Проектирование туннельной камеры для тепловой обработки внутренних стеновых панелей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального обучения ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «ТГВ»

Пояснительная записка к курсовому проекту на тему:

«Проектирование туннельной камеры для тепловой обработки внутренних стеновых панелей»

Специальность: «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

Дисциплина: «Теплотехника и теплотехническое оборудование»

Тюмень, 2012

• Введение
• 1. Характеристика выпускаемых изделий
• 2. Расчет производственной программы
• 3. Технология производства изделий
• 4. Описание процессов, происходящих при тепловой обработке изделий
• 5. Выбор и обоснование способа тепловой обработки и теплоносителя, режима тепловой обработки и установки
• 6. Описание конструктивных особенностей принятой тепловой установки и принципов организации ее теплоснабжения
• 7. Расчет туннельной камеры
• 7.1 Конструктивный расчет
• 7.2 Теплотехнический расчет
• 7.3 Аэродинамический расчет
• 8. Техника безопасности при обслуживании тепловой установки
• 9. Технико-экономические показатели тепловой установки
• Список использованной литературы

Введение

Одним из важнейших резервов увеличения производства железобетонных изделий является совершенствование процесса тепловой обработки, который, как известно, занимает 70−80% времени всего цикла их изготовления. Известно, так же, что тепловая обработка, как правило, в той или иной степени снижает показатели физико-механических свойств бетона по сравнению с достигаемыми при его твердении в условиях нормальной температуры во влажной среде, и снижает их в тем большей степени, чем интенсивнее режимы тепловой обработки. Это особенно заметно отражается на морозостойкости бетона. Качество и долговечность бетонных и железобетонных изделий и конструкции, прошедших тепловую обработку пропариванием, в значительной степени зависит от того, насколько в таких условиях удается сохранить ненарушенной структуру и достигнутую в процессе формования плотность бетона.

На заводах сборного железобетона применяются различные установки ускоренного твердения бетона. В условиях стендового и агрегатно-поточного способа производства применяют установки периодического действия — ямные камеры, кассеты, автоклавы, термоформы. При конвейерном способе производства используют установки непрерывного действия — туннельные или щелевые камеры различных типов, а также вертикальные камеры и пакетировщики. Повышение эффективности работы этих установок является важнейшим мероприятием по увеличению выпуска продукции.

Немаловажное значение имеет также сокращение удельных расходов тепла на тепловую обработку бетона. Большие удельные расходы тепла вызывают на многих предприятиях перебои в работе, особенно в зимнее время.

В качестве теплоносителей при тепловой обработке бетона применяются пар, электрическая энергия и продукты сгорания природного газа.

1. Характеристика выпускаемого изделия

џ Вид изделия: Стеновая панель П1−2 для внутренних стен (ГОСТ 12 504−80);

џ Размеры, мм — 4010 Ч 2760 Ч 200 ;

џ Объем изделия — 2,13 м³ ;

џ Масса изделия — 5330 кг ;

џ Плотность бетона — 2500 кг/м³;

џ Класс бетона — В25;

џ Расход материалов на 1 м³ бетона: Ц=430кг, В=200 л, А=64,41 кг.;

2. Расчет производственной программы Для расчета производственной программы определяем режим работы предприятия.

· Номинальное количество рабочих суток в году — 365;

· Номинальное количество рабочих суток по выгрузке сырья и материалов с ж/д транспорта — 365

· Количество рабочих смен для ТО — 2;

· Количество рабочих смен по приему сырья и материалов ж/д. — 3;

· Продолжительность рабочей смены — 8 ч;

· Расчетное количество рабочих суток — 249 (согласно ОНТП 7−80).

Производственная программа приведена в таблице 1

Таблица 1. Производственная программа по выпуску строительных изделий

3. Технология производства изделий В данной работе, для производства внутренних стеновых панелей предусмотрена конвейерная технология производства, которая включает в себя 5 технологических зон (рис.1): А — зона хранения сырья; В — зона приготовления бетона; С — зона изготовления арматурных элементов; D — зона формования и обработки изделий; Е — зона хранения и выдачи изделий.

Заполнители поступают ж/д транспортом и после разгрузки (1) поступают в приемные бункеры (2). Далее, пройдя, через аккумулирующие бункера (3), по транспортной галерее (4) транспортируются в бункеры хранения и дозирования материалов (5). Цемент, также поступает ж/д транспортом к разгрузочному посту (8), откуда, после разгрузки цемента из вагонов в специальные бункера, пневмотранспортом перекачивается в силосы для цемента (7). Далее, цемент, также с помощью сжатого воздуха, транспортируется в бункердозатор (5). Потом все компоненты дозируются в бетоносмеситель (6), где происходит приготовление бетонной смеси.

Параллельно с приготовлением бетонной смеси проводится распалубка ранее отформованных изделий (17), с помощью передаточной тележки пустые формы попадают на пост очистки форм (15), далее на пост смазки (14), в форму укладываются арматурный каркас (13), и только после этого происходит формование изделий (12). Следующий этап, доводка изделий (11) и укладка термоизоляционного слоя, после которого формывагонетки попадают в туннельную камеры для термической обработки (9).

После прохождения ТВО проводится частичная распалубка (19), изделие поступает на пост контроля качества (18) и потом проводится уже окончательна распалубка, после чего изделие поступает на СГП.

Рис. 1. Технологическая схема изготовления внутренних стеновых панелей конвейерным методом: А — зона хранения сырья; В — зона приготовления бетона; С — зона изготовления арматурных элементов; D — зона формования и обработки изделий; Е — зона хранения и выдачи изделий; 1 — пост разгрузки инертных; 2 — приемные бункеры; 3 — аккумулирующие бункеры; 4 — транспортная галерея; 5 — бункеры хранения материалов; 6 — смесительное отделение; 7 — силосы для цемента; 8 — разгрузка цемента; 9 — камеры тепловой обработки; 10 — пост укладки термоизоляционного слоя; 11 — пост доводки изделий; 12 — пост формования изделий; 13 — пост армирования; 14 — смазка форм; 15 — очистка форм; 16 — передаточная тележка; 17 — пост распалубки; 18 — пост контроля; 19 — частичная распалубка изделий.

4. Описание процессов, происходящих при тепловой обработке изделий Пропаривание бетона значительно ускоряет физико-химические процессы твердения, что позволяет в короткий срок получить бетоны требуемой прочности. В то же время при пропаривании возникают деструктивные процессы, которые повышают пористость и понижают физико-механические свойства бетона. Структурные нарушения в бетоне могут возникать в периоды подъема и понижения температуры. Для их устранения необходимо применение предварительного выдерживания бетона, рациональных скоростей подъема и снижения температуры; использование горячих бетонных смесей, предварительно разогретых паром или электрическим током.

5. Выбор и обоснование тепловой установки и теплоносителя, режима тепловой обработки Заводы по производству сборного железобетона, работающие по конвейерной технологической схеме производства, оснащают тепловыми установками непрерывного действия. Наиболее широко применяют туннельные и щелевые камеры.

Преимущества горизонтальных камер туннельного типа: возможность механизации и автоматизации тепловой обработки изделий; пониженный расход тепла, вследствие однократного нагрева ограждающих конструкций и использования тепла охлаждающихся изделий; высокий коэффициент использования оборудования.

Однако туннельные камеры дороги и занимают большие производственные площади.

Прогрев в продуктах сгорания природного газа наиболее целесообразен для ускоренного твердения изделий из железобетона. Расход энергии при этом на 20−25% ниже, чем при пропаривании. Сущность способа заключается в прогреве изделий в камерах непосредственно продуктами сгорания природного газа, сжигаемого в специальных теплогенераторах ТОК-1 и ТОК-2, установленных у камер тепловой обработки. Особенность способа — применение принудительной рециркуляции теплоносителя. Расход тепла на тепловую обработку составляет 90−120 Мкал на 1 м³ бетона.

При выборе режима тепловой обработки необходимо исходить из требований обеспечения максимального сокращения продолжительности оборота установки, с одной стороны, и выполнения требований по качеству продукции — с другой. Оптимальные режимы тепловой обработки изделий зависят от способа подведения теплоты, применяемых цементов, требуемой прочности бетона, вида заполнителя, толщины изделия.

Режим тепловой обработки внутренних стеновых панелей из тяжелого бетона определяется при заданной толщине 200 мм, а также исходя из класса бетона В25. Для данного вида изделия назначается ТО при температуре 80С с режимом 9(3+4+2) часов. График режима тепловой обработки представлен на рисунке 2.

Рис. 2. График режима тепловой обработки

6. Описание конструктивных особенностей принятой тепловой установки и принципов организации ее теплоснабжения Туннельные камеры горизонтального типа представляют собой туннель, где непрерывно или периодически (импульсами) передвигаются вагонетки с изделиями, которые загружаются подъемниками с одного торца, а выгружаются снижателями с противоположного. Подъемники оборудованы толкателями для подачи вагонеток в камеру, перемещения их по камере и выдачи на снижатель.

Ограждения камер выполняют из кирпича и железобетона. Торцы закрывают гибкими шторами: брезентовыми, резиновыми и др. По конструктивному расчету принимаем трехъярусную туннельную камеру непрерывного действия, разработанную в НИИ железобетона (Рис. 2). Длина ее 127,5; ширина 5,5; высота 3,3 м. По длине камера разделена тепловыми воздушными завесами на три зоны: зону подогрева, изотермического прогрева и охлаждения.

Помимо самой камеры, в установку для тепловой обработки изделий продуктами сгорания природного газа входят несколько теплогенераторов, система рециркуляции, газоснабжения, вентиляции и автоматического регулирования.

Теплогенератор состоит из двух труб, расположенных горизонтально одна под другой и соединенных между собой двумя патрубками. Верхняя труба является камерой сгорания и футеруется изнутри шамотной массой. Один торец камеры сгорания закрыт футерованной крышкой, во фланец другого встроена инжекторная газовая горелка. Нижняя труба с одной стороны соединена газоходом с камерой тепловой обработки, с другой — через переходники с рециркуляционным вентилятором. Один патрубок переходника — инжектор, выполненный в виде колена, соединяющего нижнюю трубу с камерой сгорания. В другом патрубке установлена заслонка для изменения разряжения в камере сгорания. Рециркуляционный вентилятор всасывающим патрубком соединяется с туннельной камерой, забирает из нее воздух при работе установки и подает в нижнюю трубу теплогенератора. Продукты сгорания смешиваются в топочной камере с рециркуляционным воздухом, при этом температура смеси может достичь 500єС. Смесь поступает к инжектору, в котором смешивается с основным потоком воздуха, идущим от вентилятора.

Система рециркуляции состоит из рециркуляционного вентилятора, теплогенератора с инжектором и системы труб и патрубков, соединенных между собой.

Система вентиляции состоит из вытяжного отверстия, шибера, вентилятора и дымовой трубы. За счет работы вентиляционной системы в тепловой установке должно обеспечиваться разряжение в пределах 5−15 Па.

Для тепловой обработки железобетона продуктами сгорания природного газа в тепловых установках применяют теплогенераторы ТОК-1 и ТОБ-2. Их характеристика приведена в табл.2.

Таблица 2. Характеристика теплогенераторов

При тепловой обработке продуктами сгорания природного газа с помощью дистанционных регистрирующих или показывающих приборов контролируют температурный режим (термопарами или термометрами), относительную влажность циркулирующих продуктов сгорания (сухой и мокрой термопарами по гигрометрической таблице), разрежение в камере (микроманометрами или тягонапоромерами).

Автоматика безопасности должна обеспечивать отключение подачи газа при одновременной подаче звуковой и световой сигнализации при погасании факела, уменьшении разряжения ниже минимально допустимого.

Принципиальная схема подключения теплогенератора к туннельной камере показана на рис. 3.

тепловой обработка туннельный камера Рис. 3. Схемы оборудования туннельных камер:

а — тремя теплогенераторами; б — двумя теплогенераторами; 1 — туннельная камера; 2 — теплогенератор; 3 — рециркуляционный воздуховод; 4 — вытяжной стояк; 5 — направление движения продуктов сгорания природного газа; 6 — направление движения форм-вагонеток с изделиями; 7 — патрубки с заслонками; 8 — вытяжная труба; 9 — форма-тележка; 10 — вытяжной винтилятор.

7. Расчет туннельной камеры Итак, в данном курсовом проекте нужно спроектировать установку для тепловой обработки железобетонных изделий для завода производительностью 80 тыс. м³ бетона в год. Исходные данные: внутренние стеновые панели размером 4,01Ч2,76Ч0,2 м. Плотность бетона 2500 кг/м³, удельная теплоемкость бетона — 0,9 кДж/(кгЧК), влажность 6%. Бетон класса В25. Расход компонентов на 1 м³: цемент — 430 кг, вода — 200 л, щебень — 1218 кг, песок — 553 кг. Режим тепловой обработки: подъем температуры до 358 К (85°С) — 3ч, изотермическая выдержка — 4ч, охлаждение — 2ч. Расход арматуры на 1 м³ — 64,4 кг. Размеры формы-вагонетки — 6,8Ч3,76Ч0,36 м. Масса вагонетки — 2,5 т, удельная теплоемкость стали — 0,48 кДж/(кгЧК). Средняя температура наружной поверхности формы-вагонетки — 313 К (40°С), температура воздуха в цехе 293 К (20°С).

7.1 Конструктивный расчет Режим рабочего времени принимаем согласно ОНТП 7−80: 262 — 13 = =249 рабочих суток и 3984 рабочих часов. Часовая производительность 80 000:3984 = 20,08 м³ бетона в 1ч. Объем одного изделия 4,01Ч2,76Ч0,2 = =2,21 м³. Производительность завода G_ч = 20,08/2,21 = 9 шт/ч.

Масса одного изделия

М = 5330 кг.

Часовая производительность по массе П_ч = 20,08Ч2500 = 50 200 кг/ч Для тепловой обработки изделий принимаем горизонтальную туннельную камеру непрерывного действия.

Количество форм-вагонеток, одновременно находящихся в установке при ритме конвейера ф_р = 12 мин.

m = z · 60/ф_р +2,

где: z — полное время тепловой обработки, ч; ф_р -ритм конвейера, мин; 2 — количество вагонеток, загружаемых и выходящих из камеры.

m = 9*60/12+2 = 47 шт.,

Длина камеры

L = ml,

где: l — длина формы-вагонетки, м.

L=47*6,8 = 320 м.

К установке принимают трехъярусную туннельную камеру непрерывного действия 127,5 м.

Общая длина трех ярусов составит

l_общ = 127,5*3 = 382,5 м.

Для обеспечения заданной производительности необходимо установить 320/382,5? 1 установку.

7.2 Теплотехнический расчет Составляем баланс теплоты на 1 ч работы установки для определения расхода газа.

Приход теплоты, кДж/ч:

1. Количество теплоты, поступившее в установку с газом

где: — расход газа, кг/ч; - низшая теплотворная способность природного газа; - кпд природного газа.

Всего приход теплоты:

Расход и потери теплоты, кДж/ч:

Одним из преимуществ тепловых установок непрерывного действия является однократный нагрев ее ограждающих конструкций в начале работы, поэтому, чтобы учесть расход тепла на нагрев ограждающих конструкций нужно учесть потери тепла через них.

Длину зоны нагрева и зоны изотермической выдержки определяем с учетом длины и количества форм-вагонеток в ярусе. В одном ярусе находится 47/9?5 вагонеток длиной 6,8 м. Тогда l = 6,8*5 = 34 м. Ширина камеры принимается с учетом ширины формы-вагонетки b = 3,76+2*0,4=4,56 м и расстояния от оси рельсов до стенки камеры 0,3−0,4 м, высота яруса — с учетом высоты формы-вагонетки составляет 0,85 м. Общая высота камеры H = 0,85*3 = 2,55 м. Тогда площадь поверхности ограждений, через которые уходит теплота

F = 2*34*2,55+2*4,56*34 = 483,48 м²

Суммарный коэффициент теплоотдачи 11,16 Вт/(м*К) тогда

Уравнение теплового баланса

кг/ч, Чтобы определить расход газа в м³ поделим полученный расход на плотность газа, равную 0,8 кг/м³

= 254,75 м³/ч, Удельный расход теплоносителя на 1 м³ готовой продукции

q = 254,75/20,08 = 12,7 м³/м³,

Теперь, подставим в формулу, и получим количество теплоты, поступающее в установку с теплоносителем Таблица 3. Сводная таблица теплового баланса туннельной камеры

7.3 Аэродинамический расчет Целью аэродинамического расчёта является подбор диаметра трубы для прохождения теплоносителя. Основным уравнением, используемым для проведения аэродинамического расчёта является уравнение неразрывности струи:

Требуемый диаметр трубы определяется по следующей формуле:

где:

G — часовой расход теплоносителя, кг/ч;

w — скорость движения теплоносителя, м/с;

с — плотность теплоносителя, кг/м³;

Диаметр трубы для подвода теплоносителя составляет 7 см.

8. Техника безопасности при обслуживании тепловой установки Общие требования пожарной безопасности должны соответствовать требованиям СНиП II-2−80 «Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений».

На участке тепловой обработки железобетонных изделий должны предусматриваться мероприятия, исключающие паровыделения и сброс продуктов сгорания природного газа в воздух рабочий зоны, в частности, герметизацию камер сгорания, поддержание в них разрежения, устройство вытяжной вентиляции с удалением вредных веществ в атмосферу. В цехах, где находятся тепловлажностные установки, обязательно устанавливают приточно-вытяжную вентиляцию.

Установки, имеющие передаточные тележки, толкатели, снижатели, подъёмники, для безопасности работы оборудуются блокировкой движения, синхронизированной с открытием проёмов, механических штор.

Температура нагретых поверхностей оборудования и ограждений камер тепловой обработки на рабочих местах не должна превышать 35 °C. Управление формовочным оборудованием должно быть дистанционным с размещением пультов управления в непосредственной близости к постам формования в звукопоглощающих кабинах.

9. Технико-экономические показатели тепловой установки Таблица 4. Технико-экономические показатели тепловой установки

1. Марьямов Н. В. Тепловая обработка изделий на заводах сборного железобетона. / Н. В. Марьямов. — М.: Стройиздат, 1970. — 266 с.

2. ГОСТ 12 504–80. Панели стеновые внутренние бетонные и железобетонные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия/ Госстрой СССР. — М.: Госстрой России, 1980.

3. Кокшарев В. Н. Тепловые установки / В. Н. Кокшарев. — М.: Высшая школа, 1990. — 346 с.

4. Перегудов В. В. Тепловые процессы и установки / В. В. Перегудов, М. И. Роговой. — М.: Стройиздат, 1983. — 415 с.

5. Общесоюзные нормы технологического проетирования предприятий сборного железобетона (ОНТП-07−85) Минстройматеалов СССР. — М.: Стройиздат, 1986. — 32с.

6. Н. Ф. Почапский, В. Т. Пономаренко, В. Н. Левченко, Н. Н. Фирсов. Расчет и конструирование тепловых установок /- К.:УМК ВО, 1989.-188с.

7. Кучеренко А. А. Тепловые установки заводов сборного железобетона. Проектирование и примеры расчета / А. А. Кучеренко. — К.: Вища Школа, 1977. 280 с.