Расчет, конструирование и составление теплового баланса установок для тепловой обработки строительных материалов и изделий

Министерство  образования Республики Беларусь

 

Белорусский национальный технический университет

 

 

Факультет строительный

 

Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

по дисциплине: «Теплотехника и теплотехническое оборудование»

 

Тема: «Расчет, конструирование  и составление теплового баланса  установок для тепловой обработки  строительных материалов и изделий»

 

 

 

 

 

                               

                                       

                                                  ^{Исполнитель: студент гр. 112213}

                                                                                    ^{Каленкович И.В.} 

 

                                                  ^{Руководитель проекта:}

                                                                                  ^{К.т.н., доцент}

                                                                                  ^{Орлович А.И.}

 

                                  ^{Минск 2006}

                                             ^{Содержание:}

Введение………………………………………………………………………………4

1. Краткое описание технологического процесса…………………….………….5

2.   Характеристика изделия и формы……………………………………………...6

3.   Состав бетонной смеси…………………………………………….....................7

4.   Выбор и обоснование режима тепловой обработки…………………………..8

5.   Определение требуемого количества тепловых агрегатов…………………..13

6.   Составление и расчет уравнения теплового баланса установки….................14

7.   Определение часовых и удельных расходов теплоты и теплоносителя по периодам тепловой обработки……………………………………………………..19

8. Составление схемы подачи теплоносителя, построение циклограммы работы ТУ и расчет тепловых нагрузок и параметров сети………………………………20

9. Предложения по экономии энергоресурсов и повышения качества изделий………………………………………………………………………………22

10. Мероприятия по технике безопасности, охране труда и противопожарной технике…………………………………………...………………………………….23

11. Перечень использованной литературы………………………………………..24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Введение

       Производство сборного железобетона требует всемерной интенсификации технологических процессов, в частности, сокращения длительности и энергоёмкости тепловой обработки.

Сроки твердения  бетона в конструкциях и изделиях при применении тепловой обработки  существенно сокращаются по сравнению с твердением в обычных температурных условиях, однако, намного превышают длительность остальных операций по изготовлению железобетонных изделий. В общем цикле производства тепловая обработка составляет по времени 80…85 %, а её стоимость- значительную часть от общей стоимости изделий и конструкций. 

Для осуществления  тепловой обработки применяют различные  установки, выбор которых обуславливается  их свойствами и показателями, например, применение термоформ позволяет уменьшить долю непроизводительных расходов теплоты на прогрев свободного пространства и ограждений тепловых установок, а теплоизоляция термоформ уменьшает потери теплоты в окружающую среду.

Широкое распространение  получили плоские термоформы: вертикальные, применяемые в кассетных установках, и горизонтальные – в пакетировщиках.

В настоящем курсовом проекте рассмотрен процесс производства плит аэродромного покрытия, тепловая обработка которых производится в горизонтальной термоформе (пакетировщике).

Назначение режимов тепловой обработки произведено на основании нормативной литературы с учетом вида и класса бетона, активности цемента, толщины изделия, способа подъема теплоты и других факторов. Для проверки режима произведен расчет температур изделия на протяжении всего процесса тепловой обработки.

Теплотехнический расчет установки  основан на физических процессах  и представляет собой расчет теплового  баланса. Баланс состоит из расходной и приходной частей и наиболее полно отражает происходящие в установке явления теплообмена.

На основании всех расчетов спроектированы тепловые сети и технологические линии по производству изделий с учетом заданных условий производства и проектной мощности. Описаны мероприятия по технике безопасности, охране труда, противопожарной технике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Краткое описание технологического процесса

 

Для изготовления плит аэродромного покрытия применяются термоформы.

Технология изготовления данного изделия включает в себя следующие стадии:

1. Смазка форм;

2. Укладка арматурного каркаса и сборка формы;

3. Подача бетонной смеси из бетоноукладчика в  форму;

4. Уплотнение бетонной  смеси;

5. Транспортирование формы с помощью гидродомкратов;

6. Тепловая обработка изделия по заданному режиму;

7. Подача изделия на пост распалубки;

8. Извлечение плиты из формы;

9. Освидетельствование и приемка ОТК;

10.Передача изделия на склад.

При  тепловой обработке  в горизонтальных формах достигается  большая равномерность прогрева изделий. В термоформах  железобетонных плит из тяжелых бетонов температуру рекомендуется поднимать в течении 2–3 ч, изотермическую выдержку производить при 85–95 °С в течении 3 -5 ч. После отключения пара идет естественное или принудительное охлаждение изделий в форме до установленной температуры в течении 2-4 ч. Из горизонтальных перемещаемых термоформ собирают пакеты для тепловой обработки крупнопанельных конструкций. Термоформы, имеющие паровые рубашки, укладываются по 6-7 шт., образуя пакет высотой 1,5-2 м. В верхней форме пакета равномерный прогрев изделий достигается применением термокрышки.

При тепловой обработке в пакете создаются рациональные параметры греющей среды для каждого изделия; имеется необходимое избыточное давление с начала прогрева бетона, поддерживается  возрастающая относительная влажность среды (50-60% на стадии разогрева и 90-95% при изотермическом прогреве бетона). Образование избыточного давления является  результатом расширения паровоздушной смеси в замкнутом объеме.

При тепловой обработке  изделий в пакетах повышается прочность бетона на 20 – 25 % по сравнению с тепловой обработкой при атмосферном давлении и улучшаются другие свойства изделий.     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       2. Характеристика изделия и формы

 

В данном курсовом проекте  в качестве строительного изделия  принята плита аэродромного покрытия 6000х2000х140. Такие плиты изготавливаются в соответствии с ГОСТ 25912.0-83 – ГОСТ 25912.3-83 «Плиты железобетонные предварительно напряженные для аэродромных покрытий» и согласно стандарта имеют обозначение 1ПАГ-14.

Плиты должны быть прочными, трещиностойкими и стойкими к истиранию, при испытании их нагружением выдерживать контрольные нагрузки. Плиты следует изготавливать из тяжелого бетона марки по прочности на растяжение при изгибе Pu 45 и класса по прочности на сжатие В25.

 

Типоразмер  плиты	Размеры плиты, мм			Vпл, м3	Масса, кг
	Длина	Ширина	Высота
1ПАГ-14	6000	2000	140	1,68	4205,39

 

Термическую обработку  плит аэродромных покрытий производят в термо-формах. Схематически плита изображена на рис.1.

Размеры термоформы, мм			Масса, кг
Длина	Ширина	Высота
6160	2160	340	2699,42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.

       3. Состав бетонной смеси

 

Согласно ГОСТ 25912.0-83 – ГОСТ 25912.3-83 «Плиты железобетонные предварительно напряженные для аэродромных покрытий», плиты следует изготавливать из тяжелого бетона марки по прочности на растяжение при изгибе Pu 45 и класса по прочности на сжатие В25,  для приготовления бетонной смеси следует применять портландцемент (без добавок) по ГОСТ 10178-76 М400 и М500.

 

Для обеспечения данного  требования применяется бетонная смесь БСГТ П1 В25 F150 W4, приготовленная из следующих компонентов (на 1 м³ смеси):

 

1. Цемент марки М500                                                             -   430 кг

 

2. Песок   r_п=2630 кг/м3                                                         -   650 кг

 

3. Щебень гранитный   r_щ=2670 кг/м³                                  -   1200 кг

 

        4. Вода                                                                                     -    180 кг

 

Плотность бетонной смеси r_бс=2460 кг/м³

Для производства плиты  требуется на 1 м³ бетона: 43,21 кг стали для каркаса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        4. Выбор и обоснование режима тепловой обработки

 

Для производства изделия  назначим следующий тепловой режим:

 

1. Предварительная выдержка:                           3 часа;

2. Подъем температуры:                                       3 часа;

3. Изотермическая выдержка:                              3часа;

4. Время охлаждения:                                           3 часа;

    Итого:                                                                12 часов.

 

Для расчета температур воспользуемся критериальными зависимостями  теплопроводности при нестационарных условиях теплопередачи. Бетон рассматриваем как инертное тело без учета теплоты, выделяющейся при гидратации цемента.

Качественную характеристику скорости изменения температуры тела при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:

,  где

t - продолжительность нагрева (охлаждения), ч;

R- определяющий размер изделия, м;

a- коэффициент температуропроводности, м²/ч;

, где

l- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС), для тяжелого бетона l=2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность бетона, кг/м³,

с- теплоемкость материала, кДж/(кг ºС),

 

, кДж/(кг ºС),

где

с_{ц,п,щ,в,м}- массовые теплоемкости цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кДж/(кг ºС),

G_{ц,п,щ,в,м} – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

 

	цемент	песок	щебень	вода	сталь
с, кДж/(кг ºС)	0,84	0,84	0,89	4,19	0,48
G кг.	430	650	1200	180	43,21

 

 

 кДж/(кг ºС),

 

По формуле:

 м²/ч

 

По формуле с учетом R=0,07м. и τ=1,0 ч. имеем:

 

Зависимость скорости распространения  теплоты в изделии от интенсивности внешнего теплообмена учитываем критериальным комплексом Био:

,  где

α- коэффициент теплоотдачи  от среды к поверхности обрабатываемого  изделия Вт/(м² ºС);

для α₁=110, α₂=100, α₃=90, α₄=80 имеем следующие значения Bi:

 

;    ;   ;       

 

.

 

При расчете температуры  материала в точке х используется критериальная зависимость типа:

 

,  где

 

Q- безразмерная температура;

t_с- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

t_н- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности  равна:

 

 

Температура в центре изделия: