Расчет теплотехнического оборудования: Кассетная установка

Крышки   ямных  камер   паропрогрева   представляют собой  жесткую металлическую конструкцию  толщиной 150...200 мм, паро- и гидроизолированную по отношению к паровой среде камеры и теплоизолированную снаружи.

Оптимальная скорость нагрева  камеры составляет 60 °С/ч (по сравнению  с 30 °С/ч в обычных камерах), длительность обработки 5...6 ч (по сравнению с 11... 12 ч), расход пара снижается на 100... 150 кг/м³ бетона.

После завершения цикла тепловой обработки снижается сначала давление в камере, а затем в уплотнителе, запирающее устройство открывается и гидроцилиндры поднимают крышку. Шарнирное соединение опорной рамы и кронштейнов крышки позволяют поворачивать ее на 95°.

 

 Автоклавные установки.

Автоклавные установки  предназначены для тепловлажностной обработки бетонных, железобетонных и силикатных изделий в среде с избыточным давлением.

Наличие избыточного давления среды  в начале тепловой обработки и возрастающая относительная влажность паровоздушной среды в процессе ее способствуют повышению физико-механических свойств твердеющего бетона, сокращению длительности обработки и уменьшению  расхода  цемента.                                                  

Автоклавный способ обработки позволяет получать высококачественные изделия даже при применении низкомарочных цементов или местных вяжущих, а также теплоизоляционные материалы (пенобетоны, ячеистые бетоны). Рабочее избыточное давление в автоклавах 0,8; 1,2; 1,6; 2,5 МПа.

Автоклав (рис.3) представляет собой стальной цилиндрический сосуд диаметром 2,6 или 3,6 м длиной 17...21 м с одной (тупиковый) или двумя крышками (проходной). Массивный стальной корпус 6 с толщиной стенок 20...30 мм выдерживает высокое давление. Он установлен на одной неподвижной опоре 16 и нескольких подвижных опорах 13, что позволяет ему перемещаться при нагревании и охлаждении. Автоклав имеет механизмы подъема крышек 1 и байонетные затворы 9, обеспечивающие его герметичность. Прижим байонетных колец и подъем крышек осуществляется гидравлической системой, состоящей из электропривода 5 насосной станции, маслопроводов 4 и гидроцилиндров 2. Загрузку изделий в автоклав

производят тележками  с помощью переходного мостика, соединяющего рельсовый путь в цеху с рельсами 15 внутри автоклава.

 

 

Рис.3.Схема автоклавной установки: 1-механизм подъема крышки; 2-гидроцилиндр; 3-предохранительный клапан; 4-маслопроводы; 5-электроприводы; 6-корпус; 7,8,17-перепускной, выпускной и впускной штуцера; 9-байонетный затвор; 10-крышка; 11-перфорированный паропровод; 12-штуцер удаления конденсата; 13,16-подвижная и неподвижная опоры; 14-продувочный штуцер; 15-рельсовый путь

 

Система пароснабжения  состоит из следующих элементов: продувочный 14, впускной 17, перепускной 7, выпускной 8 штуцера с регулирующей и запорной арматурами; система удаления конденсата, подсоединенная к штуцеру 12; предохранительный клапан 3. Пар в автоклаве распределяется сопловой подачей или через перфорированный паропровод 11.

Перед началом запаривания  автоклав продувают паром для удаления воздуха, снижающего интенсивность теплообмена. В первый период обработки происходит прогрев изделий до температуры 100 °С при обильной конденсаций пара на изделиях и стенках автоклава; во второй период температура и давление повышаются до принятого максимального значения, что сопровождается прогревом и обжатием бетона. После периода изотермического выдерживания, длительность которого связана с толщиной изделия, видом материала и величиной давления, наступает период охлаждения. Он наиболее 'опасен из-за возможного нарушения структуры материала. Так, при снижении давления в автоклаве в материале некоторое время сохраняется максимальное давление, и возникающий градиент давления может превысить допустимые значения. При этом резкое снижение давления в среде может привести к тому, что находящаяся в изделии влага окажется перегретой и произойдет бурное вскипание по всему объему изделия. Поэтому снижение давления и температуры производится по ступенчатому графику с промежуточными выдерживаниями для выравнивания давлений и температур по объему изделия. Для экономии пара график режима обработки изделий составляют для нескольких автоклавов так, чтобы подъем давления в одном совпадал со снижением в другом; в этом случае пар перепускают в другой автоклав до выравнивания давления  в  них.

После открытия крышки или  выгрузки изделий из автоклава изделия  необходимо выдерживать в условиях цеха, так как внутри них еще  достаточно высокая температура и процесс охлаждения бетона продолжается.

Эффективность автоклавного способа обработки в значительной степени зависит от степени заполнения автоклавов изделиями, т. е. укладка изделий должна быть максимальной по всему объему. Длину автоклава выбирают в соответствии кратности его размеров размерам типовых   обрабатываемых   изделий.

 

Установки непрерывного действия.

К таким установкам относятся  наиболее часто встречающиеся щелевые горизонтальные, щелевые полигональные и вертикальные пропарочные камеры.

. Горизонтальные  щелевые камеры.

Горизонтальные щелевые  камеры (рис. 4) бывают одноярусные и многоярусные (чаще - трехъярусные). Одноярусная щелевая камера располагается ниже уровня пола и представляет собой туннель. Длина составляет 60... 127 м. Ширина туннеля проектируется в расчете на движение одного-двух изделий на каждой форме-вагонетке и находится в пределах 5...7 м. Высота равна 0,7...1,2 м. В камере помещается 17-27 вагонеток с изделиями. Щелевые пропарочные камеры по длине разделяются на зоны (при длине 127 м): 1) подъема температуры (24 м); 2) изотермической выдержки (68 м); 3)охлаждения (35 м). В первую и вторую зоны подводится тепловая энергия, третья, наоборот, вентилируется холодным воздухом. Разделение камеры на функциональные зоны позволяет экономить тепловую энергию за счет экономии затрат теплоты на нагрев конструкций после каждого цикла.

Тележка 3 с изделием, пройдя линию формования и зону предварительного выдерживания, поступает на снижатель 1 и с помощью лебедки вместе со снижателем опускается на нижний уровень (в вертикально-замкнутых конвейерах используются гидравлические подъемники и снижатели, часто выходящие из строя). Толкатель-вагонетка заталкивается в камеру. При этом на одно изделие передвигается весь поезд, и последняя вагонетка выходит на подъемник 4. При входе в камеру и выходе из нее установлены механические герметизирующие шторы, препятствующие подсосу в камеру холодного воздуха и выбиванию паровоздушной смеси.

Нагреватели 2 устанавливаются в зоне нагрева I и в зоне изотермического выдерживания II; количество их зависит от необходимой температуры в зонах; длина зон обусловлена длительностью этапов тепловой обработки.

Рис.4. Схема горизонтальной пропарочной  камеры щелевого типа: I, II, III-зоны нагрева, изотермического выдерживания, охлаждения; 1-наклонный снижатель; 2-паровые регистры; 3-тележки с изделиями; 4-подъемник; 5-формовочный конвейр

 

В качестве теплоносителя  применяют: «острый» пар, т. е. непосредственное соприкосновение пара с поверхностью бетона; «глухой» пар — обогрев паровыми регистрами; электронагреватели. При обогреве «острым» паром его подают в двухсторонние стоянки с шагом 2...6 м, а затем через перфорированные трубы или гребенки с установленными на них соплами выпускают в камеру. При этом образуется паровоздушная смесь, которая конденсируется на холодных изделиях. В таких камерах необходимо предусматривать уклоны для стока конденсата и устройства для ее сбора.

В щелевых камерах  для улучшения условий теплообмена монтируются вентиляционные системы: рециркуляционная — в зоне нагрева и приточно-вытяжная — в зоне охлаждения. Воздушные завесы, перекрывающие торцы камеры и отделяющие зону охлаждения от зоны изотермического выдерживания, способствуют экономии теплоты.

 

 Полигональные  пропарочные камеры щелевого типа.

Для поддержания стабильного температурного режима щелевые камеры могут быть выполнены в виде камер полигонального очертания конструкции Е. В. Тихомирова (рис.5). Если камера находится в цеху ниже уровня пола (рис.5, а), то изделия в нее после формовочного конвейера подают снижателем; если камера расположена на одном уровне с формовочным конвейером — горизонтальной передаточной тележкой (рис.5, б). Формы с изделиями захватываются   тянущим механизмом, привод которого расположен в зоне выгрузки, и поступают в камеру. При этом тянущий механизм передвигает весь поезд на одно изделие, а последняя форма выдвигается на подъемник.

 

 

Рис.5. Схема полигональной пропарочной  камеры щелевого типа: I, II, III-зоны нагрева, изотермического выдерживания, охлаждения; а-подземная; б-надземная; 1-снижатель; 2-подъемник; 3-формовочное оборудование; 4-передаточные тележки

 

Полигональные очертания  камеры позволяют использовать естественное расслоение паровоздушной смеси по высоте: пар, подаваемый в зону изотермического выдерживания II, постепенно заполняет ее, так как, будучи легче воздуха и паровоздушной смеси, скапливается в самом высоком месте. Таким образом, в зоне изотермического прогрева устанавливается наиболее высокая температура, равная 95...97 °С, и относительная влажность 95...97 %. Избыток пара опускается в зону нагрева I, где конденсируется на входящих холодных изделиях. Зона охлаждения III отделяется от зоны изотермического выдерживания воздушной завесой. Перепад высоты от зоны загрузки до верха зоны изотермического выдерживания составляет 1,3... 1,5 м, длина камеры .75... 100 м.

Улучшение условий теплообмена  и повышение коэффициента теплоотдачи от паровоздушной смеси позволяют сократить длительность тепловой обработки и расход тепловой энергии на 10...15 %.

 

. Вертикальные пропарочные камеры.

Вертикальные  пропарочные камеры проф. ЛА. Семенова (рис. 6) позволяют рационально расходовать теплоту и производственные площади. Эти камеры внизу у двух противоположных стен имеют проемы для загрузки и выгрузки форм-вагонеток. Размеры загрузочного проема на 5... 10 см превышают габариты форм-вагонеток, высота проема обычно не превышает 1 м.

Приямок оборудован механизмами  для подъема форм по вертикали, перемещения по горизонтали и опускания. Механизмы транспортирования состоят из гидроподъемника, гидроснижателя и передаточной тележки. Конструкция гидроподъемника и гидроснижателя одинакова и состоит из стола, двух направляющих колонн, гидропривода, плунжерного гидроцилиндра и отсекателя. Передаточная тележка 3 перемещает формы из подъемной части в опускную. Она представляет собой раму в виде портала с четырьмя жесткими консолями для опускания форм. Тележка перемещается канатом лебедки, установленной вне камеры.

Стены камеры из сборного или монолитного железобетона снаружи покрыты теплоизоляционным слоем из минеральной ваты и оштукатурены асбозуритом. Общая толщина стен приблизительно равна 220 мм. Перекрытие изготовлено из разъемных металлических щитов, заполненных теплоизоляционным материалом. Камеры располагают под мостовыми кранами цеха.

В камерах  вертикального типа используется естественное расслоение пара и воздуха по высоте. В верхней зоне камеры создается среда чистого насыщенного пара с температурой 100 °С. Ниже камера заполнена паровоздушной смесью, температура которой у пола 20...30 °С и по мере подъема изделий повышается до 100 °С.

Подогреваются и охлаждаются изделия по принципу противотока: нагретые до 100 °С, опускаясь, охлаждаются, встречая холодную среду, а свежеотформованные при подъеме встречают все более горячую и влажную среду. Таким образом, нижняя часть камер для движущихся вверх свежеотформованных изделий служит зоной подогрева, а для изделий опускающихся - зоной охлаждения.

Пар под давлением 0,18...0,2 МПа подается в камеру через перфорированное кольцо 8, расположенное под потолком. Для резкого отделения зон изотермической выдержки и подогрева - охлаждения на их границе установлено трубчатое кольцо 7 с холодной проточной водой, на которой конденсируется избыточный пар.

Основное  достоинство вертикальных камер - их устойчивый тепловой режим, что упрощает эксплуатацию, позволяет точно планировать сроки тепловой обработки и обеспечивает возможность поточности технологической линии. Эти камеры особенно экономичны при расширении мощности существующих заводов, так как они занимают площадь в 2-3 раза меньшую, чем ямные ив 10-12 раз меньшую, чем туннельные такой же пропускной способности.

Недостатки  вертикальных камер - возможность выхода из строя механизмов в среде насыщенного пара и низкий коэффициент использования объема.

Удельный  расход пара 100... 150 кг/м³бетона.

Рис. 6. Вертикальная пропарочная  камера проф. ЛА. Семенова: 1 -

ограждение камеры; 2 - формы с изделиями; 3 - передаточная тележка; 4 – стол - снижатель; 5 - стол-подъемник; 6 - вход в камеру; 7 - трубчатое кольцо; 8 - кольцевой паропрогрев

 

 

2. РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОННОЙ СМЕСИ [3]

Исходные данные для расчёта:

Цемент марки: ПЦ400-Д20. Жесткость  керамзитобетонной смеси: 5-10 с. Отношение фракций керамзитового гравия 5-10 и 10-20: 40/60%. Плотность фракции 5-10: 1,25 кг/л; 10-20: 1,19 кг/л. Мелкий заполнитель: керамзитовый песок, плотностью 0,7 кг/л.

По таблице 13.4 [3] расход цемента  составляет Ц₁ = 300 кг/м³, поправочные коэффициенты по таблице 13.5 [3] на цемент М500 равен 0,9 и при жёсткости 10 с – 0,9, по наибольшей крупности заполнителя 0,9.

Окончательный расход цемента:

Ц = 300 · 0,9 · 0,9 · 0,9 = 260 кг/м³ принимаем 260 кг/м³(1)

Начальный расход воды по таблице 13.6 [3] составит В_о = 160 л/м³. Далее по таблице 13.7 [3] находим объёмную концентрацию керамзита: φ = 0,35. Расход керамзита определяем по формуле:

, кг/м³. (2)

где γ_з.к. – плотность зёрен крупного заполнителя в цементом тесте, кг/л.

, кг/л. (3)

, кг/л

, кг/м³.

 

Определяем расход песка по формуле:

, кг/м³. (4)