СЕКЦИЯ ПОЖАРОБЕЗОПАСНОГО ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к строительным конструкциям и предназначена для использования в качестве элемента пожаробезопасных трубопроводов различного назначения, например: систем мусороудаления, бельепроводов и пищепроводов для жилых и общественных зданий, вентиляционных шахтных стволов и т.п.
Известна секция пожаробезопасного трубопровода, состоящая из наружной огнестойкой и звукоизоляционной оболочки и внутренней металлической оболочки, представляющей собой два модуля, выполненые из коррозионностойкого металла, наружная оболочка выполнена из сегментов, изготовленных из легкого бетона или кирпича, уложенного в один ряд на ребро относительно внутренней оболочки, при этом толщина наружной оболочки равна 1/5-1/10 внутреннего диаметра ствола; модули внутренней оболочки выполнены с развальцовкой в верхней части, огибающей нижнюю кромку вышележащего модуля (патент РФ №2129641).
Недостатками такого модуля являются большая масса и сложность монтажа конструкции. Кроме того, такое соединение модулей надежно лишь для трубопроводов, в которых наружная оболочка - сплошная для всего ствола и выполнена, как в данном случае, из сегментов, изготовленных из бетона или кирпича.
Согласно патенту РФ №2299959 секция ствола пожаробезопасного трубопровода выполнена в виде модулей из слоистого стеклопластика, имеющих цилиндрическую форму с уширением на верхнем ее конце, что обеспечивает раструбное соединение модулей в ствол.
Такое соединение не позволяет обеспечить герметичность, скапливаемая грязь образует болезнетворную микрофлору. Кроме того,
Затем формируют внешний слой, выполненный из листовой стали, получая трехслойную конструкцию.
Монтаж секции пожаробезопасного трубопровода осуществляют следующим образом.
На кромку нижнего модуля помещают уплотняющий элемент (нижний), например, из пористой резины, надевают муфту, при этом уплотняющий элемент прижимается к нижней поверхности соединяющего кольца (поперечный элемент на h-образном сечении). На верхнюю поверхность соединяющего кольца муфты помещают уплотнительный элемент, например, уплотнительный материал из огнестойкого герметика (например, марки Силотерм ЭП-71), и устанавливают следующий модуль. Монтаж конструкции очень прост, но высокоэффективен, т.к. грязь скользит вниз, не задерживаясь (например, в раструбах по прототипу), высокая герметичность не позволяет выйти наружу задымлению в случае пожара, при монтаже обеспечивается строгое центрирование.
Для сравнения с прототипом были проведены испытания при использовании секции по предлагаемой полезной модели в качестве секции мусоропровода.
Масса одного модуля мусоропровода (2,8 м) при толщине стенки 7-10 мм и массе погонного метра указанной выше трехслойной конструкции около 16 кг составляет не более 45 кг (около 200 кг по прототипу), что позволяет производить монтаж без использования специального оборудования. При этом указанная толщина стенки обеспечивает необходимую прочность конструкции.
Испытания на устойчивость ствола мусоропровода, выполненного в виде единого ствола из секций (без использования специальных центрирующих элементов) с модулями и узлами их соединения согласно предлагаемой полезной модели, массой, соответствующей высоте 17-22-этажного жилого дома (серия П-44), показали наличие запаса прочности в 1,5 раза, что обеспечивает надежность и безопасность его эксплуатации;
Использование черного металла (например, сталь 3 сп) для внешнего цилиндрического элемента обеспечивает прочность конструкции, а выполнение внутреннего цилиндрического элемента и соединяющего кольца из коррозионностойкой стали (например, нержавеющей, оцинкованной) в сочетании с уплотняющими элементами обеспечивает долговечность и герметичность узла соединения модулей. Конструкция муфты (h-образное поперечное по диаметру левое полусечение и, соответственно, зеркально отраженное - правое, образованные двумя коаксиально расположенными полыми цилиндрическими элементами, причем наружный имеет большую высоту по сравнению с внутренним, и кольцом, соединяющим внутренний цилиндрический элемент по его верхнему торцу с внутренней поверхностью наружного цилиндрического элемента в монолитную конструкцию) позволяет надежно установить уплотняющие элементы, что необходимо для обеспечения герметичности и надежности соединения.
Высота цилиндрических элементов муфты (вертикальные элементы h-образного поперечного по диаметру левого полусечения и зеркально отраженного правого), при условии, что наружный элемент имеет большую высоту, чем внутренний, может быть любой и ограничивается только экономическими соображениями (металлоемкость муфты). Устойчивость верхнего модуля обеспечивается при минимальной разности высот цилиндрических элементов и минимальной высоте внутреннего цилиндрического элемента с учетом толщины уплотнения. Предпочтительно, высота наружного полого цилиндрического элемента составляет 60-100 мм, а высота внутреннего - 30-70 мм.
Модуль секции пожаробезопасного трубопровода согласно предлагаемой полезной модели изготавливают путем формирования на обечайке из стали (внутренний слой модуля) оболочки из композиционного материала на основе фосфатного связующего и армирующего стекловолокнистого наполнителя (промежуточный слой).
выполненного из указанного композиционного материала, определена по результатам испытаний и является достаточной для получения конструкции со значительным запасом прочности.
Стволы пожаробезопасных трубопроводов, состоящие из секций, выполненных из отдельных модулей, имеющих толщину стенки 7-10 мм и изготовленных трехслойными с внутренним и наружным слоями из коррозионностойкой стали и промежуточным слоем из композиционного материала на основе фосфатного связующего и армирующего стекловолокнистого наполнителя, представляют собой чрезвычайно легкую конструкцию, которая за счет материала каждого из слоев и оптимальной толщины стенки модуля является прочной, а также простой в сборке, т.к. в связи с малой массой каждого модуля не требует использования специального оборудования для монтажа.
Возможное использование самого распространенного, раструбного, соединения таких модулей в секции потребует установки специальных элементов для центрирования, которые, разумеется, усложнят процесс сборки и утяжелят конструкцию, т.е. приведут к потере указанных выше преимуществ модулей. В противном случае, т.е. без установки элементов центрирования, при сборке конструкции с раструбным соединением модулей возможны перекосы, что приведет к потере надежности. Кроме того, раструбное соединение без уплотняющих элементов снижает герметичность и приводит к скоплению грязи в местах соединения модулей и образованию болезнетворной микрофлоры. Конструкция узла соединения согласно предлагаемой полезной модели была разработана специально для модулей указанной трехслойной конструкции. При использовании такого узла для соединения модулей, имеющих другую толщину и/или другие материалы слоев (т.е. другую массу, необходимую для обеспечения нормативной прочности) надежность соединения не достигается.
Предпочтительно, внутренний слой модулей выполнен из нержавеющей стали.
Наружный слой модулей может быть выполнен из той же или другой коррозионностойкой стали, например, из оцинкованной стали.
Толщина наружного и внутреннего слоев модулей, предпочтительно, по 0,5-0,8 мм. В этом случае, возможно их выполнение из стали по ГОСТ 7350.
При изготовлении устройства согласно предлагаемой полезной модели возможно использование стали 12Х17 (AISI 430), применяемой для изготовления оборудования пищевой промышленности, получаемого методом холодной штамповки. Сталь 12Х17 (AISI 430) сваривается аргонно-дуговой сваркой без присадки и с присадкой проволоки из стали 10Х18Н10Т (AISI 321), а также автоматической электродуговой сваркой под флюсом и в малых толщинах - контактной сваркой, по коррозионной стойкости не уступает маркам AISI 304, AISI 321.
В качестве фосфатного связующего для получения промежуточного слоя модулей могут быть использованы, например, алюмофосфатное, алюмоборфосфатное (например, ФОСКОН различных марок), алюмомагнийфосфатное, алюмохромфосфатное и др.
Основные преимущества композиционных материалов на основе фосфатных связующих состоят в том, что фосфатные связующие сохраняют постоянство объема, обеспечивают высокие эксплуатационные свойства до температур их спекания (2000°С и выше), позволяют прогнозировать специфические технические свойства. Фосфатные связующие обеспечивают высокую адгезию к различным материалам (металлам, керамике, стеклу).
Использование композиционного материала указанного состава позволяет получить прочную конструкцию даже при малой толщине стенки, что существенно снижает массу модуля и упрощает монтажные работы. Толщина стенки модуля при использовании промежуточного слоя,
показали испытания, снижение массы модуля по сравнению с прототипом при сохранении его нормативной прочности (технический результат) достигается и при очень низких и при более высоких, чем 40% об. значениях содержания микросфер (вплоть до минимального остаточного количества связующего, достаточного для выполнения им своей функции).
Возможно, чтобы промежуточный слой модулей был выполнен из композиционного материала на основе фосфатного связующего, армирующего стекловолокнистого наполнителя и шумозащитного органического наполнителя.
Предпочтительно в качестве шумозащитного органического наполнителя использование картона (например, технического, шумоизоляционного). Органический шумозащитный наполнитель, входящий в состав композиционного материала, пропитан огнестойким связующим, поэтому его огнестойкость высока, что позволяет, как показали испытания, обеспечить нормативную огнестойкость всему модулю (огнестойкость Е45, т.е. стабильность свойств при температурных условиях, имитирующих пожарную ситуацию, в течение 45 мин.) при использовании любых известных органических шумозащитных наполнителей. Однако, при более длительном воздействии высокой температуры такой наполнитель, как картон, выгорает до углерода без токсичных выделений. При этом монолитность и прочность конструкции, за счет образования связи фосфатного связующего с армирующим наполнителем, не нарушается. Именно поэтому предпочтительным является использование в качестве шумозащитного наполнителя картона. Шумозащитные свойства картона широко известны (см. Большая советская энциклопедия, издательство Советская энциклопедия, М., 1969-1978 г.г., ст. «Картон»). Использование картона в многослойных строительных конструкциях, получение композиционных материалов, содержащих картон, также хорошо известно (см., например, опубликованную заявку РФ №2005114925).
Предпочтительно, верхний уплотняющий элемент узла соединения выполнен из огнестойкого герметика, а нижний уплотняющий элемент узла соединения предпочтительно выполнен из резины.
Наиболее предпочтительно, чтобы нижний уплотняющий элемент был выполнен из пористой резины (например, «Пластина техническая пористая прессованная 2-ой группы»).
Возможно, чтобы и верхний и нижний уплотняющие элементы были выполнены из любого огнестойкого герметика.
2
В качестве армирующего стекловолокнистого наполнителя промежуточного слоя модулей предпочтительно используют стеклоткань (например, полотно нитепрошивное стекловолокнистое HПГ-210 по ТУ 6-48-00202956-30-94, толщина, 0,33 (±0,10) мм, поверхностная плотность, 210 (±20) г/м, разрывная нагрузка по длине не менее 50 кгс, по ширине не менее 70 кгс, ширина ткани 95 (±1), 100 (±1) см). Однако могут быть использованы и другие стекловолокнистые наполнители: длинномерные и рубленные стеклянные волокна, стеклоленты и т.д. Стекловолокнистый наполнитель негорюч и нетоксичен; являясь широко известным армирующим наполнителем, позволяет существенно повысить прочность конструкции, не приводя к увеличению ее массы.
Предпочтительно промежуточный слой модулей дополнительно содержит наполнитель в виде микросфер, например, стеклянные микросферы, однако могут быть использованы микросферы из других негорючих, например, высокопрочных полимерных, материалов.
Промежуточный слой модулей может содержать полые микросферы, что дополнительно облегчает конструкцию без потери ее прочности.
Предпочтительно, промежуточный слой модулей выполнен из композиционного материала, содержащего 10-40 об.% наполнителя в виде микросфер в расчете на связующее. Это количество является оптимальным для обеспечения прочности конструкции, намного превышающей нормативную, при сохранении низких значений массы модуля. Однако, как
конструкции. Кроме того, при использовании известной секции как секции мусоропровода в жилых зданиях массовой застройки (серия П-44, 17-22 этажа) из-за большой ее массы не представляется возможным ввести в эксплуатацию мусоропровод в виде единого ствола.
Техническая задача полезной модели состоит в устранении указанных недостатков.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении массы секции при сохранении необходимой прочности конструкции без установки центрирующих элементов, повышение герметичности, а также упрощение монтажа.
Указанный технический результат достигается тем, что в секции пожаробезопасного трубопровода, включающей два модуля, выполненные трехслойными с внутренним и наружным слоями из коррозионностойкой стали и промежуточным слоем, и узел соединения между ними, толщина стенки каждого модуля составляет 7-10 мм, при этом промежуточный слой модуля выполнен из композиционного материала на основе фосфатного связующего и армирующего стекловолокнистого наполнителя, а узел соединения состоит из металлической муфты, имеющей h-образное поперечное по диаметру левое полусечение и, соответственно, зеркально отраженное - правое, образованные двумя коаксиально расположенными полыми цилиндрическими элементами, причем наружный имеет большую высоту по сравнению с внутренним, и кольцом, соединяющим внутренний цилиндрический элемент по его верхнему торцу с внутренней поверхностью наружного цилиндрического элемента в монолитную конструкцию, а также нижнего и верхнего уплотняющих элементов, расположенных, соответственно, по нижней и верхней поверхностям соединяющего кольца, при этом наружный цилиндрический элемент муфты выполнен из черного металла или коррозионностойкой стали, а внутренний цилиндрический элемент и соединяющее кольцо муфты выполнены из коррозионностойкой стали.
при монтаже возможно образование перекосов, что снижает надежность конструкции в целом.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является известная секция пожаробезопасного трубопровода, включающая два модуля, выполненные трехслойными с внутренним и наружным слоями из коррозионностойкой стали и промежуточным слоем, и узел соединения между ними (патент РФ №37507). Секция представляют собой вертикально расположенные и устанавливаемые друг на друга модули, каждый из которых образован двумя коаксиально расположенными трубами, между которыми размещен сыпучий материал или отвердевающий материал, при этом модули имеют направляющие для центрирования, а как минимум, внутренняя труба модуля выполнена таким образом, что обеспечивает вход нижней части трубы верхнего модуля.
Указанное соединение модулей в секции надежно, но требует специальных элементов для центрирования конструкции, что усложняет монтаж. Кроме того, выполнение соединения раструбным и отсутствие каких-либо уплотнительных элементов приводит к накоплению грязи в месте соединения модулей и, как следствие, к появлению болезнетворной микрофлоры. Отсутствие уплотнительных элементов, т.е. низкая герметичность соединения модулей, при возникновении пожара внутри трубопровода приводит к задымлению окружающего пространства.
Недостатком этой секции, принятой за прототип, является также большая масса модулей, ее составляющих, т.к., как показали испытания, для обеспечения необходимой прочности и огнестойкости конструкции требуется такая толщина промежуточного слоя, которая обеспечивается массой погонного метра модуля 70 кг. Большая масса модуля требует для монтажа конструкции использования специального оборудования (что усложняет и удорожает монтажные работы). Так, например, длина одного модуля мусоропровода составляет 2,8 м, соответственно, масса модуля составляет около 200 кг, что требует использования кранов для монтажа
грязи и болезнетворной микрофлоры в местах соединений модулей за время испытаний не обнаружено. Выполнение мусоропровода указанной высоты в виде единого ствола из секций по прототипу невозможно из-за его большой общей массы. При предварительных испытаниях мусоропровода меньшей высоты в местах соединения модулей, выполненного согласно прототипу, обнаруживалось накопление грязи.
По результатам испытаний состав промежуточного слоя модулей, составляющих секцию по предлагаемой полезной модели, обеспечивает как нормативную огнестойкость (огнестойкость Е45, т.е. стабильность свойств при температурных условиях, имитирующих пожарную ситуацию, в течение 45 мин.), так и огнестойкость значительно выше нормативной (Е90). При испытании на возгорание внутри ствола мусоропровода герметичное соединение модулей с помощью узла соединения согласно предлагаемой полезной модели обеспечило отсутствие задымления в окружающем пространстве. При соединении модулей по прототипу обнаруживалось сильное задымление.