| Міністерство освіти та науки України
Національний університет водного господарства та природокористування
Кафедра технології будівельних виробів та матеріалознавства
Курсовий проект з дисципліни:
«Теплотехнічне обладнання»
На тему: «Теплова обробка бетонних та залізобетонних виробів»
Рівне 2009
Вступ
Промисловість збірного залізобетону України – не досить могутня, технічно озброєна галузь будівельної індустрії, яка поставляє будівництву 20% матеріальних ресурсів.
Виробництво збірного залізобетону України базується в основному на потоково-агрегатних технологічних лініях, які випускають 55…58% усіх виробів, обсяг продукції конвеєрних ліній не перевищує 15%. Стендове виробництво становить 20…30%.
Останнім часом розширилось використання високомеханізованих та автоматизованих технологічних ліній другого покоління. Це касетно-конвеєрні лінії, стендові лінії безопалубного формування тощо.
Останнім часом в нашій країні поширилось використання монолітного залізобетону для зведення житлових, громадських та промислових споруд. Очікується, що частка його в загальному обсязі бетонних та залізобетонних робіт зросте до 50%. Постає потреба одночасно з розширенням використання високоміцного та попередньо напруженого залізобетону збільшувати випуск конструкції з легкого та ніздрюватого бетону.
1. Опис технології виробництва
Виробництво збірного залізобетону включає в себе наступні основні процеси приготування бетонної суміші; виготовлення арматурних елементів; формування виробів; твердіння бетону; розпалублення виробів; їх опорядження; комплектування будівельних деталей для підвищення їх заводської готовності.
Завданням даного курсового проекту є виготовлення пустотних плит перекриття, розмірами 6000´1500´220 мм. з важкого бетону класу В25. Теплову обробку виробів передбачено здійснювати в пропарювальних камерах ямного типу. Даний тип камер належить до установок періодичної дії. Отож найбільш доцільно використовувати агрегатний спосіб виробництва.
Рис 1 - Технологічна схема виробництва збірного залізобетону при агрегатному способі виробництва: I – пост розпалювання виробів та чищення форм; ІІ – пост армування; ІІІ – пост формування; IV – пост ТВО. 1 – бетоноукладач; 2 – мостовий кран; 3 – віброплощадка; 4 – форма з бетонною сумішшю; 5 – пропарювальна камера; 6 – арматурні елементи виробу; 7 – місце складування форм; 8 – самохідний візок; 9 – стенд для розпалублення і очищення форм.
Після закінчення ТВО виріб мостовим краном переміщується на пост розпалублення, очищення і змащування форм. Після розбалублення проводяться доводочні роботи і готовий виріб кладеться на візок і доставляється на склад готової продукції. Форми очищуються, змащуються і краном транспортуються на пост армування.
На цьому посту у форму встановлюють арматурні елементи. Форма з арматурою переноситься на пост формування. Тут з допомогою бетоноукладача вкладається та розрівнюється бетонна суміш. Далі на вібромайданчику відбувається ущільнення бетонної суміші. Форма із відформованим виробом прямує в агрегат теплової обробки (в даному проекті камера). Після теплової обробки виріб розпалублюється.
Таким чином при агрегатному способі виробництва всі частини процесу виробництва здійснюються на спеціалізованих постах, обладнаних відповідними машинами. Форми з виробами для виконання технологічних операцій послідовно переміщуються від поста до поста з допомогою мостового крана.
Час перебування форми на кожному посту залежить від обсягу робіт, що виконуються на одній стадії процесу. При агрегатному способі виробництва найдоцільнішою є така організація процесу, при якій затрати часу на кожному посту однакові. Це створює ритмічну роботу лінії і виключає технологічні перерви.
Основним недоліком даного способу виробництва є те, що необхідно переміщувати форму із виробами від поста до поста. Це породжує необхідність посилення конструкції форм, внаслідок чого збільшується їх вага і відповідно вантажопідйомність підйомно-транспортного обладнання.
2. Опис роботи теплової установки
Серед камер періодичної дії, призначених для тепловологісної обробки бетону, найбільш розповсюдженими є камери ямного типу. Вони застосовуються на заводах та полігонах.
Ямна камера виготовляється із залізобетону і має прямокутну форму. Стіни камери для зменшення теплових втрат виконують комбінованими. По боковим стінам камери встановлюють стійки з кронштейнами. В одній із бокових стін робиться отвір для відбору повітря із атмосфери при охолодженні, який оснащений водяним затвором або піщаним затвором з системою вентиляції. В днищі передбачена система відбору конденсату, яка пропускає його але не пропускає пару.
Пара для прогріву виробів в камеру подається через паропровід. Камери розміщуються в технологічних лініях і з’єднуються в блоки. Габарити камери в плані відповідають габаритам виробів, що пропарюються в них. Вироби вкладаються таким чином, щоб була досягнута найвища рівномірність прогрівання виробів і всієї камери. Загальна висота камери 3-4 м. для зручності обслуговування основна частина (до ¾ камери) занурюється в землю.
Принцип роботи камери полягає в наступному. Спочатку з камери знімають кришку. Потім виріб у формі опускається в камеру і встановлюється на нижні кронштейни стояків. Завантажені кронштейни заставляють розкритися наступний ряд кронштейнів і так далі. Після завантаження камера закривається кришкою, заповнюється водою гідрозатвори і починається подача пари. Вироби нагріваються і втримуються при необхідній температурі.
В процесі прогрівання і витримки пара конденсується на стінках, нижній поверхні кришки і дні камери і видаляється за межі камери. По проходженню терміну витримки подача пари припиняється і через спеціальний канал із камери видаляється паро-повітря на суміш. При цьому вода в гідрозатворах закипає і також видаляється у вигляді пароповітряної суміші. Через вільний від води затвор в камеру поступає повітря, яке охолоджує вироби, саме нагрівається і також видаляється.
Після охолодження виробів камера відкривається і вироби, які необхідно набрали 70-80% марочної міцності, вивантажуються краном.
Так як камера не являється герметичною установкою, оскільки стіни і затвори витримують на великий надлишковий тиск, то практично в камері тримається надлишковий тиск (0,1 МПа).
Основним конструктивним недоліком ямної камери є система завантаження виробів. Часте зняття кришки порушує герметичність верхньої частини камери, що призводить до поступового збільшення вибивання пари через нещільності, а відтак її витрата з часом зростає.
3. Конструктивно-технологічний розрахунок
3.1 Вибір режиму ТО
Визначаємо режим ТО плити перекриття пустотної, товщиною 22 см із важкого бетону класу В25, жорсткість суміші 10 с. теплову обробку передбачено проводити гострою парою у ямній камері.
Згідно із нормами проектування режимів ТО призначаємо  . Тривалість ізотермічного прогріву при пропарюванні гострою парою і товщині виробу 220 мм. приймаємо  . При пропарюванні в камерах швидкість нагріву приймаємо  . Початкову температуру бетонної суміші приймаємо  . Тоді період підвищення температури становитиме:
Температуру навколишнього середовища приймаємо  , а температуру бетону на виході з камери -  . Тоді тривалість охолодження можна прийняти  .
Швидкість охолодження становитиме:
Тривалість попередньої витримки у відповідності з вихідними даними 
Загальний режим теплової обробки буде становити:
Оскільки ТО проводиться гострою парою та для збереження необхідної відпускної зволоженості 13% необхідно передбачити в період охолодження вентиляцію камери.
3.2 Технологічні параметри та конструктивні характеристики теплової установки – ямної камери
Річний фонд часу обладнання ТО:
Де  - номінальний фонд часу роботи обладнання  ;
 – планові зупинки на ремонт  ;
 - втрати робочого часу, пов’язані з переналадками формувального обладнання  ;
 - добовий фонд робочого часу.
 -
кількість робочих змін на добу  ;
 - тривалість робочої зміни  ;
 - коефіцієнт внутрішньозмінного виробничого використання робочого часу  ;
Розрахункова годинна продуктивність лінії:
3.3 Розрахунок розмірів камери
Основні габарити камери визначаються на основі ескізу укладки виробів у камері.
Для установок періодичної дії розраховуються за формулами:
Довжина камери:
Ширина камери:
Висота камери:
Де  - кільуість виробів по довжині, ширині, висоті;
 - довжина, ширина, висота форми з виробом;
Коефіцієнт завантаження камери:
Розрахункова кількість камер обраховується за формулою:
Де  - внутрішній об’єм камери;
 - річна продуктивність камери;
 - річний зйом продукції з 1 м3
камери;
 - річний фонд часу в добах;
 - коефіцієнт обороту камери;
 - тривалість циклу камери;
 ТО (приймаємо 2,1 год);
 – коефіцієнт додаткових робіт в камері  ;
 - коефіцієнт організації технорлогічного процесу, який враховує простої обладнання  ;
 - коефіцієнт завантаження камери.
Це свідчить про те, що формовочний конвеєр не задовольняє продуктивності лінії, тому треба приймати лінію з двома формуючими конвеєрами.
4. Розрахунок тепловиділення бетону
Визначаємо величину тепловиділення залізобетонної плити товщиною 22 см на  , якщо відомо, що витрата цементу на 1 м3
бетону  Початкова температура  , швидкість підйому  , тривалість нагрівання  тривалість ізотермічного прогріву  середній за період нагріву коефіцієнт теплообміну  за період ізотермічної витримки   коефіцієнт  теплопровідності бетонної суміші 
1. Визначаємо коефіцієнт теплопровідності:
2. Знайдемо коефіцієнт Біо і Фур’є для періода підвищення температури:
За графіком  знаходимо коефіцієнт 
3. Кількість градусогодин, яку набере бетон за період нагріву визначається.
4. Для визначення середньої температури плити в кінці періода нагріву визначимо новий критерій Біо з врахуванням значення  .
Тоді за графіком  знаходимо  , при 
5. Тоді середня температура бетону в кінці періода нагріву буде складати:
6. Визначаємо критерій Фур’є для ізотермічного процесу
За графіком  знаходимо  , при 
7. Визначаємо кількість градусо-годин для ізотермічного режиму
8. Загальна кількість градусо-годин, яку набере бетон за період ТВО
За нормограмою визначаємо величину екзотермії цементу  .
9. Питоме тепловиділення бетону
Таблиця 4.1 - Результати розрахунку тепловиділення бетону
| Період
|
|
|
|
| Нагрів
|
91,3
|
98
|
27734
|
| Ізотермічна витримка
|
401,4
|
242
|
68543
|
| Загальна ТО
|
492,7
|
398
|
96277
|
5. Матеріальний баланс
Де  - прихідна частина
 - маса сухих виробів
 - маса води в бетонній суміші
 - маса арматури
 - маса форм
 -
маса однієї форми
 - кількість форм
 – маса огороджуючих конструкцій
 -
витратна частина
 -
маса випаруваної води
Таблиця 5.1 - Матеріальний баланс 
| №
|
Складові
|
Прихідна частина
|
Витратна частина
|
| 1
2
3
4
5
6
|
Маса сухих компонентів
Маса води в бетонній суміші
Маса арматури
Маса форм
Маса огороджуючих конструкцій
Маса випаруваної води
|
26119,3
1905,7
670
74061
14071,2
-
|
26119,3
1566,2
670
74061
14071,2
339,6
|
| 7
|
Всього
|
116827,2
|
116827,2
|
6. Тепловий баланс
Тепловий баланс камери 
Період нагріву
І. Прихідна частина
1. Тепло сухої частини бетону
2. Тепло води формування
3. Тепло арматури
4. Тепло форм
5. Тепло екзотермії цементу
6. Тепло насиченої водяної пари, що надходить в установку:
Сумарне надходження тепла за період нагріву
1. Тепло на нагрів сухої частини бетону
2. Тепло на випаровування частини формувальної води
3. Тепло води, що залишилась в бетоні до кінця періоду нагріву
4. Тепло арматури
5. Тепло форм
6. Тепло вологого повітря, що заповнює вільний об’єм камери або зони нагріву
7. тепло матеріалів огородження до кінця періоду нагріву:
8. Витрата тепла через огородження камери в навколишнє середовище до кінця періоду нагріву
Де  – площа елемента огородження,
 - коефіцієнт теплопередачі.
9. Тепло, що виноситься з конденсатом:
10. Втрати тепла через нещільність камери або через завантажувальні отвори:
Ізотермічний режим
Прихідна частина:
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
6. 
Витратна частина:
1-4 пункти аналогічні прихідній частині;
5. 
 ;
 ;
 ;
 ;
6. 
7. 
8. 
Період охолодження
Надходження тепла
1. Тепло від нагрітої сухої частини бетону:
Де  - кінцева температура бетону;  ;
2. Тепло від води, що залишилась після періоду ізотермічної витримки:
3. Тепло від нагрітої арматури:
4. тепло від нагрітих форм:
Витрати тепла
1. Витрати тепла через охолодження камери в навколишнє середовище
2. Втрати тепла на випаровування води:
В період охолодження випаровується 2% води, а в період нагріву – 4,6%. Знаючи скільки тепла потрібно в період нагріву, щоб випарувати 4,6% вологи, знайдемо:
3. Втрати тепла через нещільності камери:
Приймаємо
4. Тепло, що забирається повітрям:
Об’єм повітря необхідного для охолодження виробів:
Таблиця 6.1 - Витрати тепла і пари в ямній камері
| Витрати
|
Для періоду нагріву
|
Для періоду ізотермічної витримки
|
Для повного циклу ТО в 1 камері
|
Для повного циклу ТО в 5 камерах
|
| Витрати пари
|
1646,13
146,8
|
498,56
44,5
|
2144,69
191,3
|
10723,46
191,3
|
| Витрати тепла
|
5535813,14
493828,11
|
7915030,98
706068,78
|
13450844,09
1199896,89
|
67254220,47
1199896,89
|
7. Гідродинамічний розрахунок
Метою проведення гідродинамічного розрахунку є складання схеми паропостачання та визначення сумарних витрат тиску при проходженні пари по тракту.
Лінійні втрати тиску
Де  - коефіцієнт гідравлічного тертя, 
 – коефіцієнт шорсткості труб, 
 – діаметр труб, м
 - витрати пари на розрахунковій ділянці,  .
 - швидкість пари, 
 - середня густина пари,  ;
 – довжина розахункової ділянки, м.
Місцеві витрати тиску:
 - коефіцієнт місцевого опору.
Ділянка  :
 -
еквівалентна довжина паропроводу, лінійна втрати тиску на якій відповідає місцевій втраті;
Для поворотів
Для вентелів
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  :
Ділянка  ; ; ; розраховуються аналогічно ділянці  . Ділянка - аналогічно ділянці  .
Таблиця 7.1 - Розрахунок гідравлічних опорів
| Ділянки
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2743,55
|
85
|
180
|
20
|
7,5
|
0,14
|
40
|
15,14
|
20,28
|
35,42
|
|
|
2743,55
|
85
|
130
|
1
|
0,72
|
0,14
|
40
|
4,45
|
1,95
|
6,4
|
| 
|
1097,42
|
62
|
130
|
3
|
0,71
|
0,15
|
30
|
11,04
|
1,08
|
12,12
|
|
|
548,71
|
54
|
130
|
1
|
8,24
|
0,15
|
20
|
1,88
|
5,57
|
7,45
|
|
|
548,71
|
54
|
130
|
6
|
-
|
0,15
|
20
|
11,27
|
0
|
11,27
|
|
|
548,71
|
54
|
130
|
1
|
8,24
|
0,15
|
20
|
1,88
|
5,57
|
7,45
|
| 
|
1643,13
|
76
|
130
|
3
|
0,72
|
0,14
|
30
|
8,41
|
1,1
|
9,51
|
|
|
548,71
|
54
|
130
|
1
|
8,24
|
0,15
|
20
|
1,88
|
5,57
|
7,45
|
|
|
1097,42
|
62
|
130
|
6
|
-
|
0,15
|
30
|
22,08
|
0
|
22,08
|
|
|
548,71
|
54
|
130
|
1
|
8,24
|
0,15
|
20
|
1,88
|
5,57
|
7,45
|
|
|
548,71
|
54
|
130
|
6
|
-
|
0,15
|
20
|
11,27
|
0
|
11,27
|
|
|
548,71
|
54
|
130
|
1
|
8,24
|
0,15
|
20
|
1,88
|
5,57
|
7,45
|
| Всього
|
145,32
|
Загальний тиск пари, який необхідно мати на початку магістралі визначаємо:
 - втрати тиску на розводку пари по камері  від  ;
 - надлишковий тиск, з яким пара подається у камеру 
На основі значень  підбираємо тип котлоагрегату ДКВР-4-13 з паропродуктивністю  і робочим тиском 1,3 МПа.
8. Розрахунок котлоагрегата
8.1 Розрахунок горіння палива
Таблиця 8.1 - Склад палива
| Найменування родовища та район (кам’яне вугілля)
|
Марка і сотр
|
Волога
|
Зола
|
Склад пальної суміші, %
|
Теплота
|
Вміст, %
|
| 
|
|
|
|
|
|
|
|
| Донецький басейн
|
К
|
5,0
|
19,0
|
2,6+1
|
87,0
|
4,8
|
1,5
|
3,1
|
22
|
26146
|
1,3
|
0,1
|
Для початку розрахунку горіння палива потрібно перевести горючу масу в робочу.
Визначаємо зольність робочої маси:
Склад робочої маси
Перевіримо отриманий склад палива:
Теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива:
Коефіцієнт надлишку повітря  для камерної топки на вугіллі.
Дійсний об’єм повітря:
Об'єм повного згорання 
Об'єм трьохатомних газів:
Об'єм сухих газів:
Об'єм водяної пари:
Повний об'єм продуктів згорання:
8.2 Тепловий баланс котлоагрегата
Тепловий баланс котлоагрегата складається з метою визначення розрахункового значення питомої втрати палива.
Розрахунок ведеться на 1 кг палива.
Рівняння теплового балансу в загальному вигляді.
Де  - розрахункова робоча теплота, яка надходить в топку;
В свою чергу:
Прихідна частина
Де  - нижча теплота згорання робочого палива
 - тепло повітря, що находиться в току;
 - фізична теплота палива;
 - теплота парового дуття ( =0 для вугілля);
Де  - температура повітря навколишнього середовища ( );
 - теплоємність повітря  ;
Де  - теплоємність робочої маси палива;
Де  - теплоємність сухої частини палива 
 - теплоємність води  ;
 – початкова температура палива.
Витратна частина
1. Корисно витратна теплота (теплота на отримання пари)
Де  - витрата пари 
 - відповідно ентальпія пари і живлячої води 
В – витрата палива, 
2. Втрати тепла з димовими газами:
Де  - коефіцієнт надлишку повітря на виході з установки
 - надлишок повітря за рахунок зовнішнього підсмоктування  ;
 - відповідно теплоємність і температура димових газів 
 - витрати тепла на механіку згорання палива 
3. Втрати тепла від хімічної неповноти згоряння:
4. 
5. Витрати тепла в навколишнє середовище
Де  - питомі витрати тепла (для парових котлів продуктивністю до 16,7  ,  ).
6. Втрати тепла із теплотою шлаку
Де  - вміст золи палива у шлаку
 ,  - відповідно теплоємність і температура шлаку ( ,  )
 - зольність палива 
Коефіцієнт корисної дії котлоагрегату:
Переведемо витрату палива В=16,7  на витрату умовного палива за таким співвідношенням:
Де  - теплота згорання умовного палива.
Отже
Переведемо на 1м3
бетону
9. Техніко-економічні показники процесу ТО
Таблиця 9.1 - Техніко-економічні показники
| № п/п
|
Назва показників
|
Значення показників
|
| 1
|
Тип виробів:
|
Пустотні плити перекриття
|
| 2
|
Річна продуктивність установки, 
|
30000
|
| 3
|
Річний зйом продукції, 
|
101,6
|
| 4
|
Коефіцієнт обороту за добу
|
1,25
|
| 5
|
Загальна тривалість ТО, год
|
1+3+5+1,5=10,5
|
| 6
|
Питомі витрати на 1 м3
:
|
|
| Теплової енергії, 
|
|
| Насиченої пари,
|
|
| Умовного палива,
|
28,4
|
Висновки
Метою даної курсової роботи було визначення таких основних параметрів як:
- Режим теплової обробки виробів
- Розміри ямної камери
- Витрати тепла
- Витрати насиченої пари
- Витрати умовного палива
Оскільки реальна витрата пари на 1м3
бетону в камерах періодичної дії складає  то дану теплову установку треба вважати ефективною. Але таку високу витрату пари можна пояснити пустотністю виробів, які тут обробляються.
Для зниження витрат пари на тепловологісну обробку бетонних та залізобетонних виробів запропоновано вдосконалення конструкцій стін, та кришки. А саме ці вдосконалення полягають у зниженні теплопровідності огорожуючих конструкцій, так днище пропонується влаштувати з повітряними прошарками.
Для зниження втрат теплової енергії потрібно добиватися, щоб довжина паропроводу від котлоагрегата до камери була мінімальною.
Для зниження тривалості циклу ТО доцільно використовувати швидкотвердіючі цементи, попередньо підігріту суміш.
Використана література
1. Перегудов В.В. Теплотехника и теплотехническое оборудование. М.: Стройиздат., 1990.
2. Мар’янов Н.В. Тепловая обработка на заводах сборного железобетона. – Мю: Стройиздат. 1990 – 271с.
3. Левченко П.В. Расчеты сушек и печей силикатной промышленности: М.: Высшая школа, 1968 – 405с.
4. Русакова Н.Г., Пальчик П.П., Рижанкова Л.М. Технологія бетонних і залізобетонних конструкцій. – К.: Вища школа, 1999.
5. Дворкин Л.Й. Будівельне матеріалознавство. – Рівне.: видавництво РДТУ, 1999.
6. Методичні вказівки 034-49 «Тепловологісна обробка бетонних і залізобетонних виробів». – Рівне., 1998.
|
