辅助生产与公用设施.docx
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辅助生产与公用设施
一、车间厂房设计
厂房设计
厂房建筑
(1)厂房建筑类型
在加工厂中,有许多类型的建筑,按其各方面特征,可分如下类型:
1)建筑用途分:
(a)生产建筑:
直接用于产品生产的建筑,一般称之为厂房。
(b)辅助建筑:
仓库、运输、动力、卫生工程等用的建筑。
(c)行政管理和生活福利建筑:
指办公室、生活室、食堂等用房。
2)按建筑的形式可分:
工厂建筑可分单层的和多层的。
加工厂的生产建筑多数是单层的,因为加工车间设有较重型的设备,产品较重,外形轮廓尺寸较大,单层厂房可以使大型设备安装在地面基础上。
3)按建筑物的平面布置可分:
狭窄的独立式厂房和整片式的联合厂房,按平面型式则有矩形、∏型、ш型的等。
从剖面看,可分单跨和多跨的;按屋面形式,可分单坡和多坡的,按跨度大小,可分小跨和大跨的。
(2)加工车间厂房的要求
加工车间厂房除一般的要求外,还必须根据生产工艺的特点考虑厂房的采暖、通风、采光以及厂房承重。
下面主要根据加工车间生产特点,对厂房的基本要求:
1)通风和自然采光
加工车间对通风和采光都有比较高的要求,为了建造出合理的厂房,应注意以下几个方面:
(a)工艺设计者在作车间平面布置时,保证厂房有良好的通风和采光条件。
(b)根据加工车间的特点,合理的建造厂房,选择结构。
(c)车间的位置和方位,一般都沿着与太阳照射方向垂直布置。
2)采暖
根据生产过程中散热量的大小和生产的要求,以及车间所在地区的气候条件,合理的选择厂房保温等级。
根据国家规定标准,设置集中采暖的建筑物,当工艺条件对温度无特殊要求时,对生产车间冬季室内温度应符合下列规定:
轻作业时高于或等于16℃;中作业时高于或等于12℃;重作业时高于或等于10℃。
3)防火
加工车间是属于高温性厂房,所以应采用防火性(用钢材或钢筋内混凝土建造)建筑。
车间都要有防火措施。
加工车间有不同的生产工艺,对建筑设计有不同的要求,这就需要针对不同的情况给予考虑。
厂房建筑材料
工业建筑中主要用材有钢材、水泥、天然石和砂子、隔水材料和屋面材料以及砖、木材等。
混凝土与钢筋混凝土
(1)混凝土。
将水泥、水和填充物混合在一起,变硬后形成的人造石。
混凝土有重混凝土、轻混凝土和特轻混凝土三种。
重混凝土一般多用作地基材料,轻混凝土一般用于屋面材料。
混凝土的强度应是根本水泥标号和砂子、卵石的比例来决定的。
(2)钢筋混凝土。
它是由抗压性能很强的混凝土和抗拉性能很强的钢筋结合在一起。
为了解决钢筋混凝土的开裂问题,人们在实践中试验成功预应力钢筋混凝土结构。
预应力混凝土的原理是将混凝土预先加压,当结构受载荷作用以后,混凝土不会发生或过早发生裂纹。
水泥
水泥可分为矽盐酸水泥、矿渣矽盐酸水泥、火山灰水泥。
钢筋、混凝土骨料
(1)钢筋钢筋在钢筋混凝土结构中,主要是承担压力,当结构件变弯或受到其他荷重作用时,钢筋还要协助混凝土承受压力、温度压力和剪力等。
(2)石料、砂子。
一般来说,钢筋混凝土常用属火成岩的卵石,不能用石灰岩的卵石;用于耐热混凝土小的骨料,常用安山岩、玄武岩等耐热骨料。
(3)砂浆砂浆有水泥砂浆、粘土砂浆和石灰砂浆。
(4)屋面材料。
常用的屋面材料有油毛毡、厚油纸、胶粘油膏和涂抹油膏几种。
厂房建筑结构
加工车间厂房由下列各主要部分组成:
房顶、梁、柱、天窗、窗、门、墙、地坪等。
(1)房顶
房顶是防水、防风、防寒及保暖的结构,主要由屋面、屋架、房架支撑系
所组成。
1)屋面
屋面的构造设计主要解决屋面的排水、防水、保温、隔热等问题。
不同地区、不同气候条件,不同生产性质的厂房,在使用上有着不同的要求。
(a)屋面排水
排水的方式可分为有组织排水和无组织排水。
如设置屋面檐沟及雨水管,屋面雨水有屋面挑檐自由泻落到地面的,称为无组织排水。
(c)屋面防水
a)构件自防水和刚性屋面防水结构:
屋面板均选用自防水预应力混凝土大型屋面板。
b)防水涂料与嵌缝油膏:
漏水大部分产生于板缝、天沟和板面严重开裂处,因此加强对板缝、天沟和板面开裂的防水措施,主要是在板缝处嵌添油膏和在天沟、板面上刷防水涂料。
c)卷材防水层和有保温、隔热的屋面防水结构
2)屋架
目前,常用的屋架有;钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土屋架;钢结构屋架。
(2)梁
梁是一种受弯的构件,根据梁的用途可分为:
托架、吊车梁、墙梁等。
由于各梁的应用地点不同,其梁的结构是不同的。
1)托架
当厂房全部或局部柱距为12m或12m以上而屋架间距仍用6m时,需在柱顶设置托架,以支持中间屋架。
2)吊车梁
吊车梁直接承受吊车起重、运行、制动时产生的各种往复移动荷载。
因此,除了要满足一般梁的强度、抗裂度、刚度等要求外,还有满足疲劳强度的要求。
同时,吊车梁还有传递厂房纵向荷载,保证厂房纵向刚度等作用。
因此,吊车梁是厂房结构中一种重要的构件,对它的选型、设计和施工应加以重视。
3)墙梁
墙梁是连系梁的一种,设在墙内。
布置墙梁时,还应与厂房立面结合起来,尽可能兼作窗过梁用。
(3)柱
柱是厂房结构中重要重构件之一,它主要承受屋盖和吊车梁等竖向载荷、风荷载及吊车产生的纵向和横向水平荷载,有时还承受墙重、管道设备等其他荷载。
柱的选择,是厂房结构设计的一个重要环节,对厂房的安全、刚度、经济、施工都有很大的影响。
柱的材料和结构应根据厂房承载负荷的性质和大小,厂房高度、柱距以及防火要求来选择。
(4)天窗、侧窗、门、墙
天窗主要是采光和通风用,厂房的天窗有:
矩形天窗、下沉式纵向天窗、井式天窗、三角形固定钢天窗、由采光屋面板组成的采光带等,前三种天窗都能作采光和通风用,后二种天窗采光效果较好。
目前,建筑设计中采用标准构件。
天窗一般都设有玻璃窗扇,玻璃窗扇有固定式和开启式两种。
当车间跨度为12~18m时,则天窗架宽度常取6m;车间跨度为18~36m,常取9m,天窗架的高度取决于窗扇的高度。
2)侧窗
主要采光通风用,侧窗的布置和面积的确定应根据工艺生产的要求,墙的结构等来决定,一般加工车间有上下二排窗,上层固定,下层可开闭,下排窗扇一般设离地面1.2m,窗子尺寸已标准化了,常用窗子宽为:
1.5m、2m、3m、4m等。
亦有沿墙整排开窗的;高度采用600mm倍数。
3)门
供运输和行人之用,大门的位置和数量,根据交通线和行人的需要确定。
一般来说,门的高度要比可能运输最大物件高600mm,门的宽度应比车辆或最大物件宽度大600~1000mm。
目前工业建筑门已标准化了。
加工车间的大门不设门扇,只有特殊要求的门才有门扇。
4)墙
是厂房挡风、雨、雪和保暖的围护结构,墙的种类有自承重墙,承重墙、骨架墙和隔墙几种。
墙的种类和厚度的选择应该根据墙的高度,墙承受的荷重的大小以及保温等级选择。
5)基础
是承受厂房荷重和运输荷重传给土壤的构件,柱子和墙的基础是厂房中负荷最繁重的结构。
墙的基础——砖墙基础大部分是带状的,只有当基础砌置在软弱土壤上,或是因为基础深度大于1.2~1.4m时,应采用基础梁。
柱基——有条形柱基和单独柱基。
厂房绝大多数采用单独柱基。
只有在下列情况下才能采用条形柱基:
柱距小荷载大(100t以上)或柱基下基础弱;单独基础受尺寸限制如有其他建筑物的基础、地洞等。
(6)地坪
地坪主要承受压力、冲压力。
地坪可分整体的(无缝的)和块状的两种,熔铸和加工车间在轧机、挤压机、拉拔机等周围的地坪都是在原土夯实的基础上铺一层碎石,在碎石上面铺铁板。
主电室、变电所要求地坪光亮平滑清洁,一般都是在原土夯实的基础上浇上一层混凝土,在混凝土上面铺沙,然后地坪表面铺缸砖或者用混凝土地坪。
机修间常用混凝土地坪。
坯料场、成品库、物料库地坪,原土夯文,铺决石。
3.1.3建筑结构布置与定位轴线
合理地选定厂房的各种构件后,可着手进行结构布置,建筑结构布置设计时,要考虑排架平面受力状态的问题,又要考虑厂房空间手里状态;既要考虑主要荷载的作用,又要考虑温度变化引起的房屋伸缩、地基产生不均匀沉降等情况;既要重视主要承重构件的设计,又要重视支撑、连系梁等构件的布置及结构之间的联结构造处理。
(1)伸缩缝
当温度变化时,将在厂房各构件中产生附加的内力和变形,而且埋在地下部分与地上部分的伸缩程度是不同的,厂房长度与宽度较大时,构件中将产生较大的内力和变形,严重的可使墙面、屋面以及构件开裂。
伸缩缝的最大间距,要根据厂房的结构类型和环境决定。
一般来说,钢筋混凝土结构的厂房长度大于60m时应该留一条温度缝。
(2)沉降缝
在有些情况下,为避免厂房因基础不均匀而引起开裂、损坏,需在适当部位用沉降缝将厂房分成若干刚度较好的单元。
沉降缝的做法是:
从基础开始将全部构件分开。
沉降缝可兼作伸缩缝用。
房屋的下列部位宜设沉降缝:
1)建筑平面的转折部位;
2)高度差异(或载荷差异)处;
3)过长的砖石承重结构或钢筋混泥土框架结构的适当部位;
4)地基土的压缩性有显著差异处;
5)建筑结构(或基础)类型不同处;
6)分期建造房屋的交界处。
(3)定位轴线
定位轴线与厂房建筑设计和结构布置有着密切的关系。
定位轴线一般有横向和纵向之分。
与厂房横向排架平面相平行的轴线,称为横向定位轴线;与其垂直的轴线,称为纵向轴线。
横向定位轴线与柱中心线一般重合,且通过屋架中心线与屋面板等横向接缝。
(4)支撑
在厂房结构设计时,为保证和提高厂房结构的承载力、稳定和刚度,并传递部分水平载荷,必须设置各种支撑构件。
支承由屋面支撑和柱间支撑。
1)屋面支撑:
为了保证屋架杆件稳定及传递山墙抗风柱(或天窗端壁)的风力和地震力,一般在伸缩缝区段的两侧和厂房的两端设置支撑构件。
2)柱间支撑:
柱间支撑的作用是将屋面支撑传来的水平载荷、起重机纵向刹车力、纵向地震力传至基础并加强厂房纵向刚度。
(5)厂房竖向布置
厂房竖向布置的确定应该注意的问题:
1)当内落水的多跨单层厂房在同一方向间的高度差4m≥
≥1m时,并且低跨间厂房面积不超过车间总面积40%时不需设计高度差。
2)当厂房和厂房的个别部分设有各种吊车,如果跨间高度相同,则所有跨间的柱子轨面标高应按重型吊车所需高度来设计;当设有轻型吊车而标高高于设有重型吊车标高时,应按轻型吊车所需标高来设计。
3)大宽度的多跨厂房采用内落水屋面最简单。
4)厂房屋顶天窗应沿纵向设施,应尽量不采用横向布置。
5)厂房竖向尺寸应尽量采用标准数列。
3.2车间电力设施
车间电气动力部分的设计电气专业负责。
但工艺设计者必须根据生产工艺的需要,提出正确的合理的要求,提供设计所需的各种资料。
如车间用电点的明细表及用电点的平面布置图,说明各用电点的位置及质量数量要求:
包括电压、电流(交流或直流)、功率、容量、使用性质、固定或移动、电阻或电感、频繁程度以及车间安装总容量(KVA)等。
工艺设计者应具有初步选择电机和进行负荷计算的能力。
3.2.1车间照明
良好的车间照明是保证安全生产.提高劳动生产率和保证视力健康的必要条件。
现代企业中采用的照明系统有三种:
普通照明、局部照明和混合照明。
加工车间多采用混合照明,即一般采用普通照明。
而在一些特殊的地方如轧机附近,成品检查台等处再加局部照明。
照明系统的电压一般为380/220V,灯用电压为220V,局部照明当采用36V,安全供电时可通过220/36V移动式变压器供电。
照明与动力既可合用变压器,也可自成供电系统。
(1)照度及照明器的选择
照度即照明度,是光通量的表面密度。
照度的选择要根据车间各工段的性质分区选择普通照明的最低照度值。
照明器是灯罩与灯泡的总称。
应根据环境条件和满足生产的要求来选择,并适当注意外形美观和建筑协调以及经济上合理。
(2)照明用电容量计算
照明用电容量的计算方法,通常有单位容量法、利用系数法和逐点法三种。
利用系数法适用于采用反射式照明灯具和均匀布置的普通照明;逐点计算法适用于水平面、垂直面和倾斜面上的照度计算;单位容量法适用于均匀的普通照明的照度计算,方法较简单,生产厂多采用之。
其计算式如下:
式中
——房间内总照明安装容量,W;
——房间内面积,m2;
——单位面积安装容量,W/m2。
车间各部分照明光通量见表3-1
表3-1车间照明光通量
序号
照明区名称
照度
照明区面积
照明光通量
1
加热炉区
40
250
10000
2
铣面机区
30
200
6000
3
蚀洗区
30
140
4200
4
包铝区
30
280
8400
5
热、冷轧区
40
2000
80000
6
退火区
40
3500
140000
7
精整区
40
3000
120000
8
淬火人工时效区
40
600
24000
9
成品检验包装
30
2000
60000
10
油库地下区
20
210
4200
11
磨辊间
30
972
29160
12
办公生活区
40
468
18720
13
其他
20
360
7200
13
合计
511880
3.2.2车间动力
(1)主传动电机
1)主传动电机型式的选择
主传动电机型式必须根据设备的特点和工艺要求综合考虑。
2)主传动电机容量的确定
主电机容量的确定可采用两种方法:
(a)用对比法和估算法估算电动机容量
(b)用计算法确定电动机容量
(2)辅助传动电机
电机型式的选择同样是根据工艺要求及设备的工作特点来考虑。
电机容量的选择根据工作制度的不同采用不同的公式。
1)对于长时工作制负荷恒定的,可按下式计算:
≤
式中
——负荷功率;
——电机额定功率。
2)对于长时工作制负荷变化的,则应作负荷图,求等效力矩
使
≤
并校核过载。
3)对于短时工作制的,可按电动机的容许过载条件来确定:
≥
式中
——电机额定功率;
——设备负荷功率;
——电机允许过载系数;
0.75——考虑电压波动及起动时通风条件恶化而引入的系数。
4)对于反复短时工作制的,则必须从过载、发热两方面来考虑:
≤0.9
式中
、
、
——相应于电机起动、稳定运转及轧制阶段之力矩;
、
、
——相应于电机起动、稳定运转及轧制阶段之时间;
0.75——同前。
3.2.3车间电气动力设备的电气负荷计算
车间用电设备负荷计算是为了确定车间之年耗电量以供选择变电设备、电器、导线截面、分配电能和编写经济指标之用。
具体详见表3-2:
有功计算功率P由下式决定:
P=PH+ΔP
式中,ΔP——电机之损耗
PH——电机额定功率
电机之无功功率Q由下式决定:
Q=P·tg¢
则表观功率S:
S=(P2+Q2)1/2=P/cos¢
根据有功计算功率P、无功功率Q计算出表观功率S,再由S去选择变压器。
表3-2车间电能负荷计算总表
设备组名称
设备组总容量/KW
需用系数Kc
功率因数cos¢
tg¢
有功计算功率P,KW
无功计
算功
Q,KW
直流电
交流电
铣面机
180
309
0.7
0.8
0.75
216.3
162.2
包铝机
120
180
0.7
0.8
0.75
216.3
102.5
加热炉
1524
0.7
0.8
0.75
978
432.1
2000热轧机
6400
0.6
0.8
0.75
6464.4
1980
1200冷轧机
3200
0.6
0.8
0.75
3232.3
1980
1700冷轧机
3000
0.7
0.8
0.75
3030.3
1680.4
蚀洗机列
116.8
0.7
0.8
0.75
251.5
188.6
退火炉
5470
0.7
0.8
0.75
3829
1340
盐浴炉
3355
0.6
0.8
0.65
2013
704.55
纵剪机列
89
145.7
0.7
0.8
0.75
102
76.49
横剪机列
159
221.7
0.7
0.8
0.75
155.2
116.4
轧辊磨床
76.5
103.45
0.6
0.8
0.75
62.1
46.55
天车及其
它辅助设备
1256
0.3
0.5
1.73
376.8
651.9
车间其他
设备用电
2076.6
0.35
0.5
1.73
726.8
1257.4
照明用电
324
0.8
1.0
0
259.2
车间总计
21913.2
10719.09
总计表观功率S总KV·A
243947.4
车间年耗电量为每台设备年耗电量之和,将车间完成年计划产量总耗电量列表于3-3。
表3-3完成年计划产量耗电量表
设备名称
数量,/台
有功计算功率,/KW
有功年最大负荷利用小时数,/h
年耗电量/KW.h
铣面机
1
216.3
4550
984165
蚀洗槽
5
251.5
5450
8224050
包铝机
1
216.3
4550
984165
加热炉
2
8500
5600
95200000
热轧机
1
6464.6
2138.7
13825840.02
1200冷轧机
2
3232.3
1433.4
4633178.82
2000冷轧机
1
3030.3
4329.6
13119986.88
箱式退火炉
4
3829
4850
55711950
盐浴淬火槽
4
2200
4850
64020000
时效炉
1
1850
4850
8972500
横剪机列
1
150
4550
1365000
纵剪机列
1
180
4550
819000
精整机列
1
6500
4550
59150000
轧辊磨床
1
62.1
4550
282555
天车及其辅助设备
11
1550
4550
91682500
车间其他设备
1
1600
4550
7280000
照明
1
259.2
4380
1135296
合计
462197687
这是计算年耗电量的方法。
但是,如果计算过程中由于数据来源不充分,这种计算方法只能供参考。
设计时采用的数据也可依据现场经验来估算。
3.3车间供水与排水、供气、供热
3.3.1供水与排水
(1)供水
加工厂是一个比较大的用户。
各车间对水质、水压、水温及用水制度等要求不同,还必须考虑专门的水力设施来保证生产的需要。
此外,根据地区条件不同,车间规模和生产工艺过程的不同,车间的供水系统也有所不同。
对于设计中水量大的加工厂,通常需要修建两条供水管网系统,一条是满足生活用水,一条供应生产用水。
消防用水可以与其中任一条合并。
本设计中,蚀洗工序年耗水量为12000t,加热工序年耗水量174000t,退火工序年耗水量180000t,因此,车间年耗水总量为3660000t。
(2)排水
对工厂的一切生产与生活用水,要及时的排出或者进行处理,处理后的水继续循环使用,而污物可综合利用。
收集和排污水的方法,是用排水系统排除。
排水系统按其用途可以分为合流系统和分流系统。
在每一情况下,对于排水系统的决定,必须根据污水的水质、水量及废水利用的价值等因素,进行技术和经济的分析比较。
在本设计中采用分流系统,将不同的污水以不同的管道排出并分别处理。
3.3.2供热
生产和生活的供热包括采暖和热水供应二个方面,根据地区气象条件,生产工艺的特点以及建筑等级因素决定。
一般在我国北方有采暖设施。
3.3.3供气
(1)蒸汽供应
加工车间所用之蒸汽,均为低压(4~8绝对大气压)的饱和蒸汽,这是由加工工艺的具体要求决定的。
加工车间使用蒸气有如下几个方面:
1)作为加热用;
2)作为车间采暖、保温用;
3)生产操作用;
4)其它方面:
如生活上热水供应、浴池等。
本设计车间年需蒸汽总量为0.8万吨。
(2)压缩空气供应
车间的压缩空气,由压缩空气站供应。
一般压缩空气站为了节省管道投资,应尽量靠近用户,但当用户较多,且分散,可分散配置。
(3)供煤气
发生炉煤气在加工车间中主要用来作加热设备和热处理设备的燃料。
在加工厂是否建立煤气发生站应根据产品的生产工艺要求和供煤气的条件加以决定。
3.4环境保护
3.4.1环保对车间设计的要求
加工厂既是产品的生产场所,又是大量灰尘、废水等有害物质的发生地。
对这些有害物质有效处理和控制,并加以综合利用,以保护环境卫生,有利于生产,保证人民的身心健康。
环境保护是关系到子孙后代的千年万年大计。
一个工厂能不能建设与生产,首先要有环保措施,否则就不能建厂与生产。
对一个企业的要求不仅要绿化周围环境,而且对灰尘、污水,各种发生物及噪音等要采取有效的控制和综合利用措施。
加工厂环保的内容,在于对生产过程中产生的各种有毒、有害物质采取措施,加以控制和利用。
使其控制在规定的标准范围内。
在车间设计时应注意以下几点:
(1)在厂房建筑和总图布置时要留有绿化区。
(2)保证车间有良好的通风;注意车间厂房纵轴布置成东西方向;厂房主要迎风面一般应与夏季主导风向成60~90
角;方散热量大的设备应放在下风位置或采取通风措施。
(3)污水要处理后排放或循环使用。
(4)有毒、有害物质应回收,有回收措施,不允许外排。
(5)粉尘应有集尘设施,集中处理。
(6)尽量实现工艺过程机械化、自动化。
车间设计时一定要注意改善劳动条件、保障环境卫生。
3.4.2环保内容与对策
(1)绿化
在厂区进行绿化,绿化是保护环境的重要措施。
(2)水质处理
为了高度利用水资源,尽量减少废水排出,工厂可设置回水设备,循环使用,保护水的资源。
设置含油排水处理设备以及适应各个生产设备和排出水质的处理设备,加强对排水的管理。
(3)噪音的防治
加工厂的噪音也是比较严重的,主要来自车间的设备。
目前在噪音的防止方面采取的主要措施有:
尽量选用低噪音的设备;采取防震和隔音措施;安放隔音罩,建造隔音建筑物,装设消音器;改变设备操作规程等。
(4)大气污染的防治
消烟除尘是环境保护的重点,在设计时要采取消烟除尘措施。
(5)有害废弃物的处理
在生产过程中还有些生成物,如含油的尘泥、垃圾等,对这些物质的处理也是环保的主要内容。
对这些废弃物,一般是综合利用,对有用的物质,而对确定无用的废弃物埋掉。
二、辅助设备选择
根据辅助设备在压力加工生产过程中的不同用途和作用,可将辅助设备分为:
加热及加热设备、切断设备、矫直设备、冷却设备、酸洗与铣面设备及起重运输设备等。
不同产品生产时所需要的辅助设备是不同的,设计时根据生产要求确定他们的形势、能力和数量,辅助设备的选择对产品的产量和质量具有十分重要的影响。
因此,一定要选好辅助设备,一般来说要遵循下列原则:
(1)必须选择满足生产工艺流程的要求;
(2)必须保证有较高的工作效率,充分发挥主要设备的能力,通常辅助设备能力可按大于主要设备能力的10%~20%考虑;
(3)尽量选择重量轻、体积小的辅助设备,一节约车间投资。
1.加热级
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