Расчет нормативов расхода материалов

 

Таблица 2.1

Расходные нормы ЛКМ

Наименование материала	Расход
	г/м2	кг/изделие	кг/час	кг/смену	кг/год
Катофорезный грунт В – ЭП – 0101	32,8	2,6	156	1920	590460
Вода	49,9	4,0	240	1920	908400
Грунт ЭП – 0270	33,3	1,3	78	624	295230
Растворитель	25	1	60	480	227100

 

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.

 

N_р-ля = N_p – N_и, (2.6)

 

где N_р-ля – норматив расхода растворителя (воды), необходимое для доведения исходного раствора до рабочей вязкости г/м²;

N_р – норма расхода ЛКМ при рабочей вязкости, г/м²;

N_и – норматив расхода ЛКМ при исходной вязкости, г/м².

а) Расчет нормативов расхода ЛКМ и воды на электроосаждение.

При рабочей вязкости:

 

N_р = 100*15*1,4/30*(1 – 0,15) = 82,4 г/м²;

 

При исходной вязкости:

 

N_и = 100*15*1,4/76*(1 – 0,15) = 32,8 г/м²;

 

Норматив расхода воды:

 

N_воды = 82,4 – 32,8 г/м².

 

б) Расчет нормативов расхода ЛКМ и растворителя на электростатическое распыление.

При рабочей вязкости:

 

N_р = 100*15*1,4/40*(1 – 0,1) = 58,3 г/м²;

 

При исходной вязкости:

 

N_и = 100*15*1,4/70*(1 – 0,1) = 33,3 г/м²;

 

Норматив расхода растворителя:

 

N_р-ля = 58,3 – 33,3 = 25 г/м².

 

Технические расчеты

3.1. Расчет установки электроосаждения [1]

 

а) Определение размеров установки.

Длина установки

 

L_у = L_в + 2*L_т + 2L_пр + L_ст, (3.1)

 

где L_в – длина ванны осаждения, м;

L_т – длина входного и выходного тамбуров (принимаем L_Т = 1 м);

L_пр – длина зон промывок водой, м;

L_ст – длина зоны стока после ванны электроосаждения (принимаем L_ст = 1 м );

При транспортировании изделий подвесным конвейером L_в вычисляют как сумму длин горизонтальных проекций перегибов конвейера 2L₁, длины горизонтального участка L_г и длины двух карманов 2L_к :

 

L_в = 2*L₁ + L_г + 2L_к, (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 L_г вычисляют как произведение продолжительности электроосаждения на скорость конвейера (L_г = 2*1,2 = 2,4 м); L_к выбирают из расчета, чтобы объем двух карманов составил 0,1 объема ванны электроосаждения, т.е. L_к ≈ 1 м.

 

L_в = 2*5,8 + 2,4 + 2*1 = 16 м.

 

Длина L_пр зоны промывки водой складывается из длины зоны двух стоков (принимают длину одного стока L_ст = 1,5 м) и длины зоны облива, равной произведению скорости конвейера на продолжительность облива (40 – 50 с) :

 

L_пр = 2*1,5 + 1,2*0,83 = 4 м.

 

Длина установки

 

L_у = 16 + 2*1 + 2*4 + 1 = 27 м.

 

Ширина ванны осаждения

 

В_в = В_и + 2*b, (3.4)

 

где В_и – ширина изделия, м;

b – расстояние от изделия до стенки ванны (принимаем b = 0,3 м).

 

В_в = 1,68 + 2*0,3 = 2,28 м.

 

Принимаем В_в = 2,3 м.

Ширина В установки в зоне электроосаждения

В = В_в + 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

 

В_пр = В_и + 2*b₁, (3.6)

 

где b₁ – расстояние от изделия до внутренней стенки корпуса с учетом расположения охватывающего контура (принимаем b₁ = 0,4 м ).

 

В_пр = 1,68 + 2*0,4 = 2,48 м.

 

Принимаем В_пр = 2,5 м.

Полная ширина установки (с учетом зон обслуживания) В_у = 4,5 м.

Высота ванны осаждения

 

Н_в = Н_и + 2*h, (3.7)

 

где Н_и – высота изделия, м;

h – расстояние от низа изделия до зеркала ванны (принимаем h = 0,3 м).

 

Н_в = 1,42 + 2*0,3 = 2,02 м.

 

Принимаем Н_в = 2 м. Полная высота ванны осаждения с учетом установки ее на отметке 0,5 м от пола :

Н_вп = Н_в + 0,5; (3.8)

Н_вп = 2 + 0,5 = 2,5 м.

 

Высотная отметка монорельса при нижнем положении изделия

 

Н_м.н. = h_н + H_и + h_п, (3.9)

 

где h_н – расстояние от уровня пола до изделия (принимаем h_н = 0,8 м);

h_п – расстояние от верха изделия до монорельса (принимаем h_п = 1 м).

 

Н_м.н. = 0,8 + 1,42 + 1 = 3,22 м.

 

Высотная отметка монорельса при верхнем положении изделия и зазоре, равном 0,2 м

 

Н_м.в. = Н_вп + Н_и + h_п + 0,2; (3.10)

Н_м.в. = 2,5 + 1,42 + 1 + 0,2 = 5,12 м.

 

Разность высот монорельса

 

Н₁ = Н_м.в. – Н_м.н; (3.11)

Н₁ = 5,12 – 3,22 = 1,9 м.

 

Объем ванны осаждения

 

V_в = L_в*В_в*Н_в*0,8; (3.12)

V_в = 16*2,3*2*0,8 = 58,9 м³.

 

Принимаем V_в = 60 м³. Ширина транспортного проема

В_т.п. = В_и + 2*В_з, (3.13)

 

где В_з – расстояние между изделием и проемом (принимаем В_з = 0,15 м).

 

В_т.п. = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м.

 

Высота транспортного проема

 

Н_т.п. = Н_и + 2*h₁, (3.14)

 

где h₁ – расстояние по высоте от входного проема до изделия, h₁ = 0,1 – 0,15 м.

 

Н_т.п. = 1,42 + 2*0,15 = 1,72 м.

 

Высота установки электроосаждения Н_у = 6 м.

б) Расчет вентиляционных систем.

Объем приточного воздуха за 1 ч, м³ ,

 

V_пр = n*V_з.ос., (3.15)

 

где n – кратность обмена воздуха в установке за 1 ч (принимаем n = 50);

V_з.ос. – объем зоны осаждения (над ванной), м³.

 

V_з.ос. = L_в*(В_в + В₁)*(Н_м.в. – Н_вп); (3.16)

V_з.ос. = 16*(2,3 + 1)*(5,12 – 2,5) = 137,3 м³.

V_пр = 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*K_з/3600*1000*η*η_п*η_р, (3.17)

 

где Q – производительность вентилятора, м³/ч;

Р – давление вентилятора, Па;

К_з – коэффициент запаса;

η, η_п, η_р – 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 V_нц выбирают в расчете на двух- трехкратный обмен лакокрасочного материала в ванне за 1 ч:

 

V_нц = 2*V_в; (3.18)

V_нц = 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]:

 

N_н = 250 кВт; n = 750 мин^-1.

 

Диаметр нагнетательной трубы от насоса в ванну

 

d_н = (V_нц/(3600*υ_л*0,785))^0,5, (3.19)

 

где υ_л – скорость движения лакокрасочного материала по трубе (принимаем υ_л = 2 м/с ).

 

d_н = (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

 

V_min = 10*V_в/n; (3.20)

V_max = 60*V_в/n; (3.21)

V_min = 10*60/2 = 300 м³/ч.

V_max = 60*60/2 = 1800 м³/ч.

Диаметр трубы для слива лакокрасочного материала, м,

 

d_сл = (8*f*(H_ж)^0,5/(τ*α*π*(2g)^0,5))^0,5, (3.22)

 

где f – площадь поперечного сечения трапецеидальной ванны, м²;

Н_ж – уровень жидкости в ванне, м;

τ – продолжительность слива, с;

α – коэффициент расхода (принимаем α = 0,62);

g – ускорение свободного падения.

 

d_сл = (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*G_f, (3.23)

 

где q – количество теплоты выделяющейся в процессе электроосаждения с 1 м² поверхности изделия, q = 0,4…0,8 МДж/ч;

G_f – 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 = G_m*c_и*∆t, (3.24)

 

где G_m – производительность по массе изделий, кг/ч;

с_и – удельная теплоемкость изделия (для стали с_и = 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 = g_в*F₁*r, (3.25)

 

где g_в – масса влаги, испаряющейся за 1 ч с 1 м² зеркала ванны (принимаем g_в = 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

 

∑Q_n = (Q₁ + Q₂)*к_з, (3.26)

 

где к_з – коэффициент запаса, к_з = 1,1 – 1,3.

 

∑Q_n = (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

 

G_в = Q₃/(c*∆t́), (3.28)

 

где ∆t́ – разность температур воды на входе и выходе из теплообменника (принимаем ∆t́ = 20 – 10 °С);

с_в – удельная теплоемкость воды, с_в = 4,19 кДж/(кг*°С).

 

G_в = 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

 

Q_в = n*q_ф, (3.30)

 

где n – количество форсунок,

q_ф – производительность форсунки, м³/ч.

 

Q_в = 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)

 

Q_уф = 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)

 

Q_в = 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 G_F = 4800 м²/ч ):

 

Q_св.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 + b_воз, (3.33)

 

где b_воз – 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*L_T, (3.34)

 

где τ – время сушки, τ = 30 мин;

υ – скорость конвейера, υ = 1,2 м/мин;

L_Т – длина тамбура, L_Т = 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

 

b_з = 0,3 м; h_з = 0,4 м.

 

Площадь транспортного проема

 

F_пр = b₁*h₁ + (b₁ + b_з)/2*(1,32 – h₂ – h_з) + b_з*b_з; (3.36)

F_пр = 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*F_пр; (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)*(t_c – t_н), (3.40)

 

где t_с – температура сушки, t_с = 180 °С;

t_н – температура воздуха в цехе, t_н = 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 = G_изд*с_изд*(t_2изд – t_н) + G_тр*с_тр*(t_2тр – t_н), (3.41)

 

где G_изд – производительность установки по массе изделий, G_изд=18000 кг/ч; с_изд, с_тр – удельная теплоемкость изделий и транспорта, с_изд = с_тр = 0,48 кДж/(кг*°С); G_тр – производительность установки по массе транспортных средств, G_тр = 3800 кг/ч; t_2изд и t_2тр – соответственно, температура изделия и транспорта на выходе из сушильной камеры.

Значения t_2изд и t_2тр рассчитываем по формуле (3.42)

τ = S*ρ*c_изд/(k*α)*2,3*lg[(t_c – t_н)/(t_c – 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 S_изд = 0,0014 м; S_тр = 0,005 м, тогда

 

0,5 = 0,0014*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(180 – 15)/(180 – t_2изд)];

0,5 = 0,005*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(180 – 15)/(180 – t_2тр)].

 

Решая эти уравнения, получим

 

t_2изд = 170 °C и t_2тр = 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 = G_в*[c_в*(t_c – t_н) + r], (3.43)

 

где G_в – масса воды, поступающая с изделиями в камеру, кг/ч;

r – теплота испарения воды, r = 2400 кДж/кг [2, с.516].

 

G_в = G_уд*F_изд, (3.44)

 

где G_уд – масса воды на 1 м² поверхности изделия (в зависимости от группы сложности изделия принимают G_уд = 0,05…0,15), кг/м²;

F_изд – производительность установки по обрабатываемой поверхности изделий, F_изд = 4800 м²/ч.

 

G_в = 0,1*4800 = 480 кг/ч.

W₃ = 480[4,19*(180 – 15) + 2400] = 1483848 кДж/ч.

 

Расход теплоты на нагрев свежего воздуха

 

W₄ = G_воз*с_воз*(t_c – t_н), (3.45)

 

где G_воз – масса воздуха, врывающегося через открытый проем в сушильную камеру, кг/ч;

с_воз – удельная теплоемкость воздуха, с_воз = 1 кДж/(кг*°С).

 

Масса воздуха, врывающегося через открытые проемы G_воз, при наличии воздушных завес, если принято, что G_зав/G_воз = 1 (где G_воз = G_зав – масса воздуха подаваемого на воздушную завесу) рассчитывается по формуле (3.46) [1, с. 235]

 

G_воз = G_зав = 2/3*3600*μ*b₁*h_нл*(2*g*h_нл*(ρ_н – ρ_вн)*ρ_см)^0,5, (3.46)

 

где μ – коэффициент расхода воздуха через проем при наличии завесы;

h_нл – расстояние от нейтральной линии до низа проема, м;

ρ_н, ρ_вн, ρ_см – 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 G_зав/G_воз и F_щ/F_пр (где F_щ – 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 ρ_н = 1,226; ρ_вн = 0,946; ρ_см = 1,013 [2, с.10].

 

F_щ/F_пр = 2*b́/b́́́ ́, (3.47)

 

где b́ – ширина щели, м;

b́ ́ – приведенная ширина проема, м.

 

b́́ ́ = F_пр/h_пр, (3.48)

 

где h_пр – суммарная высота проема, м.

 

h_пр = 1,32 + h + h₂; (3.49)

h_пр = 1,32 + 2,42 + 0,1 = 3,84 м.

b́́ ́ = 4,7/3,84 = 1,22 м.

F_щ/F_пр = 2*0,015/1,22 = 1/40,6.

 

Расстояние от нейтральной линии до низа проема

 

h_нл = F_пр/2*b₁; (3.50)

h_нл = 4,7/2*2 = 1,8 м.

 

С учетом вышеуказанных условий получаем μ = 0,160 [4, с.40].

 

G_воз = G_зав = 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

 

Ǵ_воз = 2*G_воз = 2*2322 = 4644 кг/ч.

 

Объемный расход воздуха через два проема

 

V_воз = Ǵ_воз/ρ_воз, (3.51)

 

где ρ_воз – плотность воздуха, ρ_воз = 1,226 кг/м³.

 

V_воз = 4644/1,226 = 3788 м³/ч.

W₄ = 4644*1,0*(180 – 15) = 766260 кДж/ч.

 

Общий расход теплоты

 

∑W = (W₁ + W₂ + W₃ + W₄)*k_з, (3.52)

 

где k_з – коэффициент запаса, k_з = 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

 

V_ог = 1,14*Q^н_р/(4,19*1000) + 0,25, (3.53)

 

где Q^н_р – теплота сгорания газа, Q^н_р = 35200 кДж/м³.

 

V_ог = 1,14*35200/(4,19*1000) + 0,25 = 9,83 м³/м³.

Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 м³ газа

 

V_ов = 1,09*Q^н_р/(4,19*1000) – 0,25; (3.54)

V_ов = 1,09*35200/(4,19*1000) – 0,25 = 8,9 м³/м³.

 

Действительный объем воздуха, подаваемый для сжигания 1 м³ газа

 

V_в = α* V_ов, (3.55)

 

где α – коэффициент избытка воздуха, α = 1,05…1,15 [1, с. 220].

 

V_в = 1,15*8,9 = 10,2 м³/м³.

 

Действительный объем продуктов сгорания

 

V_г = V_ог + (α – 1)*V_ов; (3.56)

V_г = 9,83 + (1,15 – 1)*8,9 = 11,17 м³/м³.

 

Удельная энтальпия продуктов сгорания

 

I_пс = (Q^н_р*η)/V_г, (3.57)

 

где η – КПД топки, η = 0,8.

 

I_пс = 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 t_са = 400 °С)

X = (I_пс – I_пг)/(I_в – 1,3*t_н), (3.58)

 

где I_пг, I_в – соответственно энтальпия продуктов горения и воздуха, при t_са = 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

 

V_см = V_г*Х; (3.59)

V_см = 11,17*3,8 = 42,5 м³/м³.

 

Количество воздуха, идущее на горение и разбавление дымовых газов

 

V_α = V_в + V_см; (3.60)

V_α = 10,2 + 42,5 = 52,7 м³/м³.

 

г) Подбор вентиляторов, топки и горелок.

Объем свежего сушильного агента, поступающего из топки

 

V_са = ∑W/(I_са – I_ух), (3.61)

 

где I_са – энтальпия сушильного агента (принимаем равной энтальпии воздуха при температуре t_са = 400 °С, кДж/м³);

I_ух – энтальпия газовоздушной смеси на выходе из сушильной камеры (при температуре сушки t_с = 180 °С), кДж/м³.

 

V_са = 4857549/(535,9 – 143,4) = 12376 м³/ч.

Объем продуктов сгорания газа, необходимый для ведения процесса

 

V_пс = V_са*( I_са – 1,3*t_н)/( I_пс – 1,3*t_н); (3.62)

V_пс = 12376*(535,9 – 1,3*15)/(2521 – 1,3*15) = 2555 м³/ч.

 

Объем рециркулируемой газовоздушной смеси

 

V_рец = V_са*(I_са – I_гс)/(I_гс – I_ух), (3.63)

 

где I_гс – энтальпия сушильного агента в момент смешения с рециркулируемой газовоздушной смесью (t_гс = t_с + 20…30 °С, принимаем t_гс = 200 °С, тогда I_гс = 183 кДж/м³ ).

 

V_рец = 12376*(535,9 – 183)/(183 – 143,4) = 110290 м³/ч.

 

Производительность рециркуляционного центра

 

V_рец.ц = (V_рец. + V_са)*(273 + t_гс)/(273 + t_н); (3.64)

V_рец.ц = (110290 + 12376)*(273 + 200)/(273 + 15) = 201462 м³/ч.

 

Производительность вытяжного центра

 

V_вц = (V_воз + V_са)*(273 + t_ух)/(273 + t_н); (3.65)

V_вц = (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 = (V_зав + V_воз + V_са)*(273 + t_ух)/((273 + t_н)*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 = V_пс/V_г; (3.67)

В = 2555/11,17 = 229 м³/ч.

 

Объем топки

 

V_т = B*Q^н_р/(4*10⁶); (3.68)

V_т = 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

 

V_вт = V_α*B; (3.70)

V_вт = 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 - t_ср) – ln(t_k - t_ср)]/(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; t_ср – температура охлаждающего воздуха на входе в камеру, t_ср = 18 °С; t_k – конечная температура изделия, t_k = 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

 

V_пр = (G_изд*c + G_тр*c)*(t₀ – t_k)/(с_в*(t_ух – t_ср)), (3.75)

 

где t_ух – температура воздуха на выходе из камеры охлаждения, t_ух = 35 °С.

 

V_пр = (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

 

V_выт = V_пр + 2*(b + 0,3)*(h + 0,2)*W_пр*3600, (3.76)

 

где W_пр – скорость воздушного потока в открытых транспортных проемах W_пр = 0,3 м/с .

 

V_выт = 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

 

В_к = В_и + 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).

 

В_к = 1,68 + 0,85 + 0,55 = 3,08 м ≈ 3,1 м.

 

Длину камеры L_к определяем из условий удобства работы в ней и принимаем равной длине гидрофильтра (2400;3400;4200 мм). L_к = 6м.

Высота камеры

 

Н_к = H_и + h_п, (3.78)

 

где h_п – расстояние от верха изделия до потолка камеры (принимаем h_п = 0,8…1,0 м).

 

Н_к = 1,42 + 1,0 = 2,42 м ≈ 2,5 м.

 

Из условий работы камеры принимаем ширину рабочего проема В_р.п. = 0,6 м. Высота рабочего проема

Н_р.п. = Н_и + (400…500); (3.79)

Н_р.п. = 1,42 + 0,4 = 1,82 м ≈ 1,85 м.

 

Ширина транспортного проема для ввода и вывода изделий

 

В_т.п. = В_и + 2*В_з, (3.80)

 

где В_з – расстояние между изделием и проемом по ширине, В_з = 0,15…0,2м.

 

В_т.п. = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м ≈ 2 м.

 

Высота транспортного проема

 

Н_т.п. = Н_и + 2*h_з, (3.81)

 

где h_з – расстояние между изделием и проемом по высоте, h_з = 0,1…0,2 м.

 

Н_т.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 Н_г = 2,5 м.

Ширина гидрофильтра В_г = 1 м.

Длина гидрофильтра

 

L_г = V/(3600*υ_пр.к.*0,5*В_г*К), (3.83)

 

где υ_пр.к. – скорость воздуха в воздухопромывном канале, υ_пр.к. = 5…6,5 м/с; К – коэффициент живого сечения гидрофильтра (принимаем К = 0,9).

 

L_г = 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

 

V_в = 0,0025*V; (3.84)

V_в = 0,0025*23400 = 58,5 м³/ч.

 

Объем воды, рециркулирующей по экрану гидрофильтра

V_э = 3600*υ_в*b*δ, (3.85)

 

где υ_в – скорость течения воды по экрану (принимаем υ_в = 1 м/с);

b – ширина водяной завесы, b = L_г = 2,4 м;

δ – толщина водяной завесы (принимаем δ = 0,003 м).

 

V_э = 3600*1*2,4*0,00326 м³/ч.

 

Объем воды, рециркулирующей по полуцилиндрам

 

V_пц = V_в – V_э; (3.86)

V_пц = 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 = V_э/(3600*υ_и*f), (3.87)

 

где υ_и – скорость истечения (принимаем υ_и = 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 = V_пц/(3600* υ_и*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]

 

N_н = 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*d_н*q_н, (3.90)

 

где d_н – диаметр распыляющего насадка, см;

q_н – 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 (q_н = 2 г*см^-1*мин^-1), d_н = 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

 

В_к = В_и + 2*В + 2*l_р + 2*В_п, (3.91)

 

где В – расстояние между изделием и коронирующим насадком, В = 0,25…0,3 м;

l_р – длина части распылителя, находящейся под высоким напряжением,

l_р = 0,2…0,35 м;

В_п – расстояние между стенкой камеры и токоведущими частями распылителя, В_п = 1,0…1,3 м.

 

В_п = 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

 

L_к = (0,4…0,5)*n + 2; (3.92)

L_к = 0,5*10 + 2 = 7 м.

 

Высота камеры

 

Н_к = Н_и + h_п, (3.93)

где h_п – расстояние от верха изделия до потолка камеры, h_п = 0,8…1,0 м.

 

Н_к = 1,42 + 1,0 = 2,42 м ≈ 2,5 м.

 

в) Определение размеров проема для ввода и вывода изделий.

Ширина транспортного проема

 

В_пр = В_и + 2*В_з, (3.94)

 

где В_з – расстояние между изделием и проемом, В_з = 0,15…0,2 м.

 

В_пр = 1,68 + 2*0,2 = 2,08 м ≈ 2,1 м.

 

Высоту проема Н_пр = 2,5 м принимаем равной высоте камеры Н_к.

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 В_пр = 2,1 м и высоте Н_пр = 2,5 м площадь проема составит 2,1*2,5 = 5,25 м². Площадь проема, перекрываем