Расчет ямной пропарочной камеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка курсового проекта

по дисциплине «Теплотехническое оборудование технологии строительных материалов»

Тема: Расчет ямной пропарочной камеры



Содержание

Введение

1. Описание работы ямной пропарочной камеры

2. Конструктивный расчет ямной камеры

2.1 Определение размеров форм с изделиями

2.2 Определение внутренних размеров камеры

2.3 Определение наружных размеров камеры

3. Материальный баланс ямной камеры

3.1 Приходная часть баланса

3.2 Расходная часть баланса

4. Тепловой баланс ямной камеры

4.1 Период нагрева (I период)

4.1.1 Расходная часть баланса

4.1.2 Приходная часть баланса

4.2 Период изотермической выдержки

4.2.1 Расходная часть баланса

4.2.2 Приходная часть баланса

5. Техника безопасности при работе с ямными камерами

Выводы

Список использованной литературы



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 (ц-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.



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 конденсата. В полу есть трап для вывода конденсата. В приямке трапа, куда стекает конденсат, делают конденсатоотводящее устройство, в качестве которого чаще всего ставят водоотделительную петлю.

Назначение конденсатоотводящего устройства - выпускать конденсат в систему конденсатоотвода и не пропускать пар. Стены камеры имеют отверстие для вода пара, который подается вниз камеры по трубопроводу от сети. Трубопровод закапчивается уложенными по периметру камеры трубами с отверстиями -перфорациями, через которые пар поступает в камеру. Кроме отверстия для ввода пара в стене камеры делают отверстие для вентиляции в период охлаждения. Оно соединяется каналом с вентилятором, который отбирает паровоздушную смесь из камеры.

Для изоляции камеры во время подогрева и изотермической выдержки от системы вентиляции устраивают герметизирующий конус, который с помощью червячного винта, снабженного маховиком, может подниматься и опускаться. При поднятом конусе 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 при любом исполнении имеют все рассмотренные устройства, как-то: систему подачи пара и отвода конденсата, вентиляционное устройство и др., однако конструктивно они могут отличаться друг от друга. Работа камеры заключается в следующем. После разгрузки её чистят и проверяют. Проверяют работу вентилей подачи пара, надежно ли закрывается герметизирующий конус. После проверки камеру загружают изделиями, закрывают крышкой и включают подачу пара. Пар поступая снизу в камеру, где находится поднимается вверх, смешивается с ним и нагревает, образуя паровоздушную смесь. Одновременно пар конденсируется на изделиях, стенах, крышке, нагревает их, а сам в виде конденсата стекает в конденсатоотборное устройство. Пар в камеру полается под давлением 0,105 - 0,101 МПа. Далее изделия выдерживают в камере при достигнутой температуре.

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.

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 100С. Загрузка, выгрузка и тепловлажностная обработка осуществляется также как и в нашей камере.



• 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 л=0,41 Вт/(м?оС), а лкр=0,063 Вт/(м?оС)- коэффициент теплопроводности крышки.
• Коэффициент теплопередачи для условий изотермической выдержки II период.
• (2.8)
• где: t - температура изотермической выдержки,

• (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, ;
• - 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)
• ямный камера температурный конденсатоотводящий
• Высота камеры, м
• (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)
• 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
• 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))
• 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
• р = 3,14
• коэффициент теплопроводности стен, (=0,41 Вт/(м?оС));
• Нагрев пола, кДж/период
• (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
• р = 3,14
• Нагрев крышки, кДж/период
• (4.15)
• где: - площадь наружной поверхности крышки, м2
• коэффициент теплопроводности крышки, (=0,063 Вт/(м?оС))
• - коэффициент температуропроводности крышки, (= 0,001 м2/ч)
• - продолжительность первого периода, ч
• р=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
• (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
• 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

• 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

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)

Нагрев ограждающих конструкций камеры, кДж/период

(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.

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)

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



5. Техника безопасности при работе с ямной камерой

Тепловые установки на заводах строительных материалов и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как их работа связана с выделением теплоты, влаги, пыли, дымовых газов. Поэтому условия труда при эксплуатации таких установок строго регламентируются соответствующими правилами и инструкциями. Контроль над соблюдением правил и инструкций по охране труда и технике безопасности осуществляется органами государственного надзора и общественными организациями, которые и разрабатывают эти нормы.

Особое внимание при проектировании тепловых установок следует уделять очистке работающих теплоносителей от уносов пыли и мелких частиц материала. Согласно нормативным указаниям, для тепловых установок следует проектировать специальные очистные устройства.

Крышки ямных пропарочных камер должны быть достаточно герметичны и оборудованы водяными затворами. На стенах ямных камер предусматривают скобы для спуска рабочих при ремонте и чистке. Каждую такую камеру оборудуют вентиляцией.

Туннельные и щелевые камеры снабжают блокировкой снижателей и подъемников для загрузки форм-вагонеток. Все камеры, должны иметь герметичные системы подвода пара, оборудованные надежными вентилями. В цехах, где расположены камеры, обязательно устраивают приточно-вытяжную вентиляцию. Электрооборудование и электроприборы, размещенные в цехах, где производят тепловлажностную обработку, должны быть рассчитаны на работу во влажной среде. Электродвигатели должны иметь обязательно заземление.

В цехах, где расположены установки для тепловлажностной обработки, вывешивают инструкции по охране труда при обслуживании данной тепловой установки.



Выводы

Средний статистический показатель удельного расхода пара для предприятий сборных железобетонных конструкций, на которых используются ямные пропарочные камеры, составляет около 240 кг/м3. В ямной камере, рассмотренной в данном курсовом проекте, удельный расход пара составляет 149 кг/м3, что на много меньше среднего показателя. Это подтверждает ее экономичность.



Список использованных источников

1. Перегудов В.В., Роговой М.И. «Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и материалов», Москва Стройиздат, 2010 год

Размещено на Allbest.ru