Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 61
Министерство образования и науки Украины Одесская Государственная Академия Строительства и Архитектуры Кафедра процессов и аппаратов в технологии строительных материалов Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Теплотехника и теплотехническое оборудование»
на тему:
Вертикальные камеры проф. Семенова
Выполнила: ст.гр.ПСК-441 Голышев А.А. Проверила: Антонюк Н.Р. Одесса 2009 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ (башенные камеры вертикального типа) Длина камеры
: где: l
ф
– длина формы – вагонетки (принимается равной длине изделия +0,5 м на форму),м; l1 – расстояние между стенкой камеры и формой (l1 – 0,5-0,6 м). Lk
=2*6,5+3*0,5=13+1,5=14,5м. Ширина камеры Вк
:
где: b
ф –
ширина формы, м; b1 – расстояние между стенкой камеры и формой (b1=0,5-0,6 м). Bk
=1,2+2*0,5=1,2+1=2,2. Высота камеры
(надземная часть). Высота камеры не должна превышать 6м. где: hя – число ярусов в камере,шт; hф – высота формы с изделиями (равна 0,31 м + толщина изделия), м; h1 – высота консоли поворотных устройств и расстояние от формы до пола камеры и потолка ( h1 =0,2 м). Hk
=3*1,51+(3+1)*0,2=5,33м Количество камер
определяют по формуле: Z=Gгод*τто/ τгод *Vи* nто где: Gгод – годовая производительность завода или технологической линии, м3
/год; τгод – количество рабочих часов в году, час; τто – время тепловой обработки, час; Vи – объем одного изделия, м3
; τто – количество изделий, находящихся в камере, шт. Z=(20000*11)/(340*16*6*1,2*0,24*3)=7,8. Проверка производительности камеры: Gк= nто* Vи* τгод/ τто, м3
/год Gк=(3,6*1,2*0,24*340*16)/11=2563,72 м3
/год. Для определения длин зоны подогрева, охлаждения и изотермической выдержки определяем количество изделий, находящихся в зоне изотермической выдержки: nиз=nто*( τII/ τто),шт где: τII – время изотермической выдержки, час. Nиз=3*(7/11)=1,9. Тогда зону изотермической выдержки можно определить по формуле: LII = nя
II
*(hф
+h1
). где: nя
II
- количество ярусов в зоне изотермической выдержки. LII =3*(1,51+0,2)=5,13. Зона нагрева и охлаждения: LI=LIII=Hk-LII, м LI=5,33-5,13=0,2 м. Высота машинного отделения, находящегося в подземной части камеры, равна 1,8 м. Расчет скорости нагрева и охлаждения изделий
1.Общие положения
Цикл тепловой обработки бетона с момента подачи тепла состоит из следующих этапов: 1. Подъем температуры греющей среды от начальной до максимальнозаданной ( 2. Выдерживание изделий при максимальной постоянной температуре - изотермический прогрев - ( 3. Остывание изделий ( Особое значение имеет расчет температуры бетона в период нагрева, т.к. на этой стадии температурные градиенты по сечению изделия существенно влияют на процессы структурообразования в бетоне, а также процесс охлаждения, когда возникает опасность появления трещин. Определяющим параметром в условиях конвективного теплообмена - основного вида теплообмена при тепловой обработке бетона - является коэффициент теплообмена В зависимости от условий теплообмена определяют соответствующие им коэффициенты теплообмена (прил. КП-5). Для правильного назначения режимов тепловой обработки изделий необходимо знать кинетику температуры в отдельных точках изделия и ее распределение в объеме изделия в различные моменты времени. Эти же данные нужны и для теплотехнических расчетов установок. В результате такого расчета определяют количество и график подачи тепла в установку. Для этого период нагрева ( 2. Расчет температуры греющей среды по этапам
Скорость подъема температуры греющей среды: где: Цикл тепловой обработки бетона в камере Семенова Конечные и средние температуры каждой стадии и этапов
:
Этап подъема температуры ( Стадия I-1: Стадия1-2: Стадия1-3: где: Этап изотермической выдержки
Этап охлаждения
( ЭтапI ЭтапII ЭтапIII 3. Метод критериальных уравнений
Эффективность нагрева изделий в условиях протекания процесса конвекционного теплообмена прямо пропорциональна интенсивности теплообмена, толщине прогреваемого слоя изделия и обратно пропорциональна теплопроводности материала тела. При расчетах нестационарных процессов нагрева эта связь (зависимость распространения тепла в изделии от интенсивности внешнего теплообмена) учитывается критериальным комплексом Био : где: Скорость изменения температуры при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье: где: При расчете температур материала в любой точке по оси X используют зависимости типа: где: Аналогично определяют безразмерные температуры Для определения температуры на поверхности и в центре всесторонне прогреваемого изделия используются графики, приведенные в прил. КП-7. По определенным критериям Фурье и Био на соответствующем графике находят безразмерную температуру, по которой определяют искомую темпе-ратуру в центре или на поверхности изделия. Порядок расчета по методу критериальных уравнений
Определение критериев Этап подъема температуры (стадия 1-1); Критерий
Bi: где: Расчет коэффициента теплопередачи а для всех стадий этапа подъема температуры, этапа изотермической выдержки и этапа охлаждения изделий определяется по Прилож.КП-5, где: Пункт А: для паровоздушной среды при естественной конвекции (ямные камеры конструкции «Гипростройиндустрии», проф. Л.А.Семенова и др.); Пункт Б: для установок с интенсивной циркуляцией среды (ямные камеры конструкции ПДК КИСИ и др.); Пункт В: для чистого (без примеси воздуха) насыщенного пара (автоклавы и вертикальные камеры проф. Л.А. Семенова и др.); Пункт Г: для кассетных установок. Этап подъема температуры ( Стадия I-1: tI-1 =32,57. Стадия 1-2: tI-2 =57,7С0
. Стадия 1-3: t I-3 =82,83. Этап изотермической выдержки
где: а -
коэффициент температуропроводности, определяемый по Прил.КР-3 для заданного вида бетона; г/.у - длительность первой стадии. Этап подъема температуры ( Этап изотермической выдержки
По графикам в зависимости от значений критериев Bi и Fo находят без- размерные температуры по каждой оси для поверхности и центра изделия (Прил.КП-6): - для поверхности изделия
: Этап подъема температуры ( Стадия I-1: Стадия 1-2: Стадия 1-3: - для центра изделия
: Этап подъема температуры ( Стадия I-1: Стадия 1-2: Стадия 1-3: Общая безразмерная температура для поверхности и центра изделия: Этап подъема температуры ( Стадия I-1: Стадия 1-2: Стадия 1-3: Этап изотермической выдержки
По формулам определяют истинные температуры поверхности и центра изделия: где: Этап подъема температуры ( Стадия I-1: Стадия 1-2: Стадия 1-3: Этап изотермической выдержки
Подсчитывают среднюю температуру изделия: Далее аналогично стадии 1-1
производится расчет для следующих стадий этана подъема температуры и для этапа изотермической выдержки и охлаждения. Результаты записываются в таблицу 2. Последняя колонка таблицы заполняется после расчета экзотермии цемента. Этап подъема температуры ( Стадия I-1: Стадия 1-2: Стадия 1-3: Этап изотермической выдержки
Таблица 2. Температуры изделия Стадии и периоды ТВО Средняя температу- ра Температу- ра поверх- ности Температура центра Фактическая температура с учетом тепла эк- зот. выдержки цемента Расчет тепловыделения /экзотермии) бетона
Процесс твердения бетона сопровождается выделением тепла вследствие экзотермических реакций гидратации цемента. Тепловыделение бетона зависит от тепловыделения цемента, которое в свою очередь определяется рядом факторов: химическим и минералогическим составом, маркой цемента, водоцементным отношением, расходом цемента, температурой бетона и продолжительностью тепловой обработки. В приближенных расчетах количество тепла экзотермии, выделяемое 1 кг цемента, можно определить по формуле: где: Расчет тепловыделения ведут в следующем порядке: 1) Определяют 2) Определяют суммарное количество тепловыделения для всех стадий по формуле: 3) Определяют тепло экзотермии, выделившейся в течение каждой стадии прогрева на 1 кг цемента 4) Определяют общее тепло экзотермии, выделяемое цементом, находящимся в камере в течение каждой стадии: где: Ц - расход цемента, кг/м3
; где: 5) Определяют повышение средней температуры изделий за счет тепла экзотермии: где: где: 6) Определяют фактические средние температуры изделий по стадиям (этапам): где: Результаты расчета заносятся в таблицу 2. Материальные и тепловые балансы
Материальный баланс
По закону сохранения масс вес материалов, поступивших в тепловую установку (это балансовое уравнение, выражающее закон сохранения материи, называют материальным балансом). Однако в процессе тепловой обработки наблюдается потеря материала за счет испарения влаги. Следовательно, уравнение материального баланса имеет вид: где: Левая часть уравнения Материальные балансы для установок периодического действия составляют для всего материала, находящегося в установке, для установок непрерывного действия - по часовой производительности. Статьи материального баланса
(кг/цикл, кг/час) для легког
о
железобетона. Приход
материалов: 1. Gграв
=Г*Vб=860*5,184=4458,24 кг а) б) 2. 3. 4. где: Ц,П,Щ,В,А - с
оответственно масса цемента, заполнителей, воды, арматуры в кг/м3
бетона; n
то
– количествоформ, уложенных в камеру, шт.; Расход
материалов: 1. 2. Материалы по п.п. 1,3,4 приходных статей проходят тепловую обработку без изменения. Тепловым балансом называется уравнение, где в одной части находится сумма величин прихода тепла, а в другой - сумма величин статей расхода тепла в установке или в отдельных ее частях. В приходную часть теплового баланса для тепловой обработки бетона обычно входят: тепло теплоносителей, экзотермических реакций материала, в расходную - тепло, затраченное на полезные цели (нагрев обрабатываемого материала), на тепловые потери в окружающую среду, с уходящим теплоносителем, конденсатом и т.д. Из теплового баланса определяют общие, часовые, удельные расходы тепла и пара на единицу объема изделий в плотном теле. На основе теплового баланса подбирают диаметр труб для подвода пара или продуктов сгорания газа и устанавливают дроссельные диафрагмы регуляторов давления и температур, вентиляторы, основные элементы систем автоматики процесса тепловой обработки. Уравнение теплового баланса составляется на всю тепловую установку или на ее часть либо на весь рассматриваемый период, или за единицу времени (1 час). Тепловой баланс установок периодического действия составляется по обычной методике с учетом специфических сторон процесса. Так как часовой расход тепла в период нагрева изделий и самой конструкции установки в несколько раз (5-10) превышает часовой расход тепла в период изотермической выдержки, то тепловой баланс следует составлять отдельно для первого и второго периода. Это позволяет определить часовой расход пара (по нему находят размеры паропроводов, ограничительных шайб) и составить программу автоматического регулирования. Период подъема температур (первый период)
Статьи прихода
тепла (кДж/цикл). где: где: для нормального пара где: (из материального баланса), кг; Статьи расхода
тепла (кДж/цикл) 1. 2. 3. 4. 5. где: СС
, СВ
, СА
, СК
-
теплоемкости соответственно бетона, воды, арматуры, материала стен и пола (СБ
), крышки камеры (См.в., Смет), кДж/кг·град; tK
-
температура ограждений камеры перед поступлением в нее пара; Расчет массы бетона стен и пола:
где: Расчет массы минеральной ваты,
используемой для устройства теплоизоляции крышки камеры:
где: Расчет массы металла,
идущего на устройство водяного затвора и крышки камеры:
где: Масса швеллера
:
где: профиля ]16 Масса л
истовой стали
(2 листа): где: 6. а) Надземной частью: где: Для нагрева принимают среднее значение где: стены: крышка: б) Подземной частью: где: подземную часть стен и пола. Ввиду сложности его вычисления, (необходимо знать характеристики грунта и засыпки), в расчете принимают: Общее потерянное тепло через ограждения камеры к концу периода нагрева: 7. где: где: 8. Тепло, уносимое конденсатом пара: где: 9. Тепло, уходящее в атмосферу с паровоздушной средой, выбивающейся из щелей и других неплотностей камеры за первый период нагрева. Приближенно берется в количестве 10-20% от общей суммы статей расхода за период: Меньший коэффициент берется для надежно герметизированных камер. В соответствии с рассчитанными статьями прихода и расхода составляется тепловой баланс камеры. Период подъема температур:
Решая полученное уравнение теплового баланса, находим необходимое количество пара, которое поступает за первый период 750970.4=750981.6 Определяется среднее часовое количество пара за первый период: Удельный расход пара за первый период: Количество тепла за первый период: Qконд=241,763*243,36-24,2*243,36-31823,75=21122,4 Тепловой баланс второго периода - периода изотермической выдержки составляется в том же порядке. В приходную часть входят необходимое тепло пара, а также тепло экзотермии цемента, выделившееся за второй период. При прогреве толстостенных изделий, не успевших прогреться за первый период до центра, в статьи расходов второго периода необходимо включать затраты тепла на дальнейший прогрев изделий и ограждений, потери в окружающую среду ограждений, увеличенные ввиду больших температур в камере, пропуски через неплотности, потери с конденсатом и на испарение части воды затворения. Период изотермической выдержки (второй период)
Статьи прихода
тепла (кДж/цикл) 1. 2. где: Статьи расхода
тепла (кДж/цикл) 1. 2. где: 3. где: 4 . 5. 6. 7. а) Надземной частью: где: Для нагрева принимают среднее значение где: Fk
н
=14,5*2,2=31,9 м2
Fст
н
=2*0,6*(14,5+2,2)=20,04 м2
Qocп
=3.6*τII*(tII-tн)*ΣКi
*Fi
Кст
п
=0,5* Кст
п
=0,5*2,38=1,19; Fп
i
=Fст
+Fпол
=2*Нк
п
*(Lk
+Bk
)+ Lk
*Bk
=2*4.73*(14.5+2.2)+14.5*2.2=189.882 Qп
ос
=3,6*7*(95-20)*(1,19*189,882)=427063,61 кДж Qос
= Qн
ос
+ Qп
ос
=108834,14+427063,61=535897,75. 8. где: Qконд
=Gп
II
-Gп
-Gсв.об
Gпр
=0,1* Gп
II
Gсв.об.
=ρп
*Vп
=0,8*164,54=131,632 Qконд
=( Gп
II
-0,1* Gп
II
-131,632)*398,05 9. Qвыб
=0,1*(Qc
+ Qв2
+Qа
+ Qф
+ Qакк
+ Qос
+ Qм
+ Qконд
)=0,1*(151639,7+140619,5+1060,03+25390,08+2712298,5+535897,75+87051,272+398,05* Gп
II
-39,81* Gп
II
-52396,1)=360156,07+35,824* Gп
II
Qп
II
+Qэкз
II
= Qc
+ Qв2
+Qа
+ Qф
+ Qакк
+ Qос
+ Qм
+ Qконд
+Qвыб
2680 Gп
II
+98765,6=3653956,8+360156,07+35,824* Gп
II
+398,05* Gп
II
-39,81* *Gп
II
-52396,1 2206,31* Gп
II
=3730318,633 Gп
II
=1690,75 4531210=(3917691,544+60538,98+672664,695-119671,019) 4531210=4531224,2 Аналогично первому периоду из уравнения теплового баланса второго периода определяем расход пара за этот период Удельный расход Расход тепла Сумма Тепловые балансы камеры (по периодам и общий) сводятся в таблицу, составленную по приведенной форме: Период изотермической выдержки (второй период)
Таблица 2 №№ п/п % 96.3 На нагрев сухих материалов 3.22 3.7 2.99 Итого 57.62 11.39 3.54 11.75 8.94 Период подъема температур (первый период)
№№ п/п №№ п/п % На нагрев сухих материалов 4.59 Итого 1.12 4.698 2.81 СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вознесенский В.А. Тепловые установки в производстве строительных материалов и изделий. - М. Стройиздат, 1964, 2. Кучеренко А А. Тепловые установки заводов сборного железобетона - Вшцашкола, 1977, 3. Кокшарев В.Н.Дучеренко А.А. Тепловые установки.- К.: Вища школа, 1990. 4. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в производстве строительных изделий и деталей. -М.: Стройиздат, 1983. 5. Никифорова Н.М. Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов. - К.: Вища школа, 1974. 6. Баженов Ю.М., Комар А.Г, Технология бетонных и железобетонных изделий. -М.: Стройиздат, 1984.
|