Расчет теплотехнического оборудования: Кассетная установка

где γ_б – плотность бетона, кг/м³.

 

, кг/м³.

Общий расход воды определяем с учётом поправок на расходы крупного пористого заполнителя (керамзита) и цемента и на водопотребность песка:

, л (5)

где В₁ – поправка на водопотребность плотного песка.

 

, л (6)

, л

 

В₃ – поправка на объёмную концентрацию керамзита.

 

, л (7)

, л

 л

Итак получили следующий расход компонентов для получения керамзитобетона класса В3,5 на 1 м³ (табл. 3):

В/Ц=0,6

Расход компонентов  на 1 м³

№ п\п	Компоненты	Расход
1	Портландцемент М400, кг/м3:	260
2	Гравий керамзитовый, кг/м3: фракция 5-10: фракция 10-20:	170,8 256,2
3	Керамзитовый песок, кг/м3:	224,4
4	Вода, л:	170

 

 

 

 

 

3 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ  ТЕПЛОВОЙ УСТАНОВКИ

            Размеры кассетных установок определяются размерами изделий и их количеством.                                                                                                                                      При изготовлении изделий в кассетных установках количество рабочих отсеков при изготовлении наружных стеновых панелей составляет 5 штук.

Высота Н = 2,75 м; Ширина В = 0,3 м;                         Длина L = 1,785 м.

Тепловые отсеки при  изготовлении внутренних стеновых панелей  размещаются через одно изделие.

Полезный объем кассетных  установок определяется общим объемом изделий в рабочих отсеках:

V= V_и ·п_o

где V_и - объем одного изделия, м³; n₀-общие количество изделий в камере, шт.

V_n = 2,75 • 0,3∙1,785 • 5 = 7,36м³

Полный геометрический объем камеры V, м :

5. = (2,75 + 0,01)·(0,3 + 0,01)∙(1,785 + 0,01)∙5 = 7,68м³

Коэффициент использования  камер по объему определяется как

отношение полезного объема камеры V_n, м³, к полному геометрическому объему камеры V, м³

 

 

согласно нормам технического проектирования К>0,9.

 

4 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УСТАНОВКИ

Производительность установок периодического действия определяется длительностью цикла работы установки и оборачиваемостью ее полезных объемов.

Длительность цикла  работы установки равна:

где  - время загрузки изделий в установку, ч; - время предварительной выдержки изделия в установке перед тепловой обработкой, ч; - время тепловой обработки, ч; - время выгрузки изделий из установки, ч.

 Принимаем следующие режимы

t₀ = 20 °C (начальная температура среды) [4]

t_из = 80 °C (температура изделия) [4]

t_n = 1,5 ч (время подъема температуры, т.е. период прогрева) [4]

t_из = 4ч (время изотермической выдержки) [4]

t_oxл = 2 ч (время охлаждения) [4]

 = 80 %

предварительное выдерживание - 2ч;

Время загрузки определяется по выражению:                                                     = 0,05 + 0,5 +0,75 =1,3ч

Время распалубки и чистки для кассетных установок 4 ... 5 минут  на один рабочий отсек:

= 0,07∙5 = 0,35 ч

т_ц = 1,3+ 2+ 7,5 + 0,35= 11,15ч

Оборачиваемость установок периодического действия, 1/сут:

где 24 - суточный фонд рабочего времени, ч/сут; К_в- коэффициент использования камер во времени. При двухсменной работе формовочного отделения К_в=0,85, при трехсменной –К_в = 0,9...0,95.     По рассчитанной теоретической оборачиваемости О_т определяется производительность одной установки, м³/год:                                                                                                         

где N - расчетное количество рабочих суток в году, сут/год;                                К_с - коэффициент, учитывающий возможные срывы производства, аварии, неблагоприятные метеорологические условия и т.д.,                                                    К_с = 0,85...0,9.   В зависимости от исходных данных определяется потребное количество установок по заданной общей производительности:

где М - потребное количество установок для обработки заданного  количества изделий, шт.; Р - заданная годовая производительностьтотделения тепловой обработки или технологической линии, м'/год; P_v         производительность одной установки, м³/год.                             Возьмем в своей курсовой работе число установок равное 10 штук.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА  ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ГРЕЮЩЕЙ СРЕДОЙ  И ПРОГРЕВАЕМЫМ ИЗДЕЛИЕМ

t₀ = 20 °C (начальная температура среды)[4]

t_из = 80 °C (температура изделия) [4]

t_n = 1,5 ч (время подъема температуры, т.е. период прогрева) [4]

t_из = 4ч (время изотермической выдержки) [4]

t_oxл = 2 ч (время охлаждения) [4]

 = 80 %

Скорость подъема температуры среды в установке:

b = °C/ч

Средняя температура  конденсатной пленки:

t_ср = t_с – ,

где t_c - температура среды в определенный момент времени t;

t_c= t_o+b×τ.

По номограмме определяем коэффициент теплообмена a при φ = 80 % [1, прил. 20]

1) для середины периода  прогрева

t_c = 20 + 40×0,75 = 50 °С

t_ср = 50 – = 45 °C

a_п = 19 Вт/(м²×°С)

2) для конца периода  прогрева

t_c =20 + 40×1,5 = 80 °С

t_cp = 80 – = 75 °С

a_кп = 48 Вт/(м²×°С)

3) в период изотермической  выдержки

t_c = 80 °С

t_ср = 80 – = 77,5 °С

a_из = 51 Вт/(м²×°С)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.РАСЧЕТ ТЕРЛОВЫДЕЛЕНИЯ БЕТОНА ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ

Для проведения расчета  с помощью номограммы определяют критерии подобия Био и Фурье:

1. В середине периода подъема температуры

Bi_п= = =6,95  Fo_п= = =0,05, где

a_п – средний за период прогрева коэффициент теплообмена между греющей средой и поверхностью изделий, Вт/(м²×°С);

R – характерный размер изделия, м;

а – коэффициент температуропроводности, м²/ч.

Количество градусо-часов  в период прогрева

, где

 – средняя температура  бетона за период прогрева, °С

, где

C₁=f (Fo_п, Bi_п) определяется по графикам [1, прил.27]

С₁=0,025 при F₀=0,015; Bi=6,95;

=20+ =34°С/ч

Q_П=34×0,75=25.5°С

2. В конце периода подъема температуры:

=t₀+ × , где

 – средняя температура бетона в конце периода прогрева, °С :

С₂=f(Fо_кп,Вi_кп) определяется по графикам [1, прил.26]

Bi_к.п.= = =17; Fo_к.п.= = =0,1

С₂=0,05

=20+ =61 °С

3. В период изотермической выдержки

С₃=f(Fо_из,Вi_из) определяется по графикам [1, прил.28]

Bi_из= = =18  Fo_из= = =0,27

С₃=0,1

Q=80×4-(80-61)× = 293°С/ч

Количество  градусо-часов за весь период ТВО

Q=Q_ИЗ+Q_П=293+42=335°С/ч

По номограмме определяем [1, прил.21]:

а) общее удельное тепловыделение цемента за весь цикл тепловой обработки q_э – по общему количеству градусо-часов Q:

q_э=52 ккал/кг=213 кДж/кг

б) удельное тепловыделение цемента в период подъема температуры q_э^п – по количеству градусо-часов, полученным бетоном за период подъема температуры Q_П:

q_э^п=13 ккал/кг=53,3 кДж/кг

в) удельное тепловыделение цемента в период изотермического  прогрева:

q_э^и = q_э- q_эⁿ=213-53=160 кДж/кг

Соответствующие значения удельного  тепловыделения бетона кДж/м³, будут равны:

Q_э=q_э×Ц=213×200=42600 кДж/м³

Q_э^п=q_э^п×Ц=53×200=10600 кДж/м³

Q_э^и=q_э^и×Ц=160×200=32000 кДж/м³

Величина, характеризующая  тепловыделение бетона

m= _,

где А=0,0023×Q_э28(B/Ц)^0.44 – коэффициент, учитывающий водоцементное отношение. Для ПЦ 400: Q_э28=419кДж/кг

А=0,0023×419×(0,6)^0.44=0,76

m= =14 °С/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУР В БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЯХ [1]

Период подъема температур

 

Если испарение влаги  из бетона нет и начальная температура  его равна начальной температуре  среды, то температуру бетонного  изделия в любой его точке  в зависимости от продолжительности  нагрева, теплофизических констант, скорости подъема температуры и тепловыделения бетона можно рассчитать по следующим формулам:

t(x,t)=t₀ + bt - [R²(1+ )-x²] + R²

где х – координаты точки рассматриваемого тела, A_n, m_n – постоянные, зависящие от формы тела и критерия Bi. Так как Fo<0,2, то ограничиваемся только первым рядом суммы и соответственно значениями A₁ и m₁[1, прил. 32].

A₁ = 1,25;  m₁ = 1,3

A₁ = 0,3;  m₁ = 4,1

 

Температура центра изделия (х=0)

t(0,t) = ·[0,15² (1 + ] + · 0,15² · ( ) = 30 °C

Температура поверхности  изделия (x=R=0,15 м)

t(0,t) = ·[0,15² (1 + ] + · 0,15² · ( ) = 64°C

Период изотермической выдержки

 

Для определения температур по сечению изделия служат те же дифференциальные уравнения, что и  для периода подъема, но при других начальных условиях. За начало отсчета времени следует брать время конца периода прогрева. При этом изделия будут иметь начальное распределение температур, определяемое вышеприведенными уравнениями, в которых следует положить t = t_под. Величину m_из рассчитываем по формуле:

m_из=

где Q₃ - тепловыделение 1 м³ бетона в зависимости от , кДж/м

m_из= ^оС/ч

Таким образом, получаем решения, которые удобно представить  в следующем виде:

A_пл =

B_пл =

Для центра A₁ = 1,25;  m₁ = 1,3

                     A₁ = 0,3;  m₁ = 4,1

 

A_пл =

B_пл =

 = 84 °C

Для поверхности изделия A₁ = 1,25;  m₁ = 1,3

                                             A₁ = 0,3;            m₁ = 4,1

А_пл=

B_пл =

=80 °C

 

Определим средние температуры изделий в начале и конце каждого периода:

 

°С

°С

°С

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ 

 

Этот расчет выполняют путем составления  материального и теплового балансов установки. Материальный баланс установок тепловлажностной обработки позволяет учесть массы всех материалов, участвующих в процессе (сырьевых материалов, закладных деталей и арматуры, форм, ограждающих конструкций). Тепловой баланс позволяет определить удельный расход теплоты на единицу продукции, максимальный часовой расход тепла, теплоносителя или топлива. На основе этого расчета подбирают диаметры труб для подвода теплоносителя, дроссельные диафрагмы, регуляторы давления и температуры, основные элементы системы автоматики.