–PAGE_BREAK–Нормы расхода ЛКМ рассчитываются по формуле:
N = 100*δ*D/р*(1 – к), (2.5)
где N – норматив расхода материала, г/м2;
δ – толщина покрытия, мкм;
р – сухой остаток ЛКМ, %;
к – коэффициент потерь.
Nр-ля = Np – Nи, (2.6)
где Nр-ля – норматив расхода растворителя (воды), необходимое для доведения исходного раствора до рабочей вязкости г/м2;
Nр – норма расхода ЛКМ при рабочей вязкости, г/м2;
Nи – норматив расхода ЛКМ при исходной вязкости, г/м2.
а) Расчет нормативов расхода ЛКМ и воды на электроосаждение.
При рабочей вязкости:
Nр = 100*15*1,4/30*(1 – 0,15) = 82,4 г/м2;
При исходной вязкости:
Nи = 100*15*1,4/76*(1 – 0,15) = 32,8 г/м2;
Норматив расхода воды:
Nводы = 82,4 – 32,8 г/м2.
б) Расчет нормативов расхода ЛКМ и растворителя на электростатическое распыление.
При рабочей вязкости:
Nр = 100*15*1,4/40*(1 – 0,1) = 58,3 г/м2;
При исходной вязкости:
Nи = 100*15*1,4/70*(1 – 0,1) = 33,3 г/м2;
Норматив расхода растворителя:
Nр-ля = 58,3 – 33,3 = 25 г/м2.
3. Технические расчеты
3.1. Расчет установки электроосаждения [1]
а) Определение размеров установки.
Длина установки
Lу = Lв + 2*Lт + 2Lпр + Lст, (3.1)
где Lв – длина ванны осаждения, м;
Lт – длина входного и выходного тамбуров (принимаем LТ = 1 м);
Lпр – длина зон промывок водой, м;
Lст – длина зоны стока после ванны электроосаждения (принимаем Lст = 1 м );
При транспортировании изделий подвесным конвейером Lв вычисляют как сумму длин горизонтальных проекций перегибов конвейера 2L1, длины горизонтального участка Lг и длины двух карманов 2Lк:
Lв = 2*L1 + Lг + 2Lк, (3.2)
L1 = 0,5*(L – l) + (H1 – 2*H)/tgα, (3.3)
где H1 – разность высот монорельса конвейера при подъеме и спуске конвейера при подъеме и спуске изделия в ванну электроосаждения;
L, l, H, α определяют по таблице 24 [1, с.189].
При шаге цепи конвейера 0,16 м и угле перегиба ά = 15° L = 2,4 м, l = 0,4 м, H = 0,318 м; тогда разность высот монорельса Н1 (расчет – см. ниже) составляет 1,9 м, тогда
L1 = 0,5*(2,417 – 0,4) + (1,9 – 2*0,318)/tg15° = 5,8 м
Значение Lг вычисляют как произведение продолжительности электроосаждения на скорость конвейера (Lг = 2*1,2 = 2,4 м); Lк выбирают из расчета, чтобы объем двух карманов составил 0,1 объема ванны электроосаждения, т.е. Lк ≈ 1 м.
Lв = 2*5,8 + 2,4 + 2*1 = 16 м.
Длина Lпр зоны промывки водой складывается из длины зоны двух стоков (принимают длину одного стока Lст = 1,5 м) и длины зоны облива, равной произведению скорости конвейера на продолжительность облива (40 – 50 с):
Lпр = 2*1,5 + 1,2*0,83 = 4 м.
Длина установки
Lу = 16 + 2*1 + 2*4 + 1 = 27 м.
Ширина ванны осаждения
Вв = Ви + 2*b, (3.4)
где Ви – ширина изделия, м;
b – расстояние от изделия до стенки ванны (принимаем b = 0,3 м).
Вв = 1,68 + 2*0,3 = 2,28 м.
Принимаем Вв = 2,3 м.
Ширина В установки в зоне электроосаждения
В = Вв + В1, (3.5)
где В1 – расстояние от ванны до внутренней стенки корпуса (для удобства обслуживания ванны принимаем В1 ≥ 1 м).
В = 2,3 + 1 = 3,3 м.
Ширина установки в зоне промывок водой
Впр = Ви + 2*b1, (3.6)
где b1 – расстояние от изделия до внутренней стенки корпуса с учетом расположения охватывающего контура (принимаем b1 = 0,4 м ).
Впр = 1,68 + 2*0,4 = 2,48 м.
Принимаем Впр = 2,5 м.
Полная ширина установки (с учетом зон обслуживания) Ву = 4,5 м.
Высота ванны осаждения
Нв = Ни + 2*h, (3.7)
где Ни – высота изделия, м;
h – расстояние от низа изделия до зеркала ванны (принимаем h = 0,3 м).
Нв = 1,42 + 2*0,3 = 2,02 м.
Принимаем Нв = 2 м. Полная высота ванны осаждения с учетом установки ее на отметке 0,5 м от пола:
Нвп = Нв + 0,5; (3.8)
Нвп = 2 + 0,5 = 2,5 м.
Высотная отметка монорельса при нижнем положении изделия
Нм.н. = hн + Hи + hп, (3.9)
где hн – расстояние от уровня пола до изделия (принимаем hн = 0,8 м);
hп – расстояние от верха изделия до монорельса (принимаем hп = 1 м).
Нм.н. = 0,8 + 1,42 + 1 = 3,22 м.
Высотная отметка монорельса при верхнем положении изделия и зазоре, равном 0,2 м
Нм.в. = Нвп + Ни + hп + 0,2; (3.10)
Нм.в. = 2,5 + 1,42 + 1 + 0,2 = 5,12 м.
Разность высот монорельса
Н1 = Нм.в. – Нм.н; (3.11)
Н1 = 5,12 – 3,22 = 1,9 м.
Объем ванны осаждения
Vв = Lв*Вв*Нв*0,8; (3.12)
Vв = 16*2,3*2*0,8 = 58,9 м3.
Принимаем Vв = 60 м3. Ширина транспортного проема
Вт.п. = Ви + 2*Вз, (3.13)
где Вз – расстояние между изделием и проемом (принимаем Вз = 0,15 м).
Вт.п. = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м.
Высота транспортного проема
Нт.п. = Ни + 2*h1, (3.14)
где h1 – расстояние по высоте от входного проема до изделия, h1 = 0,1 – 0,15 м.
Нт.п. = 1,42 + 2*0,15 = 1,72 м.
Высота установки электроосаждения Ну = 6 м.
б) Расчет вентиляционных систем.
Объем приточного воздуха за 1 ч, м3,
Vпр = n*Vз.ос., (3.15)
где n – кратность обмена воздуха в установке за 1 ч (принимаем n = 50);
Vз.ос. – объем зоны осаждения (над ванной), м3.
Vз.ос. = Lв*(Вв + В1)*(Нм.в. – Нвп); (3.16)
Vз.ос. = 16*(2,3 + 1)*(5,12 – 2,5) = 137,3 м3.
Vпр = 50*137,3 = 6865 м3/ч.
Принимаем вентилятор с напором Р = 700 Па
Выбираем вентилятор Ц 4–70 № 5 со следующей характеристикой [6, с.151]:
Q = 7000м3/ч; Р = 700 Па; η = 0,75; ω = 150 с-1.
Требуемая мощность электродвигателя
N = Q*P*Kз/3600*1000*η*ηп*ηр, (3.17)
где Q – производительность вентилятора, м3/ч;
Р – давление вентилятора, Па;
Кз – коэффициент запаса;
η, ηп, ηр – соответственно КПД вентилятора, привода и зубчатой передачи.
N = 7000*700*1,1/3600*1000*0,75*0,96*0,95 = 2,18 кВт.
Выбираем электродвигатель типа АО2–22–4 со следующей характеристикой [6, с.173]:
N = 2,2 кВт; n = 1500 мин-1.
в) Расчет системы перемешивания.
Внешняя система перемешивания.
Подачу насоса для циркуляции Vнц выбирают в расчете на двух- трехкратный обмен лакокрасочного материала в ванне за 1 ч:
Vнц = 2*Vв;(3.18)
Vнц = 2*60 = 120 м3/ч.
Подбираем циркуляционный насос ОХ6–70ГС–2 со следующей характеристикой [9, с.14]:
Q = 132,2 м3/ч;
η = 0,75.
Насос комплектуем электродвигателем АО12–55–8 со следующей характеристикой [9, c.14]:
Nн = 250 кВт; n = 750 мин-1.
Диаметр нагнетательной трубы от насоса в ванну
dн = (Vнц/(3600*υл*0,785))0,5, (3.19)
где υл – скорость движения лакокрасочного материала по трубе (принимаем υл = 2 м/с ).
dн = (120/(3600*2*0,785))0,5 = 0,15 м.
Внутренняя система перемешивания. Расчетная производительность V мешалок для лакокрасочного материала зависит от его вида и кратности обмена – минимальный (10) или максимальный (60) за 1 ч. При числе мешалок n = 2
Vmin = 10*Vв/n; (3.20)
Vmax = 60*Vв/n; (3.21)
Vmin = 10*60/2 = 300 м3/ч.
Vmax = 60*60/2 = 1800 м3/ч.
Диаметр трубы для слива лакокрасочного материала, м,
dсл = (8*f*(Hж)0,5/(τ*α*π*(2g)0,5))0,5, (3.22)
где f – площадь поперечного сечения трапецеидальной ванны, м2;
Нж – уровень жидкости в ванне, м;
τ – продолжительность слива, с;
α – коэффициент расхода (принимаем α = 0,62);
g – ускорение свободного падения.
dсл = (8*22*(2,1)0,5/(1800*0,62*3,14*(2*9,81)0,5))0,5 = 0,128 м.
г) Тепловой расчет зоны электроосаждения.
Количество теплоты, выделяющейся в процессе электроосаждения
Q = q*Gf, (3.23)
где q – количество теплоты выделяющейся в процессе электроосаждения с 1 м2 поверхности изделия, q = 0,4…0,8 МДж/ч;
Gf – производительность по окрашиваемой поверхности, м2/ч.
Q = 0,67*4800 = 3216 МДж/ч.
Потери теплоты в зоне осаждения складывается из потерь на нагревание изделия Q1 и на испарение влаги Q2
Потери теплоты на нагревание изделия
Q1 = Gm*cи*∆t, (3.24)
где Gm – производительность по массе изделий, кг/ч;
си – удельная теплоемкость изделия (для стали си = 0,48кДж/(кг*°С));
∆t – температура нагрева изделий (принимаем ∆t = 5°С).
Q1 = 18000*0,48*5 = 43,2 МДж/ч.
Потери тепла на испарение влаги
Q2 = gв*F1*r, (3.25)
где gв – масса влаги, испаряющейся за 1 ч с 1 м2 зеркала ванны (принимаем gв = 0,18…0,22 кг/м2*ч);
F1 – площадь зеркала ванны (F1 = 16*2,3 = 36,8 м2);
r – теплота парообразования воды, r = 2258 кДж/кг.
Q2 = 0,2*36,8*2258 = 16,6 МДж/ч.
Сумма потерь теплоты при эксплуатации
∑Qn = (Q1 + Q2)*кз, (3.26)
где кз – коэффициент запаса, кз = 1,1 – 1,3.
∑Qn = (43,2 + 16,6)*1,2 = 71,8 МДж/ч.
Количество теплоты, выделяющейся в процессе электроосаждения без учета потерь теплоты при эксплуатации
Q3 = Q – ∑Q; (3.27)
Q3 = 3216 – 71,8 = 3144,2 МДж/ч.
Расход воды на охлаждение лакокрасочного материала
Gв = Q3/(c*∆t́), (3.28)
где ∆t́ – разность температур воды на входе и выходе из теплообменника (принимаем ∆t́ = 20 – 10 °С);
св – удельная теплоемкость воды, св = 4,19 кДж/(кг*°С).
Gв = 3144,2*10-3/(4,19*10) = 75040 кг/ч.
Расчетная поверхность теплообмена
F́ = Q3/(к*∆t́), (3.29)
где к – коэффициент теплопередачи (принимаем к = 1,17 МВт/(м2*°С)).
F́ = 3144,2/(1,17*10) = 268,7 м2.
д) Расчет системы промывки.
Зона первой промывки. Для удаления с изделия избытка лакокрасочного материала и пены в зоне электроосаждения устанавливаем один контур промывки с форсунками типа ФК – 01. Для промывки используем деминерализованную воду, поступающую непосредственно из сети. Вода стекает в ванну электроосаждения. На контуре 14 форсунок (10 запасных). Производительность форсунки 0,54 м3/ч при давлении 0,1МПа
Расход воды через форсунки контура
Qв = n*qф, (3.30)
где n – количество форсунок,
qф – производительность форсунки, м3/ч.
Qв = 4*0,54 = 2,16 м3/ч.
Зона второй промывки. Для подачи ультрафильтрата устанавливаем десять контуров, в каждом по 16 насадков типа НП – 01 производительностью 0,42 м3/ч при давлении 0,07 МПа. Общий расход ультрафильтрата рассчитываем по формуле (3.30)
Qуф = 0,42*10*16 = 67,2 м3/ч.
Зона третьей промывки.
Для подачи воды устанавливаем десять контуров, в каждом по 16 насадков типа НП – 01 производительностью 0,42 м3/ч при давлении 0,07 МПа.
Общий расход воды рассчитываем по формуле (3.30)
Qв = 0,42*10*16 = 67,2 м3/ч.
Определим расход свежей воды из расчета 8 л на 1 м2 окрашиваемой поверхности (с учетом заданной производительности GF = 4800 м2/ч):
Qсв.в. = 4800*0,008 = 38,4 м3/ч.
3.2 Расчет конвективной сушильной установки для сушки первого слоя грунта [7]
а) Определение размеров сушильной камеры.
Ширина транспортного проема
b1 = b + 2*b2, (3.31)
где b – ширина изделия, b = 1,62 м;
b2 – зазор по ширине между изделием и проемом, b2 = 0,15 м [1].
b1 = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м ≈ 2 м.
Высота транспортного проема
h1 = h + 2*h2, (3.32)
где h – ширина изделия, h = 1,42 м;
h2 – зазор по высоте между изделием и проемом, h2 = 0,1 м [1].
h1 = 1,42 + 2*0,1 = 1,62 м ≈ 1,7 м.
Ширина камеры (с учетом размещения воздуховодов)
В = b + bвоз, (3.33)
где bвоз – зазор по ширине между изделием и стенкой установки равный 0,7 м в соответствии с ГОСТ 23093–78.
В = 1,68 + 2*0,7 = 3,08 м ≈ 3,1 м.
Длина камеры
L = τ*υ + 2*LT, (3.34)
где τ – время сушки, τ = 30 мин;
υ – скорость конвейера, υ = 1,2 м/мин;
LТ – длина тамбура, LТ = 1,5м.
L = 1,2*30 +2*1,5 = 39 м.
Высота камеры
Н = h + 0,8 + 1,32; (3.35)
Н = 1,42 + 0,8 + 1,32 = 3,54 м ≈ 3,6м.
Размеры проема в месте прохождения конвейера с учетом размеров каретки
bз = 0,3 м; hз = 0,4 м.
Площадь транспортного проема
Fпр = b1*h1 + (b1 + bз)/2*(1,32 – h2 – hз) + bз*bз; (3.36)
Fпр = 2*1,7 + (2 + 0,3)/2*(1,32 – 0,1 – 0,4) + 0,3*0,4 = 4,7 м2.
Поверхность стен сушильной камеры
F1 = 2*(L + B)*H – 2*Fпр; (3.37)
F1 = 2*(39 +3,1)*3,6 – 2*4,7 = 294 м2.
Поверхность потолка и пола сушильной камеры
F2 = 2*L*B; (3.38)
F2 = 2*39*3,1 = 242 м2.
Поверхность наружных воздуховодов
F3 = 2*L; (3.39)
F3 = 2*39 = 78 м2.
б) Расход теплоты в сушильной камере.
Тепловые потери через внешние ограждения камеры
W1 = (F1*k1 + F2*k2 + F3*k3)*(tc – tн), (3.40)
где tс – температура сушки, tс = 180 °С;
tн – температура воздуха в цехе, tн = 15°С.
В качестве теплоизоляции выбираем минеральную вату (слой толщиной 0,08 м). Тогда коэффициенты теплопередачи [1, с. 217], кДж/(м2*ч*°С)
k1 = k2 = 3,73; k3 = 7,54.
W1 = (294*3,73 + 242*3,73 + 78*7,54)*(180 – 15) = 294489 кДж/ч.
Расход тепла на нагрев изделий и транспорта
W2 = Gизд*сизд*(t2изд – tн) + Gтр*стр*(t2тр – tн), (3.41)
где Gизд – производительность установки по массе изделий, Gизд=18000 кг/ч; сизд, стр – удельная теплоемкость изделий и транспорта, сизд = стр = 0,48 кДж/(кг*°С); Gтр – производительность установки по массе транспортных средств, Gтр = 3800 кг/ч; t2изд и t2тр – соответственно, температура изделия и транспорта на выходе из сушильной камеры.
Значения t2изд и t2тр рассчитываем по формуле (3.42)
τ = S*ρ*cизд/(k*α)*2,3*lg[(tc – tн)/(tc – t2)], (3.42)
где S – толщина нагреваемого изделия, м;
ρ – плотность нагреваемого изделия, ρ = 7800 кг/м3;
k – коэффициент формы, k = 1;
α – коэффициент теплоотдачи от воздуха к изделию, (принимаем α = 29,3 кДж/(м2*ч*°С)) [1, с. 217];
t2 – температура изделия при выходе изделия из камеры, °С.
Учитывая, что Sизд = 0,0014 м; Sтр = 0,005 м, тогда
0,5 = 0,0014*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(180 – 15)/(180 – t2изд)];
0,5 = 0,005*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(180 – 15)/(180 – t2тр)].
Решая эти уравнения, получим
t2изд = 170 °C и t2тр = 105°С.
W2 = 18000*0,48*(170 – 15) + 3800*0,48*(105 – 15) = 1503360 кДж/ч.
Расход теплоты на нагрев и испарение воды с изделий
W3 = Gв*[cв*(tc – tн) + r], (3.43)
где Gв – масса воды, поступающая с изделиями в камеру, кг/ч;
r – теплота испарения воды, r = 2400 кДж/кг [2, с.516].
Gв = Gуд*Fизд, (3.44)
где Gуд – масса воды на 1 м2 поверхности изделия (в зависимости от группы сложности изделия принимают Gуд = 0,05…0,15), кг/м2;
Fизд – производительность установки по обрабатываемой поверхности изделий, Fизд = 4800 м2/ч.
Gв = 0,1*4800 = 480 кг/ч.
W3 = 480[4,19*(180 – 15) + 2400] = 1483848 кДж/ч.
Расход теплоты на нагрев свежего воздуха
W4 = Gвоз*своз*(tc – tн), (3.45)
где Gвоз – масса воздуха, врывающегося через открытый проем в сушильную камеру, кг/ч;
своз – удельная теплоемкость воздуха, своз = 1 кДж/(кг*°С).
Масса воздуха, врывающегося через открытые проемы Gвоз, при наличии воздушных завес, если принято, что Gзав/Gвоз = 1 (где Gвоз = Gзав – масса воздуха подаваемого на воздушную завесу) рассчитывается по формуле (3.46) [1, с. 235]
Gвоз = Gзав = 2/3*3600*μ*b1*hнл*(2*g*hнл*(ρн – ρвн)*ρсм)0,5, (3.46)
где μ – коэффициент расхода воздуха через проем при наличии завесы;
hнл – расстояние от нейтральной линии до низа проема, м;
ρн, ρвн, ρсм – соответственно плотность воздуха в цехе, в установке и проеме, кг/м3.
Коэффициент μ зависит от типа завесы (односторонняя или двухсторонняя), а так же от соотношения Gзав/Gвоз и Fщ/Fпр (где Fщ – площадь щели завесы, через которую выходит воздух, м2) и угла выхода струи завесы к плоскости проема.
Для расчета принимаем: размеры щели воздушной завесы 2,42 x 0,015 м (завесу устанавливаем по всей высоте проема с двух сторон); угол выхода струи завесы к плоскости проема α = 45°; температура смеси в проеме 75 °С. Тогда плотность воздуха будет равна, кг/м3 ρн = 1,226; ρвн = 0,946; ρсм = 1,013 [2, с.10].
Fщ/Fпр = 2*b́/b́́́ ́, (3.47)
где b́ – ширина щели, м;
b́ ́ – приведенная ширина проема, м.
b́́ ́ = Fпр/hпр, (3.48)
где hпр – суммарная высота проема, м.
hпр = 1,32 + h + h2; (3.49)
hпр = 1,32 + 2,42 + 0,1 = 3,84 м.
b́́ ́ = 4,7/3,84 = 1,22 м.
Fщ/Fпр = 2*0,015/1,22 = 1/40,6.
Расстояние от нейтральной линии до низа проема
hнл = Fпр/2*b1; (3.50)
hнл = 4,7/2*2 = 1,8 м.
С учетом вышеуказанных условий получаем μ = 0,160 [4, с.40].
Gвоз = Gзав = 2/3*3600*0,160*2*1,18*(2*9,81*1,18*(1,226 – 0,946)*1,013)0,5 = 2322 кг/ч.
Расход воздуха через два проема
продолжение
–PAGE_BREAK–Ǵвоз = 2*Gвоз = 2*2322 = 4644 кг/ч.
Объемный расход воздуха через два проема
Vвоз = Ǵвоз/ρвоз, (3.51)
где ρвоз – плотность воздуха, ρвоз = 1,226 кг/м3.
Vвоз = 4644/1,226 = 3788 м3/ч.
W4 = 4644*1,0*(180 – 15) = 766260 кДж/ч.
Общий расход теплоты
∑W = (W1 + W2 + W3 + W4)*kз, (3.52)
где kз – коэффициент запаса, kз = 1,2 [1, с. 218].
∑W = (294489 + 1503360 + 1483848 + 766260)*1,2 = 4857549 кДж/ч.
в) Расчет горения топлива.
Теоретический объем продуктов сгорания при сжигании 1 м3 газа
Vог = 1,14*Qнр/(4,19*1000) + 0,25, (3.53)
где Qнр – теплота сгорания газа, Qнр = 35200 кДж/м3.
Vог = 1,14*35200/(4,19*1000) + 0,25 = 9,83 м3/м3.
Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 м3 газа
Vов = 1,09*Qнр/(4,19*1000) – 0,25; (3.54)
Vов = 1,09*35200/(4,19*1000) – 0,25 = 8,9 м3/м3.
Действительный объем воздуха, подаваемый для сжигания 1 м3 газа
Vв = α* Vов, (3.55)
где α – коэффициент избытка воздуха, α = 1,05…1,15 [1, с. 220].
Vв = 1,15*8,9 = 10,2 м3/м3.
Действительный объем продуктов сгорания
Vг = Vог + (α – 1)*Vов; (3.56)
Vг = 9,83 + (1,15 – 1)*8,9 = 11,17 м3/м3.
Удельная энтальпия продуктов сгорания
Iпс = (Qнр*η)/Vг, (3.57)
где η – КПД топки, η = 0,8.
Iпс = 35200*0,8/11,17 = 2521 кДж/м3.
Количество воздуха, необходимое для разбавления 1 м3 дымовых газов до температуры сушильного агента (принимаем температуру сушильного агента tса = 400 °С)
X = (Iпс – Iпг)/(Iв – 1,3*tн), (3.58)
где Iпг, Iв – соответственно энтальпия продуктов горения и воздуха, при tса = 400 °С, кДж/м3.
X = (2521 – 564)/(535,9 – 1,3*15) = 3,8 м3/м3.
Расход воздуха на разбавление дымовых газов, получаемых при сгорании 1м3 газа
Vсм = Vг*Х; (3.59)
Vсм = 11,17*3,8 = 42,5 м3/м3.
Количество воздуха, идущее на горение и разбавление дымовых газов
Vα = Vв + Vсм; (3.60)
Vα = 10,2 + 42,5 = 52,7 м3/м3.
г) Подбор вентиляторов, топки и горелок.
Объем свежего сушильного агента, поступающего из топки
Vса = ∑W/(Iса – Iух), (3.61)
где Iса – энтальпия сушильного агента (принимаем равной энтальпии воздуха при температуре tса = 400 °С, кДж/м3);
Iух – энтальпия газовоздушной смеси на выходе из сушильной камеры (при температуре сушки tс = 180 °С), кДж/м3.
Vса = 4857549/(535,9 – 143,4) = 12376 м3/ч.
Объем продуктов сгорания газа, необходимый для ведения процесса
Vпс = Vса*( Iса – 1,3*tн)/( Iпс – 1,3*tн); (3.62)
Vпс = 12376*(535,9 – 1,3*15)/(2521 – 1,3*15) = 2555 м3/ч.
Объем рециркулируемой газовоздушной смеси
Vрец = Vса*(Iса – Iгс)/(Iгс – Iух), (3.63)
где Iгс – энтальпия сушильного агента в момент смешения с рециркулируемой газовоздушной смесью (tгс = tс + 20…30 °С, принимаем tгс = 200 °С, тогда Iгс = 183 кДж/м3 ).
Vрец = 12376*(535,9 – 183)/(183 – 143,4) = 110290 м3/ч.
Производительность рециркуляционного центра
Vрец.ц = (Vрец. + Vса)*(273 + tгс)/(273 + tн); (3.64)
Vрец.ц = (110290 + 12376)*(273 + 200)/(273 + 15) = 201462 м3/ч.
Производительность вытяжного центра
Vвц = (Vвоз + Vса)*(273 + tух)/(273 + tн); (3.65)
Vвц = (3788 + 12376)*(273 + 180)/(273 + 15) = 25425 м3/ч.
На сушилке устанавливаем два рециркуляционных вентилятора. Принимаем напор вентиляторов Р = 800 Па.
Выбираем рециркуляционный вентилятор Ц4 – 76 №16 со следующей характеристикой [6, с.155]
Q = 103000 м3/ч; Р = 800 Па; η = 0,72; ω = 60 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)
N = 103000*800*1,1/(3600*1000*0,72*0,96*0,95) = 38,3 кВт.
Выбираем электродвигатель АО2–91–8 [6, с.173].
N = 40 кВт; n = 750 мин-1.
На сушилке устанавливаем два вытяжных вентилятора, которые одновременно подают воздух на воздушные завесы. Производительность одного вентилятора
V1 = (Vзав + Vвоз + Vса)*(273 + tух)/((273 + tн)*2); (3.66)
V1 = (3788 + 3788 + 12376)*(273 + 180)/((273 + 15)*2) = 15691 м3/ч.
Принимаем напор вентиляторов Р = 800 Па.
Выбираем вентилятор Ц4–76 №8 со следующей характеристикой [6, с.152]
Q = 16000 м3/ч; Р = 800 Па; η = 0,84; ω = 100 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле
N = 16000*800*1,1/(3600*1000*0,84*0,95*0,96) = 5,1 кВт.
Выбираем электродвигатель АО2–51–6 [6, с.173]
N = 5,5 кВт; n = 1000 мин-1.
Расход газа в сушильной установке
В = Vпс/Vг; (3.67)
В = 2555/11,17 = 229 м3/ч.
Объем топки
Vт = B*Qнр/(4*106); (3.68)
Vт = 229*35200/(4*106) = 2 м3.
Принимаем к установке круглую топку
Для сжигания газа выбираем 4 горелки инжекциооные [5, с.216] с производительностью 20 – 60 м3/ч.
Расход воздуха, подаваемого в топку на горение и смешение
Vвт = Vα*B; (3.70)
Vвт = 52,7*229 = 12068 м3/ч.
Принимаем напор вентилятора Р = 2500 Па.
Выбираем вентилятор ЦП7–40 №6,3 со следующей характеристикой [6, с.165]
Q = 12100 м3/ч; Р = 2500 Па; η = 0,5; ω = 200 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле
N = 12100*2500*1,1/(1000*3600*0,5*0,96*0,95) = 20,3 кВт
Выбираем электродвигатель типа АО2–71–2 [6, с.173]
N = 22 кВт; n = 3000 мин-1.
3.3 Расчет камеры охлаждения [7]
Время принудительного охлаждения изделий
τ = 60*с*m*[ln(t0 — tср) – ln(tk — tср)]/(F*α), (3.71)
где с – теплоемкость изделия (теплоемкость стали с = 0,48 кДж/кг);
m – масса изделия, m = 300 кг; t0 – начальная температура изделия, t0= 170 °C; tср – температура охлаждающего воздуха на входе в камеру, tср = 18 °С; tk – конечная температура изделия, tk = 40 °C;
F – поверхность участвующая в теплообмене, F = 80 м2;
α – коэффициент теплоотдачи при принудительном охлаждении, α = 190 кДж/(м2*ч*°С).
τ = 60*0,48*300*[ln(170 – 18) – ln(40 – 18)]/(80*190) = 1 мин.
Ширина камеры охлаждения
В = b + 2*(0,15 + b1 + 0,1), (3.72)
где b1 – ширина воздуховодов для подачи холодного воздуха.
В = 1,68 + 2*(0,15 + 0,45 + 0,1) = 3,08 м ≈ 3,1 м.
Высота камеры охлаждения
Н = h + d1 + 0,1, (3.73)
где d1 – высота воздуховодов для подачи холодного воздуха, d1 = 0,75 м.
Н = 1,42 + 0,75 + 0,1 = 2,27 м ≈ 2,3 м.
Длина камеры охлаждения
L = υ*τ + l, (3.74)
где l – длина изделия, l = 4,35 м.
L = 1,2*1 + 4,35 = 5,55 м ≈ 5,6 м.
Производительность приточного вентилятора
Vпр = (Gизд*c + Gтр*c)*(t0– tk)/(св*(tух – tср)), (3.75)
где tух – температура воздуха на выходе из камеры охлаждения, tух = 35 °С.
Vпр = (18000*0,48 + 3800*0,48)*(170 – 40)/(1,0*(35 – 18)) = 80019 м3/ч.
Принимаем напор вентилятора Р = 950 Па.
Выбираем вентилятор Ц4–76 №16, со следующей характеристикой [6, с.155]
Q = 82000 м3/ч; Р = 950 Па; η = 0,82; ω = 60 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)
N = 82000*950*1,1/(1000*3600*0,82*0,96*0,9) = 33,5 кВт.
Выбираем электродвигатель типа АО2–82–8 [6, с.173]
N = 40 кВт; n = 750 мин-1.
Производительность вытяжного вентилятора
Vвыт = Vпр + 2*(b + 0,3)*(h + 0,2)*Wпр*3600, (3.76)
где Wпр – скорость воздушного потока в открытых транспортных проемах Wпр = 0,3 м/с.
Vвыт = 80019 + 2*(1,68 + 0,3)*(1,42 + 0,2)*0,3*3600 = 86947 м3/ч.
Принимаем напор вентилятора Р = 1000 Па.
Выбираем вентилятор Ц4–76 №16, со следующей характеристикой [6, с.155]
Q = 90000 м3/ч; Р = 1000 Па; η = 0,8; ω = 60 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле
N = 90000*1000*1,1/(1000*3600*0,8*0,96*0,9) = 40,2 кВт.
Выбираем электродвигатель типа АО2–92–8 [6, с.173]
N = 55 кВт; n = 750 мин-1.
3.4 Расчет камеры пневматического распыления [1]
а) Определение размеров камеры и проемов.
Ширина камеры без гидрофильтра
Вк = Ви + В1 + В2, (3.77)
где В1 – расстояние от изделия до воздухопромывных каналов, В1 = 0,85 м;
В2 – расстояние от изделия до стенки камеры (для камер с поперечным отсосом воздуха В2 = 0,55 м).
Вк = 1,68 + 0,85 + 0,55 = 3,08 м ≈ 3,1 м.
Длину камеры Lк определяем из условий удобства работы в ней и принимаем равной длине гидрофильтра (2400;3400;4200 мм). Lк = 6м.
Высота камеры
Нк = Hи + hп, (3.78)
где hп – расстояние от верха изделия до потолка камеры (принимаем hп = 0,8…1,0 м).
Нк = 1,42 + 1,0 = 2,42 м ≈ 2,5 м.
Из условий работы камеры принимаем ширину рабочего проема Вр.п. = 0,6 м. Высота рабочего проема
Нр.п. = Ни + (400…500); (3.79)
Нр.п. = 1,42 + 0,4 = 1,82 м ≈ 1,85 м.
Ширина транспортного проема для ввода и вывода изделий
Вт.п. = Ви + 2*Вз, (3.80)
где Вз – расстояние между изделием и проемом по ширине, Вз = 0,15…0,2м.
Вт.п. = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м ≈ 2 м.
Высота транспортного проема
Нт.п. = Ни + 2*hз, (3.81)
где hз – расстояние между изделием и проемом по высоте, hз = 0,1…0,2 м.
Нт.п. = 1,42 + 2*0,15 = 1,72 м ≈ 1,75 м.
б) Определение объема удаляемого из камеры воздуха.
Расчетный объем (м3/ч) удаляемого из камеры воздуха для камер с поперечным отводом воздуха определяется по средним скоростям его движения в рабочем и транспортных проемах способа и состава лакокрасочного материала:
V = 3600*υ*F, (3.82)
где υ – скорость воздуха в проемах, м/с;
F – площадь сечения проемов.
Принимаем скорость воздуха в открытых проемах υ = 1,3 м/с.
Площадь сечения открытых проемов при перекрытии их изделием на 30 %
F = 0,95*1,75*2*0,7 + 1,42*1,85 = 5 м2.
V = 3600*1,3*5 = 23400 м3/ч.
По объему удаляемого воздуха выбираем гидрофильтр
Высота гидрофильтра Нг = 2,5 м.
Ширина гидрофильтра Вг = 1 м.
Длина гидрофильтра
Lг = V/(3600*υпр.к.*0,5*Вг*К), (3.83)
где υпр.к. – скорость воздуха в воздухопромывном канале, υпр.к. = 5…6,5 м/с; К – коэффициент живого сечения гидрофильтра (принимаем К = 0,9).
Lг = 23400/(3600*0,5*1*6*0,9) = 2,4 м.
в) Гидравлический расчет.
Общий объем воды, рециркулирующий по экрану и полуцилиндрам гидрофильтра, определим по количеству проходящего через него воздуха из расчета 2,5 л воды на 1 м3 удаляемого воздуха
Vв = 0,0025*V; (3.84)
Vв = 0,0025*23400 = 58,5 м3/ч.
Объем воды, рециркулирующей по экрану гидрофильтра
Vэ = 3600*υв*b*δ, (3.85)
где υв – скорость течения воды по экрану (принимаем υв = 1 м/с);
b – ширина водяной завесы, b = Lг = 2,4 м;
δ – толщина водяной завесы (принимаем δ = 0,003 м).
Vэ = 3600*1*2,4*0,00326 м3/ч.
Объем воды, рециркулирующей по полуцилиндрам
Vпц = Vв – Vэ; (3.86)
Vпц = 58,5 – 26 = 32,5 м3/ч.
При расходе воды 58,5 м3/ч диаметр трубы 3́́ ́
По длине водораспределительной трубы с определенным шагом расположены патрубки диаметром 30–40 мм. Число n патрубков, подающих воду на экран
n = Vэ/(3600*υи*f), (3.87)
где υи – скорость истечения (принимаем υи = 1 м/с);
f – площадь сечения патрубка, м2.
n = 26/(3600*1*0,00113) = 6,4.
Принимаем n = 7. Число патрубков, подающих воду к полуцилиндрам
n = Vпц/(3600* υи*f); (3.88)
n = 32,5/(3600*1*0,00113) = 7,99.
Принимаем n = 8.
Выбираем насос ОХ6–54Г со следующей характеристикой [10, с.14]
Q = 60 м3; η = 0,8.
Выбираем электродвигатель АО–102–6м со следующей характеристикой [10, с.14]
Nн = 125 кВт; n = 1500 мин-1.
г) Выбор вентиляционных устройств.
По объему удаляемого из камеры воздухаподбираем центробежный вентилятор Ц4 – 76 №12,5 со следующей характеристикой [6, с.154]
Q = 25000; Р = 700 Па; η = 0,8; ω = 60 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)
N = 25000*700*1,1/(3600*1000*0,8*0,96*0,95) = 7,3 кВт.
Выбираем электродвигатель АО2–61–8 [6, с.173]
N = 7,5 кВт; n = 750 мин-1.
д) Выбор краскораспылительной аппаратуры.
По каталогам в соответствии с необходимой производительностью камеры выбираем краскораспылительную аппаратуру:
– Ручные пневматические краскораспылители типа С–765 – 2 шт., [4, с. 4];
– Очиститель воздуха С–418А – 2 шт., [5 с. 316];
– Шланги для подачи сжатого воздуха и лакокрасочного материала – 10 м.
3.5 Расчет камеры электростатического распыления [1]
а) Выбор распылителей и дозирующих устройств.
Тип устанавливаемых в камере распылителей выбирают с учетом формы окрашиваемого изделия, производительности камеры и вида наносимого материала. Число n распылителей, устанавливаемых в камере, рассчитывают по их производительности и норме расхода краски для изделий соответствующей группы сложности:
n = S0*N/q, (3.89)
где S0– площадь окрашиваемой поверхности в 1 мин, м2;
N – норма расхода материала, г/м2;
q – производительность одного распылителя г/мин.
Производительность одного распылителя
q = π*dн*qн, (3.90)
где dн – диаметр распыляющего насадка, см;
qн – удельный расход материала на 1 см коронирующей кромки в мин, г*см-1*мин-1.
Для нанесения грунтовки ЭП–0270 при общей производительности камеры 1200 м2/ч выбираем электромеханический распылитель с грибковой коронирующей насадкой (qн = 2 г*см-1*мин-1), dн = 10 см.
q = 3,14*10*2 = 62,8 г/мин.
n = 20*33,3/62,8 = 10,6.
Принимаем n = 12.
Для питания двенадцати распылителей необходимы четыре дозирующие установки типа ДХК.
б) Определение размеров камеры
Ширина камеры
Вк = Ви + 2*В + 2*lр + 2*Вп, (3.91)
где В – расстояние между изделием и коронирующим насадком, В = 0,25…0,3 м;
lр – длина части распылителя, находящейся под высоким напряжением,
lр = 0,2…0,35 м;
Вп – расстояние между стенкой камеры и токоведущими частями распылителя, Вп = 1,0…1,3 м.
Вп = 1,68 + 2*0,3 + 0,3 + 2*1,1 = 4,78 м ≈ 4,8 м.
Длина камеры при установке распылителей по обе стороны от конвейера
Lк = (0,4…0,5)*n+ 2; (3.92)
Lк = 0,5*10 + 2 = 7 м.
Высота камеры
Нк = Ни + hп, (3.93)
где hп – расстояние от верха изделия до потолка камеры, hп = 0,8…1,0 м.
Нк = 1,42 + 1,0 = 2,42 м ≈ 2,5 м.
в) Определение размеров проема для ввода и вывода изделий.
Ширина транспортного проема
Впр = Ви + 2*Вз, (3.94)
где Вз – расстояние между изделием и проемом, Вз = 0,15…0,2 м.
Впр = 1,68 + 2*0,2 = 2,08 м ≈ 2,1 м.
Высоту проема Нпр = 2,5 м принимаем равной высоте камеры Нк.
г) Определение объема удаляемого из камеры воздуха и выбор вентиляционных устройств.
Расчетный объем удаляемого из камеры воздуха
V = 3600*υ*F, (3.95)
где υ – скорость воздуха в проемах, υ = 0,4…0,5 м/с;
F – площадь сечения проемов, м2 (принимают с учетом перекрытия их изделием).
При ширине открытого проема Впр = 2,1 м и высоте Нпр = 2,5 м площадь проема составит 2,1*2,5 = 5,25 м2. Площадь проема, перекрываемая изделием, составляет около 30 % площади поперечного сечения изделия: 1,8*1,42*0,3 = 0, 72 м2
Следовательно, площадь, с которой происходит отсос воздуха, составляет 5,25 – 0,72 = 4,53 м2.
Объем отсасываемого воздуха из двух проемов
V = 3600*0,5*2*4,53 = 16308 м3/ч.
Принимаем напор вентилятора Р = 800 Па.
Выбираем вентилятор Ц4–76 №12,5 со следующей характеристикой
Q = 16500 м3/ч; Р = 800 Па; η = 0,7; ω = 60 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)
N = 16500*800*1,1/(1000*3600*0,7*0,96*0,95) = 6,32 кВт.
Выбираем электродвигатель типа АО2–61–8 [6, с.173]
N = 7,5 кВт; n = 750 мин-1.
3.6 Расчет конвективной сушильной установки для сушки второго слоя грунта [7]
а) Определение размеров сушильной камеры.
Ширина транспортного проема определяется по формуле (3.31)
b1 = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м ≈ 2 м.
Высота транспортного проема определяется по формуле (3.32)
h1 = 1,42 + 2*0,1 = 1,62 м ≈ 1,7 м.
Ширина камеры (с учетом размещения воздуховодов) определяется по формуле (3.33)
В = 1,68 + 2*0,7 = 3,08 м ≈ 3,1 м.
Длина камеры определяется по формуле (3.34)
L = 1,2*20 +2*1,5 = 27 м.
Высота камеры определяется по формуле (3.35)
Н = 1,42 + 0,8 + 1,32 = 3,54 м ≈ 3,6м.
Размеры проема в месте прохождения конвейера с учетом размеров каретки bз = 0,3 м; hз = 0,4 м.
Площадь транспортного проема определяется по формуле (3.36)
Fпр = 2*1,7 + (2 + 0,3)/2*(1,32 – 0,1 – 0,4) + 0,3*0,4 = 4,7 м2.
Поверхность стен сушильной камеры определяется по формуле (3.37)
F1 = 2*(27 +3,1)*3,6 – 2*4,7 = 207 м2.
продолжение
–PAGE_BREAK–