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 плит перекриття, розмірами 60002450140 мм з важкого бетону класу В20. Теплову обробку виробів передбачено здійснювати в касетних установках. Даний тип камер належить до установок періодичної дії.

Особливість касетного способу виробництва полягає в тому, що вироби формуються у вертикальному положенні в розсувних групових металевих формах - касетах, де вони перебувають до набуття бетоном заданої міцності.

Розрізняють два способи організації касетного виробництва: касетно-стендовий і касетно-конвейєрний.

При касетно-стендовому способі виробництва (рис. 1) ланка робітників переходить від однієї нерухомої касетної форми до іншої, виконуючи всі технологічні операції. При наявності певного числа касетних установок можна здійснювати безперервний виробничий-потік. Касета - це ряд формувальних та парових відсіків. Під час виробництва, послідовно пересуваючи відсіки, здійснюють розпалублення і підготовку (очищення, змазування, армування) кожного формувального відсіку касетної установки. Після цього всі формувальні відсіки одночасно заповнюють бетонною сумішшю.

3.1 Вибір режиму ТО

Розрахунок складу бетону.

Приймаємо для виробництва виробів портландцемент ІІ-го типу М500.

Для даної установки призначаємо ОК=10 см тому витрату води приймаємо згідно з табл. 210 л/м³. Водоцементе відношення визначається за формулою для рядових заповнювачів (А=0,6):

Визначаємо витрату цементу, кг/м³ :

Вираховуємо пустотність крупного заповнювача:

Коефіцієнт розсуву зерен б = 1,38.

Визначаємо витрату щебеню, кг/м³ :

Визначаємо витрату піску, кг/м³ :

ОСТАТОЧНИЙ СКЛАД БЕТОНУ (витрати матеріалів на 1 м³.)

Цемент 280 кг/м³

Щебінь 1222 кг/м³

Пісок 754 кг/м³

Вода 210 кг/м³

Визначаємо режим ТО плити перекриття, товщиною 14 см із важкого бетону класу В20, легковкладальної суміші 10 см. Теплову обробку передбачено проводити в касетній установці.

Згідно із нормами проектування режимів ТО призначаємо 85⁰С.

Використовуючи рекомендовані режими для виробів із важкого бетону при товщині виробу 140мм і проектному класі В20 приймаємо такий попередній режим: 1+4+4,5.

Приймаємо швидкість нагріву із=65 ⁰С/год. Початкову температуру бетонної суміші приймаємо . Тоді період підвищення температури становитиме 1 год.

Тривалість ізотермічного прогріву при пропарюванні парою і товщині виробу 140 мм приймаємо 4 год.

Тривалість «термосної» витримки 4,5 год.

Температуру навколишнього середовища приймаємо , а температуру бетону на виході з камери 55 ⁰С .

Загальний режим теплової обробки буде становити:

_то = 1+4+4,5=9,5 год.

Рис.3. Графік режиму теплової обробки.

3.2 Технологічні параметри та конструктивні характеристики

Кількість касетних установок, необхідних для забезпечення продуктивності лінії:

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

Приймаємо п'ять установок.

4. Розрахунок тепловиділення бетону

Визначаємо величину тепловиділення залізобетонної плити товщиною 14 см на , якщо відомо, що витрата цементу на 1 м³ бетону Ц=280 кг/м³, В/Ц=0,75.

Початкова температура , швидкість підйому , тривалість нагрівання 1 год, 85⁰С. Тривалість ізотермічного прогріву 4 год. Середній за період нагріву коефіцієнт теплообміну за період ізотермічної витримки

Густина(коефіцієнт теплоємності); коефіцієнт теплопровідності бетонної суміші л=2,4

В процесі тепловиділення бетону під час ТВО величина Q_E на кожному етапі залежить від середньої температури бетону і тривалості ТО при постійному В/Ц є функцією градусо-годин

Q_E = f(),

де

= t_Б.ср. .

Орієнтовно тепловиділення 1кг цементу після 28діб твердіння в нормальних умовах може бути прийняте Q_E.28 = (0,8...1) М = 1 400 = 400кДж/кг, де М - марка цементу.

Визначаємо критерій Фур'є, який характеризує швидкість зміни температури виробу в період нагріву:

де а - коефіцієнт температуропровідності

- тривалість нагріву або охолодження, год

R - характерний розмір виробу.

_м - температуропроводність матеріалу

с - теплоємність матеріалу

- середня густина матеріалу

Визначаємо критерій Біо в період нагріву

де - коефіцієнт теплообміну .

За графіком с₂ = f₂(В_і; F_о) знаходимо с₂ = 0,05, тоді кількість градусогодин, яку набере виріб за період нагріву

Для визначення середньої температури виробу в кінці періоду нагріву визначаємо новий критерій Біо із врахуванням _із = 400 Вт/(м² С)

F₀ = F^н_о = 0,27

Тоді за графіком с₁ = f₁(B_i; F_o) при В_і = 23,3; F_o = 0,204; с₁ = 0,14 середня температура виробу в кінці нагріву визначається

Визначаємо критерій Фур`є для ізотермічного режиму:

В^із₁ = 23,3

Тоді за графіком с₃ = f₃(В_і; F_o) при F_o = 0,82 і В_і = 23,3; с₃ = 0,3

Тоді кількість градусогодин за період ізотермічного нагріву

Загальна кількість градусогодин:

= _н + _із = 215,9 + 310 = 526,9 ^оСгод

За номограмою знаходимо, що цій кількості градусогодин при М500 і В/Ц = 0,75 відповідає тепловиділення Q_Е = 385 кДж/кг

Тоді питоме тепловиділення бетону складе:

Q_Е.бет. = ЦQ_Е = 500 310 = 177500 кДж/м³бет.

результати розрахунку виділення бетону заносимо в таблицю 1.

Таблиця 1. Результати розрахунку тепловиділення бетону

5. Матеріальний баланс

Ц = 280кг/м³

П = 754кг/м³

Щ = 1222кг/м³

В = 210 л/м³

_Б.С. = 2500 кг/м³

2). Маса установки G_ф1 =87,7 т

3). Об'єм одного виробу V_В = 2,058 м³.

де - прихідна частина

- маса сухих виробів

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

- маса води в бетонній суміші

- маса арматури

Приймаємо масу форм і масу огородження як загальну масу касетної установки без виробів, що становить 87,7 т.

- маса форм

- витратна частина

- маса випаруваної води

Дане значення втрати вологи (20%) забезпечує відпускну вологість.

Таблиця 5.1 - Матеріальний баланс

6. Тепловий баланс установки

На основі матеріального балансу складається тепловий баланс для періоду нагріву і ізотермічної витримки. Метою розрахунку теплового балансу є визначення питомих втрат теплоносія, а також витрат повітря на охолодження виробів.

Вихідні дані:

Теплоємність всіх матеріалів:

- бетону С_б = С_с.с. = 0,84кДж/кгК

- води С_в = 4,2 кДж/кгК

- сталі С_ст = 0,46 кДж/кгК

6.1 Період нагріву

1.Тепло сухої частини бетону:

Q_I = (G_ц С_ц + G_к С_к + G_п С_п) t_I = С_с.с.(G_ц + G_к + G_п) t_І = 0,84 (4642,8) 20 = 78000 кДж/год

де t_І - початкова температура бетону(t_І - початкова температура бетону(t_І = 20^оС).

G_ц + G_к + G_п = V_б(Ц + К + П) = 2,058(280 + 1222 + 754) = 4642,8 кг/год

2. Тепло води формування:

Q_Ів = G_в С_в t_І = 4321,8 4,2 20 = 363031,2 кДж/год

3. Тепло арматури

4. Тепло форм:

Q_Іф = G_ф C_ст t_І = 87700 0,46 20 = 806840 кДж/год

5. Тепло екзотермії цементу:

Q_І.екю = Q_е.б. V_б

Q_І.екю = 3250020,58 = 668850 кДж/год;

6. Тепло насиченої водяної пари, що надходить в установку:

Q_І.п = G_{І.п .} і_п = G_І.п 2652

де G_І.п., i_п - відповідно маса і ентальпія пари, що надходить в установку

Сумарне надходження тепла за період нагріву:

Витрати тепла:

1. Тепло сухої частини бетону:

Q_ІІ.с.=(G_цC_ц+G_кC_к+G_пC_п)t_ІІ=0,844642,885=331495,92 кДж/год

2. Тепло на випаровування частини формовочної води:

Q_вип=W(2550+1,97t_І-ІІ)=864,36 (2550+1,9752,5)=2293514,4 кг/год

де 2550кДж/кг - теплота затрачена на випаровування 1кг води

1,97кДж/кг - теплоємність водяної пари

t_І-ІІ - середня температура на період нагріву та ізотермічної витримки

3. Тепло води, що залишилось в бетоні до закінчення періоду нагріву:

Q_Іів=G_в2C_стt_ІІ=864,364,285=308576,52 кДж/год

4. Тепло арматури

Q_ІІа=G_аC_стt_ІІ=6450,4685=25219,5 кДж/цикл

5. Тепло форм:

Q_Ііф=G_фC_стt_ІІ=877000,4685=3429070 кДж/год

6. Втрати тепла через огородження установки в навколишнє середовище до кінця періоду нагріву

Товщина стін

Стіни виготовлені з сталі ,

Приймаю в якості утеплювача скловату з

Товщина утеплювача для стін:

Приймаю 7 см.

де к_і - коефіцієнт теплопередачі Вт/м^2оС

(F_i,k_i)=2L_з.н.Н_з.н.к+2ВН_з.н.к=27,24*3,8*0,621+2*5,93,80,621=62,05

де L_з.н.- довжина зони нагріву=7,24м

В -ширина зона нагріву=5,9м

Н_з.н.- висота зони нагріву=3,8м

7. Втрата тепла через завантажувальні отвори:

Q_над=Q_втр

Q_над=1922655,2+2652G_п; Q_втр =6714893,65

G_п=1807кг/год = 87,8 кг пари/м³

6.2 Період ізотермічної витримки

1. Тепло сухої частини бетону:

Q_ІІ.с.=(G_цC_ц+G_кC_к+G_пC_п)t_ІІ=0,844642,885=331495,92 кДж/год

2. Тепло арматури

Q_ІІа=G_аC_стt_ІІ=6450,4685=25219,5 кДж/цикл

3. Тепло води, що залишилось в бетоні до закінчення періоду нагріву:

Q_Іів=G_в2C_стt_ІІ=864,364,285=308576,52 кДж/год

4. Тепло форм-вагонеток:

Q_Ііф=G_фC_стt_ІІ=877000,4685=3429070 кДж/год

5.Тепло екзотермії цементу:

Q_ІІ.екю.=Q^із_е.б.V_б=16000020,58=3292800 кДж/год

6.Тепло насиченої водяної пари, що надходить в установку:

Q_ІІ.п.=G_ІІ.п.і_п=G_ІІ.п.2652; Q_надх=7387162+G_ІІ.п.2652

Витрати тепла

1. Тепло сухої частини бетону:

Q_ІІ.с.=(G_цC_ц+G_кC_к+G_пC_п)t_ІІ=0,844642,885=331495,92 кДж/год

2. Тепло арматури

Q_ІІа=G_аC_стt_ІІ=6450,4685=25219,5 кДж/цикл

3. Тепло води, що залишилось в бетоні до закінчення періоду нагріву:

Q_Іів=G_в2C_стt_ІІ=864,364,285=308576,52 кДж/год

4. Тепло форм-вагонеток:

Q_Ііф=G_фC_стt_ІІ=877000,4685=3429070 кДж/год

5. Втрати тепла через огородження установки в навколишнє середовище до кінця ізотермічної витримки:

(F_i,k_i)=2L_з.н.Н_з.н.к+2ВН_з.н.к=27,24*3,8*0,62+2*5,93,80,62=61,94

Q^ІІ_н.с.=3,6_ІІ(t_ІІ-t_І-ІІ)(F_і;k_і)=3,64(85-52,5) 61,94=28990,75 кДж

Q_над=Q_витр

Q_над=7387162+G_ІІ.п.2652

Q_витр=4123352,7

7387162+G_ІІ.п.2652=4123352,7

G^ІІ_п=1230кг/цикл=59,8 кг пари/м³

Таблиця 3. Витрати тепла і пари у касеті

7. Гідравлічний розрахунок

Метою проведення гідродинамічного розрахунку є складання схеми паропостачання теплових установок та визначення сумарних втрат тиску при проходженні пари по тепловому тракту.

Розрахунок системи паропостачання для установок циклічної дії ведуть по витраті пари G_I,кг/год

Попередньо позначаємо довжини ділянок тракту, значення яких заносимо в таблицю 4.

Рис.6. Система паропостачання камер

А-В=10 м; В-С=5 м; FC=CL=15м; FG=HI=CG=NO=LM=2м.

З даних розрахунку теплового балансу (періоду нагріву визначаємо витрату пари на ділянці А-В:

G_А-В=1807кг/год

Ділянка А-В

Визначаємо діаметр паропроводу на цій ділянці:

де - середня густина пари, яку приймаємо в залежності від температури на розривній ділянці. (Для t=160^оС =3,38кг/м³)

- швидкість пари, яка для магістральних паропроводів складає =30...40м/с

Лінійні втрати на ділянці А-В:

де - коефіцієнт гідравлічного тертя

- довжина ділянки (розрахункової) паропроводу, м.

Коефіцієнт гідравлічного тертя вираховуємо за формулою

к - коефіцієнт жорсткості труби, який приймаємо к=0,1...0,2 для нових стальних труб.

Вираховуємо розрахунковий місцевий опір на вентиль за формулою

де l_е - еквівалентна довжина тиску.

Для вентилів l_е визначаємо так:

l_е=0,366d-4,73=0,36680-4,73=24.55м

Місцеві втрати на ділянці А-В:

Поворот в точці В:

l_е=0,38d-0,69=0,3880-0,69=66.19 м

Ділянка в-с

=1807 кг/год

Ділянки f-с і c-l однакові

=1807/2=903,5 кг/год

Поворот в точці С:

l_е=0,38d-0,69=0,38193-0,69=72,65 м

Ділянки

FG=HI=CG=NO=LM =2м рівнозначні:

=1807/5=361.4 кг/год

Місцеві втрати тиску. Вентель:

l_е=0,366d-4,73=0,366196-4,73=67 м

Поворот в точці F:

l_е=0,38d-0,69=0,38196-0,69=73,79 м

Таблиця 4. Розрахунок гідравлічних опорів

Загальний тиск пари, який необхідно мати на вході магістралі буде рівним:

де _р - втрати тиску на розводку пари у камері. Приймаються 5% від суми лінійних і місцевих втрат (для касетних установок).

Р_н - надлишковий тиск, що подається у камеру (Р_н=0,05...0,1Мпа).

На основі значень =9035 кг/год та Р_заг=0,14МПа підбираємо тип котлоагрегату ДКВР-10-13 з паропродуктивністю G=2500кг/год і робочим тиском 1,3 МПа.

8. Розрахунок котлоагрегату

Паливо: крекінг-мазут топочний сірчистий (марка 100).

Табл.5. Склад горючої маси, %.

Визначаємо склад робочого палива.

Вміст золи в робочому паливі:

Вміст інших елементів в робочому паливі:

Табл.6. Склад робочого палива, %.

Нижча теплота згоряння палива 40434 кДж/кг

Теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива:

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

Коефіцієнт надлишку повітря .

Дійсний об'єм повітря:

Об'єм повного згорання

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

Об'єм трьохатомних газів:

Об'єм сухих газів:

Об'єм водяної пари:

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

Повний об'єм продуктів згорання:

8.2 Тепловий баланс котлоагрегату

Тепловий баланс котлоагрегату складається із метою визначення розрахункового значення питомої витрати палива. Розрахунок ведеться на 1м³ палива.

Рівняння теплового балансу у загальному вигляді:

Прихідна частина

Q^р_р=Q₁+Q_втр

Q^р_р=Q₁+(Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆)

де Q^р_р - розрахункова робоча теплота, що надходить в топку;

Q^р_р=Q^р_н+Q_пов+Q_ф.пл.+Q_д^п= 40434+236.4+30.65+170.4=40871.45 кДж/кг

де Q^р_н - нижча теплота згорання робочого палива;

(Q^о_н=40434кДж/кг - згідно із завданням).

Q_пов - теплота повітря, що надходить у топку:

Q_пов=VC_повt_пов=11,851,3315=236,4 кДж/кг

V=11,85 м³/кг

де t_пов=15^оС; С_пов=1,33кДж/м³к

Q_ф.пл..=С^р_плt_пл=2,0415=30,65 кДж/кг

С^с_пл - теплоємність сухої частини палива, для мазуту становить 2;

; t_п.п.=15...20^оС

Витратна частина

G_п - витрати пари в кг/год; G_п=1807кг/год

і_п,і_ж.в. - ентальпія пари і живильної води

і_п =2788кДж/кг; і_ж.в.=334,9кДж/кг; В - витрата палива, кг/год.

Втрати тепла із димовими газами

де V_д.г. - об`єм димових газів, V_д.г.=V_г=10.7 м³/кг

С_д.г. і t_д.г. - теплоємність і температура для димових газів; t_д.г.=120^оС; С_д.г.=1,42кДж/кгк

¹ - коефіцієнт надлишку повітря на виході із установки;

¹=+l=1,2+0,2=1,4

l=0,2...0,3 - надлишок повітря за рахунок зовнішнього підсмоктування;

q₄ - втрати тепла від механічної теплоти згорання для рідкого палива приймається 0.

Втрати тепла від хімічного недопалу:

Втрати тепла від механічного недопалу:

Втрати тепла в навколишнє середовище:

q₅ - для парових котлів продуктивністю до 2,78 кг/с рівне q₅=24% - питомі втрати тепла.

Втрати тепла із теплотою шлаку:

кДж/кг.

де - вміст золи палива у шлаку:

, - теплоємність і температура шлаку;

В середньому кДж/кг*?; ?.

- зольність палива, %.

Q_прих=Q_витр

В=117 кг/год - витрати палива;

Отже, як видно з розрахунку коефіцієнт корисної дії котлоагрегату складає =92,7%.

Витрати умовного палива:

В_ум=В•Q^р_н /29300 = 117•40434/29300 = 161,46 кг/год

Витрати умовного палива на 1 м³ бетона:

D^ev_,tn = D_ev|G = 161?46|2?79 = 57?8 ru|v³/

9. Техніко-економічні показники процесу теплової обробки

1. Тип виробів: плити перекриття повнотілі 60002450140мм.

2. Річна продуктивність установки: 9000 м³/рік

3. Загальна тривалість ТО: 1+ 4+4,5 = 9,5 год.

4. Питомі витрати на 1м³ бетону:

теплової енергії:

Для періоду нагріву (_н = 1 год.) 326,28 МДж/м³_бет.

Для періоду ізотермічної витримки (_н = 4 год.) 801,4 МДж/м³_бет.

Для повного циклу ТО: 1127 МДж/м³_бет. насиченої пари:

Для періоду нагріву 87,8 кг/м³

Для періоду ізотермічної витримки 239,06 кг/м³

Для певного циклу 326,86 кг/м³

- умовного палива 57,8 кг/м³.

5. Питомі витрати на 1 год.:

- теплової енергії: 10838,2 МДж/год

- насиченої пари: 1807 кг/год

- умовного палива: 161,46 кг/год.

Висновки

Підібравши установку касетну, я виконав слідуючи розрахунки:

- підібрав режим теплової обробки для плит перекриття із важкого бетону;

- вирахував технологічні параметри і конструктивні характеристики касетної установки;

- зробив розрахунок питомих втрат теплової енергії, насиченої пари і умовного палива на 1 м³ бетону та на 1 год.; і на основі цього підібрав тип котлоагрегату;

- розрахував схему паропостачання теплової установки.

З усього вище сказаного випливає такий висновок:

Оскільки у розрахованій тепловій установці конструкції виготовлені із сталі та теплоізоляції, то це дозволяє зменшити великі втрати тепла крізь стінки конструкцій. Втраті тепла також можна запобігти якщо: усунути недоліки в системі паропостачання і паропроводів, парозподільників та запірної арматури, систем автоматики і багато іншого; зокрема розроблювати норми енергобалансу підприємств, які б забезпечували б їх виконання, упорядковувати систему обліку і звіту по втратам теплової енергії. Ряд цих заходів призведе до зменшення енергозатрат близько на 15...30%.

Література

1. Русанова Н.Г. та інш. Технологія бетонних і залізобетонних конструкцій. -К.: Вища школа, 1994, -333 с.

2. Кучеренко А.А. - Теплові установки збірного залізобетону. -Київ: Вища школа, 1977. -278 с.

3. Перегудов В.В. Теплотехника и теплотехническое оборудование. -М.: Стройиздат, 1990, - 336с.

4. Павлов И.И., Фёдоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети. -М.: Стройиздат, 1986.

5. Бойко В.Е., Тихомиров Е.В. Тепловая обработка в производство сборного железобетона. -К.: Будівельник. 1987 -144 с.

6. Методичні вказівки 059-151.

7. Бордюженко О. М. Основи термодинаміки, теплотехніка та теплотехнічне обладнання: Ч.2. Процеси сушіння, випалу і плавлення. Теплова обробка виробів з бетону і залізобетону. Навчальний посібник. - Рівне: НУВГП, 2010. - 230 с.

Размещено на Allbest.ru