Проект завода железобетонных конструкций для строительства сельскохозяйственных комплексов

Количество - 240 шт. Количество - 180 шт.

6) Фермы

В качестве несущих строительных элементов покрытия в промышленном одноэтажном здании использованы стропильные фермы пролетом 24 м, устанавливаемые на колонны с шагом 6 м.

Марка фермы ФБМ 24 - 6АVI

Рис. 7. Общий вид

Размеры l = 18 м

Шаг - 6 м

Размеры, мм: в = 240

hн = 280

hв = 250

hс = 250

Расход бетона - 3,2 м3

Расход стали - 438 кг

Масса - 8,1 тн

Количество - 104 шт.

2.3 Теплотехнический расчет элементов производственного здания

2.3.1 Теплотехнический расчет толщины наружной стены

Исходные данные.

Таблица 2.1- Состав наружной стены

Требуемое термическое сопротивление теплопередаче, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле

R0тр = [n (tв - tн)]/ (в tн), (2.1)

где n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, принимаемый равным для наружных стен 1, для покрытий 0,9;

tв - расчетная температура внутреннего воздуха в рабочей зоне, 0С,

tн - расчетная зимняя температура наружного воздуха, 0С,

в - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, в = 8,7 Вт/м2 0С,

tн - нормируемый температурный перепад между температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, определяемый в зависимости от tв относительной влажности помещения %.

По табл.1 СНиП II-3-79 определяем при = 60 % нормальный влажностный режим помещения. Условия эксплуатации - Б, tв = 17 0С, tн = 50С. R0тр = [1 (17 +32)]/( 5 8,7) = 1,13 м2 0С/Вт

Сопротивление теплопередаче исходя из условий энергосбережения

Определяем градус/сутки отопительного периода (ГСОП):

ГСОП = (tв - tот.пер.) zот.пер

где tв - температура внутреннего воздуха помещений, tв = 17оС;

tот.пер. - средняя температура отопительного периода, tот.пер.= -5,2оС

Zот.пер. - продолжительность суточного периода со среднесуточной температурой воздуха < 8оС, Zот.пер. = 218 (215)

ГСОП = (17 + 5,2) х 215 = 4773 (оС сут.)

Rотр = 2 (м2 оС/Вт) [табл.1б СНиП II-3-79*(изм.1998)]

Сопротивление теплопередачи

R0 = (1/ в) +R +(1/н), (2.2)

где н - коэффициент теплопередачи у наружной поверхности ограждения, н = 23 Вт/м2 0С,

R - сумма термических сопротивлений отдельных слоев ограждения, м2 0С/ Вт,

R = /, м2 0С/ Вт, (2.3)

где - толщина слоя, м,

- коэффициент теплопроводности материала, Вт /м2 0С ,

R1 = 0,08/1,86 = 0,043 м2 0С / Вт,

R2 = х / 0,05, м2 0С / Вт,

R3 = 0,15 /0,31 = 0,484 м2 0С / Вт,

R0 = (1/8,7) + (0,043 + х/0,05 + 0,484) + 1/23,

Изменения СНиП II- 3-79 табл.1б : R0тр = 2 м2 0С / Вт.

R0тр R0 R0 = 2

2 = 0,685 + х/0,05 х = (2 - 0,685) 0,05 = 0,066м.

Принимаем панели пенополистирольные толщиной 100 мм.

Толщина стены будет:

ст = 0,08 +0,15 + 0,1 = 0,33 м,

2.3.2 Теплотехнический расчет толщины утеплителя кровли

По формуле определяем требуемое термическое сопротивление:

R0тр = 0,9( 17 + 32)/ 4 8,7 = 1,27 м2 0С / Вт.

Сопротивление теплопередаче исходя из условий энергосбережения

ГСОП = 4773 (оС сут), Rотр =2,7 (м2 оС/Вт) [табл.1б СНиП II-3-79*(изм.1998)]

Сопротивление теплопередачи определяем:

R1 = 0,015/ 0,98 = 0,015 м2 0С / Вт,

R2= 0,015 / 0,17 = 0,088 м2 0С / Вт,

Таблица 2.2 - Характеристика покрытия

R3 = 0,02 / 0,93 = 0,021 м2 0С / Вт,

R5 = 0,01 / 0,17 = 0,058 м2 0С / Вт.

Плита покрытия толщиной 300 мм

Принимает R0= 4,2 м2 r 0С / ккал.

2,7 = 1/8,7 + 0,182 + х/ 0,06 + 1/23, тогда х = (2,7 - 0,34) 0,06 = 0,142м.

Принимает толщину утеплителя 150мм

3. Механическое оборудование

3.1 Общие сведения и принцип работы ударно-вибрационной площадки с синхронизированным приводом

Формованием называют процесс придания заготовкам или сырьевым смесям необходимых для последующего изготовления изделий форм, размеров, плотности и прочности. Существуют различные способы формования: прессование, литье, прокатка, экструзия, динамическое и др. Формование осуществляется путем внешних силовых воздействий на заготовку или сырьевую смесь.

В промышленности сборных железобетонных и бетонных конструкций и изделий наибольшее распространение получило динамическое вибрационное формование бетонных смесей. Оно происходит под действием инерционных сил, возникающих при вибрации бетонной смеси и действующих на нее частиц. В процессе вибрационного формования различаются первоначально возникшие связи между частицами бетонной смеси, удаляется из смеси воздух, частицы смеси максимально сближаются между собой и ее плотность возрастает в 1,6…1,65 раза по сравнению с первоначальной.

Поверхности вибрирующих рабочих органов, от которых вибрация передается бетонной смеси, называют излучающими. В зависимости от расположения излучающих поверхностей относительно бетонной смеси различают следующие виды вибрационного уплотнения: поверхностное, внутреннее и объемное. При поверхностном уплотнении излучающая поверхность (обычно плоскость) располагается на поверхности бетонной смеси. При внутреннем или глубинном уплотнении излучающая поверхность (чаще всего цилиндрическая) располагается внутри массива бетонной смеси. При объемном уплотнении бетонная смесь находится в жестком сосуде-форме, внутренняя конфигурация которой повторяет конфигурацию изделия и вся она целиком приводится в какое-либо колебательное движение.

Если относительно излучающей поверхности колебания направлены перпендикулярно, то они передаются бетонной смеси путем сообщения ей периодически изменяющихся нормальных напряжений, а если касательно - то путем сообщения ей периодически изменяющихся касательных напряжений. Колебания в бетонной смеси, в первом случае, распространяются на большее расстояние от излучающей поверхности, чем во втором.

В производстве сборного железобетона наибольшее распространение получил метод объемного формования, который осуществляется на машинах, получивших название виброплощадок. Наибольшее распространение получили виброплощадки с вертикально и горизонтально направленными колебаниями. В первом случае уплотнение бетонной смеси происходит при возникновении в ней нормальных напряжений, а во втором- касательных. В связи с большей эффективностью виброплощадки с вертикально направленными колебаниями получили большее распространение, чем вибро площадки с горизонтально направленными колебаниями. Используются машины с гармоничными и асимметричными колебаниями.

По форме колебаний виброплощадки разделяют на машины с гармоническими, бигармоническими, поличастотными и ударно-вибрационными колебаниями рабочих органов. Площадки с ударно- вибрационными колебаниями являются одной из разновидностей поличастотных. Они легко обеспечивают асимметричные колебания и выделены в самостоятельную группу вследствие их широкого распространения. По конструктивному исполнению площадки бывают рамные и блочные. По способу крепления форм площадки разделяют на машины без крепления и на машины с механическим, пневматическим, гидравлическим и электромагнитным креплением.

Ударно-вибрационные площадки применяют для формования широкой номенклатуры железобетонных изделий толщиной до 500…600 мм из повышенно-жестких и пластичных бетонных смесей. Грузоподъемность таких машин достигает 20…25 т. Использовались виброплощадки с одно- и двухсторонними ударами и горизонтально направленными колебаниями. Однако они не могли формовать тонкостенные изделия и в полной мере реализовать преимущества ударно-вибрационного уплотнения бетонных смесей. Поэтому наибольшее распространение получили ударно-вибрационные площадки с асимметричными вертикально направленными колебаниями.

Ударно-вибрационная площадка создана на базе серийных унифицированных блочных виброплощадок с вертикально направленными гармоническими колебаниями и потому обе эти машины имеют одинаковую кинематическую схему. Отличительной особенностью такой ударно-вибрационной площадки является то, что в виброблоках (рис.1) притяжной электромагнит (1) лежит на резиновом упругом ограничителе (2) и прижат к нему пружинами (3), связывающими электромагнит (1) с двухвальным центробежным вибровозбудителем (4). Последний через мягкие виброизолирующие опорные упругие элементы (5) опирается на несущую раму (6), закрепленную на фундаменте.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.1 Схема виброблока блочной ударно-вибрационной площадки с синхронизированным приводом

В этих машинах, регулируемое поджатие пружин (3) обеспечивают периодические режимы движения формы при изменениях ее массы (вместе с бетонной смесью) в пределах 25…30 % номинальной грузоподъемности. Такие виброплощадки позволяют формовать протяженные по длине изделия. Благодаря снижению в 2 раза частоты вынуждающей силы, по сравнению с блочными вибропощадками с гармоничными, вертикально направленными колебаниями существенно повысилась долговечность карданных валов и подшипниковых узлов вибровозбудителей.

Таковы достоинства этих машин. Их недостатками являются значительные уровни шумов при работе, которые иногда превосходят санитарные нормы и некоторые эксплуатационные трудности, связанные с необходимостью регулирования поджатия пружин.

3.2 Расчет ударно-вибрационной площадки с вертикальными колебаниями

Исходные данные грузоподъемность ударно-вибрационной площадки - 15 т, размер изделия 6,6 x 3 м,

?=150 с-1,

х=0,5,

?= (3.1)

1. Определяем вибрационную массу рабочего органа

mг = mф + mб.см. = (3.2)

4500 + 8400 = 12900 кг,

2. Определяем жесткость постоянных упругих связей

(3.3)

3. Находим жесткость упругих ограничителей:

с2 = с1*( ?2 - 1) = 31592*103*(49 - 1) =1516*106 Н/м (3.4)

4. Определяем деформацию упругих ограничителей

Х = х2max*mг/(с1 + с2) = (3.5)

147*12900 / (31592*103 + 1516*106) = 1,23*10-3 м

5. Находим статический момент массы дебаланса

(3.6)

h - коэффициент затухания h=0,8* ?=0,8*150=120

SД0 = 6,41 кг*м

6. Определяем мощность необходимую для поддержки колебаний в системе

(3.7)

= 24,2 +4,2=28,4 кВт

Подбираем два электродвигателя АИР160S4 с мощностью двигателя N1 = 15 кВт. Общая мощность двигателей составляет N=2N1=30 кВт>28,4 кВт

7. Определяем суммарную жесткость опорных упругих элементов

С = ?02 * mв (3.8)

где ?0 = ?/10 = 150/10 = 15 с-1

mв = mк + mф + к1* mб.см. + к2* mп (3.9)

mк = к*(mф + mб.см) = 0,3 (4500 + 8400) = 3870 кг к=0,3 (3.10)

mв = 3870 + 4500 + 0,3*8400 + 0 =10890 кг

с = 152 * 10890 = 2450250 Н/м

8. Находим массу фундамента, при котором выдерживаются санитарные нормы вибрации

mфу=с*Ха/(?2*Хсан)=2450250* 0,3*10-3 (1502*9*10-6)=3630 кг (3.11)

4. Тепловые установки

Тепловые процессы и соответствующие устройства, предназначенные для осуществления ускоренного твердения бетонных и железобетонных изделий и конструкций, занимают важнейшее, наряду с армированием, место в комплексе задач, решаемых в технологии сборного железобетона.

Тепловая обработка бетонных изделий позволяет не менее чем в 20 раз сократить цикл их производства в сравнении с твердением при обычной температуре. В этом ее важнейшее техническое и экономическое преимущество. Вместе с тем она для своего осуществления требует значительных производственных площадей и капиталовложений на сооружение тепловых установок и относительно высоких энергетических и других эксплуатационных затрат.

На тепловую обработку затрачивается около 30% стоимости всего производства строительных материалов и изделий. Кроме того, тепловая обработка потребляет около 80% от расходуемых на весь производственный цикл топливно-энергетических ресурсов и занимает до 80…90% времени всего технологического ресурса. Таким образом, создание тепловых процессов, позволяющих получать изделия отличного качества с минимальными затратами топлива и электроэнергии дает возможность существенно уменьшать капиталовложения в сферу строительства.

В настоящее время 90% бетонных и железобетонных изделий и конструкций твердеет с помощью тепловой обработки.

4.1 Описание процессов, протекающих при тепловой обработке бетона и железобетона

ТВО бетона в большинстве случаев ведут после предварительной выдержки свежеотформованного бетона, в течение которой он набирает начальную прочность, необходимую для восприятия теплового воздействия без сильного нарушения его структуры. Свежеотформованный или предварительно выдержанный бетон состоит из твердой, жидкой и газообразной фаз. Каждая из этих фаз имеет совершенно разные степени температурного расширения. Если принять расширение твердой фазы за единицу, то расширение воды будет в 10…20 раз больше, чем твердой фазы. Причем содержание воды в бетоне колеблется около 20%, а газа от 2 до 4%. При нагревании вода и воздух начинают расширяться во много раз сильнее, чем цементный камень, заполнитель, что приводит к разрыхлению структуры бетона, к цементному порообразованию, нарушается сцепление только что образовавшихся кристаллов гидросиликатов кальция.

По сравнению с твердением бетона в нормально-влажностных условиях, при пропаривании на 20% увеличивается как общая пористость, так и сами размеры пор. Все описанные выше факторы отрицательно влияют на такие важные свойства готового изделия как прочность, деформативность, долговечность, водостойкость, морозостойкость и др. Однако, несмотря на это тепловлажностная обработка является самым эффективным способом твердения сборного бетона и железобетона.

Для пропаривания бетон в закрытой или открытой форме, а иногда на поддоне загружают в установку, куда подают пар. Пар, как более нагретое тело, отдает теплоту парообразования менее нагретым телам- материалу и установке, нагревает их, а сам в виде конденсата удаляется из установки. За счет нагрева скорость гидратации цемента резко возрастает и ускоряет структурообразование бетона. Постепенно материал в установке нагревается до температуры паровоздушной смеси. С ростом температуры ускоряются реакции гидратации и структурообразования. Время, которое проходит с начала нагрева до достижения бетоном температуры паровоздушной смеси называется первым периодом ТВО.

Во второй период подача пара в установку продолжается. В материале, по его сечению, постепенно выравнивается поле температур, ибо температура в установке в этот период не изменяется. Это период изотермической выдержки. Длительность его определяется скоростью выравнивания температурного поля в материале и кинетикой химических реакций.

Далее наступает третий период - охлаждение. В это время пар в установку не подается. Если не открывать установку, то за счет потерь теплоты в окружающую среду и утечку через неплотности, установка и материал будут медленно охлаждаться. Для более быстрого охлаждения установку вентилируют воздухом. В этом случае с поверхности материала, формы, установки быстро испаряется влага, бетон также начинает терять ее. В процессе нагрева бетона пар, отдавая свою теплоту, конденсируется на поверхности бетона. В этом случае изменяется как температура, так и влагосодержание поверхности бетона и среды. Эти процессы являются внешними по отношению к материалу, и поэтому их называют внешними тепло - и массообменом. Передвижение влаги и воздуха, а также изменением температурного поля внутри материала называют внутренним тепло- и массообменом.

Передвижение влаги и воздушной массы по материалу, а также изменение температурного поля воздействует на изменяющуюся структуру бетона. Если образующаяся структура не в состоянии противостоять силе, с которой передвигается масса, слагающаяся с силой возникающих температурных напряжений, то эта структура в большей или меньшей степени может разрушаться. Поскольку с увеличением скорости нагрева сила передвижения массы нарастает, то нагрев изделий следует вести с какой-то определенной, безопасной для нарушения структуры скоростью.

Наибольшая скорость формования структуры бетона наблюдается во второй период ТВО, во время изотермической выдержки. Разности температур и влагосодержание по сечению материала в этот период начинают уменьшаться и постепенно выравниваются, что значительно улучшает условие структурообразования. Кроме того в это время идет дальнейшая гидратация цемента. Влага из образовавшегося на поверхности геля отсасывается внутренними слоями цементного зерна вследствие снижения влагосодержания геля, начинается кристаллизация новообразований что обуславливает нарастание процессов структурообразования и упрочнения всей системы.

В третий период - охлаждение, из материала интенсивно удаляется влага, процессы кристаллизации новообразований и структурообразований резко усиливаются, материал цементируется. Однако в это время опять начинают возрастать перепады температур и влагосодержания между поверхностью и центральными слоями материала. Эти процессы опять начинают воздействовать на структуру материала и могут снова привести к ее частичному разрушению.

4.2 Описание ямной пропарочной камеры

Изготавливаемая из железобетона пропарочная ямная камера имеет прямоугольную форму. Стены камеры делают многослойными. По боковым стенам камеры устанавливаются стойки пакетировщика с кронштейнами (16). В одной из боковых стен делается отверстие для забора воздуха из атмосферы при охлаждении, снабженное водяным затвором. Сопряжение крышки (5) со стенами камер снабжено также водяным затвором. Для отбора паровоздушной смеси устроен канал сообщающийся через водяной затвор с системой вентиляции. В днище предусмотрена система отбора конденсата (14), пропускающая его и не пропускающая пар. Для нагрева изделий через паропровод (1) в камеру подается пар. Камеры размещаются в технологических линиях и соединяются в блоки. Габариты камеры в плане соответствуют габаритам обрабатываемых изделий. Для удобства обслуживания часть камеры заглубляется в землю.

Принцип работы камеры заключается в следующем. С камеры снимается крышка, изделие в форме опускается краном в камеру и устанавливается на нижние кронштейны стоек. Нагружаемые кронштейны заставляют раскрыться следующий ряд и так далее. После загрузки камеры закрывается крышка (5), заполняются водяные затворы и начинает подаваться пар. Изделие нагревается и выдерживается при достигнутой температуре. По окончанию выдержки подача пара прекращается и паровоздушная смесь удаляется из камеры. После охлаждения изделий камера раскрывается, а изделия набравшие 70-80% марочной прочности выгружаются из камеры краном.

Существуют различные схемы снабжения паром ямных камер. В нашем случае применяется схема парораспределения с внешним эжектором (6). Применение сопел Лаваля (2) позволяет значительно интенсифицировать теплообмен между паровоздушной средой и поверхностями форм с уложенным бетоном благодаря созданию направленного движения теплоносителя. Эффективность системы парораспределения с использованием сопел Лаваля может быть повышена за счет применения внешнего эжектора. Теплообмен в камере в этом случае улучшается за счет подсоса паровоздушной смеси из нижней зоны камеры через перфорированные трубы (10).

4.3 Теплотехнический расчет ямной камеры

1) Расход тепла на нагрев сухой части изделий:

Qc1 = (Ц + П + Щ) · сс · (tб1 - tб0) / 1000 , МДж/м3 (4.1)

где Ц, П, Щ - содержание цемента, песка, щебня в бетоне, кг/м3; сс - теплоемкость сухой части бетона, кДж / кг °С; tб1 - средняя к концу периода температура бетона в изделии, °С; tб0 - начальная температура бетонной массы, °С.

Qc1 = (340 + 535 + 1384) · 0,84 · (80 - 20) / 1000 = 113,85 МДж/м3

Qc2 = (340 + 535 + 1384) · 0,84 · 5 / 1000 = 11,56 МДж/м3

2) Расход тепла на испарение части

Qисп = W · (2493 + 1,97 · tср1) / 1000 , МДж/м (4.2)

где W - для тяжелого бетона около 1% массы 1 м3 бетона;

tср1 - средняя за период температура среды в камере, °С.

tср1 = ( t0 + tн) / 2 = (20 + 80) / 2 = 50 °С (4.3)

где t0 - температура среды в камере до начала тепловой обработки, °С;

tн - температура изотермической выдержки, °С.

Qисп = 24 · (2493 + 1,97 · 50) / 1000 = 62,2 МДж/м3

3) Расход тепла на нагрев воды, оставшейся в изделиях к концу периода

Qв1 =(В - W) · Св · (tб1 - tб0) / 1000 , МДж/м3 (4.4)

где В - содержание воды в бетонной массе, кг/м3 ; Св - теплоемкость воды, кДж/кг·°С.

Qв1 = (136 - 24) · 4,19 · (80 - 20) / 1000 = 28,16 МДж/м3

Qв2 = (136 - 24) · 4,19 · 5 / 1000 = 2,35 МДж/м3

4) Расход тепла на нагрев арматуры и закладных деталей:

Qа1 = А · Са · (tа1 - tб0) / 1000 , МДж/м3 (4.5)

где А - содержание арматуры и закладных деталей в изделиях, кг/м3 ;

Са и tа1 - теплоемкость, кДж/кг·°С, и температура арматуры к концу периода, °С (можно принять tа1 = tи).

Qа1 = 71 · 0,48 · (80 - 20) / 1000 = 2,05 МДж/м3

5) Расход тепла на нагрев форм:

Qф1 = Ф · Сф · (tф1 - tф0) / 1000 , МДж/м3 (4.6)

где Ф = Gф/Vи - удельная металлоемкость форм, кг/м3 (Gф - масса формы, кг); Сф - теплоемкость форм, кДж/кг·°С; tф0, tф1 - температура форм в начале и конце периода, °С (tф1 = tн ).

Ф = 3200 / 2,4 = 1333 кг/м3

Qф1 = 1333· 0,48 · (80 - 20) / 1000 = 38,4 МДж/м3

6) Расход тепла на нагрев ограждающих конструкций:

(4.7)

где i и аi - теплопроводность, Вт/м·°С и температуропроводность, м2/ч, материалов ограждений; Fi - площадь ограждающих конструкций по внутреннему обмеру, м2 ; tni0 и tni1 - средняя температура внутренних поверхностей ограждений в начале и конце периода, °С; i - длительность периода подогрева.

Для многослойных ограждающих конструкций необходимо предварительно вычислить эквивалентные значения их теплофизических характеристик при фактических температурах материалов. Эквивалентный коэффициент теплопроводности плоской многослойной конструкции, состоящей из тяжелого бетона, керамзитбетона и минеральной ваты

э = Si / (Si/i) = (0,05 + 0,15 + 0,1) (4.8)

(0,05/1,45 + 0,15/0,063 + 0,1/0,41) == 0,11 Вт/м·°С

Эквивалентный коэффициент теплоемкости

Сэ = (i · Si · Ci) / (i · Si) =

(2400·0,05·0,84+300·0,15·0,75+1700·0,1·0,56)/

(2400·0,05+300·0,15+1700·0,1) = 0,68 кДж/кг·°С (4.9)

Эквивалентная объемная масса или плотность

э=(i·Si)/Si=(2400·0,05+300·0,15+1700·0,1)/

(0,05 + 0,15 + 0,1)=1586 кг/м3 (4.10)

Эквивалентная температуропроводность

аэ = (3,6 · э) / ( Сэ · э) = (3,6 · 0,11)/ ( 0,68 · 1586) = 0,00036 м2/ч (4.11)

F1=2·Lк·Hк + 2·Hк·Вк = 2 · 6,8 · 3,2 +2 ·3,2 · 2,25 =57,9 м2 (4.12)

Для многослойной крышки, состоящей из металлических листов и минеральной ваты

э =(0,15+0,01)/(0,15/0,63 + 0,01/56) =0,07 Вт/м·°С

Сэ = (300·0,15·0,75+7800·0,01·0,46)/(300·0,15+7800·0,01) = 0,56 кДж/кг·°С

э=(300·0,15+7800·0,01)/(0,15+0,01) = 768,75 кг/м3

аэ =(3,6·0,07)/(0,56·768,75) = 0,00059 м2/ч

F2 = Lк·Вк =6,8·2,25 = 15,3 м2

7) Потери тепла в окружающую среду ограждениями камеры складываются из потерь тепла через отдельные элементы ограждений

(4.13)

где toc - температура окружающего воздуха, °С; Fi - площадь по наружному обмеру отдельных элементов ограждения, м2; Кi - коэффициент теплопередачи через соответствующие элементы ограждений, Вт/м·°С.

Fназ1 = 2·(Lк+0,6)·Hназ + 2·Hназ·(Вк+0,6) = 2·7,4 ·2,2 + 2·2,2 ·2,9 = 45,1 м2

Fназ2 = (Lк+0,6)· (Вк+0,6) = 7,4 ·2,1 = 21,1 м2

Fпод = 2· (Lк+0,62)·Hпод + 2·Hпод·(Вк+0,62) + (Вк+0,62)·(Lк+0,62) = 2 · 7,4 · 1 + 2 · 1· 2,92+ 2,92 ·7,4 = 41,6 м2

(4.14)

Коэффициент теплопередачи через наземные части ограждений камеры а через подземные

(4.15)

где 1 и 2 - коэффициенты теплоотдачи, соответственно, от греющей среды к внутренним поверхностям ограждений и от наружных поверхностей ограждения в окружающую среду, Вт/м·°С.

2=(9,28+0,07tн1)(1+0,2V)=(9,28+0,07·40)(1+0,2·0)=12,08Вт/м°С (4.16)

где tн1 -температура наружной поверхности ограждений, °С; V - скорость движения воздуха, м/с.

Qoc2 = 3,47 МДж/м3

Приходные статьи теплового баланса включают тепловыделение бетона

Qэ1 = 2,3 · 10-7 · qэкв · (В/Ц)0,44 · Ц · tбср1 · I = 2,3 · 10-7 · 500 · (136/340)0,44 · 340 · 50 · 3 = 3,92 МДж/м3 (4.17)

Qэ2 = 12,54 МДж/м3

Тепло, поступающее в камеру с теплоносителем, определяется из теплового баланса как сумма полезного расхода тепла Qп1 на разогрев изделий и металла форм и непроизводительного расхода тепла Qпот1

Qто1 = Qп1 + Qпот1 (4.18)

где Qп1 = Qс1 + Qисп1 + Qв1 + Qа1 + Qф1 - Qэ1 , (4.19)

Qпот1 = Qогр1 + Qос1 (4.20)

Qп1 =113,85 + 62,2 + 28,16 + 2,05 + 38,4 - 3,92 = 240,7 МДж/м3

Qпот1 = 13,4 + 0,86 = 14,26 МДж/м3

Qто1 = 240,7 + 14,26 = 254,96 МДж/м3

Qп2 = 10,48 + 2,35 - 12,54 = 0,29 МДж/м3

Qпот2 = Qогр2 + Qос2 = 1,8 + 3,47 = 5,27 МДж/м3

Qто2 = 0,29 + 5,27 = 5,56 МДж/м3

В завершение теплотехнического расчета необходимо определить удельный расход пара

gп1 = 1000 · Qто1 / (iп - iк), кг/м3 (4.21)

где iп - энтальпия насыщенного пара, кДж/кг; iк - энтальпия конденсата, кДж/кг

iк = св · tк1 = 4,19 · 80 = 335,2 кДж/кг (4.22)

где tк1 - температура конденсата, °С;

gп1 = 1000 · 254,96 / (2642 - 335,2) = 106,5 кг/м3

gп2 = 1000 · 5,56 / (2642 - 335,2) = 3,31 кг/м3

Gп1 = nто · Vи · gп1 / 1 = 5 · 0,63 · 110,5 / 3 = 442 кг/ч (4.23)

Gп2 = nто · Vи · gп2 / 2 = 5· 0,63 · 2,41 / 6 = 4,82 кг/ч (4.24)

Коэффициент полезного действия тепла

= (Qп1 + Qп2) / (Qто1 + Qто2) = (4.25)

(240,7 + 0,29) / (254,96 + 5,56) = 0,89

Суммарный удельный расход пара

gп = gп1 + gп2 = 106,5 + 3,31 = 109,81 кг/м3 (4.26)

5. Электротехническая часть и автоматизация процесса тепловой обработки изделий

Автоматизация машинного производства предусматривает передачу функций управления и контроля, ранее выполнявшихся человеком, приборам автоматическим устройствам.

Автоматизация как высшая форма механизации резко повышает производительность труда на новой качественной основе:

улучшает качество продукции;

создает благоприятные условия для оптимального использования производственных ресурсов;

обеспечивает заданное количество заполнителей, цемента;

уменьшает затраты энергии;

уменьшает численность обслуживающего персонала;

обеспечивает безаварийность работы;

исключает случаи травматизма.

При определении степени автоматизации производства, прежде всего надо учитывать экономическую эффективность и целесообразность ее в каждом конкретном случае. Автоматизация, в конечном счете, не может полностью вытеснить человека из среды производства, но труд его становится более квалифицированным и содержательным.

5.1 Анализ и описание технологического процесса

Ямная камера (рис. 1) с полной автоматизацией всего цикла термообработки представляет собой бетонную подземную емкость прямоугольной формы с хорошей теплоизоляцией, закрывающуюся крышкой с максимальной герметичностью и хорошей тепло- и пароизоляцией. Камера снабжается системой перфорированных труб для подачи пара, водяными и гидравлическими затворами от выбивания пара, вентиляционными устройствами и системой автоматического или дистанционного управления тепловлажностным режимом. Формы с изделиями устанавливаются в камере в несколько рядов по высоте на специальные стойки с автоматическими кронштейнами. С этой же целью кран оборудуется специальной автоматической траверсой.

Пар в камеру подается или только снизу, или последовательно - вначале снизу, затем после подъема температуры до 90-950 сверху. Двусторонняя подача, предусмотренная в более совершенных камерах, предложенных проф. Л. А. Семеновым, обеспечивает создание в камере среды насыщенного пара при температуре близкой к 100°. При односторонней подаче пара температура в камере находится в пределах 80-900, а относительная влажность 90-95%.

Расход пара на пропаривание в ямных камерах характеризуется очень широкими пределами от 150 до 400 кг/мЗ изделий и зависит от коэффициента загрузки камеры, относительной металлоемкости форм и объемного веса бетона. Так, если при коэффициенте загрузки камеры 0,1, т. е. отношении объема изделий без форм к объему камеры, расход пара составляет 200 кг/мЗ, то при коэффициенте загрузки 0,2 он снижается до 150 кг/мЗ, а при уменьшении коэффициента загрузки камеры до 0,05 расход пара повышается до 270 кг. Эти данные справедливы для изделий с объемным весом бетона 2500 кг/мЗ, тогда как при объемном весе 6етона 1000 расход пара составит соответственно 170 и 130 кг/мЗ на 1 мЗ изделий. Примерно в такой же пропорции снижается расход пара с уменьшением относительной металлоемкости форм (отношению веса формы в кГ к объему изделия в ней), например с 3000 до 1000 кг/мЗ

Рис. 5.1 Ямная камера пропаривания: 1-канал для выхода паровоздушной смеси; 2- вентили; 3 - труба для слива воды из водяного затвора; 4 - электромагнитные вентили системы автоматики; 5 - водяные затворы; 6 - гидравлический затвор; 7-крышка; 8 - труба соединения водяных затворов; 9 - термометр сопротивления; 10 - труба для подачи пара; 11-вентиляционный канал

Процесс пропаривания состоит из следующих этапов:

1) Выдержка - состоит в том, что свежеотформованное изделие оставляется при температуре окружающей среды на некоторое время, которое может составлять от нескольких минут до нескольких часов и даже суток. Предварительное выдерживание сформованных изделий перед тепловой обработкой имеет целью обеспечить бетону ту минимально необходимую начальную (критическую) прочность бетона, при которой он может воспринимать тепловое воздействие при принятом режиме без нарушения его структуры. Оптимальное время выдерживания зависит от вида и марки (активности) цемента, начального водосодержания бетонной смеси, температуры среды и применения химических ускорителей твердения. Оно должно составлять в среднем 2-4 часа, в отдельных случаях и более, но не менее 1-2 часов. С увеличением критической прочности бетона до начала тепловой обработки можно повышать интенсивность его разогрева и таким образом, затрачивая время на предварительное выдерживание бетона экономить время на скорости его разогрева. Выдерживание до начала тепловой обработки можно исключить в случае применения предварительно разогретой бетонной смеси.

2) Подъем температуры - в этот период отформованное изделие после предварительного выдерживания или же сразу должно достигнуть заданной максимальной температуры пропаривания. Подъем температуры бетона (или среды в камере) является наиболее ответственным этапом тепловой обработки, так как возможные нарушения в структуре бетона протекают именно на этой стадии тепловой обработки. Величина и характер структурных нарушений зависят от достигнутой бетоном к началу тепловой обработки прочности, от скорости подъема температуры среды в камере и ряда других факторов, способствующих или препятствующих развитию деструктивных процессов. По существующей <<Инструкции по тепловой обработке паром бетонных и железобетонных изделий на заводах и полигонах>> допустимая скорость подъема температуры среды в камере при критической прочности бетона 1-2 кгс/см2 не должна превышать 10° в 1час, а при критической прочности 5-6 кгс/см2 - 40°в 1час. В тех случаях, когда предварительное выдерживание сформованных изделий трудно осуществить на практике и изделия поступают на тепловую обработку при прочности ниже критической, подъем температуры следует осуществлять медленно, начиная, например от 10° в час, с увеличением его темпа по мере наращивания прочности бетона (до 30° в час на последнем этапе разогрева бетона); это особенно необходимо в тех случаях, когда сформованное изделие, будучи в форме, имеет большие открытые поверхности или поступает на обработку на поддоне без бортовой оснастки. Темп подъема температуры можно увеличивать и без предварительного выдерживания в случае тепловой обработки в жестких металлических формах с плотной крышкой. При наличии пригруза, установленного на крышке, интенсивность разогрева бетона может достигать 100° в час и более.

3) Изотермический прогрев (изотермия) - после подъема температуры до заданного максимума следует период, когда изделие, определенное время выдерживается при постоянной максимально принятой температуре. Температура в камере пропаривания на стадии изотермического прогрева (опорная температура) главным образом определяется маркой бетона и колеблется от 65 до 100°С. Продолжительность изотермии, в свою очередь, определяется опорной температурой. При низкой температуре длительность изотермического прогрева существенно увеличивается, что нежелательно из-за снижения оборачиваемости камер и форм изделий. Однако при повышении опорной температуры увеличивается вероятность недобора прочности при последующем твердении бетона по сравнению с бетоном, твердевшим в нормальных температурно-влажностных условиях. Таким образом, продолжительность выдерживания изделий на уровне принятой наивысшей температуры изотермического прогрева при данном виде цемента зависит от прочности бетона, которую необходимо получить к концу тепловой обработки. При этом необходимо учесть, что приращение прочности с увеличением длительности прогрева после достижения 65 - 75% проектной происходит с прогрессирующим замедлением и что продолжать обработку до достижения бетоном полной проектной прочности явно нецелесообразно.

4) Остывание - период остывания бетона (охлаждение камеры) также является важным этапом, при котором необходимо предохранять бетон от значительных перепадов температуры в изделии. В этот период должно быть обеспечено постепенное, по возможности равномерное по всему сечению изделия, понижение температуры. Температурный перепад к моменту извлечения изделия из камеры между его поверхностью и температурой наружного воздуха не должен превышать 40-45°С.

Ознакомление с практикой работы пропарочного цеха показало, что в настоящее время контроль и регулирование цикла пропаривания сборного железобетона проводятся следующим образом:

На ж/б заводе имеется перечень выпускаемых изделий, каждое из которых имеет название, уникальный шифр и обладает техническими характеристиками (длиной, шириной и высотой). Для каждого изделия имеется информация об оптимальном режиме пропаривания. Оптимальный режим пропаривания включает время предварительной выдержки, время подъема температуры, длительность изотермии, температуру, при которой протекает процесс изотермии, длительность термоостывания и продолжительность остывания с вентиляцией.

Рабочий режим пропаривания задается технологом-пропарщиком и может не совпадать с оптимальным. В летний период времени этапы предварительной выдержки, термоостывания или остывания с вентиляцией могут отсутствовать, а этап изотермии может быть сокращен. В зимний период времени может быть увеличена продолжительность любого этапа ТП.

Процесс ТВО проводится в пропарочных камерах. Каждая камера относится к определенному типу, имеет уникальный номер, содержит определенное количество датчиков и обладает техническими характеристиками (длиной, шириной и высотой).В любой камере за сутки пропаривается только одна партия однородных изделий, которая однозначно определяется номером камеры, в которую она помещается и датой начала ТП.

После погружения ж/б изделий в камеры и их закрытия, специальный рабочий - пропарщик , каждый час производит замер температуры с помощью обыкновенного технического термометра с ценой деления в 1°С. Вследствие инерции тепловых процессов и того, что визуальный отсчет не позволяет достичь требуемой точности, ошибки в измерении температуры достигают 6°-8°С.

Данные измерений пропарщик записывает в специальный журнал (журнал пропарки), в котором указывается время замера и температура в камере. После окончания ТВО на основании этих записей пропарщик составляет таблицу цикла пропаривания для каждой камеры. В таблице пропарщика интересуют три основных показателя цикла пропаривания: часы, температура в камере и общее количество градусов.(2)

Определение возможных состояний пропарочной камеры

При управлении ТП необходимо знать, в каком состоянии находится пропарочная камера, чтобы ограничить список возможных действий над ней. Например, если камера неисправна, то не имеет смысла загружать в нее изделия. Состояние камеры определяется исправностью исполнительных механизмов и датчиков, а также текущим этапом ТП.

В результате анализа предметной области было выделено семь возможных состояний пропарочной камеры, приведенных в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Возможные состояния пропарочной камеры

5.2 Определение частоты замера температуры

Аналоговый сигнал на выходе преобразователя или датчика представляет некоторый физический параметр, значение которого определено для каждого момента времени. Другими словами, аналоговый сигнал - это непрерывная функция времени.

Перед обработкой в электронной вычислительной машине (ЭВМ) этот сигнал должен быть подвергнут соответствующему преобразованию, поскольку процессор выполняет операции только над числами. В ЭВМ должна поступать последовательность чисел, эквивалентная данному аналоговому сигналу.

Значения переменной, взятые в дискретные моменты времени, образуют «отсчеты» (или «выборки») аналогового сигнала. Частота, с которой производятся отсчеты дискретных значений сигнала(частота дискретизации), определяет точность представления этого сигнала в ввиде дискретно-временной функции.

Теорема о дискретизации утверждает, что «для точного представления и восстановления аналогового сигнала должны выполняться следующие условия:

1) сигнал должен занимать ограниченную полосу частот;

2) частота дискретизации должна превышать верхнюю граничную частоту спектра сигнала не менее чем в два раза.

Анализ всех вышеуказанных обстоятельств приводит к выводу о необходимости разработки автоматизированной системы контроля и программного регулирования цикла пропаривания сборного железобетона.

Проектируемая система должна выполнять следующие функции:

1) возможность моделирования мнемосхемы пропарочного цеха;

2) управление режимом пропаривания и фиксация температуры в камере;

3) выдача сообщения при отклонении текущей температуры от заданной более чем на предельно допустимую величину;

4) возможность изменения режима пропаривания в процессе пропарки изделия. Сохранение сведений о первоначальном и измененном режимах пропаривания, а также о моменте времени, в который были внесены изменения;

5) возможность прерывания процесса пропаривания по требованию пользователя. Сообщение о том, что процесс пропарки был прерван, а также момент отключения камеры должны быть сохранены в базе данных;/5^

6) ведение справочника пропарочных камер;

7) ведение справочника технологов;

8) ведение справочника рекомендуемых режимов пропаривания;

9) подбор камеры для пропаривания конкретной партии изделий;

10)подбор рекомендуемого режима пропаривания;

11)установление уровней доступа к базе данных;

12)формирование журнала результатов пропарки ж/б изделий, его просмотр и печать;

13)возможность выдачи результатов пропаривания в графическом виде на экран и печать;

14)подготовка и печать справок о нарушениях технологического процесса за указанный период от одного дня до года;

15)учет пропаренных изделий каждой камерой за указанный период; хранение данных в течении текущего года с последующей организацией архива.

Описание функциональной схемы.

Программное регулирование температурной паровоздушной среды ямной камеры осуществляется комплексом приборов (поз 1).Термометр сопротивления 1-1 воспринимает температуру паровоздушной среды и преобразует его в изменение активного сопротивления чувствительного элемента термометра, включенного в мостовую измерительную схему регулятора п 1-2.

Возможны 3 варианта: 1) tтек=tзад, то выходной сигнал должен быть равен 0 и воздействие на исполнительный механизм п.1-3, п.1-4 не осуществляется.

2) tтек>tзад, то сопротивление термометра п.1-1 возрастает и мостовая измерительная схема выходит из состояния равновесия. Появляется выходное напряжение определенной фазы, которая после усиления и формирования в соответствии с требуемым законом регулирования поступает на исполнительный механизм регулирующего клапана п.1-3, что приводит к закрытию клапана и уменьшению или прекращению подачи пара в камеру. Это вызовет уменьшение текущего значения. Как только tтек=tзад, выходное напряжение равно 0 и действие клапана п.1-3 прекращается.

3) tтек<tзад, то сопротивление термометра п.1-1 понижается и мостовая измерительная схема выходит из состояния равновесия. Появляется выходное напряжение противоположной фазы, которое после усиления и формирования в соответствии с требуемым законом регулирования поступает на исполнительный механизм регулирующего клапана п.1-3, что приводит к открытию клапана и увеличению или осуществлению подачи пара в камеру.

Так осуществляется регулирование температуры паровоздушной среды в периоды подъема и изотермической выдержки изделий.

Как только время, отведенное на подъем и изотермическую выдержку заканчивается, регулятор позиции п. 1-2 прекращает действие на исполнительный механизм п. 1-3, он закрывается, и подача пара в камеру прекращается.

Одновременно регулятор начинает воздействовать на исполнительный механизм 1-4. Он открывается, пар поступает к гидрозатворам камеры, они открываются, одновременно через магнитный пускатель п.1-5 по сигналу регулятора запускается двигатель вентилятора. Атмосферный воздух через открывшиеся гидрозатворы поступает в камеру, омывает и охлаждает изделие и вентилятором удаляется в атмосферу. Таким образом, осуществляется процесс охлаждения изделий.

Для управления процессом в случае выхода из строя регулятора п.1-2 следует перевести систему с автоматического управления ( с помощью регулятора) на ручное управление.

Для этого избиратель управления п. 1-6 устанавливается в ручное положение, и регулятор перестает воздействовать на исполнительные элементы системы. В этом случае текущее значение температуры снижается с комплекта приборов п.2-1,п. 2-2, а воздействие на механические элементы осуществляется с помощью кнопки п.1-7,п.1-8, а управление вентилятором с помощью кнопки 1-9.

1) Если tтек=tзад, то никакие воздействия на п. 1-7,п. 1-8 не осуществляется

2) Если tтек>tзад, В периоды подъема и изотермической выдержки необходимо нажать на кнопку закрытия п. 1-8- подача пара прекращается или уменьшается => tтек=tзад.

3) Если tтек<tзад, то п. 1-8-открытие. tтек=tзад=> кнопка закрытия п.1-8 и кнопка открытия п.1-7, п.1-3 закрывается, 1-4 открывается и гидрозатворы открываются. Одновременно необходимо нажать пуск1-9.

По истечении времени закрыть 1-7- и кнопка остановка-1-9.

Таблица 5.2 - Спецификация прибор и датчиков

5.3 Описание принципиальной электрической схемы

Схема электрической схемы может работать как в ручном, так и автоматическом режиме управления.

Ручной режим управления клапаном подачи пара в камеру и эжекторами затвора камеры реализуется, когда избиратель управления устанавливается в положение "Р". Если текущее значение температуры меньше заданной, необходимо увеличить подачу пара. Для этого нажимаем кнопку, в результате чего образуется цепь.

Обе обмотки двигателя исполнительного механизма получают питание, и двигатель перемещает регулирующий орган клапана подачи пара в сторону открытия, в результате чего увеличивается расход пара в камеру, и температура паро-воздушной среды в камере возрастает.

Если текущее значение температуры выше заданной, то необходимо уменьшить подачу пара. Для этого нажимаем кнопку SB1. В результате чего образуется цепь:

Рассмотрим управление клапаном подачи пара к эжекторам затворов камеры. По окончании времени, отведенного на подъем температурь, и изотермическую выдержку, необходимо перейти к режиму охлаждения изделий. Для этого нажимаем кнопку SB3. В результате чего образуется цепь:

Обе обмотки получают питание, и двигатель перемещает регулирующий орган клапана подачи пара в сторону открывания. Контакт lK2 будет в этот момент замкнут, т.к. клапан был закрыт, и контакт концевого выключателя 1SQl, установленный в цепи питания обмотки реле lК2, замкнут. Реле lК2 срабатывает, и его контакт lК2 замыкается.

По окончании времени, необходимого для охлаждения изделий, нажимаем кнопку SВ4, в результате чего образуется цепь:

Обе обмотки получают питание, и двигатель работает на прекращение подачи пара. Контакт lK3 будет в этот момент замкнут, т.к. клапан был открыт и контакт концевого выключателя 1SQ2, установленный в цепb питания обмотки реле lК3, был замкнут. И реле сработает.

Рассмотрим управление в автоматическом режиме. Переключатель управления SAl устанавливается в положение «А».

Регулятор температуры получает питание. Если температура ниже заданной - сопротивление термометра уменьшается. Мостовая измерительная схема регулятора выходит из состояния равновесия, т.е. появляется выходное напряжение, которое после усиления и формирования в соответствии с заданным законом регулирования в виде управляющего сигнала поступает на клемму 8 регулятора.

Обе обмотки двигателя получают питание, двигатель перемещает регулирующий орган клапана подачи пара в сторону открывания. В результате чего температура паро-воздушной смеси в камере возрастает до заланной. Когда текущее значение температуры достигнет заданного, управляющий сигнал на клемме 8 регулятора становится равным нулю, двигатель останавливается и дальнейшее перемещение регулирующего органа прекратится.

Если температура выше заданной, то сопротивление термометра увеличивается, мостовая измерительная схема регулятора выходит из равновесия, т .е. появится выходное напряжение другой полярности, которое усиливается, формируется в соответствии с заданной законом регулирования виде управляющего сигнала подается на клемму 7.

Образуется цепь:

Обе обмотки получают питание и двигатель перемещает регулирующий орган клапана в сторону закрытия. Подача пара уменьшается, в результате чего температура паро-воздушной среды понижается и достигает заданной.

Подача пара к эжекторам затворов камеры по окончании времени, отведенного на подъем температуры и изотермической выдержки изделий осуществляется следующим образом. На клемме регулятора 10 появляется сигнал, срабатывает реле lКl. Замыкается контакт 1Kl в цепи питания обмотки реле времени lKT, и оно срабатывает, контакт КТ замкнется. Контакт К2 будет замкнут, Т.е. клапан в этот момент закрыт, и контакт концевого выключателя SQ 1, установленного в цепи питания обмотки реле lК2, замкнут. По цепи: Фаза А - lSF1 - обмотка 1К2 - SQ1-N получает питание реле lК2. Реле lК2 сработает и контакт lК2 замкнется. Образуется цепь:

Обе обмотки исполнительного механизма клапана подачи пара к эжекторам гидрозатворов получают питание, и он открывает клапан. Гидрозатворы открываются, и внутреннее пространство камеры сообщается с атмосферой. Одновременно запускается двигатель вентилятора. Атмосферный воздух омывает изделия в камере, охлаждает их и вентилятором выбрасывается в атмосферу. По окончании времени, отведенного на охлаждение изделий обесточивается клемма 10 и обмотка реле lКl. В цепи питания 1KT разомкнётся контакт lКl. Реле lКТ обесточивается, и его контакт в цепи питания двигателя исполнительного механизма размыкается. Контакт 1КЗ замкнут, т.к. клапан в этот момент был открыт и контакт SQ2 концевого выключателя, установленного в цепи питания обмотки реле 1КЗ, будет замкнут. Срабатывает реле lКЗ и его контакт 1КЗ замыкается. Образуется цепь: