Типы и конструкция стальных дымовых труб - Строительство и ремонт

Стальные дымовые трубы – это высокие, тонкие и сужающиеся конструкции с круглым поперечным сечением. Они идеально подходят для технологических процессов, где требуется низкая тепловая мощность и короткий период нагрева. В этой статье представлены различные типы стальных дымовых труб и их конструкции.

Конструкция стальной дымовой трубы

Выбор стальной дымовой трубы
Стальные пластины для дымохода
Проходное отверстие
Базовая плита стальной дымовой трубы

Силы, действующие на стальную дымовую трубу

1. Собственный вес стальной дымовой трубы
2. Вес футеровки
3. Давление ветра
4. Сейсмические силы

Изгибающий момент

Изгибающий момент на самонесущей стальной дымовой трубе
Изгибающее напряжение в стальной дымовой трубе под действием ветра

Допустимые напряжения

Типы конструкций стальных дымоходов

Типы конструкций стальных дымоходов делятся на две основные категории, к которым относятся:

Самонесущие стальные дымоходы

Стальные дымовые трубы на опорах.

1. Самонесущие стальные дымоходы

Если боковые силы (ветровые или сейсмические) передаются на фундамент за счет консольного действия дымовой трубы, то такая труба называется самонесущей.
Самонесущая дымовая труба вместе с фундаментом остается устойчивой при любых условиях эксплуатации без дополнительной опоры.
Самонесущие дымовые трубы изготавливаются диаметром до 10 м и высотой от 50 м до 100 м.

Самонесущая стальная дымовая труба

2. Самонесущие стальные дымовые трубы

В высоких стальных дымовых трубах для передачи боковых сил используются канаты из низкоуглеродистой стали. Такие стальные дымовые трубы известны как стальные дымовые трубы с креплением.
В стальных дымовых трубах все внешние нагрузки (ветер, сейсмическая сила и т.д.) не полностью воспринимаются оболочкой дымовой трубы. Эти прикрепленные стойки разделяют приложенные нагрузки.
Они обеспечивают устойчивость стальной дымовой трубы. Эти стальные дымовые трубы могут быть оснащены одним, двумя или тремя комплектами тяг. В каждом наборе проводов три или четыре, а иногда и шесть проводов крепятся к хомутам.
Когда используется один комплект тяг, то тяги крепятся к хомутам на одной трети или одной четвертой высоты от верха. Если используется более одного комплекта проводов, то они крепятся на разной высоте.

Стальная дымовая труба с подпорками

Проектирование конструкции стальной дымовой трубы

Выбор стальной дымовой трубы

При выборе типа стальной дымовой трубы учитываются следующие факторы:

Экономическая эффективность
Количество единиц оборудования, тип оборудования и вид топлива, которое будет использоваться.
Если дымоход используется для котлов, учитывайте площадь поверхности, эффективность мощности, требования к тяге.
Режим работы оборудования
Температура дымовых газов перед входом в дымоход и ее изменение.
Удельный вес, количество пыли и данные об агрессивности дымовых газов.
местные законодательные нормы, касающиеся высоты, рассеивания золы, обеспечения заземления авиационной сигнальной лампы и охраны здоровья.
Режим возведения
Выберите тип футеровки в зависимости от состава дымовых газов.

Стальные пластины для дымохода

Необходимая ширина стальных пластин находится в пределах 0,9-2,5 м (наиболее распространенная – 1,50 м).

Минимальная толщина стальных листов – 6 мм.

Толщина стальных листов в двух верхних секциях дымохода составляет не менее 8 мм, чтобы противостоять коррозии в верхней части дымохода.

Толщина стального листа в развальцованной части не должна быть меньше толщины в самой нижней части цилиндрической части.

Доступные толщины стальных листов: 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56 и 63 мм.

Казенное отверстие

Казенное отверстие также известно как дымовое отверстие.

Предусмотрено для входа дымовых газов. Эти газы поступают из топок котлов.

Площадь отверстия ствола должна быть примерно на 20 процентов больше площади внутреннего поперечного сечения дымохода.

Максимальная ширина отверстия в казенной части составляет две трети диаметра.

По всему периметру отверстия следует предусмотреть усиление для компенсации удаленного материала.

Вертикальное усиление должно быть на 20% больше, чем удаленный материал в соотношении диаметра и длинной хорды, перпендикулярной лицевой стороне отверстия.

Горизонтальное армирование, предусмотренное в верхней и нижней частях проема, должно быть равно вертикальному армированию.

Армирующий материал обеспечивает достаточную вертикальную жесткость.

Армирующий материал должен быть протянут выше и ниже проема, чтобы передать и распределить напряжение на сталь дымохода.

В самонесущей стальной дымовой трубе отверстие ствола находится намного выше развальцованного основания, чтобы оно не выходило за пределы развальцованного основания.

Стальные дымовые трубы могут иметь одно отверстие, два отверстия в одном направлении, два отверстия под прямым углом и три отверстия, как показано на рис. 3.

Ширина отверстия не должна превышать одной трети диаметра дымохода в данной плоскости.

Казенное отверстие или отверстие дымохода

Опорная плита стального дымохода

В качестве опорной плиты для стального дымохода можно использовать конструкционную сталь, чугун или литую сталь. Предпочтительнее использовать стальную плиту по сравнению с другими типами.
Ширина стальной плиты должна быть достаточной для передачи сжимающих напряжений на фундамент.
Толщина опорной плиты должна быть такой, чтобы напряжения изгиба и сдвига в опорной плите не превышали допустимые напряжения изгиба и сдвига.

Силы, действующие на стальную дымовую трубу

1. Собственный вес стальной дымовой трубы

Собственный вес стальной дымовой трубы, Ws, действует вертикально и выражается как:
где:
d: диаметр дымохода, м
t: толщина стального листа, м
h: Высота стальной дымовой трубы над секцией XX в метрах
79 кН/м2 – удельный вес стали
Сжимающее напряжение в стальных листах на участке, обусловленное собственным весом дымовой трубы, равно 0,079 тома высоты участка дымовой трубы.

2. Вес футеровки

Вес футеровки в стальной дымовой трубе WL, также действует вертикально. Толщина кирпичной облицовки может быть принята равной 100 мм.

(20 кН/м3 ) – это удельный вес кирпичной облицовки в уравнении 2.

3. Давление ветра

Давление ветра действует горизонтально и зависит от формы, ширины, высоты, расположения конструкции и климатических условий.
Давление ветра на единицу площади увеличивается с высотой строения над уровнем земли.
Для упрощения конструкции стальная дымовая труба делится на несколько сегментов одинаковой высоты. Каждый сегмент может быть одинаковым на высоте до 10 м.
Интенсивность ветрового давления на всей площади каждого сегмента может быть принята равномерной. Интенсивность ветрового давления, соответствующая середине высоты каждого сегмента, может быть определена по IS: 875-1984.
Где:
K: коэффициент формы. Он учитывает форму конструкции; коэффициент формы для цилиндрической части равен 0,7.
PI: Интенсивность ветрового давления
d’: Внешний диаметр дымовой трубы

4. Сейсмические силы

Сейсмические силы действуют на конструкцию горизонтально. Для расчета напряжений в любой точке стальной дымовой трубы рассматриваются следующие комбинации нагрузок:

Мертвая нагрузка + Ветровая нагрузка + Температурное воздействие

Мертвая нагрузка + землетрясение (сейсмическая) нагрузка + температурный эффект

Учитывается только наихудшая комбинация из воздействия сейсмических (землетрясений) сил и ветрового воздействия.

Изгибающий момент

Изгибающий момент для самонесущей стальной дымовой трубы

Сила ветра действует как равномерно распределенная нагрузка на самонесущую стальную дымовую трубу. Для определения изгибающего момента на любом участке стальной дымовой трубы предполагается, что сила ветра действует на средней высоте над участком.
Изгибающий момент под действием ветра на участке, расположенном на h метров ниже верха:

Напряжение на крайнем волокне стальной дымовой трубы под действием ветра равно.

Напряжение изгиба стальной дымовой трубы под действием ветра

Изгибающее напряжение fw на крайнем волокне стальной дымовой трубы под действием опрокидывающего момента Mw выражается как:
IS: 6533-1971 “Свод правил по проектированию и строительству стальных дымовых труб” рекомендует следующее значение модуля упругости сечения стального кольца дымовой трубы без казенного отверстия.

Допустимые напряжения

Наветренная сторона стальной дымовой трубы подвергается растягивающему напряжению из-за совместного воздействия ветра и веса стальной трубы. Подветренная сторона стальной дымовой трубы подвергается сжимающему напряжению из-за совместного воздействия ветра, веса стальной трубы и веса облицовки.
На стороне сжатия эффективность соединения зависит от прочности заклепки на сдвиг и подшипник и не зависит от прочности пластины на растяжение. Эффективность соединения на стороне сжатия составляет 100 процентов. Эффективность соединения на растяжение составляет 70 процентов.
Для предотвращения сплющивания стальных листов с наветренной или подветренной стороны и смятия стальных листов со стороны сжатия или подветренной стороны, допустимое напряжение при сжатии на площади сечения брутто принимается меньше допустимого напряжения при растяжении на площади сечения нетто.
Допустимые напряжения в стальной дымовой трубе при осевом растяжении, сдвиге и опоре должны приниматься в соответствии с требованиями стандарта IS: 800-1984. Допустимые напряжения при осевом сжатии и изгибе принимаются по таблице IS 6533.

Читайте далее: