Расчет ямной пропарочной камеры. 2
Ростовский государственный строительный университет
Институт строительных технологий и материалов
Кафедра строительных материалов
Пояснительная записка курсового проекта
по дисциплине «Теплотехническое оборудование технологии строительных материалов»
Тема: Расчет ямной пропарочной камеры
Выполнил студент гр. ПСМ-397 Сиомикова А.Е.
Руководитель проекта Тимонов А.А.
К защите________________________
Проект защищен с оценкой______
Ростов-на-Дону
2013
Содержание
Введение4
1 Описание
работы ямной пропарочной
2 Конструктивный расчет ямной камеры9
2.1 Определение размеров форм с изделиями9
2.2 Определение внутренних размеров камеры9
2.3 Определение наружных размеров камеры10
3 Материальный баланс ямной камеры13
3.1 Приходная часть баланса13
3.2 Расходная часть баланса14
4 Тепловой баланс ямной камеры15
4.1 Период нагрева (I период)15
4.1.1 Расходная часть баланса15
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
КП
Разраб.
Сиомикова А. Е.
Провер.
Щулькин Л. П.
Реценз
Н. Контр.
Утверд.
Лит.
Листов
28
4.1.2 Приходная часть баланса19
4.2 Период изотермической выдержки21
4.2.1 Расходная часть баланса21
4.2.2 Приходная часть баланса23
5 Техника безопасности при работе с ямными камерами 26
Выводы27
Список использованной литературы28
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
КП
Введение
Тепловлажностной называют такую тепловую обработку, когда нагревают материал, в котором сохраняется влага. Тепловлажностная обработка строительных изделий обеспечивается созданием горячей (обычно 60-200 оС) и влажной (φ-100%) среды. Такую обработку применяют для ускорения твердения бетона и железобетона и улучшения при определенных условиях качество изделия по сравнению с твердением в естественных условиях.
Установки для тепловлажностной обработки разделяют по следующим признакам:
1. По режиму работы – на установки периодического и непрерывного действия. Установки периодического действия в свою очередь подразделяются на две группы: на работающие при атмосферном и избыточном давлении. Установки непрерывного действия могут работать только при атмосферном давлении. В качестве установок периодического действия применяют ямные и напольные камеры, кассеты, пакеты, термоформы и автоклавы. Установки непрерывного действия изготовляют в виде горизонтальных и вертикальных камер, в которых происходит непрерывное или импульсное передвижение подвергаемого обработке материала.
2. По виду используемого теплоносителя различают установки, в которых используют водяной пар при атмосферном и избыточном давлениях; паровоздушную смесь, горячую воду, электроэнергию, продукты горения топлива и высокотемпературные органические теплоносители (горячие масла, даутерм, дитолилметан и др.).
Кроме установок для тепловлажностной обработки технологии сборного бетона и железобетона применяют установки для разогрева бетонной смеси и подогрева заполнителей.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
КП
1 Описание работы конструкции ямной камеры
Раньше всех на заводах сборного бетона и железобетона появились ямные камеры периодического действия. Постепенно с развитием промышленности несовершенные туннельные камеры периодического действия утратили свое значение, и в промышленности остались только камеры ямного типа. Технический прогресс привел к появлению новых типов установок периодического действия, таких как кассеты, пакеты, термоформы и др.
Камеры ямного типа. Простейшей и наиболее распространенной является пропарочная камера ямного типа. Эти камеры, которые называют просто ямными, применяют как на заводах, так и на полигонах. В зависимости от условий эксплуатации, уровня грунтовых вод камеру либо заглубляют в землю или устанавливают на уровне пола. В этом случае для обслуживания устраивают специальные площадки.
Камеры имеют прямоугольную
форму и изготовляют их из железобетона,
стены камеры снабжаю теплоизоляцией
для снижения потерь теплоты в
окружающую среду. Пол камеры делают
с уклоном для стока
Назначение
Для изоляции камеры
во время подогрева и
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
КП
происходит вентиляция, при опущенном камера надежно изолирована от этой системы. Кроме герметизирующего конуса в таких же целях могут применятся различные затворы, например, водяной инжекторной конструкции Гипростроммаша.
В камеру с помощью направляющих, в качестве которых используют опорные стойки, краном загружают изделия в формах. Каждая форма от следующей изолируется прокладками из металла для того, чтобы пар обогревал формы со всех сторон. Высота камеры достиает 2,5 – 3 м. Ширину и длину обычно выбирают с учетом размещения в ней двух штабелей изделий в формах. Между штабелями изделий и между штабелем и стенками камеры устраивают зазоры, чтобы обеспечить захват изделий автоматическими траверсами при загрузке и разгрузке камеры.
Иногда в камерах подвергают тепловлажностной обработке предварительно выдержанные изделия, набрав достаточную прочность для их распалубки. Такие изделия на поддонах загружают на дополнительно устанавливаемые стойки с кронштейнами – упорами. При укладке изделия на нижний кронштейн за счет тяг открывается следующий и т.д., позволяя загружать изделия на всю высоту камеры. После загрузки камера закрывается крышкой, представляющей собой металлический каркас, заполненный теплоизоляционным материалом. Низ и верх крышки изолируют металлическим листом. Крышку так же, как и пол, делают с уклоном i = 0,005 – 0,01 для стока конденсата. Для герметизации крышки служит водяной затвор. Для этого на верхних обрезах степ камеры устанавливают швеллер, а крышку по её периметру оборудуют уголком, который входит в швеллер. Швеллер заполняют водой кроме того, конденсат с крышки также стекает в швеллер.
Образующийся таким образом в нем слой воды предотвращает выбивание пара в цех через соединения крышки с камерой. Здесь было разобрано простейшее устройство ямной камеры.
Конструкции камер, применяющиеся на заводах, несколько различаются, но Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
КП
при любом исполнении имеют
все рассмотренные устройства, как-то:
систему подачи пара и отвода конденсата,
вентиляционное устройство и др., однако
конструктивно они могут
При изотермическом прогреве, как только температура и камере достигает максимальной, количество подаваемого пара снижают, ибо потребность в нем уменьшается. После изотермической выдержки начинают охлаждение. Для этого отключают подачу пара, поднимают конус и соединяют вентиляционный канал камеры с вентиляционной системой. Пар из камеры и с поверхности материала вместе с воздухом начинает удаляться в вентиляционную сеть, а крышка камеры начинает пропускать воздух из цеха благодаря испарению влаги из швеллера в камеру. Кроме того, в камерах, в стенке, противоположной каналу, выводящему паровоздушную смесь, иногда устраивают приточный затвор для впуска воздуха в камеру во время охлаждения. Увеличивая или уменьшая отбор паровоздушной смеси через канал изменяют темп охлаждения продукции.
Ямная камера работает по циклу порядка 12 – 15 ч. Он включает время на загрузку, на разогрев изделий, на изотермическую выдержку и охлаждение, а также на выгрузку материала. Удельный расход пара в таких камерах 200 – 300 кг/м3 бетона. В хорошо оборудованных и правильно эксплуатируемых камерах при хорошей организации теплоснабжения удельный расход пара может быть снижен до 120 – 150 кг па 1 м3 бетона.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
КП
В некоторых случаях для тепловлажностной обработки в камерах необходима более высокая температура порядка 100°С. Такая температура в ямных камерах может быть достигнута благодаря некоторым конструктивным изменениям, предложенным проф. Л. А. Семеновым. Отличие камеры Л. Л. Семенова от нашей камеры, заключается в устройстве дополнительного паропровода, позволяющего подавать пар сверху, и трубы для выпуска смеси.
В такой камере можно задать максимальную температуру нагрева в 100°С. Загрузка, выгрузка и тепловлажностная обработка осуществляется также как и в нашей камере.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
КП
2 Конструктивный расчет ямной камеры
2.1 Определение размеров формы с изделием, м
Длина формы
(2.1)
где: lи – длина изделия, м
Ширина формы
(2.2)
где: bи – ширина изделия, м
Высота формы
(2.3)
где: hи – высота изделия, м
hпод – высота поддона формы, м
2.2 Определение внутренних размеров камеры, м
Длина камеры составляет
(2.4)
где: lф – длина формы;
n – количество форм, укладываемых по длине камеры, шт. Если lф ≥ 4м, то n = 1;
l – расстояние между формами и формой и стенкой (l = 0,15-0,25м);
Ширина камеры составляет
(2.5)
где: bф – ширина формы, м;
n1 – количество форм, укладываемых по ширине камеры, шт. Если bф ≥ 2м, то n1=1;
b=l
Высота камеры равна
(2.6)
где: hф – высота формы, м;
h1 – расстояние между формами по высоте камеры (h1 ≥ 0,03м);
h2 – расстояние между нижней формой и полом камеры (h2 ≥ 0,15м);
h3 – расстояние между верхней формой и крышкой камеры, h3 ≥ 0,05 м;
n2 – количество форм по высоте, шт (n2=7).
Коэффициент заполнения камеры бетоном
(2.7)
где: nизд – количество изделий в камере (nизд = n1·n2·n3=14 шт);
– объем бетона в изделии, м3.
2.3 Определение наружных размеров камеры, м
Принимаем, что стены и пол из керамзитобетона, а теплоизоляционный материал крышки – минеральная вата, тогда коэффициент теплопроводности стен и пола λ=0,41 Вт/(м·оС), а λкр=0,063 Вт/(м·оС)– коэффициент теплопроводности крышки.
Коэффициент теплопередачи для условий изотермической выдержки II период.
(2.8)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
КП
где: t – температура изотермической выдержки,
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
КП
(2.9)
Толщина стен, м
(2.10)
где: – коэффициент теплоотдачи от паровоздушной среды к внутренней поверхности стен камеры, Вт/(м2·оС);
– коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стен в окружающую среду, ( =7-10 Вт/(м2·оС));
– толщина стен, ;
– коэффициент теплопроводности материала стены, ( = 0,41 Вт/(м·оС)).
(2.11)
Толщина пола, м
(2.12)
где: – коэффициент теплоотдачи от паровоздушной среды к внутренней поверхности стен камеры, Вт/(м2·оС);
– коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стен в окружающую среду, ( =7-10 Вт/(м2·оС));
– толщина пола, ;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
КП
– коэффициент теплопроводности материала пола, ( = 0,41 Вт/(м·оС)).
(2.13)
Толщина теплоизоляции крышки, м
(2.14)
где: – коэффициент теплоотдачи от паровоздушной среды к внутренней поверхности стен камеры, Вт/(м2·оС);
– коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стен в окружающую среду, ( =7-10 Вт/(м2·оС));
– толщина теплоизоляции крышки,
– коэффициент теплопроводности материала теплоизоляции крышки, ( =0,063 Вт/(м·оС)).
(2.15)
Длина камеры, м
(2.16)
Ширина камеры, м
(2.17)
Высота камеры, м
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
КП
(2.18)
3 Материальный баланс ямной камеры
(3.1)
где: G пр – количество материалов, приходящих в камеру на тепловую обработку, кг;
G р – количество материалов, выходящих из камеры после тепловой обработки, кг
(3.2)
3.1 Приходная часть баланса, кг/цикл
(3.3)
Масса цемента, кг/цикл
(3.4)
где: Ц – расход цемента на 1 м3 бетона, кг/м3;
– объем бетона в камере, м3
Количество воды, л/цикл
(3.5)
где: В – удельный расход воды, л/м3
(3.6)
где: – водоцементное отношение
Количество заполнителей, кг/цикл
(3.7)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
КП
где: (П+Щ) – удельный расход заполнителей, кг/м3
(3.8)
– масса изделия, кг;
A – расход стали, кг/м3
(3.9)
Масса арматуры, кг/цикл
(3.10)
Масса форм, кг/цикл
(3.11)
где: Ф – удельная металлоемкость по формам, кг/м3
3.2. Расходная часть баланса, кг/цикл
(3.12)
Количество испарившейся воды, л/цикл
(3.13)
где: Wi – количество испарившейся воды из 1м3 бетона, л
(3.14)
Количество оставшейся воды, л/цикл
(3.15)
Массы цемента, заполнителей, арматуры и форм не меняются.
4 Тепловой баланс ямной камеры
(4.1)
где: – количество тепла, поступающее на тепловую обработку, кДж;
– количество тепла, расходуемое на тепловую обработку, кДж
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
КП
4.1 Период нагрева (I период)
(4.2)
4.1.1 Расходная часть баланса, кДж/период
(4.3)
Нагрев сухой части бетона, кДж/период
(4.4)
где: – теплоемкость сухой части бетона, ( = 0,84 кДж/(кг·◦С));
– средняя температура 1 периода,
(4.5)
где: t1 – начальная температура,
t2 – температура изотермической выдержки,
Нагрев испарившейся воды, кДж/период
(4.6)
.
Нагрев оставшейся воды, кДж/период
(4.7)
где: Св – теплоёмкость воды, (Св = 4,19 кДж/(кг·◦С))
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
КП
Нагрев арматуры, кДж/период
(4.8)
где: Са – теплоёмкость стали, (Са = 0,48 кДж/(кг·◦С))
Нагрев форм, кДж/период
(4.9)
где: Сф – теплоёмкость стали, (Сф = 0,48 кДж/(кг·◦С))
Нагрев ограждающих конструкций камеры, кДж/период
(4.10)
Нагрев стен, кДж/период
(4.11)
где: – площадь наружной поверхности стен (до 0,1), м2
(4.12)
– коэффициент температуропроводности материала стен, ( = 0,00154 м2/ч)
– продолжительность первого периода, ч
π = 3,14
коэффициент теплопроводности стен, ( =0,41 Вт/(м·оС));
Нагрев пола, кДж/период
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
КП
(4.13)
где: – площадь поверхности пола (до 0,1), м2
(4.14)
коэффициент теплопроводности пола, ( Вт/(м·оС))
– коэффициент температуропроводности материала стен, ( = 0,00154 м2/ч)
– продолжительность первого периода, ч
π = 3,14
Нагрев крышки, кДж/период
(4.15)
где: – площадь наружной поверхности крышки, м2
коэффициент теплопроводности крышки, ( =0,063 Вт/(м·оС))
– коэффициент
- продолжительность первого периода, ч
π=3,14
Потери тепла в окружающую среду, кДж/период
(4.16)
где: Fi – площадь поверхности ограждения, м2;
КIi – коэффициент теплопередачи через поверхность ограждения в первом периоде, Вт/(м2·оС).
Коэффициент теплопередачи для наземной части камеры в первом периоде
(4.17)
Коэффициент теплопередачи для подземной части камеры в первом периоде
(4.18)
(4.19)
Нагрев свободного объема камеры, кДж/период
(4.20)
где: – свободный объем камеры, м3;
– плотность пара при средней температуре первого периода, кг/м3;
– теплосодержание пара при средней температуре среднего периода, кДж/кг
Свободный объем камеры, м3
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
КП
(4.21)
где: – плотность материала форм, кг/м3
Потери тепла с конденсатом и на выбивание через неплотности камеры, кДж/период;
(4.22)
где: – сумма затрат тепла, кДж/период
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
КП
Полные затраты тепла, кДж/период
(4.23)
4.1.2 Приходная часть баланса, кДж/период
(4.24)
Тепло экзотермии цемента, кДж/период
(4.25)
где: – количество тепла, которое выделяет 1 кг цемента за 28 суток нормального твердения, кДж/кг;
Тепло, подаваемое с теплоносителем, кДж/период
(4.26)
Требуемое количество пара, кг/период
(4.27)
где: in – теплосодержание пара при температуре 100 оС, кДж/кг
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
КП
Часовой расход пара, кг/ч
(4.28)
.
Удельный расход пара, кг/м3
(4.29)
.
Результаты расчета теплового баланса по первому периоду сводятся в таблицу 4.1
Таблица 4.1 Сводный тепловой баланс первого периода
Статья баланса |
Расход тепла | |
кДж |
% | |
1 |
2 |
3 |
Приходная часть баланса Тепло, подаваемое с теплоносителем |
1664311 |
80,62 |
Тепло экзотермии цемента |
400021 |
19,38 |
Всего: |
2064332 |
100 |
Расходная часть баланса Нагрев сухой части |
448703 |
21,74 |
Нагрев испарившейся воды |
434425 |
21,04 |
Нагрев оставшейся воды |
189472 |
9,18 |
Нагрев арматруы |
7409 |
0,36 |
Нагрев форм |
276192 |
13,38 |
Нагрев ограждающих конструкций |
287591 |
13,93 |
Потери тепла в окружающую среду |
56208 |
2,72 |
Нагрев свободного объема камеры |
20277 |
0,98 |
Потери тепла с конденсатом и на выбивание через неплотности камеры |
344055 |
16,67 |
Всего: |
2064332 |
100 |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
КП
4.2 Период изотермической выдержки (II период)
(4.30)
4.2.1 Расходная часть баланса, кДж/период (4.31)
Нагрев сухой части бетона, кДж/период
(4.32)
Испарение части воды затворения, кДж/период
(4.33)
Нагрев оставшейся воды, кДж/период
(4.34)
Нагрев арматуры, кДж/период
(4.35)
Нагрев форм, кДж/период
(4.36)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
КП
Нагрев ограждающих
(4.37)
Нагрев стен, кДж/период
(4.38)
где: - продолжительность второго периода, ч
Нагрев пола, кДж/период
(4.39)
Нагрев крышки, кДж/период
(4.40)
Потери тепла через ограждения в окружающую среду, кДж/период
(4.41)
где - коэффициент теплопередачи для условий второго периода, Вт/(м2·оС)
Коэффициент теплопередачи для наземной части камеры во втором периоде принимается по формуле 2.8.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
КП
Коэффициент теплопередачи для наземной части камеры во втором периоде принимается по формуле 2.9.
(4.19)
Нагрев свободного объема камеры, кДж/период
(4.43)
Потери тепла с конденсатом и на выбивание через неплотности камеры, кДж/период
(4.44)
Полные затраты тепла, кДж/период
(4.45)
4.2.2 Приходная часть баланса, кДж/период
(4.46)
Тепло экзотермии цемента, кДж/период
(4.47)
Тепло, подаваемое с теплоносителем, кДж/период
(4.48)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
КП
Количество пара, кг/период
(4.49)
Часовой расход пара, кг/ч
(4.50)
Удельный расход пара, кг/м3
(4.51)
Суммарный расход пара
(4.52)
=149
Результаты расчета теплового баланса по второму периоду приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2Сводный тепловой баланс второго периода
Статья баланса |
Расход тепла | |
кДж |
% | |
1 |
2 |
3 |
Приходная часть баланса Тепло, подаваемое с теплоносителем |
1058325 |
44,7 |
Тепло экзотермии цемента |
1309160 |
55,3 |
Всего: |
2367485 |
100 |
Расходная часть баланса Нагрев сухой части |
448703 |
18,95 |
Нагрев испарившейся воды |
445940 |
18,84 |
Нагрев оставшейся воды |
189472 |
8,00 |
Нагрев арматруы |
7409 |
0,31 |
Нагрев форм |
276192 |
11,67 |
Нагрев ограждающих конструкций |
406843 |
17,18 |
Потери тепла в окружающую среду |
114307 |
4,83 |
Нагрев свободного объема камеры |
84038 |
3,55 |
Потери тепла с конденсатом и на выбивание через неплотности камеры |
394581 |
16,67 |
Всего: |
2367485 |
100 |
