Расчет кассетной установки
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Казанский государственный
архитектурно-строительный университет"
Кафедра технологии строительных
материалов, изделий и конструкций
(ТСМИК)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
на тему: "Расчет кассетной
установки"
КГАСУ СТФ 14.015 КП-1
Выполнил: студент гр.0СТ - 401
Егоров А.И.
Руководитель проекта:
Морозова Н.Н.
Казань 2013
Содержание
Введение
1. Характеристика выпускаемого изделия в производство
2. Технологическая схема производства
3. Технологический расчет установки
4. Автоматизация тепловой обработки
5. Техника безопасности и охрана труда
6. Охрана окружающей среды
7. Список использованных источников
Введение
Панельное домостроение - один из способов сборного строительства
<#"729048.files/image001.gif">
Кассетный способ - качественно новая форма стендовой технологии,
получившая широкое развитие в производстве железобетонных изделий для
крупнопанельного домостроения.
Основной особенностью кассетного способа производства
является вертикальное формование изделий в стационарных кассетных установках,
состоящих из нескольких вертикальных металлических форм - отсеков.
В каждый отсек помещают арматурный каркас, после чего его
заполняют бетонной смесью. Уплотняют смесь навесными или глубинными
вибраторами. Изделия находятся в формах-кассетах до приобретения бетоном
заданной прочности. Рабочее звено, занятое в производстве изделия, перемещается
от одной кассетной установки к другой, что при соответствующем числе форм
позволяет осуществлять непрерывный производственный поток.
Для тепловой обработки изделий в кассетных формах использован
контактный обогрев их через стенки тепловых отсеков, в которые подают пар с
температурой около 100°С. Отличительная черта данного вида тепловой обработки -
почти полная изоляция обогреваемого изделия от воздушной среды, а также
исключение влагообмена между бетоном и теплоносителем. Режим тепловой обработки
изделий в кассетных формах характеризуется быстрым подъемом температуры в
изделиях по 85.95°С. Общая продолжительность процесса до 6.10 ч. После
завершения тепловой обработки стенки отсеков кассетной установки несколько
раздвигают гидравлическими домкратами и изделие мостовым краном вынимают из
отсека и переносят к месту охлаждения или на склад готовой продукции.
Этот способ обеспечивает более высокую производительность
труда, требует меньших производственных площадей, расхода пара и
электроэнергии.
Рисунок 1: Кассетная установка с гидроприводом распалубки и сборки
кассеты:
-передняя стенка рамы; 2 - гидроцилиндр, 3 - рычаги; 4 - передний
амортизатор; 5 - роликоопора; 6 - крепление регулировочного винта; 7 - задняя
стенка рамы; 8 - регулировочный винт; 9 - задний амортизатор; 10 - отсеки
кассет; 11 - замок для соединения отсеков
Имеет несколько отличительных особенностей и применяется, в
основном, для изготовления внутренних стен:
ü возможность относительно быстрой
переналадки полостей;
ü максимально возможный съем продукции с
производственной площади;
ü высокое качество изделий;
ü применение импортных кассетных установок
позволяет отказаться от постов отделки изделий;
ü высокая производительность.
Кассетная установка (рис. 1) представляет собой пакет
металлических стенок, собранных вертикально на раме так, чтобы между ними были
образованы формовочные отсеки. По назначению и конструктивным признакам стенки
делятся на: разделительные, тепловые и крайние (задняя - стационарная, передняя
- подвижная). Разделительные и тепловые стенки в установке чередуются.
3.
Технологический расчет установки
Теплотехнический расчет сводится к составлению теплового
баланса, из которого определяют количество тепла, необходимое для ТВО
обработки, как разность суммы расходуемого тепла ∑Qp и суммы
приходящего в установку тепла ∑Qп
то = ∑Qp - ∑Qп
Так как часовой расход тепла в период нагрева изделий и самой
конструкции установки в 5-15 раз превышает часовой расход тепла в период
изотермической выдержки, тепловой баланс составляют отдельно для первого и
второго периода. Это позволяет определить для каждого периода часовой расход
теплоносителя или источника тепла и подобрать подводящую и регулирующую
аппаратуру, рассчитать размеры паропроводов и дроссельных шайб, а также
составить программу автоматического регулирования процесса тепловой обработки.
Технологический расчет установок строится с учетом
особенностей соответствующих технологических решений. Необходимое количество
стендовых установок рассчитывается по установленной годовой программе
выпускаемых изделий и длительности оборота кассеты.
Суточная оборачиваемость кассетной установки составит:
nоб= 24 * K0/ (tТО+tПО) = 24*0,9/ (9,5+ (1,2*4)) =1,51 (1)
где tTO - продолжительность цикла тепловой
обработки, который включает затраты времени на подъем температуры,
изотермический прогрев и охлаждение до 40°С; t2 - время на
подготовительные и заключительные операции, ч; К0 - коэффициент
организации технологического процесса при трехсменной работе - 0,9);
ПО=t1+m (t2+t3+t4) = 4 ч (2)
где t1 - время подготовительных операций, ч; m - количество тепловых
отсеков в кассете, шт; t2 - время распалубки и извлечения одного изделия, ч; t3 время армирования и
сборки одного отсека, ч; t4 время формования отсека кассеты, ч.
Суточная производительность кассетной установки:
Псут=nоб*m*VИ=1,51*12 (4,2*3*0,2) =63,92 м3/сут (3)
где т - количество рабочих отсеков кассетной установки
Vи - объем изделия, м3
Необходимое количество кассетных установок для выполнения
производственной программы:
Nk=Пг/ (Фг*Псут*L3) =25000/
(260*63,92*0,85) =2,47=3 шт. (4)
где Пг - годовая производительность предприятия, м3
Фг - годовой фонд рабочего времени предприятия (ОНТП-07-85),
сут; L3 - коэффициент неравномерности загрузки отсеков кассеты (0,8-0,9)
Тепловой баланс периода подогрева
Расход тепла на нагрев сухой части бетона:
Qc1= (Ц+П+Гр) /1000*Cc* (tБ1-tБ0) = (273+605+1422)
/1000*0,84* (80-10) =142МДж/м3∙период (5)
Где Ц, П, Гр - содержание цемента, песка, гравия в бетоне,
кг/м3
Сс - теплоёмкость сухой части бетона, КДж/кг∙ОС;
tб1 - средняя к концу периода температура бетона в
изделии, ОС;
tб0 - начальная температура бетонной смеси, ОС
Расход тепла на испарение части воды затворения:
Qисп= (W/1000) * (2493+1,97*tср1) = (12/1000) * (2493+1,97*47,5) =310,4МДж/м3∙период
(6)
где W - определяется непосредственно пробным взвешиванием или
расчетом массообмена (для тяжелого бетона W равно около 1% массы 1м3
бетон; tcр1 - средняя за период температура среды в камере (можно
принять tcр1= (t0+tи) /2, где t0 - температура среды в
камере до начала тепловой обработки, tи - температура изотермической выдержки, ОС)
tcp1= (t0+tи) /2= (15+80) /2=47,5 (7)
Расход тепла на нагрев воды, оставшейся в изделиях к концу
периода:
QВ1= (B-W) /1000*СВ* (tб1-tб0) = (150-12) /1000*4, 19*70=47 МДж/м3 (8)
СВ-теплоемкость воды, кДж/кг ОС
Расход тепла на нагрев арматуры и закладных деталей:
где А - масса стали в изделиях, кг/м3;
Са - теплоемкость стали кДж/кг∙ОС,
tбо - температура стали, ОС.
Расход тепла на нагрев форм:
Qф1= (Ф*Сф* (tф1-tф0)) /1000= (2800*0,48*70)
/1000= 94,08 МДж/м3 (10)
Ф-удельная металлоемкость форм, кг/м3;
Сф - теплоемкость форм, кДж/кгОС
Расход тепла на нагрев ограждающих конструкций камеры:
Qогр= (7,2/ (1000*nто*Vи)) ∑λi*Fi* (tni1-tni0) *√τ1/ (3,14*ai) =
= (7,2/ (1000*12*3,5)) * (0,06+50) *17,64*47,5*√1/
(3,14*0,0058) = 317 МДж/м3
где λi и аi -
теплопроводность, Вт/м∙ ОС, и температуропроводность, м2/ч,
материалов ограждений;i - площадь ограждающих конструкций по
внутреннему обмеру, м2;nio и tni1 - средняя
температура внутренних поверхностей ограждений в начале и конце периода, ОС;
τi - длительность периода
прогрева, ч.
Для многослойных конструкций необходимо предварительно вычислить
эквивалентные значения их теплофизических характеристик при фактических
температурах материалов.
Характеристика конструкционных решений стен кассетной
установки:
Состав
конструкции
|
Толщина слоя, м
|
Коэффициент
теплопроводности, Вт/моС
|
Коэффициент
теплоусвоения, Вт/м2оС
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Торцевые стенки
кассетной установки
|
Металл
|
σ=0,003
|
50
|
108,4
|
Минеральная
вата
|
σ=0,06
|
0,06
|
0,62
|
Металл
|
σ=0,003
|
50
|
108,4
|
Теплофизические свойства некоторых материалов:
материал
|
Плотность, кг/м3
|
Теплоемкость (ср)
кДж/кгоС
|
Металл
|
7800
|
0,48
|
Минеральная
вата
|
125
|
0,836
|
Воздушная
прослойка
|
-
|
1,005
|
Грунт
(кварцевый песок)
|
1500
|
1,09
|
Потери тепла в окружающую среду ограждениями камеры:
QOC1 = ( (3,6* (tCP1-tOC) *τ1)) *∑F1*K1) / (1000*nTO*VИ) =
( (3,6*27,5*1)) *35,28*6,325) / (1000*12*3,5) = 22,09 МДж/м3
(11)
Где toc - температура окружающего воздуха, ОС;i
- площадь по наружному обмеру отдельных элементов ограждения, Кi -
коэффициент теплопередачи через соответствующие элементы ограждений, Вт/м∙
ОС
Тепловыделения бетона:
Qэ1=2,3*10-7*qэкв (В/Ц) 0,44*Ц*tБСР1*τ1=2,3*10-7*250*1,4*390*35*1= 3,1 КДж/кг (12)
экв [табл. 19 приложения]
где qэкв - тепловыделение цемента за 28 сут. Твердения в
нормальных условиях, КДж/кг;
tбср1 - средняя за период температура бетона, ОС.
Тепло поступающее в камеру:
QTO1= Qn1+QПОТ1=204,025+870,9578=665,8 (13)
Qn1=Qc1+Qисп1+Qв1+Qа1+Qф1-Qэ1= 326,81 (14)
Qпот1=Qогр1+Qос1=339,09 (15)
Удельный и часовой расход пара:
qn1= (1000*QTO1) / (in-ik)
= (1000*665,8) / (2626,8-123,96) =225,8 (16)n1= (nTO*Vи*qn1)
/τ1= (17)
in=cв*tk,
где tk [табл.3 приложения].
Где iп - энтальпия насыщенного пара, КДж/кг
iк - энтальпия конденсата, КДж/кг
Расход тепла на нагрев сухой части бетона:
Qс2= (Ц+П+Гр) /1000*Cc* (tБ1-tБ0) = (273+605+1422)
/1000*0,84*5=10,1 МДж/м3∙период (18)
Расход тепла на нагрев воды, оставшейся в изделиях к концу
периода:
в2= (B-W) /1000*CB* (∆tб2) = (12/1000) *
(2493+1,97*5) =3,9МДж/м3∙период (19)
Расход тепла на нагрев ограждающих конструкций камеры:
огр2=7,2/ (1000*nto*Vи) *∑λi*Fi* (tni2-tni1) √τи/ (3,14*ai) = = (7,2/ (1000*2*3,5))
* (0,06+50) *17,64*5*√5,5/ (3,14*0,0058) =32,33 МДж/м3∙период
(20)
Потери тепла в окружающую среду ограждениями камеры:
ОС2= (3,6* (tcр1-tос) *τи) *Fi*Кi / (1000*nto*Vи)
=
= ( (3,6*27,5*85) *35,28*6,325) / (1000*12*3,5) =38,8МДж/м3∙период
(21)
Тепло, поступающее в камеру за второй период:
QTO2 =Qn2 + Qпот2=14+71,13=85,13МДж/м3 (22)
Qn2 = Qс2 +QB2=10,1+3,9=14 МДж/м3 (23)
Qпот2 = Qогр2+ Qос2=32,33+38,8= 71,13МДж/м3 (24)
Удельные расходы теплоносителей:
пара: qn2= (1000*Qto2) / (in-ik) = (1000*85,13) /
(2626,8-23,96) =32,71 кг/м3 (23)
Секундный расход пара за тепловую обработку, при расчете
пароразводки:
n1=Qto2/3600* (τ1 +τ2) = 85,13/3600* (1+4)
=0,12 (25)
Общий расход пара соответственно равен:
qn=qn1+qn2=225,8+0,12=225,92 (26)
КПД установки составит:
η= (Qn1+Qn2) / (QTO1+QTO2) = (326+14) /
(665,8+85,13) = 88% (27)
4.
Автоматизация тепловой обработки
В настоящее время на предприятиях и
заводах строительной индустрии в качестве приборов контроля и регулирования
применяют такие программные регуляторы, как ПРЗ, ПРТЭ, ЭРП-61, РПИБ и др.,
позволяющие с достаточной точностью выдерживать заданные режимы
тепловлажностного процесса. Эти регуляторы основаны на двухпозиционном
регулировании. Камеры, где происходит тепловлажностная обработка, вместе с
запариваемыми изделиями представляют собой объект регулирования с большой
инерцией. Для контроля и автоматического регулирования температуры применяют
программный автоматический регулятор ЭРП-61.
Датчик температуры находится в камере.
Подъем температуры в кассетах осуществляется подачей пара через
парораспределительную трубу, расположенную в нижней части кассеты, с помощью
исполнительного механизма 1ИМ типа ИМ-2/120. Пар, прежде чем попасть в кассету,
проходит по распределительному паропроводу через диафрагму расходомера Дн с
конденсационным сосудом и регулятор давления прямого действия. Давление пара в
магистральном паропроводе контролируется контактным манометром, который дает
сигналы: норма, выше, ниже.
Схема контроля и регулирования теплового
процесса в камерах ямного типа и кассетных установках позволяет иногда
пользоваться одним регулятором температуры для регулирования процессов
нескольких объектов. Для этого в схему включается специальное коммутирующее
устройство, которое поочередно подключают к регулятору камеры или кассеты. Для
этой цели могут быть использованы многоканальные системы импульсного
регулирования (МИР).
Качество железобетонных изделий в значительной степени
зависит от режима тепловлажностной обработки, а также от ряда других
технологических факторов. Чтобы учитывать влияние этих факторов и
корректировать программу запаривания, необходимо иметь информацию о нарастании
прочности бетона в процессе тепловой обработки. В настоящее время уже
существуют автоматические системы, основанные на методе
электропроводности как способе получения информации о
процессе твердения бетона. Применение этих систем позволяет устанавливать
оптимальное время пропаривания изделий в камере и повышать их качество. Системы
обеспечивают регулирование температурного режима по заданной программе,
автоматическое измерение и запись изменения электропроводности бетона в
процессе твердения и отключение теплоносителя (пара) при стабилизации процесса
твердения. Этот метод позволяет получать информацию о нарастании прочности
практически с любой точки изделия, что особенно важно в связи с увеличением
выпуска крупноразмерных бетонных изделий. В качестве источника информации о
нарастании прочности бетона могут служить ультразвуковые датчики. С увеличением
прочности бетона изменяется скорость ультразвука
5. Техника
безопасности и охрана труда
Заводы сборного железобетона относятся к числу предприятий,
на которых санитарно-гигиенические условия труда и техники безопасности
являются важнейшими критериями для повышения производительности труда, они
обеспечивают сохранение здоровья каждого работающего на предприятии.
Многие цеха в результате выполнения технологических процессов
создают значительное выделение пыли, конвекционного или лучистого тепла, паров
и вредных газов, в формовочных цехах используются вибрационные механизмы,
которые оказывают отрицательное влияние на состояние здоровья рабочего, они же
являются источником шума и т.д., поэтому на предприятиях сборного железобетона
в целях обеспечения безопасных и нормальных санитарно-гигиенических условий
труда необходимо строго руководствоваться правилами техники безопасности и
производственной санитарии.
В этих правилах изложены требования по всему предприятию, по
его отдельным цехам, технологическим переделам, транспортным средствам,
вибрационному оборудованию, регламентированы нормативы по естественному и
искусственному освещению, отоплению и вентиляции.
В цехах или районах, где расчетная температура воздуха ниже
200С, необходимо предусматривать воздушные завесы. В помещениях должна
предусматриваться естественная и принудительная вентиляция.
В цехах, где используются вибрационные механизмы, должны быть
приняты меры по устранению воздействия вибрации.
При работе вибрационных механизмов шум характеризуется
уровнем звукового давления в децибелах, а вибрация - виброскоростью.
Уровень шума и вибрации на рабочих местах не должен превышать
допустимые пределы, в противном случае необходимо устраивать звуковую и вибрационную
изоляцию помещений, рабочих мест и машин, например установку виброплощадок на
массивные фундаменты, изолированные от пола упругими прокладками, обязательное
крепление форм на виброплощадках и ударных столах, укрытие виброплощадок
акустическими кожухами и т.д.
На складах цемента и в бетоносмесительных цехах (где
значительная концентрация пыли) для пылеосаждения используют пылеосадители типа
НИИОГАЗ и матерчатые фильтры, которые обеспечивают очистку воздуха до 97-99%.
Строгое соблюдение правил техники безопасности должно
соблюдаться при работе на основных технологических переделах.
В арматурном цехе при ведении сварочных работ необходимо
заземлять сварочные аппараты, применять очки и щитки со светофильтрами и т.д.
При приготовлении бетонной смеси необходимо следить за
исправной работой вентиляции, герметизацией кабин пультов управления дозаторами
и смесителями, системой сигнализации и автоматизации.
При натяжении арматуры гидродомкратами их необходимо
ограждать сетками, а по торцам стендов и форм устанавливать щиты, на время
натяжения арматуры включать сигнальную лампу; закладные детали, сетки и каркасы
укладывать при натяжении арматуры не более, чем на 50% проектной; тяги захватов
и упоров периодически испытывать нагрузкой, равной 110% усилий максимального
натяжения.
Формование изделий осуществлять при включенной звуковой
сигнализации, управление формовочными машинами должно быть дистанционным. При
тепловой обработке изделий следует не допускать утечки пара из камер, загружать
и выгружать камеры с помощью автоматических траверс.
6. Охрана
окружающей среды
На предприятиях стройиндустрии должны выполняться мероприятия
по защите окружающей среды, по защите атмосферного воздуха от загрязнения пылью
и вредных выбросов котельных, водных бассейнов от загрязнения сточными водами,
а также почв примыкающих территорий от эрозивных разрушений. На заводе должны
быть определены способы санитарной очистки территории и места выводов
производственных отходов, которые непригодны для последующего использования.
Выбросы загрязняющих веществ - пыли - при перегрузке сыпучих
материалов
Согласно СанПин 2.2.1/2.1.1.1031-01 и ГОСТ 12.10.05 - 88
величина предельно допустимой концентрации цементной пыли в рабочей зоне должно
составлять не менее 6 мг/м3.
Таким образом, перечень загрязняющих веществ, нормативы
предельно допустимых концентраций и класс опасности вредных веществ,
выбрасываемых в атмосферу, приведены в таблице.
Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу
Код вещества
|
Наименование
вещества
|
ПДКн
мг/м3
|
Класс опасности
|
1 (5)
|
Азота диоксид (NO2)
|
0,085
|
2
|
37 (226)
|
Железа оксид (Fe2O3)
|
0,04
|
3
|
44 (278)
|
Марганец и его
соединения
|
0,01
|
3
|
190 (498)
|
Углерода оксид
(СО)
|
5
|
3
|
52 (499)
|
Сварочный
аэрозоль
|
0,05
|
4
|
7. Список
использованных источников
1.
Установки периодического действия для тепловлажностной обработки строительных
изделий и конструкций: Учебное пособие. - Казань: КГАСУ, 2011. - 96 с.
.
Вознесенский А.А. Тепловые установки в производстве строительных материалов и
изделий / Вознесенский А.А. М.: Стройиздат, 1964. - 430 с.
.
ОНТП-07-85 Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий сборного
железобетона.
.
ГОСТ 12504-80 "Панели стеновые внутренние бетонные и железобетонные для
жилых и общественных зданий"
.
Баженов Ю.М. Технология бетона/ Ю.М. Баженов. - М.: Изд-во АСВ, 2003. - 500 с.