Период изотермической выдержки

Для определения температур по сечению изделия служат те же дифференциальные уравнения, что и для периода подъема, но при других начальных условиях. За начало отсчета времени следует брать время конца периода прогрева. При этом изделия будут иметь начальное распределение температур, определяемое вышеприведенными уравнениями, в которых следует положить t = t_под. Величину m_из рассчитываем по формуле:

m_из= , где

Q_Э – тепловыделение 1 м³ бетона в зависимости от , кДж/м

m_из= =8°С/ч

Таким образом, получаем решения, которые удобно представить в следующем виде:

A_из=

B_из=

Для Bi_из=4,95 и Fo_из=0,62 значения A₁ и m₁ соответственно равны[1, прил. 32]:

A₁ =1,57, m₁ =2

Для центра:

A_из= =0,191

B_из= =1,188

=80,08 °C

Для поверхности изделия

A_из= =0,043

B_из= =1,143

=80,09 °C

Определим средние температуры изделий в начале и конце каждого периода.

=60,75 °С

=40,38 °С

=80,09 °С

=70,42 °С

VIII. Теплотехнический расчет

 

Этот расчет выполняют путем составления материального и теплового балансов установки. Материальный баланс установок тепловлажностной обработки позволяет учесть массы всех материалов, участвующих в процессе (сырьевых материалов, закладных деталей и арматуры, форм, ограждающих конструкций). Тепловой баланс позволяет определить удельный расход теплоты на единицу продукции, макси­мальный часовой расход тепла, теплоносителя или топлива. На основе этого расчета подбирают диаметры труб для подвода теплоносителя, дроссельные диафрагмы, регуляторы давления и температуры, основ­ные элементы системы автоматики.

Тепловой баланс для установок периодического действия выполняют отдельно по периодам, поскольку часовой расход тепла в период нагревания в несколько раз превышает расход тепла в период изотермической выдержки.

Расчет ведем для одной установки.

 

VIIIa. Материальный баланс

Приход материалов

1. Масса сухой части изделия

, где

Ц – удельный расход цемента, кг/м³

П – удельный расход песка, кг/м³

Щ – удельный расход щебня, кг/м³

V_б – объем бетона в расчетной загрузке, м³.

G_c=(369,1+622,3+1270)∙6,3=14250 кг

2. Масса воды затворения

,где

В – удельный расход воды, кг/м ³

G_в1=158,7∙6,3=1000 кг

3. Масса арматуры и закладных деталей

, где

А – удельный расход арматуры и закладных деталей, кг/м ³ (находится по [7]).

кг

4. Масса форм или поддонов

, где

G_ф1 – масса одной формы или поддона, кг[1, прил.9];

n – количество форм или поддонов в расчетной загрузке, шт.

=112840 кг

5. Масса материалов ограждающих конструкций

, где

V_огр- объем ограждений, м³;

ρ_огр - плотность материала ограждений, кг/м ³[1, прил.11].

G_огр=2∙7∙2,48∙0,38∙1700+2∙1,65∙2,48∙0,38∙1700+7∙1,65∙0,2∙300+ +7∙1,65∙0,2∙2400=33950 кг

6. Приход материалов

G_прих= G_c+G_в1+G_a+С_ф+G_огр

G_прих=14250+1000+945+112840+33955=162990 кг≈163 т

 

Расход материалов

G_расх= G_c+G_в2+G_a+G_ф+G_огр, где

G_в2- масса оставшейся после испарения воды в материале, кг, равная G_в2= G_в1-W, где

W»0,01r_бV_б- масса испарившейся воды, кг.

G_в2=1000–0,01∙2400∙6,3=848,8 кг

G_расх=14250+848,8+945+112840+33955=162838,8 кг

 

Потери материалов

Из общего уравнения материального баланса находим потери массы

162990–162838,8=151,2 кг

VIIIб. Тепловой баланс

Период подъема температур

Приход теплоты

1. Теплота сухой части бетона

, где

С_с – удельная теплоемкость сухой части бетона, кДж/(кг×°С) [1, прил.11];

– средняя температура изделия в начале периода, °С.

=14250∙0,84∙20=239400 кДж

2. Теплота воды затворения

, где

С_в – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг°×С) [1, прил.13].

=1000∙4,185∙20=83700 кДж

3. Теплота арматуры и закладных деталей

, где

С_а – удельная теплоемкость арматуры и закладных деталей, кДж/(кг×°С) [1, прил.11].

=945∙0,46∙20=8700 кДж

4. Теплота форм или поддонов

, где

С_ф – удельная теплоемкость материала форм или поддонов, кДж/(кг×°С) [1, прил.11].

=112840∙0,46∙20=1038130 кДж

5. Теплота экзотермии цемента при средней температуре бетона за период прогрева

, где

- удельное тепловыделение цемента, кДж/кг;

В/Ц- водоцементное отношение;

- масса цемента в загруженных в камеру изделиях, кг.

=0,0023∙419∙(0,43)^0,44∙40,38∙3∙369,1=29720 кДж

6. Теплота насыщенного пара, затраченного на обработку изделия в период прогрева

, где

-масса пара, поступившего в установку за период прогрева, кг;

- энтальпия пара, кДж/кг[1, прил.194].

∙2571,5

7. Теплота конструкций ограждения

, где

 – удельная теплоемкость материала ограждений, кДж/(кг°С) [1, прил.11];

 –температура ограждений в начале периода прогрева, °С.

=2∙11214,56∙0,88∙20+2∙2643,432∙0,88∙20+693∙0,75∙20+5544∙0,84∙20= =591340 кДж

Суммарный приход теплоты за период подъема температуры

=239400+83700+8700+1038130+29720+2571,5 +591340= =(1990990+2571,5 ) кДж

 

Расход теплоты

1. Теплота сухой части бетона

, где

 – средняя температура изделий в конце периода прогрева, °С.

=14250∙0,84∙60,75=727177,5 кДж

2. Теплота воды в изделиях

=1000∙4,187∙60,75=254360 кДж

3. Теплота арматуры и закладных деталей

=945∙0,46∙60,75=26410 кДж

4. Теплота форм или поддонов

.

=112840∙0,46∙60,75=3153310 кДж

5. Теплота материала ограждающих конструкций к концу периода

, где

 – температура ограждающих конструкций к концу периода прогрева, °С, равная

, где

 – толщина материала ограждений, м;

а_огр – коэффициент температуропроводности материала ограждений, м²/ч[1, прил.11];

 – подсчитывается отдельно для различных элементов ограждений(подземных, надземных, пола, крышки).

 

Для стен:

С₁=f(Fо_кп, Вi_кп) определяется по графикам [1, прил.22]

Bi_п= = =24,5           Fo_п= = =0,038

С₁=0,03

=20+ =67,6 °С

 

Для крышки:

С₁=f(Fо_кп, Вi_кп) определяется по графикам [1, прил.22]

Bi_п= =             Fo_п= =

С₁=0,05

=20+ =60 °С

 

Для пола:

С₁=f(Fо_кп, Вi_кп) определяется по графикам [1, прил.22]

Bi_п= = =6,24             Fo_п= =

С₁=0,11

=20+ =51,48 °С

 

=2∙11214,56∙0,88∙67,6+2∙2643,432∙0,88∙67,6+693∙0,75∙60+5544∙ ∙0,84∙51,48=1919694 кДж

6. Потери теплоты в окружающую среду от различных элементов ограждений

, где

 – коэффициент теплопередачи, зависящий от внешнего и внутреннего теплообмена, Вт/(м²×°С);

- толщина ограждений, м;

 и - коэффициенты теплоотдачи Вт/(м²×°С).

В установках ТВО принимают:

=50…75 Вт/(м²×°С) – внутренний теплообмен;

=5…10 Вт/(м²×°С) – внешний теплообмен.

Теплоту, потерянную с 1 м² подземной части установки, принимают в размере 1/3 потерь надземной части в окружающую среду.

 

Для стенок

H=0,6 – высота над уровнем пола.

=2∙7∙0,6+2∙1,65∙0,6=10,38 м²

=0,51 Вт/(м²×°С)

=3,6∙0,51∙10,38∙(60,75–20)∙3=2330 кДж – для надземной части

=2330/3=777 кДж – для подземной части

=3107 кДж

 

Для пола

 м²

=2,87 Вт/(м²×°С)

=3,6∙2,87∙11,55∙(60,75–20)∙3=14590 кДж

 

Для крышки

 м²

=0,3

=3,6∙0,3∙11,55∙(80–20)∙3=2245 кДж

 

=3107+14590+2245=19942кДж

7. Теплота, уносимая конденсатом пара

, где

 – энтальпия конденсата, кДж/кг;

 – потери пара за счет пропусков в атмосферу, кг;

 – масса пара, занимающего свободный объем, кг

, где

 – плотность пара, кг/м³[1, прил.14];

 – соответственно объемы камеры, загрузки бетона и форм, м³.

=0,135∙22,5=3 кг

=80∙4,187=335 кДж/кг

8. Теплота пара, заполняющего свободный объем камеры

 где

- энтальпия пара, кДж/кг[1, прил.14].

=3∙2607=7821 кДж

9. Теплота паровоздушной смеси, выбивающейся через неплотности в установке

=0,1∙(611528+302,4 )=(610770,65+30,15 ) кДж

 

Суммарный расход теплоты за период подъема температуры составляет

=727177,5+254360+26410+3153310+1919694+19942+301,5 –
–1005+7821+610770,65+30,15 =(6718477,15+331,65 ) кДж

 

Приравнивая статьи прихода и расхода и решая полученные уравнения теплового баланса по неизвестным, находим необходимое количество пара поступающего за период подъема температуры   кг.

6718477,15+331,65 =1990990+2571,5

=(6718477,15–1990990)/(2571,5–331,65)=2110,63 кг

Максимальный расход пара, за период подъема температуры

=1,2∙2110,63=2532,75 кг

Максимальный часовой расход пара

.

=844,25 кг/ч≈0,23 кг/с

Удельный расход пара в период подъема температуры

=335кг/м³

 

Период изотермической выдержки

Приход теплоты

1. Теплота сухой части бетона = =727177,5 кДж

2. Теплота воды в изделиях = =254360 кДж

3. Теплота арматуры и закладных деталей = =26410 кДж

4. Теплота форм и поддонов = =3153310 кДж

5. Теплота материалов ограждающих конструкций = =1919694кДж

6. Теплота пара, поступившего в камеру

, где

 – масса пара, поступившего в установку за период изотермической выдержки, кг.

∙2675

7. Теплота экзотермии бетона при средней температуре бетона за период изотермической выдержки

=0,0023∙419∙(0,43)^0,44∙70,42∙5∙369,1=86761 кДж

Суммарный приход теплоты за период изотермической выдержки равен

=727177,5+254360+26410+3153310+1919694+2675∙ +86761= =(2675∙ +6167712,5) кДж

 

Расход теплоты

1. Теплота сухой части изделия

, где

 – средняя температура изделий к концу периода изотермической выдержки, °С.

=14250∙0,84∙80,09=958677,3 кДж

2. Теплота на испарение части воды затворения

, где

2493 – теплота, затраченная на испарение 1 кг влаги, кДж/кг;

1,97 – теплоемкость водяного пара, кДж/(кг×°С);

- температура среды в установке в период изотермической выдержки.

=(2493+1,97∙80)∙151,2=4007701 кДж

3. Теплота воды, оставшейся в изделиях к концу периода

.

=848,8∙4,2∙80,09=285518 кДж

4. Теплота арматуры и закладных деталей

.

=945∙0,46∙80,09=34815 кДж

5. Теплота форм или поддонов

.

=112840∙0,46∙80,09=4157184 кДж

6. Теплота материала ограждающих конструкций к концу периода изотермической выдержки

, где

 – температура ограждающих конструкций к концу периода изотермической выдержки, °С.

=2∙11214,56∙0,88∙70,42+2∙2643,432∙0,88∙70,42+693∙0,75∙70,42+ +5544∙0,84∙70,42=2082092 кДж

7. Теплота пара, заполняющего свободный объем камеры

= =7821 кДж

8. Потери теплоты в окружающую среду от различных элементов ограждений

, где

 – коэффициент теплопередачи, зависящий от внешнего и внутреннего теплообмена, Вт/(м²×°С);

- толщина ограждений, м;

 и - коэффициенты теплоотдачи Вт/(м²×°С).

В установках ТВО принимают:

=50…75 Вт/(м²×°С) – внутренний теплообмен;

=5…10 Вт/(м²×°С) – внешний теплообмен.

Теплоту, потерянную с 1 м² подземной части установки, принима­ют в размере 1/3 потерь надземной части в окружающую среду.

 

Для стенок

H=0,6 – высота над уровнем пола.

 м²

=0,448 Вт/(м²×°С)

=3,6∙0,448∙10,38∙(80,09–20)∙5=5030 кДж – для надземной части

=5030/3=1677 кДж – для подземной части

=6707 кДж

 

Для пола

 м²

=2,87 Вт/(м²×°С)

=3,6∙2,87∙11,55∙(80,09–20)∙5=35854 кДж

 

Для крышки.

 м²

=0,295

=3,6∙0,295∙11,55∙(80–20)∙5=3680 кДж

 

=6707+35854+3680=46241 кДж

9. Теплота, уносимая конденсатом пара

=(0,9∙ –22,5∙0,3027)∙335=(301,5∙ –2281,6) кДж

10. Теплота паровоздушной смеси, выбивающейся через неплотности в установке

.

=0,1∙(958677,3+4007701+285518+34815+4157184+2082092+7821+ +46241+301,5∙ –2281,6)=(1157777+30,15 ) кДж

Суммарный расход теплоты за период подъема температуры составляет

=958677,3+4007701+285518+34815+4157184+2082092+7821+ +46241+301,5∙ –2281,6+1157777+30,15∙ =(12735544,5+331,65∙ ) кДж

 

Приравнивая статьи прихода и расхода и решая полученные уравнения теплового баланса по неизвестным, находим необходимое коли­чество пара поступающего за период изотермической выдержки   кг.

12735544,5+331,65∙ =2675∙ +6167712,5

=(12735544,5–6167712,5)/(2675–331,65)=2802,75 кг

Максимальный расход пара, за период подъема температуры

=1,2∙

=1,2∙2802,75=3363,3

Максимальный часовой расход пара

.

=3363,3/5=672,66 кг/ч≈0,19 кг/с

Удельный расход пара в период подъема температуры

=2802,75/6,3=445 кг/м³

Тогда

=2802,75+2110,63=4913,38 кг

=4913,38/6,3=780 кг/м³

XI. Расчет диаметров паро- и конденсатопроводов

 

Выполняется расчет диаметров магистрального паропровода, диаметров паропроводов разводящей системы, а также конденсатопроводов:

, где

G — расход пара или конденсата, кг/с;

 - скорость пара или конденсата, м/с;

 — плотность пара или конденсата при соответствующей температуре, кг/м.

Для пара скорость в трубопроводе принимается равной 15...20 м/с, для конденсата при движении самотеком – 0,1...0,5 м/с. При расчете конденсатопровода количество образующегося конденсата принимают равным расходу пара, учитывая испаряющуюся из изделия влагу.

Для паропровода:

=255 мм

Для конденсатопровода:

=55 мм

Полученные при расчете диаметры паропровода (подбор по [6]) принимают равными:

Для паропровода:

Труба 150´4,5 ГОСТ 3262-75 — 2 штуки;

Для конденсатопровода:

Труба 65´4,0 ГОСТ 3262-75.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе я запроектировал ямную камеру с размерами 7´1,65´2,48 для термовлажностной обработки колонн. Общее число изделий укладываемых в камеру составляет 14 штук.

Теплоносителем в камере является пар. Удельный расход пара в этой камере равен 780 кг/м³.

Потребное количество установок для заданной производительности равно 9.

Основным источником потерь теплоты в данной установке является пол камеры из тяжелого бетона, поэтому для экономии пара необходимо использовать днище с применением керамзитобетона и воздушных.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Губарева В.В. Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии строительных изделий. — Ч. I. Термовлажностная обработка бетонных и железобетонных изделий: Учебное пособие / В.В. Губарева.—Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2004.—107с. 

2. Кокшарев В.И. Тепловые установки / В.И. Кокшарев, А.А. Кучеренко.—Киев: Вища школа, 1990.—335 с.

3. Перегудов В. В. Теплотехника и теплотехническое оборудование: Учеб. для техникумов / В.В. Перегудов; под ред. Н. Ф. Еремина.—М.: Стройиздат, 1983.—357 с.

4. ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности.—Введ. 01–01–87 - М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1992.—13 с.

5. Баженов Ю.М. Технология бетона / Ю.М. Баженов.—М.: Изд-во АСВ, 2003.—500с.

6. ГОСТ 3262-75. Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия.—Введ. 01–01–77 —М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1991.—8 с.

7. ГОСТ 18979-90. Колонны железобетонные для многоэтажных зданий.—Введ. 01–07–90 —М.: Государственный строительный комитет СССР: Изд-во стандартов, 1990.—23 с.