4.2 Конструктивный расчет

Определяем габариты формы:

• длина формы L_ф = L_в + 2(0,150÷0,180);L_ф =3.58+0,165·2=3.91м;

• ширина формыВ_ф =В_в + 2(0,150÷0,170);В_ф =1.31+0,16·2=1.63м;

• высота формыН_ф = Н_в + (0,10÷0,15);Н_ф = 0,16+0,1=0,26 м.

Размеры камеры определяют согласно схеме расположение изделий (рис.4.2).

H_ф

H_ф

Рис. 4.2 Схема расположения изделий по высоте камеры.

Длина камеры:

L_k = L_ф · п + (п + 1) · l₁ , м ;

L_k = 3.91· 2 + (2 + 1) · 0,1 = 8.12 м ;

где п – количество форм по длине камеры, шт. (при L_ф > 4 м, п = 1, так как L_ф < 4 м то принимаем п = 2);

l₁  0,1 м – расстояние между формой и стенкой камеры и между штабелями форм.

Ширина камеры:

В_k = В_ф · п₁ + (п₁ + 1) · l₁ , м ;

В_k = 1.63·2 + (2 + 1)·0,1 = 3.56 м.

где п – количество форм по ширине камеры, шт. (при В_ф > 3 м, п = 1; В_ф < 3, п =2).

Высота камеры:

Н_к = (Н_ф + h₁) · п₂ + h₂ + h₃ – h₁ м ,

Н_к = (0,26 + 0,03) · 6 +0,15 + 0,05 – 0,03 = 1,91 м,

где п₂ – количество форм по высоте камеры шт.; h₁ ≥ 0,03 м – расстояние между формами с изделиями по высоте камеры; h₂ ≥ 0,15 м – расстояние между нижней формой и дном камеры, м; h₃ ≥ 0,05 м – расстояние между верхним изделием и крышкой камеры.

Объем одного изделия:

V_в = L_в × B_в × Н_в ,

V_в = 3.58 × 1.31 × 0,16 = 0,75 м³ .

Объем камеры:

V_к = L_к × В_к × Н_к

V_к = 8.12 · 3.56 · 1,91 = 55.2 м³ .

Коэффициент заполнения камеры:

Выбираем режим обработки (дополнение № 5) для изделий из тяжелого бетона на шлакопортландцементе марки 400 при наборе изделиями 70 % марочной прочности:

t_то = t_в + t_п + t_і + t_о , год. ,

t_то = 2 + 3 + 6 + 2 =13 ,

где t_в – предварительная выдержка изделий; t_п – период подогрева изделий; t_і – период изотермической выдержки; t_о – период охлаждения.

Время цикла работы камеры:

t_ц = t_з + t_то + t_р ,

t_ц = 0,25 + 13 + 0,25 = 13,5 год.,

где t_з , t_р – время загрузки и время разгрузки форм с изделиями из камеры.

Суммарный объем камер для выполнения годовой программы:

м³ ,

где V_р – годовая производительность линии, м³;

В – годовой фонд рабочего времени,

В = С · Ч· Д · К;

В = 2 · 8 · 262 · 0,9 =3773 ч. ,

где С - количество смен за сутки; Ч - количество рабочего времени в смену; Д – количество рабочих суток за год; К - коэффициент полезного действия.

Необходимо количество камер:

Определим коэффициент оборотности форм:

t_о = t_ц + 1,5 = 13,5 + 1,5 = 15 ч.,

где 15ч – время, необходимое на обработку форм.

Определяем годовую производительность формы:

С_р = К_в × К_о × Д × V_в

где К_в – коэффициент использования формы, равный 0,92; Д – количество рабочих суток в году (262).

С_р = 0,92 × 1,6 × 262 × 0,75 = 289.24 м/год.

Определим количество форм:

ф = шт.

Объем бетона в камере:

V_б = V_в · п₂ = 0,75 · 24 = 18 м^з .

4.3. Материальный баланс (кг/цикл)

Приход материалов:

Цемент G_ц = Ц · V_б = 305· 18 = 5490 кг

Заполнители G_з = (П + Щ) V_б = (793 + 1304) ·18 = 37746 кг

Вода G_в = В · V_б = 156 · 18 = 2808 кг

Арматура G_а = А · V_б = 40· 18= 720 кг

Металл форм G_ф = т_ф · V_б = 1000 · 18 = 18000кг

Выход материалов:

Вода испарения (1 % массы бетона)

W = 0,01 · ρ · V_б = 0.01 · 2391 · 18 = 430.3кг

Масса воды, которая осталась в бетоне

G_з = G_в – W = 2808 – 430.3 = 2377.7 кг

Масса других материалов в течение цикла тепловой обработки не изменяется.

4.3.1. Тепловой баланс (кДж/цикл)

Расходы тепла на нагрев сухой части изделий:

Q₁ = (G_ц + G_в) · С_с · (t₂ – t₁) = (5490 + 2808) · 0,84 · (80 – 17)=439130,

где С_с – теплоемкость сухой части изделий, кДж/кг·гр; t₁ – температура изделий при загрузке в камеру, ⁰С.

Расходы тепла на нагрев воды затворения:

Q₂ = G_в · С_в · (t₂ – t₁) = 2808 · 4,19 (80 – 17) = 741221 ,

где С_в – теплоемкость воды кДж\кг·^оС; t₂ – температура в центре изделия в конце периода изотермической выдержки, ^оС.

Расходы тепла на испарение части влаги:

Q₃ = W[2368 + 1,97·(t₁ + t₃) · 0,5] = 107.5 [2368 + 1,97·(17 + 90)· 0,5] = 265889.9

где t₃ – температура изотермической выдержки, ⁰С.

Затраты тепла на подогрев арматуры:

Q₄ = G_а · С_а · (t₂ – t₁) = 720· 0,46 (80 – 17) = 20865

где Са – теплоемкость арматуры, кДж/кг.гр.

Расходы тепла на подогрев форм:

Q₅ = G_ф · С_ф · (t₂ – t₁) = 18000 · 0,46·(80 – 17) = 521640 .

Тепло, которое аккумулировано стенами камеры:

Q₆ = G_ст · С_ст · (t₃ – t₄) = 49810 · 0,56·(90 – 30) =1673616,

где t₄ - температура стенок камеры к загрузке изделий, ^оС; С_ст – теплоемкость керамзитобетона, кДж/кг·гр; G_ст - вес стенок камеры, G_ст = V_ст · ρ_ст ; V_ст – объем стенок камеры:

V_ст = δ (L_к · В_к + 2L_к · Н_к + 2 В_к · Н_к),

где δ – толщина стенок камеры; принимаем, что δ = 400 мм, плотность керамзитобетона ρ_ст = 1700 кг/м³.

V_ст = 0,4 · (8,12 · 3.56 + 2 · 8.12 · 1,91 + 2 · 1,91 · 3.56) = 29.3 м³;

G_ст = 29.3 · 1700 =49810 кг.

Затраты тепла на нагрев крышки камеры:

Q₇ =(G_м · С_м + G_із · С_із)·(t₃ – t₁) = (3120 · 0,46 + 321 · 0,74)·(90 – 17) = 122110 ,

где G_м – вес металлической части крышки, кг; G_м = V_м · ρ_м = 0,4·7800 = 3120 кг;

С_м – теплоемкость металла крышки, кДж/кг· ^оС; G_із – вес теплоизоляционного слоя крышки, кг, G_із = V_із · ρ_із = 3,21 · 100 = 321 кг;

V_м = (В_к + δ/2·2)·(L_к + δ/2·2)·2·δ_м = (3.56 + 0,4/2 · 2)·(8.12 + 0,4/2 · 2)·2·0,01 = 0,6 м³;

V_із = (В_к + δ/2·2 – δ_м )(L_к + δ/2·2 - δ_м) · δ_із=

= (3.56 + 0,4/2 · 2 – 0,01)(8.12 + 0,4/2 · 2 – 0,01) · 0,16 = 5.41 м³ ,

где δ_м - толщина металла крышки; δ_із – толщина изоляции (шлаковата), м.

Расходы тепла на нагрев свободного пространства в камере:

Q₈ =G_во ·і₁ = V_во · ρ_во · і₁ = 15.5 · 1,092 · 232,3 = 3931.9

где V_во - объем свободного пространства камеры, м³ ;

V_во = V_к - Σ V_ф = L_к · В_к · Н_к –п₂ · L_ф · В_ф · Н_ф = 8,12·3.56·1,91 – 6·4·3.91·1.63·0,26 = 15.5 м³

по табл. дополнению 13 при t = 0,5(90 + 17) = 36,5 ^оС находим ρ_во = 1,092 кг/м³;

і₁ = 232,3 кДж/кг – энтальпия воздуха.

Расходы тепла за счет истекания тепла из пара сквозь неплотности:

Q₉ = (0,15 ÷ 0,2) · Q_п ,

где Q_п – подача тепла из пара в камеру, кДж/цикл.

Затраты тепла в окружающую среду стенами камеры:

Q₁₀ = Q_н + Q_із = 53179 + 89437 = 142616 ,

где Q_н – потери тепла в период нагрева; Q_із – потери тепла в период изотермической выдержки;

Q_н = 3,6 · F · к [0,5 · (t_{1 +} t₃) - t₁] · τ_п = 3,6 · 110.89· 0,83[0,5 (90+17)-17] · 3 = 53179,

где F – площадь внешней поверхности стен камеры,

F = (В_к + 2δ)·(L_к + 2δ) + 2·(В_к + 2δ)·(Н_к + 2δ)+ 2·(L_к + 2δ)·(Н_к + 2δ) =

= 38.89+23.63+48.64 = 110.86 м²;

к – коэффициент теплопередачи:

λ – коэффициент теплопроводности керамзитобетона, Вт/м² · ^оС.

Q_із = 3,6 · F · к · t₃ · τ_п = 89437

Расходы тепла в окружающую среду крышкой камеры.

Принимаем α₁ = 30 Вт/м²· ^оС; α₂ = 5 Вт/м²· ^оС.

где λ_м , λ_із – теплоемкость металла и изоляционного слоя крышки.

Q₁₁ = 3,6 · F_кр · к · τ₁ · = 3,6·33.7· 0,3·5·=

= 23020.4 ,

где F_кр – внешняя поверхность крышки.

F_кр = (В_к + δ)·( L_к + δ)= (3.56+ 0,4)·(8,12 + 0,4) = 33.73 м² .

Тепло экзотермических реакций [5] :

Q₁₂ = G_ц· К_л · в · q_ц = 5490,2 · 0,75 · 0,7 · 400 =1152900,

где К_л – часть клинкера в шлакопортландцементе в долях от единицы; в – часть прочности изделий, которую они набирают в камере, в = 0,5-0,8; q_ц – количество тепла, которое выделяется при протекании экзотермических реакций в цементе, кДж/кг, дополнение 8.

Уравнение теплового баланса:

Q_п = Q₁ + Q₂+ Q₃ + Q₄+ Q₅ + Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉ + Q₁₀ + Q₁₁ – Q₁₂ ;

Q_п = 439130+741221+265889+20865+521640+1673616+122110+3931 + 0,15· Q_п +142616+23020-1152900=2821138

Пар, который подается в камеру, имеет температуру 100 ⁰С, конденсат – 70 ⁰С

Количество тепла, которое необходимо подать в камеру за цикл:

Q_п = q·(і_п – і_к) ,

где q – количество пара за цикл, кг/цикл; і_п – энтальпия пара, кДж/кг (приложение 9); і_к – энтальпия конденсата. кДж/кг ,

Удельный расход пара на 1 м³ бетона: