close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Jakovlev Proektirovanie beznaporn

код для вставкиСкачать
В. А. Яковлев
В. А. ЯКОВЛЕВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕЗНАПОРНЫХ ПРОПАРОЧНЫХ КАМЕР ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
БЕЗНАПОРНЫХ
ПРОПАРОЧНЫХ КАМЕР
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
В. А. ЯКОВЛЕВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕЗНАПОРНЫХ
ПРОПАРОЧНЫХ КАМЕР
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2014
1
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
УДК 666.97:658.512
ББК 38.626.1
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор Ю. В. Пухаренко (СПбГАСУ);
канд. техн. наук А. Ю. Ковалева (ООО «Бетон», Санкт-Петербург)
Яковлев В. А.
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия: учеб. пособие / В. А. Яковлев; СПбГАСУ. – СПб.,
2014. – 243 с.
ISBN 978-5-9227-0528-8
Подробно изложены основы составления технологического, теплотехнического расчетов, представлена методика составления тепловых балансов
безнапорных камер периодического. Освещен ход конструкторских решений
по проектированию ограждающих конструкций с подробным освещением хода
подбора теплоизоляционных материалов. Рассмотрены основные схемы систем пароснабжения камер, представлены расчеты их основных элементов.
Рассмотрена методика определения расходов воздуха в период охлаждения
камеры. Освещены основные подходы к проектированию систем вытяжной
вентиляции камер с разбором методики аэродинамического расчета. Разобрана методика определения теплопотребления заводов ЖБИ по укрупненным показателям. Представлены схемы автоматизации камер, рассмотрено
их устройство.
Пособие предназначено для студентов всех форм обучения, проходящих
подготовку по профилю «Производство строительных изделий деталей и конструкций», входящему в состав направления 270100 – строительство.
Пособие может быть полезно также любым инженерно-техническим работникам, интересующимся проектированием пропарочных камер периодического действия для заводов ЖБИ.
Табл. 36. Ил. 52. Библиогр.: 20 назв.
Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия.
ISBN 978-5-9227-0528-8
 В. А. Яковлев, 2014
 Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2014
2
ВВЕДЕНИЕ
Тепловлажностная обработка является одним из важнейших
этапов технологии изготовления бетонных и железобетонных
строительных изделий и деталей. Она ускоряет химические процессы твердения бетонных изделий и улучшает их качество.
В пропарочных камерах и камерах твердения изделия подвергаются воздействию насыщенного водяными парами теплого
воздуха с температурой от 60 до 95÷98 °С при атмосферном давлении; в автоклавах – насыщенного водяного пара при давлении
от 0,4 до 1,2 МПа и выше; в водных бассейнах – подогретой воды.
При электропрогреве теплота передается влажному изделию при
помощи электродов, при прогреве инфракрасными лучами – от
электроизлучателей или от нагретых газами поверхностей.
Тепловлажностная обработка изделий в течение 6÷20 ч придает изделию прочность, равную 50÷75 % проектной прочности.
Полученная прочность по своему значению превышает прочность, которую изделие приобрело бы через 28 сут естественного твердения.
Благодаря применению установок тепловлажностной обработки освобождаются большие производственные площади, которые потребовались бы для размещения сформованных при естественном твердении изделий до выдачи на строительные площадки.
При тепловлажностной обработке происходит значительная
интенсификация протекания химических реакций гидратации
3CaOSiO2, 2CaOSiO2, 3СаОА12О3 и других веществ вяжущего
с образованием гидросиликатов и алюминатов кальция. Под воздействием разогретой и влажной среды на известково-песчаные
смеси Ca(OH)2 + SiO2 происходит формирование гидросиликатов кальция. Вещество затвердевает и уплотняется, кристаллы
его прорастают, связывая заполнители в прочный камень. Прочность изделий быстро растет во влажной и замедляется в отно3
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
сительно сухой среде, так как влажная среда способствует переходу коллоидных гидросиликатов в кристаллические структуры.
В период остывания из относительно перегретого и переувлажненного изделия испаряется часть воды, что увеличивает концентрацию ионов кальция и гидроксила.
Для ведения процессов тепловлажностной обработки получили широкое распространение установки тепловлажностной
обработки, которые стали основными установками, применяющимися для ускорения твердения бетонных смесей, повышения
прочностных показателей и качества выпускаемой продукции.
Сокращение времени производства бетонных и железобетонных
строительных изделий позволяет повысить производительность заводов железобетонных изделий по выпуску готовой продукции, что
характеризует степень оптимизации их технологических циклов.
Студенты профиля «Производство строительных изделий
деталей и конструкций», входящего в состав направления подготовки «Строительство» при изучении курса специальной дисциплины «Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии строительных изделий и деталей», выполняют курсовую
работу. В ее рамках студенты должны освоить основные конструктивные особенности пропарочных камер периодического действия; изучить принцип их работы; уметь ориентироваться
в основных технологических процессах, протекающих в камерах; освоить основные методы проектирования новых и реконструкции существующих тепловых установок с учетом новых требований по энергосбережению, разбираться в приемах проектирования и расчета систем пароснабжения камер.
В курсовой работе предусмотрено выполнение студентами
проекта безнапорной ямной или напольной пропарочной камеры периодического действия, предназначенной для тепловлажностной обработки железобетонных изделий.
4
СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ
К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ
Задание на курсовую работу должно соответствовать программе подготовки бакалавров по направлению «Строительство»
профиля «Производство строительных изделий, деталей и конструкций» и выдается кафедрой.
Целью курсовой работы является развитие практических
навыков расчета и проектирования, а также усвоение студентами
комплексного решения системных вопросов, связанных с проектированием, обеспечением работоспособности при соблюдении
удобного обслуживания и эксплуатации ямных и напольных безнапорных пропарочных камер периодического действия, предназначенных для ускоренного твердения бетонных и железобетонных изделий.
В задании на курсовую работу указываются:
1) тема курсовой работы;
2) годовая производительность предприятия по выпуску
продукции (изделий);
3) виды основного сырья и габаритные размеры изделий;
4) дополнительные данные.
Курсовая работа должна состоять из расчетно-пояснительной записки, выполненной на листах формата А4, и одного листа чертежа формата А1.
Расчетно-пояснительная записка должна быть оформлена
согласно правилам оформления проектной документации по
ГОСТ 21.101–97 «СПДС. Основные требования к проектной
и рабочей документации».
По характеру оформления записка должна включать в себя
титульный лист, первый лист, корпусные листы.
Титульный лист оформляется по правилам оформления расчетно-пояснительных записок.
Первый лист должен иметь основную надпись и рамку
предусмотренную ГОСТ 21.101–97 Ф.5, для оформления заго5
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Состав курсовой работы и требования к ее выполнению
ловочных листов текстовых документов. Макет основной надписи первого листа пояснительной записки представлен в прил. II.
Корпусные листы (все последующие листы корпуса) записки должны иметь рамку и основную надпись, предусмотренную
ГОСТ 21.101–97 Ф.6. Макет основной надписи корпусных листов представлен в прил. II.
В расчетно-пояснительную записку работы должны входить
следующие разделы:
1. Введение.
В разделе описывается назначение и роль безнапорных пропарочных камер в производстве строительных изделий.
2. Описание тепловой установки.
В разделе приводится схема пропарочной камеры с описанием назначения входящих в ее конструкцию основных элементов, а также принципа работы камеры.
3. Технологический расчет.
4. Теплотехнический расчет камеры.
5. Тепловой расчет камеры.
6. Расчет системы пароснабжения камеры.
7. Аэродинамический расчет камеры.
8. Методы контроля и автоматизация ведения тепловых процессов.
9. Основные требования по охране труда и технике безопасности при работе с камерами.
10. Приложения (если они имеются).
– все формулы и математические выражения набираются
в редакторах формул Microsoft Equation или Math Type.
На основании расчетных данных выполняется графическая
часть проекта, которая состоит из одного листа чертежей формата А1, где отображаются планы и разрезы, а также прочерчиваются в укрупненном масштабе отдельные узлы установки с подробной детализацией (прил. XII).
Чертеж должен обязательно иметь габаритную рамку
со строкой подшивки и основную надпись, выполненную по
ГОСТ 21.101–97 Ф.4. Макет основной надписи графической части работы представлен в прил. II.
Все основные надписи расчетно-пояснительной записки
должны содержать уникальный шифр, кодируемый следующим
образом:
Расчетно-пояснительная записка пишется вручную печатными буквами по ГОСТ 2.304–81 «ЕСКД. Шрифты чертежные» или
при помощи ЭВМ (компьютера).
Если записка пишется на компьютере с использованием текстового редактора Microsoft Word, в программе должны соблюдаться следующие параметры форматирования текста:
– для набора символов текста выбирают шрифт Times New
Roman, где выставляется величина кегля (высоты буквы) – 14;
– межстрочные интервалы должны соответствовать полуторному формату – 1,5;
1 – сокращенное общее название документа: KР – курсовая
работа; KП – курсовой проект; ДР – дипломная работа; ДП – дипломный проект и т. д.;
2 – знак пробела;
3 – знак точки;
4 – знак тире;
5 – шифр направления с обозначением кода получаемой степени (квалификации) по ФГОС ВПО (270100.62 – направление
«Строительство», квалификация «бакалавр»);
6 – сокращенное общее название изучаемой дисциплины.
ТиТО – теплотехника и теплотехническое оборудование в технологии строительных изделий и деталей;
7 – номер зачетной книжки или студенческого билета студента;
8 – год составления документа (курсовой работы);
9 – дополнительная приписка сокращенного названия структурной части работы. Данная приписка производится только
в шифрах пояснительных записок (ПЗ – пояснительная записка).
В графических и других частях работы данная приписка не делается.
6
7
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 1. Устройство и технические характеристики безнапорных...
Одними из самых простых по своему устройству и, пожалуй, самыми распространенными на предприятиях сборного железобетона являются ямные и напольные пропарочные камеры
института «Гипростройиндустрия». Камеры неприхотливы в обслуживании, просты по устройству и могут размещаться как
в цеховых помещениях, так и на открытых площадках (полигонах).
Камеры тепловлажностной обработки (ускоренного твердения) являются важными техническими устройствами, участвующими в технологическом цикле производства многих строительных изделий, затворяемых на основе портландцементных и других видов вяжущих. Применение камер позволяет сократить время
производства с одновременным повышением качества выпускаемой продукции, увеличить производственную мощность предприятий, что, несомненно, является важной задачей любых заводов.
Такая культура производства может быть достигнута только путем
максимально возможной оптимизации производственных процессов, отвечающих за качество производимой продукции.
Рост прочности бетона прямо пропорционален скорости
протекания химических процессов в его теле. Основными химическими реакциями, за счет которых происходит рост прочности, являются реакции гидратации минеральных веществ вяжущего, входящих в его химический состав, с водой. Как известно,
большинство химических процессов интенсифицируется (протекает более активно) с увеличением температуры. Это объясня-
ется ускорением движения молекул реагирующих компонентов.
Данное явление положено в основу технологического цикла производства строительных деталей и реализуется в камерах тепловлажностной обработки (ускоренного твердения).
Из гидрогазодинамики известно, что с ростом температуры
происходит также интенсификация и массообменных процессов,
проходящих как в теле материала (внутренний массообмен), так
и на его открытых поверхностях (внешний массообмен). Это явление неминуемо сказывается на изменении влагосодержания
изделий, что отражается на их конечных физико-химических
и прочностных свойствах.
Задача тепловлажностной обработки изделий в камерах ускоренного твердения заключается в создании условий для выполнения строго запроектированного технологического цикла. Время тепловой обработки включает время нагрева, изотермической
выдержки при постоянной температуре и время охлаждения изделий. Важным условием тепловлажностной обработки является поддержание таких физических параметров обрабатывающей
среды, которые не допустят снижения влагосодержания изделий
ниже пределов, допустимых технологическими условиями их
обработки. Такая задача решается путем использования в качестве формирующего обрабатывающую среду теплоносителя –
насыщенного водяного пара. Пар способен удовлетворительно
поддерживать расчетную температуру и влажностные параметры обрабатывающей среды по всему внутреннему объему камеры, что создает условия автомодельности проходящих в камере
тепло- и массообменных процессов в различных местах ее рабочего объема в течение всего технологического цикла тепловлажностной обработки.
Все пропарочные камеры могут компоноваться как отдельно стоящими, так и сгруппированными в блоки.
В ямных камерах отметки дна располагаются ниже уровня
отметки поверхности грунта. В напольных камерах отметки этих
уровней обычно совпадают; отметка днища может располагаться несколько выше отметки уровня поверхности грунта.
8
9
Глава 1. УСТРОЙСТВО И ТЕХНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗНАПОРНЫХ ПРОПАРОЧНЫХ
КАМЕР ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
1.1. Пропарочная камера института
«Гипростройиндустрия»
Устройство камеры
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Увязанные в блоки или запроектированные в многосекционном исполнении ямные камеры, где на днище размещается
от одного до двух изделий, имеют существенные преимущества
по сравнению с камерами, где размещается штабелем много
изделий.
К числу этих преимуществ можно отнести малое время разгрузки и выгрузки камеры, что позволяет свести к минимуму расход тепла на нагрев ограждений, а также повысить коэффициент
оборачиваемости форм и камер.
Использование автоматических траверс для загрузки и выгрузки изделий дает возможность заглубить проектные отметки
днища ямных камер ниже отметки поверхности земли. Такое решение возможно, если позволяет уровень грунтовых вод, который обязательно должен располагаться ниже отметки поверхности дна камеры.
На рис. 1.1 представлена конструкция напольной пропарочной камеры института «Гипростройиндустрия».
Габариты внутреннего объема камеры определяются технологическим расчетом в соответствии с габаритами размещаемых
в камере изделий.
При выборе материала наружных стен камер 1 проектировщики считаются с двумя обстоятельствами: прочностью конструкции и расходом теплоты на их нагрев. С учетом требований
по энергосбережению и экономии энергетических ресурсов стараются предельно сократить расход теплоты на периодический
разогрев стен, что достигается путем использования гидрофобных бетонов с низким значением коэффициентов теплопроводности и устройством тепловой изоляции на их внутренней поверхности. Однако большинство пористых теплоизоляционных
бетонов, к которым относятся шлакобетон и другие бетоны, нельзя
использовать для этой цели, так как они обладают гигроскопичными свойствами: способны сорбировать (поглощать) влагу из
окружающей среды, – вследствие чего значительно возрастает
коэффициент теплопроводности, а это неминуемо приводит к
росту тепловых потерь.
10
Глава 1. Устройство и технические характеристики безнапорных...
5
6 7
4
17
16
12
14
Пар
Из холодного
водопровода
23
3
22
1
14
26
11
10
2
Из холодного
водопровода
24
21
25
18
9
15
13
19
20
8
Рис. 1.1. Схема напольной пропарочной камеры
института «Гипростройиндустрия»:
1 – стены камеры; 2 – теплоизоляция; 3 – парогидроизоляция; 4 – гидрозатвор
крышки; 5 – крышка; 6 – ребро уголка, выполняющее роль опоры крышки
и разделительной перегородки гидрозатвора крышки; 7 – заделываемые в стену
фиксирующие ребра; 8 – перфорированный трубопровод; 9 – производственная система канализации; 10 – производственная система пароснабжения камер; 11 – отключающее устройство; 12 – запорно-регулирующее устройство на
подающем паропроводе; 13 – фундаментные брусья; 14 – гидрозатворы системы вентиляции; 15 – гидрозатвор системы канализации (сифон);16 – подающий
паропровод; 17 – гильза; 18 – конденсатоприемный желоб; 19 – теплоизоляция
днища; 20 – система наполнения гидрозатворов; 21 – система опорожнения гидрозатворов; 22 – изделие; 23 – форма; 24 – воздуховод камеры; 25 – производственная система вентиляции камер; 26 – съемные подкладочные брусья
Накладываемый на внутреннюю поверхность стен теплоизоляционный слой 2, в качестве которого обычно применяться пеностекло, должен обладать гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами. Учитывая низкую прочность пеностекла, в та11
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 1. Устройство и технические характеристики безнапорных...
ких камерах проектируют защитные ограждения, не допускающие удара форм с изделиями о стены при их загрузке и выгрузке.
Внутренние стены камер (перегородки) наиболее целесообразно изготавливать из тяжелого сборного железобетона. Такие
ограждения долговечны, перегородки получаются прочными при
сравнительно минимальной их толщине (150÷200 мм), обычно
достаточной для размещения на верхнем их торце опорных швеллеров крышки 4, служащих гидрозатвором.
Часто при проектировании камер весь их внутренний объем
полностью обшивается стальным листом 3 толщиной 1,5÷2,0 мм,
места соединений которых обязательно провариваются сплошным швом. Такая внутренняя обшивка служит надежной парогидроизоляцией наружных стен, что позволяет увеличить ряд
рассматриваемых к применению теплоизоляционных материалов
для утепления внутренней поверхности наружных стен камер.
Крышки 5 изготавливают теплоизолированными, с надежной парогидроизоляцией, в связи с чем их нижняя поверхность
закрывается стальными листами толщиной 1,5÷2 мм, обвариваемыми сплошным швом. Каркас крышек выполняют из стандартного стального проката. Внутреннее пространство крышек закладывается утеплителем, по возможности обладающим гидрофобными свойствами. В качестве утеплителя обычно применяют
стекловату, шлаковату, минеральную вату. Поверхность крышек,
обращенную к наружному воздуху, выполняют из досок, заливают бетоном по стальной сетке или просто, наложив стальные
листы, сплошным швом проваривают по каркасу, обеспечивая
герметичность.
Основное внимание при проектировании крышек уделяется их гидравлическому затвору 4. С этой целью институтом «Гипростройиндустрия» рекомендуется по всему периметру крышки
приваривать уголок 6 с высотой полки 50÷75 мм, упирающийся
во внутреннюю поверхность гидрозатвора крышки. Опорный
швеллер должен иметь ребра 7, заделываемые в бетонные стены
камеры и затрудняющие утечку паровоздушной смеси из камеры
в период тепловлажностной обработки.
Встречаются рекомендации о соблюдении обязательных
правил, согласно которым каждая камера должна иметь свою
крышку. Однако при выполнении такого требования эксплуатация камер усложняется и может стать технологически нецелесообразной. Учитывая это обстоятельство, камеры проектируют
в блочном исполнении или увязывают в блоки. При этом крышки делают взаимозаменяемыми, а их количество на одну меньше, чем число камер в блоке технологической линии, так как одна
из камер согласно технологическому графику чередования операций всегда будет находиться под разгрузкой или загрузкой. После окончания загрузки одной из камер блока камеру закрывают,
перемещая крышку с соседней камеры, где завершился технологический цикл тепловлажностной обработки. Данная операция
сокращает потери теплоты на нагрев крышки.
При разработке камер следует иметь в виду, что системы
конденсатоудаления могут проектироваться отдельно от каждой
камеры. При общем конденсатоотводящем лотке в местах его
прохода под перегородками блока следует предусматривать гидравлические затворы высотой 50÷100 мм. В этом случае будет
обеспечена гидравлическая герметизация внутреннего объема
действующей камеры от окружающей среды. Поверхность днища, конденсатоотводные лотки, обращенная к внутреннему объему камеры поверхность крышки должны проектироваться с уклоном 0,01÷0,005 в сторону удаления конденсата.
В камерах института «Гипростройиндустрия» иногда проектируют специальные «дыхательные» трубки для удаления лишнего объема паровоздушной смеси, образующегося в результате
повышения ее температуры, или, наоборот, подсасывания воздуха из окружающей среды в камеру при отключении подачи и снижении температуры. Если трубки по конструкторским решениям
предусмотреть в проекте затруднительно, то возможно для этой
цели использовать обычно выполняемое в верхней зоне отверстие диаметром 15÷20 мм, предназначенное для измерения температуры термометрами.
Если герметичность внутреннего объема камеры обеспечена, тогда вход и выход наружного воздуха при разогреве в период
12
13
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 1. Устройство и технические характеристики безнапорных...
изотермической выдержки и охлаждения будет осуществляться
только через «дыхательную» трубку или отверстие. Холодный
наружный воздух, прорывающийся через трубку или отверстие
в камере, будет в верхней части подогрет до того, как он опустился в нижнюю зону.
Целесообразно предусматривать в камеру института «Гипростройиндустрия» только один ввод пара. Два ввода устраивать
нецелесообразно: это требует лишних капитальных затрат на их
сооружение и увеличивает тепловые потери. Удовлетворительная равномерность распределения пара по рабочему объему камеры обеспечивается закольцованной перфорированной трубой
8, прокладываемой у основания днища камеры по всему периметру. Опытами установлено, что для надежного и равномерного
распределения пара по закольцованной перфорированной трубе
достаточно обеспечить условие, при котором суммарная площадь
живых сечений всех парораздающих отверстий трубы была бы
меньше или равна половине площади сечения перфорированной
трубы.
Скорости выхода пара из отверстий проектируют близкими
к значениям 100÷120 м/с. Это обеспечит равномерность распределение пара между отверстиями и надежную циркуляцию пара
в камере, что приведет к снижению влажностных и температурных градиентов по высоте внутреннего объема камеры, негативно сказывающихся на соблюдении автомодельности технологических режимов тепловлажностной обработки.
Для улучшения выравнивания температуры среды по высоте камеры (снижению температурных градиентов) необходимо
увеличивать степень циркуляции обрабатывающей среды.
Раздача пара через нижнюю перфорированную трубу чаще
всего предусматривается в пространство между штабелем изделий и стенами камеры (вертикально вверх).
Благодаря эжектирующим свойствам поступающих из отверстий в рабочий объем камеры паровых струй обеспечивается
циркуляция обрабатывающей среды. Это улучшает равномерность
нагрева изделий, способствует росту значений коэффициентов
теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхностям изделий
и форм, что сказывается на интенсификации теплообменных процессов и сокращении времени нагрева.
Количество отверстий в перфорированной трубе, их диаметры и давление пара перед камерами принимаются по расчету,
представленному в гл. 8 настоящего пособия, обеспечивая взаимное соответствие этих величин.
В установках тепловлажностной обработки периодического действия, обогреваемых паром, происходит потеря конденсата, отводимого в производственную систему канализации 9. Чистый конденсат без содержания в нем вредных примесей может быть
отправлен в оборотный цикл без очистки. Кроме того, рекомендуется утилизировать (отбирать с полезным использованием) его теплоту. Однако образующийся в камерах периодического действия
конденсат часто загрязнен используемыми для смазки форм нефтепродуктами и минеральными солями вследствие его прямого
контакта с формами и неукрытыми поверхностями изделий. Утилизация теплоты загрязненного конденсата чаще всего невыгодна
вследствие необходимости обязательной его очистки от примесей
до поступления в утилизационный теплообменник.
Наиболее целесообразной является утилизация теплоты конденсата в случае обогрева пропарочных камер паровыми регистрами. При эксплуатации подобных схем конденсат будет отводиться чистым и может быть возвращен обратно в парогенерирующую установку.
Применение в пропарочных камерах паровых регистров
имеет ряд неоспоримых достоинств:
– температура обрабатывающей среды в камерах быстро
выравнивается по высоте. Таким образом, режимы тепловлажностной обработки изделий, расположенных в нижних ярусах,
не будут отличаться от режимов тепловой обработки изделий,
расположенных на верхних ярусах;
– возможен возврат конденсата на источник теплоты, так
как он не имел прямого контакта с изделиями и формами и является чистым;
14
15
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 1. Устройство и технические характеристики безнапорных...
– подача теплоты через паровые регистры приводит к некоторому снижению влагосодержания изделий за время изотермической выдержки, что часто бывает необходимо по технологическим решениям.
При технико-экономических расчетах рентабельности установки в пропарочных камерах паровых регистров следует учитывать необходимость поддержания в производственной сети
пароснабжения камер 10 перед регистрами давления пара не ниже
0,3 МПа (3,0 ат), возможность возврата конденсата автоматическими конденсатоотводчиками, использования пролетного пара
и пара вторичного вскипания, образующегося в результате резкого сброса давления. При наличии на предприятии отопительно-вентиляционных установок с конденсационной сетью и станций перекачки конденсата целесообразность использования паровых регистров увеличивается. Удельный расход металла на
изготовление регистров может проектироваться минимальным за
счет использования тонкостенных труб.
Назначение гидравлических затворов 4, 14 заключается
в обеспечении поддержания небольшого избыточного давления
в безнапорной пропарочной камере. Обычно гидрозатворы представляют собой местное гидравлическое сопротивление, величина
которого не превосходит 60÷100 Па (6÷10 мм вод. ст.).
Гидравлический затвор служит важным элементом безнапорной камеры. Его установка предотвращает поступление холодного воздуха из-за наблюдающихся в процессе работы камеры незначительных колебаний давления, возникающих вследствие неравномерной подачи пара.
Камера института «Гипростройиндустрия» не считается герметичной установкой, так как стены и затворы выдерживают
очень небольшое избыточное или отрицательное давление, поэтому в любой промежуток времени в камере преобладает давление
среды, по значению очень близкое к атмосферному (≈0,1 МПа).
В момент подачи пара в камере находится воздух, поэтому
полное давление в камере рк будет складываться из парциального давления пара рп и парциального давления воздуха рв:
pк = рп + рв ≈ 0,1 МПа .
16
(1.1)
Следовательно, парциальное давление пара рп в любой момент времени в камере всегда меньше атмосферного на парциальное давление воздуха рв. В связи с тем, что значение максимально достигаемой обрабатывающей средой температуры является функцией парциального давления насыщенного пара pп
при постоянном давлении рк tmax = f(pп), максимальное значение
температуры изотермической выдержки будет всегда меньше 100 °С.
На практике в камерах института «Гипростройиндустрия» максимальная температура составляет 80÷85 °С.
Камера работает по циклу порядка 12÷15 ч. Цикл работы
камеры включает время загрузки τзаг, время нагрева τн, время изотермической выдержки τи, время охлаждения τо и время выгрузки τвыг. Согласно опытным данным удельный расход пара в таких
камерах находится в пределах 200÷300 кг/м3 бетона. В хорошо
оборудованных и правильно эксплуатируемых камерах при оптимальной организации теплоснабжения удельный расход пара
может быть снижен до 130÷150 кг/м3 бетона.
Принцип работы камеры
Перед загрузкой изделий камеру чистят, проверяют работоспособность запорной 11 и запорно-регулирующей 12 арматуры,
системы автоматики камеры.
Далее при помощи имеющихся на предприятии средств грузоподъемной механизации (мостовые краны, кран-балки и др.)
производят загрузку форм со свежесформованными изделиями
или поддонов с предварительно выдержанными изделиями. Нижние формы укладываются на дно камеры, где имеются стационарные фундаментные брусья 13, являющиеся основанием штабеля. Затем на нижнюю загруженную форму укладываются съемные подкладочные брусья 26, на которые устанавливают
следующий ряд форм, и т. д.
17
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 1. Устройство и технические характеристики безнапорных...
Если подготовлены поддоны с распалубленными предварительно выдержанными изделиями, их укладывают на специальные стойки с самоопрокидывающимися кронштейнами, размещаемые чаще всего в углах камеры. Перед загрузкой все ряды
кронштейнов на стойках, кроме нижнего ряда, находятся в сложенном положении. После загрузки первого поддона за счет механических тяг происходит открывание следующего вышерасположенного ряда кронштейнов и т. д.
После загрузки камеру закрывают крышкой 5, заполняют
водой гидрозатворы вентиляции камеры 14 и гидрозатвор крышки 4. Далее непосредственно оператор или система автоматики,
вводимая в действие оператором, включает подачу пара в камеру.
Поступая через перфорированный трубопровод в рабочий объем
камеры, пар смешивается с находящимся в ней воздухом, образуя
обрабатывающую среду (паровоздушную смесь). Момент подачи
пара служит началом времени нагрева изделий. Конденсируясь на
холодных поверхностях форм, изделий и внутренних поверхностях наружных ограждений, пар отдает теплоту конденсации. Образующийся конденсат стекает на дно камеры и, минуя гидрозатвор 15, удаляется в производственную систему канализации 9.
После достижения максимальной проектной температуры
изотермической выдержки, обычно не превышающей 80÷85 °С,
расход пара резко снижают. В этот момент наступает период изотермической выдержки изделий.
После достижения изделиями 55÷60 % проектной прочности время изотермической выдержки заканчивается. Отключается подача пара, опорожняются гидрозатворы системы вентиляции 14, приводится в действие система принудительной вентиляции камеры. С этого момента наступает период охлаждения
изделий, окончанием которого является момент достижения температуры поверхности изделий 40÷45 °С и прочности 70÷75 %
от проектной. Затем отключают систему вентиляции камеры, открывают крышку 5 и начинают выгрузку готовой, прошедшей тепловлажностную обработку, продукции. После окончания выгрузки
камера снова подготавливается к очередному циклу работы.
1.2. Пропарочная камера Семёнова
18
Устройство камеры
Профессором Л. А. Семеновым был разработан ряд устройств, позволяющих повысить температуру тепловлажностной
обработки, а также интенсифицировать теплообменные процессы в безнапорных камерах.
Камеры Семенова (рис. 1.1) от камер института «Гипростройиндустрия» (рис. 1.2) отличаются внедрением в их конструкцию дополнительных устройств, позволяющих произвести удаление паровоздушной смеси из камер и заполнить их чистым
насыщенным паром при атмосферном давлении.
12
3
13
14
5
6
8
15
10
1
2
7
9
4
11
Рис. 1.2. Схема ямной пропарочной камеры Семенова:
1 – стены; 2 – система вентиляции камеры; 3 – крышка; 4 – нижняя перфорированная труба; 5 – верхняя перфорированная труба; 6 – отключающее устройство
подачи пара в верхнюю перфорированную трубу; 7 – отключающее устройство
подачи пара в нижнюю перфорированную трубу; 8 – отключающее устройство
на подающем паропроводе; 9 – система пароснабжения камер; 10 – труба для
выпуска паровоздушной смеси; 11 – гидрозатвор трубы для выпуска паровоздушной смеси; 12 – холодильник; 13 – змеевик; 14 – отключающие устройства
на системе хладообеспечения; 15 – конденсатоотводной желоб
19
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 1. Устройство и технические характеристики безнапорных...
В камере Семенова все детали аналогичны деталям камеры
Гипростройиндустрии, за исключением некоторых характерных
ей элементов. Вентиляционный канал камеры с гидрозатвором 2
для удобства рассмотрения схемы камеры Семенова перенесен
на торцевую стенку.
В конструкцию камеры института «Гипростройиндустрия»
дополнительно внесены верхняя перфорированная труба 5 для
подачи пара сверху вниз; запорное устройство на линии подачи
пара через верхнюю перфорированную трубу 6; труба для выпуска паровоздушной смеси 10, снабженная гирозатвором 11; змеевиковый холодильник 12; система хладообеспечения холодильника
с запорными устройствами 14 и желоб для стока конденсата 15.
В камере Семенова существует возможность приблизить
максимальную температуру изотермической выдержки к 100 °С.
Однако на практике за счет имеющихся теплопотерь в камере
температура изотермической выдержки не превышает 95÷97 °С.
Пар подают в камеру по паропроводам из системы пароснабжения камер 9, однако для осуществления чередования операций подачи пара через нижнюю и верхнюю перфорированную
трубу на их подводках устанавливаются запорно-регулирующие
устройства 6, 7. Верхняя перфорированные труба 5 служит для
подачи в верхнюю область камеры пара, оттесняющего паровоздушную смесь в нижнюю область. Удаляют паровоздушную смесь
из нижней части камеры через трубу для выпуска паровоздушной смеси 10.
Повторное вытеснение холодного воздуха, прорвавшегося
в нижнюю зону камеры, представляет определенного рода сложности, в связи с чем труба для выпуска паровоздушной смеси
диаметром 100 мм оборудуется гидравлическим затвором 11 или
запорным устройством, а на выходном ее патрубке размещается
холодильник 12.
С помощью холодильника создаются условия конденсации
водяных паров из выпускаемой в окружающую среду паровоздушной смеси. Холодильник предотвращает ее неорганизованный выход в окружающее камеру пространство, обеспечивает
осушение смеси, предотвращая ухудшение условий труда обслуживающего персонала.
20
21
Принцип работы камеры
Для рассмотрения принципа работы камеры Семенова более подробно рассмотрим тепловые процессы, происходящие
в безнапорных камерах, обогреваемых паром.
Как известно, плотность пара, подаваемого из паропровода
в камеру, меньше плотности воздуха и находящейся в камере
в период тепловлажностной обработки паровоздушной смеси.
В связи с этим явлением согласно законам газодинамики пар будет всегда стремиться занимать верхние области внутреннего
объема камеры, что позволит организованно собрать более тяжелые слои воздуха и паровоздушной смеси в нижней части камеры. На этом принципе основана вся последовательность технологических операций, совершаемых оператором или системой автоматики камеры в период ее действия.
Основной особенностью камер Семенова, обогреваемых
паром, является повышение парциального давления пара в обрабатывающей среде до атмосферного давления. Этого можно достичь путем удаления паровоздушной смеси из камеры, заполняя
ее объем чистым насыщенным паром.
Целесообразнее удалять наиболее холодные слои паровоздушной смеси из нижней зоны камеры, не подвергая их нагреву.
Вытеснение их следует производить путем подачи чистого пара,
обладающего меньшей плотностью, в верхнюю зону, как можно
ближе к нижней поверхности крышки, не смешивая его с более
холодными слоями паровоздушной смеси и воздуха. В таком случае камера будет заполняться чистым насыщенным паром.
Согласно уравнению (1.1) в процессе удаления паровоздушной смеси парциальное давление воздуха в камере рв станет
уменьшаться и стремиться к нулю, а парциальное давление насыщенного пара в камере рп станет увеличиваться и стремиться
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
к ра . При заполнении камеры чистым насыщенным паром давление пара в камере pк станет равным рп и равным ра ≈ 0,1 МПа ,
а температура среды установится близкой к 100 °С.
Технологические операции загрузки и выгрузки осуществляются так же, как и в камере института «Гипростройиндустрия».
В камерах Семенова в начальный момент времени периода
нагрева пар подается через нижнюю перфорированную трубу, как
и в камере института «Гипростройиндустрия», до достижения
температуры поверхности изделий 80÷85 °С. По достижении этой
температуры оператор (или система автоматики) переключает
подачу пара с нижней перфорированной трубы на верхнюю.
В этот момент начинается процесс удаления паровоздушной смеси
из камеры.
После начала подачи пара через верхнюю перфорированную трубу паровоздушная смесь, а затем чистый пар, выходящий
из камеры через трубу для выпуска паровоздушной смеси, конденсируются в холодильнике. По интенсивности образования
конденсата при ручном управлении системой подачи пара судят
о его поступлении в камеру. Если выпадение конденсата отсутствует, значит, пар в камеру не поступает или подается недостаточно интенсивно, в таком случае следует увеличить расход пара.
Если выход пара из холодильника сочетается с высокой степенью конденсации, это свидетельствуют о том, что пара поступает в камеру слишком много и следует снизить его расход.
По достижении температуры обрабатывающей среды, подаваемой в холодильник, 90÷95 °С, контролируемой термометром в характерной для этого точке, закрывают подачу пара в верхнюю перфорированную трубу и полностью открывают подачу
пара через нижнюю перфорированную трубу. Далее наступает
период изотермической выдержки при температуре 90÷95 °С.
Удельный расход пара в камерах Семенова обычно не отличается от расхода в камерах института «Гипростройиндустрия»
и составляет 200÷300 кг на 1 м3 бетона.
22
Глава 2. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ
ОБРАБОТКИ
2.1. Режимы тепловлажностной обработки
Время изготовления изделий t с момента его формования
и до выдачи на строительные площадки складывается из целого
ряда технологических промежутков времени, в каждый из которых протекают с различной интенсивностью и в различных сочетаниях массообменные, гидродинамические, химические
и другие виды процессов.
На рис. 2.1. представлен развёрнутый технологический график цикла тепловлажностной обработки с нанесением всех возможных температурных режимов.
t, °C
tmax
tои
tни
tвыг
tизд
tзаг
tmax = tи = const
dt / d τ′′н
dt / d τ′о
dt / d τ′′о
dt / d τ′н
τ, ч
τпред τзаг
τин τ′′н
τ′н
τн
τио τ′′о
τ′о
τи
τи
τвыг
τпосл
τо
τп.п
τп.в
τт.о.и
τц.р.к
τ
Рис. 2.1. Развёрнутый технологический график цикла
тепловлажностной обработки
23
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 2. Технология тепловлажностной обработки
Технологический график тепловлажностной обработки может включать в себя время:
– предварительной выдержки изделий до тепловлажностной обработки τпред , ч;
– подогрева изделий с заданной скоростью подъема температур dt / d τ′н от температуры tзаг до температуры изотермической выдержки во времени нагрева t ни τ′н , ч;
– изотермической выдержки в периоде нагрева при температуре tни = const τин , ч;
– подогрева изделий с заданной скоростью подъема температур dt / d τ′′н от температуры tни до температуры tи τ′′н , ч;
– изотермической выдержки изделий при максимальной температуре tи τи , ч;
– охлаждения изделий с заданной скоростью dt / d τ′о от температуры tи до температуры tои τ′о , ч;
– изотермической выдержки во времени охлаждения при
температуре tои = const τиo , ч;
– охлаждения изделий с заданной скоростью dt / d τ′′о от температуры t ои до температуры выгрузки изделий tвыг τ′′о , ч;
– выгрузки изделий из тепловой установки τвыг , ч;
– последующей выдержки изделий вне тепловой установки
до выдачи на строительные площадки τпосл , ч;
– нагрева изделий τн , ч;
– охлаждения изделий τo , ч;
– подачи пара в тепловую установку τп.п , ч;
– подачи воздуха в тепловую установку τп.в , ч;
– тепловлажностной обработки изделий в тепловой установке τт.o.и , ч;
– цикла работы пропарочной камеры периодического действия τц.р.к , ч;
– изготовления изделий τ , ч.
За время предварительной выдержки изделий τпред в теле
бетона зарождаются структурные новообразования. После формования чрезмерно интенсивный нагрев изделий может привести к нарушению качества изделий за счет преждевременного создания и уплотнения структурной оболочки, образующейся вокруг цементных зерен. Это явление приведет к сильному
замедлению интенсивности химических реакций между минералами вяжущего и водой, снижению прочностных показателей
готовой продукции и большой степени снижения реакционной
способности вяжущего. Время предварительной выдержки изде-
24
25
лий τпред оценивается от момента затворения бетонной смеси до
начала схватывания вяжущего и практически составляет от 1,5
до 5 ч в зависимости от реакционной способности и водоцементного отношения.
Период τпред можно сократить путем введения различногоо
вида ускорителей схватывания вяжущего.
Имеется возможность полного отказа от времени τпред при
условии формования жестких бетонных смесей в герметично закрывающиеся формы.
Выбор оптимальных режимов тепловлажностной обработки основывается на полной увязке взаимодействия технологических и теплотехнических процессов.
Учет влияния реакционной способности вяжущего и состава бетонной смеси на выбор режима тепловлажностной обработки основывается на следующих важных позициях:
1. Согласно проведенным исследованиям относительная
прочность образцов, прошедших тепловлажностную обработку,
через 28 сут по отношению к прочности образцов, твердеющих
в естественных условиях, составляет:
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 2. Технология тепловлажностной обработки
– для бетонов на портландцементе 80÷105 %;
– на пуццолановом портландцементе 90÷115 %;
– на шлакопортландцементе 110÷140 %.
2. Наибольшее снижение прочности наблюдается у бетонов
на цементах с содержанием алюминатов более 8 %.
3. Тепловлажностная обработка бетонных изделий на глиноземистом цементе недопустима.
4. Пластифицированный и гидрофобный портландцементы
можно прогревать лишь после тщательной экспериментальной
проверки в условиях, соответствующих производственным.
5. Тепловлажностная обработка бетонов на высокоактивных
цементах марки 400 и выше производится в камерах с паровоздушной средой при температуре 60÷80 °С и относительной влажности 90÷100 %. Пропаривание их в чисто паровой среде при
100 °С и выше должно обусловливаться предварительными технико-экономическими расчетами. В частности, нагрев до 100 °С
целесообразен для тонкостенных жестких бетонных изделий на
высокомарочных цементах в прокатных станах, где период тепловой обработки должен быть сокращен до минимума. Тепловлажностная обработка при температурах порядка 100 С в среде
чистого насыщенного пара наиболее эффективна для бетонов
с медленно твердеющим в обычных условиях шлакопортландцементом, на низкомарочном портландцементе и пуццолановом портландцементе. Повышение температуры тепловлажностной обработки для одной и той же смеси с 60 до 100 °С приводит к сокращению общей продолжительности цикла тепловлажностной
обработки примерно в два раза. Увеличение жесткости бетонной
смеси обычно сокращает время тепловой обработки в 1,5÷2 раза.
Скорость нагрева dt / dτн и скорость охлаждения изделий
dt / dτо зависят от пластичности бетонной смеси. Использование жестких смесей позволяет сократить время цикла тепловлажностной обработки в большей степени при низких температурах
порядка 60 °С и в меньшей степени при высоких температурах
порядка 95÷100 °С.
Введение дополнительного времени изотермической выдержки в периоде нагрева τин способствует устранению разрушающих деформаций в материале при твердении. Время τин обычно
вводят в технологический цикл автоклавных установок. В безнапорных камерах подъем температуры обычно осуществляют без
времени τ ин , с постоянной допустимой скоростью.
Время изотермической выдержки τи при максимальной температуре tи в основном зависит от жесткости бетонной смеси
и температуры tи . При атмосферном давлении и невысоких температурах до 60 °С с использованием пластичных подвижных бетонных смесей время изотермической выдержки τи мож
жет доходит до 18÷20 ч, а для жестких смесей это время снижается в два
раза. Повышение температуры от 60 до 100 °С для жестких смесей сокращает этот период еще в 4÷5 раз, доводя его до 2 ч. При автоклавной обработке и повышении рабочего давления до 1,6÷2,5 МПа
26
27
и температуры tи до 150÷200 °С как нагрев изделий, так и изотермическая выдержка могут происходить в течение сравнительно непродолжительного времени, что дает возможность сократить время тепловой обработки τт.o.и до 6÷8 ч.
Замедленное снижение температуры во время охлаждения
τo позволяет уменьшить деформационные напряжения в материале. Быстрое снижение вызывает большой градиент температуры по толщине изделий. В результате этого внутри изделий температура оказывается значительно выше, чем снаружи, что способствует интенсивной миграции влаги с образованием в материале
длинных открытых каналов.
В пропарочных камерах после необходимого набора прочности бетона и выравнивания температуры в изделии период
охлаждения может проходить с более высокой скоростью 25÷50 °С/ч
по автоматически регулируемому режиму. Такой режим создается вентиляционной системой, обеспечивающей присос свежего
воздуха и удаление отработавшей паровоздушной смеси из внут-
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 2. Технология тепловлажностной обработки
реннего объема камеры. Допустимая скорость охлаждения изделий несколько возрастает с увеличением жесткости бетонной
смеси и уменьшается с увеличением толщины изделия. Наибольшая допустимая скорость 60 °С/ч характерна для изделий особо
жестких, толщиной до 100 мм, наименьшая – 24 °С/ч – характерна для изделий 400 мм и более, изготовленных из пластичных
бетонных смесей.
Тепловлажностная обработка изделий в герметично закрытых формах позволяет предохранять бетон от значительных потерь влаги и обработать его средой, создаваемой испаряющейся
из него влагой. Небольшие размеры герметичной формы обусловливают быстрое заполнение свободного объема выделяющимся паром и относительно равномерный прогрев всей массы
бетона по принципу самопропаривания, что повышает конечные
качества изделия.
Охлаждение изделий ведется до достижения ими темпера-
где Vг – годовая производительность всех установок тепловлаж-
туры tвыг , разность которой с температурой окружающей среды,
куда выгружаются изделия, не должна превышать 40 °С. Время
выгрузки зависит от средств механизации, имеющихся на данном предприятии, и обычно не превышает 2÷2,5 ч.
2.2. Технологический расчет
Целью выполнения технологического расчета пропарочных
камер периодического действия является определение оптимальных промежутков времени ведения тепловых процессов, а также
основных геометрических размеров внутреннего объема (рабочего объема) пропарочной камеры.
По известной годовой производительности предприятия
определяется его суточная производительность, м3/сут,
Vc =
Vг
nг ⋅ z ,
28
(2.1)
ностной обработки предприятия, м3/год; nг – количество суток
в году, в которые используется данный вид оборудования, сут, что
соответствует числу рабочих дней в году на данном предприятии. Значение nг зависит от режимов работы предприятия;
z – коэффициент использования оборудования, характеризующий
степень эксплуатации тепловых установок в рабочее время. Обычно для безнапорных пропарочных камер периодического действия
его значение принимается 0,95.
Режим работы тепловых установок складывается из ряда
временных периодов. Полный цикл работы безнапорных пропарочных камер периодического действия, ч,
τц.р.к = τзаг + τн + τи + τо + τвыг ,
(2.2)
где τзаг – время загрузки изделий в пропарочную камеру, ч; τн –
время нагрева изделий в пропарочной камере с расчетной максимально допустимой скоростью подъема температуры dt / dτн , ч;
τи – время изотермической выдержки изделий в пропарочной
камере, ч; τo – время охлаждения изделий в пропарочной камере
с расчетной максимально допустимой скоростью снижения температуры dt / dτo , ч; τвыг – время выгрузки изделий, ч.
Время загрузки и выгрузки изделий
Время загрузки и выгрузки изделий τзаг и τвыг зависит отт
вида подъемного оборудования предприятия и его технических
характеристик. Обычно изделия в камеры загружаются и выгружаются мостовыми кранами, установленными на открытых полигонах. В расчетах, руководствуясь практическими данными
действующих предприятий, время загрузки τзаг обычно принимают от 1,5 до 2,5 ч, а время выгрузки τвыг от 1,5 до 2,0 ч.
29
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Время нагрева изделий
Продолжительность нагрева размещенных в камере изделий
зависит от их толщины, способа нагрева, максимальной температуры в конце периода нагрева, активности и вида вяжущего,
а также ряда других факторов.
Время нагрева изделий, ч,
t −t
τн = и заг ,
dt / d τн
(2.3)
где tзаг – температура загружаемых в камеру изделий, °C. Если
заполнители или затворяющая смесь вода предварительно не
подогреваются, то температура смеси принимается равной температуре воды, при которой производилась формовка. Обычно
при затворении холодной водой ее значение принимают а пределах
16÷20 °С; tи – температура изотермической выдержки (максимальная конечная температура изделий), °C. Температура изотермической выдержки изделий, проходящих тепловлажностную обработку в безнапорных камерах периодического действия, работающих
на паровоздушной смеси, принимается в пределах 80÷85 °С. В безнапорных камерах периодического действия, работающих на среде
чистого пара, принимается в пределах 95÷98 °С; dt / dτн – максимально допустимая скорость подъема температуры, °С/ч. Принимается в зависимости от начальной t1 и конечной t2 температур по
таблицам нормативной и справочной литературы, составленным на
основании опытных данных. Для изделий, затворенных на основе
портландцементных вяжущих, скорость допустимого подъема температуры dt / dτн определяется по табл. 1 прил. III.
Время охлаждения изделий
Время охлаждения изделий в камере, как и время их нагрева, зависит от толщины, способа охлаждения, максимальной тем30
Глава 2. Технология тепловлажностной обработки
пературы изотермической выдержки, активности и вида вяжущего, а также от ряда других факторов.
Время охлаждения изделий, ч,
t −t
τo =и выг ,
dt / d τo
(2.4)
где tвыг – температура выгружаемых из камеры изделий, °C; обычно принимается в пределах 45 °С; tи – максимальная температура
изделий (температура изотермической выдержки), °C; dt / dτo –
допустимая скорость снижения температуры, °С/ч. Как и в случае с определением допустимой скорости нагрева, допустимая
скорость охлаждения принимается по опытным данным и таблицам, в зависимости от разности температур начальной tи и конечной tвыг . Для изделий, выполненных на основе портландцементных вяжущих, скорость допустимого снижения температуры dt / dτo определяется по табл. 2 прил. III.
Модуль поверхности изделий, м–1,
Mf =
Fи
,
Vи
(2.5)
где Fи – площадь поверхности изделия, м2; Vи – объем изделия, м3.
Время изотермической выдержки изделий
Время изотермической выдержки зависит от вида и жесткости бетонной смеси, отпускной прочности, максимальной температуры изотермической выдержки tи и определяется по графическим зависимостям и таблицам, составленным на основе экспериментальных данных.
В различного рода справочной литературе, нормах технологического проектирования, строительных нормах и правилах,
а также в иной технической литературе, где представлены реко31
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 2. Технология тепловлажностной обработки
мендации по определению технологических периодов для тепловлажностной обработки бетонных изделий, имеются таблицы,
где отображены рекомендуемые режимы, зависящие от вида применяемого вяжущего, его активности, температуры и метода тепловой обработки. Также имеются графические зависимости роста прочности бетонов в зависимости от температуры изотермической выдержки, жёсткости бетонной смеси, активности
применяемого вяжущего и других факторов.
Используя представленные в литературе рекомендуемые для
проектирования эмпирические данные, можно вычислить продолжительность периода изотермической выдержки изделий.
Для изделий из тяжелого бетона на портландцементных
и шлакопортландцементных вяжущих марок 400÷500 при тепловлажностной обработке в безнапорных пропарочных камерах
с максимальной температурой изотермической выдержки
tи = 80÷85 °С можно воспользоваться табл. 3 прил. III, составленной на основе опытных данных.
Для определения времени изотермической выдержки в безнапорной камере необходимо, используя табл. 3 прил. III, определить общий цикл тепловлажностной обработки. Нам следует
в качестве исходных данных знать проектную прочность бетона,
которую необходимо достичь в возрасте 28 сут, прочностной показатель выбираемой прочности, а также время, когда будет достигнут этот показатель прочности.
В безнапорных камерах в конце тепловой обработки изделие должно иметь прочностный показатель 70÷75 %. Этот показатель выбирают в табл. 3 прил. III, в графе 12 ч после тепловой
обработки.
тывающий влияние условий. Значения коэффициента k представлены в табл. 4 прил. III.
Определив значение k, находим продолжительность времени изотермический выдержки, ч,
Общее время тепловлажностной обработки τт.о.и , отраженное в табл. 3 прил. III, складывается из трех промежутков времени: времени нагрева τн , изотермической выдержки τи и охлаждения τо . Время τт.о.и зависит от условий тепловой обработки.
Если условия обработки отличаются от представленных в табл. 3
прил. III, необходимо ввести поправочный коэффициент k, учи32
τи = τт.о.и ⋅ k − τн − τо .
(2.6)
После нахождения всех временных промежутков по выражению (2.2) определяется продолжительность полного цикла
работы пропарочной камеры периодического действия τ ц.р.к .
По найденным значениям периодов и температур строится
график цикла работы пропарочной камеры периодического действия (рис. 2.2).
t, °C
tmax
tвыг
tзаг
τ, ч
τзаг
τн
τи
τо
τвыг
Рис. 2.2. График цикла работы пропарочной камеры
периодического действия
По вычисленному тепловому режиму находят расчетную
оборачиваемость пропарочных камер, цикл/сут,
m=
24
τц.р.к .
33
(2.7)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 2. Технология тепловлажностной обработки
Зная размеры загружаемых изделий и суточную производительность всех однотипных пропарочных камер, определяют суточную производительность завода по изделиям, изд./сут,
Геометрические размеры рабочей камеры установки тепловлажностной обработки изделий для одностопного расположения в плане изделий: ширина B, длина L и высота H, м:
n" =
Vc
Vи ,
(2.8)
где Vи – объем одного изделия, м3.
Количество изделий, загружаемых в одну камеру (для варианта одностопного расположения в плане крупногабаритных изделий), шт.,
n' =
H
,
h
(2.9)
для варианта двухстопного размещения в камере, шт.,
n' =
2⋅ H
,
h
(2.10)
где H – ориентировочная высота рабочего пространства камеры,
м. Согласно опытным данным, максимальная высота внутреннего объема камеры в целях поддержания оптимальных условий
тепловой обработки принимается в пределах 2,5÷3,0 м; h – шаг
изделий по высоте внутреннего объема камеры, м,
h =a + a′′ + c' ,
B=
b + 2 ( a′ + b' ) ;
(2.12)
L=
l + 2 ( a′ + b' ) ;
(2.13)
H = h ⋅ n' + c + d ,
(2.14)
где b – ширина изделия, м; принимается по данным геометрических размеров изделий, для которых проектируются камеры; b′ –
расстояние от внутренней поверхности стенки камеры до края
полки формы, м; проектируется из расчета удобства загрузки
и выгрузки изделий и принимается в пределах 150÷200 мм; a′ –
ширина полки формы, м; принимается в пределах 70 мм; l – длина изделия, м; c – расстояние от дна камеры до нижней поверхности дна нижней формы, м; принимается в пределах 150÷200 мм;
d – расстояние от нижней поверхности крышки камеры до поверхности изделия, м; принимается в пределах 150÷200 мм.
На основании полученных данных геометрических размеров камеры вычерчивается эскиз камеры, пример которого показан в прил. IV.
Определив геометрические размеры, можно найти внутренний рабочий объем камеры, м3,
(2.11)
Vк = L ⋅ B ⋅ H .
где a – толщина изделия, м; принимается по исходным данным
проекта; a″ – толщина дна формы, м; принимается в пределах
50÷70 мм; с′ – толщина подкладочного бруса (расстояние между
формами), м. Проектируется из расчета оптимального парораспределения в камере; принимается в пределах 70÷100 мм.
Коэффициент загрузки камеры
34
Kз =
Vи ⋅ n'
.
Vк
35
(2.15)
(2.16)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 2. Технология тепловлажностной обработки
Количество пропарочных камер, принимаемых к установке, с учетом резерва, шт,
По табл. 2 прил. III выбирается допустимая скорость снижения темпера35 °С/ч .
туры изделий в открытых формах dt / dτ=
o
По формуле (2.4) определяется время охлаждения изделий:
n=
к
n"
+ (1 ÷ 2 ) .
n' ⋅ m
(2.17)
=
τо
ПРИМЕР РАСЧЕТА
tи − tвыг 80 − 45
= = 1ч.
dt / dτo
35
Длительность времени загрузки τ заг и выгрузки τ выг принимается по
Исходные данные
Требуется построить технологический график цикла работы ямных пропарочных камер института «Гипростройиндустрия», установленных на заводе
железобетонных изделий, производительностью 50 000 м3 бетонных изделий
в год, а также определить количество тепловых установок и конструктивные
размеры их рабочего объема.
Завод занимается производством железобетонных плит M 300 на основе
портландцементного вяжущего для строительства. Габаритные размеры выпускаемой продукции 5000×2800×230 мм.
Предварительная выдержка изделий до тепловлажностной обработки
отсутствует. Жесткость бетонной смеси 50 с.
Решение
По формуле (2.1) определяется суточная производительность завода:
рекомендациям: τ заг = 1, 5 ч и τ выг = 1, 5 ч соответственно.
По формуле (2.6) определяется время изотермической выдержки:
τ и = τ т.о.и ⋅ k − τ н − τ о = 11 ⋅ 1 − 3 − 1 = 7 ч .
По формуле (2.2) определяется время цикла работы пропарочной камеры периодического действия:
τ ц.р.к = τ заг + τ н + τ и + τ о + τ выг = 1,5 + 3 + 7 + 1 + 1,5 = 14 ч .
Ниже на рис. 2.3 по полученным данным представлен построенный расчетный технологический график цикла работы пропарочной камеры периодического действия.
t, °C
=
Vс
3
Vг
50 000
м
=
= 213,1
.
nг ⋅ z 247 ⋅ 0,95
сут
По табл. 1 прил. III выбирается допустимая скорость подъема температуры изделий в открытых формах dt / dτ н = 20 °С/ч .
С использованием формулы (2.3) определяется время нагрева изделий:
80
45
20
0
=
τн
tи − tзаг 80 − 20
= = 3ч.
dt / dτн
20
1,5
4,5
11,5 12,5
14
Рис. 2.3. График цикла работы пропарочной камеры периодического действия
По формуле (2.5) вычисляется модуль поверхности изделия:
M=
f
τ, ч
Fп 2 ( 5 ⋅ 2,8 + 5 ⋅ 0, 23 + 2,8 ⋅ 0, 23)
=
= 9,8 м −1 .
5 ⋅ 2,8 ⋅ 0, 23
Vи
36
По формуле (2.7) определяется расчетная оборачиваемость пропарочных камер:
24
24
цикл
=
m
= = 1,7
τ ц.р.к 14
сут .
37
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
По формуле (2.8) вычисляется суточная производительность завода по
изделиям:
Vс 213,1
изд.
′′ =
n=
= 66
Vи 3, 22
сут .
По формуле (2.11) определяется шаг изделий по высоте внутреннего
объема камеры:
h = a + a ′′ + c′ = 0, 23 + 0, 05 + 0,1 = 0,38 м.
По формуле (2.9) вычисляется количество изделий, загруженных в одну
камеру (для варианта одностопного расположения в плане крупногабаритных
изделий), шт.:
n=′
3, 0
H
=
= 7 шт .
h 0,38
По формулам (2.12), (2.13), (2,14) определяются геометрические размеры внутреннего объема камеры: ширина B, длина L и высота H:
B =b + 2 ( a ′ + b′ ) =2,8 + 2 ( 0, 07 + 0,15 ) =3, 24 м;
L =+
l 2 ( a′ + b′ ) =+
5 2 ( 0, 07 + 0,15 ) =
5, 44 м;
H = h ⋅ n′ + c + d = 0,38 ⋅ 7 + 0,15 + 0,15 = 2, 96 м.
По формуле (2.15) вычисляется величина внутреннего объема камеры:
Vк = B ⋅ H ⋅ L = 3, 24 ⋅ 5, 44 ⋅ 2, 96 = 52, 2 м 3 .
По формуле (2.16) определяется коэффициент загрузки камеры:
=
Kз
Vи ⋅ n′ 3, 22 ⋅ 7
=
= 0, 43 .
Vк
52, 2
По формуле (2.17) находится количество принимаемых к установке пропарочных камер nк с учетом резервных:
nк =
66
n′′
+ (1 ÷ 2) =
+ 1 = 6 + 1 = 7 шт .
′
7 ⋅1, 7
n ⋅m
Принимаем к установке 7 камер (6 рабочих и 1 резервную).
38
Глава 3. ОПТИМИЗАЦИЯ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ
КАМЕР
На заводах используется значительное количество установок периодического действия: автоклавы, ямные пропарочные
камеры, термоформы и др. Эксплуатация периодически работающих установок всегда способствует резкому колебанию расхода теплоносителя (пара) на технологические нужды в магистральном паропроводе. Неравномерная во времени потребность в теплоносителе затрудняет работу котельных и приводит к высокому
перерасходу топлива. В связи с этим при проектировании котельных для заводов по производству сборного железобетона стараются путем последовательности включения установок в технологический цикл выравнять в магистральном паропроводе расход пара во времени.
С целью оптимизации пароснабжения установок периодического действия выполняют расчеты и составляют варианты
попеременного включения установок, определяют необходимую
вместимость баков аккумуляторов теплоты. Для оптимизации
пароснабжения камер их обычно объединяют в блоки, а общее
количество их по заводу делают кратным количеству камер, входящих в один блок.
Рассматривая в общем виде тепловой баланс камер, можно
заметить, что порядка 90 % всей затрачиваемой на тепловлажностную обработку тепловой энергии расходуется в период нагрева τн
и только около 10 % – в период изотермической выдержки τи. Следовательно, если в блоке на подогрев будет работать только одна
камера, а остальные будут включаться последовательно, расход пара
в магистральном паропроводе можно более-менее выравнять.
Для создания подобного режима работы необходимо, чтобы
время подогрева изделий τн укладывалось целое число раз в цикл
работы пропарочной камеры τц.р.к, иными словами, было справедливо условие
39
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 3. Оптимизация совместной работы камер
τц.р.к
б
= n=
int ,
к
τн
с выбором оптимального варианта размещения камер, выполним
предварительное деление по условию (3.1):
(3.1)
где int – целое число равное количеству камер в блоке nкб .
Чаще всего на этапе первой проверки условия (3.1) по результатам технологического расчета камер целого числа не получится. Здесь необходимо выполнить корректировку значений времени нагрева τн, изотермической выдержки τи и охлаждения τо,
как правило, в сторону их увеличения или, возможно, уменьшения в допустимых технологией пределах.
Успешное решение данной аналитической задачи зависит
от опыта инженерного работника, однако существуют некоторые
стандартные подходы, позволяющие успешно справиться с этой
задачей.
Рассмотрим один из возможных вариантов корректировки
данных, полученных в результате технологического расчета камер, на разобранном в предыдущем разделе примере.
Согласно выполненному технологическому расчету требуется обеспечить цикл тепловлажностной обработки изделий по
режиму: время загрузки τзаг = 1,5 ч; время нагрева τн = 3 ч; время
изотермической выдержки τи = 7 ч; время охлаждения τо = 1 ч
и время выгрузки τвыг = 1,5 ч. Общее время цикла работы камеры
τц.р.к составит 14 ч, количество рабочих камер исходя из проектной мощности предприятия nк = 6.
Из цикла видим, что согласно (3.1) время нагрева (τн = 3 ч)
не укладывается целое число раз в полный цикл работы камеры
(τц.р.к = 14 ч). Необходимо выполнить условие (3.1), чтобы обеспечить целое число, получившееся в результате деления, равное
количеству камер nкб , объединяемых в блок. По результатам технологического расчета получится общее число камер на предприятии nк = 6. Отсюда можно предварительно предположить объединение всех камер в один блок с шестью камерами или организовать два блока с тремя камерами. Чтобы сориентироваться
40
τц.р.к 14
= = 4,7 .
τн
3
Из полученного значения 4,7 следует, что если мы будем стремиться создать один блок с 6 камерами, тогда нам необходимо
увеличить время цикла работы пропарочной камеры до 18 ч либо
сокращать продолжительность расчетного времени нагрева или
изотермической выдержки, что нежелательно. Сокращение времени нагрева менее расчетного значения может способствовать
либо увеличению температурных градиентов в теле материала,
либо недостижению расчетной температуры изотермической
выдержки. В том и другом случае это отрицательно скажется на
качестве выпускаемой продукции, что явно недопустимо. Увеличение времени цикла работы камер снижает производительность
предприятия, для достижения которой требуется установка дополнительных камер, что увеличивает удельные расходы пара на
единицу производимой продукции и удорожает производство.
Учитывая вышеизложенное, приходим к выводу о целесообразности двух блоков с тремя рабочими камерами, как показано на рис. 3.1, где в каждом блоке имеется еще по одной резервной камере.
Камера I
рабочая
Камера II
рабочая
Камера III
рабочая
Камера IV
резервная
Блок 1
Пар
Камера I
рабочая
Камера II
рабочая
Камера III
рабочая
Камера IV
резервная
Блок 2
Рис. 3.1. Схема объединения пропарочных камер в блоки
41
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 3. Оптимизация совместной работы камер
Согласно условию (3.1) определяем скорректированное время нагрева при устройстве двух блоков по три рабочие камеры:
G, кг/ч
=
τн
τц.р.к 14,25
=
= 4,75 ч (4 ч 45 мин) .
3
nкб
Обычно технологические промежутки времени делают кратными либо 15 мин, либо 30 мин, поэтому для рациональной подгонки времени нагрева время цикла работы камеры было увеличено до 14,25 ч.
Таким образом, изменяя время нагрева, корректируя время
изотермической выдержки, окончательно определяем промежутки
времени технологического графика, скорректированные с учетом
оптимизации работы системы пароснабжения камер.
τц.р.к = τ заг + τн + τи + τо + τвыг = 1,5 + 4,75 + 5,5 + 1 + 1,5 = 14,25 ч.
Занимаясь корректировкой периодов, желательно выполнять
это так, чтобы время тепловой обработки изделий (по возможности) оставалось близким к расчетному.
На рис. 3.2 для нашего примера показаны увязанные расходные графики для блока из трех камер.
На самом нижнем графике показан суммарный (результирующий) график расхода пара во времени, который будет проходить по магистральному паропроводу, снабжающему блок из трех
камер. Как видно из результирующего графика, для блока из трех
камер получен практически постоянный расход пара во времени,
имеющий сравнительно небольшие колебания.
Рассмотренный пример является одним из возможных вариантов оптимизации системы пароснабжения установок периодического действия.
Увязав технологические графики работы пропарочных камер периодического действия и определив по результирующему
42
τц.р.к
τзаг
τн
τи
τо
τвыг
I
τ, ч
G, кг/ч
II
τ, ч
G, кг/ч
III
τ, ч
G, кг/ч
Gmax
Gmin
τ2
τ1
τ, ч
0
5
10
15
20
25
28,5
2 ⋅τц.р.к
Рис. 3.2. График расхода пара в блоке пропарочных камер
в зависимости от технологических промежутков времени
графику максимальный и минимальный расходы пара на блок
камер Gmax и Gmin, можно найти средний расход пара за цикл работы камеры Gср, кг/ч, по выражению
Gср =
Gmin ⋅ τ1 + Gmax ⋅ τ2
,
τ1 + τ2
(3.2)
где τ1 и τ2 – время минимального и максимального расходов пара,
ч; определяются по результирующему графику с учетом его периодичности; Gmin и Gmax – минимальный и максимальный рас43
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
ходы пара, кг/ч; определяются по результирующему графику, отражающему результаты суммирования расходов Gн и Gи по индивидуальным графикам работы отдельных камер, входящих
в блок. Расходы пара в период нагрева Gн и расходы пара в период изотермической выдержки Gи вычисляются по методике теплового расчета, рассмотренной в гл. 7 настоящего пособия.
Глава 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ
КОНСТРУКЦИЙ ПРОПАРОЧНЫХ КАМЕР
С учетом интересов рыночной экономики нашей страны важной задачей в настоящее время является экономия топливно-энергетических ресурсов и получение максимально возможной прибыли за счет снижения энергоемкости продукции. Необходимо
заниматься организацией малоэнергоемких предприятий, задачей которых является снижение удельной энергоемкости, а следовательно, и себестоимости выпускаемой продукции. Одним из
большого числа мероприятий, позволяющих снизить стоимость
продукции, является снижение топливно-энергетических ресурсов на ее производство. Это заставляет искать возможные пути
снижения расходов теплоносителя (пара) на тепловлажностную
обработку. Рядом проектных институтов, занимавшихся разработками камер, были предложены ряд усовершенствованных
энергосберегающих конструкций наружных стен, днища и крышек пропарочных камер, ряд схем подачи пара, а также возможные пути оптимизации его расходов.
4.1. Основные рекомендации по выбору теплоизоляционных
материалов наружных ограждений камер
Материалы, применяемые для теплоизоляции ограждающих
конструкций, должны отвечать следующим требованиям:
– обладать заданными механическими и теплофизическими свойствами;
– не изменять заданные механические и теплофизические
свойства и не разрушаться под действием температуры и возможного увлажнения в процессе эксплуатации;
– иметь срок службы не ниже нормативного срока эксплуатации камер.
44
45
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер
Для тепловой изоляции ограждений пропарочных камер
рекомендуется применять материалы, основные технические характеристики которых представлены в прил. V.
Наиболее предпочтительными из них являются:
– термостойкие заливочные пенопласты и минераловатные
плиты для стен и перегородок камер при условии надежной парои гидроизоляции;
– пеностекло для днища камер, подвергаемых реконструкции;
– подсыпка из керамзитового гравия однородной фракции
для днища вновь строящихся камер.
При проектировании наружных ограждений камер с воздушными прослойками рекомендуется применять следующие материалы:
– прессованный асбоцементный лист толщиной 10÷16 мм
в качестве защитной стенки экранной конструкции;
– стеклопластиковый лист толщиной 2 мм в качестве межпрослоечных экранов;
– фольгу алюминиевую рулонную толщиной 0,2 мм или
фольгоизол в качестве материала, отражающего лучистую энергию,
накладываемого на экранные поверхности, обращенные к более
нагретым расположенным напротив поверхностям экранов.
В качестве наиболее надежного и проверенного на практике паро- и гидроизоляционного материала можно использовать
листовую сталь толщиной 3÷4 мм.
При конструировании паро- и гидроизоляции из листовой
стали требуется соблюдать правила проектирования ответственных металлических конструкций, предусмотрев указания по производству работ и технологии сварки, а также методику испытания сварных швов. Конструктивные решения паро- и гидроизоляции из листовой стали должны обеспечить возможность
высококачественной сварки листов сплошным швом, обеспечивая полную герметичность.
При производстве сварочных работ необходимо руководствоваться требованиями санитарных норм.
На поверхность стальных листов, обращенную к теплоизоляционному материалу, требуется наносить антикоррозионное
покрытие, состоящее из трех слоев эпоксидной композиции.
Для паро- и гидроизоляции днища может быть рекомендована бутилкаучуковая пленка (гидробутил) с обязательной ее защитой от механических воздействий.
При наличии грунтовых вод теплоизоляционный слой подземной части днища и стен камеры должен быть защищен гидроизоляцией с обеих сторон. Для гидрозащиты наружных поверхностей ограждающих конструкций, соприкасающихся с землей,
применяют рубероид на битумной мастике или двухслойное покрытие горячим битумом наружной стороны подземных ограждений камеры.
Для придания гидрофобных (водоотталкивающих) свойств
керамзитобетонным ограждениям камер в их состав вводятся
гидрофобизирующие добавки.
4.2. Основные рекомендации по выбору
паро- и гидроизоляционных материалов
ограждающих конструкций
Теплоизоляция наружных ограждений камер, размещаемая
на их внутренней поверхности, без надежной паро- и гидроизоляции быстро насыщается влагой и теряет свои теплоизоляционные свойства. Для защиты от влаги и обеспечения сохранности
теплоизоляционных свойств необходимо предусматривать парои гидроизоляционный слой, надежно предохраняющий теплоизоляцию от воздействия на нее влаги. Эксплуатация камер без парои гидроизоляции не допускается.
46
4.3. Общие требования по проектированию
наружных ограждений
При проектировании наружных ограждений следует руководствоваться следующими основными принципами:
47
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер
– коэффициент полезного использования тепловой энергии
для неизолированных керамзитобетонных ограждений должен
быть не менее 0,55; для теплоизолированных ограждений – 0,70;
– наружные стены должны нести преимущественно теплозащитные функции, а их несущая способность – быть минимальной, но достаточной для выдерживания подпора грунта и веса крышки, обеспечивая надежную и безопасную эксплуатацию камер;
– днище должно быть выполнено с повышенным термическим сопротивлением, а нагрузка от стен камер и форм с изделиями – передаваться на несущие элементы конструкции днища, не
связанные с теплоизоляционным материалом;
– для камер всех видов конструкций защиту их наружных
ограждений от механических повреждений, в том числе и от ударов форм, следует предусматривать путем использования размещаемых в камере металлических стоек, не передающих весовую
нагрузку загруженной в камеру продукции на теплоизолированные ограждения.
При проектировании или реконструкции камер периодического действия теплоизоляционные материалы следует располагать с внутренней стороны ограждающих конструкций. На внутренние перегородки блока камер обычно устанавливается теплоизоляционный материал толщиной, равной половине расчетной
толщины теплоизоляционного слоя.
Теплоизоляционные материалы должны быть надежно защищены с обеих сторон от увлажнения.
Паро- и гидрозащита теплоизоляционных материалов со
стороны рабочего объема камеры может быть выполнена в двух
вариантах:
– герметичная обшивка металлическим листом;
– нанесенный бетонный (растворный) слой с гидрозащитным латексным составом.
Примеры конструктивных решений при разработке конструкций наружных стен камер с использованием теплоизоляционного материала представлены на рис. 4.1, а с использование
экранной изоляции и воздушных прослоек – на рис. 4.2.
Рис. 4.1. Наружное ограждение камеры
с теплоизоляционными материалами:
1 – железобетон; 2 – утеплитель; 3 – фольгоизол,
фольга; 4 – стальная обшивка; 5 – воздушная
прослойка; 6 – U-образный патрубок (гидрозатвор); 7 – цементная стяжка; 8 – легкобетонная
панель; 9 – песчаная подготовка; 10 – керамзитовый гравий
48
49
1
2
3
4
5
6
7
i
8
9
10
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
1
2
6
5
3
4
8
7
Рис. 4.2. Наружное ограждение камеры с экранной
изоляцией и воздушными прослойками:
1 – железобетон; 2 – закладные деревянные бруски;
3 – деревянные прокладки; 4 – асбоцементный лист;
5 – фольгоизол или фольга; 6 – экраны; 7 – цементная стяжка; 8 – металлическая обшивка
50
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер
Поверхность теплоизоляционных материалов со стороны,
обращенной к листовой стали, должна быть защищена фольгоизолом или алюминиевой фольгой для отражения падающей на
поверхность инфракрасной энергии, что увеличивает теплозащитные свойства ограждения.
Для камер с паро- и гидрозащитой из листовой стали воздушную полость следует устраивать между листовой сталью
и теплоизоляционным материалом. Из нее через сифонную трубку
можно удалить образующийся внутри полости конденсат при
случайном проникании пара в результате разгерметизации стальной обшивки.
Воздушная полость посредством U-образных сифонных трубок (гидрозатворов) должна сообщаться с рабочим объемом камеры. Трубки служат как для удаления случайно попавшего внутрь
полости конденсата, так и для вентиляции и подсушки теплоизоляционных материалов стен, когда камера находится в режиме
охлаждения. Сифонные трубки в рабочем положении заполнены
водой. Для исключения возможности проникновения паровоздушной смеси в полость во время подачи пара в камеру радиус закругления сифонных трубок полости должен быть больше высоты столба жидкости всех остальных гидрозатворов камеры
(крышки и гидрозатвора системы вентиляции камеры).
При паро- и гидрозащите теплоизоляционных материалов,
нанесенных на поверхность теплоизоляции бетонного (растворного) слоя, установка теплоизоляционных материалов может быть
выполнена в двух вариантах:
– при формовании сборных ограждающих конструкций
в виде трехслойных панелей;
– на месте монтажа.
4.4. Основные конструктивные особенности ограждений
камер с экранной изоляцией и воздушными прослойками
Наружные ограждения камер с экранной изоляцией и воздушными прослойками состоят из сборного или монолитного
51
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
железобетона и экранной изоляции, выполненной из нескольких
стеклопластиковых листов, создающих замкнутые воздушные
прослойки.
Перегородки блока камер могут быть выполнены в двух вариантах:
– бетонная перегородка, обложенная с обеих сторон экранной изоляцией с воздушными прослойками, защищенная асбоцементными листами;
– металлический сваренный из стального проката или бетонный каркас, внутри которого расположена экранная изоляция
с воздушными прослойками.
Экраны теплоизоляции, разделяющие ряд воздушных прослоек малой толщины, представляют собой ровные пластины,
выполненные из стеклопластика. Со стороны внутреннего объема камеры стеклопластик закрывается асбоцементными листами, предохраняющими воздушные прослойки от проникания
в них пара. Внутренние поверхности бетонного ограждения и асбоцементных листов покрыты фольгоизолом или алюминиевой
фольгой.
Примеры конструктивных решений ограждающих конструкций с экранной изоляцией представлены на рис. 4.2, 4.3, 4.4.
Для обеспечения надежной паронепроницаемости ограждений с экранной изоляцией стыковка асбоцементных листов производится на антисептированных деревянных закладных брусках. Швы между листами уплотняются мастикой перманид или
цементно-песчаным раствором с добавкой жидкого стекла.
4.5. Основные конструктивные особенности днища камер
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер
А–А
5
8
6
5
8
3
7
6
3
А
4
А
7
1
4
5
Рис. 4.3. Конструкции перегородки блока камер с металлическим
каркасом и экранной изоляцией с воздушными прослойками:
1 – цементная стяжка; 2 – бетонная стенка; 3 – экраны; 4 – деревянные
прокладки; 5 – закладные деревянные брусья; 6 – асбоцементные
листы; 7 – фольгоизол или фольга; 8 – элементы каркаса
Основанием днища камер обычно служит монолитная железобетонная или керамзитобетонная плита, на которую устанавливаются несущие элементы, воспринимающие нагрузку от форм
с изделиями. Устанавливается монолитная плита на песчаную
подготовку и подсыпку из керамзитового гравия.
Теплозащитные показатели днища могут быть обеспечены
путем устройства теплоизоляции по двум вариантам – с использованием:
– теплоизоляционных материалов с повышенными механическими гидрофобными свойствами;
– полостей (воздушных прослоек).
52
53
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер
При тепловой защите днища с использованием теплоизоляционных материалов следует применять керамзитобетонные многопустотные плиты для вновь строящихся камер (рис. 4.5) или
блоков из пеностекла при реконструкции существующих камер
(рис. 4.6).
8
9
4
5
2
5
i
1
i
2
3
3
7
6
7
6
4
Рис. 4.5. Конструкция днища из многопустотных керамзитобетонных плит:
1 – цементная стяжка; 2 – многопустотная плита; 3 – песчаная подготовка;
4 – подсыпка из керамзитового гравия; 5 – опорная балка; 6 – бетонная подготовка; 7 – фундаментная балка; 8 – наружная стена; 9 – теплоизоляция стен
1
5
6
1
i
3
4
i
2
Рис. 4.4. Конструкции перегородки блока камер с бетонной
стенкой и экранной изоляцией с воздушными прослойками:
1 – цементная стяжка; 2 – бетонная стенка; 3 – экраны;
4 – деревянные прокладки; 5 – закладные деревянные брусья;
6 – асбоцементные листы; 7 – фольгоизол или фольга
Рис. 4.6. Конструкция днища с применением блоков из пеностекла:
1 – цементная стяжка; 2 – теплоизоляционные блоки из пеностекла;
3 – бетонное днище; 4 – песчаная подготовка; 5 – наружная стена;
6 – теплоизоляция стен
54
55
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
При реконструкции существующих камер на имеющийся
бетонный пол устанавливаются опорные балки, между которыми укладываются блоки из пеностекла.
В случае применения воздушной полости для повышения
теплозащитных свойств днища следует использовать тонкостенные ребристые плиты (рис. 4.7) или плоские плиты покрытий,
образующие фальшднище (рис. 4.8). Уклоны фальшднища и бетонного основания выполняются в противоположных направлениях для образования гидрозатвора с целью частичной утилизации теплоты удаляемого конденсата.
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер
6
7
1
i
7
5
8
5
4
1
3
4
3
2
6
i
i
2
Рис. 4.7. Конструкция днища с ребристыми плитами:
1 – цементная стяжка; 2 – ребристая плита; 3 – воздушная прослойка; 4 – бетонное днище; 5 – песчаная подготовка; 6 – конденсатосборный желоб; 7 – наружная стена; 8 – теплоизоляция стен
4.6. Основные конструктивные особенности крышек
и гидрозатворов
Крышки пропарочных камер имеют сваренный из стального проката металлический каркас, полости которого закладываются теплоизоляционным материалом. С обеих сторон теплоизоляция защищается от попадания в нее влаги металлическими
листами толщиной 3÷4 мм, герметично проваренными сплошным швом к деталям каркаса. Крышки должны с запасом воспринимать статические и динамические нагрузки, быть паронепроницаемыми и иметь надежный гидравлический затвор.
56
Рис. 4.8. Конструкция днища с плоскими плитами:
1 – цементная стяжка: 2 – плоская плита; 3 – воздушная прослойка; 4 –
бетонное днище; 5 – песчаная подготовка; 6 – наружная стена; 7 – теплоизоляция стен
Верхняя обшивка крышек камер, эксплуатируемых на полигоне, должна быть водонепроницаемой.
Крышки изготавливаются плоскими или двускатными. Плоские крышки имеют с внутренней стороны подвесной экран с уклоном из металлических листов, собранных внахлестку. Экран
выполняет роль наклонной поверхности, по которой производится организованный отвод конденсата, скапливающегося на обращенной к внутреннему объему камеры поверхности, в гидрозатвор крышки (рис. 4.9).
С целью увеличения сопротивления гидрозатвора и снижения тепловых потерь опорную часть борта крышки часто изготавливают из полосовой стали толщиной не менее 10 мм в виде
двойного ребра.
Для возможности организованного складирования двускатных крышек в штабель (не более двух в одном штабеле) на их
верхнем поясе по периметру предусматриваются специальные
опоры (рис. 4.10).
57
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
2
1
3
Запрещается применение крышек железобетонных, керамзитобетонных, деревометаллических, а также крышек с насыпной теплоизоляцией.
Гидравлический затвор конструктивно выполняется из укладываемого на верхний торец наружной стены швеллера с высотой
полки не менее 100 мм. Для повышения плотности гидрозатвора
рекомендуется увеличивать высоту полки швеллера до 150 мм.
У камер, размещаемых на открытых полигонах, внешнее
ребро гидрозатвора крышек делают ниже внутреннего ребра, что
позволяет накапливающейся в нем влаге беспрепятственно сливаться.
Для отдельных камер с протяженностью рабочего объема
более 10 м, камер, размещаемых в один ряд, или при наличии
в едином блоке более четырех камер гидрозатвор следует выполнять индивидуальным для каждой камеры.
6
5
7
i
8
i
4
3
6
2
1
5
7
8
4
4.7. Особенности изготовления и монтажа
теплоизолированных камер
Рис. 4.9. Конструктивная схема плоской крышки:
1 – каркас; 2 – стальная обшивка; 3 – теплоизоляция; 4 – стальные экраны; 5 – опорное ребро; 6 – ручки (захваты); 7 – гидрозатвор крышки;
8 – стены камеры
1
2
5
3
i
4
i
7
6
9
10
8
Рис. 4.10. Конструктивная схема двухскатной крышки:
1 – фермы каркаса; 2 – вентилируемое пространство; 3 – опорное ребро;
4 – теплоизоляция; 5 – верхняя стальная обшивка; 6 – стальная сетка;
7 – гидрозатвор крышки; 8 – стены камеры; 9 – нижняя стальная обшивка;
10 – опоры
58
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер
Монтаж камер с теплоизолированным слоем и металлической паро- и гидрозащитой осуществляется в соответствии с установленным порядком производства работ.
Особое внимание следует уделять надежности и герметичности сварных швов металлической обшивки.
При изготовлении камер из монолитного керамзитобетона
смеси, применяемые для формования конструкций, должны иметь
подвижность 10÷30 мм и укладываться в конструкции с уплотнением.
При формовании ограждений камеры из керамзитобетонных
сборных элементов следует предусмотреть защитный слой толщиной 30 мм из тяжелого бетона марки М 200 на мелком заполнителе с гидрофобизирующей (влагоотталкивающей) добавкой.
Защитный слой рекомендуется укладывать и на поддоны форм.
По плитам днища камеры, образующим его основание, для
повышения герметичности и создания проектного уклона
59
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер
0,01÷0,005 в сторону конденсатоприемных лотков производится
цементная стяжка из бетона марки М 100 на мелком заполнителе
с использованием гидрофобизирующих добавок.
Стыки ограждающих конструкций, выполненных из сборных керамзитобетонных элементов, замоноличиваются керамзитобетоном М 200 с использованием гидрофобизирующих добавкок по всей высоте шва.
При монтаже камер, имеющих ограждающие конструкции
с экранной изоляцией, создание воздушных прослоек можно
выполнять в двух вариантах: как непосредственно сборкой на
месте монтажа, так и путем монтажа уже ранее собранных отдельных сборных пакетов.
При создании воздушных прослоек непосредственно на
месте монтажа на бетонную основу стен, в которую предварительно заанкеровываются деревянные закладные бруски, специальными мастиками приклеивают алюминиевую фольгу или
фольгоизол.
К деревянным закладным деталям конструкций крепятся
деревянные прогоны из брусков, сечение которых соответствует
толщине выбранной воздушной прослойки. К ним крепится листовой стеклопластик, образующий межпрослойковые экраны.
Каждые последующие слои набираются аналогично путем крепления очередного деревянного прогона к предыдущему с прокладкой между ними экрана из стеклопластика. На последние прогоны крепятся фольга или фользоизол, а также асбоцементный лист,
служащий защитной внутренней стенкой.
У днища камеры стеклопластиковые и асбоцементные листы замомоличиваются цементно-песчаным раствором. В верхней
части камеры асбоцементный лист крепится к деревянному прогону, а его торец закрывается стальным уголком.
Асбоцементные листы стыкуются на деревянных прогонах,
а швы между ними герметизируются цементно-песчаным раствором с добавлением жидкого стекла.
При использовании сборных пакетов с воздушными прослойками на деревянную раму, толщина которой равна расчет-
ной толщине воздушной прослойки, крепится плоский стеклопластиковый лист. Затем на этот лист накладывается рама аналогичных размеров и крепится к первой. Эти операции повторяются до набора количества воздушных прослоек, определяемого
теплотехническим расчетом.
Сборные пакеты крепятся к внутренней поверхности ограждений камер, на которую предварительно наклеена алюминиевая
фольга или фольгоизол.
Со стороны рабочего объема камеры пакеты закрываются
асбоцементным листом, на внутреннюю поверхность которого
наклеена алюминиевая фольга или фольгоизол. Стык асбоцементных листов осуществляется на деревянных брусках, конструктивно связанных с бетонным ограждением камеры.
Швы, образующиеся при стыковке асбоцементных листов,
уплотняются цементно-песчаным раствором с добавлением жидкого стекла.
При монтаже перегородок блока камер в предварительно
смонтированный стальной каркас вставляются сборные пакеты
с воздушными прослойками. Пакеты с обеих сторон закрываются асбоцементными листами, на внутреннюю поверхность которых наклеивается алюминиевая фольга (или фольгоизол). Стыкуются асбоцементные листы на деревянных брусках, конструктивно связанных с металлическим каркасом перегородок.
Все деревянные элементы (закладные детали, прогоны, рамы
и т. п.) должны быть качественно антисептированы (обработаны
от гниения) и проварены в кипящей олифе или петролатуме.
60
61
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОТРЕБЛЕНИЯ
ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, ПОДБОР
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ КАМЕР
5.1. Основные подходы к проектированию
При проектировании новых камер, а также при реконструкции существующих их наружные ограждения могут выполняться в трех вариантах:
– с теплоизоляционным материалом (см. рис. 4.1);
– с экранной изоляцией (см. рис. 4.2);
– из несущих каркасных элементов (для перегородок)
(см. рис. 4.3).
Сокращение потерь теплоты через наружные ограждения
при реконструкции камер обычно может обеспечиваться заменой несущих элементов наружных ограждений из высокотеплопроводного тяжелого бетона на менее теплопроводные керамзитовые бетоны. Однако теплозащитные свойства керамзитных
бетонов не столь высоки: коэффициент полезного использования теплоты η обычно не превышает 50÷55 %. Таким образом,
данный вариант реконструкции камер может быть рекомендован
лишь в случаях, когда установка теплоизоляционных материалов или воздушных прослоек с экранами в силу местных условий не представляется возможной.
Днище камер обычно выполняется сплошным или с воздушной прослойкой.
При проектировании новых камер под основанием днища
устраивается подсыпка из керамзитового гравия либо выполняется ненесущий пол из тонких плоских или ребристых плит
с созданием воздушной прослойки между полом и основанием.
Применять теплоизоляционные материалы для улучшения
теплозащитных свойств днищ вновь возводимых камер не рекомендуется.
62
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
В проектах реконструкции для повышения теплозащитных
свойств днища на существующее бетонное основание принимаются решения укладки блоков из пеностекла с последующей гидрозащитой их поверхности паро- влагонепроницаемой цементной стяжкой.
Устройство керамзитовых подсыпок, воздушных прослоек,
а также установка керамзитобетонных плит ограждений при реконструкции камер не рекомендуется в связи с резким уменьшением внутреннего рабочего объема камер.
Расчетные схемы днища камер представлены на рис. 4.5÷4.8.
Для оценки теплозащитных свойств утепленных ограждений используется средний коэффициент тепловой эффективности ограждения αср, который в общем виде определяется по формуле
α ср =1 −
∑ q0y
,
∑ q0
(5.1)
где ∑ q0y и ∑ q0 – суммарные удельные потери теплоты с 1 м2
поверхности утепленного и неутепленного ограждений соответственно, МДж/м2.
В условиях нестационарных тепловых режимов, в которых
постоянно работают наружные ограждения пропарочных камер
периодического действия, коэффициент a различается для отдельных видов ограждений (надземной части поверхности, перегородок, заглубленной в грунт части наружных стен, днища и др.)
и зависит от их конструкции.
Однако в целях упрощения расчетов, приемов проектирования и последующих монтажных работ на участках целесообразно принимать величину aср одинаковой для всех типов ограждений камеры или блока камер.
В проектах реконструкции действующих камер, когда по
техническим причинам невозможно обеспечить одинаковое термическое сопротивление днища, стен и перегородок, коэффици63
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
ент тепловой эффективности днища α дн может приниматься как
отдельное значение, отличающееся в меньшую сторону от α ср
(α дн < α ср ) .
α ср , суммарные удельные
В общем случае, когда α дн =
2
потери теплоты в камере, МДж/м , могут быть определены по
формуле
=
∑ q0y
∑ q0 (1 − α ср ) ,
∑ q0 =q1 +
+
q3ср
+ q4 ,
(5.3)
где q1 – удельные потери теплоты надземной поверхностью наружных стен, МДж/м2; q2ср – удельные расчетные среднесуточные потери теплоты за пятидневную рабочую неделю, учитывающие остывание рабочего объема камеры вследствие потерь теплоты через наружные ограждения за выходные дни, МДж/м2;
q3ср – удельные расчетные среднесуточные потери теплоты за пятидневную рабочую неделю, учитывающие остывание рабочего объема камеры вследствие потерь теплоты через межкамерные перегородки за выходные дни, МДж/м2; q4 – удельные потери теплоты
поверхностью камеры, соприкасающейся с грунтом, МДж/м2.
В случае, когда α дн < α ср , суммарные удельные потери теплоты в камере определяются по формуле
y
∑ q=
0
(q + q
1
ср
2
)(
)
+ q3ср 1 − αср + q4 (1 − α дн ) .
(5.4)
Удельные объемные потери теплоты нетеплоизолированной
камеры, отнесенные к единице объема 1 м3 выпускаемой продукции, МДж/м3:
64
n
n
∑ ( qi ⋅ Fi ) ∑ ( qi ⋅ Fi )
=i 1 =i 1
=
∑ Q0 =
Vб
Vи ⋅ n′
(5.5)
.
α ср
Для теплоизолированной камеры при α дн =
(5.2)
где ∑ q0 – суммарные удельные потери теплоты неутепленных
ограждений камеры, МДж/м2, определяемые по формуле
q2ср
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
=
∑ Q0y
∑ Q0 (1 − αср ) ;
(5.6)
для теплоизолированной камеры при α дн < α ср
∑
Q0y
(q + q
=
1
ср
2
)(
)
+ q3ср 1 − αср + q4 ⋅ F4 (1 − α дн )
Vб
,
(5.7)
где qi – удельные потери теплоты i-м видом наружного ограждения камеры (стеной, перегородкой, днищем и др.), МДж/м2;
Fi – площадь внутренней поверхности i-го вида ограждающей
конструкции камеры (стены, перегородки, днища и др.) или блока камер, м2; определяется на основании технологических расчетов и принятых конструкторских решений; F4 – площадь внутренней поверхности днища, м2; Vб – объем бетонных изделий
(в плотном теле), м3.
Коэффициент полезного использования теплоты в неутепленной камере
Qп
η0 =
,
(5.8)
Qп + ∑ Q0
где Qп – удельный расход полезно затраченной тепловой энергии, МДж/м3.
Коэффициент полезного использования теплоты в утепленной камере
65
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Qп
ηy =
.
Qп + ∑ Q0y
(5.9)
α ср получим
Из уравнения (5.9) выразив αср, при α дн =
расчетное уравнение
η y ( Qп + ∑ Q0 ) − Qп
α ср =
.
(5.10)
ηy ⋅ ∑ Q0
Из уравнения (5.9) выразив αср, при α дн < α ср получим расчетное уравнение
(
(
)
)
ηy Qп ⋅Vб + q1 + q2ср + q3ср + q4 ⋅ F4 (1 − α дн ) − Qп ⋅Vб
.(5.11)
αср =
ηy q1 + q2ср + q3ср
(
)
Формулами (5.10) и (5.11) следует пользоваться для определения усредненного коэффициента тепловой эффективности αср
по заданному коэффициенту полезного использования теплоты
ηy для проектируемых или реконструируемых камер.
5.2. Методика определения коэффициента тепловой
эффективности нетеплоизолированных камер
Внутренний объем камер определяют по формуле (2.15).
Внутренняя поверхность наружных стен блока камер, расположенная выше отметки пола (без площади крышек), F1, м2, поверхности межсекционных перегородок камеры (учитываются обе
поверхности перегородки), F2, м2, поверхность днища камеры или
камерного блока и наружных стен, расположенных ниже отметки грунта, F3, м2, определяются по вычерченным эскизам, построенным на основании выполненного технологического расчета.
66
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
Модуль поверхности стен камеры по наружному обмеру
выше отметки грунта без учета поверхности крышки, м–1,
Mf =
F1
.
Vк
(5.12)
Значение найденного модуля необходимо округлять до десятых долей.
Удельный расход полезно затраченной тепловой энергии,
МДж/м3, бетона
Q=
Qб + Qм .
п
(5.13)
где Qб – расход теплоты, затрачиваемый на нагрев бетона, МДж/м3;
Qм – расход теплоты, затрачиваемый на нагрев металла форм
м
3
и форм-вагонеток, МДж/м .
Расход теплоты, затрачиваемый на нагрев бетона, Qб, МДж/м3,
определяется на основании эмпирических данных:
– для изделий, затворенных на основе тяжелых бетонных
смесей, по табл. 1 прил. VI;
– для изделий, основу которых составляют легкие бетонные
смеси, по табл. 2 прил. VI.
Расход тепловой энергии Qм, МДж/м3, требуемой для нагрева металла форм и форм-вагонеток в камере, определяется по табл. 3
прил. VI аналогично величине Qб. Величина Qм зависит от массы
металла приходящегося на 1 м3 бетона, g, кг/м3 бетона. Для приблизительных расчетов величина g может быть принята равной
3000 кг/м3 бетона.
Используя формулу (5.5) и записав ее в развернутом виде,
определяем удельные объемные потери теплоты в нетеплоизолированной камере, МДж/м3:
4
=
∑ Q0
∑ ( qi ⋅ Fi )
i =1
=
Vб
q1 ⋅ F1 + q2ср ⋅ F1 + q3ср ⋅ F2 + q4 ⋅ F3 (5.14)
.
Vб
67
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
Удельные потери теплоты надземной поверхностью наружных стен, МДж/м2,
пятидневной рабочей неделе в течение двух последующих выходных дней обычно принимается равной 56 ч.
При длительности остывания с параметрами τ1 и τ2, отличными от стандартных (τ1 = 8 ч, τ2 = 6 ч), величина q2, взятая из
табл. 5 прил. VI, домножается согласно формуле 5.16 на коэффициент k, принятый из табл. 7 прил. VI.
Время охлаждения камеры с закрытой крышкой τ1 совпадает с временем охлаждения τо по технологическому графику. Время охлаждения камеры с открытой крышкой τ2 складывается из
q1 = q1табл
∆t ′ − τ′0
,
650
(5.15)
где q1табл – табличное значение удельных потерь теплоты с поверхности F1 надземной части наружных стен камерного блока
из тяжелого железобетона за период тепловой обработки, МДж/м2;
определяется по табл. 4 прил. VI; τ′0 – время активного пропаривания, ч; определяется как τ′0 = τн + τ и ; ∆t ′ – расчетная разность
максимальной температуры изотермической выдержки и окружающей камеру среды, °С; определяется как ∆t ′ = tи − tо.с .
Удельные расчетные среднесуточные потери теплоты за пятидневную рабочую неделю q2ср , учитывающие остывание рабочего объема камеры вследствие потерь теплоты через наружные
ограждения за выходные дни, МДж/м2,
q2ср
=k ⋅ q2 + 0,2 ⋅ q2′ ,
(5.16)
промежутков времени выгрузки и загрузки τ2 = τзаг + τвыг по технологическому графику.
Удельные расчетные среднесуточные потери теплоты за пятидневную рабочую неделю q3ср , учитывающие остывание рабочего объема камеры вследствие потерь теплоты через межсекционные перегородки блока за выходные дни, МДж/м2,
q3ср =k ⋅ q3 + 0,2 ⋅ q3′ .
(5.17)
С использованием табл. 6 прил. VI определяются удельные
потери тепла q3 с 1 м2 поверхности перегородок F2 при их остывании после прекращения подачи пара.
где k – эмпирические поправочные коэффициенты при длительности остывания камеры в третью смену, ч; принимаются по табл.
7 прил. VI.
Удельные потери тепла q2 с 1 м2 наружной надземной поверхности F1 блока камер при их остывании после прекращения
подачи пара за время ежесуточного перерыва подачи пара в периоды охлаждения камеры с открытой крышкой τ1 и закрытой
крышкой τ2 определяются по табл. 5 прил. VI.
Удельные потери тепла q2′ с 1 м2 наружной надземной поверхности F1 блока камер при их остывании в течение выходных
дней за время простоя камер между рабочими периодами определяются по табл. 8 прил. VI. Длительность простоя камер при
По табл. 9 прил. VI вычисляются удельные потери тепла q3′
с 1 м2 поверхности перегородок F2 при их остывании в течение
выходных дней за время простоя камер между рабочими периодами.
При длительности остывания с параметрами τ1 и τ2, отличными от стандартных (τ1 = 8 ч, τ2 = 6 ч), величина q3, взятая из
табл. 6 прил. 4, умножается согласно формуле (5.17) на коэффициент k, взятый из табл. 7 прил. VI.
По табл. 10 прил. VI определяются удельные потери теплоты в грунт q4 с 1 м2 поверхности днища блока камер и части наружных стен, расположенных ниже уровня пола, за время тепловой обработки изделий.
68
69
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
Значения температур грунта tа на границе нулевых колебаний принимаются по геотермической карте России и стран СНГ,
представленной в прил. VII, в зависимости от района застройки.
При значениях h и tа, отличных от стандартных (h = 0,5 м,
ta = +5 °С), величины потерь теплоты в грунт q4 (табл. 10 прил. VI)
принимаются с коэффициентами, приведенными в табл. 11 прил. VI.
Далее вычисляется коэффициент полезного использования
теплоты в неутепленной камере по формуле (5.8).
Используя табл. 19 прил. VI, по коэффициенту тепловой
эффективности днища αдн, который в общем случае равен αср, принимают величину термического сопротивления тепловой изоля-
5.3. Методика определения толщины теплоизоляционных
слоев ограждающих конструкций теплоизолированной
камеры
Для определения толщины теплоизоляционных слоев, а также вида применяемого теплоизоляционного материала ограждающих конструкций необходимо изначально задаться коэффициентом полезного использования теплоты проектируемой утепленной камеры ηу , обеспечивающим ее энергоэкономичность.
В соответствии с требованиями современных стандартов по энергосбережению значение коэффициента ηу должно находиться
в пределах 0,7÷0,8.
Значение среднего коэффициента тепловой эффективности
ограждения αср для утепленной камеры вычисляется по формулам (5.10) или (5.11).
Далее по найденному значению αср с использованием табл. 16
прил. VI подбираются коэффициент теплопроводности λи и толщина δи теплоизоляционного материала. Значения λи и δи представлены для стандартных величин толщины основных несущих
элементов бетонных стен и перегородок. Толщина несущей части бетонных стен проектируется из расчета прочности ограждающей конструкции и обычно принимает стандартные значения
150, 200, 300 или 400 мм.
По найденным значениям δи и λи выбирается для стен и перегородок вид теплоизоляционного материала из представленного в прил. V ассортимента.
70
ции днища Rи , (м2 ⋅ °С)/Вт. Далее по формуле (5.18) определяется толщина подсыпки из керамзитового гравия, м,

δб 
δ=
 Rи −  λ п ,
п
λб 

(5.18)
где δб – толщина керамзитобетонной или железобетонной плиты основания днища, м. Обычно здесь применяются плиты
толщиной 150, 200, 300 мм; λб – теплопроводность керамзитобетона; принимается по прил. VIII в зависимости от его объемной массы в сухом состоянии. Для тяжелого бетона
=
λ т.б 2,33 Вт/(м ⋅°С) ; λп – теплопроводность керамзитовой поддсыпки, принимаемая равной 0,23 Вт/(м ⋅ °С).
В случае применения пустотелого днища (фальшднища) по
выражению (5.19) определяется термическое сопротивление воздушной прослойки Rв , а далее по табл. 19 прил. VI выбирается
дн
требуемая ее толщина δв.п
, м.
R=
Rи − Rб ,
в
(5.19)
где Rб – тепловое сопротивление керамзитобетонной плиты,
м2 ⋅ °С/Вт, определяемое из выражения Rб =
δб / λ б .
По формулам (5.6) или (5.7) определяются суммарные удельные потери теплоты через наружные ограждения теплоизолированной камеры ∑ Q0у , МДж/м3 бетона.
Далее по формуле (5.20) определяется суммарный удельный
расход теплоты теплоизолированной камеры, МДж/м3 бетона,
∑ Q=у
Qп + ∑ Q0у .
71
(5.20)
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Исходные данные
Требуется подобрать теплоизоляционные материалы для наружных ограждений камеры тепловлажностной обработки Гипростройиндустрии, представленной на расчетной схеме камеры.
δкр
δс
0,000
h
F3
В
– 0,5
L
Расчетная схема пропарочной камеры
– пропариваемый бетон марки M 300 на портландцементе марки М 400;
– объем изделия Vи = 3,22 м3;
– количество изделий, размещаемых в одной секции, n′ = 6 шт.;
– внутренние габариты одной секции камеры: B = 3,24 м, L = 5,44 м,
H = 2,96 м;
– заглубление днища камеры в грунт относительно нулевой отметки грунта h = 0,5 м;
– толщина бетонных стен δc = 0,2 м;
– толщина керамзитобетонной плиты днища камер δдн = 0,2 м;
– толщина каркасных перегородок δп = 0,2 м;
– удельная металлоемкость бетона g = 3 т/м3;
– температура окружающей среды tо.с = 16 °С;
– рационализированный по пароснабжению камер технологический график имеет следующие технологические промежутки времени: τ заг = 1, 5 ч ,
τ н = 3 ч , τ и = 7 ч , τ о = 1 ч , τвыг = 1, 5 ч .
Решение
Внутренний объем блока из трех камер:
Vкбл = Vк ⋅ N кр.б = 52, 2 ⋅ 3 = 156, 6 м3 .
72
F1
F2
δдн
При проектировании наружных стен камер с экранной изоляцией (см. рис. 4.2) выбирается толщина воздушной прослойки
L и количество тонких экранов n, разделяющих эту полость на
воздушные прослойки. Подбор толщины производится по среднему коэффициенту эффективности αср.
В табл. 21 прил. VI представлены коэффициенты тепловой
эффективности ограждений с соответствующими им геометрическими характеристиками воздушных прослоек снабженных
экранами с отражающими инфракрасную тепловую энергию покрытиями из алюминиевой фольги, нанесенной на внутренние
поверхности бетонной стены и асбоцементного листа.
При проектировании внутренних перегородок камер с экранной изоляцией (см. рис. 4.3) толщину воздушной полости L
и количество экранов n, соответствующие найденному значению
αср, выбирают по табл. 23 прил. VI.
По табл. 24 прил. VI определяют величину теплового сопротивления теплоизоляции Rогр всех ограждений камеры для
заданных значений L и n. При двухстороннем расположении изоляции перегородок (см. рис. 4.4) на каждую сторону приходится тепловое сопротивление Rогр / 2. По этой величине в табл. 24
прил. VI находят толщину полости L и количество необходимых к установке экранов n для утепления каждой из двух сторон перегородок.
Величина Rогр рассчитана для бетонной стенки толщиной 0,3 м.
При толщине стенки 0,2 и 0,15 м табличные значения должны
быть уменьшены соответственно на 0,04 и 0,06.
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
H
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
73
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Площадь наружных стен блока камер F1, расположенных выше отметки
грунта, определяется по эскизам блока камер. Значение площади F1 принимается только для рабочих камер блока, исключая резервные камеры.
( L + 3 ⋅ δп + δс ) + 2 ( B + 2 ⋅ δс ) ( H − h ) =
=
( 5, 44 + 3 ⋅ 0, 2 + 0, 2) + 2 ( 3, 24 + 2 ⋅ 0, 2 )( 2,96 − 0,5
)
F1 =
=
48, 6 м2 .
Площадь внутренних перегородок блока камер F2 определяется по эскизам блока камер. В расчет включаются только перегородки, сообщающиеся с
окружающей средой в момент охлаждения, загрузки, выгрузки и технического
обслуживания соседних камер блока.
F2 = B ⋅ H =2, 58 ⋅ 5, 44 =14, 0 м 2 .
Площадь внутренней поверхности днища и наружных стен камер F3 ниже
отметки грунта
( L + 3 ⋅ δп + δс ) + 2 ( B + 2 ⋅ δс ) ( h + δдн ) + ( L + 3 ⋅ δп + δс )( B + 2 ⋅ δс ) =
= ( 5, 44 + 3 ⋅ 0, 2 + 0, 2 ) + 2 ( 3, 24 + 2 ⋅ 0, 2 )( 0, 5 + 0, 2 ) + ( 5, 44 + 3 ⋅ 0, 2 + 0, 2 ) ×
36, 6 м 2 .
× ( 3, 24 + 2 ⋅ 0, 2 ) =
F3 =
По формуле (5.12) определяется модуль поверхности стен по наружному обмеру выше отметки грунта без учета поверхности крышки:
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
Время активного пропаривания
τ′0 = τ н + τ и = 3 + 7 = 10 ч.
Расчетная разность температур изотермической выдержки и окружающей камеру среды
∆t ′ = tи + tо.с = 85 − 16 = 69 °С.
По табл. 4 прил. VI определяется табличное значение удельных потерь
теплоты с 1 м2 поверхности надземной части стен блока камер за время активного пропаривания τ ′0 при расчетной разности температур изотермической
выдержки и окружающей камеры среды ∆t′ :
q1табл = 17, 0 МДж/м 2 .
По формуле (5.15) вычисляются удельные потери теплоты с 1 м2 поверхности надземной части стен блока камер за время активного пропаривания
τ ′0 при расчетной разности температур изотермической выдержки и окружающей камеры среды ∆t′ :
∆t ′ ⋅ τ′0
69 ⋅10
=
q1 q1табл
=
17,0
= 18, 0 МДж/м 2 .
650
650
По табл. 5 прил. VI определяются удельные потери теплоты q2 с поверхности надземной части наружных стен камеры F1 при остывании после прекращения подачи пара: q2 = 20,9 МДж/м 2 .
F1 48, 6
M=
=
= 0,31 м −1 .
f
Vк 156, 6
С использованием исходных данных, по табл. 1 прил. VI находится
для тяжелых бетонов расход тепловой энергии на разогрев изделий:
Qб = 109 МДж/м3 .
По табл. 3 прил. VI определяется расход тепловой энергии на разогрев
металлоформ и форм вагонеток: Qм = 113 МДж/м3 .
По формуле (5.13) вычисляется удельный расход полезно затраченной
тепловой энергии:
Qп = Qб + Qм = 109 + 113 = 222 МДж/м3 .
74
По табл. 8 прил. VI находятся удельные потери теплоты q2′ с поверхности F2 надземной части наружных стен камерного блока при остывании в течение выходных дней: q2′ = 26, 0 МДж/м 2 .
По табл. 7 прил. VI определяется поправочный коэффициент k, зависящий от длительности остывания камеры с открытой и закрытой крышкой.
Время остывания камеры с открытой крышкой τ=
τ=
1 ч . Время ос1
о
тывания камеры с закрытой крышкой τ 2 = τ заг + τ выг = 1, 5 + 1, 5 = 3 ч .
По формуле (5.16) вычисляются удельные расчетные среднесуточные
потери теплоты за пятидневную рабочую неделю q2ср , учитывающие остывание рабочего объема камеры вследствие потерь теплоты через наружные ограждения за выходные дни:
75
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
q2ср =k ⋅ q2 + 0,2 ⋅ q2′ =0,55 ⋅ 20,9 + 0, 2 ⋅ 26, 0 =16, 7 МДж/м 2 .
По табл. 6 прил. VI определяются удельные потери теплоты q3 с поверхности F2 перегородок камерного блока при остывании после прекращения
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
По формуле (5.8) вычисляется коэффициент полезного использования
теплоты неутепленной камеры:
=
η0
подачи пара: q3 = 28,5 МДж/м 2 .
По табл. 9 прил. VI находятся удельные потери теплоты q3′ с поверхности перегородок камерного блока при остывании в течение выходных дней:
q3′ = 34,9 МДж/м 2 .
По формуле (5.17) вычисляются удельные расчетные среднесуточные
потери теплоты за пятидневную рабочую неделю q3ср , учитывающие остывание рабочего объема камеры вследствие потерь теплоты через межсекционные перегородки блока за выходные дни:
q3ср =k ⋅ q3 + 0,2 ⋅ q3′ =0,55 ⋅ 28,5 + 0, 2 ⋅ 34, 9 =22, 7 МДж/м 2 .
Длительность выдерживания изделий в закрытой камере
τ 0 + τ1 = τ и + τ н + τ о = 4, 75 + 5,5 + 1 = 11, 25 ч.
По табл. 10 прил. VI определяются удельные потери теплоты в грунт q4
с поверхности F3 днища и части наружных стен камеры, расположенных ниже
нулевой отметки: q4 = 34, 9 МДж/м 2 .
По табл. 10 прил. VI находятся удельные потери тепла в грунт с 1 м2
поверхности днища блока камер и части наружных стен, расположенных ниже
нулевой отметки, F3 за время тепловой обработки изделий: q4 = 15, 4 МДж/м 2 .
По формуле (5.5) определяются удельные объемные потери теплоты нетеплоизолированной камеры:
q ⋅ F + q ср ⋅ F + q ср ⋅ F + q ⋅ F
∑ Q0 = 1 1 2 1 3 2 4 3 =
Vи ⋅ n′
18, 0 ⋅ 48, 6 + 16, 7 ⋅ 48, 6 + 22, 7 ⋅14, 0 + 15, 4 ⋅ 36, 6
= 132,9 МДж/м3 .
3, 22 ⋅ 6
Задаемся требуемым коэффициентом полезного использования теплоты
утепленной камеры ηy = 0,8 .
По формуле (5.10) определяется средний коэффициент тепловой эффективности утепленной камеры:
=
αср
( Qп + ∑ Q0 ) η y − Qп
=
η y ⋅ ∑ Q0
0,8 ( 222 + 132,9 ) − 222
= 0,58.
0,8 ⋅132,9
По табл. 18 прил. VI находятся коэффициент теплопроводности тепло-
âî é èçî ëÿöèè è åå òî ëù èí à â ñî î òâåòñòâèè ñ ðàñ÷åòí î é âåëè÷èí î é αср. Для
рассматриваемого примера толщина несущих бетонных стен неутепленной
камеры равна 200 мм. Точного соответствия значению αср = 0,58 физических
параметров подбираемого теплоизоляционного материала в табл. 18 прил. VI
не представлено. В этом случае принимается теплоизоляционный материал,
обладающий коэффициентом тепловой изоляции λи и толщиной δи, максимально приближенными к расчетному значению αср = 0,58.
Коэффициент теплопроводности наружных стен и перегородок
=
λ и 0,17 Вт/м ⋅ °С , толщина
=
δи 0,=
04 м 40 мм .
Выбор материалов производится с таким расчетом, чтобы фактическое
термическое сопротивление выбранного материала Rиф было не меньше требуемого Rитр , соответствующего αср ( Rитр ≤ Rиф ).
Требуемое термическое сопротивление
тр
Rи=
δи 0, 04
м 2 ⋅ °С
=
= 0, 235
.
λи 0,17
Вт
По прил. V для теплоизоляционного материала наружных стен по подобранным значениям λи и δи выбирается пеностекло блочное марки 400, δ = 100 мм,
=
λ 0,11 Вт/(м ⋅ °С) , ρ = 400 кг/м3.
Фактическое термическое сопротивление
Rиф=
76
Qп
222
=
= 0, 63 .
Qп + ∑ Q0 222 + 132,9
δ 0,1
м2 ⋅ °С
=
= 0,91
.
λ 0,11
Вт
77
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
(R =
тр
и
) (
)
ф
0, 235 < Rи=
0,91 , следовательно, подобранный материал
л
можно использовать для теплоизоляции блока камер.
В нашем случае коэффициент тепловой эффективности днища αдн равен
среднему коэффициенту тепловой эффективности камеры αср = 0,58.
По табл. 19 прил. VI определяется термическое сопротивление тепловой изоляции днища:
=
Rи 0, 62 м 2 ⋅ °С/Вт.
По прил. 6 принимается коэффициент теплопроводности днища камер.
Для керамзитобетонной плиты с объемной массой бетона в сухом состоянии,
=
равной 1400 кг/м3, с относительной влажностью 10
% λ дн 0, 64 Вт/(м ⋅ °С) .
По формуле (5.18) определяется толщина подсыпки керамзитового гравия под основание днища:

δ дн
δп =
 Rи −
λ дн

Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор...
При вычислении фактического значения термического сопротивления
ф
воздушной прослойки Rпер для перегородки толщиной δпер = 0,2 м табличноее
табл
значение Rпер должно быть уменьшено на 0,04.
ф
Rпер
= 0,53 − 0, 04 = 0, 49
м 2 ⋅ °С
.
Вт

0, 2 

70 мм.
 λп =
 0,62 − 0,64  0, 23 ≈ 0,07 м =



По формуле 5.6 вычисляются суммарные удельные потери теплоты через наружные ограждения в теплоизолированной камере:
(
)
∑ Q0y =
∑ Q0 1 − α ср =
132,9(1 − 0,58) =
55,8 МДж/м3 .
Суммарный удельный расход тепловой энергии в теплоизолированной
камере
y
∑ Q=
Qп + ∑ Q=
222 + 55,=
8 277,8 МДж/м 3 .
y
0
Для внутренних перегородок камер с экранной изоляцией по αср выбираются толщина воздушной прослойки L и количество экранов n, разделяющих полость на воздушные прослойки.
По табл. 23 прил. VI принимается воздушная прослойка без отражающих покрытий, не имеющая разделительных экранов, толщиной L = 0,05 м.
Данная величина по своему значению расположена ближе всех к найденному
ранее коэффициенту средней тепловой эффективности ограждений камеры
αср = 0,58.
По табл. 24 прил. VI определяется величина теплового сопротивления
табл
Rпер
0,53 м 2 ⋅ °С/Вт .
воздушной прослойки:=
Так как толщина каркасных перегородок δпер в проектируемой нами камере равна 0,2 м, фактическое значение термического сопротивления находится с учетом величины снижения термического сопротивления.
78
79
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
в.гр
Qст
= 3,6 ⋅ k ст ⋅ Fст ⋅ ∆ t = 3,6 ⋅ k ст ⋅ Fст ( tв − tо.с ) .
Глава 6. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ
ОГРАЖДЕНИЙ
По итогам подбора вида и толщины теплоизоляционных
материалов определены коэффициенты теплопроводности, а также значения термических сопротивлений экранной теплоизоляции с воздушными прослойками.
На основании полученных данных выполняется теплотехнический расчет ограждающих конструкций камеры, где определяются величины тепловых потерь через наружные ограждеí èÿ êàì åðû Q5 по периодам тепловой обработки.
Потери теплоты через наружные ограждения камеры, кДж/ч,
Q5 = Qст + Qкр + Qдн ,
(6.1)
где Qст – потери теплоты через стены, кДж/ч; Qкр – потери теплоты
через крышку, кДж/ч; Qдн – потери теплоты через днище, кДж/ч.
6.1. Потери теплоты через стены
Потери теплоты через стены камеры складываются из потерь
теплоты через стены, расположенные выше отметки грунта, и стены камеры, расположенные ниже отметки грунта, по уравнению
в.гр
=
Qст Qст
+ Qстн.гр ,
(6.2)
где Qств.гр – потери теплоты через стены, расположенные выше
(6.3)
где kст – коэффициент теплопередачи наружных стен, Вт/(м2 · °С);
Fст – площадь стены по наружному обмеру (с учетом толщины
стен), м2; принимается по эскизам и чертежам камеры; tв – температура обрабатывающей среды (насыщенного пара или паровоздушной смеси), омывающей внутреннюю поверхность стен, С;
tо.с – температура среды, омывающей наружную поверхность стен
камеры, °С.
Температура обрабатывающей среды tв находится по технологическому графику тепловлажностной обработки. В периоды
подачи пара и изотермической выдержки значения этой температуры зависят от технологических особенностей тепловлажностной обработки изделий. Обычно для обоих периодов она принимается равной максимальной температуре изотермической выдержки изделий tи.
Температура окружающей камеры среды tо.с принимается
равной температуре окружающего камеру воздуха. Если камеры
размещены на открытых площадках (полигонах), то значение этой
температуры зависит от периода года и района застройки (расположения предприятия на географической карте). Если камеры
установлены в закрытых цехах, тогда значение температуры окружающей среды будет соответствовать температуре воздуха
в цеховом помещении. Обычно ее принимают равной 16÷20 °С.
Коэффициент теплопередачи стен, Вт/(м2 ⋅ °С),
kст =
1
R0 ст ,
(6.4)
отметки грунта, кДж/ч; Qстн.гр – потери теплоты через стены, расположенные ниже отметки грунта, кДж/ч.
Для определения потерь теплоты через стены расположенв.гр
ные выше отметки грунта, Qст
, кДж/ч, используется уравнение
теплопередачи Ньютона–Рихмана:
где R0 ст – общее термическое сопротивление теплоизолированных стен камеры, м2 ⋅ °С/Вт.
80
81
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
n δ
1
1 ,
R0 ст = Rв + ∑ Ri + Rн =
+∑ i +
α в i 1 λi αн
=i 1 =
n
(6.5)
где Rв – термическое сопротивление пограничного слоя, омывающего внутреннюю поверхность камеры, м2 ⋅ °С/Вт; Ri – термическое сопротивление i-го слоя теплоизоляции, м2 ⋅ °С/Вт; Rн – термическое сопротивление пограничного слоя, омывающего наружную поверхность камеры, м 2 ⋅ °С/Вт; αв – коэффициент
тепловосприятия, Вт/(м2 ⋅ °С); δi – толщина i-го слоя теплоограждения, м; λi – коэффициент теплопроводности i-го слоя теплоограждения, Вт/(м ⋅ °С); αн – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ⋅ °С).
Так как камера работает с чистым насыщенным паром или
паровоздушной смесью вследствие больших значений αв , величиной термического сопротивления омывающего внутреннюю
поверхность камеры пограничного слоя R=
в 1 / αв обычно пренебрегают из-за его малого значения и выражение (6.5) примет вид
R0 ст=
n
n
δ
∑ Ri + Rн= ∑ λi
=i 1 =i 1
i
+
1
.
αн
(6.6)
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
Обычно для пропарочных камер периодического действия
в инженерных расчетах изначально задаются температурой наружной поверхности tн.п в пределах 35÷40 °C. С этого значения
и начинают рассчитывать αн .
Значение αн определяется по эмпирическим зависимостям
сформированным на основе проведённых ранее многочисленных
исследований. Характер теплообмена зависит от расположения
поверхности (вертикальное расположение или горизонтальное).
Расчетные зависимости, отражающие ход теплообменных процессов, несколько отличаются за счет введения уточняющих поправочных коэффициентов, отражающих более точно математические зависимости характера протекания теплообменных процессов.
Коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности наружных ограждений в окружающую среду αн , Вт/(м2 ⋅ °С), описывается зависимостью
=
αн
a4
tн.п − tо.с
5,7 ⋅ ε
+
tн.п − tо.с
 273 + t 4  273 + t 4 
н.п
о.с
−


  , (6.7)
 100   100  
Значения величин δi и λi принимают на основании ранее выполненного подбора материалов ограждающих конструкций.
Задача по определению коэффициента теплоотдачи αн решается методом последовательного приближения расчетной температуры наружной поверхности ограждения tн.п , вычисленной
по формуле (6.10), к ранее принятой. Перед расчетом температуры наружной поверхности необходимо предварительно задаться
ее значением, а далее, определив расчетное значение по формуле
(6.10), сравнить их. Если расчетное значение температуры поверхности отличается от ранее принятого более чем на один градус, тогда принятое значение температуры приравнивают к расчетному значению и вычисления повторяют.
где tо.с – температура окружающей камеру среды, °С; а – эмпирический коэффициент, отражающий точность математической
зависимости характера протекания теплообменных процессов
конвективного теплообмена:
– для вертикально расположенных поверхностей а = 2,6;
– для горизонтально расположенных поверхностей при теплоотдаче с поверхности, обращенной вниз, а = 1,6;
– для горизонтально расположенных поверхностей при теплоотдаче с поверхности, обращенной вверх, а = 3,3;
ε – относительная поглощающая способность «серых» тел (степень черноты); зависит от материала поверхности и ее оптического эффекта по отношению к инфракрасному излучению:
82
83
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
– для поверхности керамических материалов ε = 0,8÷0,9;
– для поверхности стального листа ε = 0,8;
– для поверхности, покрытой листом со светло-алюминиевой окраской, ε = 0,1÷0,2;
5,7 – коэффициент излучения абсолютно черного тела.
Удельный тепловой поток потерь, направляющийся через
стену, кДж/м2,
где k стн – коэффициент теплопередачи стены, расположенной
q=
(
3,6 tср − tо.с
n
δ
∑ λi
i =1
+
i
1
αн
),
(6.8)
где tср – средняя температура внутренней поверхности теплоограждения, °С.
Для теплоизолированных камер среднюю температуру внутренней поверхности стен, расположенных выше отметки грунта tср ,
приближенно можно принять равной значению максимальной
температуры изотермической выдержки в камере tи.
Расчетное значение температуры наружной поверхности
стены, °С,
δi
.
i =1 λ i ⋅ 3,6
n
tн.п
= tср − q ∑
(6.9)
Если расчетное значение температуры поверхности отличается от ранее принятого более чем на один градус, тогда принятое значение температуры приравнивают расчетному значению
и вычисления повторяют.
Потери теплоты через стены, расположенные ниже отметки
грунта, кДж/ч, вычисляются по выражению
λ гр 

н
н
Qст
=3,6  kстн +
 tср − tгр Fст ,
2 

(
84
)
ниже отметки грунта, Вт/(м2 ⋅ °С); λ гр – коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м ⋅ °С); tгр – температура грунта на границе
нулевых амплитуд, °С; Fстн – площадь поверхности наружных стен
по наружному обмеру, м2.
Коэффициент теплопередачи стены, расположенной ниже
отметки грунта, kстн определяется аналогично kст по формуле (6.4).
Общее термическое сопротивление стены, распложенной
ниже отметки грунта, м2 ⋅ °С/Вт,
R=
0 ст
n
Ri
∑=
n
δ
∑ λi .
=i 1 =i 1
i
(6.11)
В отличие от стен, расположенных выше отметки грунта
(формула (6.6)), в случае заглубления стен в выражении (6.11)
отсутствует термическое сопротивление пограничного слоя Rн
в связи с прямым (непосредственным) контактом этой поверхности с грунтом. Таким образом, общее термическое сопротивление стены будет складываться из суммы термических сопротивлений отдельных слоев, входящих в ее состав.
Коэффициент теплопроводности грунта зависит от состава
его грунта и влажности и принимается по табл. 22 прил. VI.
Значение температуры грунта на границе нулевых амплитуд
tгр зависит от географического расположения предприятия и оп-
ределяется по геофизической карте, представленной в прил. VII.
Для теплоизолированных камер среднюю температуру внутренней поверхности стен, расположенных ниже отметки грунта,
tср приближенно можно принять равной значению максималь-
(6.10)
ной температуры изотермической выдержки в камере tи.
85
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
6.2. Потери теплоты через крышку
дощатого щита, м. Для щита используется еловая доска толщиной
Крышки имеют сварной каркас, который с внутренней
и наружной стороны обложен щитовыми панелями из еловых
дюймовых досок (1 дюйм = 25 мм). Вся внутренняя часть каркаса, расположенная между деревянными щитами, закладывается
минераловатной теплоизоляцией. Снаружи вся поверхность
крышки надежно обшивается паровлагоизоляцией, в качестве
которой обычно служит стальной лист толщиной 2÷3 мм.
Тепловые потери через крышку определяются аналогично
потерям наружных стен, расположенных выше отметки грунта,
по уравнению
Qкр = 3,6 ⋅ k кр ⋅ Fкр ( tв − tн ) ,
(6.12)
где kкр – коэффициент теплопередачи крышки, Вт/(м2 ⋅ °С);
Fкр – площадь крышки, м2; принимается по эскизам и чертежам
камеры.
Коэффициент теплопередачи крышки kкр, Вт/(м2 ⋅ °С), можно определить по формуле (6.4), значение термического сопротивления крышки R0 кр , м2 ⋅ °С/Вт, – по формуле (6.6).
Термическое сопротивление крышки R0 кр должно быть не
ниже термического сопротивления стен, расположенных выше
отметки грунта R0 ст . Учитывая данное условие и зная термическое сопротивление стены, можно по формуле (6.13) вычислить
требуемую толщину теплоизоляционного слоя крышки δи , м.

2 ⋅ δ д.щ
=
δ и  R0 ст −

λ д.щ


 λ и ,

(6.13)
где R0 ст – общее термическое сопротивление наружных стен,
расположенных выше отметки грунта, м2 ⋅ °С/Вт; δ д.щ – толщина
86
25 мм; λ д.щ – коэффициент теплопроводности щита, Вт/(м ⋅ °С).
Коэффициент теплопроводности еловых досок поперек волокон
равен 0,15 Вт/(м ⋅ °С); λи – коэффициент теплопроводности минераловатной изоляции, Вт/(м ⋅ °С); определяется в зависимости
от типа изоляции по прил. V.
Задача по определению коэффициента теплоотдачи αн для
наружной поверхности крышки решается аналогичным образом,
как и в случае с наружными стенами.
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности крышки
в окружающую среду αн , Вт/(м2 ⋅ °С), вычисляется по формуле (6.7).
Далее по формуле (6.8) определяется удельный поток тепловых потерь, направляющийся через крышку, q, кДж/м2.
Следующим этапом является определение температуры наружной поверхности крышки tн.п , С, с использованием зависимости (6.9). Среднюю температуру внутренней поверхности
крышки принимаем равной температуре изотермической выдержки tи.
Если расчетное значение температуры поверхности tн.п отличается от ранее принятого более чем на один градус, тогда принятое значение температуры приравнивают расчетному значению
и вычисления повторяют.
6.3. Потери теплоты через днище
Потери теплоты через днище Qдн определяются аналогично потерям теплоты через стены, расположенные ниже отметки
грунта, Qстн.гр .
Для определения потерь теплоты через днище, кДж/ч, используется зависимость
87
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
λ гр 

Qдн =3,6  kдн +
 tср − tгр Fдн ,
2 

(
)
Решение
(6.14)
где k дн – коэффициент теплопередачи слоев ограждающей конструкции днища, Вт/(м2 ⋅ °С); Fдн – площадь наружной поверхности днища (площадь поверхности контакта ограждающих конструкций днища с грунтом), м2.
Значение коэффициента теплопередачи k дн определяется по методике,
аналогичной методике определения коэффициента теплопередачи стен, расн
положенных ниже отметки грунта, kст
.
Исходные данные
Требуется определить потери теплоты через наружные ограждения камеры Гипростройиндустрии.
Fстн.гр
Потери теплоты через стены
В связи с тем, что средняя температура наружной поверхности неизвестна, эта задача решается методом последовательного приближения принимаеср
к его расчетному значению.
мого значения tн.п
Задаемся средней температурой наружной поверхности ограждения
ср
tн.п
= 35 °С .
1-е приближение
По формуле (6.7) определяется коэффициент теплоотдачи с наружной
поверхности стен:
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Fств.гр
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
– место расположения предприятия – г. Санкт-Петербург;
– площадь наружной поверхности стен выше отметки грунта
= 48, 6 м 2 ;
– площадь наружной поверхности стен ниже отметки грунта
= 13,9 м 2 ;
– площадь наружной поверхности днища Fдн = 22, 7 м 2 ;
2
– площадь наружной поверхности крышки Fкр = 22, 7 м ;
2
– площадь перегородки Fпер = 14, 0 м ;
– температура окружающей среды tо.с = 16 °С;
– максимальная температура изотермической выдержки tи = 85 °С;
– заглубление днища камеры в грунт относительно нулевой отметки грунта h = 0,5 м;
– толщина бетонных стен δc = 0,2 м;
– толщина керамзитобетонной плиты днища камер δдн = 0,2 м;
– толщина каркасных перегородок δп = 0,2 м;
ф
=
Rпер
0, 49 м 2 ⋅ °С/Вт ;
– термическое сопротивление перегородки
– грунт места установки камеры имеет 10%-ное влагосодержание.

ср  4
5, 7 ⋅ ε  273 + tн.п
 273 + tо.с
α=
− tо.с + ср

 − 
н
tн.п − tо.с  100   100

4
4

5, 7 ⋅ 0,8  273 + 35   273 + 16  
= 2, 6 4 35 − 16 +


 −
=
35 − 16  100   100  
ср
a 4 tн.п
4
 
 =
 

10, 33
Вт
2
м ⋅ °С
.
Учитывая, что теплоизоляционный материал ограждений размещается
с внутренней стороны, в качестве гидроизоляционного материала используется стальной лист толщиной 3 мм, а значение термического сопротивления пограничного слоя, омывающего внутреннюю поверхность ограждений, в сочетании с теплообменом при конденсации малой величины, пренебрегаемой
в инженерных расчетах, незначительно, средняя температура внутренней поср
может быть принята равной температуре изотерверхности ограждения tв.п
мической выдержки tи .
По формуле (6.8) вычисляется удельный тепловой поток, направляющийся через стену:
=
q
ср
ср
tв.п
− tо.с
tв.п
− tо.с
85 − 16
Вт
=
=
= 63, 2 2 .
n δ
δ
0,
2
0,1
1
δ
1
1
м
с
+
+
+ и +
∑ i+
2,33 0,11 10,33
λ б λ и αн
αн
i =1 λ i
По формуле (6.9) определяется расчетное значение температуры наружной поверхности стены:
88
89
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
δ
δi
δ 
0,1 
 0, 2
ср
=tв.п
− q  с + и  =85 − 63, 2 
+
 =22 °C.
λ
λ
λ
2,33
0,11
i =1 i


и 
 б
n
ср
ср
=tв.п
− q∑
tн.п
ср
Так как по расчету получилось, что принятое значение tн.п
= 35 °С не
ср
совпало с расчетным значением tн.п
= 22 °С , вычисленным по формуле (6.9),
приближаем принятое значение к расчетному. Вычисления повторяем до тех
ср
ср
пор, пока принятое значение tн.п
не совпадет с расчетным значением tн.п
.
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
ср
После установления равенства расчетного и принятого значения tн.п
во
о
втором приближении считается значение коэффициента теплоотдачи αн найденным верно.
По формуле (6.6) определяется общее термическое сопротивление стен,
расположенных выше отметки грунта:
δi 1
δ
δ
1
0, 2
0,1
1
м 2 ⋅ °С
+
= с + и+
=
+
+
= 1,108
.
αн λ б λ и αн 2, 33 0,11 8,83
Вт
i =1 λ i
n
R0в.гр
ст = ∑
По формуле (6.4) находится коэффициент теплопередачи стен расположенных выше отметки грунта:
2-е приближение
Задаемся средней температурой наружной поверхности ограждения
ср
tн.п
=
23 °С .
По формуле (6.7) определяется коэффициент теплоотдачи с наружной
поверхности стен:
  273 + tо.с 4 

 − 
 =

100




4
4
5, 7 ⋅ 0,8  273 + 23   273 + 16  
Вт
.
= 2, 6 4 23 − 16 +

 8,83 2
 −
=
23 − 16  100   100  
м ⋅ °С
ср
α=
a 4 tн.п
− tо.с +
н

ср
5,7 ⋅ ε  273 + tн.п

ср
tн.п
− tо.с  100

4
По формуле (6.8) вычисляется удельный тепловой поток, направляющийся через стену:
=
q
ср
ср
tв.п
− tо.с
tв.п
− tо.с
85 − 16
Вт
=
=
= 62,3 2 .
n δ
δс δи 1
0, 2
0,1
1
1
м
+
+
+
+
∑ i+
2,33
0,11
8,83
λ
λ
α
λ
α
i =1 i
б
и
н
н
По формуле (6.9) определяется расчетное значение температуры наружной поверхности стены:
δ
δi
δ 
0,1 
 0, 2
ср
=tв.п
− q  с + и  =85 − 62,3 
+
 ≈ 23 °C.
λ
λ
λ
2,33
0,11
i =1 i


и 
 б
n
ср
ср
=tв.п
− q∑
tн.п
90
в.гр
k=
0 ст
1
1
Вт
=
= 0,903 2
.
в.гр
R0 ст 1,108
м ⋅ °С
По формуле (6.3) определяются потери теплоты через стены, расположенные выше отметки грунта:
в.гр
в
Qст
= 3, 6 ⋅ kст
⋅ Fств ( tи − tо.с ) = 3, 6 ⋅ 0,903 ⋅ 48, 6 (85 − 16 ) = 10 901
кДж
.
ч
По табл. 22 прил. VI принимается коэффициент теплопроводности грунта
λ гр в месте установки камеры.
Для грунта с 10%-ным влагосодержанием коэффициент теплопроводно=
сти λ гр 1, 75 Вт/(м ⋅ °С) .
По геотермической карте, представленной в прил. VII, определяется температура грунта tгр на границе нулевых амплитуд.
Для Санкт-Петербурга tгр = 6 °С.
По формуле (6.11) вычисляется общее термическое сопротивление стен,
расположенных ниже отметки грунта:
δi δс δ и
0, 2
0,1
м 2 ⋅ °С
= +
=
+
= 0,995
.
λ с λ и 2,33 0,11
Вт
i =1 λ i
n
R0 ст = ∑
По формуле (6.4) находится коэффициент теплопередачи стен, расположенных ниже отметки грунта:
91
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
н
=
kст
1
1
Вт
=
= 1, 005 2
.
н
R0 ст 0,995
м ⋅ °С
 н λгр  ср
н.гр
Qст
=3,6 ⋅ Fcтн  kст
+
 tв.п − tгр =
2 

1,75 
кДж

.
= 3, 6 ⋅13,9 1, 005 +
 ( 85 − 6 ) = 7432
2 
ч

)
По формуле (6.2) определяются потери теплоты через стены камеры:
Qст =
в.гр
Qст
н.гр
+ Qст
кДж
.
= 10 901 + 7432 = 18 333
ч
Потери теплоты через крышку
По формуле (6.13) вычисляется толщина слоя теплоизоляционного материала крышки:
 в.гр 2 ⋅ δ д.щ
δи =
 R0 ст −
λ д.щ


2 ⋅ 0, 025 

0, 086 м ≈ 100 мм.
 λ и =
1,117 − 0,15  0,11 =



В связи с тем, что средняя температура наружной поверхности крышки,
как и в случае с наружными стенами, расположенными выше отметки грунта,
неизвестна, эта задача решается методом последовательного приближения
принимаемого значения
ср
tн.п
к его расчетному значению.
Задаемся средней температурой наружной поверхности ограждения
ср
tн.п
=
35 °С .
1-е приближение
По формуле (6.7) определяется коэффициент теплоотдачи с наружной
поверхности крышки в окружающую среду:
92
4

ср  4
5, 7 ⋅ ε  273 + tн.п
 273 + tо.с  
−

 
 =
ср
tн.п
− tо.с  100   100  


4
4
5, 7 ⋅ 0,8  273 + 35   273 + 16  
Вт
.
= 3, 2 4 35 − 16 +

 11,58 2
 −
=
35 − 16  100   100  
м ⋅ °С
ср
α=
a 4 tн.п
− tо.с +
н
По формуле (6.10) определяются потери теплоты через стены, расположенные ниже отметки грунта:
(
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
По формуле (6.8) вычисляется удельный тепловой поток, направляющийся через крышку:
=
q
ср
ср
tв.п
− tо.с
tв.п
− tо.с
85 − 16
Вт
=
=
= 51,86 2 .
n δ
⋅
⋅
2
δ
2
0,025
0,1
1
1
δ
1
м
д.щ
+
+
+ и+
∑ i+
0,15
0,11 11,35
αн
λ д.щ
λи αн
i =1 λ i
По формуле (6.9) определяется расчетное значение температуры наружной поверхности крышки:
 2 ⋅ δд.щ δи 
δi
ср
=tв.п
− q
+ =
 λ
λ и 
i =1 λ i
 д.щ
 2 ⋅ 0, 025 0,1 
85 51,86 
20, 6 °C.
=−
+
=
0,11 
 0,15
n
ср
ср
tн.п
=tв.п
− q∑
ср
Так как по расчету получилось, что принятое значение tн.п
= 35 °С не
ср
совпало с расчетным =
tн.п
20, 6 °С , вычисленным по формуле (6.9), прибли-
жаем принятое значение к расчетному. Вычисления повторяем до тех пор, пока
ср
ср
не совпадет с расчетным значением tн.п
.
принятое значение tн.п
2-е приближение
Задаемся средней температурой наружной поверхности ограждения
ср
tн.п
= 21 °С .
По формуле (6.7) определяется коэффициент теплоотдачи с наружной
поверхности крышки в окружающую среду:
4

ср  4
5,7 ⋅ ε  273 + tн.п
 273 + tо.с  
ср
4
α=
a
t
t
−
+
−


н
н.п
о.с

 =
ср
tн.п
− tо.с  100   100  


4
4

5, 7 ⋅ 0,8  273 + 21   273 + 16 
Вт
.
= 3, 2 4 21 − 16 +

 9, 34 2
 −
=
21 − 16  100   100  
м ⋅ °С
93
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
По формуле (6.8) вычисляется удельный тепловой поток, направляющийся через крышку:
ср
ср
tв.п
− tо.с
tв.п
− tо.с
85 − 16
Вт
=
=
= 51,14 2 .
n δ
⋅
⋅
2
δ
2
0,
025
0,1
1
1
δ
1
м
д.щ
+
+
+ и +
∑ i+
0,15
0,11 9,34
αн
λ д.щ
λи αн
i =1 λ i
=
q
По формуле (6.9) определяется расчетное значение температуры наружной поверхности крышки:
 2 ⋅ δд.щ δи
δi
ср
=tв.п
− q
+
 λ
λи
i =1 λ i
 д.щ
 2 ⋅ 0,025 0,1 
85 51,14 
=−
+
≈ 21 °C.
0,11 
 0,15
n
ср
ср
tн.п
=tв.п
− q∑

 =

ср
После установления равенства расчетного и принятого значения tн.п
во
о
втором приближении считается, что значение коэффициента теплоотдачи αн
найдено верно.
По формуле (6.6) определяется общее термическое сопротивление крышки:
R0 кр=
δi 1 2 ⋅ δд.щ δи 1 2 ⋅ 0, 025 0,1
1
м 2 ⋅ °С
+ =
+
+ =
+
+
= 1,349
.
αн
λ д.щ
λ и αн
0,15
0,11 9,34
Вт
i =1 λ i
n
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
ср
к его расдом последовательного приближения принимаемого значения tн.п
четному значению.
Задаемся средней температурой наружной поверхности ограждения
ср
tн.п
= 35 °С .
1-е приближение
По формуле (6.7) определяется коэффициент теплоотдачи с поверхности каркасной перегородки, обращенной в сторону резервной камеры:
4

ср  4
5, 7 ⋅ ε  273 + tн.п
 273 + tо.с  
α=
− tо.с + ср

 −
н
 =
tн.п − tо.с  100   100  


4
4
5, 7 ⋅ 0,8  273 + 35   273 + 16  
Вт
.
= 2, 6 4 35 − 16 +

 11,58 2
 −
=
35 − 16  100   100  
м ⋅ °С
ср
a 4 tн.п
По формуле (6.8) вычисляется удельный тепловой поток, направляющийся через перегородку:
=
q
∑
По формуле (6.4) находится коэффициент теплопередачи крышки:
=
kкр
1
1
Вт
= = 0, 741 2
.
R0 кр 1, 349
м ⋅ °С
По формуле (6.12) определяются потери теплоты через крышку камеры:
кДж
.
ч
Потери теплоты через перегородку, расположенную
между рабочей и резервной камерами
Qкр = 3, 6 ⋅ kкр ⋅ Fкр ( tи − tо.с ) = 3, 6 ⋅ 0, 741 ⋅ 22, 7 ( 85 − 16 ) = 4178
В связи с тем, что средняя температура наружной поверхности перегородки, как и в случае с крышкой, неизвестна, эта задача также решается мето94
ср
tв.п
− tо.с
85 − 16
Вт
=
= 119, 7 2 .
1
1
ф
м
Rпер
0, 49 +
+
αн
11,58
По формуле (6.9) определяется расчетное значение температуры наружной поверхности перегородки:
ср
ср
ф
tн.п
= tв.п
− q ⋅ Rпер
= 85 − 119, 7 ⋅ 0, 49 = 26, 3 °C.
ср
Так как по расчету получилось, что принятое значение tн.п
= 35 °С не соср
впало с расчетным значением =
tн.п 26,3 °С , вычисленным по формуле (6.9),
приближаем принятое значение к расчетному значению. Вычисления повторяем
ср
ср
до тех пор, пока принятое значение tн.п
не совпадет с расчетным значением tн.п
.
2-е приближение
ср
tн.п
=
Задаемся средней температурой наружной поверхности ограждения
28 °С .
95
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
По формуле (6.7) определяется коэффициент теплоотдачи с поверхности каркасной перегородки, обращенной в сторону резервной камеры:
По формуле (6.12) определяются потери теплоты через каркасную перегородку:
4

ср 
5, 7 ⋅ ε  273 + tн.п
 273 + tо.с

 − 
ср


100
tн.п − tо.с 
  100

4
4
5, 7 ⋅ 0,8  273 + 28   273 + 16  
= 2, 6 4 28 − 16 +
−
=

 
 
28 − 16  100   100  
ср
α=
a 4 tн.п
− tо.с +
н
ф
Qпер = 3,6 ⋅ kпер ⋅ Fпер
( tи − tо.с ) = 3, 6 ⋅1, 69 ⋅14, 0 ( 85 − 16 ) = 5877
4
 
 =
 

9,56
кДж
.
ч
Потери теплоты через днище
Вт
м 2 ⋅ °С
.
По табл. 22 прил. VI принимается коэффициент теплопроводности грунта
2
с влагосодержанием 10=
% λ гр 1, 75 (м ⋅ °С)/Вт .
По формуле (6.11) определяется общее термическое сопротивление днища:
По формуле (6.8) вычисляется удельный тепловой поток, направляющийся через перегородку:
=
q
ср
tв.п
− tо.с
85 − 16
Вт
=
= 116,1 2 .
1
1
ф
м
+
Rпер
0, 49 +
αн
9,56
По формуле (6.9) определяется расчетное значение температуры наружной поверхности перегородки:
ср
ср
ф
tн.п
= tв.п
− q ⋅ Rпер
= 85 − 116,1 ⋅ 0, 49 ≈ 28 °C.
ср
После установления равенства расчетного и принятого значения tн.п
во
о
втором приближении считается, что значение коэффициента теплоотдачи αн
найдено верно.
По формуле (6.6) определяется общее термическое сопротивление перегородки:
ф
R0 пер = Rпер
+
1
1
м 2 ⋅ °С
= 0, 49 +
= 0,59
.
αн
9,56
Вт
R0 дн =
δi δп δб δи
0,1
0, 2
0,1
м 2 ⋅ °С
=
+
+
=
+
+
= 1,656
.
λ п λ б λ и 0, 23 0, 64 0,11
Вт
i =1 λ i
n
∑
По формуле (6.4) находится коэффициент теплопередачи днища:
=
k дн
1
1
Вт
= = 0, 604 2
.
R0 дн 1, 656
м ⋅ °С
По формуле (6.14) определяются потери теплоты через днище:
λ гр  ср

Qдн = 3, 6 ⋅ Fдн  kдн +
 tв.п − tгр =
2 

1, 75 
кДж

= 3, 6 ⋅ 22, 7  0, 604 +
.
 ( 85 − 6 ) = 9548
2 
ч

(
)
По формуле (6.1) вычисляются потери теплоты через наружные ограждения камеры:
Q5 = Qст + Qкр + Qпер + Qдн = 18 333 + 4178 + 5877 + 9548 = 37 936
По формуле (6.4) находится коэффициент теплопередачи перегородки:
=
kпер
1
1
Вт
= = 1, 69 2
.
R0 пер 0, 59
м ⋅ °С
96
97
кДж
.
ч
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 7. Тепловой расчет камер
в ограждающих конструкциях камеры соответственно перед поГлава 7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КАМЕР
Задачей теплового расчета пропарочных камер является определение часовых расходов теплоносителя (пара) и количества
тепловой энергии на тепловлажностную обработку 1 м3 бетона.
Уравнение теплового баланса для любой тепловой установки в общем виде следующее:
∑ Qприх = ∑ Qрасх ,
где
∑ Qприх
(7.1)
– сумма статей прихода теплоты в тепловую уста-
новку за время τ, кДж/τ; ∑ Qрасх – сумма статей расхода теплоты
в тепловой установке за время τ, кДж/τ.
дачей пара, кДж/τн; Qб′′, Qв′′, Qм′′ , Qо′′ – количество теплоты, содержащейся в бетоне; воде затворения; металлических закладных
частях, формах и арматуре, а также в ограждающих конструкциях
камеры соответственно после окончания периода нагрева, кДж/τн;
Q5н – потери теплоты через наружные ограждения камеры за вре-
мя τн, кДж/τн; Qун – количество теплоты, теряемое с паром за счет
его утечки через различного рода неплотности, кДж/τн.
Преобразовав уравнение (7.2), получаем уравнение (7.3),
позволяющее определить расход теплоты, подаваемый с паром
за период нагрева, кДж/τн:
Qтн = Qб + Qв + Qм + Qо + Q5н + Qун − Qэн ,
(7.3)
Для периода нагрева τн уравнение теплового баланса для камеры записывается в следующем виде:
где Qб , Qв , Qм , Qо – расход теплоты, на нагрев бетона; воды затворения; металлических закладных частей, форм и арматуры,
а также ограждающих конструкций камеры соответственно за период нагрева τн, кДж/τн.
Расход теплоты, затрачиваемый на нагрев массы бетона, кДж/τн,
Qб =
Gб ⋅ сб ( t2 − t1 ) ,
(7.4)
Qтн + Qэн + Qб′ + Qв′ + Qм′ + Qо′ = Qб′′ + Qв′′ + Qм′′ + Qо′′ + Q5н + Qун


 

 , (7.2)
∑Q
где сб – удельная теплоемкость сухой массы бетона, кДж/(кг ⋅ °С);
принимается по таблицам справочной литературы. Для тяжелых
7.1. Приход теплоты с подаваемым в камеру паром
за период нагрева τн
∑ Qрасх
прих
где Qтн – приход теплоты с подаваемым в камеру паром за период
д
нагрева τн, кДж/τн; Qэн – приход теплоты за счет экзотермических
реакций, протекающих в теле бетона за время τн; Qб′ , Qв′ , Qм′ , Qо′ –
количество теплоты, содержащейся в бетоне; воде затворения;
металлических закладных частях, формах и арматуре, а также
98
бетонов в расчетах сб = 0,84 кДж/(кг ⋅ С); t2 – конечная температура изделий, равная максимальной температуре изотермической
выдержки tи; принимается по данным технологического расчета;
t1 – начальная температура изделий, равная температуре загружаемых в камеру изделий tзаг; Gб – сухая масса бетонных изделий,
загруженных в камеру, кг/tн.
Gб= Vи ⋅ n' ⋅ρб ,
99
(7.5)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Vи – объем изделия, м3; n' – количество изделий, размещаемых
в пропарочной камере, шт.; ρб – плотность бетона, кг/м3.
Расход теплоты, затрачиваемый на нагрев воды, содержащейся в бетонной массе, кДж/τн,
Qв =
Gв ⋅ св ( t2 − t1 ) ,
(7.6)
где св – теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг ⋅ °С); Gв – массаа
воды, содержащаяся в загруженных в камеру изделиях, кг/τн.
Gв = Vи ⋅ n' ⋅ mв .
(7.7)
Здесь mв – количество воды, которое содержится в 1 м3 бетона, кг/м3.
=
mв
( Ц / В ) −1 ⋅ Ц ,
(7.8)
где Ц / В – цементно-водное отношение; принимается по табл. 3
прил. III;
Ц – масса цемента, содержащаяся в 1 м3 бетона, кг/м3; для
тяжелых портландцементных бетонов принимается в размере
270÷320 кг/м3.
Расход теплоты, затрачиваемый на нагрев металла, кДж/τн,
Qм =
G м ⋅ с м ( t 2 − t1 ) ,
(7.9)
где см – удельная массовая теплоемкость стали, кДж/(кг ⋅ °С);
в расчетах принимается равной 0,48 кДж/(кг ⋅ °С); Gм – массаа
форм арматуры и закладных частей, кг/τн.
Gм = Vи ⋅ n' ⋅ mм ,
(7.10)
Глава 7. Тепловой расчет камер
=
Qо 0,85 ⋅ F ( t2 − tо.с − 35 ) со ⋅λ о ⋅ρо ⋅ τ ,
(7.11)
где F – площадь бетонного основания ограждающих конструкций, соприкасающихся с теплоносителем в камере, м2; tо.с – температура окружающей камеру среды, °С; обычно в расчетах принимают tо.с = 20 °C ; со – теплоемкость ограждающих конструкций, кг/м3; зависит от вида материала ограждающих конструкций.
Если стены камеры выполнены из тяжелого портландцементного бетона, тогда значение теплоемкости в расчетах принимается
равным 0,84 кДж/(кг ⋅ °С); λо – коэффициент теплопроводности
материала ограждения, кДж/(м ⋅ °С). Для тяжелого портландцементного бетона с заполнителем из каменного щебня коэффициент теплопроводности равен 8,39 кДж/(м ⋅ °С); ρо – плотность
материала ограждающих конструкций камеры, кг/м3; в расчетах
принимается равной 2400 кг/м3; τ – время цикла работы пропарочной камеры, ч.
Приход теплоты, выделяющейся в результате протекания
реакций гидратации цемента, кДж/τн,
н
Q=
Gц ⋅ qэ
э
τн
,
τн + τи + τо
(7.12)
где qэ – количество теплоты, выделившееся при гидратации 1 кг
цемента, кДж/кг; Gц – масса цемента в изделиях, загружаемых
в камеру, кг/τн.
Gц = Vи ⋅ n' ⋅ Ц .
(7.13)
где mм – удельная металлоемкость, кг/м3; в расчетах для тяжелых
портландцементных бетонов принимается равной 1100 кг/м3.
Расход теплоты, затрачиваемый на нагрев ограждающих
конструкций пропарочной камеры, кДж/τн,
Количество теплоты, выделившееся при гидратации 1 кг
цемента, кДж/кг,
100
101
θ⋅M ⋅a  Ц 
qэ =
 
162 + 0,96 ⋅ θ  В 
−0,5
,
(7.14)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
где М – марка бетона; принимается на основании исходных данных; a – эмпирический коэффициент; зависит от градусо-часов
и определяется по одному из приведенных ниже условий:
=
a 0,32 + 0,002 ⋅ θ
=
a 0,84 + 0,0002 ⋅ θ
при θ ≤ 290;
при θ > 290.
θ – градусо-часы, °С ⋅ ч.
=
θ
t +t
t1 + t2
τн + t2 ⋅ τи + 2 3 τо ,
2
2
(7.15)
где t1, t2 , t3 – температуры изделий после загрузки в камеру, воо
время изотермической выдержки и после их охлаждения соответственно, °С.
Расход теплоты через наружные ограждения в период нагрева, кДж/τн,
н
Q5=
Q5 ⋅ τн .
(7.16)
Расход теплоты с утечкой паровоздушной смеси из камеры
за период нагрева, кДж/ч,
Qун
(
=
β Qб + Qв + Qм + Qо + Q5н
),
(7.17)
где β – коэффициент потери тепла с утечкой теплоносителя; для
ямных камер периодического действия β =0,1 .
Часовой расход теплоты в период нагрева, кДж/ч,
Qтн
Qн =
.
τн
102
(7.18)
Глава 7. Тепловой расчет камер
Часовой расход насыщенного пара в период нагрева, кг/ч,
=
Дн
Qн
Q
≈ н,
( i" − i' ) r
(7.19)
где i″ – энтальпия подаваемого в камеру пара, кДж/кг; i′ – энтальпия отводимого из камеры конденсата, кДж/кг; r – удельная теплота парообразования, при атмосферном давлении равная
2260 кДж/кг.
Удельный часовой расход пара в период нагрева, отнесенный к 1 м3 бетона, кг/(м3 ⋅ ч),
dн =
Дн
.
Vб
(7.20)
7.2. Приход теплоты с подаваемым в камеру паром
за период изотермической выдержки τи
Для периода изотермической выдержки τи уравнение теплового баланса для камеры записывается в следующем виде:
Qти + Qэи = Q5и + Qуи


 

,
∑ Qприх
∑ Qрасх
(7.21)
где Qти – приход теплоты с подаваемым в камеру паром за период
д
и
изотермической выдержки τи, кДж/τи; Qэ – приход теплоты за
счет экзотермических реакций, протекающих в теле бетона за
время τи; Q5и – потери теплоты через наружные ограждения камеры за время τи, кДж/τи; Qуи – количество теплоты, теряемоее
с паром за счет его утечки через различного рода неплотности за
период изотермической выдержки, кДж/τи.
103
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 7. Тепловой расчет камер
Преобразовав уравнение (7.21), получаем уравнение, позволяющее определить расход теплоты, подаваемый с паром за период изотермической выдержки, кДж/τи,
Удельный часовой расход пара в период изотермической
выдержки, отнесенный к 1 м3 бетона, кг/(м3 ⋅ ч),
Qти = Q5и + Qуи − Qэи .
(7.22)
Приход теплоты, выделяющийся в результате протекания
реакций гидратации цемента, кДж/τн,
и
Q=
э
τи
Gц ⋅ qэ
.
τн + τи + τо
dи =
d= dн ⋅ τн + dи ⋅ τи .
(7.23)
(7.24)
Расход теплоты с утечкой паровоздушной смеси из камеры
за период изотермической выдержки, кДж/τи,
и
Q=
у
Qун
τ
⋅ и.
τн
(7.25)
Часовой расход теплоты в период изотермической выдержки, кДж/ч,
Qи =
Qти
.
τи
(7.26)
Часовой расход пара в период изотермической выдержки, кг/ч,
Qи
Q
Ди
=
≈ и.
(7.27)
( i" − i' ) r
104
(7.28)
Удельный часовой расход пара за время тепловой обработки изделий, отнесенный к 1 м3 бетона, кг/м3,
(7.29)
Годовой расход пара, кг/год,
Расход теплоты через наружные ограждения в период изотермической выдержки, кДж/τи,
и
Q5=
Q5 ⋅ τи .
Ди
.
Vб
Д=
Vг ⋅ d.
г
(7.30)
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Исходные данные
Требуется определить расходы теплоты и пара по периодам тепловлажностной обработки в камере Гипростройиндустрии.
– место расположения предприятия – г. Санкт-Петербург;
– объем одного пропариваемого изделия Vи = 3,22 м2;
– количество одновременно пропариваемых в камере изделий n′ = 6 шт.;
– температура загружаемых в камеру изделий tзаг = 12 °С;
– температура окружающей среды tо.с = 16 °С;
– максимальная температура изотермической выдержки tи = 85 °С;
– изделия изготавливаются из бетона марки М 400;
– площадь открытой бетонной поверхности камеры, непосредственно
соприкасающаяся с обрабатывающей средой, F = 5,9 м2;
– время нагрева τн = 3 ч;
– время изотермической выдержки tи = 7 ч;
– время охлаждения tо = 1 ч.
Решение
По формуле (7.5) определяется сухая масса бетонных изделий, загруженных в камеру,
105
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
По формуле (7.15) определяются градусо-часы:
Gб = Vи ⋅ n′ ⋅ ρб = 3, 22 ⋅ 6 ⋅ 2500 = 48 300 кг/τ н .
По формуле (7.4) определяется расход теплоты на прогрев массы бетона:
Qб = Gб ⋅ cб (t2 − t1 ) = 48 300 ⋅ 0,84 ( 85 − 12 ) = 2 961 756
кДж
.
τн
По формуле (7.10) определяется масса арматуры и закладных частей:
кг
Gм = Vи ⋅ n′ ⋅ mм = 3, 22 ⋅ 6 ⋅1100 = 21 252
.
τн
По формуле (6.9) вычисляется расход теплоты, затрачиваемый на нагрев металла:
кДж
Qм = Gм ⋅ cм ( t2 − t1 ) = 21 252 ⋅ 0, 48 ( 85 − 12 ) = 744 670
.
τн
По табл. 3 прил. VI принимается цементно-водное отношение для бетона марки М 400.
По формуле (7.8) определяется количество воды, содержащееся в 1 м3
бетона:
кг
m=
( Ц / В )−1 ⋅ Ц= 2, 0−1 ⋅ 300= 150 3 .
в
м
По формуле (7.7) находится масса воды, содержащаяся в загруженных в
камеру изделиях:
кг
Gв = Vи ⋅ n′ ⋅ mв = 3, 22 ⋅ 6 ⋅150 = 2898
.
τн
По формуле (7.6) определяется расход теплоты, затрачиваемой на нагрев содержащейся в бетонном растворе воды:
Qв = Gв ⋅ cв (t2 − t1 ) = 2898 ⋅ 4,19(85 − 12) = 886 411
Глава 7. Тепловой расчет камер
кДж
.
τн
По формуле (7.11) вычисляется расход теплоты, затрачиваемой на нагрев ограждающих конструкций пропарочной камеры:
t + t3
t1 + t2
τ н + t2 ⋅ τ и + 2 =
τо
2
2
12 + 85
85 + 40
1 803 °С ⋅ ч.
=
⋅ 3 + 85 ⋅ 7 +
⋅=
2
2
Находится эмпирический коэффициент a:
θ
=
=
θ 803 > 290;
а = 0,84 + 0,0002 ⋅ 803 = 1, 0006.
По формуле (7.14) определяется количество теплоты, выделяющееся при
гидратации 1 кг цемента:
=
qэ
−0,5
θ⋅М ⋅а  Ц 
803 ⋅ 400 ⋅ 1, 0006
кДж
=
⋅ 2,5−0,5 217, 9
.
=

162 + 0, 96 ⋅ θ  В 
162 + 0,96 ⋅ 803
кг
По формуле (7.13) вычисляется масса цемента в загруженных в камеру
изделиях:
Gц = Vи ⋅ n′ ⋅ Ц = 3, 22 ⋅ 6 ⋅ 300 = 5796
По формуле (7.12) определяется приход теплоты, выделяющийся в результате протекания экзотермических реакций гидратации вяжущего:
Qэн =
Gц ⋅ qэ
τн
3
кДж
=
5796 ⋅ 217,9 ⋅
=
344 440
.
τн + τи + τо
3 + 7 +1
τн
По формуле (7.16) находятся потери теплоты через наружные ограждения
за период нагрева:
Q5н = Q5 ⋅ τн = 10 500 ⋅ 3 = 31 500
Q=
0,85 ⋅ F ( t2 − tо.с − 35 ) c0 ⋅ λ 0 ⋅ ρ0 ⋅ τ=
о
= 0,85 ⋅ 5, 9 ( 85 − 16 − 35 ) 0,84 ⋅ 8,39 ⋅ 2400 ⋅10= 70 126
106
кДж
.
τн
кг
.
τн
кДж
.
τн
По формуле (7.17) определяется расход теплоты с утечкой паровоздушной смеси из камеры за период нагрева:
107
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
(
)
Qун= β Qб + Qм + Qв + Qо + Q5н =
= 0,1( 2 961 756 + 744 670 + 886 411 + 70 126 + 31=
500 ) 469 446
кДж
.
τн
По формуле (7.3) вычисляется приход теплоты с подаваемым в камеру
паром за период нагрева:
Qтн = Qб + Qм + Qв + Qо + Q5н − Qэн + Qун = 2 961 756 + 744 670 +
+ 886 411 + 70 126 + 31 500 − 344 440 + 469 446 =
4 819 469
кДж
.
τн
По формуле (7.18) определяется часовой расход теплоты на нагрев бетона в периоде нагрева:
Q
=
н
Qтн 4 819 469
кДж
=
= 1 606 490
.
τн
3
ч
По формуле (7.19) находятся часовой расход насыщенного пара в периоде нагрева:
Д=
н
Qн 1 606 490
кг
т
=
= 711
≈ 0, 71 .
r
ч
ч
2260
По формуле (.20) определяется удельный часовой расход пара в периоде
нагрева, отнесенный к 1 м3 бетона:
=
dн
Дн
711
кг
=
= 36,8 3 .
Vи ⋅ n ′ 3, 22 ⋅ 6
м ⋅ч
По формуле (7.24) вычисляется расход теплоты через наружные ограждения за период изотермической выдержки:
Q5и = Q5 ⋅ τи = 10 500 ⋅ 7 = 73 500
кДж
.
τи
108
Глава 7. Тепловой расчет камер
По формуле (7.23) определяется приход теплоты, выделяющейся в результате протекания экзотермических реакций гидратации вяжущего за период изотермической выдержки:
Qэи =
Gц ⋅ qэ
τи
7
кДж
=
5796 ⋅ 217,9 ⋅
=
803 694
.
τн + τи + τо
3 + 7 +1
τи
По формуле (7.25) вычисляется расход теплоты с утечкой паровоздушной смеси из камеры за период изотермической выдержки:
Qуи = Qун ⋅
τи
7
кДж
.
= 469 446 ⋅ = 1 095 374
τн
3
τи
По формуле (7.22) определяется приход теплоты с подаваемым в камеру
паром за период изотермической выдержки:
Qти = Q5и + Qуи − Qэи = 73 500 + 1 095 374 − 803 694 = 365 180
кДж
.
τи
По формуле (7.26) определяется часовой расход теплоты на нагрев бетона в периоде изотермической выдержки:
Q
=
и
Qти 365 180
кДж
=
= 52 169
.
τи
7
ч
По формуле (7.27) определяется часовой расход пара в период изотермической выдержки:
Д=
и
Qи 52 169
кг
=
= 23,1 .
r
2260
ч
По формуле (7.28) определяется удельный часовой расход пара в период
выдержки, отнесенный к 1 м3 бетона:
=
dи
Ди
23,1
кг
=
= 1, 2 3 .
Vи ⋅ n′ 3, 22 ⋅ 6
м ⋅ч
109
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
По формуле (7.29) определяется удельный часовой расход пара за время
тепловой обработки изделий, отнесенный к 1 м3 бетона:
d = d н ⋅ τ н + d и ⋅ τ и = 36,8 ⋅ 3 + 1, 2 ⋅ 7 = 118,8
кг
м3
.
По формуле (7.30) определяется годовой расход пара:
кг
т
Д г = Vг ⋅ d = 50 000 ⋅118,8 = 5 940 000
= 5 940
.
год
год
110
Глава 8. ПАРОСНАБЖЕНИЕ КАМЕР
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
8.1. Схемы пароснабжения камер
В целях обеспечения надежной работы ямных и напольных
камер периодического действия на протяжении всего цикла тепловой обработки изделий могут применяться различные по устройству системы теплоснабжения. Из целого ряда схем, отличающихся друг от друга приемами технического обслуживания
и интенсивностью ведения тепловых и массообменных процессов
в рабочем пространстве камеры, можно выделить следующие:
– пароснабжение камер системой с нижним кольцевым коллектором (рис. 8.1). Схема применяется для пароснабжения камер типа камер Гипростройиндустрии;
– пароснабжение камер системой с нижним кольцевым коллектором и верхней перфорированной трубой для выпуска паровоздушной смеси (рис. 8.2). Схема применяется для пароснабжения камер типа камер Семенова;
– пароснабжение камер системой с вертикальными стояками (рис. 8.3). Схема применяется для пароснабжения камер типа
камер Гипростройиндустрии, при наличии трубы для выпуска паровоздушной смеси может использоваться в камерах Семенова;
– пароснабжение камер системой парораспределения с помощью сопел Лаваля (рис. 8.4). Схема применяется для пароснабжения камер типа камер института «Гипростройиндустрия», при
наличии трубы для выпуска паровоздушной смеси может использоваться в камерах Семенова;
– пароснабжение камер системой парораспределения с внешним эжектором, обеспечивающим циркуляцию обрабатывающей
среды (рис. 8.5). Схема используется для пароснабжения камер типа
камер института «Гипростройиндустрия» и Семенова;
– пароснабжение камер системой парораспределения
с помощью насосов-кондиционеров (рис. 8.6). Схема применяет111
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 8. Пароснабжение камер периодического действия
ся для пароснабжения камер типа камер института «Гипростройиндустрия», при наличии трубы для выпуска паровоздушной
смеси может использоваться в камерах Семенова.
Рис. 8.1. Принципиальная схема пароснабжения камер
с кольцевым коллектором:
1 – перфорированный паропровод камеры; 2 – магистральный паропровод; 3 – отверстие диаметром 6 мм для стока конденсата; 4 – отверстия
äëÿ ðàçäà÷è ï àðà; 5 – запорные устройства (вентили, при dу ≥ 50 мм –
задвижки); 6 – дроссельная шайба; 7 – регулятор расхода пара;
8 – байпас; 9 – ограждающая конструкция камеры; 10 – днище камеры
Для стабилизации теплового режима работы камер и часового потребления пара на каждом подающем паропроводе, питающем камеры, должны быть установлены регуляторы давления
пара «после себя». Настройка регуляторов давления должна производиться из условия поддержания избыточного давления пара
перед камерами не менее 0,1 МПа.
Для нормируемой подачи пара в камеры каждый ввод в камеру должен быть оборудован дроссельной шайбой (диафрагмой)
и регулятором расхода пара.
При применении автоматических систем регулирования температурного режима тепловой обработки изделий внутренний
диаметр шайбы рассчитывается из условия пропуска максимально допустимого часового расхода пара.
При использовании для парораспределения схемы пароснабжения камер с кольцевым коллектором, представленной на рис. 8.1,
пар в камеру подается через закольцованную парораспределительную перфорированную трубу. Размещается трубопровод на днище камеры вдоль наружных стен, как показано на рисунке. Отâåðñòèÿ (ï åðô î ðàöèÿ) òðóáû í àï ðàâëÿþ òñÿ ï î ä óãëî ì β, который
может принимать различные значения, как правило, от 30 до 90°.
Угол размещения отверстий β определяет угол подачи паровых
струй, который влияет на эффективность циркуляции обрабатывающей среды, обусловливающую интенсивность ведения тепловых и массообменных процессов в камере. Максимальная скорость циркуляции в камере при использовании схемы парораспределения с кольцевым коллектором наблюдается при угле β,
равном или близком к 90°. Диаметр перфорированной трубы,
а также диаметр проходного сечения и количество паровыпускных отверстий рассчитываются по методике, представленной
ниже. Схема может использоваться только для пароснабжения
камер, работающих на паровоздушной смеси с максимальной температурой изотермической выдержки 80÷85 °С, типа камер Гипростройиндустрии.
Для пароснабжения безнапорной пропарочной камеры Семенова, работающей на чистом насыщенном паре, как известно,
112
113
2
4
8
5
6
7
1
Пар
Узел А
i
i
3
i
Узел А
9
dу
b
β°
dо
10
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 8. Пароснабжение камер периодического действия
требуется специальный паропровод, который может произвести
оттеснение паровоздушной смеси в нижнюю часть рабочего объема камеры. С этой целью на схеме, представленной на рис. 8.2,
предусматриваются два перфорированных закольцованных паропровода, нижний и верхний. Нижний паропровод снабжает
камеру паром в периоды нагрева и изотермической выдержки,
верхний трубопровод – в период заключительного нагрева, когда
производят оттеснение и выпуск паровоздушной смеси из камеры в атмосферу. Закольцованные паропроводы снабжены собственными отключающими устройствами, приводимыми в действие оператором или системой автоматики камеры.
6
4
2
9
3
i
7
Пар
5
i
i
8
1
i
7
6
Рис. 8.3. Схема парораспределения с вертикальными стояками:
1 – подводящий паропровод; 2 – регулирующий клапан; 3, 4 – запорные
вентили; 5 – закольцованный паропровод; 6 – вертикальные перфорированные стояки; 7 – отверстие для слива конденсата; 8 – байпас;
9 – дроссельная шайба (диафрагма)
4
i
1
i
7
9
i
3
2
3
5
Пар
8
i
Рис. 8.2. Схема пароснабжения камеры Семенова:
1 – подводящий паропровод; 2 – регулирующий клапан; 3 – запорные
устройства; 4 – запорные устройства перфорированных трубопроводов; 5 – закольцованная нижняя перфорированная труба; 6 – закольцованная верхняя перфорированная труба; 7 – отверстие для слива
конденсата; 8 – байпас; 9 – дроссельная шайба
Схема парораспределения камер с вертикальными стояками, представленная на рис. 8.3, может обеспечить циркуляцию
обрабатывающей среды в рабочем объеме камеры по горизонтальным плоскостям ее сечения.
114
Схема состоит из закольцованного трубопровода, уложенного вдоль внутренней поверхности наружных стен у основания
днища, и вертикальных парораспределительных стояков. Стояки
по всей их высоте снабжены перфорированными отверстиями,
размещаемыми таким образом, чтобы паровые струи устремлялись в щелевое пространство, образованное боковыми плоскостями форм штабеля изделий и внутренней поверхностью наружных стен. Такое расположение за счет кинетической энергии
вытекающих в пространство паровых струй в сочетании с инжектирующим их эффектом создает поступательное движение
обрабатывающей среды в рабочем объеме камеры. Это в некоторой степени интенсифицирует процессы тепло- и массообмена
на поверхностях изделий и форм, а также приведет к значительному выравниванию температуры и влажности по рабочему объему камеры, что улучшит качество производимых изделий.
Вертикальные стояки вместо простых сверленных в трубопроводе отверстий могут быть оборудованы соплами Лаваля,
115
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
имеющими высокие коэффициенты истечения. Также в некоторых случаях для увеличения степени снабжения паром нижней
части рабочего объема камеры кроме стояков перфорированными отверстиями может быть снабжен и кольцевой коллектор.
Диаметр паровыпускных отверстий рекомендуется принимать в пределах 3÷5 мм. Для обеспечения равномерного распределения пара по объему камеры суммарная площадь отверстий
в перфорированной трубе принимается равной половине площади ее сечения, чтобы выполнялось условие (7.1):
f о ⋅ n ≤ 0,5 ⋅ Fтр′ .
Глава 8. Пароснабжение камер периодического действия
а
2
б
7
6
1
3
16
4
17
8
9
5
(8.1)
Схема рис. 8.3 может использоваться для пароснабжения
камер, работающих на среде паровоздушной смеси с максимальной температурой изотермической выдержки 80ё85 °С типа камер Гипростройиндустрии.
Для интенсификации движения обрабатывающей среды
и улучшения условий тепло- и массообмена в камере коллекторы
и вертикальные стояки рекомендуется оборудовать соплами
Лаваля. С этой целью может быть рекомендована схема парораспределения с помощью сопл Лаваля, которая состоит из двух коллекторов, расположенных у противоположных относительно друг
друга стенок камеры на разных высотных отметках (рис. 8.4).
Сопла Лаваля нижнего и верхнего коллекторов размещаются во взаимно противоположных направлениях, струи пара направляются в промежуток между стеной и формами.
Такое решение обеспечит циркуляцию обрабатывающей
среды вдоль наружных стен. Получая движущую силу за счет
кинетической энергии струй, а также инжекции паровоздушной
смеси поток обрабатывающей среды совершает круговое движение вдоль внутренней поверхности наружных ограждений камеры. Схема может использоваться только для пароснабжения камер, работающих на паровоздушной смеси с максимальной температурой изотермической выдержки 80÷85 °С типа камер
института «Гипростройиндустрия».
Рис. 8.4. Схема парораспределения с помощью сопел Лаваля:
а – поперечный разрез камеры; б – схема присоединения сопла к паропроводу;
в – схема расположения коллекторов с соплами; 1 – наружные стены; 2 – крышка; 3 – формы с изделиями; 4 – подкладочные брусья; 5 – нижний коллектор;
6 – верхний коллектор; 7 – коллектор; 8 – основание; 9 – сопло Лаваля;
10 – подводящий трубопровод; 11 – байпас; 12 – клапан регулирования расхода
пара; 13 – дроссельная шайба; 14 – запорные устройства; 15 – отверстие для
отвода конденсата; 16 – паровые струи; 17 – инжекция обрабатывающей среды
116
117
в
i
6
5
i
12
i
13
i
14
10
15
Пар
11
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 8. Пароснабжение камер периодического действия
Эффективность работы системы парораспределения с использованием сопл Лаваля может быть увеличена за счет применения системы с внешним эжектором (рис. 8.5). Теплообмен
в камере в этом случае улучшается за счет отбора на рециркуляцию (подсоса) паровоздушной смеси из нижней зоны камеры
через нижний перфорированный коллектор. Отобранный рециркулянт подается в инжекционную камеру эжектора и подмешивается к основному потоку пара. При использовании системы
с внешним эжектором поток движется с верней части камеры
к его днищу. Так как менее плотные (более легкие) слои пара или
паровоздушной смеси находятся в верхней части камеры, организация движения среды сверху вниз обеспечит выравнивание
температуры и влажности между верхом и низом камеры. Это
обеспечит идентичность ведения тепловых и массообменных процессов по высоте камеры и хорошее качество выпускаемой продукции.
Для оптимальной работы эжекторов (струйных насосов)
давление пара перед дроссельной шайбой должно поддерживаться на уровне 0,5÷0,6 МПа.
Схема может использоваться для пароснабжения камер типа
камер института «Гипростройиндустрия» и Семенова.
Для выравнивания температурного поля паровоздушной
среды в камере имеется весьма эффективная схема с использованием насосов-кондиционеров (рис. 8.6). Эти устройства также
способны осуществлять принудительную циркуляцию в камере
обрабатывающей среды без использования дополнительных трубопроводов (стояков, верхних перфорированных труб).
Насосы-кондиционеры представляют собой накручивающиеся на отводные от нижнего кольцевого коллектора патрубки
струйно-насосные головки, устройство которых показано на
рис. 8.6, б). Насосы-кондиционеры устанавливаются в промежутках между штабелем изделий и наружными стенами на расстоянии порядка 0,5÷0,8 м от основания днища. По устройству и принципу работы насосы-кондиционеры схожи с эжекционными
струйными аппаратами. Они, как и эжекторы, за счет кинетической энергии вытекающей из сопла паровой струи способны подсасывать окружающую их среду, организовывая ее движение.
Однако в отличие от устройства эжекторов устройство насосовкондиционеров несколько иное. В них имеется отражатель вытекающей из сопла устройства паровой струи, позволяющий перенаправить поток теплоносителя в противоположное направление.
Данный элемент организует циркуляцию обрабатывающей среды вдоль поверхностей наружных стен сверху вниз.
Насосы-кондиционеры могут эффективно работать лишь при
давлении пара перед дроссельной шайбой 0,5÷0,6 МПа.
Схема может использоваться только для пароснабжения камер работающих на паровоздушной смеси с максимальной температурой изотермической выдержки 80÷85 °С типа камер института «Гипростройиндустрия».
i
7
8
1
3
i
6
9
5
i
10
4
Пар
2
i
Рис. 8.5. Схема парораспределения с внешним эжектором:
1 – верхняя перфорированная труба; 2 – нижняя перфорированная труба;
3 – подача пара в камеру; 4 – отбор пара из камеры; 5 – подача пара на
рециркуляцию в эжектор; 6 – эжектор; 7 – байпас; 8 – отключающее устройство; 9 – подающий паропровод; 10 – отверстие для отбора конденсата
118
119
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
а
2
Глава 8. Пароснабжение камер периодического действия
8.2. Расчет элементов системы пароснабжения
б
1
Подбор диаметров паропроводов
9
8
5
10
6
4
7
11
3
Определение диаметра проходного сечения подводящего
паропровода и закольцованного коллектора камер производят по
требуемой пропускной способности (расходу) и обеспечению
рекомендуемой нормативной скорости движения пара.
Требуемая пропускная способность паропровода, м3/ч,
Vп =
12
17
в
18
Пар
14
13
3
19
20
Пар
i
14
15
Рис. 8.6. Схема парораспределения с помощью насосов-кондиционеров:
а – поперечный разрез камеры; б – схема насоса-кондиционера; в – схема системы пароснабжения с нмиасоса-кондиционерами; 1 – стены; 2 – крышка;
3 – насосы-кондиционеры; 4 – защитное устройство; 5 – смеситель; 6 – сопло;
7 – клиновые упоры; 8 – отражатель потока; 9 – конфузор; 10 – горловина;
11 – диффузор; 12 – кронштейн; 13 – муфтовое резьбовое соединение;
14 – закольцованный коллектор; 15 – подающий паропровод; 16 – байпас;
17 – дроссельная шайба; 18 – устройство регулирования расхода пара;
19 – запорное устройство; 20 – отверстие для слива конденсата
120
(8.2)
где ρп – плотность пара, кг/м3; обычно в инженерных расчетах
принимается равной 0,597 кг/м3; Дн – массовый часовой расход
д
пара в период нагрева, кг/ч; принимают на основании тепловых
расчетов камер.
Требуемая площадь живого сечения паропровода, м2,
Fтр =
16
i
Дн
ρп ,
Vп
,
3600 ⋅ wп
(8.3)
где wп – рекомендуемая нормативная скорость пара в паропроводе, м/с. Для паропроводов сухого насыщенного пара рекомендуемую нормативную скорость движения пара в ответвлениях
рекомендуется принимать в пределах 20÷30 м/с, для магистральных паропроводов – 30÷40 м/с. Для паропроводов перегретого
пара рекомендованные нормативные скорости увеличивают
в 1,3÷1,5 раза.
Требуемый диаметр проходного сечения паропроводов, м,
d тр =
Fтр
0,785
121
.
(8.4)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 8. Пароснабжение камер периодического действия
Далее по нормативным табличным данным, каталогам для
подбора диаметров трубопроводов назначается ближайший бульший к расчетному значению диаметр стандартного стального
трубопровода.
Истинная скорость движения пара в паропроводе в период
нагрева, м/с,
Расчет дроссельной шайбы заключается в определении диаметра живого сечения проходного отверстия, которое при расчетном расходе пара должно обеспечить заданное снижение его
давления.
Диаметр отверстия дроссельной шайбы, мм,
wп′ =
Vп
( )
′
3600 ⋅ 0,786 d тр
2
,
(8.5)
′ – внутренний диаметр паропровода, принятого по катагде d тр
логу стандартного трубопровода, м.
Расчет дроссельной шайбы
Дроссельная шайба (диафрагма) предназначена для дросселирования избыточного напора в системах с постоянным гидравлическим режимом работы и широко применяется для различного рода гидравлических балансировок. Устройство и схема установки шайб показаны на рис. 8.7.
А
1
2
3
dш
1
А–А
2
Рис. 8.7. Устройство дроссельной
шайбы (диафрагмы):
1 – диафрагма; 2 – герметизирующая муфта; 3 – трубопроводы
3
dтр
122
Vп2
( p2 − p1 )100 ,
(8.6)
где Vп – часовой расход пара в период нагрева, м3/ч; p1, p2 – давление пара до и после дроссельной шайбы, МПа. Обычно в расчетах принимают давление до дроссельной шайбы p2 = 1 МПа,
а давление после дроссельной шайбы p1 = 0,1 МПа.
Расчет перфорированных парораспределительных труб
Диаметр закольцованных коллекторов принимают по расчету диаметров паропроводов, представленному выше. Количество паровыпускных отверстий в перфорированных трубопроводах определяется по законам истечения пара из отверстий. При
низком давлении насыщенного пара в паропроводах камер, что
часто имеет место при их эксплуатации, число отверстий определяют, используя упрощенную эмпирическую формулу
n=
А
4
dтр
dш
3
dш = 10
Дн
0,67 ⋅10
6
⋅ d о2
( 2 + 48 ⋅ p1 )( p1 − p2 )
,
(8.7)
где dо – диаметр отверстий перфорированного парораспределительного трубопровода, м. Обычно его принимают в пределах 2÷5 мм;
p1, p2 – абсолютное давление пара в перфорированной трубе
и в камере, МПа.
123
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Исходные данные
Требуется подобрать диаметр подающего паропровода, а также кольцевого перфорированного коллектора для камеры типа камеры «Гипростройиндустрия». Схема пароснабжения камеры представлена на рис. 8.1.
Выполнить расчет дроссельной шайбы и количества паровыпускных
отверстий закольцованного коллектора с диаметром dо = 3,0 мм.
– избыточное давление пара в системе (до дроссельной шайбы)
pн.п = 1 МПа ;
– часовой расход пара на камеру Д н = 759 кг/ч .
Решение
По формуле (8.2) определяется требуемая пропускная способность паропровода:
Глава 8. Пароснабжение камер периодического действия
wп′
=
Vп
1273
м
21, 4 .
=
=
2
2
с
′
3600 ⋅ 0,786 d тр
3600 ⋅ 0, 786 145 ⋅ 10−3
)
Истинное значение скорости движения пара в паропроводе wп′ согласно
проведенным расчетам попадает в рекомендуемые пределы скоростей движения пара 20÷30 м/с, следовательно, трубопровод подобран верно.
По формуле (8.6) определяется диаметр отверстия дроссельной шайбы:
Vп2
1273
4
=
dш 10
=
10=
19, 4 мм.
4
( p2 − p1 )100
(1, 0 − 0,1)100
По формуле (8.7) находится количество отверстий закольцованного коллектора:
n
=
Дн
760
м3
=
Vп =
= 1273
.
ρ п 0,597
ч
(
( )
Дн
=
6
2
0,67 ⋅10 ⋅ dо ( 2 + 4,8 ⋅ p1 )( p1 − p2 )
759
= =
117 шт.
2
0, 67 ⋅106 3, 0 ⋅10 −3
( 2 + 48 ⋅ 0, 2 )( 0, 2 − 0,1)
По формуле (8.3) вычисляется требуемая площадь живого сечения паропровода:
(
=
Fтр
Vп
1273
=
= 0, 0176 м 2 .
3600 ⋅ wп 3600 ⋅ 20
По формуле (8.4) определяется требуемый диаметр проходного сечения
паропровода:
d тр =
Fтр
0,785
=
0, 0176
≈ 0,15 м = 150 мм.
0, 785
По прил. IX выбиратся паропровод – труба 152ґ3,5 ГОСТ 10704–91.
Диаметр проходного сечения подобранного трубопровода
′ = dн − 2 ⋅ δст = 152 − 2 ⋅ 3,5 = 145 мм.
d тр
По формуле (8.5) определяется истинная скорость движения пара в паропроводе в период нагрева:
124
)
Общая площадь живого сечения паровыпускных отверстий:
=
f о 0, 785 ⋅ d о2 =
⋅ n 0, 785 ⋅ 3, 02 ⋅117
= 827 мм 2 .
Площадь сечения коллектора:
2
Fтр′ = 0,785 ⋅ d тр
= 0,785 ⋅ 1452 ≈ 16505 мм 2 .
Проверяем выполнение условия (8.1):
f о ⋅ n ≤ 0,5 ⋅ Fтр′ ;
827 ≤ 0, 5 ⋅ 16505;
827 ≤ 8552,5.
Условие (8.1) успешно выполняется.
125
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 9. Определение расхода воздуха в период охлаждения камеры
Глава 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА
В ПЕРИОД ОХЛАЖДЕНИЯ КАМЕРЫ
где L – линейный размер изделия в направлении движения воздуха, м2; Gи – масса изделия с формой, определяемая по формуле
(9.10); си – средняя удельная теплоемкость бетонного изделия,
определяемая по формуле (9.11); s – поверхность охлаждения
Для интенсификации процесса охлаждения изделий в период охлаждения в камере предусматривается система принудительной вентиляции. В зависимости от характера размещения камер
один вентилятор, работающий на систему, может обслуживать
блок из восьми и более камер. Магистральный канал производственной системы вентиляции камер обычно прокладывается
ниже отметки грунта (при размещении камер в цеховых помещениях под полом).
Для определения количества воздуха, требующегося для
охлаждения изделий, часто используют графический метод
и специальную номограмму, представленную на рис. 9.1.
Чтобы воспользоваться номограммой, требуется определить
целый ряд вспомогательных расчетных коэффициентов X, Y, Z,
U, W, относительно которых определяется искомая величина –
массовый часовой расход воздуха в период охлаждения τо.
Вспомогательный расчетный коэффициент X вычисляется
по формуле
 t −t
X = к
 tн − t
2
 tн2
 2
 tк
2
+ tн ⋅ t + t + 475 ⋅ b
,
+ tк ⋅ t + t 2 + 475 ⋅ b
(9.1)
где tн – средняя по объему температура изделий до охлаждения
(начальная температура), °С; tк – средняя по объему температура
изделий после охлаждения (конечная температура), °С; t – температура охлаждающего воздуха на входе в камеру, °С; b – расчетный коэффициент, определяемый по формуле (9.6).
Вспомогательный расчетный коэффициент Y находится по
формуле
L ⋅ Gи ⋅ cи
Y=
,
(9.2)
s ⋅ τо ⋅ 4,19
126
изделий, м2; τо – время охлаждения изделий, ч.
Вспомогательный расчетный коэффициент Z вычисляется
по формуле
1,2 ⋅104
,
Z=
s′ 475 ⋅ n
3⋅ t2 ⋅ +
s
R +1
(9.3)
где s’ – поверхность испарения, м2; n – расчетный коэффициент,
вычисляемый по формуле (9.9); R – расчетный коэффициент, определяемый по формуле (9.7).
Вспомогательный расчетный коэффициент U определяется
по формуле
U=
0,0235 ⋅ Vи ⋅ n
,
s⋅ L⋅Ф
(9.4)
где Vи – объем бетонного изделия, м3; Ф – фактор формы изделия,
который для плит равен 3, для цилиндра и призмы – 3,5.
Вспомогательный расчетный коэффициент W находится по
формуле
L
W= ,
(9.5)
F
где F – живое сечение камеры для прохода охлаждающего воздуха, м2.
Расчетный коэффициент b вычисляется по формуле
b=
s⋅n
.
s′ ( R + 1)
127
(9.6)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
8,0
6,0
4,0
Z
0,9 0,8 0,7
0,6
0,5
0,4
Глава 9. Определение расхода воздуха в период охлаждения камеры
X
a= 1+
200
180
160
10
120
14
16
100
s′ 

=
n 0,555 1 + 0,8  .
s

80
20
60
40
Y
20
20 000
17 500
15 000
12 500
10 000
7500
2500
10⋅10-5
5000
1,0
1⋅10-5
W
0,4
(9.7)
где a – расчетный коэффициент, вычисляемый по формуле (9.8);
т – число изделий в камере, шт.
Расчетный коэффициент a определяется по формуле
128
(9.10)
где gб – масса сухой бетонной смеси, кг; gв – масса воды в бетоне
после тепловлажностной обработки, кг; gф – масса форм (вагонеток), кг.
Средняя теплоемкость изделия, кДж/(кг ⋅ °С),
си =
0,6
Расчетный коэффициент определяется по формуле
a⋅s⋅m⋅n
,
L
Gи = g б + g в + g ф ,
0,8
Рис. 9.1. Номограмма для определения количества воздуха, необходимого
для охлаждения железобетонных изделий в камерах периодического действия
R= 4 ⋅10−2
(9.9)
Масса изделия с формой G определяется по формуле
Gв
U
(9.8)
где Fк – площадь стен камеры, м2.
Расчетный коэффициент n вычисляется по формуле
140
12
Fк
,
m⋅s
gб ⋅ сб + gв ⋅ св + gф ⋅ сф
Gи
,
(9.11)
где cб, cв, cв – теплоемкость отдельно взятых компонентов, входящих в состав затворенного изделия: сухой массы бетона, воды
и металла форм и арматуры соответственно, кДж/(кг⋅°С).
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Определить количество воздуха, необходимого для охлаждения многопустотных плит, находящихся в ямной камере после тепловлажностной обработки, если известны следующие данные:
– время охлаждения изделий τ о = 1 ч;
– живое сечение камеры для прохождения воздуха F = 3 м2;
– масса бетона на одно изделие gб = 1300 кг;
129
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 9. Определение расхода воздуха в период охлаждения камеры
2
– масса одной формы gф = 1350 кг;
 tк − t  tн2 + tн ⋅ t + t 2 + 475 ⋅ b
X =
=
– масса воды затворения на одно изделие после тепловлажностной об 2
2
 tн − t  tк + tк ⋅ t + t + 475 ⋅ b
работки gв = 90 кг;
2
2
2
– геометрический объем изделия Vи = 1,05 м3;
 50 − 20   85 + 20 ⋅ 85 + 20 + 475 ⋅1,13 
=
=

 0,467.
– поверхности изделия и формы, соприкасающиеся с охлаждающим


 85 − 20   502 + 20 ⋅ 50 + 202 + 475 ⋅1,13 
2
воздухом, s = 26,5 м ;
– поверхность испарения одного изделия s’ = 17 м2;
По формуле (9.10) определяется масса изделия с формой:
– длина изделий в направлении движения воздуха L = 6 м;
– количество изделий в камере m = 9;
Gи = g б + gв + gф = 1300 + 1350 + 90 = 2740 кг.
– температура охлаждающего воздуха t = 20 °С;
– температура изделия до начала охлаждения tн = 85 °С;
По формуле (9.11) находится средняя теплоемкость бетонного изделия с
– температура изделия после охлаждения tк = 50 °С;
формой:
– поверхность стен камеры Fк = 35 м2.
gб ⋅ сб + gв ⋅ св + gф ⋅ сф
=
си =
Решение
Gи
По формуле (9.9) определяется расчетный коэффициент n:
1300 ⋅ 0,84 + 90 ⋅ 4,19 + 1350 ⋅ 0, 46
кДж
= = 0,763
.
2740
кг ⋅ °С
′
s 
17, 6 


n = 0,555 1 + 0,8  = 0,555 1 + 0,8
= 0,84.
s
26,5 
По формуле (9.2) определяется вспомогательный расчетный коэффици

ент Y:
L ⋅ Gи ⋅ cи
6 ⋅ 2740 ⋅ 0,763
По формуле (9.8) вычисляется расчетный коэффициент а:
=
Y =
= 113.
s ⋅ τо ⋅ 4,19
26,5 ⋅1 ⋅ 4,19
a=
1+
Fк
35
=
1+
=
1,146.
m⋅s
9 ⋅ 26,5
По формуле (9.3) находится вспомогательный расчетный коэффициент Z:
По формуле (9.7) находится расчетный коэффициент R:
a⋅s⋅m⋅n
1,146 ⋅ 26,5 ⋅ 9 ⋅ 0,84
R=
4 ⋅ 10 −3
=
4 ⋅10 −3
=
0,153.
L
6
По формуле (9.6) определяется расчетный коэффициент b:
=
b
s⋅n
26,5 ⋅ 0,84
=
= 1,13.
s ′ ( R + 1) 17 ( 0,153 + 1)
По формуле (9.1) вычисляется вспомогательный расчетный коэффициент X:
130
=
Z
1,2 ⋅104
1,2 ⋅104
=
= 11,2.
s ′ 475 ⋅ n
17 475 ⋅ 0,84
+
3⋅t2 ⋅ +
3 ⋅ 202 ⋅
s
R +1
26,5 0,323 + 1
По формуле (9.4) определяется вспомогательный расчетный коэффициент U:
=
U
0,0235 ⋅ Vи ⋅ n 0,0235 ⋅1,05 ⋅ 0,84
=
= 4,15 ⋅10−5.
s⋅ L⋅Ф
26,5 ⋅ 6 ⋅ 3
По формуле (9.5) вычисляется вспомогательный расчетный коэффициент W:
W=
L 3
= = 0,5.
F 6
131
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Отметив на горизонтальной оси Х точку со значением 0,47, восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с прямой Y = 113. Далее через точку
пересечения проводим прямую, параллельную горизонтальной оси, до пересечения с прямой Z = 11,2, откуда проводим прямую, параллельную оси, до
пересечения с линией U = 4,15 ⋅10–5. Через точку пересечения проводим горизонталь до пересечения с линией W = 0,5.
Наконец, из полученной точки пересечения опускаем перпендикуляр на
ось G в, где определяем искомую величину массового расхода воздуха:
Gв = 6200 кг/ч.
Глава 10. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ КАМЕР
Целями аэродинамического расчета системы вентиляции
камеры являются:
– определение размеров поперечного сечения воздуховодов;
– определение потерь давления в системе при движении
через нее воздуха в период охлаждения изделий;
– подбор типоразмера тягодутьевого оборудования (вытяжного вентилятора).
Аэродинамический расчет заключается определении:
1) часового объемного расхода воздуха, пропускаемого через камеру в период охлаждения изделий при средней его температуре за период;
2) площади и размеров поперечных сечений воздуховодов;
3) потерь давления в системе;
4) типоразмера тягодутьевого оборудования и минимальной
установочной мощности электродвигателя.
10.1. Определение часового объемного расхода воздуха,
пропускаемого через камеру в период охлаждения изделий,
при средней его температуре за период
Объемный часовой расход воздуха, м3/ч,
V=
Gв ⋅ ρв0
в
273 + tвср
,
273
(10.1)
где Gв – массовый расход воздуха, пропускаемого через камеру
у
в период охлаждения, кг/ч; определяется по алгоритму, рассмотренному в гл. 9 настоящего пособия; ρ0в – плотность воздуха при
132
133
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
нормальных физических условиях (Pа = 101325 Па, tв = 0 С), кг/м3;
принимается ρ0в =
1,293 кг/м3 ; tвср – средняя температура воздухаа
в камере за период охлаждения, °С.
Средняя температура воздуха за период охлаждения tвср может быть рассчитана как средняя арифметическая сумма максимальной температуры изотермической выдержки изделия tи
и начальной температуры воздуха, подаваемого на охлаждение
в камеру tв′ , по формуле
′ проводится на основании задавае(10.3). Расчет площади Fж.с
tвср =
tи + tв′
.
2
(10.2)
10.2. Определение площади и размеров поперечных
сечений воздуховодов
Для реализации проектных решений по устройству системы вентиляции блока камер требуется подобрать оптимальные
сечения и размеры воздуховодов.
Воздуховоды системы вентиляции должны иметь размеры
сечений, соответствующие стандартным геометрическим характеристикам изготавливаемых промышленностью воздуховодов
как круглого, так прямоугольного или квадратного профиля. Если
проектировщик в проекте собирается использовать воздуховоды
круглого сечения, стандартные их размеры могут быть следующие: 100, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450,
500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250 мм.
При использовании прямоугольного или квадратного сечения воздуховодов размеры их сечений можно принимать различными: от 100×100 мм до 1200×2000 мм.
Однако при проектировании воздуховодов прямоугольного
сечения отношение их сторон а/b обычно принимают в пределах
1,3÷1,5.
Принимаемые в проекте сечения воздуховодов определяют
′ по формуле
по предварительной площади живого сечения Fж.с
134
мой скорости движения воздуха wв′ , которая должна находится
в рекомендуемых пределах 10÷12 м/с.
Предварительная площадь живого сечения воздуховода, м/с,
′ =
Fж.с
Vв
,
3600 ⋅ wв′
(10.3)
где Vв – объемный часовой расход воздуха, м3/ч; wв′ – рекомендуемая скорость движения воздуха в поперечном сечении воздуховода, м/с.
Затем по найденному значению площади живого сечения
′ определяют предварительные геометрические размеры поFж.с
перечного сечения воздуховода.
Предварительный диаметр воздуховода круглого сечения
′ =
dвн
′
Fж.с
.
0,785
(10.4)
Предварительные размеры сторон воздуховода квадратного
сечения
′ = Fж.с
′ .
aвн
(10.5)
′ или aвн
′ , округляВычислив предварительны значения dвн
ют их до ближайшего значения dвн или aвн , соответствующегоо
стандартному воздуховоду, который и используем в проекте системы.
Далее требуется определить фактическое значение скорости движения воздуха в воздуховоде wв подобранного стандарт135
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
ного сечения. Его используют в дальнейших расчетах по определению потерь давления в системе.
Фактическая площадь поперечного сечения воздуховода, м2:
круглого сечения
2
(10.6)
=
Fж.с 0,785 ⋅ d вн
;
публикуемым в каталогах, выпускаемых их производителями, по
расчетному часовому расходу дутьевой машины, м3/ч:
квадратного сечения
2
Fж.с = авн
;
(10.7)
Fж.с = а × b.
(10.8)
прямоугольного сечения
Фактическое значение скорости движения воздуха в воздуховоде подобранного сечения, м/с,
wв =
Vв
.
3600 ⋅ Fж.с
(10.9)
Для окончательного завершения проектирования системы
вытяжной вентиляции блока камер требуется установить вытяжной вентилятор и подключить к нему всасывающую и напорную
линии системы. Для этой цели необходимо выбрать место установки вентилятора. Обычно вентилятор размещают в стороне от
производственных площадок с таким расчетом, чтобы он не мешал работе подъемного оборудования и этим не снижал производительность труда.
Выбрав место размещения вентилятора, требуется предварительно сориентироваться с его типом. Это необходимо для определения геометрических размеров переходных патрубков, устанавливаемых на всасывающей и нагнетающей линиях для подсоединения вентилятора к системе.
Выбор типоразмера осуществляется по общим аэродинамическим характеристикам тягодутьевых машин (вентиляторов),
136
V=
1,1 ⋅ Vв ,
р
(10.10)
где 1,1 – коэффициент запаса, учитывающий неточности расчетов, отступления от проекта при монтаже, негерметичность системы и т. п.
После подбора по общим характеристикам типоразмера дутьевой машины выбирается и используется в проектной документации ее эскиз, отражающий габаритные и иные важные геометрические характеристики элементов конструкции.
10.3. Определение потерь давления в системе
Следующим шагом аэродинамического расчета является определение потерь давления в системе ∆pсист , Па. Значение ∆pсист
складывается из потерь давления на трение и местные сопротивления в системе до вытяжного вентилятора и в системе после
вытяжного вентилятора и определяется по формуле (10.11).
На рис. 10.1 представлена аксонометрическая схема запроектированной вытяжной системы вентиляции блока камер типа
камер института «Гипростройиндустрия», ниже построен пьезометрический график системы, отражающий виды и характер потерь давления в системе.
∆pсист = ∆pв.л + ∆pн.л ,
(10.11)
где ∆pв.л – потери давления во всасывающей линии (в сети до
вытяжного вентилятора), Па; ∆pн.л – потери давления в нагнетательной линии (в сети после вытяжного вентилятора), Па.
137
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
Рис. 10.1. Аэродинамическая схема системы вентиляции камеры (вверху), пьезометрический график (внизу)
Потери давления во всасывающей линии, Па,
вх
вых
∆pв.л = ∆pвх + ∆pгид
+ ∆pкам + ∆pгид
+ ∆p1пов + ∆pl1 + ∆p1.и.с
пов +
2
3
2
+∆pl2 + ∆p1отв + ∆pl3 + ∆pотв
+ ∆pl4 + ∆pотв
+ ∆pl5 + ∆pпов
+
2.и.с
3
+∆pl6 + ∆pпов
+ ∆pl7 + ∆pпов
+ ∆pl8 + ∆pкон ,
(10.12)
где ∆pвх – потери давления на входе в гидрозатвор камеры, Па;
вх
∆pгид
– потери давления во входном гидрозатворе камеры, Па;
вых
∆pкам – потери давления в камере, Па; ∆pгид
– потери давления
в выходном гидрозатворе камеры, Па; ∆pl1 , ∆pl2 , ∆pl3 , ∆pl4 , ∆pl5 , ∆pl6 , ∆pl7
∆pl1 , ∆pl2 , ∆pl3 , ∆pl4 , ∆pl5 , ∆pl6 , ∆pl7 , ∆pl8 – потери давления на трение о стенки воздухово-
138
дов на участках линии с протяженностью l1, l2, l3, l4, l5, l6, l7, l8
2
3
соответственно, Па; ∆p1пов , ∆pпов
– потери давления в пер, ∆pпов
вом, втором и третьем поворотах системы соответственно, Па;
2.и.с
м
∆p1.и.с
пов , ∆pпов – потери давления с изменением сечения в первом
2
3
и втором поворотах системы соответственно, Па; ∆p1отв , ∆pотв
, ∆pотв
2
3
– потери давления в первом, втором и третьем ответвлени∆p1отв , ∆pотв
, ∆pотв
ях (тройниках) системы соответственно, Па; ∆pкон – потери давления в конфузорном переходе с одного проходного сечения на
другое, Па. С помощью конфузорного перехода всасывающая
линия системы подключается к всасывающему патрубку вытяжного вентилятора.
Потери давления в нагнетательной линии системы, Па:
∆pн.л = ∆pдиф + ∆pl9 + ∆pпов + ∆pl10 + ∆pкол ,
139
(10.13)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
где ∆pдиф – потери давления в диффузорном переходе с одного
о
проходного сечения на другое, Па. С помощью диффузорного
перехода напорная линия системы подключается к нагнетательному патрубку вытяжного вентилятора; ∆pl9 , ∆pl10 – потери дав-
всех участков системы. Для круглых воздуховодов d э = dвн , для
воздуховодов с прямоугольным проходным сечением эквивалентный диаметр определяется по формуле (10.15).
Эквивалентный диаметр канала для воздуховодов с прямоугольным проходным сечением, м,
ления на участке длиной l9 и l10 соответственно, Па; ∆pпов – потери давления в повороте, Па; ∆pкол – потери давления на выход
д
воздуха из-под колпака, Па.
Потери давления на трение о стенки воздуховодов
Потери давления на трение о стенки воздуховодов любых
протяженных прямолинейных участков, Па, рассчитываются по
формуле
2
l ρср
в ⋅w
,
∆pl =
λ
2
dэ
(10.14)
dэ =
2⋅ a ⋅b
,
a+b
(10.15)
где a и b – стороны прямоугольного канала системы, м, принимаются по методике предварительного подбора.
Фактическая скорость движения воздуха в канале w, м/с,
определяется по формуле (10.9). Протяженность прямолинейного участка l с постоянным сечением Fж.с определяется по чертежам проекта.
Потери давления на местные сопротивления
где λ – коэффициент потерь давления на трение, Па/м; l – длина
участка (воздуховода), м; dэ – эквивалентный диаметр проходного поперечного сечения воздуховода, м; w – скорость движения воздуха при его средней температуре за время охлаждения, м/с.
Коэффициент потерь давления на трение зависит от материала стенок воздуховода, характера (качества) исполнения поверхности (наличия шероховатости) и принимается по таблицам
справочной литературы. Обычно для воздуховодов, изготовленных из листовой оцинкованной стали, значение коэффициента
потерь давления на трение λ рекомендуется принимать в пределах 0,015÷0,02, для воздуховодов, стенки которых выложены из
кирпича или отделаны бетонными плитами, значение коэффициента потерь давления на трение λ рекомендуется принимать
в пределах 0,03÷0,04.
Эквивалентный диаметр проходного сечения воздуховодов
определяется после нахождения размеров проходных сечений
В общем случае потери давления на местные сопротивления, Па, определяются по формуле
140
141
∆pм.с
2
ρср
в ⋅w
,
=
ξм.с
2
(10.16)
где ξм.с – коэффициент местного сопротивления.
К местным сопротивлениям относятся повороты, места резкого изменения сечений, места слияния потоков, места разделения потоков, различная арматура и др.
Основная сложность нахождения ∆pм.с заключается в определении ξм.с . Коэффициент местного сопротивления часто находится по эмпирическим зависимостям (номограммам), характеризующим изменение ξм.с в зависимости от конструктивных
особенностей элемента системы.
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
Значения скоростей воздуха w при определении потерь давления на местные сопротивления по формуле (10.9) рассчитываются для поперечных сечений, где находится местное сопротивление, или мест, указанных в номограммах или таблицах для определения коэффициентов xм.с.
Коэффициент местного сопротивления мест поворотов сис-
кам определения коэффициентов местного сопротивления конфузоров и диффузоров.
Коэффициенты местного сопротивления устанавливаемых
на вершине трубы зонтичных колпаков, а также иных элементов
системы определяются по прил. X.
ξм.с =
0,5;
ξм.с =
1,0;
ξм.с =
2,0.
для поворотов на 45°
для поворотов на 90°
для поворотов на 180°
Коэффициенты местного сопротивления мест с внезапным
(резким) изменением сечения ξм.с определяются по номограмме 1
прил. XI. Этой же номограммой с учетом коэффициентов полиоты удара, принимаемых в зависимости от конструкции (формы)
конфузора по номограмме 2 прил. XI, можно воспользоваться для
определения ξм.с переходных конфузоров.
Коэффициенты местного сопротивления мест слияния потоков в раздающих и собирающих тройниках системы зависят
от углов расхождения или слияния потоков a.
Для раздающих несимметричных тройников типа Fп = Fс
при углах расхождения потоков a от 15ё90° коэффициенты местного сопротивления определяются по номограмме 5 прил. XI.
Для собирающих несимметричных тройников типа Fп = Fс
при углах слияния потоков a = 45° и a = 90° коэффициенты местного сопротивления определяются по номограмме 6 прил. XI.
Коэффициенты местного сопротивления диффузоров, использующихся для подсоединения напорных патрубков вытяжных вентиляторов к напорным линиям системы, определяются
по номограммам 3, 4 прил. XI.
Коэффициенты местного сопротивления переходов с круглого сечения на прямоугольное и наоборот находятся по методи142
Потери давления в гидрозатворе
Потери давления в гидрозатворах зависят от их конструкивных особенностей. Потери давления в гидрозатворе, как и в любой системе, в общем случае складываются из суммы потерь давления на трение по длине и потерь давления на преодоление местных сопротивлений.
Потери давления на местные сопротивления определяются
по формуле (10.16), потери давления на трение по длине – по
формуле (10.14).
На рис. 10.2 представлена схема гидрозатворов
f1
f5
f2
камеры, где они рассматриваются как отдельная
система элементов.
f3
Если рассматривать
f4
гидрозатвор камеры как
систему элементов, тогда
потери давления можно
рассчитать по формуле
Рис. 10.2. Схема гидрозатвора
L
темы ξм.с зависит от угла поворота и принимается:
90°
°
90°
∆pгид = ∆pпов
+ ∆pl1 + ∆p180
пов + ∆pl2 + ∆pпов =
=
ξ90°
пов
+ξ180°
пов
(
ρв wср
f1 , f 2
)
2
2
(
ρв wср
f 2 , f3 , f 4
2
2
l1 ρв ⋅ w f2
+λ
+
2
dэ
)
2
(
2
ρ wср
f 4 , f5
l2 ρ в ⋅ w f 4
90° в
+λ
+ ξпов
2
2
dэ
143
)
2
, (10.17)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
где ρв – плотность воздуха, кг/м3. Для гидрозатвора, установленного на входе в камеру, плотность воздуха рассчитывается при
начальной температуре tв′ по формуле (10.18), для гидрозатвора,
установленного на выходе из камеры, плотность воздуха рассчитывается при средней температуре tвср ; λ – коэффициент потерь
давления на трение, Па/м; l1, l2 – длины прямолинейных участков, м; d э – эквивалентный диаметр поперечного сечения каналов, м; w f2 , w f4 – скорости движения воздуха в каналах, м/с;
ср
ср
wср
f1, f2 , w f2 , f3 , f4 , w f4 , f5 – средние скорости движения воздуха на участках, ограниченных плоскостями соответствующих сечений, м/с;
определяются по формулам (10.20), (10.21); ξ90°
пов – коэффициент
180°
местного сопротивления поворота на 90°; ξпов – коэффициент
местного сопротивления поворота на 180°.
Плотность воздуха, кг/м3,
ρ0 ⋅ 273
ρtв = в
,
273 + t
(10.18)
где t – температура воздуха, °С, для которой определяется плотность.
ср
Значения средних скоростей движения воздуха w f1, f2 ,
ср
wср
f 2 , f3 , f 4 , w f 4 , f5 могут быть найдены по формуле (10.9), если вме-
сто площади поперечного сечения Fж.с подставить среднюю площадь расчетных сечений f ср .
Средняя площадь расчетных сечений, м2,
для двух сечений f1 и f2
=
fср
2 ⋅ f1 ⋅ f 2
2
;
=
1 1
+
f
f
1
2
+
f1 f 2
144
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
для трех сечений f1, f2 и f3
f ср =
3
.
1 1 1
+ +
f1 f 2 f3
(10.20)
Потери давления в камере
Потери давления в камере ∆ркам зависят от суммарной площади каналов внутренних пустот:
∆pкам = ∆pшт + ∆pвх ,
(10.21)
где ∆pшт – потери давления воздуха в штабеле изделий, Па;
∆pвх – потери давления воздуха на входе в гидрозатвор, Па; определяются так же, как местное сопротивление, по формуле (10.16).
Потери давления воздуха в штабеле изделий, Па,
(
ср
∆pшт =
ашт wкан
)
2
l,
(10.22)
где ашт – коэффициент удельного аэродинамического сопротивср
ления штабеля изделий; wкан
– средняя скорость воздуха в живом сечении каналов штабеля изделий, м/с; l – длина штабеля
в направлении движения воздуха, м.
Коэффициент удельного аэродинамического сопротивления
штабеля изделий
2
m

ni ⋅ Si  ρср
=
aшт =
Sп.с ∑
 в0
ai  ρв
i =1

(10.19)

=  Sп.с

2
 n ⋅S n ⋅S
n ⋅ S   ρср
 1 1 + 2 2 + ... + m m   в0 ,
 a
a2
am   ρв
1

145
(10.23)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
где Sп.с – суммарная площадь поперечного сечения проходных
10.4. Определение типоразмера тягодутьевого оборудования
и минимальной установочной мощности электродвигателя
каналов штабеля, м2; ni – количество каналов i-й группы, шт.;
Si – площадь живого сечения i-го канала, м2; ai – коэффициент
удельного аэродинамического сопротивления i-го канала.
Коэффициент удельного аэродинамического сопротивления
i-го канала
ai =
0,025
(
1
d эi
⋅1000
)
1,5
,
(10.24)
где d эi – эквивалентный диаметр i-го канала, м; определяется по
формуле (10.15).
При вычислении эквивалентного диаметра
K3
значения a и b простых
прямоугольных каналов
K1
камеры принимаются по
эскизам и чертежам устаK4
K1
K4
новки. Примерная схема
K1
разбиения свободного
пространства поперечноK2
го сечения камеры на
группы простых по геометрическим характерисРис. 10.3. Схема разбиения свободного
пространства поперечного сечения камеры тикам каналов показана
на группы простых по геометрическим
на рис. 10.3.
характеристикам каналов
Средняя скорость
воздуха в поперечном сечении каналов штабеля определяется по
формуле (10.9) в зависимости от суммарной площади живого сечения проходных каналов штабеля Sп.с .
146
Определив по формуле (10.11) потери давления в системах,
вычисляем требуемый полный (расчетный) напор, Па:
H=
1,2 ⋅ ∆Рсист ,
p
(10.25)
где 1,2 – коэффициент запаса напора.
Расчетная производительность вентилятора Vр, м3/ч, была
определена ранее по формуле (10.10).
Обычно в каталожных справочных таблицах и аэродинамических характеристиках, предназначенных для подбора вентиляторов, приводятся данные тягодутьевых машин для перемещения воздуха при стандартных условиях (при температуре 20 °С,
относительной влажности 50 %, барометрическом давлении
101 325 Па, плотности ρв = 1,2 кг/м3). Поэтому для подбора по
каталогу требуется найти приведенный расчетный напор H рпр , Па.
Иными словами, расчетный напор вентилятора Hр следует привести к стандартным условиям по формуле
H рпр = H р
273 + tвср
,
273 + tкат
(10.26)
где tкат – каталожная температура среды, °С.
Определив расчетную производительность Vр и приведенный расчетный напор H рпр , используя каталожные индивидуальные аэродинамические характеристики вентиляторов, можно
подобрать типоразмер, у которого вычисленным значениям производительности и напора будет соответствовать наивысшее значение коэффициента полезного действия (КПД).
147
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
Также по индивидуальной аэродинамической характеристике для выбранного типоразмера вентилятора находят частоту вращения рабочего колеса вентилятора n, об/мин; КПД вентилятора
ηв и диаметр рабочего колеса D.
Минимальная установочная мощность на валу электродвигателя вентилятора, кВт,
– при соединении вала электродвигателя с валом рабочего
0,98 ;
колеса вентилятора с помощью эластичной муфты ηпер =
0,95 ;
– при организации клиноременной передачи ηпер =
0,9 .
– при организации плоскоременной передачи ηпер =
ПРИМЕР РАСЧЕТА
N уст =
K з ⋅ Vр ⋅ H p
3600 ⋅10200 ⋅ ηв ⋅ ηэл ⋅ ηпер
,
(10.27)
где K з – коэффициент запаса мощности электродвигателя; ηв –
КПД вентилятора; ηэл – КПД электродвигателя; ηпер – КПД передачи от электродвигателя к рабочему колесу вентилятора.
Коэффициент запаса мощности электродвигателя Kз принимается в зависимости от установочной мощности электродвигателя:
1,5;
N уст ≤ 0,5 кВт .................... K з =
0,5 ÷ 1,0 кВт ............. K з =
1,3;
N уст =
1,01 ÷ 2,0 кВт ........... K з =
1,2;
N уст =
2,01 ÷ 5,0 кВт ........... K з =
1,15;
N уст =
1,1.
N уст > 5,0 кВт ..................... K з =
КПД вентилятора ηв принимается по индивидуальным каталожным характеристикам.
КПД электродвигателя ηэл принимается в пределах
0,95÷0,98.
КПД передачи от электродвигателя к рабочему колесу вентилятора ηпер принимается в зависимости от ее вида:
– при непосредственной насадке рабочего колеса вентиля1,0 ;
тора на вал электродвигателя ηпер =
148
Запроектировать систему вентиляции для блока из четырех напольных
камер типа камер Гипростройиндустрии, в состав которого входят три рабочие камеры и одна резервная. В одной камере размещается 7 изделий. В проекте предусматривается в периоде охлаждения камеры омывание поверхности изделий охлаждаемым воздухом вдоль их более протяженной стороны. Эскиз камеры в рассматриваемом примере принимается аналогичным примеру
№ 1 настоящего пособия. Массовый часовой расход воздуха в период охлаждения Gв = 6000 кг/ч. Согласно графику теплоснабжения блока периоды охлаждения в камерах наступают последовательно.
Решение
1. Определение часового объемного расхода воздуха, пропускаемого
через камеру в период охлаждения изделий при средней его
температуре за период
По формуле (10.2) определяется средняя температура воздуха за период
охлаждения камеры:
t + tв′ 85 + 15
tвср
= и =
= 50 °С.
2
2
По формуле (10.1) вычисляется часовой расход воздуха:
Vв =
Gв ⋅ ρв0
273 + tвср
273 + 50
м3
=
6000 ⋅1, 293 ⋅
=
9179
.
273
273
ч
2. Определение площади и размеров поперечных сечений воздуховодов
Проектирование всасывающей линии
По формуле (10.3) определяется предварительная площадь поперечного
сечения проектируемого воздуховода:
149
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
′
=
Fж.с
Vв
9179
=
= 0, 25 м 2 .
3600 ⋅ wв′ 3600 ⋅10
По формуле (10.5) находятся предварительные размеры сечения воздуховода квадратного сечения:
′
=
aвн
′
=
Fж.с
=
0,25 0,5 м.
Для установки гидрозатвора, имеющего меньшую проектную высоту,
принимаем к установке вытяжной воздуховод камеры прямоугольного сечения a×b. Сторона a принимается равной ширине гидрозатвора, которую из
конструктивных соображений принимаем равной 0,8 м.
Выражая неизвестное значение другой стороны сечения из формулы
(10.8), определяют длину стороны b:
=
b
′
Fж.с
0, 25
=
≈ 0,3 м.
0,8
a
Принимается к установке вытяжной воздуховод камеры с сечением
a× b = 800ґ300 мм.
По формуле (10.8) определяется фактическая площадь поперечного сечения прямоугольного воздуховода:
По формуле (10.9) вычисляется фактическое значение скорости движения воздуха в поперечном сечении воздуховода:
Vв
9179
м
=
= 10,6 .
3600 ⋅ Fж.с 3600 ⋅ 0,24
с
Воздуховод производственной системы вентиляции камер принимаем
квадратного сечения a×a = 500×500 мм.
По формуле (10.9) определяется фактическое значение скорости движения воздуха в поперечном сечении квадратного воздуховода:
=
wв
Чтобы сориентироваться с типоразмером устанавливаемого в системе
вентилятора, по формуле (10.10) находится расчетная производительность:
Vр = 1,1 ⋅ Vв = 1,1 ⋅ 9179 = 10 097
Vв
9179
м
=
= 10,0 .
3600 ⋅ Fж.с 3600 ⋅ 0,25
с
150
м3
.
ч
По каталогу подбирается радиальный вентилятор ВР 80 75 № 2,5 с диаметром всасывающего патрубка вентилятора D1 = 292 мм и напорным патрубком a1×a2 = 175×175 мм.
Для успешного подсоединения всасывающей линии системы к всасывающему патрубку вентилятора ВР 80 75 № 2,5 проектируется участок, соединяющий подземный воздуховод квадратного сечения a×a = 500×500 мм с всасывающим патрубком вентилятора диаметром D1 = 292 мм.
Принимается скорость движения среды на участке в пределах рекомендованной для магистральных участков воздуховодов wв = 18 м/с.
По формуле (10.9) определяется предварительная площадь поперечного
сечения участка, соединяющего всасывающую линию вытяжной системы
с всасывающим патрубком радиального вентилятора:
Vв
9179
=
= 0,142 м 2 .
3600 ⋅ wв′ 3600 ⋅18
По формуле (10.4) находится предварительный диаметр воздуховода
круглого сечения:
′
=
Fж.с
′
=
d вн
Fж.с = а × b = 0,8 ⋅ 0,3 = 0,24 м 2 .
=
wв
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
′
Fж.с
=
0,785
0,142
= 0,=
425 м 425 мм.
0, 785
Принимается ближайший больший диаметр стандартного воздуховода
по отношению к предварительному – d вн = 450 мм.
По формуле (10.6) определяется фактическая площадь поперечного сечения круглого воздуховода:
2
Fж.с = 0,785 ⋅ dвн
= 0,785 ⋅ 0,4502 = 0,159 м 2 .
По формуле (10.9) вычисляется фактическая скорость движения воздуха
в поперечном сечении круглого воздуховода:
=
wв
Vв
9179
м
=
= 16,0 .
3600 ⋅ Fж.с 3600 ⋅ 0,159
с
151
Для успешного подсоединения всасывающей линии системы к вытяжному вентилятору ВР 80 75 № 2,5 требуется установка переходного с круглого
сечения воздуховода на круглое сечение конфузорного патрубка с dвн = 450
мм на D1 = 292 мм. Принимается длина патрубка l из проектных решений
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
Гидрозатворы
с проходным сечением Блок из 4 камер
800×300 мм
института
«Гипростройиндустрия»
Участок l9 = 3,0 м; Участок l10 = 10,0 м;
dвн = 450 мм;
dвн = 450 мм;
wв = 16 м/с.
wв = 16 м/с
Участок l8 = 3,0 м;
lдиф
dвн = 450 мм;
l9
wв = 16 м/с
l8
Проектирование напорной линии
l5
В напорной линии после вентилятора допускается увеличивать скорость
движения воздуха до 20 м/с. Учитывая это условие и подбор размеров воздуховодов всасывающей линии, можно принять диаметры воздуховодов напорной линии и вытяжной трубы равными 450 мм, с рассчитанной ранее скоростью движения воздуха 16 м/с.
Вытяжная труба принимается высотой 10 м и внутренним диаметром
450 мм.
Для успешного подсоединения напорной линии вытяжной системы
к напорному патрубку вентилятора ВР 80 75 № 2,5 требуется установка переходного с квадратного сечения (a1×a2 = 175×175 мм) на круглое ( dвн = 450 мм )
диффузорного патрубка.
Все проектные решения обязательно отражаются как на чертежах графической части проекта, так и на расчетной аксонометрической схеме, представленной на рис. 10.4.
3. Определение потерь давления в системе
Определившись с сечениями и конструктивными особенностями вентиляционной сети, следующим шагом выполняют определение потерь давления
в системе.
Потери давления в гидрозатворе, установленном на входе воздуха
из камеры
Гидрозатвор на входе в камеру устанавливается первым по ходу движения воздуха, поэтому подаваемый в него воздух имеет температуру t′в .
По формуле (10.1) определяется часовой расход воздуха через входной
гидрозатвор:
Vв =
Gв ⋅ ρв0
273 + tв′
273 + 16
м3
=
6000 ⋅1, 293 ⋅
=
8212
.
273
273
ч
152
l4
l1
l3
l7
2 ⋅ dвн =⋅
2 450 =
900 мм.
l10
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
l6
Участок l6 = 10 м;
а×b = 500×500 мм;
wв = 13 м/с.
Участок l7 = 1,0 м;
dвн = 450 мм;
wв = 16 м/с.
Участок l5 = 5,0 м;
а×b = 500×500 мм; Участок l4 = 4,0 м;
а×b = 500×500 мм;
wв = 13 м/с.
wв = 13 м/с.
l2
Участок l1 = 3,2 м;
а×b = 800×300 мм;
wв = 10,6 м/с.
Участок l2 = 4,0 м;
а×b = 500×500 мм;
wв = 13 м/с.
Участок l3 = 4,0 м;
а×b = 500×500 мм;
wв = 13 м/с.
Рис. 10.4. Расчётная аксонометрическая схема запроектированной
вытяжной системы вентиляции для блока из 4 камер типа камеры
института «Гипростройиндустрия»
По формуле (10.18) находится плотность воздуха при температуре tв′ :
=
ρ′в
ρ 0в ⋅ 273 1, 293 ⋅ 273
кг
=
= 1, 22 3 .
273 + tв′
273 + 16
м
Согласно принятым проектным решениям по конструированию гидрозатвора площади поперечного сечения проходного канала гидрозатвора следующие:
каналы сечением 300×800 мм
f1, f3, f5 = 0,24 м;
каналы сечением 400×800 мм
f2, f4 = 0,32 м.
По формуле (10.19) определяется средняя площадь расчетных сечений
для сечений f1, f2; f4, f5:
=
f ср
2 ⋅ f1 ⋅ f 2 2 ⋅ 0, 24 ⋅ 0,32
=
= 0, 274 м 2 .
f1 + f 2
0, 24 + 0,32
153
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
Потери давления в гидрозатворе, установленном на выходе воздуха
из камеры
По формуле (10.20) вычисляется средняя площадь расчетных сечений
для сечений f2, f3, f4:
Конструктивные особенности обоих гидрозатворов одинаковы, однако
средние значения температур проходящего через их каналы воздуха различаются, поэтому потери давления в выходном гидрозатворе рассчитываем отдельно. Расчетная схема гидрозатвора камеры представлена на рис. 10.5, а.
f4 = 0,32 м
Vв
8213
м
=
= 7,92 ;
3600 ⋅ f ср 3600 ⋅ 0, 288
с
400
300
в сечениях f2, f4
Vв
8213
м
=
w f2 , f4
=
= 7,13 .
3600 ⋅ f ср 3600 ⋅ 0, 32
с
f3 = 0,24 м
По формуле (10.15) находится эквивалентный диаметр каналов f2, f4
с поперечным сечением 0,32 м2:
=
dэ
2 ⋅ a ⋅ b 2 ⋅ 0, 4 ⋅ 0,8
=
= 0,53 м.
a+b
0, 4 + 0,8
+λ
ξ 90°
пов
2
l2 ρ′в ⋅ w f4
dэ
+ 2,0 ⋅
2
(
ρ′в ⋅ wср
f ,f
1 2
)
2
2
+ ξ 90°
пов
(
(
2
ρ′ ⋅ wср
f 2 , f3 , f 4
l1 ρ′в ⋅ w f 2
180° в
+λ
+ ξ пов
dэ
2
2
ρ′в ⋅ wср
f ,f
4 5
2
)
2
=1, 0 ⋅
2
)
2
K3
K1
K4
K2
2800
150
Рис. 10.5. Проектные эскизы:
а – гидрозатвора; б – камеры
2
1, 22 ⋅ 8,33
0, 4 1, 22 ⋅ 7,13
+ 0,02 ⋅
⋅
+
2
0,53
2
2
1, 22 ⋅ 8, 33
1, 22 ⋅ 7, 72
0, 4 1, 22 ⋅ 7,13
+ 0,02 ⋅
⋅
+ 1, 0 ⋅
=
162,1 Па.
2
2
0,53
2
=
ρср
в
ρ0в ⋅ 273 1, 293 ⋅ 273
кг
=
= 1, 093 3 .
ср
273
+
50
273 + tв
м
По формуле (10.9) находятся средние скорости движения воздуха:
в сечениях f1, f2; f4, f5
+
2
2
154
K4
По формуле (10.18) определяется средняя плотность воздуха при средней температуре tвср за период охлаждения камеры:
Коэффициент потерь давления на трение l для стальных стенок равен
0,02 Па/м.
По формуле (10.17) определяются потери давления во входном гидрозатворе:
вх
=
∆pгид
f2 = 0,32 м
100
400
f1 = 0,24 м
300
300
f5 = 0,24 м
3240
150
2 3 4
б
400
=
wср
f ,f ,f
а
2960
По формуле (10.9) определяются скорости движения воздуха:
в сечениях f1, f2; f4, f5
Vв
8213
м
=
wср
=
= 8,33 ;
f1 , f 2
3600 ⋅ f ср 3600 ⋅ 0, 274
с
в сечениях f2, f3, f4
150
3
3
=
= 0, 288 м 2 .
1 1
1
1
1
1
+
+
+
+
f1 f 2 f3 0,32 0, 24 0, 32
=
fср
=
wср
f ,f
1 2
Vв
9179
м
=
= 9,31 ;
3600 ⋅ f ср 3600 ⋅ 0, 274
с
в сечениях f2, f3, f4
=
wср
f ,f ,f
2 3 4
Vв
9179
м
=
= 8,85 ;
3600 ⋅ f ср 3600 ⋅ 0, 288
с
155
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
в сечениях f2, f4
dэ
=
Vв
9179
м
=
w f 2 , f4
=
= 7,97 .
3600 ⋅ f ср 3600 ⋅ 0,32
с
По формуле (10.17) определяются потери давления в выходном гидрозатворе:
вых
ξ 90°
=
∆pгид
пов
(
ср
ρср
в ⋅ wf , f
1 2
2
)
2
(
ср
2
ρср ⋅ wср
f 2 , f3 , f 4
l1 ρв ⋅ w f2
180° в
+λ
+ ξ пов
2
2
dэ
(
ср
2
ρвср ⋅ wср
f 4 , f5
l ρв ⋅ w f 2
+λ 1
+ ξ90°
пов
2
2
dэ
)
2
=1,0 ⋅
)
2
+
1,093 ⋅ 9,312
0, 4 1,093 ⋅ 7,97 2
+ 0,02 ⋅
⋅
+
2
0, 53
2
1, 093 ⋅ 8,852
0, 4 1,093 ⋅ 7,97 2
1,093 ⋅ 9,312
+ 1, 0 ⋅
=
181,3 Па.
+ 0,02 ⋅
⋅
2
0,53
2
2
Потери давления в камере
+ 2, 0 ⋅
По чертежам и эскизам, выполненным на основании результатов технологического расчета, необходимо определить площадь пустотных каналов загруженной камеры Fi в направлении движения в ней воздуха. Расчетная схема
внетреннего (рабочего) объема камеры представлена на рис. 10.5, б.
Каналы типа K1
Площадь поперечного сечения каналов S1 = 2,8×0,1 = 0,28 м2.
Количество каналов n1 = 6 шт.
По формуле (10.15) определяется эквивалентный диаметр каналов типа K1:
dэ
=
2 ⋅ a ⋅ b 2 ⋅ 2,8 ⋅ 0,1
=
= 0,193 м.
2,8 + 0,1
a+b
По формуле (10.24) определяется коэффициент удельного аэродинамического сопротивления канала типа K1:
=
a1
1
1
=
=
0, 015.
1,5
1,5
0,025 ( 0,193 ⋅1000 )
0,025 ( d э ⋅1000 )
Каналы типа K2
Площадь поперечного сечения каналов S2 = 2,8×0,15 = 0,42 м2.
Количество каналов n2 = 1 шт.
По формуле (10.15) определяется эквивалентный диаметр каналов типа K2:
156
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
2ab 2 ⋅ 2,8 ⋅ 0,15
=
= 0, 285 м.
a + b 2,8 + 0,15
По формуле (10.24) определяется коэффициент удельного аэродинамического сопротивления канала типа K2:
=
a2
1
1
=
=
0, 0083.
1,5
1,5
0,025 ( 0, 285 ⋅1000 )
0,025 ( d э ⋅1000 )
Каналы типа K3
Площадь поперечного сечения каналов S3 = 2,8×0,15 = 0,42 м2.
Количество каналов n3 = 1 шт.
По формуле (10.15) определяется эквивалентный диаметр каналов типа K3:
dэ
=
2ab 2 ⋅ 2,8 ⋅ 0,15
=
= 0, 285 м.
a + b 2,8 + 0,15
По формуле (10.24) вычисляется коэффициент удельного аэродинамического сопротивления канала типа K3:
=
a3
1
1
=
=
0, 0083.
1,5
1,5
0,025 ( 0, 285 ⋅1000 )
0,025 ( d э ⋅1000 )
Каналы типа K4
Площадь поперечного сечения каналов S4 = 2,96×0,15 = 0,444 м2.
Количество каналов n4 = 2 шт.
По формуле (10.15) определяется эквивалентный диаметр каналов типа K4:
=
dэ
2ab 2 ⋅ 2,96 ⋅ 0,15
=
= 0, 286 м.
a + b 2,96 + 0,15
По формуле (10.24) находится коэффициент удельного аэродинамического сопротивления канала типа K4:
=
a4
1
1
=
=
0, 0083.
1,5
1,5
0,025 ( 0, 286 ⋅1000 )
0,025 ( d э ⋅1000 )
157
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Суммарная площадь поперечного сечения проходных каналов штабеля:
Sп.с =
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
По формуле (10.16) определяются потери давления на вход в камеру:
m
∑ ni ⋅ Si = 6 ⋅ 0, 28 + 1 ⋅ 0, 42 + 1⋅ 0, 42 + 2 ⋅ 0, 444 = 3, 408 м 2 .
i =1
По формуле (10.23) определяется коэффициент удельного аэродинамического сопротивления штабеля изделий:

=
aшт  Sп.с

 n1 ⋅ S1 n2 ⋅ S2 n3 ⋅ S3 n4 ⋅ S4
+
+
+

 a
a2
a3
a4
1

∆pвх = ξ вх
ρ′в ⋅ w2f
= 0,97 ⋅
1, 22 ⋅ 9,52
= 53, 4 Па.
2
По формуле (10.16) находятся потери давления на выходе из камеры:
2
  ρср
в
 =
 ρ0
 в
2
5
∆pвых = ξ вых
(
ср
ρср
в ⋅ wкан
2
)
2
= 0, 45 ⋅
1, 093 ⋅ 0, 752
= 0,14 Па.
2
2



 1, 093
3, 408
=

0, 0092.
 6 ⋅ 0, 28 + 1 ⋅ 0, 42 + 1 ⋅ 0, 42 + 2 ⋅ 0, 444  1, 293
 0, 015
0, 0083
0, 0083
0, 0083 

По формуле (10.9) вычисляется средняя скорость движения воздуха
в камере:
ср
=
wкан
Vв
9179
м
=
= 0,75 .
3600 ⋅ Sп.с 3600 ⋅ 3, 408
с
Длина каналов камеры lк принимается равной длине изделия l = 5,0 м.
По формуле (10.22) определяются потери давления в штабеле изделий:
(
ср
∆pшт
= ашт wкан
)
2
=
lк 0, 0092 ⋅ 0, 752 ⋅ 5,=
0 0, 026 Па.
По формуле (10.16) находятся потери давления воздуха на входе в камеру ∆pвх и на выходы из камеры ∆pвых .
Коэффициенты потерь давления на вход в камеру ξ вх и на выход из камеры ξ вых определяются так же, как потери давления на внезапное расширение и сужение по номограмме 1 прил. XI.
По формуле (10.9) вычисляется скорость воздуха при температуре tв′
в выходном сечении гидрозатвора площадью f5:
=
wf
5
Vв
8213
м
=
= 9,5 .
3600 ⋅ f5 3600 ⋅ 0, 24
с
158
По формуле (10.21) определяются потери давления в камере:
∆pкам = ∆pвх + ∆pшт + ∆pвых = 53, 4 + 0, 026 + 0,14 = 53,6 Па.
Потери давления на трение о стенки воздуховодов всасывающей
линии системы
Участок l1, воздуховод прямоугольного сечения 800×300 мм
Длина участка l1 = 3,2 м, скорость воздуха на участке wl1 = 10, 6 м/с.
По формуле (10.15) находится эквивалентный диаметр сечения:
dэ
=
2ab 2 ⋅ 0,8 ⋅ 0,3
=
= 0, 436 м.
a + b 0,8 + 0,3
По формуле (10.14) определяются потери давления на трение:
∆pl1 = λ
ср
2
l1 ρв ⋅ wl1
3, 2 1, 093 ⋅10, 62
= 0, 02 ⋅
⋅
= 9, 0 Па.
dэ
2
0, 436
2
Поскольку участки системы l2, l3, l4, l5, l6 имеют одинаковые площади
поперечного сечения, а следовательно, и скорости движения воздуха на участке, материал воздуховодов не меняется, поэтому в целях сокращения расчетных операций можно произвести их объединение и рассчитывать как один
участок.
После объединения участков l2, l3, l4, l5, l6 общий участок l2–6 будет иметь
протяженность 27 м.
159
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Участок l2–6, воздуховод квадратного сечения 500ґ500 мм
Äëèí à ó÷àñòêà l2–6 = 27 м, скорость воздуха на участке wl2− 6 = 10, 0 м/с.
По формуле (10.15) определяется эквивалентный диаметр сечения:
dэ
=
2ab 2 ⋅ 0,5 ⋅ 0,5
=
= 0,5 м.
a + b 0,5 + 0,5
2
ρср
l
27 1, 093 ⋅ 10, 02
в ⋅ wl2 −6
= λ 2− 6
= 0, 02 ⋅
⋅
= 59, 0 Па.
dэ
2
0,5
2
Участок l7–8, воздуховод круглого сечения dвн = 450 мм
Длина участка l7–8 = 4,0 м, скорость воздуха на участке wl7 −8 = 16, 0 м/с.
Эквивалентный диаметр для круглых сечений равен внутреннему диаметру воздуховода =
d э d=
0, 45 м.
вн
По формуле (10.14) определяются потери давления на трение:
∆pl7 −8 = λ
ср
l7 −8 ρв
dэ
⋅ wl27 −8
2
= 0, 02 ⋅
2
4, 0 1, 093 ⋅16
⋅
= 22, 4 Па.
0,5
2
Потери давления на местные сопротивления всасывающей
линии системы
Потери давления на вход воздуха в канал гидрозатвора сечением 800×300 мм
Коэффициент местного сопротивления на входе для входа в канал с прямыми кромками заподлицо со стенкой ξ вх определяется по прил. X.
По формуле (10.16) находятся потери давления на местное сопротивление:
∆pвх = ξ вх
ρв′ ⋅ w2f1
2
∆p1пов =ξ 90°
пов
2
ρ ср
в ⋅ wl1
2
=1, 0 ⋅
1, 093 ⋅10, 62
=61, 4 Па.
2
Потери давления в повороте на 90° с изменением сечения с 800×300 мм
на 500×500 мм
Расчетную модель данного узла можно принять как проходной тройник
с меньшей площадью сечения бокового ответвления.
По формуле (10.14) вычисляются потери давления на трение:
∆pl2− 6
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
1, 22 ⋅ 9, 52
= 0, 5 ⋅
= 27, 5 Па.
2
Потери давления в повороте на 90° сечением 800×300 мм
По формуле (10.16) определяются потери давления на местное сопротивление:
160
Скорость движения воздуха в боковом ответвлении wl1 = 10,6 м/с, скорость движения воздуха в стволе (магистральном канале) wl2− 6 = 10, 0 м/с.
Коэффициент местного сопротивления определяется по номограмме 5
прил. XI.
По формуле (10.16) вычисляются потери давления на местное сопротивление:
∆p1.и.с
ξ1.и.с
пов =
пов
2
ρ ср
в ⋅ wl1
2
=
1, 5 ⋅
1, 093 ⋅10, 6 2
=
92,1 Па.
2
Потери давления на проход в тройнике с площадью сечения бокового
ответвления 800×300 мм, ствола 500×500 мм
Скорость движения воздуха в боковом ответвлении wl1 = 0 м/с, скорость
движения воздуха в стволе (магистральном канале) wl2− 6 = 10, 0 м/с.
Коэффициент местного сопротивления определяется по номограмме 5
прил. XI.
По формуле (10.16) находятся потери давления на местное сопротивление:
2
3
∆p1отв =
∆pотв
=
∆pотв
=
ξ1отв
2
ρср
в ⋅ wl2 − 6
2
=⋅
0, 5
1, 093 ⋅10, 02
=
27, 3 Па.
2
Потери давления в повороте на 90° воздуховода сечением 500ґ500 мм
По формуле (10.16) определяются потери давления на местное сопротивление:
2
2
∆pпов
=ξ пов
2
ρср
в ⋅ wl2 − 6
2
=1,0 ⋅
1, 093 ⋅10, 02
=54, 7 Па.
2
Потери давления в повороте на 90° с изменением сечения с 500×500 мм
на круглое dвн = 450 мм
161
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Расчетную модель данного узла можно принять как проходной тройник
с меньшей площадью сечения бокового ответвления.
Скорость движения воздуха в боковом ответвлении wl7 −8 = 16, 0 м/с, скорость движения воздуха в стволе (магистральном канале) wl2− 6 = 10, 0 м/с.
Коэффициент местного сопротивления определяется по номограмме 5
прил. XI.
По формуле (10.16) вычисляются потери давления на местное сопротивление:
2.и.с
2.и.с
∆pпов
=ξ пов
2
ρср
в ⋅ wl7 −8
2
=1,15 ⋅
1, 093 ⋅16, 02
=160, 9 Па.
2
Потери давления в повороте на 90° воздуховода диаметром dвн =450 мм
По формуле (10.16) определяются потери давления на местное сопротивление:
3
∆pпов
=ξ 3пов
2
ρср
в ⋅ wl7 −8
2
=1, 0 ⋅
1, 093 ⋅16, 02
=139, 9 Па.
2
Потери давления в переходном конфузоре с dвн = 450 мм на dвн = 292 мм
Коэффициент местного сопротивления находится по номограмме 1 прил. XI.
По формуле (10.16) определяются потери давления на местное сопротивление:
∆pкон = ξ кон
2
ρср
в ⋅ wl7 −8
2
= 0, 28 ⋅
2
1, 093 ⋅16, 0
= 39, 2 Па.
2
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер
Потери давления на местные сопротивления напорной линии системы
Потери давления на поворот под 90° в круглом сечении dвн = 450 мм
По формуле (10.16) вычисляются потери давления на трение:
∆pпов =ξ пов
2
ρ ср
в ⋅ wl9 −10
2
=1, 0 ⋅
1, 093 ⋅16, 0 2
=139, 9 Па.
2
Потери давления в переходном диффузоре с сечения 175×175 мм на
dвн = 450 мм
Для такого перехода требуется установка ступенчатого диффузора. Исходя из конструкторских решений принимаем длину диффузора l = 2 ⋅ b1 =
= 2 ⋅ 175 = 350 мм.
По номограмме 4 прил. XI определяются оптимальный диаметр широкого конца патрубка и коэффициент местного сопротивления диффузора.
По формуле (10.16) находятся потери давления на местное сопротивление:
∆pдиф = ξ диф
2
ρср
1, 093 ⋅16,02
в ⋅ w9 −10
= 0,53 ⋅
= 74,1 Па.
2
2
Потери давления в колпаке трубы dвн = 450 мм
Коэффициент местного сопротивления колпака ξкол принимается по
прил. X.
По формуле (10.16) находятся потери давления на местное сопротивление:
2
ρср
в ⋅ wl9 −10
1, 093 ⋅16, 02
= 59,1 Па.
2
Потери давления на трение о стенки воздуховодов напорной
линии системы
∆pкол = ξ кол
Участок l9–10, воздуховод круглого сечения dвн = 450 мм
По формуле (10.12) вычисляются потери давления во всасывающей
линии системы:
Длина участка l9–10 = 13,0 м, скорость воздуха на участке wl9−10 = 16, 0 м/с.
Эквивалентный диаметр для круглых сечений равен внутреннему диаметру воздуховода: =
d э d=
0, 45 м.
вн
По формуле (10.14) определяются потери давления на трение:
∆pl9 −10 = λ
ср
2
l9−10 ρв ⋅ wl9−10
13, 0 1, 093 ⋅ 162
= 0, 02 ⋅
⋅
= 80,8 Па.
dэ
2
0, 45
2
162
2
= 0, 65 ⋅
вх
вых
∆pв.л = ∆pвх + ∆pгид
+ ∆pкам + ∆pгид
+ ∆p1пов + ∆pl1 + ∆p1.и.с
пов + ∆pl2 − 6 +
2
3
2
2.и.с
3
+∆p1отв + ∆pотв
+ ∆pотв
+ ∆pпов
+ ∆pпов
+ ∆pl7 −8 + ∆pпов
+ ∆pкон =
= 27, 5 + 162,1 + 53, 6 + 181, 3 + 61, 4 + 9, 0 + 92,1 + 59, 0 + 27, 3 + 27, 3 + 27, 3 +
+54, 7 + 160,9 + 22, 4 + 139, 9 + 39, 2 =
1145 Па.
По формуле (10.13) определяются потери давления в напорной линии
системы:
163
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
∆pн.л = ∆pдиф + ∆pl9−10 + ∆pпов + ∆pкол = 74,1 + 80,8 + 139, 9 + 59,1 = 353,9 Па.
По формуле (10.11) вычисляются потери давления в системе:
∆pсист = ∆pв.л + ∆pн.л = 1145 + 353,9 = 1498,9 Па ≈ 1,5 кПа.
4. Определение типоразмера тягодутьевого оборудования
и минимальной установочной мощности электродвигателя
По формуле (10.25) определяется требуемый (расчетный) напор:
H=
1,2 ⋅ ∆Рсист= 1, 2 ⋅1498,9
= 1798, 7 Па.
p
По формуле (10.26) находится приведенный расчетный напор:
H рпр =
Hр
273 + tвср
273 + 50
=
=
1798, 7 ⋅
1983 Па.
273 + tкат
273 + 20
По формуле (10.27) определяется минимальная установочная мощность
на валу электродвигателя вентилятора:
N уст
K з ⋅ Vр ⋅ H p
1,3 ⋅10097 ⋅1983
=
= 1,18 кВт.
3600 ⋅10200 ⋅ ηв ⋅ ηэл ⋅ ηпер 3600 ⋅10200 ⋅ 0, 62 ⋅ 0,97 ⋅ 1, 0
По итогам подбора тягодутьевой машины для создания требуемого напора необходимо установить два вентилятора ВР 80 75 № 2,5 и подключить их
последовательно. Установочная мощность электродвигателя каждого вентилятора 0,75 кВт.
164
Глава 11. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА
ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Для обеспечения поддержания оптимальных режимов тепловлажностной обработки, строго соответствующих технологическим расчетам, требуется оснащение камер системами автоматического программного регулирования параметров (системами
автоматики).
Автоматизация процессов тепловлажностной обработки
позволяет в камерах поддерживать температурно-влажностный
режим в строгом соответствии с технологическим графиком, что
обеспечит высокое качество выпускаемой продукции.
Использование систем автоматического программного регулирования снижает трудозатраты рабочего персонала, повышает
культуру производства. Также достоинством решения оснащения
камер системами автоматики является стремление снизить удельный расход тепловой энергии в камерах, что отражается на снижении себестоимости продукции и энергоемкости производства.
Система автоматизации камер позволяет на 15ё25 % сократить
энергопотребление по сравнению с потреблением аналогичными установками, где тепловые режимы поддерживаются вручную.
Для регулирования технологических процессов тепловлажностной обработки рекомендуются электронные программные
регуляторы, которые должны обеспечить в течение всего времени тепловой обработки заданные технологическим расчетом тепловые процессы.
Система пароснабжения камер, оснащенных системой автоматики, должна поддерживать давления пара в заданных пределах при максимальном его расходе. Это обеспечивается регулятором давления пара «после себя» прямого действия, установленным на подающем паропроводе производственной системы
теплоснабжения. Регулятор позволяет контролировать давление
165
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
пара на выходе и автоматически осуществлять его регулирование,
поддерживая давление постоянным, сглаживая любые его скачки.
Для сокращения потерь теплоты и обеспечения устойчивой
работы регуляторов температуры должны быть устранены все
неорганизованные утечки пара из камер и запорно-регулирующей арматуры.
Каждая камера после регулятора расхода пара оснащается
дроссельной шайбой (диафрагмой), диаметр отверстия которой
должен быть рассчитан из условия пропуска максимально допустимого расхода пара. Установка регуляторов расхода пара на
паровых вводах должна осуществляться с применением байпасов, обеспечивающих возможность прекращения подачи пара для
проведения ремонтно-профилактических работ.
Датчики температуры программных регуляторов технологических режимов работы камер, а также датчики любых иных
измерительных приборов устанавливаются в специально запроектированных нишах внутри камеры, расположенных на половине ее высоты. Выступающая во внутренний объем камеры часть
датчика должна быть надежно защищена от механических повреждений из-за возможности случайных по нему ударов. В качестве датчиков температуры обычно используются различные
термометры сопротивления или термопары. Для обеспечения
надежной работы в условиях повышенной влажности термометры сопротивления и термопары следует устанавливать головкой
âí èç ï î ä óãëî ì 5÷7° к горизонту.
В целях организации бесперебойной работы системы автоматического регулирования параметров щиты с приборами автоматики рекомендуется устанавливать в сухом отапливаемом помещении.
На рис. 11.1 представлена принципиальная схема системы
автоматизации камеры института «Гипростройиндустрия», а на
рис. 11.2 – принципиальная схема системы автоматизации камеры Семенова.
Система позволяет контролировать, регистрировать, поддерживать и изменять согласно технологическому графику режимы
тепловлажностной обработки.
166
Глава 11. Автоматизация процесса тепловлажностной обработки...
7
4
6
5
18
10
3
12
9
19
2
8
11
13
14
1
17
15
16
Рис. 11.1. Принципиальная схема системы автоматизации камеры
института «Гипростройиндустрия»:
1 – пропарочная камера; 2 – перфорированная труба; 3 – система теплоснабжения камер (блока камер); 4 – производственная система теплоснабжения;
5 – регулятор давления пара «после себя»; 6 – регулятор расхода пара;
7 – сигнально-импульсные линии; 8 – датчики температуры; 9 – регистрирующий самописец; 10 – программный регулятор температурных режимов работы
камеры; 11 – байпас; 12 – гидрозатвор системы вентиляции; 13 – система наполнения гидрозатворов; 14 – отключающее устройство на системе наполнения гидрозатворов; 15 – система опорожнения гидрозатворов; 16 – отключающее устройство на системе опорожнения гидрозатворов; 17 – вытяжной вентилятор;
18 – дроссельная шайба (диафрагма); 19 – запорное устройство на байпасе
Работа системы автоматики программируется рабочим персоналом, отвечающим за качество соблюдения технологических
режимов тепловлажностной обработки.
Рабочая программа закладывается в программный регулятор температурных режимов работы камеры 10. Перед каждым
циклом работы установки обязательно проверяется исправность
системы.
После пуска в камеру пара начинается стремительный рост
температуры обрабатывающей среды. После достижения температуры среды, равной расчетному значению tи, датчики 11 дают
167
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
команду регулятору 10 на поддержание ее постоянного значения
в течение расчетного времени, соответствующего технологическому графику. Если температура среды начинает увеличиваться,
регулятор 10 дает команду на исполнительный механизм регулятора расхода пара, который и производит снижение расхода. Если
температура среды начинает снижаться, регулятор 10 дает команду
на исполнительный механизм регулятора расхода пара, который
и увеличивает его расход.
После окончания любых технологических промежутков времени регулятор 10, подчиняясь заложенной в него программе, дает
команды на соответствующие исполнительные механизмы.
10
5
7
13
15
3
6
16
11
9
19
12
8
14
4
17
18
2
1
Рис. 11.2. Принципиальная схема системы автоматизации камеры Семенова:
1 – пропарочная камера; 2 – нижняя перфорированная труба; 3 – верхняя перфорированная труба; 4 – система теплоснабжения камер (блока камер);
5 – производственная система теплоснабжения; 6 – регулятор давления пара
«после себя»; 7 – регулятор расхода пара через верхнюю перфорированную
трубу; 8 – регулятор расхода пара через нижнюю перфорированную трубу;
9 – запорное устройство; 10 – сигнально-импульсные линии; 11 – датчики температуры; 12 – регистрирующий самописец; 13 – программный регулятор температурных режимов работы камеры; 14 – вентилятор; 15 – запорные устройства на байпасах; 16 – дроссельные шайбы (диафрагмы); 17 – запорное устройство на системе наполнения гидрозатвора; 18 – запорное устройство на
системе опорожнения гидрозатвора; 19 – гидрозатвор системы вентиляции
168
Глава 12. ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕ ЗАВОДОВ
ПО ПРОИЗВОДСТВУ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
12.1. Схема теплоснабжения завода
железобетонных изделий (ЖБИ)
Для надежного и бесперебойного снабжения промышленных
потребителей тепловой энергией, передаваемой паром, необходима производственная система пароснабжения предприятия.
Все тепловые потребители, имеющиеся на промышленном
предприятии, подразделяются на два вида: производственные потребители теплоты и непроизводственные потребители теплоты.
К производственным потребителям тепловой энергии относятся все виды тепловых установок, имеющих непосредственное отношение к производственному процессу и участвующих
в различных стадиях производственно-технологических циклов.
К таким потребителям на заводах ЖБИ могут быть отнесены:
камеры тепловлажностной обработки, автоклавные установки,
кассетные установки, пакетные установки, малонапорные термоформы, горизонтальные щелевые камеры и др. Также к производственным потребителям относится производственная система горячего водоснабжения, используемая для приготовления растворов бетонных смесей, затворяемых горячей водой.
К непроизводственным потребителям тепловой энергии относятся потребители теплоты, не связанные с производством
продукции, а имеющие отношение к поддержанию работы систем жизнеобеспечения персонала, обеспечивающие комфортные
условия труда. К таким потребителям относятся системы хозяйственно-бытового горячего водоснабжения, подогрева приточного
воздуха в отопительный период года, отопления (в том числе
и производственных зданий и сооружений).
Для обеспечения бесперебойного и надежного теплоснабжения всех вышеперечисленных потребителей тепловой энергии
проектируется система теплоснабжения предприятия. В ней все
169
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
потребители тепловой энергии, как правило, объединяются в единую сеть (систему теплоснабжения) с подключением к источнику теплоты, которым обычно служит производственная или производственно-отопительная котельная, размещаемая на территории предприятия.
На рис. 12.1 представлена принципиальная схема теплоснабжения завода ЖБИ.
На схеме представлен один из возможных вариантов подключения потребителей к источнику теплоты на заводах ЖБИ.
В качестве источника теплоты на схеме предусмотрена отопительно-производственная котельная, снабжающая теплотой производственные и непроизводственные системы и установки.
В котельной в качестве теплогенератора устанавливается парогенератор насыщенного пара 1, оборудованный для перегрева насыщенного пара выше температуры насыщения пароперегревателем 2. Установка пароперегревателя позволяет транспортировать перегретый пар по магистральным 18 и межцеховым 19
паропроводам на значительные расстояния практически без образования в них конденсата. Далее отправляемый в систему пар
распределяется по всем паровым потребителям теплоты.
Для снабжения производственных или хозяйственно-бытовых потребителей горячей водой в системе предусматривается
установка емкостных пароводяных водоподогревателей (бойлеров) 4. В них происходит подогрев за расчетный промежуток времени расчетного количества воды, требующегося потребителям.
Обычно бойлер представляет собой герметично закрытый сосуд,
оснащенный рекуперативными теплообменными поверхностями
для нагрева паром воды и патрубками для подключения к системам холодного и горячего водоснабжения. Для отключения бойлера от систем ХВС и ГВС предусмотрена до и после него установка запорной арматуры 13.
Для поддержания комфортных условий труда в производственных, административных, хозяйственных и других зданиях
и сооружениях предприятия предусматривается система отопления 6 и система подогрева наружного воздуха 5, подаваемого
в помещения приточной системой вентиляции. Эти системы потребляют тепловую энергию только в отопительный период, зависящий от района застройки. Подключение системы подогрева
приточного воздуха к производственной системе отопления (паровой), где в качестве теплообменных устройств проектируются
паровоздушные калориферы, осуществляется напрямую к паровой системе теплоснабжения (по зависимой схеме). Если в сис-
18
2
9
Из ХВС
12
3
15
19
20
i
10
17
16
6
Холодный воздух
8
11
Из ХВС
Тёплый воздух
1
На ГВС
4
5
7
А
14
Б
В
13
Г
Рис. 12.1. Принципиальная схема теплоснабжения завода ЖБИ:
A – затраты теплоты на производственные нужды (промышленные потребители теплоты); Б, В, Г – затраты теплоты на непроизводственные нужды (на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (ГВС) соответственно); 1 – парогенератор (паровой котел); 2 – пароперегреватель; 3 – бак-аккумулятор теплоты; 4 – емкостной водоподогреватель (бойлер); 5 – калориферы приточной
системы вентиляции; 6 – система отопления; 7 – автоклавные установки;
8 – камеры тепловлажностной обработки; 9 – конденсатный бак; 10 – питательный насос; 11 – реагентное хозяйство (система химводоподготовки);
12 – блок обратных клапанов; 13 – запорное устройство; 14 – конденсатоотводчик; 15 – перфорированный трубопровод; 16 – система производственной
канализации; 17 – система конденсатоотвода от тепловых установок; 18 – подающий паропровод (магистральный паропровод); 19 – межцеховой паропровод; 20 – межцеховой конденсатопровод
170
171
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
теме помимо паровой предусматривается проектом и водяная
система отопления, используемая для отопления непроизводственных зданий и сооружений, ее подключение к паровой системе производят через рекуперативный пароводяной теплообменник (по независимой схеме).
Для обеспечения снабжения теплотой и паром производственных потребителей (автоклавные установки 7, камеры тепловлажностной обработки 8 и др.) их подключение к паровой
системе пароснабжения производят через установку регулирования давления и расхода пара (см. разд. 11 настоящего пособия).
Поток образующегося в результате теплообменных процессов в тепловых установках конденсата, если он передавал теплоту через рекуперативную герметичную поверхность и является
чистым (не имел прямого контакта в камерах с бетонными изделиями), может быть переправлен по самотечным межцеховым
конденсатопроводам 20 в конденсатный бак 9 (возвращен в оборотный цикл). Если конденсат контактировал с открытыми поверхностями изделий, что наблюдается в автоклавных установках, ямных камерах пропарочных камерах и др., то из-за загрязнения минеральными солями вяжущего перенаправлять его
в оборотный цикл категорически запрещается. Можно только слить
его в производственную систему водоотведения (канализации).
Для отвода конденсата от непроизводственных паровых потребителей теплоты используются конденсатоотводчики, которые по мере наполнения периодически опорожняются в конденсатопроводы, переправляя конденсат в конденсатный бак 9.
В целях восполнения потерь теплоносителя вследствие его
невозврата от ряда промышленных потребителей, где конденсат
сливается в канализацию, предусматривается система подпитки
(реагентное хозяйство 11). Реагентное хозяйство 11 представляет
собой систему последовательно установленных натрий-катионитовых фильтров, обеспечивающих нормативное обессоливание
поступающей из сети холодного водоснабжения воды. Минуя
реагентное хозяйство 11, химически очищенная вода направляется в конденсатный бак 9, восполняя потери невернувшегося
конденсата. Далее из конденсатного бака 9 питательным насосом 10 конденсат направляется обратно в парогенератор 1.
Для компенсации неравномерности паропотребления тепловыми установками (см. гл. 3 настоящего пособия) в схеме предусматривается установка бака-аккумулятора теплоты 3. Он представляет собой герметично закрытую, хорошо теплоизолированную емкость, подключенную через системы обратных клапанов 12,
обеспечивающих его работу, к паровой системе теплоснабжения.
Емкость бака-аккумулятора теплоты определяется по расчетной
величине перепада расходов пара, имеющих периодический характер во времени. Расчетная величина перепада расходов находится
по методике, представленной в гл. 3 настоящего пособия.
Технологический принцип действия бака-аккумулятора теплоты заключается в том, что если расчетный расход пара в системе 19 ниже постоянного фактического расхода пара, выдаваемого котельной в систему 18, то часть расхода теплоносителя, превышающая расход в системе 19, направляется в бак-аккумулятор
теплоты. Далее, если спустя некоторый промежуток времени
в техническом цикле изменилась работа установок периодического действия и расход пара в системе 19 повысился до значения, превышающего фактический расход пара, выдаваемый котельной в подающий паропровод 18, тогда весь расход пара, выдаваемый котельной в паропровод 18, направляется в систему 19.
В целях компенсации недостающего расхода пара в системе 19
за счет естественной выработки пара баком-аккумулятором теплоты происходит подмешивание генерируемого пара в систему 19
к основному его расходу, подаваемому котельной.
Принцип работы бака-аккумулятора теплоты с точки зрения
физики проходящих в нем процессов объясняется характером
изменения температуры находящейся на линии насыщения воды
от давления.
Если расход пара в системе 19 меньше, чем выдает котельная, в системе 18 происходит рост давления пара. Излишний расход пара устремляется в бак-аккумулятор теплоты через расположенную у его дна перфорированную трубу 15. Барботируя че-
172
173
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
рез находящуюся при температуре насыщения воду, пар отдает
теплоту конденсации воде, повышая ее этнальпию, а следовательно, и температуру. Однако при работе бака-аккумулятора теплоты в любой момент времени сохраняется баланс равновесия параметров: температуры насыщения воды и соответствующего ей
давления. Таким образом, температура перегреваемой воды всегда будет строго зависеть от давления в системе 18, и при дальнейшем росте давления пар будет продолжать поступать в емкость, конденсируясь и перегревая воду.
Если в системе произошло переключение периодически работающих установок, расход в системе 19 резко повысится, а давление упадет. В результате этого автоматически снизится давление в баке аккумуляторе теплоты и вода будет находиться в перегретом состоянии. Это приведет к началу процессов кипения воды
в баке-аккумуляторе и парогенерации.
Парогенерация в баке будет происходить до тех пор, пока
температура насыщения воды в баке и давление в системе 19 не
войдут в термодинамическое соответствие.
нала предприятия в любое время года. Комфортообеспечивающими системами являются система отопления производственных,
вспомогательных и административных зданий и помещений, приточная система вентиляции, а также система хозяйственного горячего водоснабжения.
Однако следует помнить, что приточные системы вентиляции, а также горячего водоснабжения, обслуживающие какиелибо технологические процессы, связанные с технологией производства выпускаемой продукции, относятся к производственным тепловым потребителям.
12.2. Расчет теплопотребления заводов ЖБИ
Определение затрат теплоты предприятием
на производственные нужды
Для определения часового теплопотребления ямных пропарочных камер необходимо знать производительность установки
по изделиям G, м3/период, и удельный расходный показатель
теплоносителя (пара) gп, кг/м3, который для ямных и напольных
безнапорных камер находится в пределах 250÷300 кг/м3.
С использованием формулы (12.1) вычисляется часовой расход
Qч, кДж/ч, а формулы (12.2) – годовой расход теплоты Qг, кДж/год,
подаваемой с паром в камеру.
Расчет теплопотребления заводов ЖБИ включает определение затрат теплоты на производственные и непроизводственные
нужды по укрупненным показателям.
Затраты теплоты на производственные нужды включают
сумму теплопотребления всех тепловых установок, связанных
с производством выпускаемой предприятием продукции. Такими тепловыми потребителями на предприятии могут служить все
технологические тепловые установки, имеющиеся на предприятии, в том числе установки по подогреву и сушке различного рода
заполнителей, установки для зимней разморозки смерзшегося на
складах сырья и т. п.
Затраты теплоты на непроизводственные нужды включают
теплопотребление всех систем, необходимых для обеспечения
комфортных условий труда обслуживающего и рабочего персо-
где G – расход изделий за период работы камеры, м3/период; gп –
удельный расходный укрупненный показатель тепловой установки, кг/м3. Он показывает, какое количество пара необходимо подать в тепловую установку, чтобы произвести тепловую обработку 1 м3 изделия в заданных условиях; r – удельная теплота конденсации водяных паров, равная 2260 кДж/кг. Данная величина
показывает, какое количество теплоты выделится в результате
процесса конденсации 1 кг насыщенного пара; τп.п – время по-
174
175
Qч =
G ⋅ gп ⋅ r ,
τп.п
(12.1)
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
дачи пара в пропарочную камеру, ч; определяется по технологическому графику (см. разд. 2 и 3 настоящего пособия).
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
(
)
п
Qч =⋅
Gв св t х.в − tгвс
,
(12.6)
(12.2)
где Gв – часовой расход воды, кг/ч; св – удельная теплоемкость
где m – количество часов работы установки в сутки, ч/сут; n′ –
количество рабочих дней (суток) в году, сут/год.
Если установки имеют удельный укрупненный тепловой
показатель qт, кДж/ед., то, например, для сушильных установок
с тепловым показателем qт, кДж/(кг испарённой влаги), часовое
теплопотребление Qч, кДж/ч, вычисляется по формуле (12.3),
а годовое теплопотребление – по формуле (12.4). Для печных установок qт, кДж/(кг обжигаемого материала), часовое теплопотребление Qч, кДж/ч, вычисляется по формуле (12.5), а годовое
теплопотребление – по формуле (12.4).
Для сушильных установок
воды, кДж/(кг ⋅ °С); tх.в – температура в сети холодного водоснабжения, °С. Это значение зависит от времени года и обычно
принимается: для летнего периода 10÷15 °С, для зимнего перио-
Qг = Qч ⋅ m ⋅ n′ ,
Qч = Gмс ⋅ gв ⋅ qт ,
(12.3)
где Gмс – часовой расход сухой массы материала, кг/ч; gв – количество испаренной влаги из 1 кг материала, пересчитанного на
сухую массу, кг/кг; qт – удельный укрупненный тепловой показатель, кДж/(кг испарённой влаги).
Qг = Qч ⋅ 24 ⋅ n′ .
(12.4)
Для печных установок
Q=
Gм ⋅ qт ,
ч
(12.5)
п
да 5 °С; tГВС
– температура в сети производственной системы
горячего водоснабжения технологической линии, С. Значение
этой величины зависит от технологических особенностей производства.
Часовой расход теплоты на установки для оттаивания и подготовки заполнителей Qч, кДж/ч, может быть вычислен по формуле (12.7), а годовой расход – по формуле (12.4).
Qч= Vз ⋅ qп ,
(12.7)
где Vз – объем подготавливаемого заполнителя, м3; qп – удельный расход теплоты на подготовку 1 м3 заполнителя, кДж/(м3 ⋅ ч).
Значение этой величины зависит от вида заполнителя, условий и
метода его подготовки.
Далее по разобранной выше методике определяются часовые и годовые теплопотребления каждой тепловой установки,
имеющейся на предприятии, связанной с производством строительной продукции.
Определение затрат теплоты предприятием
на непроизводственные нужды
где Gм – часовой расход материала, кг/ч; qт – удельный укрупненный тепловой показатель, кДж/кг.
Часовой расход теплоты на подготовку горячей воды, используемой для затворения бетонных смесей, Qч, кДж/ч, может быть
вычислен по формуле (12.6), а годовой расход – по формуле (12.4).
Как уже упоминалось выше, затраты тепла на непроизводственные нужды включают в себя теплопотребление систем отопления зданий, приточной вентиляции помещений, хозяйственного горячего водоснабжения.
176
177
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Затраты теплоты на отопление и вентиляцию производственных и административных зданий, размещенных на территории
предприятия, зависят от удельных тепловых показателей (характеристик) q, кДж/(м3 ⋅ °С ⋅ ч), зависящих от назначения и объема
сооружения. Значения этих величин определяются по табл. 12.1.
(Эту же таблицу с использованием внесистемных единиц измерения можно найти в приложении учебного пособия [18].)
Затраты теплоты на отопление зданий
Значение часового и годового расхода теплоты на работу
системы отопления производственного комплекса определяется
по методике, представленной ниже.
Часовой расход теплоты на систему отопления Qч , кДж/ч,
находится по формуле
(
)
Qч =
Vн ⋅ qо tв − tно a ,
(12.8)
где Vн – объем здания по наружному обмеру, м3; a – коэффициент, учитывающий изменение удельной тепловой характеристики в зависимости от расчетных температур наружного воздуха;
рассчитывается по формуле (12.9); qо – удельная отопительная
характеристика здания, рассчетная для систем отопления,
кДж/(м3 ⋅ °С ⋅ ч). Значение этого коэффициента принимается по
табл. 12.1; tв – температура внутреннего воздуха основных помещений здания, °С; tно – температура воздуха наиболее холодной пятидневки с вероятностью обеспечения 0,92, °С; принимается в зависимости от района расположения предприятия по таблице «Климатические параметры холодного периода года» [4].
=
a 0,54 +
22
tв − tно .
178
(12.9)
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
Назначение здания
Механосборочные, механические, инструментальные цеха
Деревообрабатывающие
цеха
Цеха металлических конструкций
Ремонтные цеха
Депо
Котельные
Мастерские
Компрессорные
Насосные
Склады химикатов, красок и т. п.
Бытовые и административно-вспомогательные
здания и помещения
Проходные
Объем здания
по наружному
обмеру, м3
5÷10 000
10 001÷50 000
50 001÷100 000
100 001÷200 000
1÷5000
5001÷10 000
10 001÷50 000
50 000÷100 000
100 001÷150 000
5000÷10 000
10 001÷20 000
1÷5000
5001÷20 000
2000÷10 000
10 001÷20 000
1÷10 000
10 001÷15 000
15 001÷20 000
20 001÷30 000
1÷1000
1÷500
501÷1000
1001÷2000
2001÷3000
1÷1000
1001÷2000
2001÷5000
500÷1000
1001÷2000
2001÷5000
5001÷10 000
10 001÷20 000
1÷500
501÷2000
2001÷5000
179
Таблица 12.1
Удельные тепловые
характеристики зданий
q, кДж/(м3⋅ч⋅°С)
qв
qо
2,30÷1,88
1,67÷1,05
1,87÷1,67
1,04÷0,63
1,66÷1,59
0,62÷0,50
1,58÷1,47
0,49÷0,33
2,51÷2,30
2,51÷2,09
2,29÷1,88
2,08÷1,88
1,87÷1,67
1,87÷1,67
1,59÷1,47
2,22÷1,88
1,46÷1,26
1,87÷1,47
2,51÷2,09
0,84÷0,63
2,08÷1,88
0,62÷0,42
2,93÷2,72
1,67÷2,26
2,71÷2,51
2,25÷1,05
0,42
2,09÷1,26
0,33
1,25÷0,84
2,09
2,09
1,67
1,26
1,47
1,05
1,26
0,84
–
2,51÷2,93
4,40
–
4,19
–
2,51
–
2,09
–
–
3,56÷3,14
–
3,13÷2,72
2,51÷1,88
2,71÷2,43
–
2,51÷1,88
–
1,87÷1,67
0,58÷0,50
1,66÷1,38
0,49÷0,46
1,37÷1,26
0,45÷0,42
1,25÷1,05
–
5,44÷5,02
–
5,01÷2,93
0,63÷0,42
2,92÷2,30
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Годовой расход тепла Qг , кДж/год, определяется с небольшой погрешностью как средний часовой за сезон, равный 50 %
от максимального часового расхода теплоты, по формуле
Qг = Qч ⋅ 0,5 ⋅ 24 ⋅ nо ,
(12.10)
где nо – продолжительность отопительного периода района расположения предприятия, сут. со средней суточной температурой
наружного воздуха ≤ 8 °С; принимается в зависимости от района
расположения предприятия по таблице «Климатические параметры холодного периода года» [4]. Например, для Санкт-Петербурга nо = 220 сут; для Москва nо = 214 сут.
Следующим расходом тепла на непроизводственные нужды
является подогрев наружного воздуха, подаваемого в приточную
систему вентиляцию, а также в систему воздушного отопления.
Передача тепла воздуху производится в калориферах, установленных в приточных вентиляционных камерах.
Для вычисления часового теплопотребления Qч , кДж/ч по
укрупненным показателям пользуются формулой
(
)
где
tнв
(12.11)
– расчетная температура наружного воздуха обеспеченно-
стью 0,94, °С; принимается в зависимости от района расположения предприятия по таблице «Климатические параметры холодного периода года» [4]; qв – удельная отопительная характеристика здания, рассчетная для систем вентиляции, кДж/(м3 ⋅ °С ⋅ ч).
Значение этого коэффициента принимается по табл. 12.1.
Годовой расход тепла на систему вентиляции производственного комплекса Qг , кДж/год, вычисляется по формуле (12.10).
180
Затраты теплоты на хозяйственное горячее
водоснабжение предприятия
Расход теплоты на горячее водоснабжение складывается из
теплозатрат на подогрев воды используемой в душевых. На промышленных предприятиях норма потребления воды составляет
50÷60 л/(чел. ⋅ сут) при температуре 65 °С. Вода подогревается
в емкостных теплообменниках (бойлерах) и используется только
в течение 1÷2 ч в смену, после окончания рабочего дня.
Часовой расход теплоты на подогрев воды в бойлерах для горячего водоснабжения Qч , кДж/ч, можно определить по формуле
Qч =
Затраты теплоты на вентиляцию зданий
Qч =
Vн ⋅ qв tв − tнв ,
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
g ⋅ m ⋅ св ( tГВС − t х.в )
τ
,
(12.12)
где g – норма потребления горячей воды на помывку одного рабочего, л/(чел. ⋅ сут); m – количество рабочих, чел.; св – средняя
теплоемкость воды в пределах температур tГВС ÷ tх.в , кДж/(кг ⋅ °С).
Поскольку теплоемкость воды в пределах расчетных температур
изменяется не столь значительно, без большой ошибки в инженерных расчетах можно принять ее равной 4,19 кДж/(кг ⋅ °С);
tгвс – расчетная температура в сети горячего водоснабжения, °С.
Данная температура обычно принимается равной 65 °С; tх.в – расчетная температура в сети холодного водоснабжения, °С; τ –
время подготовки горячей воды в бойлерах, ч/сут. Включение
в работу бойлеров производится за некоторое количество времени до момента окончания рабочего дня или смены. Время подготовки зависит от мощности системы теплоснабжения бойлеров
и объемов нагреваемой воды. В расчетах по укрупненным показателям это время обычно принимают в пределах 2÷5 ч/сут.
Годовой расход воды на горячее водоснабжение предприятия Qч , кДж/год, определяется по формуле
181
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Q=
Qч ⋅ τ⋅ n′ .
г
(12.13)
Затем на основании вычисленных теплопотреблений всех
входящих в предприятие систем и установок составляется сводная балансовая таблица расхода теплоты по всему предприятию.
Ниже в сводной балансовой таблице теплопотребления завода ЖБИ (табл. 12.2) обычно вносятся все имеющиеся группы
однотипных установок, где в соседних графах, соответствующих
часовым и годовым теплопотреблениям, записываются значения
ранее вычисленных величин. Аналогичные операции проводятся и со вторым разделом сводной балансовой таблицы, отображающей затраты теплоты на непроизводственные нужды предприятия.
Таблица 12.2
Часовые теплопотреб- Годовые теплопотребНаименование расходных
ления Qч , МДж/ч
ления Qг , ГДж/год
статей
(ГДж/ч)
(ТДж/год)
Затраты теплоты на производственные нужды
Ямные и напольные
пропарочные камеры Семёнова
Кассетные установки
Барабанные сушилки
Подготовка горячей воды для растворов
Другие затраты
Всего на производственные нужды
Затраты теплоты на непроизводственные нужды
На отопление
На вентиляцию
На ГВС
Всего на непроизводственные нужды
Всего на предприятие
182
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
12.3. Определение расхода топлива и подбор котельного
оборудования для теплоснабжения завода ЖБИ
Для теплоснабжения промышленного предприятия в источнике теплоты, которым служит котельная, устанавливаются теплогенерирующие установки (паровые котлы).
Как известно, удельная стоимость выпускаемой продукции
тесно связана со стоимостью тепловой энергии, затрачиваемой
на ее производство. Стоимость вырабатываемой производственно-отопительной котельной тепловой энергии зависит от целого
ряда условий. Большое значение имеет стоимость энергетического ресурса (топлива, подаваемого на сжигание). Однако по целому ряду достоинств в нашем регионе в настоящее время лидирует газовое топливо, в частности природный газ. Наряду с важностью выбора наиболее эффективного и дешевого для района
местонахождения завода топлива велика роль в снижении удельной стоимости производимой продукции и эффективности использования его энергетической составляющей. За это отвечает
грамотный, оптимально сбалансированный по своим техническим требованиям подбор всего теплоэнергетического оборудования котельной, входящего в состав ее тепловой схемы (горелок,
котлов, теплообменников и др.). Основная роль отводится грамотному подбору самих парогенераторов (паровых котлов), которые должны обязательно эксплуатироваться весь срок своей
службы, как в летний, так и в зимний период года с тепловой
нагрузкой, максимально близкой к номинальной.
Рынок паровых котлов в настоящее время очень богат. Существует много котлов как отечественных, так и зарубежных производителей. Однако методика подбора котлов для систем теплоснабжения не зависит от их типа или производительности, и три
основных условия остаются постоянными:
1. Все устанавливаемые в котельной котлы должны иметь
одинаковые тип и паропроизводительность.
2. Количество устанавливаемых в котельной котлов должно
быть не менее двух и (по возможности) не более четырех.
183
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
3. Все работающие в котельной котлы должны эксплуатироваться с нагрузкой, максимально близкой или равной номинальной, как в летний, так и в зимний период года.
Учтя эти условия, можно достичь сравнительно высокого
значения коэффициента полезного действия котельной, что позволить сократить расход топлива на генерирование требуемого количества тепловой энергии и удельную энергоемкость продукции.
Исходя из составленной сводной балансовой таблицы предприятия можно записать, что максимальный часовой расход теп-
фициент, учитывающий потери теплоты при транспортировке по
системе теплоснабжения; зависит от температуры теплоносителя, диаметра трубопроводов и вида тепловой изоляции. Обычно
лоты на предприятии Qч , кДж/ч будет складываться из максимальных часовых расходов теплоты на производственные нужды Qч.пр и непроизводственные нужды Qч.непр :
=
Qч Qч.пр + Qч.непр .
(12.14)
Зная максимальные часовые расходы теплоты на производственные и непроизводственные нужды, можно по формулам
(12.15) и (12.16) вычислить максимальные часовые расходы пара на
производственные и непроизводственные нужды соответственно.
Для производственных нужд, кг/ч,
Д max
ч.пр =
K p ⋅ K тр ⋅ Qч.пр
r
.
(12.15)
Для непроизводственных нужд, кг/ч,
в инженерных расчетах он принимается в пределах 1,05÷1,2; Qч.пр ,
Qч.непр – суммарный максимальный часовой расход теплоты на
производственные и непроизводственные нужды соответственно, кДж/ч; принимается по сводной балансовой таблице предприятия (итоговые величины «Всего на технологические нужды»,
«Всего на нетехнологические нужды»); r – удельная теплота конденсации водяных паров, равная 2260 кДж/кг.
max
По значениям Д max
ч.пр и Д ч.непр вычисляется зимняя Д зим
и летняя Д лет часовые паропроизводительности котельной по
формулам (12.17) и (12.18) соответственно.
Часовая зимняя производительность котельной Дзим , т/ч,
Д зим =
max
Д max
ч.пр + Д ч.непр
1000
.
(12.17)
Часовая летняя производительность котельной, т/ч,
Д лет =
Д max
ч.пр
1000
.
(12.18)
женерных расчетах принимается в пределах 1,2÷1,3; K тр – коэф-
Для подбора котлов нужно знать их тип и производительный
ряд. Например, требуется подобрать двухбарабанные водотрубные
котлы с естественной рециркуляцией марки ДE. Данные котлы
выпускаются отечественными котлостроительными заводами
унифицированной серии с номинальной производительностью
2,5; 4,0; 6,5; 10; 16; 25 т пара/ч.
Для подбора котлов лучше всего использовать табл. 12.3,
определяя и записывая в нее количество котлов и их нагрузку для
каждого типоразмера.
184
185
Д max
ч.непр =
K p ⋅ K тр ⋅ Qч.непр
r
,
(12.16)
где K p – коэффициент резерва (запаса мощности), обычно в ин-
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Период
года
Зима
Лето
Таблица 12.3
Номенклатурный ряд паровых котлов марки ДЕ
ДЕ-2,5
ДЕ-4
ДЕ-6,5
ДЕ-10
ДЕ-16
ДЕ-25
Число котлов
Нагрузка
(100 × β), %
Число котлов
Нагрузка
(100 × β), %
После подбора котлов определяется максимальный часовой
расход натурального топлива для работы котельной в летнем режиме, кг/ч (м3/ч):
max
Вч.лет
=
Д лет ⋅ r ⋅1000
,
Qнр ⋅ ηк
(12.19)
где Qнр – низшая теплота сгорания рабочего состава натурального топлива, кДж/кг (кДж/м3); принимается по таблицам справочной литературы. Для природного газа Qнр = 35 200 кДж/м 3 ; ηк –
коэффициент полезного действия котлов; зависит от типа котлов, вида и метода сжигаемого топлива, а также от качества организации процесса горения и наладки котла. Для котлов марки
ДЕ, работающих на природном газе, ηк можно принять в предеëàõ 0,88÷0,9.
Максимальный часовой расход натурального топлива для
работы котельной в зимнем режиме, кг/ч (м3/ч),
max
ч.лет
В
Д ⋅ r ⋅1000
= зим р
.
Qн ⋅ ηк
(12.20)
Годовой расход натурального топлива на котельную, т/год,
г
=
Bн.т
K p ⋅ K тр ⋅ Qг
1000 ⋅ Qнр
186
⋅ ηк
,
(12.21)
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
где Qг – суммарный максимальный годовой расход теплоты на
производственные и непроизводственные нужды соответственно, кДж/ч; принимается по сводной балансовой таблице предприятия (итоговые величины «Всего на предприятии»).
Годовой расход условного топлива на котельную, т/год,
г
Bу.т
=
K p ⋅ K тр ⋅ Qг
1000 ⋅ Qу.т ⋅ ηк
,
(12.22)
где Qу.т – теплота сгорания условного топлива, кДж/кг; принимается равной 29 310 кДж/кг.
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Определить годовой расход природного газа и условного топлива для
завода ЖБК производительностью 7500 м3 бетонных изделий в год. На заводе
имеется производственный цех размером 144×54×12 м, в котором работает
12 пропарочных камер. Имеется цех подготовки сырья размером 64×24×8 м,
где подогревают и сушат сырье и заполнители для бетонных работ.
Производительность тепловых установок по сырью: песок – 2 м3/ч, щебень – 4 м3/ч. На подогрев песка тратится 60 кг пара /м3, на подогрев щебня –
40 кг пара /м3.
Имеется административное здание размером 32×24×12 м. В цеховых помещениях предприятия работают 240 рабочих.
Теплота сгорания природного газа Qнр = 35 000 кДж/м3 . КПД заводской производственной котельной составляет 90 %.
Решение
Определение затрат теплоты предприятием на производственные
нужды
Часовая производительность ямных камер тепловлажностной обработки
=
Gч
Gг
75 000
м3
=
= 12, 4
.
n′ ⋅ m 252 ⋅ 24
ч
187
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Часовой расход теплоты на работу ямных камер тепловлажностной обработки
кДж
ГДж
.
Qч = Gч ⋅ g п ⋅ r = 12, 4 ⋅ 250 ⋅ 2260 = 7 006 000
= 7, 0
ч
ч
Годовой расход теплоты на работу ямных камер тепловлажностной обработки
кДж
ТДж
Qг = Qч ⋅ m ⋅ n′ = 7 006 448 ⋅ 24 ⋅ 252 = 42 374 997 500
= 42, 4
.
год
год
Часовой расход теплоты на отопление для производственного цеха
(
кДж
ГДж
.
= 0, 27
ч
ч
8 966 910
кДж
ГДж
= 8, 97
.
ч
ч
Годовой расход теплоты на отопление для производственного цеха
Qг = Qч ⋅ 0,5 ⋅ nо ⋅ 24 =
Часовой расход теплоты на отопление для цеха подготовки сырья
(
)
Qч =
Vн ⋅ qо tв − tно а =
кДж
ТДж
= 1, 64
.
год
год
=
( 64 ⋅ 24 ⋅ 8 ) ⋅ 2,1 ⋅ (18 + 26 ) ⋅1, 04 =
1 180 828
кДж
ГДж
= 1,18
.
ч
ч
Годовой расход теплоты на отопление для цеха подготовки сырья
Часовой расход теплоты на разогрев щебня
кДж
ГДж
.
Qч = G ⋅ g п ⋅ r = 4 ⋅ 40 ⋅ 2260 = 361 600
= 0,36
ч
ч
Годовой расход теплоты на разогрев щебня
Qг = Qч ⋅ m ⋅ n′ = 361 600 ⋅ 24 ⋅ 252 = 2 186 956 800
(144 ⋅ 54 ⋅12 ) ⋅ 2,1⋅ (18 + 26 ) ⋅1, 04=
=
Годовой расход теплоты на разогрев песка
Qг = Qч ⋅ m ⋅ n′ = 271 200 ⋅ 24 ⋅ 252 = 1 640 217 600
)
Qч =
Vн ⋅ qо tв − tно а =
кДж
ТДж
= 8 966 910 ⋅ 0, 5 ⋅ 220
=
⋅ 24 23 672 642 000 = 23, 67
.
год
год
Часовой расход теплоты на разогрев песка
Qч = Gч ⋅ g п ⋅ r = 2 ⋅ 60 ⋅ 2260 = 271 200
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
Qг = Qч ⋅ 0,5 ⋅ nо ⋅ 24 =
кДж
ТДж
.
= 1 180 828 ⋅ 0,5 ⋅ 220
=
⋅ 24 2 117 385 920 = 2,12
год
год
Часовой расход теплоты на отопление для административного здания
кДж
ТДж
= 2,19
.
год
год
(
)
Qч =
Vн ⋅ qо tв − tно а =
кДж
ГДж
=0,58
.
ч
ч
Определение затрат теплоты предприятием на
непроизводственные нужды
=( 32 ⋅ 24 ⋅12 ) ⋅ 0,33 ⋅ 4,19 ⋅ (18 + 26 ) ⋅1,04 =583 118
Определение затрат теплоты на отопление
Годовой расход теплоты на отопление для административного здания
Коэффициент, учитывающий изменение удельной тепловой характеристики в зависимости от расчетных температур наружного воздуха,
22
22
a=
0,54 +
=
0,54 +
=
1,04.
о
18
+ 26
tв − tн
188
Qг = Qч ⋅ 0, 5 ⋅ nо ⋅ 24 =
= 583 118 ⋅ 0, 5 ⋅ 220 ⋅=
24 1 539 431 520
189
кДж
ТДж
= 1, 54
.
год
год
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
Определение затрат теплоты на вентиляцию
Определение затрат теплоты на горячее водоснабжение
Часовой расход теплоты на вентиляцию для производственного цеха
Часовой расход теплоты на горячее водоснабжение
(
)
Qч =Vн ⋅ qв tв − tнв =
(144 ⋅ 54 ⋅12 ) ⋅ 0, 25 ⋅ 4,19 ⋅ (18 + 12 )=
=
2 932 330
кДж
ГДж
= 2, 93
.
ч
ч
Годовой расход теплоты на вентиляцию для производственного цеха
Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение
Qг = Qч ⋅ 0,5 ⋅ nо ⋅ 24 =
кДж
ТДж
= 2 932 330 ⋅ 0, 5 ⋅ 220
=
⋅ 24 7 741 351 200 = 7, 74
.
год
год
Часовой расход теплоты на вентиляцию для цеха подготовки сырья
(
)
Qч =Vн ⋅ qв tв − tнв =
=
( 64 ⋅ 24 ⋅ 8 ) ⋅ 0, 25 ⋅ 4,19 ⋅ (18 + 12 ) =
g ⋅ m ⋅ cв ( tГВС − tх.в )
=
τ
60 ⋅ 240 ⋅ 4,19 ⋅ ( 65 − 5 )
кДж
ГДж
=
= 724
=
032
0, 72
.
5
ч
ч
=
Qч
Qг = Qч ⋅ τ ⋅ n′= 724 032 ⋅ 5 ⋅ 252= 912 280 320
Максимальный часовой расходов теплоты на производственные нужды
=
Д max
ч.пр
386 150
кДж
ГДж
= 0, 39
.
ч
ч
= 386 150 ⋅ 0, 5 ⋅ 220 =
⋅ 24 1 019 436 000
кДж
ТДж
= 1, 02
.
год
год
=
Д max
ч.непр
(
)
кДж
ГДж
= 0, 09
.
ч
ч
Годовой расход теплоты на вентиляцию для административного здания
=
( 32 ⋅ 24 ⋅12 ) ⋅ 0, 06 ⋅ 4,19 ⋅ (18 + 12 ) =
92 676
Qг = Qч ⋅ 0,5 ⋅ nо ⋅ 24 =
= 92 676 ⋅ 0,5 ⋅ 220 ⋅ =
24 244 664 640
190
кДж
ТДж
= 0, 24
.
год
год
K p ⋅ K тр ⋅ Qч.непр 1,2 ⋅1,1 ⋅14,86 ⋅106
кг
= = 8679
.
r
2260
ч
Часовая зимняя производительность котельной
Часовой расход теплоты на вентиляцию для административного здания
Qч =Vн ⋅ qв tв − tнв =
K p ⋅ K тр ⋅ Qч.пр 1,2 ⋅1,1 ⋅ 7,63 ⋅106
кг
=
= 4456
.
r
2260
ч
Максимальный часовой расходов теплоты на непроизводственные нужды
Годовой расход теплоты на вентиляцию для цеха подготовки сырья
Qг = Qч ⋅ 0,5 ⋅ nо ⋅ 24 =
кДж
ТДж
= 0,91
.
год
год
=
Д зим
max
Д max
4456 + 8679
т
ч.пр + Д ч.непр
= = 13,14 .
1000
1000
ч
Часовая летняя производительность котельной
Д max
4456
т
ч.пр
=
Д лет
= = 4,46 .
1000 1000
ч
Все рассчитанные выше данные сводим в сводную балансовую таблицу 12.4.
191
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных изделий
Таблица 12.4
Часовые теплопо- Годовые теплопотребНаименование
требления Qч ,
ления Qг , ГДж/год
расходных статей
МДж/ч (ГДж/ч)
(ТДж/год)
Затраты теплоты на производственные нужды
Ямные камеры тепловлажно7,0
42,5
стной обработки
Установка по подогреву песка
0,27
1,64
Установка по подогреву
0,36
2,19
щебня
Всего на производственные
7,63
46,33
нужды
Затраты теплоты на непроизводственные нужды
На отопление производствен8,97
23,67
ного цеха
На отопление цеха подготов1,18
2,12
ки сырья
На отопление административ0,58
1,54
ного здания
На вентиляцию производст2,93
7,74
венного цеха
На вентиляцию цеха подго0,39
1,02
товки сырья
На вентиляцию администра0,09
0,24
тивного здания
На горячее водоснабжение
0,72
0,91
Всего на непроизводственные
14,86
37,24
нужды
Максимальный часовой расход натурального топлива для работы котельной в летнем режиме
Всего на предприятии
Период
года
Зима
Лето
Показатели
котельной
Число котлов
Нагрузка
(100 × β), %
Число котлов
Нагрузка
(100 × β), %
22,49
max
=
Вч.лет
Д лет ⋅ r ⋅1000 4, 46 ⋅ 2260 ⋅1000
м3
=
= 318
.
р
35 200 ⋅ 0,9
ч
Qн ⋅ ηк
Максимальный часовой расход натурального топлива для работы котельной в зимнем режиме
max
=
Вч.лет
Д зим ⋅ r ⋅1000 13,14 ⋅ 2260 ⋅1000
м3
=
= 937
.
р
35 200 ⋅ 0,9
ч
Qн ⋅ ηк
Годовой расход натурального топлива на котельную
г
=
Bн.т
K p ⋅ K тр ⋅ Qг 1, 2 ⋅1,1 ⋅ 83,57 ⋅109
тыс. м3
=
=
3482
.
год
1000 ⋅ Qнр ⋅ ηк 1000 ⋅ 35 200 ⋅ 0,9
Годовой расход условного топлива на котельную
г
=
Bу.т
K p ⋅ K тр ⋅ Qг
1, 2 ⋅1,1 ⋅ 83,57 ⋅109
т у.т
=
= 4182
.
1000 ⋅ Qу.т ⋅ ηк 1000 ⋅ 29 310 ⋅ 0,9
год
83,57
Таблица 12.5
Номенклатурный ряд паровых котлов марки «ДЕ»
ДЕ-2,5
ДЕ-4
ДЕ-6,5
ДЕ-10
ДЕ-16
ДЕ-25
6
4
2
2
1
1
88
82
101
66
82
53
2
1
1
1
1
1
89
56
69
45
28
18
Принимаем к установке 2 котла марки ДЕ-6,5.
192
193
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Глава 13. Мероприятия по охране труда и окружающей среды
Тепловые установки на заводах строительных материалов
и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как
их работа связана с выделением теплоты, влаги, пыли, дымовых
газов, поэтому условия труда при эксплуатации таких установок
строго регламентируются соответствующими правилами и инструкциями. Контроль за соблюдением правил и инструкций по
охране труда и технике безопасности осуществляется органами
государственного надзора и общественными организациями, которые и разрабатывают эти нормы.
По действующим нормативам в цехах, где размещаются тепловые установки, необходимо иметь паспорт установленной формы с протоколами и актами испытаний, осмотров и ремонтов на
каждую установку; рабочие чертежи находящегося в цеховых
помещениях оборудования и схемы размещения контрольно-измерительных приборов (КИП); исполнительные схемы всех трубопроводов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации и ремонту. В таких инструкциях должно быть краткое описание установок, порядок их пуска, условия
безопасной работы, порядок остановки, а также указаны меры предотвращения аварии. Кроме того, инструкции должны содержать
четкие указания о порядке допуска к ремонту установок, мерах
безопасного обслуживания и противопожарных мероприятиях.
На стадии проектирования предусматриваются нормы безопасной работы и эксплуатации тепловых установок. Каждая тепловая установка разрабатывается с таким расчетом, чтобы создавались оптимальные условия ведения технологического процесса и безопасные условия труда. Для этого необходимо, чтобы
поверхности установок были теплоизолированы и имели температуру не выше 40 °С.
Проектировать топки, сушила, печи, в которых используются
продукты горения топлива, разрешается только на давление ме-
нее атмосферного (разрежение). Установки для тепловлажностной обработки проектируют с обязательной герметизацией, оборудуют вентиляцией рабочего пространства, которая включается
перед выгрузкой изделий и тем самым позволяет удалять пар из
установки.
Оборудование тепловых установок проектируют с ограждением, а его включение в работу должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Площадки для обслуживания,
находящиеся выше уровня пола, оборудуют прочным ограждением и сплошной обшивкой по нижнему контуру.
Отопление и вентиляция цехов, в которых устанавливают
тепловые установки, необходимо рассчитывать с учетом выделения теплоты, испарения влаги и выделения пыли. Все переносное освещение делают низковольтным.
Электрооборудование тепловых установок должно быть запроектировано с ограждением и заземлением.
Особое внимание при проектировании тепловых установок
следует уделять очистке работающих теплоносителей от уносов
пыли и мелких частиц материала. По нормативным указаниям
для тепловых установок следует проектировать специальные очистные устройства.
При эксплуатации тепловых установок в цехах, где они расположены, кроме соблюдения требований, упомянутых в общих
положениях, обязательно должны быть вывешены на видном
месте инструкции по правилам эксплуатации установок и охране труда. Весь обслуживающий персонал тепловых установок
допускается к работе только после обучения, а также после обязательного документального оформления проверки его знаний.
Крышки ямных пропарочных камер должны быть достаточно герметичны и оборудованы водяными затворами. На стенах
ямных камер предусматривают скобы для спуска рабочих при
ремонте и чистке. Каждую такую камеру оборудуют вентиляцией.
Туннельные и щелевые камеры снабжают блокировкой
снижателей и подъемников для загрузки форм-вагонеток. Все
камеры, пакеты и кассеты должны иметь герметичные системы
194
195
Глава 13. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА
И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
подвода пара, оборудованные надежными вентилями. В цехах,
где расположены камеры, кассеты, пакеты и другие установки,
обязательно устраивают приточно-вытяжную вентиляцию.
Электрооборудование и электроприборы, размещенные
в цехах, где производят тепловлажностную обработку, должны
быть рассчитаны на работу во влажной среде. Электродвигатели
должны иметь обязательное заземление.
В цехах, где расположены установки для тепловлажностной
обработки, вывешивают инструкции по охране труда при обслуживании данных тепловых установок.
196
Рекомендуемая литература
1. Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении
энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» // Российская газета. – 2009. – 27 ноября.
2. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. – СПб. :
ЦОТПБСППО, 2012. – 220 с.
3. СН 513-79. Временные нормы для расчета расхода тепловой энергии
при тепловлажностной обработке сборных бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях. – М.: Стройиздат, 1980.
4. СНиП 23–1–99. Строительная климатология. – М. : Госстрой России,
2000. – 56 с.
5. Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод) /
под ред. С. И. Мочана. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л. : Энергия, 1977. – 256 с. : ил.
6. Брюханов О. Н. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики :
учебник / О. Н. Брюханов, В. И. Коробко, А. Т. Мелик-Аракелян. – М. : ИНФРА-М, 2012. – 254 с.
7. Вознесенский А. А. Тепловые установки в производстве строительных
материалов и изделий / А. А. Вознесенский. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. :
Стройиздат, 1964. – 440 с.
8. Голубков, Б. Н. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение
промышленных предприятий / Б. Н. Голубков, О. Л. Данилов, Л. В. Зосимовский [и др.]. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Энергия, 1979. – 544 с. : ил.
9. Исаченко В. П. Теплопередача : учебник для вузов / В. П. Исаченко
[и др.]. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Энергия, 1975 г. – 488 с. : ил.
10. Кронгауз С. Д. Тепловая обработка и теплоснабжение на заводах сборного железобетона. / С. Д. Кронгауз. – М. : Госстройиздат, 1961. – 271 с.
11. Кудинов А. А. Тепломассообмен : учеб. пособие / А. А. Кудинов. – М.
: ИНФРА-М, 2012. – 375 с.
12. Лариков Н. Н. Общая теплотехника : учеб. пособие для вузов /
Н. Н. Лариков. – М. : Стройиздат, 1975. – 559 с. : ил.
13. Мазуров Д. Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих
материалов / Д. Я. Мазуров. – М. : Стройиздат, 1975. – 288 с.
14. Марьямов Н. Б. Тепловая обработка изделий на заводах сборного
железобетона / Н. Б. Марьямов. – М. : Стройиздат, 1970. – 272 с.
15. Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. –
2-е изд., стереотип. – М. : Энергия, 1977 г.
16. Перегудов В. В. Теплотехника и теплотехническое оборудование
в технологии строительных изделий и деталей : учебник для вузов / В. В. Перегудов, М. И. Роговой. – М. : Стройиздат, 1983. – 416 с. : ил.
197
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
17. Перегудов В. В. Теплотехника и теплотехническое оборудование /
под ред. Н. Ф. Еремина. – М. : Стройиздат, 1990. – 336 с. : ил.
18. Пущина Э. А. Коммунальная и промышленная теплоэнергетика : учеб.
пособие по подготовке и повышению квалификации персонала организаций,
поднадзорных Федеральной службе по экологическому, технологическому
и атомному надзору / Э. А. Пущина, Е. А. Бирюзова. – СПб. : ЦОТПБСППО,
2011. – 172 с.
19. Рябинкин В. Н. Безопасность тепловых энергоустановок в вопросах
и ответах : учебно-методические материалы / В. Н. Рябинкин, А. Б. Каганов. –
М. : ЗАО «Энергосервис», 2007. – 472 с.
20. Талиев В. Н. Аэродинамика вентиляции : учеб. пособие для вузов /
В. Н. Талиев. – М. : Стройиздат, 1979. – 295 с. : ил.
ПРИЛОЖЕНИЯ
198
199
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
Приложение II
Приложение I
Перевод физических величин из одних единиц измерения в другие
Сила, вес, нагрузка
Поверхностная нагрузка
1 кгс = 9,81 Н
1 кгс/м2 = 9,81 Н/м2
Давление
1 кгс/см2 = 9,81⋅104 Па ≈ 0,1 МПа
1 мм вод. ст. = 9,81 Па
1 мм рт. ст. = 133,3 Па
1 бар = 0,1 МПа = 105 Па
1 даПа = 10 Па
1 кПа = 103 Па = 100 даПа
1 МПа = 106 Па = 103 кПа
Механическое напряжение
Удельный вес
Работа (энергия)
1 кгс/мм2 = 9,81⋅106 Па ≈ 10 МПа
1 кгс/м3 = 9,81 Н/м3
1 кгс⋅м = 1 Н⋅м = 9,81 Дж
Мощность
1 кгс⋅м/с = 9,81 Вт
1 л. с. = 735,5 Вт
1 ккал/ч ≈ 1,163 Вт
1 Вт = 3,6 кДж/ч
Динамическая вязкость
Количество теплоты
1 кгс⋅с/м2 = 9,81 Па⋅с
1 кал = 4,187 Дж
1 ккал = 4,187⋅103 Дж = 4,187 кДж
Удельная теплоемкость
1 ккал/(кг⋅°C) = 4,187⋅103 Дж/(кг⋅°C)
1 ккал/(кг⋅°C) = 4,187 кДж/(кг⋅°C)
1 ккал/(м3⋅°C) = 4,187 кДж/(м3⋅°C)
Плотность теплового потока
Коэффициент теплопередачи
Коэффициент теплопроводности
Тепловое напряжение
1 ккал/(ч⋅м2) = 1,163 Вт/м2
1 ккал/(ч⋅м2⋅°C) = 1,163 Вт/(м2⋅°C)
1 ккал/(ч⋅м⋅°C) = 1,163 Вт/(м⋅°C)
1 ккал/(ч⋅м3) = 1,163 Вт/м3
200
201
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Более 4
Менее 4
Жесткость
бетонной
смеси,
сек
Более 30
Менее 30
Более 30
Менее 30
Допустимая скорость подъема температуры
dt/dτн, °С/ч, при тепловлажностной обработки
Жестких,
закрытых
Не ограничивается
Не ограничивается
Открытых
На поддоне
30
35
20
15
20
–
15
–
200
1,5÷1,3
300
2,0÷1,7
400
2,5÷2,2
Таблица 2
Допустимая скорость снижения температуры в камере dt/dτо
при охлаждении изделий из портландцементных бетонов
Вид изделий
Мелкие изделия с толщиной до 100 мм (модуль
поверхности больше 20)
Изделия с толщиной до
200 мм (модуль поверхности больше 10)
Крупные изделия с толщиной больше 200 мм (модуль
поверхности меньше 10)
Условия
тепловлажностной обработки
В формах
Допустимая скорость снижения
температуры dt/dτо, °С/ч, при
проектной прочности бетона
200 и менее
300 и более
40
50
Без форм
30
40
В формах
25
35
Без форм
20
40
В формах
25
35
Без форм
20
30
Общий цикл тепловлажностной
обработки, ч
Время предварительной
выдержки до
начала тепловой обработки
Ориентировочные
значения Ц/В бетона
Таблица 1
Допустимая скорость подъёма температуры в камере dt/dτн
при прогреве изделий из портландцементных бетонов
Таблица 3
Нарастание прочности тяжелого бетона на портландцементных
и шлакопортландцементных вяжущих марок 400÷500 при tи = 80÷85 °С
Проектная прочность в возрасте
28 сут
Приложение III
Приложения
5
7
9
11
13
16
20
5
7
9
11
13
16
20
5
7
9
11
13
16
20
Прочность бетона, % от проектной, при
испытании контрольных образцов после
окончательного цикла тепловлажностной
обработки через промежутки времени
0,5 ч
в горя4ч
12 ч
24 ч
чем состоянии
20÷30
30÷40
34÷44
38÷48
33÷43
40÷50
43÷53
48÷58
41÷51
47÷57
50÷60
55÷65
47÷57
52÷62
55÷65
60÷70
52÷62
56÷66
60÷70
61÷71
55÷65
58÷68
62÷72
64÷74
57÷67
60÷70
63÷73
65÷75
28÷38
35÷45
38÷48
41÷51
38÷48
45÷55
48÷58
50÷60
47÷57
52÷62
55÷65
58÷68
52÷62
57÷67
60÷70
63÷73
56÷66
60÷70
64÷74
66÷76
60÷70
63÷73
66÷76
68÷78
62÷72
65÷75
68÷78
70÷80
36÷46
40÷50
43÷53
46÷56
46÷56
50÷60
53÷63
55÷65
52÷62
56÷66
60÷70
61÷71
58÷68
61÷71
64÷74
65÷75
62÷72
65÷75
68÷78
69÷79
65 ÷ 75
68 ÷ 78
70 ÷ 80
71 ÷ 81
66 ÷ 76
70 ÷ 80
72 ÷ 82
74 ÷ 84
Таблица 4
Коэффициенты сокращения продолжительности общего цикла
тепловлажностной обработки
Условия тепловлажностной обработки
В форме без укрытия
В форме с укрытием металлическим листом
В форме с укрытием резиновым листом или пленкой
202
203
Коэффициенты k
1,0
0,8
0,85
Приложение IV
Эскиз безнапорной пропарочной камеры периодического действия
B
Sогр
a′
b
b′
b′
Приложения
Приложение V
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
l
L
d
Sкр
Lк
a″
Sогр
a′
c
c′
a
H
b″
L
Lк
204
205
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
Окончание прил. V
Приложение VI
Цемент
Портландцемент
марки 400÷500
Шлакопортландцемент
марки 400÷500
Цемент
Портландцемент
марки 400÷500
Шлакопортландцемент
марки 400÷500
Таблица 1
Расход тепловой энергии для разогрева бетона
на тяжелых заполнителях с учетом тепловыделения цемента при марках бетона, МДж/м3
М 100÷250
М 300÷350
М 400÷500
126
109
92
151
126
100
Таблица 2
Расход тепловой энергии для разогрева легкого
бетона с учетом тепловыделения цементов
при марках бетона, МДж/м3
М 50÷250
М 150÷250
М 300÷350
Масса металла, т на 1 м3 бетона
Расход тепловой энергии
для разогрева металла форм
и форм-вагонеток, МДж/м3
71
100
80
80
109
100
2
80
3
4
5
6
7
Таблица 3
8
9
113 146 180 214 247 280 314
Примечание. Если конечная температура разогрева отлична от стандартной, то значения расходов энергии в табл. 1÷3 следует принимать с коэффиtк − 15
t − 15
для ∆ t =65 °C и K = к
для ∆ t =75 °C .
65
75
Таблица 4
Толщина наружных стен ограждений
0,4
0,3
0,2
0,15
камеры из тяжелого бетона, м
Удельные потери тепла q1 с поверхности F1 надземной части стен камерного
11,3
13,6
17,0
19,2
блока из тяжелого бетона в процессе
пропаривания, МДж/м2
Примечание. При режимах тепловой обработки с параметрами τ′0 и ∆ t′ ,
отличными от стандартных, значения табл. 4 принимаются с коэффициентом
K = (∆t ′ − τ′0 ) / 650 .
циентами K =
206
207
0,4
0,3
0,2
0,15
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
–
20,9
19,7
18,8
23,9
23,0
20,9
18,8
24,9
23,9
21,6
18,8
25,5
24,7
22,0
18,9
26,2
25,1
22,4
19,1
26,8
25,5
22,8
19,2
27,2
25,7
23,0
19,5
27,8
26,0
23,2
19,6
28,3
26,4
23,4
19,7
28,7
27,2
23,6
19,7
Примечание. При длительности остывания с параметрами τ1 и τ2, отличными от стандартных, величины табл. 5 принимаются с коэффициентами
табл. 7.
Таблица 6
Удельные потери тепла q3, МДж/м2, с поверхности F2
Толщина
перегородок камерного блока при остывании после
перегородок
прекращения подачи пара при F1 /Vк, 1/м
камерного
блока из
тяжелого
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
бетона, м
0,4
0,3
0,2
0,15
–
33,0
28,3
23,4
37,3
34,1
28,5
23,7
37,7
34,9
28,9
24,1
38,9
35,8
29,3
24,3
39,8
36,3
29,7
24,5
40,6
36,8
30,1
24,7
41,4
37,3
30,5
24,9
42,3
37,7
30,9
25,1
42,7
37,9
31,1
25,3
43,3
38,3
31,4
25,5
Примечание. При длительности остывания с параметрами τ1 и τ2, отличными от стандартных, величины табл. 6 принимаются с коэффициентами табл. 7.
Время остывания закрытой камеры,
τ1, ч
2
4
6
8
Таблица 7
Коэффициенты при времени остывания камеры τ2
с открытой крышкой, ч
3
4
6
8
10
0,55
0,61
0,67
0,73
0,68
0,74
0,77
0,82
0,90
0,92
0,96
1,00
1,06
1,10
1,14
1,16
1,23
1,27
1,30
1,31
208
Таблица 8
Удельные потери тепла q2, МДж/м , с поверхности F2
надземной части наружных стен камерного блока
при остывании в течение выходных дней при F1 /Vк, 1/м
2
Толщина наружных
стен ограждений
камерного блока из
тяжелого бетона, м
Таблица 5
Удельные потери тепла q2, МДж/м2, с поверхности
надземной части наружных стен камеры F1 при остывании
после прекращения подачи пара при F1 /Vк, 1/м
Приложения
0,4
0,3
0,2
0,15
Толщина перегородок камерного
блока из тяжелого
бетона, м
Толщина наружных стен ограждений камерного
блока из тяжелого
бетона, м
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
0,4
0,3
0,2
0,15
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
–
31,0
25,1
21,1
36,0
32,6
26,0
21,8
38,5
33,5
26,8
22,3
40,6
34,3
27,6
22,7
42,3
35,2
28,0
22,9
44,0
36,0
28,3
23,1
45,2
36,8
28,7
23,2
46,0
37,7
29,1
23,4
47,1
38,5
29,7
23,4
47,7
39,8
30,1
23,5
Таблица 9
Удельные потери тепла q′3, МДж/м2, с поверхности
перегородок камерного блока при остывании в течение
выходных дней при F1 /Vк, 1/м
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
–
46,0
33,5
26,8
54,4
47,3
34,8
27,6
58,2
79,0
35,8
28,0
60,7
50,7
36,6
28,7
63,2
51,9
37,7
29,1
65,7
53,2
38,3
29,5
67,0
54,4
38,9
29,7
69,1
55,3
39,4
29,9
70,8
56,1
39,8
30,1
72,0
57,0
–
–
Длительность выдерживания в закрытой камере
τ0 + τ1, ч
Потери тепла в грунт q4
с поверхности F3 днища
и части наружных стен камеры, расположенных ниже
нулевой отметки, МДж/м2
Таблица 10
10
12
14
16
18÷24
16,3
14,9
13,8
13,2
12,6
Примечания: Значения температур грунта tа на границе нулевых колебаний даны на геотермической карте России и СНГ в прил. VII.
При значениях h и tа, отличных от стандартных, величины табл. 10 принимаются с коэффициентами, приведенными в табл. 11.
209
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Толщина перегородок камерного
блока из керамзитобетона, м
Таблица 11
Коэффициент
1,15
0,90
0,85
0,80
1,13
0,90
0,80
0,3
0,2
0,15
0,3
0,2
0,15
5,70
7,90
9,60
Толщина наружных
стен камерного блока из керамзитобетона, м
Примечание. При режимах, отличных от стандартных, значения табл. 12
принимаются с коэффициентами согласно примечанию к табл. 4.
0,3
0,2
0,15
Таблица 13
2
Удельные потери тепла q2, МДж/м , с поверхности F1
надземной части наружных стен камер из керамзитобетона
при остывании после прекращения подачи пара при F1 /Vк, 1/м
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
25,3
20,7
16,7
26,0
20,7
17,0
26,8
21,1
17,2
27,2
21,3
17,3
27,6
21,6
17,4
28,0
21,7
17,5
28,5
21,8
17,6
28,9
21,9
17,6
29,3
22,0
17,7
29,7
–
17,7
0,3
0,2
0,15
Таблица 15
Удельные потери тепла q′2, МДж/м , с поверхности F1
надземной части наружных стен камер из керамзитобетона
при остывании в течение выходных дней при F1 /Vк, 1/м
2
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
16,7
13,3
11,2
18,4
13,6
11,4
19,2
14,1
11,6
19,6
14,3
11,7
19,9
14,5
11,8
20,1
14,6
11,9
20,5
14,8
11,9
20,7
14,9
12,0
20,9
15,0
12,0
21,1
15,1
–
1,2
14,63 14,79 14,92 15,05 15,22 15,38 15,55 15,72 15,88 16,04
12,12 12,12 12,12 12,29 12,46 12,62 12,75 12,92 12,96 13,17
10,45 10,62 10,70 10,78 10,83 10,87 10,87 10,87 10,87 10,87
Примечание. При длительности остывания камер, отличной от стандартных условий, значения табл. 13 принимаются с коэффициентами табл. 7.
210
Таблица 14
Удельные потери тепла q3, МДж/м2, с поверхности
перегородок камер из керамзитобетона при остывании
после прекращения подачи пара при F1 /Vк, 1/м
Примечание. При длительности остывания камер, отличной от стандартных условий, значения табл. 14 принимаются с коэффициентами табл. 7.
Толщина наружных
стен ограждений
камерного блока из
керамзитобетона, м
Таблица 12
Толщина наружных стен ограждения
камеры из керамзитобетона, м
Потери тепла q1 с поверхности F1
надземной части наружных стен камеры в процессе пропаривания, МДж/м2
Толщина перегородок камерного
блока из керамзитобетона, м
Значения
h, м:
0
1,0
1,5
2,0
tа, °С:
0
+10
+15
Приложения
0,3
0,2
0,15
Таблица 16
Удельные потери тепла q′3, МДж/м2, с поверхности
перегородок камер из керамзитобетона при остывании
в течение выходных дней при F1 /Vк, 1/м
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
31,8
22,6
17,8
33,1
23,7
18,1
34,1
24,3
18,4
34,8
24,5
18,5
35,4
24,7
18,7
36,0
24,8
18,8
36,4
25,0
18,8
36,6
25,1
18,8
36,8
25,2
18,8
36,9
25,3
18,8
211
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Таблица 17
Толщина днища
Удельные
и подземной части
потери,
стен, м
МДж/м2
С подсыпкой из керамзитового
гравия толщиной 0,2 м
0,15
3,77
0,20
3,56
0,30
2,51
Толщина днища
Удельные
и подземной части
потери,
стен, м
МДж/м2
Без подсыпки из керамзитового
гравия
0,15
12,6
0,20
11,5
0,30
9,42
Примечание. При нестандартных условиях значения принимаются с коэффициентами, приведенными в табл. 11.
Таблица 18
Коэффициент тепКоэффициент эффективности утепления ограждений
лопроводности λи
ямных камер αср при толщине слоя тепловой
тепловой изоляизоляции, м
0,04
0,06
0,08
0,12
0,15
ции, Вт/(м ⋅°С)
При толщине стен из тяжелого бетона 0,3 м
0,04
0,79
0,89
–
–
–
0,07
0,70
0,80
0,85
0,85
–
0,10
0,62
0,69
0,76
0,82
0,86
0,14
0,57
0,65
0,69
0,79
0,82
0,17
–
–
0,68
0,72
0,80
При толщине стен из тяжелого бетона 0,2 м
0,04
0,89
–
–
–
–
0,07
0,80
0,86
0,88
–
–
0,10
0,79
0,81
0,84
0,88
–
0,14
0,66
0,74
0,80
0,84
0,87
0,17
0,61
0,69
0,75
0,82
0,86
При толщине стен из тяжелого бетона 0,15 м
0,07
0,83
0,88
0,90
0,93
–
0,10
0,78
0,83
0,86
0,90
–
0,14
0,72
0,79
0,83
0,87
–
0,17
0,61
0,76
0,80
0,85
–
Коэффициент эффективности утепления днища αдн
Тепловое сопротивление изоляции днища Rи,
2
м ⋅°С/Вт
212
Таблица 19
0,5 0,63 0,7 0,8 0,85
0,5 0,7 0,9 1,1 1,3
Приложения
Толщина воздушной
дн
прослойки δв.п
днища, м
Тепловое сопротивление
прослойки Rв.п, м2⋅°С/Вт
Толщина
бетонных
стен камеры, м
0,3
0,2
0,15
Таблица 20
0,02 0,05 0,07 0,10 0,12 0,15 0,20 0,25
0,5
0,6
Количество тонких экранов, n
Количество воздушных
прослоек,
n+1
–
1
2
3
4
–
1
2
3
4
–
1
2
3
4
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Тип грунта
Грунт (10 % воды)
Грунт (20 % воды)
Грунт песчаный
Грунт сухой
Грунт утрамбованный
0,65
0,7
0,75 0,75
0,8
0,85
Таблица 21
Коэффициенты тепловой эффективности ограждений с экранной изоляцией αср при толщине воздушной
прослойки L, м
0,2
0,15
0,10
0,05
0,62
0,76
0,81
0,82
0,83
0,68
0,80
0,83
0,84
0,85
0,76
0,83
0,87
0,88
0,89
0,60
0,74
0,78
0,81
0,82
0,66
0,78
0,82
0,84
0,84
0,75
0,82
0,86
0,87
0,88
0,57
0,72
0,77
0,80
0,81
0,65
0,77
0,81
0,83
0,84
0,74
0,81
0,85
0,86
0,88
0,53
0,70
0,76
0,79
0,80
0,61
0,71
0,80
0,82
0,83
0,72
0,80
0,84
0,85
0,87
Таблица 22
Коэффициент теплопроводности
грунта λгр, Вт/(м ⋅ °С)
1,75
2,1
1,16
0,4
1,05
213
Количество тонких экранов, n
–
1
2
3
4
–
1
2
3
4
–
1
2
3
4
Количество тонких экранов, n
–
1
2
3
4
Количество воздушных
прослоек,
n+1
Таблица 23
Коэффициент тепловой эффективности экранной
изоляции ограждений из асбоцементных листов
с несущими каркасными элементами при толщине
воздушной прослойки L, м
0,20
0,15
0,10
При отражающих покрытиях из алюминиевой фольги
1
0,86
0,85
0,84
2
0,89
0,88
0,88
3
0,90
0,90
0,90
4
0,92
0,92
0,91
5
0,92
0,91
0,90
При отражающих покрытиях из алюминиевой краски
1
0,78
0,77
0,76
2
0,84
0,84
0,83
3
0,86
0,86
0,86
4
0,88
0,88
0,87
5
0,89
0,89
0,88
Без отражающих покрытий
1
0,68
0,67
0,66
2
0,76
0,76
0,75
3
0,82
0,81
0,81
4
0,84
0,84
0,84
5
0,86
0,86
0,85
Количество
воздушных
прослоек,
n+1
1
2
3
4
5
0,05
0,83
0,87
0,89
0,91
0,90
0,75
0,82
0,85
0,87
0,88
0,65
0,75
0,80
0,83
0,85
Таблица 24
Тепловое сопротивление Rпер, (м2⋅°С)/Вт,
при толщине воздушной прослойки L, м
0,20
0,15
0,10
0,05
0,66
1,12
1,50
1,80
2,06
0,62
1,02
1.35
1.59
1.84
0,59
0,95
1,24
1,49
1,72
0,53
0,87
1,19
1,40
1,60
214
Приложения
Приложение VII
Геотермическая карта России и стран СНГ температур грунта на границе нулевых амплитуд
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
215
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
Приложение VIII
0,46
0,52
1300
0,52
0,58
1400
0,58
0,64
1500
0,64
0,70
1600
0,70
0,76
550
550
600
700
550
600
700
550
600
700
800
550
600
700
800
400
390
370
350
370
360
340
370
350
330
320
370
350
320
310
0,75
0,75
0,75
0,75
0,85
0,75
0,75
0,80
0,85
0,85
0,75
0,70
0,75
0,80
0,75
0,05
0,20
0,30
–
0,35
0,25
0,15
0,40
0,40
0,35
–
0,50
0,45
0,40
0,20
0,40
0,25
0,35
0,50
0
0,20
0,30
–
–
0,05
0,45
–
–
–
0,25
Примечание. Приведённые составы рассчитаны на применение портландцемента марки 400; керамзитового гравия фракции 5÷20 мм, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 9359–80, I категории качества; строительного песка
Мк = 2÷2,5, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 10268–80; керамзитового
песка (дробленого или обжигового), получаемого при производстве керамзита и удовлетворяющего требованиям ГОСТ 0759–76.
216
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТАНДАРТ
ТРУБЫ СТАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСВАРНЫЕ ПРЯМОШОВНЫЕ
Сортамент
керамзитового
1200
песка, м3
строительного
10
керамзита, м3
6
Расход на 1 м3
цемента, кг
Расчетный коэффициент теплопроводности λ,
Вт/(м ⋅ °С), при
влажности, %
Марка керамзита
по объёмной массе
Объемная масса бетона
в сухом состоянии, кг/м3
Составы керамзитобетона для ограждений пропарочных камер
Приложение IX
ГОСТ 10704 – 91
Electrically welded steel line-weld tubes. Range
MKC 23.040.10
ОКП 13 7300, 13 8100, 13 8300
Дата введения 01.01.93
1. Настоящий стандарт устанавливает сортамент стальных электросварных прямошовных труб.
2. Размеры труб должны соответствовать табл. 1.
3. По длине трубы изготовляют:
немерной длины:
при диаметре до 30 мм – не менее 2 м;
при диаметре св. 30 до 70 мм – не менее 3 м;
при диаметре св. 70 до 152 мм – не менее 4 м;
при диаметре св. 152 мм – не менее 5 м.
По требованию потребителя трубы групп А и В по ГОСТ 10705 диаметром свыше 152 мм изготовляют длиной не менее 10 м, трубы всех групп диаметром до 70 мм – длиной не менее 4 м;
мерной длины:
при диаметре до 70 мм – от 5 до 9 м;
при диаметре св. 70 до 219 мм – от 6 до 9 м;
при диаметре св. 219 до 426 мм – от 10 до 12 м.
Трубы диаметром свыше 426 мм изготовляют только немерной длины.
По согласованию изготовителя с потребителем трубы диаметром свыше 70 до
219 мм допускается изготовлять от 6 до 12 м;
кратной длины кратностью не менее 250 мм и не превышающей нижнего предела, установленного для мерных труб. Припуск для каждого реза устанавливается по 5 мм (если другой припуск не оговорен) и входит в каждую кратность.
217
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
10
10,2
12
13
14
(15)
16
(17)
18
19
20
21,3
22
(23)
24
25
26
27
28
30
32
33
33,7
35
36
38
40
42
44,5
45
48
48,3
51
53
1,0
1,2
1,4
(1,5)
1,6
1,8
2,0
2,2
2,5
2,8
0,222
0,227
0,271
0,296
0,321
0,345
0,370
0,395
0,419
0,444
0,469
0,501
0,518
0,543
0,567
0,592
0,617
0,641
0,666
0,715
0,765
0,789
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0,260
0,266
0,320
0,349
0,379
0,408
0,438
0,468
0,497
0,527
0,556
0,595
0,616
0,645
0,675
0,704
0,734
0,764
0,793
0,852
0,911
0,941
0,962
1,00
1,03
1,09
1,15
1,21
1,28
1,30
–
–
–
–
–
–
0,366
0,401
0,435
0,470
0,504
0,539
0,573
0,608
0,642
0,687
0,711
0,746
0,780
0,815
0,849
0,884
0,918
0,987
1,06
1,09
1,12
1,16
1,19
1,26
1,33
1,40
1,49
1,51
1,61
1,62
1,71
1,78
–
–
0,388
0,425
0,462
0,499
0,536
0,573
0,610
0,647
0,684
0,732
0,758
0,795
0,832
0,869
0,906
0,943
0,980
1,05
1,13
1,17
1,19
1,24
1,28
1,35
1,42
1,50
1,59
1,61
1,72
1,73
1,83
1,91
–
–
0,410
0,450
0,489
0,529
0,568
0,608
0,719
0,687
0,726
0,777
0,805
0,844
0,884
0,923
0,963
1,00
1,04
1,12
1,20
1,24
1,27
1,32
1,36
1,44
1,52
1,59
1,69
1,71
1,83
1,84
1,95
2,03
–
–
–
–
–
–
–
–
0,789
0,764
0,808
0,866
0,897
0,941
0,985
1,03
1,07
1,12
1,16
1,25
1,34
1,38
1,42
1,47
1,52
1,61
1,70
1,78
1,90
1,92
2,05
2,06
2,18
2,27
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0,838
0,888
0,952
0,986
1,04
1,09
1,13
1,18
1,23
1,28
1,38
1,48
1,53
1,56
1,63
1,68
1,78
1,87
1,97
2,10
2,12
2,27
2,28
2,42
2,52
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1,13
1,18
1,24
1,29
1,35
1,40
1,51
1,62
1,67
1,71
1,78
1,83
1,94
2,05
2,16
2,29
2,32
2,48
2,50
2,65
2,76
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1,26
1,33
1,39
1,45
1,51
1,57
1,70
1,82
1,88
1,92
2,00
2,07
2,19
2,31
2,44
2,59
2,62
2,81
2,82
2,99
3,11
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
2,02
2,09
2,13
2,22
2,29
2,43
2,57
2,71
2,88
2,91
3,12
3,14
3,33
3,47
218
Наружный
диаметр, мм
Теоретическая масса 1 м труб, кг, при толщине стенки, мм
Продолжение табл. 1
54
57
60
63,5
70
73
76
88
89
95
102
108
114
127
133
140
152
159
168
177,8
180
193,7
219
244,5
Теоретическая масса 1 м труб, кг, при толщине стенки, мм
1,0
1,2
1,4
(1,5)
1,6
1,8
2,0
2,2
2,5
2,8
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1,82
1,92
2,02
2,14
2,37
2,47
2,58
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1,94
2,05
2,16
2,29
2,53
2,64
2,76
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
2,07
2,19
2,30
2,44
2,70
2,82
2,94
3,21
3,45
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
2,32
2,45
2,58
2,74
3,03
3,16
3,29
3,60
3,87
–
4,45
4,71
4,98
5,56
5,82
6,13
6,67
6,98
7,38
7,81
–
–
–
–
2,56
2,71
2,86
3,03
3,35
3,50
3,65
4,00
4,29
4,59
4,93
5,23
5,52
6,17
6,46
6,81
7,40
7,74
8,19
8,67
–
9,46
–
–
2,81
2,97
3,14
3,33
3,68
3,84
4,00
4,38
4,71
–
5,41
5,74
6,07
6,77
7,10
7,48
8,13
8,51
9,00
9,53
–
10,39
–
–
3,18
3,36
3,55
3,76
4,16
4,35
4,53
4,96
5,33
5,70
6,13
6,50
6,87
7,68
8,05
8,48
9,22
9,65
10,20
10,81
–
11,79
13,35
–
3,54
3,74
3,95
4,19
4,64
4,85
5,05
5,54
5,95
–
6,85
7,26
7,68
8,58
8,99
9,47
10,30
10,79
11,41
12,08
–
13,18
14,93
–
Продолжение табл. 1
Наружный
диаметр, мм
Наружный
диаметр, мм
Таблица 1
32
33
Теоретическая масса 1 м труб, кг, при толщине стенки, мм
3,0
3,2
3,5
3,8
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
7,0
8,0
2,15
2,22
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
219
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
3,0
3,2
3,5
3,8
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
7,0
8,0
2,27
2,37
2,44
2,59
2,74
2,89
3,07
3,11
3,33
3,35
3,55
3,70
3,77
4,00
4,22
4,48
4,96
5,18
5,40
5,92
6,36
–
7,32
7,77
8,21
9,17
9,62
10,14
11,02
11,54
12,21
12,93
–
14,11
–
–
–
–
–
–
–
–
3,54
3,56
3,77
3,93
4,01
4,25
4,48
4,76
5,27
5,51
5,75
6,30
6,77
7,24
7,80
8,27
8,74
9,77
10,24
10,80
11,74
12,30
13,01
13,78
–
15,03
–
–
–
–
–
–
–
–
3,84
3,87
4,10
4,27
4,36
4,62
4,88
5,18
5,74
6,00
6,26
6,86
7,38
–
8,50
9,02
9,54
10,66
11,18
11,78
12,82
13,42
14,20
15,04
–
16,42
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
5,27
5,59
6,20
6,48
6,77
7,42
7,98
–
9,20
9,76
10,33
11,55
12,11
12,76
13,89
14,52
15,39
16,31
–
17,80
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
6,51
6,81
7,10
7,79
8,38
–
9,67
10,26
10,85
12,13
12,73
13,42
14,60
15,29
16,18
17,14
17,36
18,71
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
7,93
8,71
9,38
–
10,82
11,49
12,15
13,59
14,26
15,04
16,37
17,15
18,14
19,23
–
21,00
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
8,75
9,62
10,36
11,10
11,96
12,70
13,44
15,04
15,78
16,65
18,13
18,99
20,10
21,31
21,58
23,27
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
9,56
10,51
11,33
–
13,09
13,90
14,72
16,48
17,29
18,24
19,87
20,82
22,04
23,37
–
25,53
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
22,64
23,97
25,42
–
27,77
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
26,24
27,79
29,49
–
32,23
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
26,24
31,57
33,50
–
36,64
220
Наружный
диаметр, мм
33,7
35
36
38
40
42
44,5
45
48
48,3
51
53
54
57
60
63,5
70
73
76
83
89
95
102
108
114
127
133
140
152
159
168
177,8
180
193,7
Продолжение табл. 1
Теоретическая масса 1 м труб, кг, при толщине стенки, мм
Теоретическая масса 1 м труб, кг, при толщине стенки, мм
3,0
3,2
3,5
3,8
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
7,0
8,0
9,0
219 15,98 17,03 18,60 20,17 21,21 23,80 26,39 28,96 31,52 36,60 41,63 46,61
244,5 17,87 19,04 20,80 22,56 23,72 26,63 29,53 32,42 35,42 41,00 46,66 52,27
273
–
– 23,26 25,23 26,54 29,80 33,05 36,28 39,51 45,92 52,28 58,60
Продолжение табл. 1
Наружный
диаметр, мм
Наружный
диаметр, мм
Продолжение табл. 1
219
244,5
273
325
355,6
377
406,4
426
(478)
530
630
720
820
920
1020
1120
1220
1420
Теоретическая масса 1 м труб, кг, при толщине стенки, мм
3,5
3,8
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
7,0
8,0
9,0
18,60 20,17 21,21 23,80 26,39 28,96 31,52 36,60 41,63 46,61
20,80 22,56 23,72 26,63 29,53 32,42 35,42 41,00 46,66 52,27
23,26 25,23 26,54 29,80 33,05 36,28 39,51 45,92 52,28 58,60
–
–
31,67 35,57 39,46 43,34 47,20 54,90 62,54 70,14
–
–
34,68 38,96 43,23 47,49 51,73 60,18 68,58 76,93
–
–
36,79 41,34 45,87 50,39 54,90 63,87 72,80 81,68
–
–
39,70 44,60 49,50 54,38 59,25 68,95 78,60 88,20
–
–
41,63 46,78 51,91 57,04 62,15 72,33 82,47 92,55
–
–
–
–
58,32 64,09 69,84 81,31 92,73 104,10
–
–
–
–
64,74 71,14 77,54 90,29 102,99 115,64
–
–
–
–
–
–
–
107,55 122,72 137,83
–
–
–
–
–
–
–
123,09 140,47 157,81
–
–
–
–
–
–
–
140,35 160,20 180,00
–
–
–
–
–
–
–
157,61 179,93 202,20
–
–
–
–
–
–
–
–
199,66 224,39
–
–
–
–
–
–
–
–
219,39 246,59
–
–
–
–
–
–
–
–
–
268,79
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
221
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
Теоретическая масса 1 м труб, кг, при толщине стенки, мм
16
(17)
17,5
18
19
20
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
85,23
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
90,51
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
97,76 107,26 116,72 –
–
–
–
–
–
–
–
102,59 112,58 122,52 –
–
–
–
–
–
–
–
115,42 126,69 137,91 –
–
–
–
–
–
–
–
128,24 140,79 153,30 165,75 178,15 202,82 215,07 221,18 227,28 239,44 251,55
152,90 167,92 182,89 197,81 212,68 242,27 257,00 264,34 271,67 286,30 300,87
175,10 192,33 209,52 226,66 243,75 277,79 294,73 303,18 311,62 328,47 345,26
199,76 219,46 239,12 258,72 278,28 317,25 336,65 346,34 356,01 375,32 394,58
224,42 246,59 268,71 290,78 312,81 356,70 378,58 389,50 400,40 422,18 443,91
249,08 273,72 298,31 322,84 347,33 396,16 420,50 432,65 444,79 469,04 493,23
273,74 300,85 327,90 354,90 381,86 435,62 462,43 475,81 481,19 515,89 542,55
298,40 327,97 357,49 386,96 416,38 475,08 504,35 518,97 533,58 562,75 591,88
347,73 382,23 416,68 451,08 485,44 554,00 588,20 605,29 622,36 656,46 690,52
1
Вход в канал с
прямыми кромками заподлицо
со стенкой
2
Вход в канал с
прямыми выступающими кромками
Схема участка
w
ξ = 0,5
d
14
w
a
r
3
Вход в канал с
закругленными
кромками
d
13
w
а – заподлицо со
стенкой
4
Вход в канал с
прямолинейным
раструбом. Для
прямоугольного
канала ξ определяется по большему из значений α
d
12
w
222
Выход из канала
(кроме дымовой
трубы)
При δ/d ≈ 0:
для a/d ≥ 0,2 ξ ≈ 1,0;
для 0,05 < a/d < 0,2 ξ ≈ 0,85;
при δ/d ≥ 0,04 ξ ≈ 0,5
При r/d = 0,05 и кромках заподлицо со стенкой ξ = 0,25;
при выступающих кромках ξ =
0,4. Как при кромках заподлицо
со стенкой, так и при выступающих кромках:
ξ = 0,12 при r/d = 0,1;
ξ = 0 при r/d = 0,2
ξ
α
при l/d
0,1
0,2
0,3
30
50
90
l
б – с выступающими
кромками
w
α
30
50
90
l
5
Коэффициент местного сопротивления, отнесенный к указанной на схеме скорости w
(в основном канале)
d
11
Наименование
сопротивления
δ
10
№
п/п
α°
325
355,6
377
406,4
426
(478)
530
630
720
820
920
1020
1120
1220
1420
Приложение X
α°
Наружный
диаметр, мм
Окончание табл. 1
0,25
0,2
0,25
0,25
0,2
0,25
0,2
0,15
0,2
0,1
ξ
при l/d
0,2
0,3
0,55
0,45
0,41
0,35
0,22
0,22
0,2
0,15
0,18
ξ = 1,1;
при установке перед выходом
конфузора (l ≥ 20⋅dэ) ξ = 1,0
w
223
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
d
6
1,26⋅d
Выход из канала
из-под колпака
7
8
9
10
Вход в канал
через решетку
или диафрагму
(отверстия с
острыми краями)
Выход из канала
через решётку
или диафрагму
(отверстия с
острыми краями)
Решётка или
диафрагма внутри канала (отверстия с острыми краями)
Вход в канал
через одно (первое) боковое
отверстие (с
острыми краями)
Вход в канал
через два отверстия на противоположных
сторонах
w
F1
F1
ξвх = 0,5
0,3⋅d
Вход в канал
под колпак
0,4⋅d
2⋅d
ξвых = 0,65
d
Значения ξ,
пригодные
только для
колпаков указанной формы, являющейся одной
из лучших
F, w


F
=
ξ  1,707 − 1
F1 

F, w
F, w
F, w
F1
F1
F, w
F1
Наименование
сопротивления
Схема участка
2
11
Выход из канала
через одно (последнее) боковое
отверстие
При
F, w
F1
F1
Выход из канала
через два боковых
отверстия на противоположных
сторонах канала
F
F1
≤ 1, 0 ξ ≈ 3, 0  
F
 F1 
2
2
F
F1
≤ 0, 6 ξ ≈ 2, 9   ;
F
 F1 
F1 – общая площадь отверстий
При
12
F
F 
F
ξ=
1− 1 
 + 0,707
F1
F 
 F1
Полностью открытый шибер,
поворотный клапан
w
ξ = 0,1
w
2
F
F
F
ξ  − 1 + 0,707
1− 1
=
F
F1
F
 1



2
13
Конфузор в прямом канале
l
w
При
F
F 
2,5  1  ;
≤ 0, 4 ξ =
F1
F
при
F
F 
> 0, 4 ξ ≈ 2, 25  1 
F1
F
2
2
F
F 
≤ 0,7 ξ ≈ 0,3  1  ;
F1
F
F1 – общая площадь отверстий
При
224
F
F1
≤ 0, 7 ξ ≈ 2, 6   ;
F
 F1 
при 0, 7 <
2
F, w
Окончание прил. X
Коэффициент местного сопротивления, отнесённый к указанной на схеме скорости w (в
основном канале)
2
F1
F, w
№
п/п
d2
Схема участка
α°
Наименование
сопротивления
d1
№
п/п
Продолжение прил. X
Коэффициент местного сопротивления, отнесённый к указанной на схеме скорости w
(в основном канале)
Приложения
225
ξ = 0 при α < 20°; ξ = 0,1 при α
= 20÷60°. ξ следует определять,
как для внезапного сужения по
прил. XI (номограмма 1, 2).
Угол раскрытия диффузора α
определяется из равенства
α d − d2
tg = 1
.
2
2⋅l
При прямоугольном сечении и
двустороннем сжатии конфузора размеры d принимаются по
стороне с бóльшим углом сужения
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
1
1,0
w
0,8
F1
w
2
0,6
b1
1,0
l
2
0,4
0,8
l
1
F2
b2
ξ
ϕp
α°
Приложение XI
Приложения
ξвых
30
b2
b1
20
40
ξ диф
= φ р ⋅ ξ вых ,
w
F1
где φ р – коэффициент полиоты удара; ξ вых – коэффициент при внезапном
м
F2
ξвх
ξвых
0
10
Номограмма 2. Коэффициенты сопротивления диффузоров в прямом
канале.
Í àõî äèòñÿ êî ýôôèöèåí ò ξдиф по формуле
ξвх
0,4
0,2
α°
0
0,6
α°
0,2
0,2
0,4
0,6
Fм /Fб
0,8
1,0
Номограмма 1. Коэффициенты сопротивления при внезапном измене-
í èè ñå÷åí èÿ: Fм, Fб – меньшее и большее сечения канала соответственно, м2.
Потери давления: ∆pвых = ξ вых ⋅
w12 ⋅ ρ
;
2
226
∆pвх = ξ вх ⋅
w22 ⋅ ρ
.
2
ðàñøèðåí èè; î ï ðåäåëÿåòñÿ ï î í î ì î ãðàì ì å 1 в зависимости от отношения начального сечения к конечному сечению; 1 – номограмма для конических
и плоских диффузоров; 2 – номограмма для пирамидальных диффузоров.
Угол раскрытия диффузора a° определяется из равенства
tg
α d1 − d 2
.
=
2
2⋅l
Для пирамидальных диффузоров угол раскрытия определяется в плоскости
грани. При неравных углах раскрытия в обеих плоскостях ϕр определяется по бульшему углу раскрытия. При выполнении диффузора с переходом с круглого сечения на прямоугольное или квадратное и наоборот в формулу для определения tg
(α/2) вместо стороны прямоугольника подставляется значение 2 F / π ,
где F – площадь сечения. Значение ϕр определяется по кривой 2.
227
228
Номограмма 4. Коэффициенты сопротивления ступенчатых диффузоров, установленных за вентиляторами
Номограмма 3. Коэффициенты сопротивления прямолинейных диффузоров, установленных за вентиляторами
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
229
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
a
ξб
б
Приложения
α = 90°
ξб
4
ξп
10
5
4
Fп; wп
Fс; wс
4
0,1
10
α = 45°
ξб
0,2
0,3
0,1
0,4
0,2
0,5
3
5
4
3
0,3
0,6
2
0,8
0,4
2
Fб ; w б
3
0,5
Fб /Fс = 1,0
3
1
2
2
α = 15÷90°
0,6
1
Vб /Vс
0
0,8
Fб /Fс = 1,0
Vб /Vс
0
α = 90°
1
60°
1
–1
45°
15°
0
0,1
0,5
ξп
30°
1
wб /wс
1,5
2
0
wп /wс
0,1
0,5
1
Номограмма 5. Коэффициенты сопротивления несимметричных раздающих тройников типа Fп = Fc: а – для бокового ответвления; б – для прохода.
Ï ðè çí à÷åí èè dб / dс < 0,7 значения ξб для угла 90° увеличиваются на 0,5.
Потери давления:
∆pп = ξ п ⋅
wп2 ⋅ ρ
w2 ⋅ ρ
; ∆pб = ξ б ⋅ б .
2
2
0,2
0,4
0,6
0,2
0,4
0,6
0,8
0,4
0,6
0,8 0,9
0,2
0,4
0,6
0,8 0,9
Vб /Vс
0
Fб /Fс = 1,0
0,8
Vб /Vс
F с ; wс
Fб; wб
0,2
0,4
0,6
1,0
Fп; wп
α°
ξп
Fб /Fс ≤ 0,5
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
–1
0,8 0,9
–1
0,6
–2
0,4
0,3
–3
0,1
0,2
–4
Номограмма 6. Коэффициенты сопротивления несимметричных собирающихся тройников типа Fп = Fс.
230
231
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
Приложение XII
Материалы графической части проекта камеры «Семенова»
232
233
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
234
235
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
236
237
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Приложения
СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
238
Поз.
Наименование
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Вентиляционная установка (радиальный вентилятор)
Подземный вентиляционный канал
Фундаментные штабельные брусья
Конденсатоприёмная ёмкость
Гидрозатвор канализационный
Стена камеры из сборного железобетона
Теплоизоляция стен камеры
Керамзитобетонная плита основания пола камеры
Песчаная подготовка
Керамзитобетонный гравий
Цементная стяжка
Минераловатная изоляция крышки камеры
Гидрозатвор крышки камеры
Гидрозатвор вентиляционной системы камеры
Обслуживающие площадки камеры
Перила обслуживающих площадок камеры
Верхняя перфорированная труба камеры
Нижняя перфорированная труба камеры
Подающий паропровод
Регулирующее устройство на подающем паропроводе
Система опорожнения гидрозатворов вентиляции
Система наполнения гидрозатворов вентиляции
Запорное устройство (вентиль)
Основание раскосов
Внутренняя герметичная обшивка камеры
Экранная межсекционная перегородка
Формы с изделиями
Металлический подкладочный брус
239
Кол-во Примечание
1 шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
2 шт.
4 шт.
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
Оглавление
Введение ............................................................................................................... 3
Состав курсовой работы и требования к ее выполнению ................................. 5
Глава 1. Устройство и технические характеристики безнапорных
пропарочных камер периодического действия .................................................. 8
1.1. Пропарочная камера института «Гипростройиндустрия» .............. 8
1.2. Пропарочная камера Семёнова ....................................................... 19
Глава 2. Технология тепловлажностной обработки ....................................... 23
2.1. Режимы тепловлажностной обработки .......................................... 23
2.2. Технологический расчет ................................................................. 28
Пример расчета ....................................................................................... 36
Глава 3. Оптимизация совместной работы камер .......................................... 39
Глава 4. Проектирование ограждающих конструкций пропарочных камер... 45
4.1. Основные рекомендации по выбору теплоизоляционных
материалов наружных ограждений камер ............................................ 45
4.2. Основные рекомендации по выбору паро- и гидроизоляционных
материалов ограждающих конструкций ............................................... 46
4.3. Общие требования по проектированию наружных ограждений.....47
4.4. Основные конструктивные особенности ограждений камер
с экранной изоляцией и воздушными прослойками ............................ 51
4.5. Основные конструктивные особенности днища камер ................ 52
4.6. Основные конструктивные особенности крышек
и гидрозатворов ...................................................................................... 56
4.7. Особенности изготовления и монтажа теплоизолированных
камер ........................................................................................................ 59
Глава 5. Оценка эффективности потребления тепловой энергии, подбор
теплоизоляционных материалов ограждающих конструкций камер ............. 62
5.1. Основные подходы к проектированию .......................................... 62
5.2. Методика определения коэффициента тепловой
эффективности нетеплоизолированных камер ..................................... 66
5.3. Методика определения толщины теплоизоляционных слоев
ограждающих конструкций теплоизолированной камеры .................. 70
Пример расчета ....................................................................................... 72
Глава 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений ........................... 80
6.1. Потери теплоты через стены ........................................................... 80
6.2. Потери теплоты через крышку ....................................................... 86
6.3. Потери теплоты через днище .......................................................... 87
Пример расчета ....................................................................................... 88
240
Глава 7. Тепловой расчет камер ....................................................................... 98
7.1. Приход теплоты с подаваемым в камеру паром за период
í àãðåâà τн .......................................................................................................................................................................... 98
7.2. Приход теплоты с подаваемым в камеру паром за период
изотермической выдержки τи .............................................................................................................. 103
Пример расчета ..................................................................................... 105
Глава 8. Пароснабжение камер периодического действия .......................... 111
8.1. Схемы пароснабжения камер ........................................................ 111
8.2. Расчет элементов системы пароснабжения ................................. 121
Пример расчета ..................................................................................... 124
Глава 9. Определение расхода воздуха в период охлаждения камеры ....... 126
Пример расчета ..................................................................................... 129
Глава 10. Аэродинамический расчет системы вентиляции камер .............. 133
10.1. Определение часового объемного расхода воздуха,
рропускаемого через камеру в период охлаждения изделий,
при средней его температуре за период .............................................. 133
10.2. Определение площади и размеров поперечных сечений
воздуховодов ......................................................................................... 134
10.3. Определение потерь давления в системе ................................... 137
10.4. Определение типоразмера тягодутьевого оборудования
и минимальной установочной мощности электродвигателя ............. 147
Пример расчета ..................................................................................... 149
Глава 11. Автоматизация процесса тепловлажностной обработки
железобетонных изделий ................................................................................. 165
Глава 12. Теплопотребление заводов по производству строительных
изделий .............................................................................................................. 169
12.1. Схема теплоснабжения завода железобетонных
изделий (ЖБИ) ...................................................................................... 169
12.2. Расчет теплопотребления заводов ЖБИ .................................... 174
12.3. Определение расхода топлива и подбор котельного
оборудования для теплоснабжения завода ЖБИ ................................ 183
Пример расчета ..................................................................................... 187
Глава 13. Мероприятия по охране труда и окружающей среды .................. 194
Рекомендуемая литература .............................................................................. 197
Приложения ...................................................................................................... 199
241
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
ДЛЯ ЗАПИСЕЙ
Учебное издание
Яковлев Виктор Александрович
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
БЕЗНАПОРНЫХ ПРОПАРОЧНЫХ КАМЕР
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Учебное пособие
Редактор А. В. Афанасьева
Корректор К. И. Бойкова
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 26.12.14. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 14,2. Тираж 100 экз. Заказ 129. «С» 84.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.
242
243
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
ДЛЯ ЗАПИСЕЙ
244
245
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
246
247
Проектирование безнапорных пропарочных камер периодического действия
248
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
40
Размер файла
11 089 Кб
Теги
beznaporn, jakovlev, proektirovanie
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа