Учебная работа. Проектирование и теплотехнический расчет ямной пропарочной камеры

Учебная работа. Проектирование и теплотехнический расчет ямной пропарочной камеры

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Проектирование и теплотехнический расчет ямной пропарочной камеры

Введение

Теплотехника — общетехническая дисциплина, изучающая способы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, также принцип деяния и конструктивные индивидуальности тепло- и парогенераторов термических машин, установок, агрегатов и устройств. Теоретическими разделами теплотехники, в каких исследуются законы перевоплощения и характеристики термический энергии, также процессы распространения теплоты являются техно термодинамика и теория термообмена.

Более всераспространенным типом термических установок являются пропарочные камеры повторяющегося и непрерывного деяния, на долю которых приходится выше 80% годичного выпуска сборного Ж/Б. [1]

Твердение бетонных и железобетонных изделий на заводах при обыкновенной температуре (15… 20°С) нерационально, потому что очень длительно, уменьшает оборачиваемость форм, задерживает выпуск готовой продукции. Для убыстрения твердения бетона используют термическую обработку.

Есть последующие разновидности термический обработки: 1) пропаривание в камерах при температуре до 100° С и обычном давлении; 2) пропаривание в автоклавах при температуре около 175°С и давлении около 0,8 МПа — более резвый метод твердения бетона; 3) электропрогрев; 4) контактный прогрев в обогреваемых формах; 5) прогрев изделий из легкого бетона в камерах с пониженной влажностью.

Тепловлажностная обработка создана для, сокращения технологического цикла производства легкобетонных изделий. Почаще всего ее производят в камерах пропаривания непрерывного либо повторяющегося деяния.

В истинное время в строительной промышленности употребляют некоторое количество видов установок повторяющегося деяния для ТВО: 1) ямные пропарочные камеры; 2) стенды; 3) кассетные установки.

Ямные пропарочные камеры.

Ямные пропарочные камеры принадлежат к установкам, более всераспространенные в индустрии сборного железобетона.

Они сооружают как в цехах, так и на полигонах. Зависимо от вертикальной планировки, уровня грунтовых вод и иных местных критерий камера заглубляется по отношению к отметке пола стопроцентно либо отчасти, так чтоб огораживание камеры выступило над поверхностью пола на 0,5 — 0,7 м.

Главными элементами ямной камеры являются стены, пол с гидравлическим затвором для стока конденсата, съемные (одна либо несколько) крышки и система паропроводов с запорной и регулировочной арматурой для подачи пара в камеру. Стены камеры обычно делаются из томного железобетона шириной от 250 — 400 мм зависимо от габаритов встроенных в стенки деталей (труб, опорных швеллеров, водяных затворов и т.д.). Такие стенки являются крепкими, малотеплопроводными и довольно непроницаемыми для паровоздушной консистенции. Но недочетом является большенный расход тепла на их нагрев, большая термическая инерция, которая в ряде всевозможных случаев не дозволяет в данное время нагревать либо охлаждать изделия.

Пол камеры делают бетонным и гидроизоляцией на утепленном слое. Для стока конденсата через гидравлический затвор в сточную канаву пол имеет наклон (0,005 — 0,01).

Крышки ямных камер представляют собой плоские железные сварные рамные конструкции, плотно обшитые с 2-ух сторон строганными, соединенными в шпунт досками, меж которыми проложены мягенькие теплоизолирующие материалы (минеральная вата). В целях уменьшения паропроницаемости низ крышек обшивают железными листами 1,5 — 2 мм шириной.

Для предупреждения утечки паровоздушной консистенции либо пара через неплотности, образуемые крышкой и стенами камеры, используются гидравлические либо печные затворы (корыто из швеллера, лежащего на верхнем обрезе стенок, в который при опускании крышки опирается ребро уголка, укрепленного по всему ее периметру. Корыто заполняется водой либо мокроватым песком материалов).

Камеры огромного размера запираются составными крышками.

Крышки ямных камер должны быть не только лишь отлично теплоизолированы, да и владеть достаточной жесткостью во избежание коробления и возникновения неплотностей.

На внутренней поверхности крышек даже при неплохом уплотнении конденсируется пар, и падающие капли могут попортить поверхность изделий. Для устранения этого явления крышки делают с уклоном, по этому конденсат стекает к стенкам в гидравлический затвор.

размеры камеры определяются типоразмерами изделий, которые в ней пропариваются.

Для заслуги большей равномерности тепловлажностной обработки изделий их следует укладывать в камеры таковым образом, чтоб меж ними были достаточные зазоры (от дна до формы не наименее 150 мм, по вертикали меж изделиями — не наименее 30 мм, меж верхним изделием и крышкой — приблизительно 50 мм).

загрузка и выгрузка изделий делается мостовым электронным краном.

Пар, поступая в камеру, увеличивает температуру ее среды в итоге конденсации на жестких частичках в воздухе, конденсации на стенах камеры, и вследствие перемешивания с воздухом. Благодаря этому относительная влажность в ямной камере постоянно равна 100%.

Для того, чтоб давление в камере не превышало 8 — 10 мм вод. ст. (безнапорная камера), в ней устанавливается оборотная труба, на которой имеется гидравлический клапан либо водяной затвор для поддержания в камере данного лишнего давления.

Пар подается в камеру через закольцованную перфорированную трубу, расположенную у пола камеры по ее периметру. Поперечник трубы и количество отверстий зависят от давления и расхода пара и определяется по расчету.

Пар из перфорированной трубы следует выпускать ввысь в место меж стенками и штабелем изделий (по периметру). Тогда благодаря эжектирующему эффекту паровой струи в камере создается циркуляция паровоздушной консистенции, что улучшает также нагрев изделий в камере.

Не считая того к струе пара подсасывается воздух из середины камеры в нижней ее зоне, что также наращивает термообмен.

В итоге происходит резвее сглаживание температуры паровоздушной среды по ее высоте.

Согласно советам «Общесоюзных норм технологического проектирования компаний сборного железобетона» ОНТП-7-85 удельный расход пара в таковых камерах, должен составлять 170 кг/м3 [2].

1. Физико-химические базы тепловлажностной обработки

1.1 Виды, характеристики и характеристики водяного пара

тепловлажностный ямный пропарочный установка

Виды пара

Понятно, что хоть какое вещество зависимо от наружных критерий (давления и температуры) может находиться в газообразном, водянистом и жестком агрегатных состояниях, либо фазах, также сразу находиться в 2-ух либо 3-х состояниях.

Переход вещества из 1-го агрегатного состояния в другое именуется фазовым переходом, либо фазовым перевоплощением. Вещество в различных агрегатных состояниях имеет разные характеристики, а именно плотность. Это различие разъясняется нравом межмолекулярного взаимодействия.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое именуется плавлением, из водянистого в газообразное — испарением, из твердого в газообразное — сублимацией. Оборотные процессы соответственно именуются затвердеванием, либо кристаллизацией, конденсацией и десублимацией.

процесс получения пара из воды может осуществляться испарением и кипением. Испарением именуется парообразование, происходящее лишь со вольной поверхности воды и при хоть какой температуре.

Кипением именуется бурное парообразование по всей массе воды, которое происходит при сообщении воды через стену сосуда определенного количества теплоты. При всем этом образовавшиеся у стен сосуда и снутри воды пузырьки пара, увеличиваясь в объеме, поднимаются на поверхность воды.

Процесс парообразования начинается при достижении жидкостью температуры кипения, которая именуется температурой насыщения tн и в протяжении всего процесса остается постоянной. температура кипения, либо температура насыщения, tн зависит от природы вещества и давления, при этом с увеличением давления tн возрастает. давление, соответственное tн именуется давлением насыщения рн.

Насыщенным паром именуют пар, который образовался в процессе кипения и находится в динамическом равновесии с жидкостью. Насыщенный пар по собственному состоянию бывает сухим насыщенным и мокроватым насыщенным.

Сухой насыщенный пар представляет собой пар, не содержащий капель воды и имеющий температуру насыщения (t=tн) при данном давлении.

Мокроватый насыщенный пар — это сбалансированная смесь, состоящая из капель воды, находящейся при температуре кипения, и сухого насыщенного пара.

Отношение массы сухого насыщенного пара mс.п. к массе мокроватого насыщенного параmв.п. именуется степенью сухости х мокроватого пара, другими словами

тепловлажностный ямный пропарочный установка

Разумеется, что для воды х=0, для сухого насыщенного пара х=1.

Если к сухому насыщенному пару продолжать подводить теплоту, то его температура возрастет. Пар, температура которого при данном давлении больше, чем температура насыщения (t>tн), именуется перегретым. Иными словами говоря перегретый пар — это пар, находящийся при температуре, превосходящей температуру кипения воды при давлении, равном давлению перегретого пара. Величина превышения температурой пара температуры кипения воды именуется степенью перегрева пара.

Водяной пар является настоящим рабочим телом и может находиться в трёх состояниях: мокроватого насыщения, сухого насыщения и в перегретом состоянии. Для технических нужд водяной пар получают в паровых котлах (парогенераторах), где специально поддерживается неизменное давление.

Русскими учеными М.П. Вукаловичем и И.И. Новиковым в 1939 г. было получено уравнение для настоящих газов с учетом ассоциации и диссоциации их молекул. В общем виде это уравнение записывается в последующей форме:

Коэффициенты А и В определяют из равенств:

Приведенное уравнение можно использовать к хоть какому реальному газу, и а именно к перегретому водяному пару. Но в связи с тем, что фактически это сложное уравнение употреблять тяжело, с его помощью были вычислены главные физические величины перегретого водяного пара при разных р и Т, составлены таблицы и построена диаграмма в is—координатах, на основании которых и проводятся расчеты действий конфигурации состояния водяного пара.

характеристики пара.

Жидкость. Удельный размер воды при 0° и разных давлениях схож и равен 0,001 м3/кг (v0′). При температурах насыщения и разных давлениях удельный размер воды (v’) меняется в узеньком спектре — от 0,001 (tн = 0°) и pн = 0,61 кПа) до 0,003147 м3/кг (tн = tк= 374.116° и pн = pк= 22,1145 МПа). количество теплоты q’, используемой при p=const на нагревание 1 кг воды от 0° до температуры tн, охарактеризовывает теплоту воды. Разумеется, (где от давления и температуры, определяется по эмпирическим формулам).

В согласовании с первым законом термодинамики q = U + А имеем

q’ = U’ — U’0+р (v’ — v) (а)

т.к. при давлениях ниже p = 4 МПа наружная работа А ерундова, ей можно пренебречь, потому q’U’ (б)

При определении энтальпии имеем

i’ = U’ + pv’,

i’ = q’ + U’0 — р (v’ — v0) + pv’ = q’ + U’0 +pv’0 =q’ + pv’0

Теплоемкость воды:

(3)

Считая, что Ср = 4,19 кДж/(кr*К) const, энтропия

(4)

Сухой насыщенный пар. состояние cyxoгo насыщенного пара, который выходит в итоге обогрева воды до tн, а потом полного ее испарения, определяется одним параметром р либо tн (см. Рис. 1). Потому все другие характеристики cyxoгo пара (v», s», i» и т:’ д.) находят по таблицам насыщенных паров зависимо от давления либо температуры.

Уравнение первого закона термодинамики для процесса парообразования имеет вид:

r = U» — U’ + р (v» — v’).

Обозначая U» — U’ = и р (v» — v’) =, получим: r = (где внутренняя и наружная теплота парообразования.)

Внутреннюю энергию cyxoгo пара определяют по формуле:

U» =

Энтальпию сухого пара определяют:

i»= U»+ pv»,

Энтропию:

s» = s’ + (5)

Рис. 1 Диаграмма парообразования

Удельный размер сухого насыщенного пара v» определяется исходя из уравнения:

Мокроватый насыщенный пар. состояние мокроватого пара в отличие от cyxoгo характеризуется 2-мя параметрами: pн (либо Tн) и степенью сухости х. Все характеристики мокроватого пара снабжаются индексом х: к примеру vx, U х, ix и т.д. Удельный размер влажноuо пара vx как размер консистенции, состоящей из (1-х) кг бурлящей воды и х кг cyxoгo пара, находят из равенства vx =(1-х) v’ + хv» откуда,

(7)

Для вычисления Uх употребляют соотношение:

Uх = (8)

Энтальпия:

(9)

Энтропия:

= s’ + (10)

Перегретый пар. характеристики перегретого пара резко различаются от параметров насыщенного пара и приближаются к свойствам газов и тем больше, чем больше eгo перегрев.

количество теплоты, нужной для перевода 1 кг cyxoгo насыщенного пара при неизменном давлении в перегретый с температурой t, именуют теплотой перегрева qпер, и определяют по выражению:

Внутреннюю энергию перегретого пара U находят из равенства:

Энтальпию перегретого пара i определяют по известному соотношению i = U + pv либо

Энтропию во время процесса перегрева (см. Рис. 1) от до Т вычисляют:

1.2 Теория твердения портландцемента

Химико-минералогический состав портландцемента и его твердение

Портландцементом именуют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Портландцемент — продукт узкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3-5%). Клинкер представляет собой зернистый материал («горошек»), приобретенный обжигом до спекания (при 1450°С) сырьевой консистенции, состоящей в главном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глины, мергеля, доменного шлака и др.). Маленькая добавка гипса регулирует сроки схватывания портландцемента.

Для производства портландцемента имеются неограниченные сырьевые ресурсы в виде побочных товаров индустрии (шлаков, зол, шламов) и всераспространенных карбонатных и глинистых горных пород. Автоматизация производственных действий и переход к производству цемента на заводах-автоматах существенно понижают потребление энергии и трудозатратность, разрешают существенно прирастить выпуск цемента в согласовании с огромным масштабом строительства в нашей стране.

Создание портландцемента — непростой технологический и энергоемкий процесс, включающий: добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов известняка и глины; изготовление сырьевой консистенции; обжиг сырьевой консистенции до спекания — получение клинкера; помол клинкера с добавкой гипса — получение портландцемента. Обеспечению данного состава и свойства клинкера подчинены все технологические операции.

Хим состав клинкера выражают содержанием оксидов (% по массе). Главными являются: СаО — 63-66%, Si02 — 21 -24%, Аl2 Оз — 4-8% и Fe203 — 2-4%, суммарное количество которых составляет 95 — 97%. В маленьких количествах в виде разных соединений могут заходить MgO, SiO3, Na20, К20, ТiO2, Сr20з и Р2О5. В процессе обжига, доводимого до спекания, главные оксиды образуют силикаты, алюминаты и алюмоферрит кальция в виде минералов кристаллической структуры, а некая часть их заходит в стекловидную фазу.

Минеральный состав клинкера. Главными минералами клинкера являются: алит, белит, трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция.

Алит 3Ca0*Si02 (либо C3S) — самый принципиальный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, крепкость и остальные характеристики портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45-60%.

Белит 2Ca0*Si02 (либо C2S) — 2-ой по значимости и содержанию (20-30%) силикатный минерал клинкера. Он медлительно твердеет, но добивается высочайшей прочности при продолжительном твердении портландцемента.

Трехкалъциевый алюминат (либо С3А) — в клинкере содержится в количестве 4-12% — самый активный клинкерный минерал, стремительно ведет взаимодействие с водой. Является предпосылкой сульфатной коррозии бетона, потому в сульфатостойком портландцементе содержание С3А ограничено 5%.

Четырехкальциевый алюмоферрит (либо C.AF) — в клинкере содержится в количестве 10-20%. Характеризуется умеренным тепловыделением и по быстроте твердения занимает среднее положение меж C3S и C2S.

Клинкерное стекло находится в промежном веществе в количестве 5-15%, оно состоит в главном из СаО, А1203, Fе203, MgO, К20, Na20.

Содержание вольных СаО и MgO не обязано превосходить соответственно 1% и 5%. При наиболее высочайшем их содержании понижается свойство цемента и может проявиться неравномерное изменение его размера при твердении, связанное с переходом СаО в Са(ОН)2 и MgO в Mg(OH)2.

Щелочи (Na20, К20) входят в алюмоферритную фазу клинкера, также находятся в цементе в виде сульфатов. Содержание щелочей в портландцементе ограничивается до 0,6% в случае внедрения заполнителя (песка, гравия), содержащего реакционно-способные опаловидные модификации двуоксида кремния, из-за угрозы растрескивания бетона в конструкции.

Цементное тесто, приготовленное методом смешивания цемента с водой, имеет три периода твердения. Сначала, в течение 1-3 ч опосля затворения цемента водой, оно пластично и просто формуется. Позже наступает схватывание, заканчивающееся через 5-10 ч опосля затворения; в это время цементное тесто загустевает, утрачивая подвижность, по его механическая крепкость еще невелика. Переход загустевшего цементного теста в жесткое состояние значит конец схватывания и начало твердения, которое типично приметным возрастанием прочности. Твердение при подходящих критериях продолжается годами — прямо до полной гидратации цемента.

Хим реакции. сходу опосля затворения цемента водой начинаются хим реакции. Уже в исходной стадии процесса гидратации цемента происходит резвое взаимодействие алита с водой с образование гидросиликата кальция и гидроксида:

2 (3Ca0*Si02) + 6Н20 = 3Ca0*2Si02 ЗН20 + ЗСа(ОН)2.

Опосля затворения гидроксид кальция появляется из алита, потому что белит гидратируется медлительнее алита и при его содействии с водой выделяется меньше Са(ОН)2, что видно из уравнения хим реакции:

2 (2CaO*SiО2) + 4Н20 = ЗСа0*2SiО2*ЗН20 + Са(ОН)2.

Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция:

3СаО*Аl2О3 + 6Н20 = ЗСа0*А1203*6Н20.

Для замедления схватывания при помоле клинкера добавляют маленькое количество природного гипса (3-5% от массы цемента). Сульфат кальция играет роль химически активной составляющей цемента, реагирующей с трехкальциевым алюминатом и связывающей его в гидросульфоалюминат кальция (минерал эттрингит) сначала гидратации портландцемента:

ЗСаО*А1203 + 3 (CaS04-2H20) + 26Н20 = ЗСаО*А1203*3CaSO4*32H2O.

В насыщенном растворе Са(ОН)2 эттрингит поначалу выделяется в коллоидном мелкозернистом состоянии, осаждаясь на поверхности частиц ЗСаО*Аl2Оз, замедляет их гидратацию и затягивает начало схватывания цемента. Кристаллизация Ca(OH)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе, и эттрингит уже появляется в виде длинноватых иглоподобных кристаллов. Кристаллы этфингита и обусловливают раннюю крепкость затвердевшего цемента. Эттрингит, содержащий 31-32 молекулы кристаллизационной воды, занимает приблизительно в два раза больший размер по сопоставлению с суммой размеров реагирующих веществ (С3А и сульфат кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит увеличивает его механическую крепкость и стойкость. структура затвердевшего цемента улучшается к тому же поэтому, что предотвращается образование в нем слабеньких мест в виде рыхловатых гидроалюминатов кальция.

Четырехкальциевый алюмоферрит при содействии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидроферрит:

4СаО*Аl2Оз*Fe2Оз + m*Н20 = 3СаО*Аl2Оз*6Н20 + Ca0*Fe203*nН2О.

Гидроалюминат связывается добавкой. природного гипса, как обозначено выше, а гидроферрит заходит в состав цементного геля.

Не считая обрисованных хим преобразований, протекающих при твердении цемента, огромное водой к превращению цемента поначалу в пластичное тесто, а потом в крепкий затвердевший гранит.

В конечном виде цементный гранит представляет собой неоднородную систему — непростой воды и воздуха. Его именуют время от времени микробетоном. [4], [5].

1.3 Тепломассообмен при тепловлажностной обработке бетонов

Тепловлажностная обработка бетона предугадывает действие теплой и увлажненной среды с условием сохранения воды в материале. Таковая обработка происходит в паровоздушной среде при относительной влажности близкой к 100%. При всем этом если температура среды в камере ниже 100 град. С, а давление равно барометрическому, то камера будет заполнена насыщенным паром с примесью воздуха; если же температура среды равна 100 град. С, то камеры заполняется незапятнанным насыщенным паром без примеси воздуха.

При нагреве бетона пар, отдавая свою теплоту, конденсируется на поверхности бетона. При всем этом изменяется как температура, так и влагосодержание поверхности бетона и среды. Эти процессы определяют условия наружного тепло- и массообмена.

От этих критерий зависят скорость нагрева изделия и степень увлажнения его поверхности, также температурное поле в установке находится воздух, а давление среды Ру равно атмосферному. опосля наполнения камеры паром общее давление в установке сохраняется равным атмосферному и складывается из парциального давления водяного пара Рп’ и парциального давлении воздуха Рв’:

Ру= Рп’+ Рв’=0,1 МПа

Поступающий насыщенный пар попадает на наиболее прохладную поверхность материала, конденсируется с образованием пленки конденсата. поверхность материала греется и ее температура tп.м. растет и стремится к температуре паровоздушной среды tп.с..

У поверхности пленки конденсата парциальное давление пара понижается до Р»в, а парциальное давление воздуха растет до Р»в.

При всем этом на стороне пленки конденсата, обращенной к поровоздушной консистенции, температура tж приближается к температуре насыщения tн при парциальном давлении пара Рп».

Удельный поток теплоты (qт), при толщине пленки (:

(15)

где коэффициент теплопроводимости пленки конденсата.

Удельный поток теплоты пара (qп), конденсирующегося на поверхности,

(16)

где коэффициент массообмена при конденсации, парциальное давление водяного пара в установке; парциальное давление водяного пара у поверхности изделия.

Теплота отдаваемая паром при конденсации:

(17)

где r — теплота парообразования; удельная масса конденсирующего пара.

Доп перенос теплоты от паровоздушной консистенции к пленке конденсата, т.е. удельный поток теплоты:

(18)

где коэффициент теплоотдачи от паровоздушной консистенции к пленке конденсата, т.е. удельный поток теплоты.

Удельный поток массы воды, испаряемой с поверхности изотермической выдержке:

(19)

Главный задачей при исследовании внутреннего тепломассообмена при тепловлажностной обработке является определение удельных потоков теплоты и массы. Удельный поток теплоты вовнутрь материала от нагретой и добавочно увлажняемой поверхности

(20)

где градиент температуры; i — удельное теплосодержание потока массы; плотность удельного потока массы.

Общее уравнение потока массы в материале представляют собой сумму плотностей личных потоков (:

(21)

С учетом переноса массы уравнение удельного потока теплоты имеет вид:

(22)

где аm — коэффициент потенциалопроводности; плотность полностью сухого материала; термоградиентный коэффициент, учитывающий термовлагоопроводность материала; коэффициент, учитывающий воздействие на массоперенос перепада давления. Для анализа этого уравнения разглядывают замкнутую систему процесса тепловлажностной обработки. Продолжительность процесса тепловлажностной обработки бетона определяют составом бетонной консистенции, параметрами теплоносителя и критериями взаимодействия теплоносителя с бетонной консистенцией. Входные характеристики бетонной консистенции последующие: плотность теплопроводимость , теплоемкость , влагосодержание , температура крепкость . Теплоноситель характеризуется температурой и относительной влажностью . Выходными параметрами бетонной консистенции являются: плотность , теплопроводимость , теплоемкость , влагосодержание , температура крепкость . Выходные характеристики теплоносителя характеризуется температурой и относительной влажностью . Условия взаимодействия теплоносителя с бетонной консистенцией характеризуется параметрами: коэффициентом потенциалопроводности , продолжительностью термический обработки , чертой, учитывающей отношение размера изделия к его открытой поверхности, .

C учетом этих характеристик можно составить схему исследования тепловлажностной обработки (Рис. 2).

Рис. 2. Блок — схема процесса тепловлажностной обработки

2. Схема, описание принципа деяния ямной пропарочной установки

2.1 Пропарочная камера ямного типа

Ранее всех на заводах сборного бетона и железобетона возникли ямные и туннельные камеры повторяющегося деяния. Равномерно с развитием индустрии неидеальные камеры повторяющегося деяния утратили свое

Простейшей и более всераспространенной является пропарочная камера ямного типа. Эти камеры, которые именуют просто ямными, используют как на заводах, так и на полигонах. Зависимо от критерий эксплуатации, уровня грунтовых вод камеру или заглубляют в землю так, что бы ее края для удобства эксплуатации выселись над полом цеха не наиболее 0,6-0,7 м, либо устанавливают на уровне пола. В этом случае для обслуживания устраивают особые площадки.

Камеры имеют прямоугольную форму и изготавливают их из ж/б (Рис. 3),

Рис. 3. Пропарочная камера ямного типа

Стенки камеры пичкают теплоизоляцией 17 для понижения утрат теплоты в окружающую среду. Пол камеры 1 делают с уклоном для стока конденсата. В полу есть трап 2 для вывода конденсата. В приямнике трапа, куда стекает конденсат, делают конденсатоотводящее устройство 3, в качестве которого почаще всего ставят водоотделительную петлю. Предназначение конденсато-отводящего устройства — выпускать конденсат в систему конденсатоотвода 4 и не пропускать пар. Стенки камеры 5 имеют отверстие 6 для ввода пара, который подается вниз камеры по трубопроводу 7 от сети. Трубопровод завершается уложенным по периметру камеры трубами 8 с отверстиями — перфорациями, через которые пар поступает в камеру. Не считая отверстия для ввода пара в щите камеры делают отверстие 9 для вентиляции в период остывания. Оно соединяется каналом 10 с вентилятором, который отбирает паровоздушную смесь из камеры. Для изоляции камеры во время обогрева и изотермической выдержки от системы вентиляции устраивают гермети-зирурующий конус 11, который при помощи червячного винта 12, снабженного маховиком, может подниматься и опускаться. При поднятом конусе происходит вентиляция, при опущенном — камера накрепко изолирована, от данной системы. Не считая герметизирующего конуса в таковых же целях могут применятся разные затворы.

В камеру при помощи направляющих, в качестве которых употребляют опорные стойки, краном загружают изделия в формах. Любая форма от последующей изолируется прокладками из сплава для того чтоб пар обогревал формы со всех сторон. Высота камеры добивается 2,5 — 3 м. Ширину и длину обычно выбирают с учетом размещения в ней 2-ух штабелей изделий в формах. Меж штабелями изделий и меж штабелем и стенами камеры устраивают зазоры, чтоб обеспечить захват изделий автоматическими траверсами при загрузке и разгрузке камеры.

Опосля загрузки камера запирается крышкой 14, представляющей собой железный основа, заполненный теплоизоляционным материалом. Низ и верх крышки изолируют железным 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 стенок камеры устанавливают швеллер 15, а крышку по ее периметру оборудуют уголком 16, который заходит в швеллер. Швеллер заполняют водой, не считая того, конденсат с крышки так же стекает в швеллер. Образующийся таковым образом в нет слой воды предутверждает выбивание пара в цех через соединения крышки с камерой.

Работа камеры заключается в последующем. Опосля разгрузки ее чистят и инспектируют. Инспектируют работу вентилей подачи пара, накрепко ли запирается герметизирующий конус. Опосля проверки камеру загружают изделиями, закрывают крышкой и включают подачу пара. Пар. поступая снизу в камеру, где находится воздух, поднимается ввысь, смешивается с ним и нагревает, образуя паровоздушную смесь. сразу пар конденсируется на изделиях, стенках, крышке, нагревает их, а сам в виде конденсата стекает в конденсатоотборное устройство. Общее давление в камере Рк во все периоды ТВО равно атмосферному и складывается из парциального давления пара Рп’ и парциального давления воздуха Рв’:

Рк = Рп’ + Рв’

По мере поступления пара степень нагрева камеры с материалом растет и добивается в конце периода прогрева наибольшего значения температуры. Пар в камеру подается под давлением 0,105 — 0,101 МПа. Наибольшее парциальное давление пара в камере составляет:

Рк = Рп’ — Рв’ = 0,1 МПа — Рв’

Потому что парциальное давление пара в камере Рп’ постоянно, даже в конечный момент нагрева, меньше атмосферного на парциальное давление воздуха Рп’, то наибольшая температура в камере постоянно меньше 100 оС.

Дальше изделия выдерживают в камере при достигнутой температуре, при всем этом, в материале длятся хим реакции и структуро-образование, также снимается напряженное состояние. При изотермическом прогреве, как температура в камере добивается наибольшей. количество подаваемого пара понижают, ибо Потребность в нем миниатюризируется. Опосля изотермической выдержки начинают остывание. Для этого отключают подачу пара, поднимают конус и соединяют вентиляционный канал камеры с вентиляционной системой. Пар из камеры и с поверхности материала совместно с воздухом начинает удалятся в вентиляционную сеть, а крышка камеры начинает пропускать воздух из цеха благодаря испарению воды из швеллера в камеру. Не считая того, в камерах, в стене. обратной каналу 10, выводящему паровоздушную смесь, время от времени устраивают приточный затвор 13 для впуска воздуха в камеру во время остывания. Увеличивая либо понижая отбор паровоздушной консистенции через канал 10 изменяют темп остывания продукции.

Ямная камера работает по циклу порядка 12 — 15 часов. Он содержит в себе время на загрузку, на разогрев изделий, на изотермическую выдержку и остывание, а так же на выгрузку материала. [7].

2.2 Система проектируемой ямной пропарочной камеры

Любая ямная пропарочная камера имеет в собственном роде неповторимую систему, т.к. на данный момент существует большущее огромное количество выпускаемой строительной продукции различных характеристик. До этого всего при разработке ямных камер учитываются: габариты изделия, масса, марка и состав бетона, масса арматуры в изделии, габариты форм, количество изделий размещаемых в самой камере, а так же систему пароснабжения и некие остальные характеристики, обуславливающие выпуск изготавливаемой продукции.

Проектируемая пропарочная камера создана для тепло-влажностной обработки плит перекрытий серии 84 марки ПТ-9Н.

Переоснастка форм в цехе осуществляется на специально-отведенном посту бригадой по переоснастке. предвидено складирование оснастки для текущей переоснстки формы.

Формирование изделий осуществляется в формах на унифицированных поддонах с рабочим зеркалом 6,0х3,1 м. Форма с пропаренным изделием из камеры термический обработки устанавливается электронным мостовым краном на пост №1, где делается раскрывание замков и бортов, обрезка арматуры.

Отформованные изделия мостовым краном с автоматическим захватом переносятся в камеру для термический обработки. В каждую камеру устанавливается по 6 форм.

Камеры оборудованы пакетировщиком СМЖ-293-6 (рис. 5)

Изделия проходят термическую обработку по последующему режиму:

— подъем температуры — 3,5 часа

— изотермический прогрев — 6,5 часов (при температуре 80-85о)

— остывание — 2 часа.

Подъем температуры и изотермический прогрев осуществляется «острым паром». [8]

Индивидуальности конструкции ямной пропарочной камеры.

В базу проектирования современных камер лежит принцип термоизоляции ограждающих конструкций.

Ограждающие конструкции камеры.

— основание (днище)

— стенки (стеновые панели)

— крышка камеры

Термоизоляция днища камеры обычно получается из-за устройства воздушных прослоек. Любые воздушные прослойки оказываются неплохими теплоизоляторами за счет низкой теплопроводимости воздуха. Конструктивно достигаются либо при помощи многопустотных плит либо при помощи ребристых плит, а так же при помощи плоских плит. Для простоты и удобства конструкции принимаем многопустотную плиту 1. (рис. 4)

Снутри днище камеры обязано иметь уклон i для удаления конденсата образующегося в процессе ТВО, а для его сброса и отвода из камеры в полу предусмотрен особый канал 2, в конце которого сооружается приямок куда стекает весь конденсат. В этом приямке устанавливается конденсатоотводчик 3, представляющий из себя изогнутую трубу. Уклон днища получается из-за цементной стяжки. Выложенные многопустотные плиты обеспечивают теплоизоляцию. Всю нагрузку от изделий должны принимать фундаментные балки 4, на которые инсталлируются стойки пакетировщика.

Принцип работы стоек пакетировщика. На (рис. 5) стр. 21 изображена стойка пакетировщика, при установке на нижний упор 4 унифицированного поддона с формой 1, за счет его веса упор повлияет на возвратимую штангу 3, которая крепится на следующий упор, штанга в свою очередь толкает верхний упор и вводит его в рабочее состояние так что бы поддон с формой которые устанавливаться на него не провалились вниз.

Термическая изоляция стенок.

Стенки пропарочной камеры выполнены, по указаниям [1], из керамзито-бетонных плит шириной 200 мм [10].

Для уменьшения термических утрат через стенки в окружающую среду, а как следует с целью экономии расхода теплоносителя — пара, стенки должны быть отлично теплоизолированны. Теплоизоляцию устраиваем как теплоизоляционный слой (рис. 6), устанавливаемый с внутренней стороны стенок.

В качестве теплоизоляционного материала предусматривается употреблять полужесткие минераловатные плиты марки 100 по ГОСТ 9573-72 на битумной мастике марки 5.

Рис. 5 Пакетировщик СМЖ-293-6.

1 — унифицированный поддон; 2 — опорная стойка пакетировщика; 3 — возвратимая штанга; 4 — упор.

Рис. 6 Фрагмент конструкций огораживаний и теплоизоляционный слой

1 — стеновая панель; 2 — минераловатная плита; 3 — изол; 4 — воздушная полость; 5 — противокоррозионное покрытие железных листов; 6 — железные листы; 7 — плита с воздушными полостями; 8 — песочная подготовка; 9 — керамзитовый гравий. 10 — сообщающийся патрубок для вентиляции

Что бы главный теплоизолирующий материал минеральная вата не увлажнялся и не снижал свое свойство термоизоляции нужно его гидро- и паро- изолировать. В качестве изолятора используем 2 слоя изола (рис. 6) по ГОСТ 10296-79 на битуме марки 5, обшиваем внутренние стенки металлическими листами. Для предотвращения коррозии железной обшивки ее нужно подвергнуть противокоррозионной обработке, а так же отменно загерметизировать сварные швы мастикой.

Воздушная полость 4 (рис. 6) в системе термоизоляции соединена патрубком 10 с внутренним объемом камеры, что нужно для вентиляции системы термоизоляции и таковым образом подсушки теплоизоляционного материала, а в критичных вариантах и для отвода конденсата, который может образоваться при нарушении герметизации.

Крышка ямной камеры

Крышка ямной камеры (рис. 7) обязана обеспечивать надежную герметизацию сверху, да и быть довольно крепкой, так как при установке ее на камеру и снятии с камеры при помощи крана она испытывает многоразовую и значительную как статическую, так и динамическую нагрузку. Крышки камер должны быть малотеплопроводными, потому внедрение чисто бетонных либо древесных крышек неприемлимо, если они выполнены в чистом виде.

Термоизоляция крышки устраивается из той же минеральной ваты, что и слои на стенках, с соответственной герметизацией и противокоррозионной обработкой. Снизу крышки должны быть установлены навесные экраны из железных листов, собранных внахлестку, что нужно для непрерывного стока конденсата, образующегося на крышке, в гидравлический затвор (см. гр. часть), что бы вероятные капли не попадали на изделие, подвергаемое ТВО.

Для герметизации камеры сверху в месте ее соединения (рис. 7) с крышкой устраивают гидравлический затвор. Для этого поверху всех стенок камеры и по всему их периметру крепится железный швеллер заполняемый водой. По краям крышки приваривается фартук в виде вертикальных железных полос шириной не наименее 10 мм и высотой большей высоты швеллера, которые образуют опорные ребра, на которое упирается крышка. При заполнении швеллера водой и установки крышки на камеру меж ними появляется гидравлический затвор, чем миниатюризируется утечка пара из камеры.

Схема пароснабжения камеры

Есть разные схемы снабжения паром ямных камер:

— при помощи сопл

— с наружным эжектором

— при помощи насосов кондюков

На рисунке 8 показана схема парораспределения при помощи сопл типа Лаваля (рис. 9). Принцип работы заключается в интенсификации циркуляции пара, для чего же предусмотрена основная ветвь подачи пара из магистрального паропровода 1, снабженная регулирующим клапаном 2; обводная ветвь врубается в случае отказа клапана. Обе магистрали снабжены запорными вентилями 3, для включения их в работу раздельно. По магистрали пар разводится в нижний коллектор 4 и верхний коллектор 5, расположенные по обратным стенкам камеры и снабженные соплами 6. В нижнем коллекторе, находящемся на уровне h1 = 890 мм (0,2-0,3 от высоты камеры) сопла ориентированы ввысь и делают циркуляцию по ходу выброса пара. Верхний коллектор размещен на высоте h2 = 2650 мм (0,7-0,8 от высоты камеры). В нем сопла ориентированы вниз. Такое размещение сопел делает достаточную циркуляцию для равномерного нагревания изделий. Паропровод оснащен съемной дроссельной шайбой для стока конденсата 7, образующегося при транспортировке пара. [1]

Рис. 8. Схема парораспределения при помощи сопел: 1 — магистральный паропровод; 2 — регулирующий клапан; 3 — запорные вентили; 4 — нижний коллектор; 5 — верхний коллектор; 6 — сопло типа Лаваля; 7 — дроссельная шайба для стока конденсата. [1]

Рис. 9 Сопло типа Лаваля.

1 — сопло; 2 — коллектор; 3 — штуцер.

3. Вещественный и термический баланс ямной пропарочной камеры

3.1 Вещественный баланс ТВО

В базе вещественного баланса лежит «Закон Сохранения Энергии», который описывает равенство масс материалов, поступивших на термическую обработку и прошедших ее. Для установок повторяющегося деяния такие балансы составляют для всего материала, находящегося в термический установке.

Вещественный баланс содержит в себе приходный и расходные статьи материалов в составе изделия подвергаемого ТВО. Для отражения количественных конфигураций целенаправлено поделить процесс ТВО по периодам.

Нужные начальные данные для расчета.

Состав бетонной консистенции:

цемент — М400 — 295 кг /м3

маленький заполнитель (песок) — 740 кг/м3

щебень 5-20 — 1250 кг/м3

вода — 175 кг/м3

В/ц отношение — 0,59;

3 Размер бетона в изделии — 0,89 м3

количество изделий, обрабатываемых за один цикл ТВО 6 — шт.

Вещественный расчет процесса твердения бетона при ТВО

Масса сухих веществ в 1 м3 бетона в согласовании с его составом составляет:

Масса сухих веществ в одном изделии при объеме бетона 0,89 м3 составляет:

Масса сухих веществ в 6 изделиях составляет:

Масса воды затворения на 1 м3 бетона составляет:

Масса воды затворения на одно изделие при объеме бетона 0,89 м3 составляет:

Масса воды затворения на 6 изделий составляет

Количество связанной воды в изделии, стопроцентно набравшим свою крепкость составляет: , где Ц — расход цемента, кг (на весь цикл ТВО при объеме 1-го изделия 0,89 м3 и количестве изделий 6 шт.

кг);

кг.

количество связанной воды в изделиях за цикл ТВО при условии. что изделия набирают 70% крепкость, составляет: кг.

Масса вольной воды во всех 6 изделиях опосля их ТВО могла бы составлять

Но она отчасти испаряется в период изотермии ( и охлаж-дения (:

В самом грубом приближении принимаем, что степень твердения в процессе ТВО, а, как следует, и количества химически связанной воды в период ТВО пропорционально относительной продолжительности этих периодов а так же относительной средней температуре в их.

Расчет вещественного баланса ТВО

1 период — обогрев

Приход

Расход

, где

при времени периода прогрева цикла ТВО — 3,5 ч., времени всего цикла ТВО — 12 ч., средней температуры в период обогрева цикла ТВО — 50 и температуры изотермической выдержки -80 С.

т.к. сплетенная вода перебежала в новейшие твердые состояния товаров гидратации цемента, то

2 период — изотермическая выдержка

Приход

Расход

, где — испаренная вода ();

,

где 6,5 ч — время периода изотермической выдержки цикла ТВО; 12 ч — время всего цикла ТВО; 80 С — температура изотермической выдержки цикла ТВО

кг.

3 период — остывание

Приход

Расход

, где — испаренная вода ();

,

где 2 ч — время периода изотермической выдержки цикла ТВО; 12 ч — время всего цикла ТВО; 80 С — температура изотермической выдержки цикла ТВО

кг. [9]

Для наиболее приятного представления вещественного баланса результаты его расчета сведены в таблицу.

Таблица 1. Таблица вещественного баланса ТВО

Приход

%

Расход

%

1 период — прогрев

7,7

92,3

6,88

93,12

13136,4

13136,4

2 период — изотермическая выдержка

6,88

93,12

кг

6.1

0.1

93,8

13136,4

13136,4

3 период — остывание

6.2

93,8

кг

5.34

0.61

94,05

13121.83

13121.83

Сводный баланс на весь цикл ТВО

Приход

%

Расход

%

7,7

92,3

кг

5.33

0.71

93,96

13136,4

13136,4

3.2 Термический баланс ТВО

На базе вещественного баланса составляют термический баланс для периода нагрева и изотермического выдерживания, в каком учитывают все статьи прихода и расхода теплоты для установки в целом.

Базисной величиной для расчета термического баланса является количество теплоты, используемое за 1 цикл обработки в установках повторяющегося деяния.

На базе расходов теплоты определяют удельные расходы теплоносителя и подбирают поперечникы труб для провода пара.

Период обогрева

Приход теплоты состоит из последующих статей.

1. Теплота, принесенная в установку сухой частью массы бетона и зависящую от ее размера, теплоемкости и температуры,

(23)

где — масса сухих веществ, — теплоемкость составляющих материалов (), — температура хранения либо разогрева составляющих принимаем равной температуре в цехе .

2. Теплота, принесенная водой затворения,

(24)

где теплоемкость воды, — температуру воды принимаем равной температуре в цеху .

3. Теплота арматуры и закладных деталей,

(25)

где теплоемкость сплава, 6 — количество загружаемых изделий.

4. Теплота, внесенная в установку транспортом (унифицированный поддон),

(26)

где, 6 — количество форм, — масса формы, — теплоемкость метала

5. Теплота экзотермии цемента, выделившаяся за расчетный период,

(27)

где — ; кг

для цемента М400 —

6. Теплота насыщенного водяного пара, принесенного в установку,

(28)

где — масса пара, поступающего в установку за расчетный период, кг; — энтальпия пара, равная в промежутке (2500…2800 кДж/кг)

7. Теплота конструкций огораживания,

(29)

где — — масса конструкций огораживания, — теплоемкость конструкций, — температура.

Для наглядности сведем все данные по конструкциям в таблицу 2

Таблица 2

Заглавие ограждающего слоя ямной пропарочной камеры

Масса, ,

кг

Теплоемкость,

,

Плотность,

Стенки

Минеральная вата — 60 мм

371,7

0,84

75

Сталь — 3 мм

1932,84

0,48

7800

Изол — 2 мм

37,17

0,84

225

Воздушная прослойка — 50 мм

5

1

1,2

Стеновая панель из керамзитобетона — 200 мм

14042

0,84

850

Крышка

Сталь — 3 мм

1544,4

0,48

7800

Минеральная вата — 150 мм

371,25

0,84

75

Днище

Ж/Б многопустотная плита — 220 мм

18876

0,84

2500

Песочная подготовка — 80 мм

3569,28

0,712

1300

Керамзитовый гравий — 200 мм

1716

0,84

250

Сумма характеристик для огораживаний

42465,64

7,712

8. Сумма статей прихода теплоты

(30)

Расход теплоты состоит из последующих статей.

1. Теплота сухой части изделия нагретых до средней температуры к концу расчетного периода,

(31)

где — средняя температура за расчетный период

2. Теплота воды затворения, оставшейся в изделии к концу расчетного периода.

(32)

где — конечная температура за расчетный период

3. Теплота арматуры и закладных деталей

(33)

4. Теплота транспорта

(34)

5. Теплота, затраченная на испарение и перегрев испаренной воды,

(35)

где W — кол. испаренной воды определенное в вещественном балансе, — средняя температура за расчетный период

6. Теплота материалов огораживания к концу расчетного периода

(35)

где — конечная температура за расчетный период

7. Утраты теплоты в окружающую среду от разных частей огораживаний

(36)

где

принимаем среднее

принимаем среднее

Значения коэффициентов теплопроводимости, , разных материа-лов составляющих огораживания, взяты из источника [11].

8. Теплота пара, заполняющая вольный размер установки,

(37)

где

— принимаем равной 2600 кДж/кг

— принимаем равной 0,37 кг/м3

9. Теплота уносимая конденсатом,

кДж (38)

где

10. Теплота, теряемая при выбивании паровоздушной консистенции из установки (составляет 5…10% от общей суммы статей расхода за этот период),

(39)

где

11. Сумма статей расхода теплоты:

(40)

Приравниваем статьи прихода и расхода и решаем уравнение термического баланса:

Где — количество пара поступившего за период нагревания

Период изотермической выдержки

Приход теплоты

1. Тепло экзотермии цемента:

(41)

где — ; кг

2. Тепло сухой части бетона:

(42)

3. Тепло огораживаний:

(43)

4. Тепло пара поступающего в камеру:

(44)

5. Сумма статей прихода теплоты:

кДж (45)

Расход теплоты

1. Тепло на обогрев изделий:

(46)

2. Теплота огораживаний:

(47)

3. Теплота, затраченная на испарение и перегрев испаренной воды,

(48)

4. Утраты тепла с конденсатом:

кДж (49)

где

5. Теплота, теряемая при выбивании паровоздушной консистенции из установки (составляет 5…10% от общей суммы статей расхода за этот период),

(50)

где

6. Сумма статей расхода теплоты:

(51)

Приравниваем статьи прихода и расхода и решаем уравнение термического баланса:

Удельный расход пара:

кг/м3

Период остывания

Приход тепла

1. Теплота сухой части массы бетона, с учетом связанной воды, составляет:

(52)

2. Теплота воды затворения к началу периода остывания составляет:

(53)

3. Теплота арматуры и закладных деталей

(54)

4. Теплота транспорта

(55)

5. Теплота экзотермии цемента:

(56)

где — ; кг

для цемента М400 —

6. Теплота огораживаний:

(47)

7. Сумма статей прихода теплоты:

Расход теплоты

1. Теплота сухой части массы бетона, с учетом связанной воды, составляет:

(52)

2. Теплота воды затворения к началу периода остывания составляет:

(53)

3. Теплота, затраченная на испарение и перегрев испаренной воды,

(54)

4. Теплота арматуры и закладных деталей

(55)

5. Теплота транспорта

(56)

6. Утраты теплоты в окружающую среду от разных частей огораживаний

(57)

где

принимаем среднее

принимаем среднее

Значения коэффициентов теплопроводимости, , разных материалов составляющих огораживания, взяты из источника [11].

7. Теплота, теряемая при выбивании паровоздушной консистенции из камеры через неплотности:

(58)

8. Сумма статей расхода теплоты:

Приравниваем статьи прихода и расхода и решаем уравнение термического баланса:

Приобретенное

4. Подбор вспомогательного оборудования

1. Беря во внимание наибольший часовой расход пара, произведем расчет трубопроводов.

Часовой расход пара:

Удельный расход пара:

кг/м3

Поперечник трубопроводов для пара и конденсата определим из уравнения расхода по массе:

где — скорость воды, м/с: конденсата = 0.1…0.5 самотеком, пара = 15…20; — плотность, кг/м3: пара = 0,6 при температуре 80, конденсата =1000.

м

поперечник паропровода принимаем равным 95 мм

м

поперечник конденсатопровода принимаем равным 20 мм

2. Для стабилизации термического режима камеры и часового употребления пара произведем подбор дроссельной диафрагмы.

Рис. 10. Дроссельная диафрагма

1 — клеймо; 2 — ручка; 3 — корпус; 4 — проходное отверстие диафрагмы; 5 — крепежные отверстия.

По значению часового расхода пара избираем поперечник отверстия дроссельной диафрагмы:

5. Таблица главных технико-экономических характеристик и их анализ

Таблица 3

Черта

Обоснование и анализ

Габариты камеры составляют: 7,4х4,44х4 м.

Данные размеры рассчитаны исходя из габаритных размеров форм, рекомендуемых габаритных размеров камер, рекомендуемых зазорах меж формами и стенами, также исходя из ТЭП (обрабатывать наибольшее число изделий за цикл)

количество обрабатываемых изделий в камере в год составляет: Рштук = Р*0,89=1402 шт.

За счет ТВО скорость оборачиваемости форм возрастает, что содействует росту производительности компании и сокращению длительности оборачиваемости средств.

_______________________________________________________

, м3 где V — размер сразу формуемых изделий, м3; n — кол. формовок в ч,; h — количество рабочих ч в сут. (16 ч.) Т — годичный фонд времени работы формовочного оборудования в деньках T=247 дней.

]]>