Теплоизолированный двухконтурный элемент сборного дымохода

Теплоизолированный двухконтурный элемент сборного дымохода предназначен для сборки устройств отвода дымовых газов от печей, каминов и других теплогенераторов, работающих на твердом, жидком и газообразном топливе.
Известен модуль дымовой трубы (патент на полезную модель №75412, E04H 12/28, приоритет от 10.04.2008), содержащий обечайку (наружный металлический ствол), дымоотвод (внутренний металлический газоотводящий ствол) и теплоизоляционный материал между ними. Модуль с двух концов плотно закрыт заглушками. В качестве теплоизоляционного материала используется вспученный вермикулит или базальтовая вата.
Недостатком данного технического решения является отсутствие должной жесткости минеральной ваты, вследствие чего не обеспечивается центровка внутреннего газоотводящего ствола по отношению к наружному металлическому стволу, что затрудняет стыковку модулей между собой в процессе монтажа.
Кроме того, с течением времени минеральная вата при тепловом воздействии разрушается, что приводит к уменьшению ее объема, ссыпанию и, как следствие, к увеличению теплопроводности между газоотводным стволом и наружным стволом, что, в свою очередь, приводит к деформации модуля дымовой трубы и его разрушению.
Известен модуль дымовой трубы (патент на полезную модель РФ №106640, E04H 12/28, приоритет от 25.03.2011), содержащий обечайку (наружный металлический ствол), дымоотвод (внутренний металлический газоотводящий ствол) и теплоизолятор (теплоизоляционный материал), расположенный между ними. Модуль с двух концов плотно закрыт прокладками (заглушками), выполненными из теплоизоляционного жесткого материала на основе вермикулита. В качестве теплоизоляционного материала использован вспученный вермикулит, либо базальтовая вата. Жесткость и прочность заглушек позволяет проводить установку заглушек без дополнительных конструктивных приспособлений и обеспечивает центровку внутреннего газоотводящего ствола по отношению к наружному, что значительно облегчает стыковку модулей между собой. Для получения требуемого результата необходимо, чтобы прокладка располагалась между обечайкой и дымоходом без зазоров. Такой результат получается за счет сил трения, возникающих между поверхностями модуля дымовой трубы, контактирующими с боковыми поверхностями прокладок. Силы трения возникают из-за равномерной вдоль поверхности контакта необратимой деформации приповерхностного слоя прокладок.
Недостатком данного технического решения является то, что при установке прокладки возможно неравномерное разрушение всего или части приповерхностных слоев прокладки об острые (толщиной 1 мм и менее) торцы дымоотвода и/или обечайки. Эта ситуация возникает во время ручной установки при нарушении соосности устанавливаемой прокладки и элемента сборного дымоотвода. При этом образуются воздушные зазоры между внутренними стенками обечайки или внешними дымоотвода и обращенной к ним соответствующей стороной прокладки, снижающие изолирующие свойства теплоизолятора.
Недостатком данного технического решения является так же то, что при высоких температурах, из-за разности коэффициентов теплопроводности, с течением времени увеличиваются зазоры между прокладками, наружным металлическим стволом и внутренним металлическим газоотводящим стволом, вследствие чего происходит ухудшение теплоизоляции между дымоотводом и обечайкой в местах соединения теплоизолирующих двухконтурных элементов.
Задачей полезной модели является увеличение срока службы теплоизолированного двухконтурного элемента сборного дымоотвода.
Другой задачей является предотвращение разрушения прокладок в процессе их установки, т.е. повышение технологичности процесса установки прокладок.
Задачи решаются за счет включения в теплоизолированный двухконтурный элемент сборного дымохода расположенных в зазоре между обечайкой и дымоотводом и выполненных из термоизоляционного материала прокладок, и расположенного между ними теплоизолятора; при этом каждая из прокладок выполнена из образующих плоское или профильное соединение упруго деформированных сегментов; при этом сопрягаемые поверхности сегментов располагаются перпендикулярно поверхности теплоизолятора, граничащей с прокладкой.
В ином варианте исполнения теплоизолированный двухконтурный элемент сборного дымоотвода имеет две прокладки.
В ином варианте исполнения теплоизолированный двухконтурный элемент сборного дымоотвода имеет три прокладки.
Возможен вариант, в котором сегменты представляют собой полуцилиндры.
Возможен вариант, в котором прокладка выполнена, по крайней мере, из трех сегментов.
Возможен вариант, в котором ширина недеформированного сегмента равна величине зазора между дымоотводом и обечайкой.
Возможен вариант, в котором ширина недеформированного сегмента больше величины зазора между дымоотводом и обечайкой не менее, чем на толщину стенки дымоотвода.
Возможен вариант, в котором величина плотности расположенных в зазоре между дымоотводом и обечайкой деформированных сегментов совпадает с величиной плотности расположенного там же теплоизолятора.
Возможен вариант, в котором величина плотности расположенных в зазоре между дымоотводом и обечайкой деформированных сегментов лежит в пределах -10% - +70% от плотности теплоизолятора, расположенного в зазоре между обечайкой и дымоотводом.
Возможен вариант, в котором сопрягаемые поверхности сегмента имеют форму плоскости.
Возможен вариант, в котором сопрягаемые поверхности сегмента расположены под прямым углом к его продольной оси (образуют плоское соединение).
Возможен вариант, в котором сопрягаемые поверхности сегмента расположены под острым углом к его продольной оси (образуют соединение на «ус»).
Возможен вариант, в котором сопрягаемые поверхности сегмента имеют форму профиля (образуют профильное соединение).
Возможен вариант, в котором, сопрягаемые поверхности сегмента выполнены в виде ступеней.
Возможен вариант, в котором, она сопрягаемая поверхность сегмента выполнена U-образной, а другая выполнена T-образной.
Сущность полезной модели заключается в использовании упруго деформируемой составной прокладки вместо цельной жесткой прокладки, как в ближайшем аналоге. За счет упругой деформации прокладку сжимается таким образом, что, с течением времени, по мере ее разрушения под действием температуры, она будет разжиматься в стороны, обращенные к поверхностям обечайки и дымоотвода за счет упругих сил и сохранять теплоизолирующие свойства дольше, чем жестка прокладка. А выполнение этой прокладки составной, из двух и более сегментов, позволит установить прокладку «по частям», без повреждения ее рабочих поверхностей. Такая сборная конструкция прокладки позволяет каждый упругий сегмент при установке деформировать таким образом, чтобы избежать его повреждения об металлические края элемента дымохода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1 - продольное сечение одного из возможных вариантов теплоизолированного двухконтурного элемента сборного дымохода - трубы дымоотвода.
Фиг. 2 - внешний вид предпочтительного прокладки, собираемой из сегментов в виде полуцилиндров с торцами в виде уступов.
Труба дымоотвода (фиг. 1) включает: обечайку 1 - внешнюю защитную трубу, например, из оцинкованной стали; дымоотвод 2 - внутреннюю газоотводящую трубу из высококачественной нержавеющей стали; расположенный между обечайкой 1 и дымоотводом 2 теплоизолятор 3 - негорючий термоизоляционный материал, например, базальтовая вата; расположенные между обечайкой 1 и дымоотводом 2 с обеих сторон теплоизолятора 3 две прокладки 4, выполненные из упругого теплоизоляционного материала, например, базальтовой ваты.
На фиг. 2 показаны образующие в сборе прокладку два одинаковых сегмента 5, представляющие собой в данном варианте полуцилиндры с профильными сопрягаемыми поверхностями в виде ступеней. Для сборки прокладки один из заранее изготовленных полуцилиндров переворачивается вокруг горизонтальной (на фиг. 2) оси и его выступы оказываются расположенными напротив впадин другого полуцилиндра. Сопрягаемые поверхности полуцилиндров 5 расположены перпендикулярно теплоизолятору 3. За счет такой ориентации в пространстве тепловое сопротивление области сопряжения, образованное пересекающимися плоскостями обладает величиной, сравнимой с величиной теплового сопротивления сплошных участков сегментов в направлении от дымоотвода 2 к обечайке 1 и меньшим тепловым сопротивлением в направлении, параллельном потоку рабочей среды. Такое отличие позволяет быстрее проводить тепло вдоль сборного дымохода.
Изготовлены сегменты могут быть любым известным способом, например, вырезанием из плиты на основе минеральной (базальтовой) ваты (далее: вырезные сегменты) или нарезанием из навивного цилиндра (далее: нарезные сегменты).
Вырезной сегмент характеризуется тем, что волокна в нем расположены параллельно друг другу, как в плите, поэтому часть теплового потока идет перпендикулярно волокнам, задерживаясь внутри, а другая часть - параллельно, беспрепятственно проходя сквозь них.
Если в аналоге такое расположение волокон в объеме установленной жесткой прокладки сохраняется, то в заявленном решении, вследствие деформации всего объема сегмента, путь конвекционному тепловому потоку воздуха вдоль волокон нарушается, так как волокна изгибаются и деформируются. В зоне контакта с обечайкой 1 и дымоотводом 2, где наблюдается наиболее сильная упругая деформация, направление волокон может быть вообще изменено под прямым углом.
Навивная технология дает возможность получения сегментов с одинаковым, перпендикулярным тепловому потоку, расположением волокон по всей окружности, соответственно, равной теплозащитой в любой зоне.
Известно, что для ухудшения конвективного теплоотвода, необходимы препятствия на пути потока воздуха, переносящего тепло. В заявленном техническом решении для предотвращения перегрева обечайки поверхности сопряжения ориентируются перпендикулярно к теплоизолятору так, чтобы тепло вдоль обечайки распространялось быстрее, чем поперек прокладки. А для затруднения теплоотвода поперек прокладки, особенно в местах сопряжения сегментов, сопрягаемые поверхности изготавливаются с профильными поверхностями.
С другой стороны, чем сложнее профильная поверхность сопрягаемого сегмента, тем он дороже. Поэтому, в условиях серийного производства, количество сегментов и форма их сопрягаемых поверхностей подбирается для конкретных теплоизолированных двухконтурных элементов.
Например, для дымоотводной трубы диаметром 100 мм, с учетом того, что температура отводимого газа не превышает 120 градусов Цельсия вполне достаточно сегментов с плоскими сопрягаемыми поверхностями.
Для аналогичного дымохода, но отводящего газы при температуре до 400 градусов Цельсия для изготовления прокладок требуются сегменты с сопрягаемой поверхностью в виде ступеней (так называемое соединение «внахлест»)
Для дымоотводных труб диаметром от 500 мм и более, если температура отводимого газа не превышает 120 градусов Цельсия, уже может потребоваться 3-4 сегмента сегментов с плоскими сопрягаемыми поверхностями, расположенными под острым углом к продольной оси сегмента. Такие сегменты образуют соединение на «ус».
При более высоких температурах отводимого газа для получения лучших теплоизоляционных свойств может потребоваться соединение 3-4 сегментов у которых одна сопрягаемая поверхность выполнена U-образной, а другая выполнена T-образной.
Другими теплоизолированными двухконтурными элементами являются тройники и отводы, необходимые при монтаже сборного дымохода.
Теплоизолирующий двухконтурный элемент сборного дымохода, за исключением прокладок, собирают в условиях производства любым известным способом.
Прокладку собирают следующим образом.
Предварительно вырезают из упругой плиты на основе минеральной (базальтовой) ваты четыре одинаковых сегмента 5 с фигурными торцами (см. фиг. 2) - криволинейные составляющие части прокладок 4. Возможно изготовление таких сегментов 5 из серийно выпускаемых изолирующих трубчатых цилиндров, изготовленных по навивной технологии.
Поверх уложенного слоя теплоизолятора в зазор между обечайкой 1 и дымоотводом 2 вставляется сначала один из сегментов 5. Он при установке деформируется таким образом, чтобы исключить его повреждения об острые торцы труб.
Затем устанавливается второй из сегментов 5 таким образом, чтобы совместить их сопрягаемые поверхности, а заем совмещаются до полного прилегания и другие сопрягаемые поверхности сегментов 5.
Затем проводится дополнительное прижатие полученной прокладки, приводящее к усилению ее упругой деформации.
Затем внешнее прижатие снимают
В итоге получается запрессованная прокладка, в которой сегменты соединяются с гарантированным натягом вследствие того, что изначальный (до деформации) размер сегментов был больше соответствующего размера охватывающей детали - зазора между обечайкой 1 и дымоотводом 2.