Главная » 2014 » Июнь » 24 » Скачать Роторно-пульсационная установка для производства пенобетона. Щербинин, Игорь Алексеевич бесплатно
3:53 PM
Скачать Роторно-пульсационная установка для производства пенобетона. Щербинин, Игорь Алексеевич бесплатно
Роторно-пульсационная установка для производства пенобетона
Диссертация
Автор: Щербинин, Игорь Алексеевич
Название: Роторно-пульсационная установка для производства пенобетона
Справка: Щербинин, Игорь Алексеевич. Роторно-пульсационная установка для производства пенобетона : диссертация кандидата технических наук : 05.02.13 / Щербинин Игорь Алексеевич; [Место защиты: Белгород. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова] - Белгород, 2009 - Количество страниц: 168 с. ил. Белгород, 2009 168 c. :
Объем: 168 стр.
Информация: Белгород, 2009
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 АНАЛИЗ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОНА
11 Способы получения пенобетонных изделий
12 Стационарное оборудование, применяемое для производства пенобетона
13 Использование мобильных комплексов для заливки пенобетона на стройплощадках и его перспективы использования в строительстве
14 Существующие методики расчета
15 Обоснование возможности и целесообразности применения роторно-пульсационной установки в технологии производства легкого пенобетона
16 Цель и задачи исследований
17 Выводы
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
21 Основные предпосылки и положения
22 Движение среды в роторно-пульсационной установке для производства пенобетонной смеси
23 Определение значений поля скоростей роторно-пульсационной установки при ламинарном режиме работы
24 Расчет мощности роторно-пульсационной установки при ламинарном режиме работы
25 Расчет мощности потребляемой трубошнеком роторно-пульсационной установки
26 Определение давления, создаваемого рабочими органами роторно-пульсационной установки
27 Выводы
ГЛАВА 3 ПЛАН, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
31 Основные положения экспериментальных исследований
32 План и программа экспериментальных исследований
33 Описание экспериментального оборудования и средств контроля
34 Методики проведения экспериментальных исследований и измерений
35 Характеристика исследуемых компонентов пенобетонной смеси
36 Выводы
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ
41 Уравнения регрессии, описывающие зависимость p,R, Я от варьируемых факторов хь х2, х3, Х4
42 Анализ влияния основных параметров на эффективность процесса производства пенобетонной смеси в роторно-пульсационной установке
43 Определение рациональных параметров процесса производства пенобетонной смеси в роторно-пульсационной установке
44 Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных
45 Выводы
5 ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ
51 Описание промышленного комплекса
52 Расчет экономической эффективности
53 Выводы
Введение:
Развитие производства строительных материалов в современных условиях для строительного комплекса РФ предполагает решение ряда задач, одну из которых можно определить как повышение эффективности работы действующего промышленного оборудования и создание новых высокоэффективных по всем современным требованиям технологических комплексов, машин и агрегатов.
В связи с определенными экономическими условиями в РФ на современном этапе, в строительном комплексе уже достаточно длительное время ведется интенсивный поиск недорогих и вместе с тем эффективных конструкционных и теплоизолирующих решений при строительстве, как промышленных зданий, так и жилых сооружений. Одним из направлений, удовлетворяющим указанным требованиям, ученые и производственники считают развитие производства безавтоклавного бетона, получившего название «пенобетон».
Имеющийся на сегодня опыт показывает, что оптимальное направление развития индустрии стеновых материалов из безавтоклавного бетона -создание разветвленной сети малых заводов и цехов по производству стеновых блоков и мелкоштучных изделий различного назначения, а также монолитное домостроение из такого бетона с помощью передвижных установок для заливки стен, перекрытий и теплоизоляции. Реализация данного направления требует создания технологии и оборудования, применимость которых минимально зависит от параметров окружающей среды, квалификации рабочих и качества сырьевых материалов.
В отличие от автоклавного газобетона пенобетон имеет закрытую пористую структуру и поэтому впитывает меньшее количество влаги. Срок службы пенобетона при нормальных условиях эксплуатации не ограничен, т.к. процесс твердения связан с постоянно протекающей гидратацией цемента и со временем он становится только прочнее. По теплоизоляционным свойствам пенобетон близок к пенополистиролу, при этом практически инертен к воздействию огня. Себестоимость пенобетона на 30 - 40% ниже по сравнению с автоклавным газобетоном и значительно ниже стоимости строительного кирпича. Совокупный ряд приведенных преимуществ объясняет повышенный интерес к пенобетону и изделиям на его основе в современных сложных экономических условиях.
В настоящее время промышленность уже освоила серийный выпуск достаточно большой номенклатуры установок для производства пенобетона — стационарных и мобильных различного принципа действия. Однако в последние годы все большую популярность приобретают мобильные установки из-за их невысокой цены, простоты обслуживания, возможности быстрого , перемещения и сравнительно невысокой энергоемкости. Их применение наиболее эффективно в жилищном строительстве при возведении ограждающих конструкций и устройстве теплоизоляционных слоев с использованием пенобетонов, что возможно двумя способами. Первый - приготовление пенобетона на стационарной установке, расположенной у объекта, и перекачивание готовой смеси по шлангам к месту укладки. Второй - приготовление пенобетона на малогабаритном передвижном механизированном комплексе, который может перемещаться с этажа на этаж и из помещения в помещение через дверные проемы непосредственно к месту заливки.
Вместе с тем, существующие способы и оборудование для получения пенобетона в России находятся в стадии постоянного усовершенствования. Особой проблемой для изготовителей и потребителей оборудования является большой набор единиц техники, входящих в стандартный технологический комплекс, а значит повышенные металлоемкость, энергопотребление и, соответственно, стоимость. Так стандартный комплекс обычно включает емкости расходных материалов, питатели-дозаторы, смеситель, пеногенератор, накопительную емкость и перекачивающий насос. Одним из направлений решения указанной выше проблемы может быть совмещение ряда технологических операций в одном аппарате, например: смешения, аэрации и перекачивания. Реализовать данное предложение возможно с помощью роторно-пульсационного способа гомогенизации в установке специальной конструкции, которые до настоящего времени в производстве пенобетона не применялись. Для осуществления предложенного варианта необходимо создать такой аппарат применительно к получению пенобетонных смесей и разработать математический аппарат для его расчета при проведении проектно-конструкторских работ, а также изготовить лабораторный образец и провести его исследование и выбор рациональных режимов работы.
Все перечисленное выше, позволяет сделать вывод об актуальности данной проблемы и определяет цель настоящей работы.
Цель работы - разработка математического аппарата для расчета, исследование и получение рациональных конструктивно-технологических параметров роторно-пульсационной установки, обеспечивающей повышение эффективности процесса получения пенобетона.
Задачи исследований:
1. Провести анализ состояния и направлений развития конструкций мобильных установок для получения пенобетона и выявить направления развития данного класса машин.
2. Разработать принципиальную схему исполнения роторно-пульсационной установки, обеспечивающую совмещение в одном аппарате процессов смешивания, аэрации и перекачки пенобетонной смеси к месту заливки.
3. Разработать методику аналитического расчета конструктивно-технологических параметров работы установки.
4. Исследовать режимы работы роторно-пульсационной установки в составе производственного комплекса и определить условия их протекания для различных марок пенобетона.
5. Установить методом планирования многофакторного эксперимента регрессионные зависимости плотности, прочности и теплопроводности пенобетонных блоков от входных конструктивно-технологических факторов, и провести экспериментальную проверку в лабораторных условиях разработанных теоретических моделей.
6. Определить критерий оптимальности и методику расчета рациональных конструктивно-технологических параметров роторно-пульсационной установки.
7. Разработать опытно-промышленный вариант мобильной роторно-пульсационной установки и апробировать ее в условиях реального производства.
Научная новизна заключается в получении:
• аналитических выражений для расчета окружной и радиальной составляющих компонент скорости движения среды в пространстве между рабочими органами;
• выражения для расчета мощности, потребляемой трубошнеком роторно-пульсационной установки с учетом режима ее работы;
• уравнений, определяющих значения коэффициентов потребляемой мощности для заданных конструктивных и технологических параметров роторно-пульсационной установки;
• зависимостей для определения давления, создаваемого рабочими органами роторно-пульсационной установки;
• уравнений регрессии, позволяющих определить рациональные режимы процесса получения пенобетонной смеси в установке предложенной конструкции.
Практическая ценность работы заключатся в создании на основании теоретических разработок и экспериментальных исследованиях принципиально новой конструкции роторно-пульсационной установки для производства пенобетона, новизна конструктивного решения которой защищена патентом РФ на полезную модель.
Предложенные теоретические модели, конструктивные решения и рекомендации по рациональным рабочим режимам могут быть использованы при расчете и проектировании промышленных роторно-пульсационных установок для производства пенобетона и изделий на его основе.
Автор защищает.
1. Принципиальную схему нового конструктивного решения роторно-пульсационной установки для производства пенобетона, обеспечивающую совмещение в одном аппарате процессов смешивания, аэрации и перекачки пенобетонной смеси, защищенную патентом РФ на полезную модель.
2. Аналитические выражения для расчета окружной и радиальной составляющей компонент скорости движения среды в пространстве между рабочими органами установки.
3. Уравнения для расчета мощности потребляемой трубошнеком роторно-пульсационной установки с учетом режима ее работы.
4. Зависимости для определения давления, создаваемого рабочими органами роторно-пульсационной установки.
5. Уравнения для определения значений коэффициентов потребляемой мощности, для заданных конструктивных и технологических параметров роторно-пульсационной установки.
6. Регрессионные модели, определяющие влияние основных факторов, обуславливающих протекание процесса получения пенобетонной смеси на прочность, плотность и теплопроводность изделий.
7. Теоретически обоснованное конструктивное решение роторно-пульсационной установки, позволяющее повысить эффективность процесса получения пенобетона.
Реализация работы.
Теоретические и экспериментальные результаты работы апробированы и внедрены в ООО «Стройпенобетон» (г. Белгород) в технологическом процессе приготовления пенобетонных блоков, в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафедре «Механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов» БГТУ им. В.Г. Шухова.
Результаты диссертационной работы рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций» в апреле 2009 года.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы и практические результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-технических конференциях: «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии»; «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии», «Образование, наука, производство» (БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 2005, 2007, 2008 г.); «Новые материалы и технологии в машиностроении» (БГИТА, Брянск, 2006 г.); «Вузовская наука - региону» (ВГТУ, Вологда,2007 г.), «Задачи архитектурно-строительного комплекса в повышении качества жизни и устойчивого развития сельских территорий» (Орел ГАУ, Орел, 2009 г.).
Публикации.
По результатам работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 1 в центральных изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, получен 1 патент на полезную модель РФ.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из: введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 120 наименований; работа изложена на 168 страницах, содержит 59 рисунков,5 таблиц, 7 приложений на 24 страницах.
1. АНАЛИЗ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ПЕНОБЕТОНА
1.1 Способы получения иенобетонных изделий
В связи с вводом в действие новых жестких требований по теплозащите зданий и сооружений, а также резкого роста цен на традиционно применяемые строительные материалы в последние несколько лет в России и ближнем зарубежье произошел всплеск оправданного интереса к производству новых видов стеновых и одновременно, теплоизолирующих материалов. В ряду этих материалов одним из наиболее перспективных являются ячеистые бетоны, причем приоритетным направлением для разного рода предприятий стало производство неавтоклавного ячеистого цементного бетона — пенобетона [83].
Технология получения пенобетона была разработана в Германии и пользуется успехом во всей Европе и России. Существуют разные технологические способы для изготовления пенобетонных смесей [84]. Способ приготовления формовочных пенобетонных масс зависит от принятой технологии и вида применяемого пенообразователя. Приготовление пенобетонной смеси, независимо от метода вспенивания, основано на получении гетерогенной системы газ — жидкость — твердое и может быть: классической, сухой минерализации, пенобаротехнологии. Их схемы приведены на рисунке 1.1.
Наиболее характерная классическая и часто используемая в производственных условиях технологическая схема для производства мелкоштучных изделий строительного и теплоизоляционного назначения на основе пенобетона представлена на рисунке 1.1 а).
Р абочий раствор пенообразователя
Растворная смесь
Пеногене|шор I
Компрессор
Пенобегономеситель 3
Насос
МОНОЛИТНЫЙ ФО|)МЫ пенооетон б)
Концентрат пенообразователя
Цемент
Рабочий растгар пенообразователя
Пеногенератор
Пенобетономеснтель
Компрессор
Монолнттым пенобетон
Концентрат пенообразователя
Цемент
Пенооарооетономесмтель
Компрессор
Монолитный пенобетон
Рисунок 1.1 Схемы способов приготовления пенобетонных смесей а) классическая; б) сухая минерализация; в) пенобаротехнология.
При производстве неавтоклавного конструкционный (в соответствии с ГОСТ 25485-91) пенобетона для крупных стеновых блоков с большой высотой (до 300-400 мм) в состав пенобетона, кроме цемента, молотого заполнителя, пенообразователя и воды, вводится ускоритель схватывания, и твердения пенобетонной смеси - технический сернокислый глинозем.
Объемная масса такого неавтоклавного пенобетона в высушенном состоянии
1 л равен 900-1000 кг/м , на 1м расходуется 350 кг цемента.
Автоклавный пенобетон обладает более ценными физико-механическими свойствами, чем неавтоклавный и может применяться в строительстве для изготовления несущих элементов зданий, вплоть до стеновых крупноразмерных изделий «на комнату». В основу технологии конструкционного пенобетона положено два процесса: введение в его состав тонкомолотого кварцевого песка и автоклавная обработка изделий при давлении пара не менее 0,8 МПа.
Благодаря этому по сравнению с неавтоклавным пенобетоном резко снижается расход цемента (в 1,5-2 раза), ускоряются физико-химические процессы при твердении цементно-песчаного камня и создаются лучшие условия для образования кристаллического гидросиликата кальция. В результате химических реакций, протекающих при автоклавной обработке, прочность пенобетона на портландцементе и тонкомолотом песке в возрасте 2 суток в 3-5 раз больше прочности неавтоклавного пенобетона того же состава, но твердевшего 28 суток в естественно-влажных условиях.
Во втором варианте по технологии «сухой минерализации» пены, представленном на рисунке 1.1 б, приготовление смеси производят путем совмещения сухих компонентов с низкократной пеной, непрерывно подаваемой пеногенераторном. При этом по мнению А.П. Меркина [84], происходит бронирование единичного воздушного пузырька частицами твердой фазы и отсасывание воды из пены. Так образуется высокоустойчивая пенобетонная масса с малым количеством свободной воды. На поверхности пенных пузырьков сорбируются (втягиваются в пленку ПАВ) мелкие и гидрофильные частицы твердой фазы. Высокая насыщенность ПАВ поверхности раздела «воздушная пора — дисперсионная среда» предопределяет формирование гладкой глянцевой поверхности стенок пор. Формируется плотный припоровый слой толщиной 12-30 мкм — слой, называемый зоной подкрепления. В условиях эксплутационных нагрузок на пенобетон объем единичной поры работает как арка и плотный припоровый слой пенобетона «сухой минерализации» может рассматриваться как армированный нижний пояс конструкции.
В следующем варианте (рисунок 1.1 в,) автор И.Б. Удачкин, предусмотрен этап перемешивания полуфабриката под избыточным давлением, так называемая баротехнология. Сущность способа заключается в поризации под избыточным давлением смеси всех сырьевых компонентов. Концентрат пенообразователя и воду дозируют по объему, цемент и песок -по массе (или дозируется по массе специально изготовленная сухая смесь из сухого пенообразователя, цемента и песка). Все компоненты подают в пенобаробетоносмеситель, куда компрессором нагнетается воздух, создавая внутри давление. Пенобетонная смесь, полученная в пенобаробетоносмесителе, под давлением транспортируется из смесителя к месту укладки в формы или монолитную конструкцию, где в результате перепада давлений происходит вспучивание. По этому способу в смесь вводят воздухововлекающие добавки ПАВ и применяют специальный герметичный смеситель.
На рисунке 1.2 представлена схема технологической линии для производства пропаренных поризованных блоков из пенобетона. Пенобетонный раствор приготовляется в специальных машинах пенобетономешалках, куда поступают отдозированные материалы. Пенобетономешалка состоит из трех основных частей: пеновзбивателя, растворного барабана и смесителя, оснащенных вращающимися лопастями. В пеновзбивателе приготовляется пена, в растворном барабане - раствор, а в смесителе смешиваются пена и раствор, образуя ячеистую смесь пенобетона. Иногда растворный барабан и смеситель совмещают в одном барабане, что менее рационально.
Для приготовления пены в пеновзбиватель загружается необходимое количество воды и пенообразователя. Процесс приготовления пены обычно продолжается 3-5 мин. Лопасти пеновзбивателя во время вращения вовлекают воздух в водный раствор пенообразователя, чем создаются благоприятные условия для быстрого образования пены. Для приготовления строительного раствора в растворный барабан загружают цемент, молотый песок и воду в строго отдозированных количествах, установленных при подборе состава ячеистого бетона, и перемешивают их в течение 2-3 мин.
Рисунок 1.2 Линия по изготовлению пенобетона для производства пропаренных поризованных блоков 1 — растворобетоносмеситель; 2,4 - дозаторы; 3 - пенобетоносмеситель;
5 — емкость для пенообразующего раствора; 6 - датчик времени;
7 — пеногенератор; 8 — компрессор; 9 - насос; 10 — пульт управления.
Приготовленные строительный раствор и пену вливают в смеситель (сначала раствор, затем пену) для перемешивания до получения однородной по цвету и составу пенобетонной смеси.
Недостаточная продолжительность перемешивания не обеспечивает получения равномерной структуры пенобетона, а слишком длительное перемешивание приводит к разрыву ячеек смеси, увеличению объемного веса пенобетона а, следовательно, уменьшению его выхода на один замес. Готовая ячеистая смесь выливается из смесительного барабана пенобетономешалки в бункер и затем разливается по формам либо непосредственно из бункера, либо при помощи конвейеров и т. п.
Пенобетон с малым водопотребным отношением в соответствии с общими законами гидратации и твердения гидравлических вяжущих характеризуется ускоренным схватыванием и твердением, а также повышенной прочностью. Последнее, в какой-то мере компенсирует недобор пенобетоном прочности при отказе от автоклавной обработки.
При серийном выпуске мелкоразмерных необъемных пенобетонных изделий (стеновых блоков), применяют специализированные линии. Преимущество технологии - возможность использования в заводских условиях - конвейерный и кассетный способы получения изделий, также непосредственно в монолитном домостроении. Наиболее перспективным способом формирования изделий в заводских условиях является конвейерный, существенно снижающий энерго- и трудозатраты при эксплуатации и обслуживании установок.
Кроме представленных способов следует различать оборудование стационарное и мобильное.
