Кассетная установка с электропрогревом для ТВО внутренних стеновых панелей

1 Общая часть

1.1 Технико-экономическое обоснование проектируемой установки

1.2 Описание конструкции и работы тепловой установки

2 Технологическая часть

2.1 Характеристика теплоносителя и его параметры

2.2 Режим работы тепловой установки

2.3 Исходные данные

3 Расчётная часть

3.1 Расчёт процесса горения топлива

3.2 Конструктивный расчёт установки

3.3 Тепловой расчёт установки

4 Техника безопасности проектируемой установки

5 Литература

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Технико-экономическое обоснование проектируемой установки Наиболее распространённым приемом интенсификации технологических процессов и сокращения длительности изготовления материалов и изделий, является их тепловая обработка, составляющая треть стоимости их изготовления, занимающая свыше 80% длительности технологического цикла и потребляющая свыше 75% тепла и энергоресурсов. Сокращение любого из этих показателей позволит значительно повысить эффективность технологии. Так, сокращение длительности тепловой обработки на 10% даст экономию в 1−2 часа, что обеспечит существенное увеличение производительности установок, уменьшение расхода тепловой энергии, снижение металлоёмкости процесса за счёт увеличения оборачиваемости форм.

Основными изделиями сборного железобетона являются панели стен, перекрытий, перегородок, лестничные марши, площадки, плиты покрытий, покрытия дорог, панели лоджий т. е. изделия, которые отличаются малой толщиной и большими размерами в плане. При горизонтальном формовании и пропаривании таких массовых изделий требуются большие производственные площади, а высота цехов используется нерационально. Кроме того, при горизонтальной распалубке на изделия действуют плохо воспринимаемые изгибающие нагрузки, поэтому необходимо дополнительно их армировать для восприятия монтажных усилий, повышать распалубочную прочность, удлиняя сроки пропаривания и увеличивая площадь пропарочных камер.

Частично недостатки горизонтального производства плит устраняют, применяя двухъярусные конвейеры, пропаривание в пакетах термоформ, многослойную формовку панелей на стендах, применением кантователей для распалубки в вертикальном положении. Однако наиболее существенно повышается съём изделий с единицы производственной площади при изготовлении плит стендово-кассетным способом в кассетных установках. Принцип способа заключается в том, что пакет форм, вертикально установленных на раме, с уложенной в них арматурой, заполняют пластичной бетонной смесью и прогревают. После набора необходимой прочности производят распалубку форм и изделия в вертикальном положении устанавливают в стеллажах.

Электропрогрев в сравнении с паропрогревом отличается рядом преимуществ. Основными достоинствами электропрогрева являются:

—отсутствие вредных газовыделений;

—получение высококачественной продукции;

— сокращение цикла тепловлажностной обработки;

— обеспечивают более высокую производительность труда по сравнению с другими способами;

— возможность применения автоматического регулирования режима тепловлажностной обработки;

—сокращение капиталовложений на постройку котельных установок, топочных устройств, магистральных трубопроводов, вентиляционных установок;

— повышение культуры производства.

Быстрый разогрев бетона в кассетах позволяет сократить время тепловлажностной обработки до 4—6 ч, а также повысить оборачиваемость кассет. Расход тепловой энергии по сравнению с па-ропрогревом снижается почти в два раза.

В курсовом проекте принимаю кассетную установку с электропрогревом.

кассетная установка тепловой электропрогрев

1.2 Описание конструкции и работы тепловой установки Конструктивно кассетная установка состоит из неподвижной станины, разделительных стенок, опор и прижимных домкратов. К разделительным стенкам крепятся днища и борта форм, которые в собранном состоянии (установка сжата домкратами) образуют вертикальные формы, заполняемые арматурой и бетонной смесью. Торцевая неподвижная теплоизолированная стенка крепится к раме станины, а подвижные стенки и отсеки перемещаются на роликовых опорах. Передвижение стенок производится гидравлическими домкратами, а закрепление их — установочными клиньями в кронштейнах.

Ток к греющим отсекам подводится с помощью клемм, закрепленных на разделительных стенках. Арматурный каркас и бетонная смесь подаются сверху. Вибрирование бетона производится навесными вибраторами.

Наружные стенки кассеты имеют теплоизоляцию, предназначенную для предотвращения потерь тепла от крайних вертикальных форм в окружающую среду. Для этого теплоизоляционные рубашки заполнены минеральной ватой. Задняя неподвижная стенка опирается на неподвижные упоры, положение которых регулируют и фиксируют гайками. Передняя подвижная стенка соединена с упорами и вместе с ними при помощи рычажной системы может передвигаться вперёд и назад. В собранном виде все разделительные стенки соединены замками в один блок и прижаты друг к другу. В таком положении в формы сверху устанавливают арматурный каркас, загружают бетонную смесь, уплотняют её вибраторами, прикреплёнными к торцевым поверхностям разделительных стенок и прогревают, подавая электроэнергию клеммами прямо к стенкам.

Тепловая обработка изделий осуществляется путём пропускания через тело бетона трехфазного электрического тока промышленной частоты. Электродами служат разделительные стенки кассеты. Вместо паровых отсеков добавляют формовочные, что увеличивает емкость кассеты.

Электропроводность бетона объясняется наличием в нем влаги с растворенными в ней оксидами минералов клинкера. По мере протекания реакций твердения бетона происходит уменьшение его влажности, что вызывает увеличение электрического сопротивления и соответственно уменьшение количества выделяемой в бетоне теплоты. Для поддержания требуемого температурного режима тепловлажностной обработки бетона производят регулирование подводимого к нему напряжения. С этой целью кассеты с электропрогревом снабжают многоступенчатыми трансформаторами с широким диапазоном регулирования напряжения.

Распалубку готовых изделий производят путём последовательного перемещения разделительных стенок кассетной формы. После распалубки форму чистят, смазывают и данный цикл повторяется.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Характеристика теплоносителя и его параметры В качестве источника тепла данной тепловой установки применяют электроэнергию промышленной частоты 50 гЦ.

2.2 Режим работы тепловой установки Режимом тепловлажностной обработки называют совокупность условий окружающей среды, то есть температура, влажность и давление, воздействующих на изделие в течение определённого времени и обуславливающих оптимальную для данного изделия скорость набора прочности. Теплофизические свойства бетона при тепловлажностной обработке изменяются в зависимости от условий окружающей среды. Чтобы не нарушать структуру бетона, необходимо назначить скорость подъёма и снижения давления так, чтобы строго соблюдался установленный для данного бетона режим тепловлажностной обработки.

Время полного цикла тепловлажностной обработки определяется по формуле:

фцикла= фТВО +фдоп ,

где фТВО — время ТВО изделий, час фТВО= ф1 +ф2+ ф3

где ф1 — Продолжительность подъёма температуры — 2 часа.

ф2 — Продолжительность изотермической выдержки — 3.5 часа.

ф3 -Охлаждение изделий — 0.5 часа.

фТВО=2+3,5+0,5=6

фдоп — дополнительное время на обслуживание установки, час фдоп= фрасп. +фчистки+ фсмазки +фсборки+фукладки+ фупл. +фзагл. ,

где фрасп. — время распалубки, час фчистки — время чистки отсеков, час фсмазки — время смазки отсеков, час фсборки — время сборки кассеты, час фукладки — время укладки бетонной смеси, час фупл. — время уплотнения бетонной смеси, час фзагл. — время заглаживания верхнего слоя бетона, час фдоп =0,5+0,5+0,5+0,5+0,8+0,2+0,5=3,5 часа фцикла =6+3,5=9,5 часов Согласно нормам принимаю двухсменный режим работы по 8 часов при пятидневной рабочей неделе. Количество выходных и праздничных дней — 100, количество дней на плановый ремонт — 12. Тогда годовой фонд рабочего времени: 365−100−12= 253 дня

2.3 Исходные данные Производительность цеха, тыс. м3/год — 12 000

Тип изделияВСпанели Габаритные размеры изделия, мм -5610×1804×140 мм Объём бетона в изделии (Vизд.), м3 1,42

Расход арматуры, (mа), кг/изделие — 42,11

Марка цемента, (R28) — 500

Масса изделия, кг-3550

Водоцементное отношение, (В/ц) — 0,507

Расход цемента, кг/м3 — 325

Расход песка, кг/м3−870

Расход щебня, кг/м3 — 1050

Расход воды, (В), кг/м3 — 165

Плотность бетона, ©, кг/м3 — 2245

Начальная температура бетона, (t1)оC — 25

Конечная (максимальная) температура нагрева бетона (t2)оC — 95

Источник тепла — электроэнергия

3 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчёт процесса горения топлива Расчет не производится, так как в качестве источника тепла применяется электроэнергия.

3.2 Конструктивный расчёт установки Конструктивный расчёт установки не производим, так как кассетная установка является унифицированным оборудованием. Для формования и тепловлажностной обработки внутренних стеновых панелей принимаем кассетную установку СМЖ-20.

Техническая характеристика:

Длина — 6090 мм Ширина — 6000 мм;

Высота — 3195 мм.

Количество одновременно формуемых изделий — 6шт.

Мощность электродвигателя — 9кВт.

Масса установки — 60тонн Число формовочных отсеков — 6шт.

Определяю количество кассетных установок обеспечивающих заданную производительность

х=Пгод.*фцикла/Т*24* Ек *Kи

где Пгод.-годовая производительность, м3/час

фцикла — время цикла, час

Т — количество рабочих суток, сут.

Kи — коэффициент использования календарного времени

Принимаем Kи=0,95

х=12 000*9,5/253*24*8,52*0,95=2,3

Для обеспечения заданной производительности принимаю 3 кассетные установки.

3.3 Тепловой расчёт установки

Задача теплового расчёта — определение расхода тепла и пара на тепловлажностную обработку бетонных и железобетонных изделий. Она решается — решением уравнения теплового баланса, который состоит из приходной и расходной части.

Тепловой баланс кассетной установки определяется на период её работы и полную загрузку бетона в кассету. По тепловому балансу определяется удельный расход тепла и пара на тепловлажностную обработку изделий.

Приход тепла, кДж/период с электроэнергией

Q1=NкДж

Где N — расход электроэнергии за период работы, кг. Величина неизвестная и определяется из уравнения теплового баланса;

от экзотермических реакций твердения цемента

Q2 = qэкз*МцкДж

где Мц — масса цемента в кассетной установке, кг

Мц=Ек*Ц

где Ц — расход цемента, кг/м3

Ек — ёмкость камеры, м3

Ек=Vизд*n

Где n — число формовочных отсеков в кассете

Vизд — объем изделия, м3

Ек=1,42*6=8,52 м³

Мц=8,52*325=2769 кг

где qэкз — удельная экзотермияцемента, кДж/кг.цем.

qэкз =(и · R28 · a /162 + и · 0,96)*v В/Ц,

гдеR28- марка бетона

ичисло градусо-часов тепловой обработки

и=0,5*(t1+t2)*ф1+t2* ф2, град.ч.,

где t1 — начальная температура нагрева изделий, оС

t2 — максимальная температура нагрева изделий, оС

ф1- время подъёма температуры, ч

ф2 — время изотермической выдержки, ч

и=0,5*(25+95)*2+95*3,5=452,5град.ч.,

если и?290, то а=0,32+0,002*и

и>290, то а=0,84+0,0002*и

а=0,84+0,0002*452,5=0,93

где В/Ц — водоцементное отношение,

В/Ц= 165/325 = 0,507

qэкз=(452,5*500*0,9305/162+0,96*452,5)*v0,507=(210 525,63/569,25)*0,712=263,31кДж/кг.цем

Q2 = 263,31*2769=729 110,48кДж

Всего приход тепла:

Qприх.=Q1+ Q2=N +729 110,48 кДж

Расход тепла, кДж/период на нагрев сухой массы бетона

Q1р= Сс. б*Мс.б*(t2-t1)кДж

где Мс. б — масса сухого бетона в кассетной установке, кг

Мб=Ек* с,

где с — объёмная плотность бетона, кг/м3

Мб= 8,52*2245=19 127,4

Сс.бтеплоёмкость бетона, кДж/кгК

Q1'=0,9*19 127,4(95−25)=1 205 026,2кДж

на испарение части воды затворения

Q2р=W*(2493+1,97*tcр)кДж

где 2493 — удельная теплота парообразования, кДж/кг

Wколичество испарённой влаги, кг

W=0,01* Мб=0,01*19 127,4=191,274 кг

tcр=0,5*(t2+t1)=0,5(95+25)=60оС

Q2'=191,274*(2493+1,97*60)=454 237,495кДж

на нагрев воды, оставшейся в изделиях

Q3р=Cв* (Мв-W)*(t2-t1)кДж

где Мв — масса воды затворения, кг

Мв = Ек*В,

гдеВ — расход воды, кг/м3

Мв =8,52*165=1405,8 кг

Cв — теплоёмкость воды, кДж/кгК

Q3'=4,19* (1405,8−191,274)*(95−25)=365 220,47кДж

на нагрев арматуры и закладных деталей

Q4р = Ма*Са*(t2-t1)кДж

где Ма — масса арматуры, кг

Ма=n*mа

Где mа — расход арматуры на одно изделие, кг

Ма=6*42,11=252,66кг

Са — теплоёмкость арматуры, кДж/кгК

Q4'=252,66*0,48*(95−25)=8489,38кДж

на нагрев кассетной установки

Q5р = Мк*Ск*(tк2-tк1)кДж

где Мк — масса кассетной установки, кг

Са — массовая теплоёмкость кассеты, кДж/кгК

tк2 — температура кассеты в период изотермической выдержки, оС

tк1 — начальная температура кассетной установки, оС

Q5' =60 000*0,48(50−25)=720 000 кДж

потери тепла во внешнюю среду ограждениями

Потери тепла во внешнюю среду ограждениями кассетной установки по литературным данным составляют до 25% от общего прихода тепла

Q6' =0,25(N +729 110,48)=0,25N+182 277.62кДж

неучтённые потери тепла

Неучтенные потери тепла составляют до 10% от прихода тепла

Q7' = 0,1*Qприх кДж

Q7'=0,1*(N+729 110,48)=0,1N+72 911,048кДж

Всего расход тепла:

Qрасх. = Q1' + Q2'+ Q3' + Q4' + Q5' + Q6' + Q7'

Qрасх.=1 205 026,2+454 237,495+356 220,47+8489,38+720 000+0,25N+182 277,62+0,1N+72 911,048=0,35N+2 999 162,213кДж

Уравнивание теплового баланса:

Qприх = Qрасх

N+729 110,48=0,35N+2 999 162,213

N-0,35N=2 999 162,213−729 110,48

0,65N=2 270 051,73

N=3 492 387,27кДж

Для проверки теплового баланса составляю таблицу1.

Таблица 1

Невязка баланса

Н=(Б-М/Б)*100%=((4 221 497,75−4 221 497,75)/4 221 497,75)*100%=0%

Расчёт произведён верно

Затем рассчитываю удельный расход электроэнергии

Nуд. = N/ 3600*ЕккВт*ч/м3

Nуд. =3 492 387,27/3600*8,52=113,86 кВт*ч/м3

что эквивалентно

dн.п. = Nуд.*3600/2676кг/м3

где 2676 — энтальпия нормального пара, кДж/кг

dн.п. =11,86*3600/2676=153,174кг/м3

Годовой расход электроэнергии составит

Nгод.=Nуд.*РгодкВт*ч

Nгод =113,86*12 000=1366320 кВт*ч

Дгод=dн.п*Ргод кг

Дгод=153,174*12 000*=1 838 088 кг

Суточный расход составит

Nсут. =Nгод/Т кВт*ч

Nсут. =1 366 320/253=5400,47кВт*ч

Дсут. =Дгод /Т кг

Дсут. =1 838 088/253=7265,17кг

Часовой расход составит

Nчас= Nгод /Т*24 кВт*ч

Nчас=1 366 320/253*24=225,02 кВт*ч

Дчас=Дгод/Т*24 кг

Дчас=1 838 088/253*24=302,72кг*ч

Данные расхода сводим в таблицу 2

Таблица 2

4 ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ

Во время электропрогрева бетона в кассете обслуживающий персонал не должен соприкасаться с токоведущими частями электрооборудования и конструкциями, находящимися под напряжением.

Каждая кассета ограждается. В опасных местах вывешиваются предупредительные плакаты «Опасно — ток включен!» На пульте управления при включении напряжения на кассету появляется световое табло с аналогичной надписью, а на четырех углах ограждения каждой кассеты загораются красные мигающие лампы. Вся световая сигнализация включается одновременно включением напряжения на кассету.

Случайное открывание дверей ограждения трансформаторной подстанции, распределительного щита сопровождается звуковым и световым сигналами, а также блокируется конечными выключателями. Два крайних щита с утеплительными секциями, все металлоконструкции кассеты, трансформатор корпуса силовых щитов управления и другое электрооборудование должны быть надежно заземлены. Сечение токопровода, соединяющего нулевую клемму силового трансформатора с электродами — разделительными стенками кассеты, должно быть не менее 50% сечения основных проводов, питающих прогреваемые изделия. Общее электрическое сопротивление токопровода, соединяющего установку с заземляющим контуром, должно быть не более 0,02 Ом.

Допускается одновременное подключение двух кассетных установок, если потребляемая ими мощность не будет превышать установочной мощности трансформатора. Опыт работы на заводах КПД показал, что кассетные установки можно включать так, чтобы завершение разогрева бетона в одной кассете частично (на 0,5—1 ч) совпадало с началом разогрева в другой.

5 ЛИТЕРАТУРА

1.Гершберг О. А. Технология бетонных и железобетонных изделий, Москва «Стройиздат», 1971 г.

2.Вознесенский А. А. Тепловые установки в производстве стройматериалов и изделий, Москва «Стройиздат», 1964 г.

3. Зильберберг С. Д. Электропрогрев бетона в кассетных установках, Москва «Стройиздат», 1967 г.

4.Казакова О. С., Казаков П. В. Охрана труда и противопожарная безопасность на предприятиях ЖБИ, Москва «Высшая школа» 1980 г.

5.Константопуло Г. С. Механическое оборудование заводов железобетонных изделий и теплоизоляционных материалов, Москва «Высшая школа», 1988 г.

6. Никифорова Н. М. Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов, Москва «Высшая школа», 1974 г.

7.Никифорова Н. М. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий, Москва «Высшая школа», 1981 г.

8.Сизов В. Н. Технология бетонных и железобетонных изделий, Москва «Высшая школа», 1972 г.

9.Справочник по производству сборных железобетонных изделий под редакцией Скрамтаева Б. Г. и Балатьева П. К., Москва «Стройиздат», 1965 г.