Ямная камера
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Лист
КР-02068025.270106.235 ПЗ
ВВЕДЕНИЕ
Перед строительной индустрией стоят задачи, требующие решения ряда вопросов, связанных с интенсификацией производства, перестройкой работы по проектированию, реконструкции и перевооружению промышленности строительных материалов и изделий.
При всем многообразии методов производства бетонных и железобетонных изделий общим технологическим приемом, обеспечивающим ускорение твердение бетона, является тепловая обработка. Это наиболее энергетический процесс из всех технологических процессов. Он составляет треть стоимости изготовления изделий, занимает свыше 80 % длительности технологического цикла и потребляет свыше 75 % тепло- и энерго- ресурсов. Сокращение любого из этих показателей позволяет значительно увеличить эффективность технологии изготовления изделий.
Ямные камеры применяют большей частью для теплообработки крупногабаритных изделий, пропариваемых в формах или поддонах со снятой бортоснасткой и с опорой их на автоматически выдвигаемые из пазух стен кронштейны.
Ямные камеры просты в изготовлении и широко распространены на заводах сборного железобетона. Выполняют их напольными, полузаглубленными или заглубленными в зависимости от уровня грунтовых вод.
В данной курсовой работе рассматривается производство панелей перегородок ППБ-1 из тяжелого бетона с использованием агрегатно-поточной технологии изготовления.
Тепловые установки следует конструировать таким образом, чтобы они были экономичны, компактны и безопасными при работе.
- Исходные данные для технологического расчета линии
Цех по производству панелей перегородок по агрегатно-поточной технологии.
Запроектировать установку для тепловлажностной обработки изделий из тяжелых бетонов в ямной камере, в среде насыщенного водяного пара, для завода производительностью 12000 м3 в год.
Дополнительные данные:
По изделию:
-панели перегородок ППБ-1
-марка бетона М200
(Rб=200кг/см2; 20 Мпа)
-длина L=6000 мм
- ширина В=1200 мм
-толщина H=80 мм
-объем бетона Vб=0,576 м3
-плотность бетона ρ=2400 кг/м3
Эскиз выпускаемого изделия представлен на рисунке 1
6000
80
1200
1200
Рисунок 1 – Эскиз выпускаемого изделия (ППБ-1)
По установке:
Наружные стены камеры – бетонные толщиной δст=0,3 м
Потолок состоит из стального листа δс=0,008 м, доски δд=0,06 м и стекловаты δцс=0,15 м.
Пол железобетонный толщиной δпол=0,3м.
Норма расхода цемента, заполнителей и других материалов:
-расход цемента 280 кг/м3(по табл.2 ОНТП)
-расход песка 0,45м3/м3×ρп=0,
-расход щебня 0,9м3/м3×ρп=0,9×
-расход воды 200л/м3 (пункт 2.5 ОНТП)
Эскиз технологической линии производства панелей перегородок представлен на рисунке 2.
5 5 на склад
подача смеси 1 I крановые операции 6
2
III 7
3 II
V 4 IV
подготовка форм 8
9
1-тележка бетоновозная; 2- бетоноукладчик; 3- форма; 4- виброплощадка; 5- кран мостовой; 6- ямная камера; 7- тележка самоходная; 8,9 - посты чистки, смазки форм
Рисунок 2 - Эскиз технологической линии производства панелей перегородок представлен на рисунке
- выдержка форм до тепловой обработки;
- тепловая обработка
- распалубка форм, чистка, смазка
- складирование изделий и вывоз готовой продукции
- формирование изделий
- Технологический расчет линии производства изделий
- Определим почасовую производительность формующей установки
Пчас=Пгод/Фгод
где Пчас-часовая производительность формующей установки, шт/час
=12000/253*2*8*0,9=2м3/ч
Пгод-годовая производительность технологической линии, тыс.шт
Фгод-годовой фонд рабочего времени формующей установки, час.
Фгод=n*m*8*K=255*2*8*0,9=2 м3/час
где n- количество рабочих суток в году;
m- количество смен;
k-коэффициент используемого оборудования (0,7-0,9)
- Определим режим тепловой обработки при изготовлении изделий
Расчетные режимы тепловой
обработки изделий из тяжелого бетона.
Начальная температура при
Согласно табл. 18 ОНТП-07-85 в зависимости от класса бетона (В15) и толщины изделий (до 160) режим включает следующие цифры- (11=3,5+5,5+2), τреж=(τ1+τ2+τ3) в часах, выбирается общий (суммарный) режим (τреж=11ч) и на стадиях подъема температуры (τ1=3,5ч), изотермической выдержки (τ2=5,5ч) и стадии охлаждения до 40°С (τ3=2ч).
На основании выбранного режима представлен графический режим тепловой обработки изделий (температура изделий, С° и время тепловой обработки, час)
Рисунок 3 – Графическое изображение режима тепловой обработки изделий
- Определим загруженность всех тепловых камер на технологической линии изготовл
ений изделий
Z=Пчас*τреж=4*11=44 формы;
где Z- загруженность камер, м3бетона,(шт.,изделий);
Пчас-часовая производительность формующей установки, шт. изделий
τреж-общий цикл теплоты обработки изделий в камере, час.
- Выполнение садки изделий в 1 камеру, определение внутренних размеров камеры, определение геометрических размеров поддона
Термин осадка форм означает установку форм в пропарочную камеру, которая обеспечивает необходимые условия для обмена тепла от среды к твердеющему бетону. Сюда следует включать зазоры между формами, высота формы и ограждениями камер, количество форм в одной камере и другие условия.
Для выполнения этих условий при разработке эскиза осадки, следует изучить конструктивные элементы пропарочных камер.
При выполнении садки форм в камеру производится расчет пропарочных камер, а именно определение основных габаритных размеров (вначале внутренних, затем внешних), толщин стен, пола и крышки, определение заглубленности камеры, применение конструкций необходимых по условиям охраны труда и техники безопасности (лестницы, перила, переходы и т.д.).
Определим длину камеры
Lк=2*зазор+Lформы=2*300+6200=
принимаем Lк 7000мм
Определим ширину камеры
Вк=2*Вформы+3*зазор=2*1400+3*
принимаем Вк 3700мм
Определим высоту камеры
Нформы=8*(250+50)+500+300~
принимаем Нк 3000мм
- Определив внутренние размеры камеры, зазоры между поддонами и конструкциям
и камеры представим эскиз садки поддонов с изделиями в камере
Нк
Вк
Рисунок 4 - Эскиз садки панелей перегородок в камере
Из эскиза поддона с изделием в камеру следует определить следующие значения:
Количество изделий в одной камере-nизд=16 шт;
Объем бетона в камере м3 – Vб=nизд*Vизд=16*0,576=9,216 м3;
Масса поддона в 1 камере, кг- Gформ=576 кг.
- Определяем количество камер
Зная количество изделий в одной камере определяем количество камер на одной технологической линии:
nк=Z/nизд=44/16=3 шт;
где Z- загруженность камер, м3бетона,(шт.,изделий);
nизд- количество изделий в 1 камере, шт.
Камеры блокируются и устанавливаются в виде блока камер смешенных
в одну из сторон пролета, обеспечивая технологический проход и проезд с другой стороны от продольной оси пролета.
- выбор конструктивных решений камеры
Следующим этапом в технологическом расчете является выбор и описание конструкций стен камер.
Конструктивные решения
стен, пола и крышки камеры должны обеспечивать
надежную тепловую защиту, исключать
большие потери тепла в окружающую
среду. С этой целью конструктивные
элементы стен (пол, крышка) выполняются
в виде слоистых конструкций. Наружный
и внутренний слой выполняются плотными
и прочными, внутри которого расположен
высокоэффективно-
Рисунок 5 – Эскиз конструкции наружных стен и крышки камеры
- Материальный баланс ямной камеры из технологического расчета по заданной установке
Произведем выборку сведений для составления материального баланса на 1 камеру:
nк=3 шт., количество камер;
n=16 шт., количество изделий в 1 камере;
Vб=9,216 м3, количество бетона в 1 камере;
Gф=576 кг, вес форм в 1 камере
Расход материалов в кг, на 1 м3 бетона при М=200( по нормам ОНТП)
Ц=280 кг/м3
П=675 кг
Щ=1300 кг
В= 200л/м3
При сопоставлении статей материального баланса видно, что в процессе тепловой обработке баланс не меняется, за исключением потерь тепла и влаги, которые необходимо учесть.
Следовательно, материальный баланс ямной камеры в развернутом виде может быть представлен:
Gц=Vб*Ц=9,216*280=2580,48 кг;
Gп=Vб*П=9,216*675=6220,80 кг;
Gщ=Vб*Щ=9,216*1300=11980,80 кг;
Gв=Vб*В=9,216*200=1843,20 кг;
Gф=576 кг.
Масса воды, испарившейся при Т.О.:
Gw1=(0.01-0.03)*Vб*ρб=0,01*9,
Масса воды, оставшейся в бетоне:
Gw2=GB-Gw1=1843.20-221.18=1622 кг.
3. Теплотехнический расчет ямной камеры
Теплотехнический расчет
выполняется с целью
т.е.∆GТ.О.=Gп/Vб=кг пара/1м3бетона;
где Gп- общий расход пара на камеру, кг;
Vб-объем бетона в камере, м3
Тепловой баланс камеры составляется
на основании материального
Следовательно, тепловой баланс состоит
Приход тепла, кДж/цикл = Расход тепла, кДж/цикл
Статьи прихода: Статьи расхода:
1.---------//-------------
2.---------//-------------
3. и т.д.
Для упрощения громоздких теплотехнических расчетов в проектировании примем сопоставление приходов и расходов тепла (в кДж/цикл ) на полный цикл тепловой обработки.
3.1 I Приход тепла, кДж/цикл
1. Приход тепла, за счет
экзотермии цемента:
где: Gц - масса цемента, кг;
М - марка цемента (500 или 400);
tI+II - температура средняя для цикла, ºC.
2. Приход тепла с теплоносителем (с паром):
где GПАРА - масса пара необходимая для тепловой обработки, кг;
iПАРА - энтальпия пара, кДж/кг;
при t=80°C и P=1атм.
Тогда суммарный приход тепла за тепловую обработку будет:
3.2. II Расход тепла, кДж/цикл
1.Расход тепла на нагрев
сухих материалов бетонной
где :
- средняя массовая теплоемкость;
t1 и t2 - конечная и начальная температура, ˚C (для материалов)
2.Расход тепла на нагрев
и испарение воды (из бетона
при тепловой обработке в
где : Gw1 - масса воды, испарившейся с поверхности бетона, кг
tср - средняя температура при тепловой обработке
( )
3.Расход тепла на разогрев воды, оставшейся в бетоне (при тепловой обработке):
где:
св - теплоемкость воды, кДж/кг*°С ( )
t1 и t2 - конечная и начальная температура воды, ˚C
4. Расход тепла на нагрев металла всех форм в камере:
где: Gф - масса форм в камере, кг;
ccт- теплоемкость стали, кДж/кг*°С (ccт=0,46)
t1 и t2 - температура форм, ˚C
5 .Расход тепла, пошедший на нагрев (аккумулирование) конструкций камеры. Просчитывается отдельно для каждой конструкции – для стен, пола и крышки, затем суммируется, по общей зависимости:
где: Gконс- масса рассчитываемой конструкции, кг;
cконс- усредненная теплоемкость, кДж/кг*°С ;
t1 и t2 конечная и начальная температуры, ˚C.
Тогда статья 6 определиться, как:
6.Потери тепла с паром свободного пространства:
где: Vкам- внутренний объем камеры, м3;
Vф+Vкон.эл.- объем, который занимают формы и конструкций в камере, м3;
ρпара - плотность пара при Р=1атм, t=80 °С ( ρпара=3,41 кг/м3)
iпара- энтальпия пара при тех же условиях (iпара=2644 кДж/кг)
7.Потери тепла поверхностью камеры в окружающую среду:
где : Fi- рассчитываемая поверхность потерь тепла, м2;
αi- суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/м2*°С ,определяется экспериментально;
αi=от 29 до 64
αi= от 29 до 64 Вт/м2°С при температуре поверхности 40-60°С
tпов и tос- соответственно температура поверхности камеры и окружающей среды, в °С
τ- время рассчитываемого периода, час. Примем τ=1.
8.Тепло, уносимое готовой продукцией и формами. (изделия еще в форме):
где :Gф и Gизд - масса форм и бетонных изделий, кг;
сф и сб - теплоемкости стали и бетона,
t40- температура форм и бетона, ˚C
9.Тепло, уносимое конденсатом пара.
где : Gконд- масса конденсата пара, кг;
определяется как, ;
iконд - энтальпия горячей воды, выше 80˚C
10.Неучтенные потери тепла – 10% от .
II. Суммарный расход тепла,
за полный цикл тепловой
1)
=349138+572722+5299+135924+
(Gпара-156)*334=7825690+334*Gп
2) неучтенные потери ст.10 =
Q10=0.1*(7637662+334*Gпара)=
QII=
+Q10=7825690+334*Gпара+782569+
*Gпара
3.3 Уравнение теплового баланса соответственно будет:
Приход тепла, кДж/цикл = Расход тепла, кДж/цикл
41287,7+Gпара*2644 = 8608259+367,4*Gпара
2276,6Gпара=8566971,3
Gпара=3763 кг
Удельный расход пара в 1 час определится:
∆Gпара=Gпара/Vб
5.Схема теплового контроля автоматизации тепловой установки
Регулирование процесса тепловлажностной обработки производят с помощью ручного управления, полуавтоматического и автоматического регулирования.
Ручное управление процессом часто приводит к тепловым ударам, резким колебаниям температуры среды, увеличению расхода теплоносителя и, в результате, снижению качества изделий.
Для повышения устойчивости регулирования режимов тепловлажностной обработки должна быть обеспечена стабильная работа систем теплоснабжения установок. В частности, при использовании пара устанавливают регулятор давления, обеспечивающий постоянное (в пределах 3 %) давление пара на входе в 6...10 тепловых установок. Диаметр регулятора подбирают по расходу пара, давлению до и после регулятора.
Полуавтоматическое регулирование обеспечивается установкой дроссельных диафрагм и регуляторов температуры прямого действия. Дроссельная диафрагма представляет собой металлическую пластину толщиной 3... 5 мм. Одна диафрагма устанавливается во фланцевом соединении с отверстием такого диаметра, который обеспечивает расход пара на нагрев установки с заданной скоростью; другая — на обводном паропроводе для поддержания изотермического прогрева.
Регуляторы температуры прямого действия (РПД), оборудованные сильфонными датчиками с передачей импульса по капиллярной трубке и установленные на паропроводе около камеры, автоматически поддерживают температуру изотермического выдерживания, регулируя подачу и отклонение пара. Как показал опыт промышленной эксплуатации, более совершенными являются системы, основанные на применении программных электронных регуляторов температуры. Они обеспечивают высокую точность и устойчивость регулирования температурного режима, а также автоматический контроль и сигнализацию процесса тепловой обработки. Применение электронных регуляторов позволяет осуществлять централизованное дистанционное управление автоматизированными объектами, что значительно повышает удобство обслуживания, а также надежность работы измерительной и регулирующей аппаратуры. От стабильности теплового режима зависят качество изделий, снижение длительности их обработки и расход тепловой энергии.
Все действующие САР процесса тепловой обработки подразделяются на две основные группы. К первой группе относятся САР на базе программных регуляторов, отрабатывающих всю необходимую программу режима термообработки: подъем и снижение температуры, изотермическое выдерживание. Большое распространение получили электронные регуляторы типа ПРТЭ и ЭРП, применяемые в установках периодического действия.
Одна из эффективных систем автоматического управления тепловлажностной обработки основана на применении программного электронного регулятора температуры типа ПРТЭ-2М (рисунок 4). Регулирование температурного режима по заданной программе осуществляется за счет изменения количества пара, подаваемого в камеру в периоды подъема температуры и изотермического прогрева. Регулирующий орган, установленный на паровом вводе в камеру, получает командные импульсы от программного регулятора температуры, смонтированного на центральном щите управления.
а — структурная (I — исполнительный механизм (соленоидный вентиль типа СВБ); 2 — программный регулятор типа ПРТЭ-2М; 3 — самопишущий потенциометр для контроля режима; 4 — датчики); б — функциональная (I— крышка; 2 — гидрозатвор камеры; 3 — гидрозатвор системы вентиляции; 4 — система пароподачи; 5 — регулятор давления; и — исполнительный механизм подачи пара)
Рисунок 6. Схемы автоматизации ямной камеры паропрогрева
Контроль и регистрация регулируемой температуры среды осуществляется автоматическим мостом. Датчики программного регулятора и автоматического моста измеряют температуру паровоздушной среды. Установка датчиков, расположенной посредине одной из продольных стенок камеры, позволяет предохранить их от повреждений при загрузке и выгрузке изделий и защитить от непосредственного воздействия острого пара. Стабилизация давления пара осуществляется с помощью регулятора давления, установленного на магистральном цеховом паропроводе.
Основным элементом системы является программный регулятор температуры типа ПРТЭ-2М, обеспечивающий автоматическое регулирование температурного режима по заданной программе при максимальной продолжительности цикла обработки в пределах 24 ч.
Режим тепловлажностной обработки задают посредством реостатного задатчика, движок которого кинематически связан с программным диском-лекалом, закрепленным на валу синхронного электродвигателя и совершающим полный оборот за 24 ч. В качестве исполнительного механизма используется электромагнитный соленоидный вентиль типа СВВ с диаметром условного прохода 50 или 70 мм. Регулятор может работать при температуре окружающей среды от —10 до +40 °С. Чувствительность его не менее 0,5 °С. Пределы регулирования температуры 20...100 °С.
Функциональная схема регулирования процесса тепловлажностной обработки в периодических установках приведена на рисунке 6 б. После загрузки изделий и закрытия крышки с помощью переключателя 1—1 и вентиля 2—1 заполняют гидрозатворы системы вентиляции. Информацию об уровне воды подает сигнализатор 3—1. Затем включают программный регулятор температуры 4—1 типа ПРТЭ-2М В соответствии с изменением выходного сигнала задающего устройства (копир с изменяющимся профилем) регулятор при помощи исполнительного механизма 2—3 (электромагнитный вентиль типа СВВ)
управляет расходом пара в камере. Давление в паропроводе поддерживает регулятор 5—2,
После окончания активного периода тепловлажностной обработки (прогрева и изотермического выдерживания) с помощью переключателя 1—2 и вентиля 2—2 выпускают воду из гидрозатворов системы вентиляции. Затем, используя дистанционное управление 1—3, включают вентилятор для охлаждения изделий.
Аналогична схема подключения и работы программного регулятора температуры ЭРП-61. Программу работы задают с помощью профилированного диска, кинематически связанного с движком потенциометрического задатчика. Информацию о температуре передает малоинерционный термодатчик ТДР-61. В качестве исполнительного механизма используют запорно-регулирующий паровой клапан ПРК-61 с диаметром условного прохода 50 мм. Регулятор снабжен двумя концевыми выключателями, обеспечивающими остановку программного диска по окончании цикла и сигнализацию в цех.
Применение блочных
Вследствие большой инерции теплового процесса возможно использование одного автоматического регулятора температуры для управления.многими постами. В этом случае коммутирующее устройство подключают к регулятору камеры (термоформы, кассеты).
В системе многоканального импульсного регулирования МИР-68 обегающее устройство типа ОУ-25И периодически по каждому из 25-и каналов подключает к электронному усилителю типа Э-М один из измерительных блоков с присоединенным с нему датчиком.