Термоформа для тепловой обработки мостовых балок, Пр=40 тыс м3 /год

Где П_щ – пустотность щебня

       - насыпная плотность щебня

      - плотность щебня в куске

6. Определяем расход песка

П = (1000 – - - ) × ρ_п = (1000 – 129 – 222 – 464) × 1,53 = 467 кг/м³

7. Определяем плотность  бетонной смеси

ρ_б.см = Ц + П + Щ + В = 402 + 467 + 1299 + 222 = 2390 кг/м³

 

Количество изделий – 2 ед.

Число установок: [5]

;

Где N₀ – годовая производительность цеха, (N₀=40000 м³)

- продолжительность  цикла работы установки;

=

=13+1+0,5+1,5=16 ч

 - время формования, выгрузки изделия, время подготовки формы (смазка, сборка и т.д)

=2*15,79=31,58 м³ суммарный объем бетона одновременно обрабатываемого в одной термоформе (м³)

М – число рабочих дней в году м=260-7=253 дн

Z – продолжительность рабочей смены Z= 8 ч,

К – число смен в сутки (к=3)

Если N>5, то резерв 1-2 шт.

 

Требуемое количество термоформ составляет 4 шт, резерв не нужен.

Режим работы технологической линии  R:

 

 

Расчетный ритм можно принять равным 96 мин.;

Рассчитаем темп потока:

 формовки в час;

Производство одного короткого  стенда:

-суточная 

 

-годовая П_г=П_с*Т_ф

П_г=47,37*253=11984,61 м³;

-годовая всех стендов: П_о=П_г*N_к

П_о=11984,61*4=47938,44 м³;

-смена: ;

Рисунок 3 – Схема расположения изделий в термоформах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Теплотехнический расчет термоформы
1. Исходные данные для теплотехнического расчета

Габариты установки  выбирают по габаритам пропариваемых изделий

Длина – 18000 мм,

Ширина – 1400 мм,

Высота  – 1230 мм.

1. Размеры формы с изделием:

Длина формы

L_ф = L_и+0,1= 18+0,1=18,1 м,

где l_и- длина изделия,

Ширина формы

B_ф = B_и+0,1=1,41 м,

b_ф – ширина изделия;

Высота формы

H_ф = H_и+H_под=1,23+0,2= 1,43 м,

В целях экономии энергозатрат предусмотрено в одной термоформе располагать 2 изделия по ширине, то ширина формы с учетом тепловой рубашки будет составлять

L_ф= 3,02 м;

Принимаем, что вся термоформа состоит из стальных пластин толщиной 5 см, утепленных минеральной ватой толщиной 100 мм с коэффициентом теплопроводности λ=  0,055 Вт/м*К с боковых сторон, а открытый вверх термоформы утеплим ПВХ толщиной 60 мм, с коэффициентом теплопроводности λ=0,19 Вт/м*К [6]

Ширина термоформы тогда принимаем равной:

B_ф=3,02м.

Высота термоформы:

H_ф=1,49 м.

Таким образом габаритные размеры термоформы – 18,1х3,02х1,49

2. Площадь изолированной поверхности термоформы, м²

F₁=2* L_ф* H_ф=53,94 м²

3. Площадь верхней изолированной поверхности:

F₂=L*B=54,66 м²

4. Площадь боковой неизолированной поверхности:

F₃=2*(B*H)=8,99 м²

5. Площадь нижней неизолированной части термоформы, м²

F₄=L*B=54,66 м²

6. Коэффициент теплопередачи К₁, Вт/м²*К, для боковой изолированной поверхности на стадии подъема температуры:

а) коэффициент  теплопередачи конвекцией ά_к¹, Вт/м²*К

ά_к¹=2,2*=3,3 Вт/м²*К

б) коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием ά_л¹, Вт/м²*К, для боковой изолированной поверхности:

 

С- коэффициент излучения поверхности,

 

t_c- температура изотермической выдержки, t_c=85⁰С

7. Коэффициент теплопередачи К₂, Вт/ м²*К, для верхней изолированной поверхности определяется:

а) коэффициент  теплоотдачи конвекцией, ά_к² , Вт/ м²*К, для этой поверхности:

ά_к²=2,8*=8,12 Вт/ м²*К

б) коэффициент  теплоотдачи лучеиспусканием ά_л² , Вт/ м²*К, для верхней изолированной поверхности

 

 

Где С – коэффициент излучения поверхности, Вт/ м²*К Для бетона можно принять С=4,89;

 

8. Коэффициент теплоотдачи конвекцией К₃ , Вт/ м²*К,  для боковой неизолированной поверхности определяется:

а) коэффициент теплоотдачи конвекцией  ά_к³, Вт/ м²*К, для этой поверхности:

ά_к³=2,2*=6,4 Вт/ м²*К

б) коэффициент  теплоотдачи лучеиспусканием , Вт/ м²*К, для боковой неизолированной поверхности:

 

Где С – коэффициент излучения поверхности, ^{, для железа матового окисленного можно принять С=5,52}

 

9. Коэффициент теплопередачи К_4, Вт/ м²*К, для нижней неизолированной поверхности определяется:

а) коэффициент теплоотдачи конвекцией ά_к⁴, ^{, для этой поверхности}:

ά_к³=1,6*=4,64 Вт/ м²*К;

б) коэффициент  теплоотдачи лучеиспусканием  , ^{, для нижней неизолированной поверхности:}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 – Исходные данные для  теплотехнического расчета термоформы

Наименование показателей	Обозначение	Численное значение
Характеристика изделий, формируемых  в термоформе
Масса крупного заполнителя  в 1 м3 бетона, кг	Гр	1299
Масса мелкого заполнителя в 1 м3 бетона, кг	П	283
Масса воды в 1 м3 бетона, кг	В	222
Масса цемента в 1 м3 ,кг	Ц	402
Марка цемента	Мц	ПЦ500Д0
Водоцементное отношение бетона	В/Ц	1,71
Масса арматуры, приходящейся на 1 м3 бетона	Gа	114
Объем бетона в изделии, м3	Vнб	15,79
Характеристики термоформы
Число формовочных  отсеков в термоформе	Nф.о	2
Объем бетона формируемого в термоформе,м3	Vб	31,58
Масса термоформы,кг	Gтер	47370
Масса распалубочной машины, кг	Gр.м	12500
Длина термоформы, м	L	18,1
Высота термоформы	H	1,49
Толщина слоя теплоизоляции, м	δи	0,1
Средняя плотность материала изоляции, кг/м3	ρи	70
Коэффициент теплоотдачи боковой изолированной поверхности термоформы,	К1	0,62
Коэффициент теплоотдачи верхней изолированной поверхности термоформы,	К2	0,92
Коэффициент теплоотдачи боковой неизолированной поверхности термоформы,	К3	0,84
Коэффициент теплоотдачи нижней неизолированной поверхности термоформы,	К4	0,72
Температурные характеристики
Температура воздуха в цехе, 0С	toc	15
Начальная температура бетона, 0С	tб	20
Температура изотермической выдержки, 0С	tс	85
Начальная температура металла формы, 0С	tф	20
Характеристики режима тепловой обработки
Продолжительность подъема температуры, ч	τ1	3,5
Продолжительность изотермической выдержки, ч	τ2	6,5
Продолжительность остывания  в форме, ч	τ3	3
Теплофизические характеристики водяного пара и конденсата
Скрытая теплота парообразования при средней температуре за стадию подъема температуры, кДж/кг	r1	2423
Скрытая теплота парообразования при температуре изотермической выдержки, кДж/кг	r2	2304
Теплосодержание конденсата при средней температуре на стадии подъема температуры, кДж/кг	i1I	137,8
Теплосодержание конденсата при температуре изотермической выдержки, кДж/кг	I2I	340
Прочие исходные данные
Коэффициент, учитывающий прочие потери	μ	0,1
Принятое количество термоформ, шт	Nк всф	4
Годовая программа цеха, м3/год	Пгод	40000
Удельная теплоемкость металла, кДж/кг*0С	см	0,482
Удельная теплоемкость материала теплоизоляции, кДж/кг*0С	сиз	0,837
Удельная теплоемкость материалов твердой фазы бетона, кДж/кг*0С	ств	0,837
Удельная теплоемкость воды, кДж/кг*0С	св	4,187
Удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг*0С	С возд	1,015
Истинная плотность воздуха при 20 0С, кДж/кг*0С	ρвозд	1,104

 

2. Расход тепла на стадии подъема температуры [7]

1. Расход тепла на нагрев изделий:

 

2. Расход тепла  на нагрев термоформы:

 

3. Расход тепла  на нагрев теплоизоляции термоформы:

 

t₁ – средняя температура теплоизоляции термоформы в период изотермической выдержки

4. Расход тепла на нагрев воздуха в тепловых отсеках

 

5. Расход тепла на компенсацию теплопотерь с поверхности термоформы:

 

6. Расход тепла на испарение воды из бетона:

 

7. Расход тепла на компенсацию теплопотерь с уходящим конденсатом:

 

8. Прочие расходы тепла (утечки через неплотности, пролетный пар и т.д):

 

μ – коэффициент, учитывающий утечки пара через неплотности, пролетный пар и т.д. При автоматическом регулировании μ=0,15

9. Суммарный расход тепла в период подъема температуры:

 

 

 

 

 

 

3. Расход тепла на стадии экзотермической выдержки:

1. Расход тепла на компенсацию теплопотерь с поверхностей термоформы:

 

 

2. Расход тепла на испарение воды из бетона:

 

3. Расход тепла на компенсацию теплопотерь с уходящим конденсатом:

 

4. Прочие расходы тепла (утечки через неплотности, пролетный пар и т.д):

10367,39

5. Суммарный расход теплав период подъема температуры:

 

Суммарный расход тепла за обе стадии тепловой обработки:

 

4. Приход тепла

Приход тепла осуществляется за счет двух источников – тепла экзотермических  реакций цемента и тепла, приносимого  со свежим паром. Приход за счет этих двух статей должен компенсировать общий  расход тепла на стадиях подъема  температуры и изотермической выдержки.

1. Тепловыделение 1 м³ бетона на стадии подъема температуры:

 

Где - тепловыделение 1 кг цемента на стадии подъема температуры;

Число градусо - часов, полученных бетоном на стадии подъема температуры, рассчитывается по формуле:

 

2. Тепло, приносимое паром на стадии подъема температуры, определяется по формуле:

 

3. Тепловыделение 1 м³ бетона на стадии изотермической выдержки:

 

Где - тепловыделение 1 кг цемента на стадии изотермической выдержки. Определяется как разность между тепловыделением бетона за весь цикл обработки и тепловыделением на стадии подъема температуры:

 

Определение удельного тепловыделения за весь цикл тепловой обработки  производится аналогично определению , но при числе градусо – часов , рассчитанном по формуле:

 

4. Тепло приносимое паром на стадии изотермической выдержки:

 

5. Расход тепла за весь цикл тепловой обработки определяется по формуле:

 

Расход пара на тепловую обработку 1 м³ бетона определится по формуле:

 

Где i- теплосодержание (энтальпия) 1 кг пара при температуре 100 ⁰С.

Проверку  правильности расчета проверим составив уравнение теплового баланса:

+ = + + + + + + ++ +

395858,45+36180=432038,45

432038,45=432038,45

Баланс сошелся, значит тепловой расчет выполнен правильно.

Заключение

Выполнив теплотехнический расчет и определив расход пара на тепловую обработку 1 м³ бетона, который составил 173,5 кг/ м³ и сравнив его с табличным рекомендуемым значением расхода пара в термоформе, равным 250 кг/м³(данные ОНТП 07-85) можно сделать вывод, что эффективность теплоизоляции нашей установки оправдывается, тоесть термоформа достаточна утеплена и расходует теплоноситель по большей части на ТВО изделия и совсем незначительные значения идут на потери теплоносителя в окружающую среду.

 

Список  используемой литературы

1. Лариков К.В.  учебник «Теплотехника» – М.:, 1985. – 152 с.
2. Справочник по производству сборных железобетонных изделий. Под ред. Б.Г. Скрамтаева и П.К. Балатьева Т. 1-2 М., Стройиздат, 1965.-453с.
3. Производство сборных железобетонных изделий: Справочник/Г. И. Бердичевский, А.П. Василиев, Л.А. Малинина и др.; Под ред. К.В. Михайлова, К.М. Королева.-2е изд., перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1989.-447с.
4. Зазимко В.Г., Корхин A.C. Планирование эксперимента по определению оптимальных условий теплообработки бетона. В кн.: Управляемое структурообразование в производстве строительных материалов. - Киев: Будивельник, 1968. - 160 е., ил.
5. Дмитрович А. Д. Тепло- и массообмен при твердении бетона в паровой среде. М.: Стройиздат, 1967. - 242 е., ил.
6. Долгова О.А. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине: «Теплотехника» – Магнитогорск: МГТУ, 2002. – 9 с.
7. Долгова О.А. Методические указания: «Тепловой  расчета кассеты» – Магнитогорск: МГТУ, 1997. – 5-12 с.