Ямная пропарочная камера для железобетонных свай

Все рассмотренные конструктивные изменения в значительной мере увеличивают количество полезно используемой теплоты на тепловлажностную обработку изделий. Однако основной недостаток, заложенный в конструкции ямной камеры, продолжает оставаться. При загрузке изделий в камеры краном они ударяются о борта камеры, о гидравлический затвор, постепенно нарушая герметизацию. Пар начинает выбивать через неплотности, и его расход через определенное время начинает возрастать.

Одним из условий рационального  расходования пара на тепловлажностную обработку изделий в ямных камерах, а также на создание равномерного нагревания этих изделий является организация подачи пара. Как правило, в качестве паропровода используют кольцевую перфорированную (с отверстиями через 100—150 мм) трубу, проложенную по основанию периметра камеры. В этом случае по высоте камеры наблюдается неравномерное температурное поле, которое приводит к неодинаковому нагреванию изделия, а значит и к разной прочности. В одном месте изделие получило 80% прочности марочной, в другом 60%, в третьем 40%. Все это заставляет удлинять сроки тепловой обработки и увеличивать удельные расходы пара. Поэтому организации подачи пара в ямные камеры уделяется большое внимание.

Существуют различные  способы снабжения паром ямных камер. Например, способ паропровода с вертикальными стояками конструкции Гипростроммаша. Пар от магистрали через подводящий паропровод подается в камеру. Регулировка подачи пара осуществляется вентилем. Пар поступает в горизонтальный разводящий паропровод, расположенный по нижнему периметру камеры, откуда попадает в стояки, где через перфорации (отверстия) под небольшим избыточным давлением поступает в камеру. Такая подача пара создает циркуляцию, позволяющую уменьшить неравномерность прогрева изделий.

Более рациональная система снабжения паром ямных камер разработана Киевским инженерно-строительным институтом (КИСИ). Идея этой системы заключается в интенсификации циркуляции пара, для чего предусмотрена основная ветвь подачи пара из магистрали, снабженная регулятором; обводная ветвь включается в случае отказа регулятора. Обе магистрали снабжены запорными вентилями, для включения их в работу раздельно.

По магистрали пар  разводится в нижний и верхний  паропроводы — коллекторы, расположенные по противоположным стенам камеры и снабженные соплами. В нижнем коллекторе, находящемся на уровне 0,2—0,3 h (высоты камеры) сопла направлены вверх и создают циркуляцию по ходу выброса пара. Верхний коллектор расположен на высоте 0,7—0,8 h. В нем сопла направлены вниз. Такое расположение сопел создает достаточную циркуляцию для равномерного нагревания изделий. Паропровод снабжен съемной дроссельной шайбой для стока конденсата, образующегося при транспортировке пара.

Способ рационального  парораспределения с внешним  эжектором разработан для ямных камер ЦНИИС Минтрансстроя СССР. Принцип ее работы заключается в следующем. Пар из паровой магистрали подается через регулирующий клапан в эжектор, а затем в верхние раздаточные коллекторы с соплами, направленными вниз. В нижней части камеры создается эжектором отрицательное давление, которое заставляет паровоздушную смесь засасываться в перфорированные трубопроводы. Тем самым в камере создается необходимая циркуляция паровоздушной смеси.

Отобранная паровоздушная  смесь поступает в перфорированные трубопроводы внизу камеры через трубопровод, а затем в эжектор и за счет давления, созданного паром, выбрасываемым через сопло, эжектируется в смесительную камеру эжектора. В смесительной камере свежий пар смешивается с паровоздушной смесью и поступает в коллекторы. Для подачи в камеру через сопла. Этот способ, как и предыдущие, позволяет создать необходимую циркуляцию в камере и повысить равномерность обработки бетона.

Пропарочные ямные камеры работают по циклу 10—15 ч. Цикл включает время на загрузку, разогрев изделии, изотермическую выдержку при максимальной температуре, охлаждение и выгрузку изделий. Удельный расход пара в ямных камерах колеблется в зависимости от их состояния.

Габаритные размеры пропарочных  камер устанавливают, исходя  из размеров изделий. Принимаем в длину – одно изделие, в ширину – одна форма по 5 изделий в форме, в высоту – 2 форм в камере.

Длину камеры найдем по формуле:

,

где l – длина формы, м; l₁ – расстояние между формой и стенкой камеры, м (l₁=0.4… 0.5м).

Ширина камеры:

,

где В – ширина формы (В=5b=1,5 м); В₁ – расстояние между формами и стенкой камеры, м (В₁=0,35-0,4 м).

Высота камеры:

где n – число форм по высоте камеры; Н – высота формы, м; Н₁ – расстояние между формами (Н₁=0,2 м); Н₂ – расстояние между формой и дном камеры (Н₂=0,15 м); Н₃ – расстояние между верхним изделием и крышкой камеры (Н₃=0,05м).

Таким образом размер ямной камеры: 10х2,3х1 м. Объем камеры – 23 м³.

Коэффициент заполнения камер бетоном:

,

где q – объем одного изделия, q=1,83 м³; n – число изделий, загружаемых в камеру, n=10; V – объем одной камеры.

Коэффициент оборачиваемости  камер за 1 сутки:

,

где Т₀ – время цикла,

Т₀=(Т_ТВО+Т_з+Т_р)/К_д

Т_з – длительность загрузки камеры, по ОНТП принимаем по 1 часу на форму Т_з=1 ч×2=2 ч; Т_р – продолжительность разгрузки камеры, по ОНТП принимаем по 1 ч на форму Т_р=1 ч×2=2 ч; Т_тво – длительность термообработки изделия, Т_тво=11,5 ч; К_д – коэффициент дополнительных работ в камере, К_д=0,95.

Т₀=(Т_ТВО+Т_з+Т_р)/0,95=(11,5+2+2)/0,95=16,3 час.

.

_{Принимаем первый вариант ТВО.}

Съем продукции с 1 м³ камеры в 1 сут:

Количество камер ТВО:

где N – плановое задание, м³; С – количество рабочих дней в году, С=253; V – объем одной камеры.

,

Принимаем 6 камер размерами 10х2,3х1 м. Камеры расположим в одном блоке.

 

2.4. Конструкция выбранной тепловой установки

 

Ямные камеры периодического действия полностью или частично заглубленными в пол или напольными. Основными элементами являются стенки, пол с канализацией для стока, крышки с гидравлическим затвором и  система паропроводов с запорной и регулировочной арматурой для подачи пара в камеру.

Основное днище выполняется  из керамзитобетона и кладется на песчаную подготовку. Над основным днищем, которое выполнено с уклоном к месту отбора конденсата, находится воздушная прослойка, перекрытая фальш-днищем. Уклон фальш-днища делается в обратном направлении для создания гидравлической петли из стекаемого конденсата в целях лучшего разделения находящегося в камере пара и удаляемого конденсата. При этом возможность «пролетного» пара в конденсатоотводящую систему резко снижается.

Для стен ямной камеры используем легкие теплоизолирующие конструкции. Наружная стена камеры состоит из железобетонного каркаса, на котором монтируются экраны с воздушными прослойками. Шаг прослоек регулируется деревянными прокладками. Вся конструкция экранов с обеих сторон гидроизолируется фольгоизолом, по которому прокладывается асбестоцементный лист. Претерпел изменения и гидрозатвор, для уплотнения которого кроме опорного ребра введено дополнительное уплотняющее ребро.

Плоские крышки ямных камер снабжены стальным экраном для стока конденсата в гидравлический затвор и для предохранения поверхности изделия от попадания конденсата. Глубина швеллера, используемого в качестве гидравлического затвора, не менее 100 мм.

Конструкция ямной камеры ТВО представлена на рис. 3.

 

Рисунок 3 – Ямная камера ТВО.

 

Чаще всего камеры объединяют в блоки, состоящие из 4-8 камер, что уменьшает охлаждение стен. Загружают изделия в камеры и разгружают кранами. Остывает изделие в камере после прекращения подачи пара.

 

2.5. Работа установки, ее обслуживание и контроль

 

Принцип работы камеры заключается  в следующем. С камеры снимается  крышка. Изделие в форме опускается в камеру и устанавливается на нижние кронштейны. Нагруженные кронштейны заставляют раскрыться следующий ряд и так далее. После загрузки камеры закрывается крышка, заполняются водяные затворы и начинают подавать пар. Изделия нагреваются (период прогрева) и выдерживаются (изотермическая выдержка) при достигнутой температуре.

В процессе прогрева и  изотермической выдержки пар конденсируется, отдает теплоту и в виде конденсата удаляется через дренажную систему. По окончании выдержки подача пара прекращается, и через вентиляционные каналы удаляется паровоздушная  смесь. При этом вода в затворах вскипает и в виде паровоздушной смеси также удаляется. Через освободившийся от воды затвор, соединяющий крышку со стенками, в камеру поступает воздух, который охлаждает изделия, сам нагревается и также удаляется через вентиляционный канал. После охлаждения изделий камера раскрывается, а изделия, набравшие 70-80% марочной прочности, выгружаются из камеры краном. В камере практически поддерживается атмосферное давление (0,1 МПа).

 

 

 

 

 

 

3.   Теплотехническая часть

3.1. Теплотехнический  расчет

 

В ходе теплотехнического расчета составляются уравнения теплового баланса для периода ТВО. Так как установки выполнены в общем блоке, то баланс составляем для всего блока. Расчет баланса теплоты для установок периодического действия производим на 1 цикл работы установки.

Продолжительность  цикла  камеры Т_ц=16,3 ч.

Поступление тепла:

- от теплоносителя

где D – искомый расход пара за 1 цикл, кг;

i_п – энтальпия пара, i_п =2680 кДж/кг (по i-S диаграмме);

- от экзотермии цемента в бетоне:

,

где q_ц – количество тепла, выделяемого 1 кг цемента за счет экзотермии, = 500 кДж/кг (принимается равной марке цемента М500); Ц – расход цемента на 1 м³ бетона, Ц=410 кг; V – объем бетона одного изделия в установке, V=0,81 м³; n  - количество изделий в установке, n=6×10=60.

Расход тепла:

- на нагрев изделий

,

где r_б – плотность бетона изделия, r_б =2483 кг/м³; t_п, t_к – конечная после нагрева и начальная температура бетона, t_н=20°,  t_к =80°С; С_б – теплоемкость бетона, = 1.5 кДж/кгК.

- на нагрев форм  и арматуры

где G=800 кг – масса форм, С_с – теплоемкость стали, =0,46 кДж/кг×К.

- на нагрев влаги  в бетоне

где w - весовая влажность бетона изделий, %; С_вл- теплоемкость влаги,

- на испарение части  влаги

,

где w_к -  конечная и w_н начальная влажности изделий, %.

- на нагрев самой установки 

где G_у – масса установка, G_у =40000 кг; С_у – теплоемкость материала установки, =0.46 кДж/кг×К.

- на потери теплоты  во внешнюю среду

,

где a - коэффициент теплоотдачи, a=10.4; t_ст – температура наружной поверхности стенки, t_ст =40С; t_в – температура воздуха, t_в =20С; F – поверхность тепловой установки, F=3×2,3×1×2+1×20×2+3×2,3×20×2=329,8 м².

- на потери тепла  с отработанным теплоносителем

,

где t_к – температура конденсата.

- на потери теплоты  с паром, оставшимся в свободном  объеме установки

,

где V_св – свободный от изделий объем установки: V_св =14,9´6=89,4 м³.

- на потери тепла  с утечкой пара

,

где К_у – коэффициент утечки теплоносителя, К_у =0,1.

Решая относительно D уравнение теплового баланса находим расход пара D за цикл работы установки.

_{отсюда  D=6649 кг}

_{Удельный  расход пара на 1 м³ бетона:}

 

3.2 Аэродинамический  расчет

 

В ходе расчета определяются диаметры магистральных и подводящих паропроводов.

Площадь поперечного  сечения паропровода определяется по формуле (28):

м2

(28)

где G_П – часовой расход пара на расчетном участке паропровода;

кг/ч

(29)

r_п = 0,2929 кг/м³ – средняя плотность пара на участке;

u - скорость пара (u=20-30 м/с,  в ответвлениях u=30-40 м/с).

 м²;

 м.

По ГОСТ 3262-75 принимается  диаметр трубы dу= 150 мм. Наружный диаметр 165 мм.