ДЫМОВАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к области строительства высотных сооружений и может быть использована при строительстве и реконструкции дымовых труб.
Известна дымовая труба [1], содержащая газоотводящий ствол (ГОС) из композиционного материала, сопряженный с установленным снаружи ствола, вплотную к нему каркасом, снабженным элементами раскрепления его на основании. Каркас выполнен в виде монолитной железобетонной оболочки (обоймы), установленной на фундаменте, жестко сопряженными между собой посредством элементов раскрепления, например, выпусков арматуры [2], а сопряжение ствола с каркасом выполнено посредством анкеров, закрепленных на стволе, которые при бетонировании замоноличиваются в стенке обоймы. Газоотводящий ствол может быть выполнен с теплоизоляцией снаружи и/или внутри стенки ствола.
В этой дымовой трубе установка каркаса вплотную к стволу обеспечивает их совместную работу, ведет к уменьшению габаритов сооружения, что в свою очередь приводит к снижению материалоемкости дымовой трубы и затрат на ее возведение. Применение в качестве каркаса монолитной железобетонной оболочки позволяет упростить конструкцию дымовой трубы. Применение анкеров для сопряжения ствола и каркаса обеспечивает их совместную работу с образованием комплексного сечения, что повышает несущую способность сооружения. Выполнение анкеров в виде кольцевых ребер жесткости, гофров на стенке ствола, металлических петель, либо последних, выполненных в виде спирали, витки которой обращены к стволу боковой поверхностью спирали, обеспечивает надежную совместную работу ствола и каркаса и упрощает конструкцию дымовой трубы. Теплоизоляция снаружи и/или внутри стенки ствола уменьшает температурный градиент по толщине стенки железобетонной оболочки, что снижает в ней температурные напряжения и тем самым повышает несущую способность сооружения.
Недостатком данного решения является неполное использование возможности повышения несущей способности сооружения при совместной работе каркаса и ствола, ввиду того, что вследствие значительно более высокой жесткости стенки железобетонной оболочки она воспринимает большую часть нагрузок, действующих на сооружение, а несущая способность ствола используется не полностью. В таблице 1 приведены сравнительные характеристики жесткости, доли воспринимаемой внешней нагрузки и несущей способности стенок ГОС и железобетонной оболочки.
Таблица 1
Наименование параметров, единицы измерения
Значения параметров конструктивных элементов дымовой трубы
Железобетонная оболочка со стенкой толщиной 200 мм
Стеклопластиковый ГОС со стенкой толщиной 10 мм
Жесткость стенки при растяжении, МПа×м
6000
100
Доля воспринимаемой части внешней нагрузки
0.98
0.02
Несущая способность стенки при растяжении, МПа×м
2.0
10.0
Несущая способность такой дымовой трубы определяется несущей способностью железобетонной оболочки, определяемой прочностью железобетона на сжатие и растяжение. Если в футерованных железобетонных трубах их несущая способность из-за тяжелой футеровки определяется из условия обеспечения прочности на сжатие от собственного веса и ветровой нагрузки (с подветренной стороны), то в варианте [1] определяющим фактором становится опасность разрушения стенки несущей оболочки от растяжения (с наветренной стороны), которая для железобетона почти в 10 раз ниже прочности на сжатие. Внутренний ствол из композиционного материала, вследствие значительно более высокой жесткости стенки железобетонной несущей оболочки, воспринимает лишь незначительную часть нагрузки. При этом несущая способность стенки внутреннего ствола при растяжении значительно больше несущей способности стенки наружной железобетонной оболочки.
Это ограничивает область применения дымовых труб данной конструкции, увеличивает материалоемкость, трудоемкость и стоимость устройства наружной оболочки.
Полезная модель решает задачи:
- увеличения несущей способности;
- расширения области возможного применения для строительства более высоких труб;
- снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости возведения;
- снижения затрат на восстановление эксплуатационной надежности и продление срока службы существующих металлических труб.
Для этого, согласно полезной модели, в дымовой трубе (фиг.1), содержащей ГОС 1 из композиционного материала или металла, сопряженный с установленной снаружи ствола, вплотную к нему, железобетонной оболочкой, железобетонная оболочка разделена по высоте на отдельные монолитные кольца 2 (по аналогии со сборными железобетонными трубами, которые монтируются из отдельных колец), соосно установленные друг на друга через разделительную прокладку 3. Высота отдельных колец может быть разной и определяется расчете] из условия обеспечения несущей способности газоотводящего ствола и технологией возведения сооружения. Нижний кольцевой ярус обоймы 2 и фундамент жестко сопряжены между собой посредством упора и элементов раскрепления, например, выпусками арматуры 5 фундамента 6, которые замоноличены в стенкенижнего кольцевого яруса обоймы 2, что обеспечивает передачу нагрузок, действующих на надземную часть трубы, на фундамент и через фундамент на основание.
В сборных железобетонных трубах связь между отдельными кольцами (ярусами) обеспечивается упором друг на друга по всей торцевой поверхности и металлическими шпильками. Сжимающие усилия передаются посредством упора, а растягивающие усилия воспринимаются шпильками. Согласно полезной модели сжимающие усилия также воспринимаются кольцевыми ярусами обоймы и передаются посредством их упора друг на друга, а растягивающие усилия воспринимаются стенкой газоотводящего ствола. Для восприятия стенкой ГОС в зонах стыков 3 кольцевых ярусов 2 растягивающих усилий, последние связаны с ГОС 1 посредством анкеров 4, закрепленных на стволе, и посредством защемления ГОС 1 в обойме 2, которое обеспечивается плотным без зазора сопряжением ГОС и обоймы. Анкера могут быть выполнены в виде кольцевых ребер жесткости 4, гофров на стенке ствола, либо металлических петель, а последние могут быть выполнены в виде спирали, витки которой обращены к стволу боковой поверхностью спирали [1].
На фиг.1 показан продольный разрез дымовой трубы, на фиг.2, 3, 4 -продольные разрезы стенки трубы в зонах стыков кольцевых ярусов 2 обоймы с ГОС 1 из стеклопластика с теплоизоляцией внутри стенки ствола и различными вариантами решения стыков (фиг.2 - плоский стык с листовой прокладкой из полимерного материала или герметика, фиг.3- шлицевой стык с кольцевым зубом и выемкой, фиг.4 - плоский стык с дополнительным соединением колец изогнутыми выпусками арматуры и заполнением зазора герметиком), на фиг.5, 6, 7 - продольные разрезы стенки трубы в зонах стыков кольцевых ярусов обоймы 2 с металлическим ГОС 1 с теми же вариантами решения стыков (фиг.5 - плоский стык с листовой прокладкой из полимерного материала или герметика, фиг.6- то же, с пазом, фиг.7 - с дополнительным соединением кольцевых ярусов обоймы изогнутыми выпусками арматуры и заполнением зазора герметиком).
Дымовая труба содержит внутренний газоотводящий ствол 1, выполненный из металла или стеклопластика. Снаружи ствола 1 вплотную к нему возведена железобетонная оболочка, состоящая из соосно установленных друг на друга монолитных колец 2, сопряженных между собой посредством упора через разделительную прокладку 3. Возведение (изготовление) железобетонной оболочки 2, сопряженной со стволом 1, может быть осуществлено как на месте строительства, так и в заводских условиях. При этом ствол 1 трубы используется как внутренняя несъемная опалубка.
Ствол 1 сопряжен с кольцами железобетонной оболочки 2 посредством закрепленных на стволе анкеров. Анкера могут выполняться в виде кольцевых ребер жесткости 4 ствола 1, в виде гофров на стенке ствола 1, либо в виде металлических петель жестко закрепленных к стенке ГОС [1]. Металлические петли могут быть выполнены в виде спирали, витки которой обращены к стволу боковой поверхностью спирали. Ствол 1 может быть выполнен с теплоизоляцией внутри 8 и/или снаружи 9 стенки ствола 1.
Нижний кольцевой ярус оболочки жестко закреплен на основании 6 -фундаменте или других конструкциях, например, посредством замоноличивания выпусков арматуры 5 из фундамента 6 в стенке нижнего яруса оболочки 2. Ввод газов в трубу осуществляется через проем 7, выполненный, например, в стакане фундамента 6. Ввод газов в ствол 1 может быть организован через проем в стенке нижнего кольцевого яруса оболочки и ствола.
Торцевые сопрягаемые поверхности колец обоймы 2 могут быть плоскими (фиг.2, 4, 5, 7) или в виде шлицевого стыка с входящими друг в друга кольцевыми зубом и выемкой в смежных кольцах (фиг.3, б). В последнем случае достигается дополнительное восприятие обоймой перерезывающих усилий.
Разделительная прокладка 3 может быть выполнена, например, из рубероида. Разделительная прокладка 3 может быть выполнена из упругоподатливого материала, например, резины, листовых полимерных материалов, герметика (фиг.2, 5). В этом случае обеспечивается повышенная герметичность стыков смежных ярусов, исключается попадание атмосферных осадков через стыки к стволу.
Дополнительно смежные кольцевые ярусы обоймы 2 могут быть связаны между собой упругоподатливыми связями, например, изогнутыми стержнями арматуры 10 с волнообразным изгибом в промежутке 3 между сопрягаемыми железобетонными кольцевыми ярусами обоймы 2, который заполнен герметиком. В этом случае связи выполняют функцию дополнительных и (или) аварийных связей на случай повреждения ствола при возникновении чрезвычайных ситуаций, например в случае пожара.
Газоотводящий ствол из металла или стеклопластика 1 в случае, если труба предназначена для эвакуации низкотемпературных газов, может быть выполнен без теплоизоляции. В случае, если труба предназначена для эвакуации высокотемпературных газов между газоотводящим стволом и железобетонной обоймой предусматривают теплоизоляционную прослойку 9, например, из минераловатных плит, а для обеспечения передачи усилий от колец оболочки на металлический ствол оставляют участки без теплоизоляционной прослойки между оболочкой и ГОС. Газоотводящий ствол 1 может быть выполнен из стеклопластика с «сэндвичевой» конструкцией стенки [3]: обшивки 11 - из стеклопластика, средний слой 8 - из теплоизоляционных, например, минераловатных плит.
Данная труба работает следующим образом. Собственный вес газоотводящего ствола 1 передается непосредственно на фундамент упором. Собственный вес колец 2 наружной железобетонной оболочки передается посредством упора колец друг на друга и на фундамент 6. Анкера 4 обеспечивают восприятие стенкой ствола 1 в зонах стыков колец 2, на которые разделена железобетонная оболочка прокладками 3, растягивающих усилий от ветровой нагрузки с наветренной стороны. С подветренной стороны возникают сжимающие усилия, которые воспринимаются кольцами железобетонной оболочкой 2 и передаются от верхних к нижним кольцам посредством упора. Выполнение прокладок из листовых полимерных материалов, например резины или герметика обеспечивает герметичность стыков, равномерность передачи нагрузок от вышерасположенных ярусов. Выполнение торцевых упоров кольцевых ярусов в виде шлицевого стыка с входящими друг в друга кольцевыми зубом и выемкой в смежных кольцах обеспечивает дополнительное восприятие обоймой перерезывающих усилий обоймой. Дополнительные связи смежных кольцевых ярусов обоймы 2 упругоподатливыми связями, например, изогнутыми стержнями арматуры 10 с волнообразным изгибом в промежутке 3 между сопрягаемыми ярусами обоймы, выполняют функцию дополнительных и/или аварийных связей.
Нижнее кольцо передает сжимающие усилия от ветровой нагрузки на фундамент посредством упора, а растягивающие усилия посредством элементов раскрепления к фундаменту, например, посредством выпусков арматуры 5 из фундамента 6, которые замоноличены в стенке нижнего яруса оболочки. От фундамента 6 все нагрузки передаются на основание. ГОС 1 обеспечивает восприятие перерезывающих усилий, возникающих от ветровой нагрузки, и препятствует взаимному горизонтальному смещению колец относительно друг друга. При температурных воздействиях благодаря теплоизоляционному слою 8 и 9 обеспечивается снижение температурных напряжений в стенке кольцевых ярусов 2 оболочки.
В таком конструктивном исполнении при воздействии на трубу ветровой нагрузки наружная оболочка будет воспринимать только сжимающие усилия от собственного веса и ветровой нагрузки с подветренной стороны, при этом растягивающие усилия, возникающие от ветровой нагрузки с наветренной стороны, воспринимаются стенкой ГОС в зонах стыков колец наружной оболочки. Это обеспечивается податливостью стыков 3 колец 2 оболочки, жесткость на растяжение которых значительно меньше жесткости на растяжение стенки ГОС.
По сравнению с прототипом [1] предлагаемое конструктивное решение дымовых труб с ГОС из стеклопластика и металла позволяет при прочих равных условиях строить значительно более высокие трубы. Уменьшение растягивающих усилий в наружной оболочке позволяет снизить ее материалоемкость, трудоемкость возведения и стоимость строительства сооружения в целом. Применение этого решения для реконструкции (усиления) металлических дымовых труб позволяет производить работы на работающих трубах без их остановки.
Источники информации
1. Дымовая труба: Патент на ПМ 55830 РФ: МПК-8 Е04Н 12/28/ Пазущан В.А., Субботин Е.В., Асташкин В.М., Лужков И.А. - Заявлено 27.03.2006; опубликовано 27.08.2006, Бюлл. №24. - 5 с.
2. Ремонт дымовых труб, градирен и антикоррозионных покрытий оборудования электростанций: Справочное пособие/ Под ред. И.В.Захарова и А.И.Курилова. -М.: Энергоиздат, 1982, с.54, 65.
3. Слоистая цилиндрическая оболочка: Св-во на ПМ 12999 РФ: МКИ-7 В32В 1/08 / Асташкин В.М., Пазущан В.А., Маликов Д.А., Лужков В.А. - Заявлено 15.11.99; опубликовано 20.03.2000, Бюлл. №8. - 5 с.