Приложение 6

Расчет ямной пропарочной камеры

Исходные данные

1. Вид изделия.

2. Геометрические размеры изделия, м:

длина  l,

ширина – b,

высота – h.

3. Масса изделия  G_и, кг.

4. Объем бетона в изделии  V_б, м³.

5. Объем одного изделия  V_и, м³.

6. Расход арматуры на 1 м³ бетона  G_аб, кг.

7. Расход арматуры на 1 изделие  G_а, кг.

8. Водоцементное отношение В/Ц.

9. Марка цемента  М_ц.

10. Марка бетона  М_б.

11. Масса бетона в изделии  G_б, кг.

12. Плотность бетонной смеси

 = G_ц + G_в + G_п + G_щ. (121)

13. Расход материалов на 1 м³, кг (принимается на основании расчета или по литературным данным):

цемент  G_ц;

вода  G_в;

песок  G_п;

щебень  G_щ.

14. Вес сухих веществ на 1 м³  G_сб, кг.

15. Вес сухих веществ на 1 изделие

G_с1 = G_сб V_б, кг. (122)

16. Количество воды, вступившее в реакцию с вяжущим (принимается по литературным данным)

G_вс = G_ц α₁, (123)

где α₁  степень гидратации (степень гидратации портландцемента составляет 0,17).

17. Масса формы  G_ф, кг.

Для расчета массы формы ориентировочно можно пользоваться значениями удельной металлоемкости, характеризующей отношение массы формы к единице объема, изготавливаемого в ней изделия или изделий, по табл. 14.

Таблица 14

Удельная металлоемкость изделий

Изделия	Удельная металлоемкость, т/м3
Плиты: перекрытий жилых и общественных зданий покрытий производственных зданий ребристые длиной 6 и 12 м Панели стеновые: жилых зданий одномодульные жилых зданий двумодульные производственных зданий двумодульные Балки покрытий, фундаментные, обвязочные пролетом 6 м Ригели, прогоны пролетом до 18 м (формование в горизонтальном положении с паровыми лопастями) Ригели, прогоны пролетом до 18 м (формование в рабочем положении)	1.1…1.8 2.7…3.4 1.3…2.1 1.8…2.0 0.8...1.3 1.0…1.2 1.8…2.1 2.6…3.0
Сваи, колонны прямоугольного сечения: многоэтажных производственных зданий длиной более 6 м то же, менее 6 м одноэтажных производственных зданий длиной более 6 м то же, менее 6 м	0.6…0.8 1.4…1.7 0.8…1.2 1.7…2.5

18. Размеры формы, м:

длина  l_ф,

ширина  b_ф,

высота  h_ф.

19. Температура загружаемых изделий  t_о,С.

20. Температура окружающей среды  t_ос, С.

21. Начальная температура в камере  t₁, С.

22. Температура изотермической выдержки  t_из, С.

23. Температура изделий при выгрузке из камеры охлаждения  t_ох, С.

24. Удельная теплоемкость бетона  с_б, Дж/кг  град (табл. 9).

25. Коэффициенты:

 теплопроводности бетона  _б, Вт/м  град (табл. 9);

 температуропроводности бетона  a_б , м²/час (табл. 9).

26. Прочность бетона после тепловлажностной обработки R_тво, МПа (%).

Определение размеров камеры

1. Число изделий, уложенных в камере, шт - N_1.

Количество изделий расположенных в камере определяется по эскизу из соображения максимальной загрузки камеры. При этом необходимо учитывать следующие расстояния:

от стен до форм – 50...100 мм;

от дна камеры до нижней формы – 100...150 мм;

между верхним изделием и крышкой камеры – 50...100 мм;

по вертикали между отдельными изделиями за счет прокладок или кронштейнов – 30 мм.

2. Размеры камеры:

Внутренние размеры камеры, м:

длина – L,

ширина – B,

высота  H.

Габаритные размеры камеры, м:

длина  L_к = L + 2d_ст, (124)

ширина  B_к = B + 2d_ст, (125)

высота  H_к = H + d_п+ d_кр, (126)

где d_ст  толщина стены, м,

d_п  толщина пола, м,

d_кр  толщина крышки, м.

Наружная поверхность ограждения камеры, м²

F = 2 (H_к L_к + L_к B_к + B_к H_к). (127)

Площадь подземной части, м²,

F_п = 2H_кп (L_к + B_к) + B_к L_к. (128)

Площадь надземной части

F_н = 2H_кз (L_к + B_к) + B_к L_к. (129)

3. Рабочий объем камеры, м³

V_к = L B H. (130)

4. Суммарный объем бетона изделий, входящих в камеру

V_бк = N₁ V_б. (131)

5. Суммарная масса бетона изделий, входящих в камеру

G_бк = V_бк ρ_бс. (132)

6. Объем формы

V_ф1 =G_ф/_ф. (133)

7. Суммарный объем форм изделий, находящихся в камере

V_ф = V_ф1 N₁. (134)

8. Степень заполнения камеры бетоном изделий

. (135)

9. Степень заполнения камеры формами

(136)

Расчет количества камер

1. Продолжительность загрузки изделий в камеру

Т_з = N₁ Т_форм, (137)

где Т_форм  цикл формовочного поста, ч.

2. Время выгрузки изделий, ч,

при укладке изделий в камеру без автоматических стоек

Т_в = 0,5 ·Т_з. (138)

при укладке изделий в камеру с автоматическими стойками

Т_в = Т_з. (139)

3. Общая длительность полного цикла камеры, ч,

, (140)

где D - длительность процесса тепло-влажностной обработки,

к_д - коэффициент, учитывающий затраты времени на открывание и закрывание крышки, чистку камеры и т.д. (0,91…0,94).

4. Суточная оборачиваемость камеры

а) для трехсменной работы

, (141)

б) для двухсменной работы

, (142)

где к_п  поправочный коэффициент оборачиваемости при переходе от трехсменной работы к двухсменной (табл. 15).

Таблица 15

Технология производства	Продолжительность операций до тепловой обработки, ч	Значения поправочных коэффициентов снижения оборачиваемости форм при продолжительности тепловой обработки, ч
		7	8	9	10
Агрегатная Конвейерная Стендовая Кассетно-стендовая	1 2 3 5	0,67 0,75 0,83 1,00	0,75 0,83 0,92 0,83	0,83 0,92 0.92 0,87	0,92 1,00 0,95 0,78

5. Количество циклов работы камеры в году

, (143)

где к_исп  коэффициент использования тепловой установки, к_исп= 0,9,

Т_г – число рабочих часов в году.

6. Годовая производительность одной камеры по объему

П_к = m_г V_бк. (144)

7. Требуемое количество камер, шт

, (145)

где П  годовой объем выпуска изделий, м³.

Полученное значение N_кам округляется до ближайшего большего и добавляется 1 резервная камера на каждые десять камер.

Материальный баланс камеры

Поступает в камеру:

 сухих веществ G_с = V_бк G_с1, (146)

 воды G_w = V_бк G_в, (147)

 металла форм G_м = N₁ G_ф, (148)

 арматуры и закладных деталей G_ар = G_аб V_бк. (149)

Выгружается из камеры:

 сухого бетона G_бо = G_с + G_вг, (150)

 вода, перешедшая в гидратную влагу G_вг = G_вс V_бк, (151)

G_вс = G_ц  α₁  количество химически связанной воды (152)

α₁  степень гидратации (в среднем составляет 0,17),

 остаточная влага изделий

G_wост = G_w - G_вг - G_w (а₂+а₃) / 100, (153)

испарившаяся вода , (154)

где а₂  % испарившейся воды за период изотермической выдержки (10…15%).

испаряется вода , (155)

где а₃  % испарившейся влаги за период охлаждения (10…15 %).

 металла форм G_м = N₁ G_ф, (156)

 арматуры и закладных деталей G_ар = G_аб V_бк. (157)

Испарение влаги будет происходить только с открытой поверхности изделия.

Тепловой баланс ямной пропарочной камеры

Расчет температуры изделия по стадиям тепловой обработки

Расчет температуры проводится для определения максимально возможной скорости нагрева (или охлаждения) изделия, определения фактических температур изделия.

Расчет проводится с помощью критериальных уравнений нестационарного теплообмена для периодов подъема температуры и изотермической выдержки.

1. Период подъема температуры.

Критерий Био

Bi = , (158)

_п  коэффициент теплоотдачи изделия в период нагрева;

R_i ­ характерный размер изделия (для изделий прямоугольного сечения половина минимального размера).

Критерий Фурье

Fo = , (159)

D_п  продолжительность подъема температуры, ч.

По графикам (рис. 1) находится безразмерная температура поверхности (_п) и безразмерная температура центра изделия (_ц).

Температура поверхности к концу стадии

= t_(1-2)o – _п(t_(1-2)o – t₁), (160)

где t_(1-2)o= t_ос + (t_из – t_ос) - средняя по времени температура среды за период.

Температура центра изделия в конце периода

t_(1-2)ц= t_(1-2)o – _ц (t_(1-2)o – t₁). (161)

Средняя температура изделия в конце периода

t_(1-2)o = 0,67 t_(1-2)ц + 0,33 t_(1-2)п. (162)

Фактическая средняя температура изделия

t_(1-2)б = t_(1-2). (163)

2. Период запаривания.

Критерий Био:

Bi = , (164)

 коэффициент теплоотдачи изделия за период.

Критерий Фурье:

Fo = . (165)

По графикам (рис. 1, 2) находится безразмерная температура поверхности (_п1) и безразмерная температура центра изделия ( _ц1).

Температура поверхности к концу периода

t_2п = t_из – _п1(t_из – t_(1-2)o). (166)

Температура центра изделия в конце периода

t_2ц = t_из – _ц1(t_из – t_(1-2)o). (167)

Средняя температура изделия в конце периода

t_2б = 0,67t_2ц + 0,33t_2п. (168)

Фактическая средняя температура изделия

= t_2б. (169)

Тепловой баланс рассчитывается по периодам работы тепловой обработки. Единицей расчета служит  кДж/период.

Тепловой баланс периода подъема температуры

1. Приход тепла:

1.1. Теплосодержание сухой части бетонной смеси, поступившей в зону

Q_1-1 = G_с c_б t_о (170)

где с_б  теплоемкость бетона при t_о, кДж/кг  град (табл. 9).

1.2. Теплосодержание влаги, содержащейся в бетонной смеси

Q_1-2 = G_w c_w t_o (171)

где c_w ­ теплоемкость воды при t_о , 4,19 кДж/ кг  град.

1.3. Теплосодержание арматуры и закладных деталей изделий, загруженных в камеру

Q_1-3 = G_ар с_а t_о (172)

где с_а  теплоемкость арматуры, кДж/ кг  град (табл. 9).

1.4. Теплосодержание форм

Q_1-4 = G_м c_ф t_о (173)

где с_ф  теплоемкость материала формы, кДж/ кг  град.

1.5. Тепло материалов ограждений

Q_1-6 =  V_iогр _iогр c_iогр t_iогр, (174)

где V_iогр  объем i-го слоя материала в ограждении, м³;

_iогр  плотность i-го материала, кг/м³;

c_iогр  удельная теплоемкость i-го материала, кДж/кг  град;

t_iогр  средняя температура i-го слоя материала, С.

1.7. Тепло вносимое теплоносителем

Q_1-7 = G₁ i_п (175)

где G₁  количество подаваемого теплоносителя в период подогрева,

i_п  энтальпия теплоносителя (приложение 8).

1.8. Сумма приходных статей

Q_1п = Q_1-i. (176)

2. Расход тепла:

2.1. На нагрев сухих материалов

Q_2-1 = G_с c_б t_(1-2)б. (177)

2.2. На нагрев воды в бетонной смеси

Q_2-2 = G_w c_w t_(1-2)б. (178)

2.3. На нагрев арматуры и закладных деталей

Q_2-3 = G_ар  с_а  t_(1-2)б. (179)

2.4. На нагрев форм

Q_2-4 = G_м с_м t_из. (180)

2.5. На нагрев материалов ограждений

Q_2-5 = V_iогр ρ_iогр c_iогр t_2iогр, (181)

где t_2iогр – средняя температура i-го слоя материала ограждения.

2.6. Потери тепла в окружающую среду через надземную часть стен

Q_2-6 = 3.6  k  F_н  D_п  (t_(1-2)о - t_ос), (182)

где D_п  время подъема температуры, час;

k  коэффициент теплопередачи, Вт/м²  град

, (183)

₁ коэффициент теплоотдачи от греющей среды к разделяющей стенке:

– для чистого пара 90... 120 Вт/м² град

– для паровоздушной смеси – коэффициент теплоотдачи пара умножается на поправочный коэффициент, принимаемый по табл. 16.

Таблица 16

Процент примеси воздуха	Массовая скорость паровоздушной смеси, кг/м3 сек.
	0	0,3	2	6,5
1 2 3 4 8 12	0,42 0,30 0,20 0,18 0,12 0,10	0,70 0,62 0.55 0,50 0,38 0,32	0,88 0,83 0,78 0,74 0,63 0,56	0,96 0,94 0,91 0,88 0,80 0,74

₂  коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде, Вт/м²град:

, (184)

где b_i  толщина слоев ограждения, м,

_i  коэффициент теплопроводности i-го слоя ограждающей конструкции, Вт/м  град,

2.6  коэффициент, учитывающий расположение стен,

t_ст  температура наружной поверхности стен, С,

Е  степень черноты:

0,8...0,9 - для керамических материалов,

0,8 - для стального листа,

0,1...0,2 для стального листа покрытого алюминиевой краской.

2.7. Потери тепла подземной частью стен камеры

Q_2-7 = (0.1...0.3) Q_2-6 (185)

2.8. Потери тепла через крышку

Q_2-8 = 3.6 k F_кр D_п (t_п.кр.- t_ос), (186)

где t_п.кр. температура внутренней поверхности крышки,

D_п  время подъема температуры, час,

F_кр  площадь крышки, м²,

k  коэффициент теплопередачи, Вт/м²  град,

(187)

_2.кр  коэффициент теплоотдачи от крышки к окружающей среде, Вт/м²град,

 _2.кр = 3.3  _к, (188)

b_i  толщина слоев крышки, м,

_i  коэффициент теплопроводности слоев, Вт/м  град,

3.3  коэффициент, учитывающий расположение ограждающей конструкции,

t_ст  температура наружной поверхности крышки, С,

t_ос  температура окружающей среды, С,

_к  коэффициент теплоотдачи, Вт/м²  град, принимается по табл. 17.

Таблица  17

Температура наружной поверхности, оС	Коэффициент теплоотдачи, Вт/ м2град
10 25 40 60	9,81 10,45 10,69 11,63

2.9. Тепло, уносимое конденсатом

Q_2-9 = G_к c_к t_(1-2)о, (189)

где G_к = G₁ - G_св - G_пр,

G_пр  потери пара через неплотности установки в атмосферу 0.1...0.2 от общего расхода пара за период,

G_св  масса пара, заполняющего свободный объем камеры

G_св = _п (V_к - V_бк - V_ф) (190)

_п  плотность пара при средней температуре в камере в период подъема температуры (приложение 8),

c_к  удельная теплоемкость конденсата – вода, 4,19 кДж/кг  град.

2.10. Потери тепла с паром, уходящим через неплотности установки

Q_2-10 = G_пр c_п t_(1-2)о, (191)

где c_п - удельная теплоемкость пара, кДж/кг  град (приложение 8).

2.11. Расход тепла на нагрев паровоздушной смеси, заполняющей свободный объем камеры

Q_2-11 = G_св с_п t_из, (192)

где с_п^’  теплоемкость паровоздушной смеси при температуре изотермической выдержки.

2.12. Сумма расходных статей

Q_1р =Q_2-i. (193)

Уравнение теплового баланса для периода подъема температуры

Q_1п = Q_1р. (194)

Решая данное уравнение определяется расход теплоносителя, поданного в камеру в период подъема температуры  G₁.

Среднечасовой расход теплоносителя

(195)

Тепловой баланс периода изотермической выдержки

3. Приход тепла.

3.1. Теплосодержание сухой части бетонной смеси

Q_3-1 = Q_2-1. (196)

3.2. Теплосодержание влаги, содержащейся в бетонной смеси

Q_3-2 = Q_2-2. (197)

3.3. Теплосодержание арматуры и закладных деталей изделий

Q_3-3 = Q_2-3 (198)

3.4. Теплосодержание форм

Q_3-4 = Q_2-4. (199)

3.5. Тепло материалов ограждений:

Q_3-5 = Q_2-5. (200)

3.6. Тепло вносимое теплоносителем:

Q_3-6 = G₂ i_п, (201)

где G₂  количество подаваемого теплоносителя в период изотермической выдержки

i_п  энтальпия теплоносителя (приложение 8).

3.7. Сумма приходных статей

Q_2п = Q_3-i. (202)

4. Расход тепла

4.1. На нагрев материалов

Q_4-1 = G_с c_б t_(1-2)би. (203)

4.2. На нагрев воды в бетонной смеси

Q_4-2 = (G_w - G_ви - G_вг) c_w t_(1-2)би. (204)

4.3. На нагрев арматуры и закладных деталей

Q_4-3 = G_ар c_а t_(1-2)би. (205)

4.4. На нагрев форм

Q_4-4 = Q_2-4. (206)

4.5. На нагрев материалов ограждений

Q_4-5 = V_iогр _iогр c_iогр t_2iогр. (207)

4.6. Потери тепла в окружающую среду через надземную часть стен

Q_2-6 = 3.6 k F_н D_и (t_ст - t_ос). (208)

4.7. Потери тепла подземной частью стен камеры

Q_4-7 = (0.1...0.3) Q_4-6. (209)

4.8. Потери тепла через крышку

Q_4-8 = 3.6 k F_кр D_и (t_п.кр - t_ос). (210)

4.9. Потери тепла на испарение части воды затворения и нагрев водяных паров

Q_4-9 = G_ви (r + с_вп  t_(1-2)би), (211)

где r  скрытая теплота парообразования (приложение 8),

с_вп  теплоемкость водяного пара (приложение 8).

4.10. Тепло, уносимое конденсатом

Q_4-10 = G_к c_к t_из, (212)

где G_к = G₂ - G_св - G_пр,

G_пр  потери пара через неплотности установки в атмосферу 0,1...0,2 от общего расхода пара за период,

G_св  масса пара, заполняющего свободный объем камеры

G_св = _п  (V_к - V_бк - V_ф), (213)

где  _п  плотность пара при средней температуре в камере в период подъема температуры (приложение 8),

c_к  удельная теплоемкость конденсата, кДж/кг град.

4.11. Потери тепла с паром, уходящим через неплотности установки

Q_4-11 = G_пр  c_п  t_(1-2)о, (214)

где c_п  удельная теплоемкость пара, кДж/кг град (приложение 8)

4.12. Расход тепла на нагрев паровоздушной смеси, заполняющей свободный объем камеры

Q_4-12 = G_св с_п t_из. (215)

4.13. Сумма расходных статей

Q_2р = Q_4-i. (216)

Уравнение теплового баланса для периода изотермической выдержки

Q_2п = Q_2р. (217)

Решая данное уравнение определяется расход теплоносителя, поданного в камеру в период изотермической выдержки  G₂.

Среднечасовой расход теплоносителя, кг/ч,

(218)

Удельный расход пара на тепловую обработку, кг/м³,

. (219)

При превышении удельного расхода пара 170 кг/м³ изменяют конструктивное решение ограждений тепловой установки или режим тепловой обработки и расчет повторяют (СН 513-79, ОНТП - 07 - 85). Неувязка баланса должна быть не более 1 %