений  оси равномерного вращения реальная скорость распределения увеличивается по сравнению с расчетной в 1,5…2 раза и равна: .

 об/мин

 об/мин

   На второй стадии формования  происходит уплотнение бетонной  смеси. Для этого необходимо  соблюдать равенство:

, где 

- уплотняющее давление, которое  необходимо обеспечить на наружной  поверхности трубы, чтобы при  остановки центрифиги и при  транспортировки изделия на последующие  посты не происходило отслоение  и отвала уплотненной бетонной смеси, Па

=0,065МПа

- площадь наружной поверхности  труды, 

   Для элементарного кольца бетонной  смеси радиусом r, площадью стенки и длинной l, величина центробежной силы будет равна:

, Н

, кг, где

- объем элементарного кольца,

- плотность формуемой бетонной  смеси, 

- масса элементарного кольца, кг

   Следовательно, 

, Н

   Интегрируя данную формулу в  пределах от r до получим:

, Н 

   Если принять участок труды  длиной 1м, то  . Тогда требуемое давление формования будет равно:

, Па

  Отсюда  частота вращения центрифуги  на стадии уплотнения ( ) составляет:

, об/мин

, об/мин

   С учетом запаса  принимаем в 1,2…1,5 раза больше расчетной, т.е.:

 об/мин 

   Продолжительность отдельных стадий  центрифугирования зависит от  диаметра труб:

- распределение  бетонной смеси – 12 мин

- уплотнение  – 18 мин

   Годовая производительность центрифуги  рассчитывается по формуле:

, где

N – количество рабочих дней в году;

T – количество рабочих часов в сутки;

- длина цилиндрической части  трубы;

- коэффициент использования  оборудования (0,9…0,92);

- продолжительность цикла формования

   Удельный расход электроэнергии  в первом приближении можно рассчитывать по формуле:

,

   Технологические расчеты, которое  в заданном случае сводятся  к определению требуемого для обеспечения заданной производительности числа центрифуг, включает:

- подбор  формовочного огрегата из табл. П.4.1.

   Выбираем роликовую центрифугу СМЖ-106А мощностью 55,6 кВт и длиной 5150мм.

Расчет  требуемого числа центрифуг:

шт 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Технико-экономические  показатели. 

   Так как основным оборудованием при производстве железобетонных труб являются центрифуги, то отчет технико-экономических показателей сводится к технико-экономическим показателям центрифуг.

Таблица 1 «Технико-экономические  показатели»

5. Техника безопасности  и экологии. 

  При изготовлении напорных труб со стальным сердечником  следует пользоваться нормативными документами: СНиП III-4-80*;

  Правилами техники безопасности и производственной санитарии в промышленности строительных материалов, ч. I и ч. II, разд. XIII (М., 1987);

Правилами технической  эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденными Министерством энергетики и электрификации СССР (Госэнергонадзор, 1973);

Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (Госгортехнадзор, 1981);

инструкциями  по технике безопасности, заложенными  в технических паспортах, поступаемых на завод вместе с технологическим оборудованием.

  К самостоятельной работе на оборудовании допускаются лица не моложе 18 лет, обученные  правилам его эксплуатации и имеющие  удостоверения о сдаче экзаменов  по технике безопасности.

  Все технологическое оборудование должно быть надежно заземлено в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

  Рабочие, обслуживающие оборудование для  изготовления труб, не должны подвергаться воздействию шума с уровнем звуковых давлений, выше допускаемых ГОСТ 12.1.003-83*.

  Вибрация  от оборудования не должна превышать  значений, регламентированных ГОСТ 12.1.012-78*.

    Расстановку оборудования необходимо  выполнять таким образом, чтобы  исключалась возможность пересечения  транспортных и технологических  постов.

    Рабочие места, проходы и проезды  в цехах не разрешается загромождать  материалами и готовой продукцией. Ширина главных проходов должна  быть не менее 1,5 м, а ширина  проходов, используемых для ремонта  и осмотра оборудования и изделий, - не менее 1 м. Проезды для цехового транспорта должны иметь ширину не менее чем на 1 м превышающую максимальные габариты загруженных транспортных средств.

    Транспортные операции, связанные  с использованием мостовых кранов, осуществляют над центральным проездом пролета.

  Оборудование  и посты для сварки, очистки  от ржавчины и окалины должны быть оснащены вытяжной вентиляцией.

    Работы по электросварке следует выполнять только в рукавицах и брезентовой спецодежде.

    До начала работы на сварочных  машинах необходимо проверить,  есть ли вода в системе охлаждения, а также состояние контактных  поверхностей, которые должны соответствовать требованиям, изложенным в инструкции по эксплуатации соответствующих машин.

    Во время перерывов в работе  на сварочной машине необходимо  выключать подводимое к машине электропитание.

    Шкафы дробеструйных установок  должны быть оборудованы индивидуальной вытяжной вентиляцией.

    Соединительные шланги для подачи  воздуха и дроби должны быть  герметичны. Работа с неисправными шлангами и ненадежно закрепленными соплами запрещается.

    Дробеструйные установки должны  иметь смотровые окна со стеклом  толщиной не менее 4 мм. Работа с поврежденными стеклами запрещается.

    Для отсоса металлической пыли  и газов каждая установка для  металлизации соединительных колец должна иметь местную вытяжную вентиляцию.

    Отделение металлизации соединительных  колец следует ограждать от  смежных с ним помещений сплошной  перегородкой.

    Во время работы электрометаллизатора  оператор должен пользоваться  наушниками-глушителями и очками с защитными стеклами со светофильтром.

    Перед установкой стального сердечника  на центрифуги необходимо проверять правильность установки бандажей по шаблону и тщательность их болтового крепления.

    Запрещается загружать бетонную  смесь в стальной сердечник  вручную при его вращении.

    При работающей центрифуге нельзя  людям находиться в зоне вращения  сердечника, работать на установке  без ограждения втулочной и  раструбной частей сердечника.

    Если станки или агрегаты непосредственно связаны с рабочими местами других станков или агрегатов, то их пуск без подачи предварительного сигнала запрещается

    Место расположения установок  для центрифугирования и нанесения  бетонной смеси наружного защитного слоя должно быть оборудовано стоками и перекрытыми приямками для сбора шлама, воды и отскока, обеспечивающими безопасность работ и удобство обслуживания.

    Крышки камеры тепловой обработки  должны быть оборудованы петлями, позволяющими снимать и устанавливать ее на камеру посредством мостового крана.

    Работы, связанные с приемкой  материалов, применяемых для пропиточной изоляции труб, приготовлением пропиточной композиции и пропитки производят с соблюдением правил техники безопасности, предусмотренных пп. 8.5 и 8.8, СНиП III-4-80.*