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

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

по дисциплине: «Теплотехника и теплотехническое оборудование».

 

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

 

 

 

 

 

Исполнитель:   

студент гр. 112220

Нупрейчик Н.С.

 

Руководитель:   

к.т.н., доцент

Орлович А.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск-2013

Оглавление:

1.   Введение………………………………………………………………….3

2.   Краткое описание технологического процесса…………………….…4

3.   Характеристика изделия и формы……………………………………..5

4.   Состав бетонной смеси……………………………………………........6

5.   Выбор и обоснование режима тепловой обработки…………………..7

6.   Определение требуемого количества тепловых агрегатов, их размеров и схемы размещения …………………………………………………………..12

7.   Составление и расчет уравнения теплового баланса установки….....13

8.   Определение часовых и удельных расходов теплоты и теплоносителя по периодам (зонам) тепловой обработки……………………………………19

9.   Расчет трубопровода…………………………………………………..21

10. Предложения по экономии энергоресурсов и повышения качества изделий…………………………………………………………………………..23

11. Мероприятия по технике безопасности, охране труда и противопожарной технике……………………………………………………24

12. Перечень использованной литературы………………………………26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

 

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

Сроки твердения бетона в конструкциях и изделиях, как известно, 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 ее стоимость составляет значительную часть от общей стоимости изделий и конструкций. Тепловая обработка определяет к тому же и качество структуры цементного камня в бетоне.

Свыше 90 % сборного железобетона подвергаются пропариванию. На термообработку 1 м3 сборных железобетонных изделий затрачивается от 200 до 2000 кг пара, а средний расход его практически по всем изделиям составляет 700 кг/м3.

Продолжительность и энергоемкость тепловой обработки сборного железобетона определяются не только принятым способом и режимом интенсификации процесса твердения бетона, но и рядом других факторов – минералогическим составом, активностью и расходом цемента, составом бетона, видом и количеством вводимых в бетонную смесь химических веществ.

В настоящем курсовом проекте рассмотрен процесс производства напорных труб, тепловая обработка которых производится на гнездовой установке.

Назначение режимов тепловой обработки произведено на основании нормативной литературы с учетом вида и класса бетона, активности цемента, толщины изделия, способа подъема теплоты и др. 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.

 

 

 

 

 

 

2. Краткое описание технологического процесса

 

Для приготовления труб методом виброгидропрессования используют формы особой конструкции. Форма состоит из наружного кожуха и сердечника. Кожух может выполняться из двух или четырех элементов, скрепляемых болтами с тарированными пружинами.

Форму собирают в 2 этапа. Сначала производят сборку наружной формы с помощью болтов с тарированными пружинами, затем ее чистку, смазку и проклейку стыков.

Внутренняя форма представляет собой металлический сердечник с двумя стенками, одна из которых (наружная) имеет перфорацию. На сердечник надевают резиновый чехол.

В подготовленную форму устанавливают спиральный арматурный каркас. На торцах формы укрепляют опорные кольца. Через отверстия колец пропускают стержни продольной арматуры, которую напрягают с помощью гидродомкратов. Сборку двух частей формы (наружной и сердечник) осуществляют на посту комплектации. Затем наверх формы устанавливают центрирующее кольцо. Подготовленная форма подается краном на пост формования. Формование производят с помощью мостовых бетоноукладчиков, оборудованных передвижными бункерами. После виброуплотнения форму подают на пост гидропрессования и тепловой обработки. Давление в гидросистеме повышают до 2-3 МПа при температуре воды до 60 - 70°С.

Под гидравлическим давлением воды, которое поступает через перфорированные стенки сердечника, резиновый чехол расширяется (при этом происходит прессование бетонной смеси) и, перемещаясь, раздвигает наружную форму, скрепленную болтами с тарированными пружинами. Он растягивает спиральную арматуру, создавая предварительное ее натяжение.

В комплект оборудования модернизированных линий, кроме выпускаемого серийно, входят: установки для изготовления разделительной полосы с лепестками гарпунного типа и для изготовления П-образных скоб; станок для навивки спирально-перекрестных каркасов; устройство для зажима скоб, для осуществления способа спирально-перекрестного армирования, выполняющего функцию спиральной и продольной арматуры. Производительность линии - от 10 до 15 тыс. м3 в год (в зависимости от диаметра труб).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Характеристика изделия и формы

 

В данном курсовом проекте в качестве строительного изделия принята труба виброгидропрессованнаяÆ1000 мм. Такие трубы изготовляются в соответствии с СТБ 1986-2009 «Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные. Технические условия», и согласно стандарту имеют обозначение TH100–I–СТБ 1986-2009 (Труба железобетонная виброгидропрессованная с диаметром условного прохода 1000 мм, I класса)

Трубы должны обладать следующими характеристиками:

• должны быть прочными и трещиностойкими и при испытании их нагружением выдерживать контрольные нагрузки
• должны быть водонепроницаемыми и выдерживать внутреннее испытательное гидростатическое давление, равное 1,8 МПа
• должны удовлетворять требованиям ГОСТ 18105:
• по показателям фактической прочности бетона
• по отклонению от толщины защитного слоя бетона до арматуры
• по морозостойкости бетона

Трубы изготовляют из тяжелого бетона по СТБ 1544. Класс бетона по прочности на сжатие должен быть не ниже С25/30 — для труб марок ТН50–III и ТН60–III, С32/40 — для труб остальных марок. Водонепроницаемость бетона  должна соответствовать марке по водонепроницаемости  W6, а водопоглощение бетона не должно быть более 6% по массе.

Для армирования труб следует применять стержневую горячекатаную сталь классов S240 и S400 и проволоку класса Вр-I .

На поверхности труб не допускаются:

• трещины на наружной и внутренней поверхности труб;
• наплывы и околы, а также раковины диаметром более 3 мм и глубиной более 2 мм на стыковых поверхностях раструба и втулочного конца труб;
• раковины диаметром более 10 мм и глубиной более 2 мм на остальной наружной поверхности;
• наплывы и околы бетона ребер на торцевых поверхностях труб высотой (глубиной) более 5 мм;
• следы (риски) шириной и глубиной более 1,5 мм на стыковой поверхности раструба от шлифовального инструмента;
• более трех раковин на площади 0,01 м2 (100×100 мм) на любом участке стыковой поверхности

 

 

 

 

 

4. Состав бетонной смеси.

 

Согласно СТБ 1986-2009 «Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные. Технические условия.»  трубы изготовляют из тяжелого бетона по СТБ 1544-2005. Класс бетона по прочности на сжатие должен быть не ниже С32/40. Водонепроницаемость бетона для труб должна соответствовать марке по водонепроницаемости W6.

Для обеспечения данных требований применяется бетонная смесь БСГТ П1 С32/40 W6 СТБ 1544-2005, приготовленная из следующих компонентов (на 1 м3 смеси):

• цемент марки М500 КНГ=0,4 rц=3100 кг/м3a=1,39     -     432 кг
• песок речной   rп=2630 кг/м3        

          фракции:             2,5 - 5           10%

         1,25 - 2,5        25%

                              0,63 - 1,25       25%

                              0,315 - 0,63      20%

                              0,14 - 0,315      15%

                              менее 0,14        5%            

                                                                                       -      631 кг

• щебень гранитный   rщ=2670 кг/м3

          фракции:             5 - 10           60%

                              10 - 20          40%             

                                                                                       -     1172 кг

• вода                                                                                   -     165 кг

 

Плотность бетонной смеси rбс=2533 кг/м3

Для производства одной трубы марки ТН100-I  требуется 1.4 м3 бетона и 131.3 кг стали для каркаса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор и обоснование режима тепловой обработки.

 

Для производства изделия назначим следующий тепловой режим согласно ТКП 45-5.03-13-2005 «Изделия бетонные, железобетонные сборные. Правила тепловлажностной обработки»:

 

1. Предварительная выдержка                             1 час

2. Подъем температуры:                                       2 часа;

3. Изотермическая выдержка:                              6 часа;

4. Время охлаждения:                                           2 часа;

                           Итого:                                          11 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 твердеющего бетона l=2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность бетона, кг/м3,

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

 

, кДж/(кг  ºС),

 

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

Gц,п,щ,в,м – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

 

 

 

 

 

	цемент	песок	щебень	вода	сталь	добавка
с, кДж/(кг ºС)	0,84	0,84	0,85	4,19	0,48	0,84
G кг.	432	631	1172	165	131	2,6