Меню

Как рассчитать растяжки для трубы

Дымовые трубы на растяжках

На многих промышленных зданиях и различных производствах устанавливаются дымовые трубы с использованием растяжек. Такая труба одноствольная и служит для очистки помещений от дымовых газов котельных систем, функционирующих с использованием мазута, каменного и бурого угля, природного газа, а также других видов топлива.

Ее конструирование предполагает определение оптимальной диаметра и высоты, учитывая теплотехнические, аэродинамические и санитарные стандарты. Обычно они имеют высоту 15-40 метров.

Благодаря металлическим растяжкам, подобные трубы удобнее в монтаже и намного устойчивее и надежнее традиционных труб для отвода дыма.

В зависимости от особенностей эксплуатации такую трубу могут покрыть теплоизоляционным покрытием. Такая труба не сложна в транспортировке, установке и обслуживании, затраты на ее изготовление и монтаж небольшие. Поэтому большинство российских котельных оснащено именно этим типом дымоотводящих труб.

Технология их изготовления достаточно проста. Сначала изготавливаются обечайки – элементы будущей трубы в виде нескольких цилиндрических отрезков будущей трубы. Это происходит путем вальцевания металлических листов. Затем кромки изготовленных обечаек по всей длине соединяются. Для уменьшения горизонтальных напряжений и нагрузок на изгиб на трубу монтируются ярусы для крепления растяжек. Строительные нормы и правила (СНИП) предусматривают специальные условия расположения растяжек трубы.

В частности:

  • если растяжки расположены на одном ярусе, возвышающаяся над ними часть трубы должна составлять от трети до четверти общей высоты трубы, а если таких ярусов два, не больше пятой части.
  • растяжки должны крепиться под углом 30 градусов, а расстояние между их ярусами должно равняться трети высоты трубы.
  • снаружи труба должна быть покрыта защитным слоем и может маркироваться красным и белым цветами.

Такие растяжки изготавливаются из стальной 16-20 миллиметровой проволоки. Затем нижняя часть трубы фиксируется в цоколе предназначенной для ее установки плиты. Чтобы повысить прочность конструкции, к нижней части трубы привариваются металлические ребра жесткости.
При всех преимуществах труб на растяжках, у них относительно малый срок эксплуатации, который составляет максимум десять лет. Для предупреждения коррозии трубу покрывают битумным лаком.

Кроме того, конструкция трубы требует установки бетонных конструкций на фундаментах для крепления растяжек, для чего нужны немалая площадь и определенные затраты.

Источник

Дымовые трубы (конструкции, расчет)

ДЫМОВАЯ ТРУБА, устройство для отведения газов, развивающихся при горении в топках, или ядовитых газов химических, металлургических и других заводов в относительно высокие слои атмосферы, а также для возбуждения тяги, вызывающей приток воздуха, необходимого для сгорания топлива. Образование тяги объясняется разностью между удельным весом горячих газов внутри трубы и удельным весом наружного воздуха. По конструкции дымовые трубы разделяют на кирпичные, железные и железобетонные.

Кирпичные дымовые трубы выполняются круглого, квадратного, шестиугольного и восьмиугольного поперечного сечения. В настоящее время кирпичные дымовые трубы делают исключительно круглого сечения, т. к. при этой форме влияние давления ветра, величина поверхности, отдающей тепло, и объем кирпичной кладки получаются наименьшими. Для кирпичных дымовых труб применяют специальный лекальный пустотелый кирпич (фиг. 1), имеющий форму части сегмента с несколькими вертикальными сквозными отверстиями.

Лекальный кирпич приготовляют из чистой глины. В дымовой трубе (фиг. 2) различают следующие главные части: 1) фундамент, подразделяющийся на бетонное основание и бутовую кладку; 2) постамент, подразделяющийся на: цоколь, ствол постамента и карниз; 3) ствол трубы, подразделяющийся на: нижний выступающий пояс, собственно ствол и головку.

Фундамент дымовой трубы обыкновенно книзу расширяется уступами, причем ширина уступа не должна превышать 2/3 его высоты. Если по состоянию грунта ширина уступа д. б. более 2/3 его высоты, то такие фундаменты рекомендуется выполнять железобетонными. Бетонное основание дымовых труб делается высотой не менее 600 мм. Бутовый камень фундамента и грунт необходимо хорошо изолировать от действия горячих газов, которые могут ослабить прочность бутовой кладки. Изоляция же достигается кирпичной кладкой толщиною приблизительно в 2,5 кирпича. Постамент и ствол также д. б. изолированы от вредного действия горячих газов; для этого при температуре газов >250° применяют свободно стоящую футеровку из огнеупорного кирпича на шамотном растворе. Ствол трубы возводится звеньями (барабанами), высота которых по возможности делается одинаковой в пределах 3—10 м. Толщина стенок трубы должна позвенно увеличиваться по направлению книзу, что соответствует общему уклону, который для внешней стороны равен 0,015—0,04, а для внутренней — 0,002—0,02.

Для защиты дымовой трубы от повреждения молнией на ней устанавливают громоотвод, состоящий из приемника, наружного провода и заземленного отвода в виде тонкой медной луженой пластины. Наружный провод громоотвода крепится в особых железных держателях, которые при возведении дымовой трубы заделываются в кладке на расстоянии приблизительно 2 м друг от друга. Возведение дымовой трубы производится без лесов; лесами пользуются обыкновенно только вначале, когда кладется нижняя часть дымовой трубы, а далее уже весь строительный материал подается с помощью несложных подъемных механизмов (фиг. 3 и 4). При возведении дымовой трубы необходимо наблюдать за тем, чтобы оси отдельных звеньев трубы в точности совпадали с осью трубы; последнее проверяется с помощью веска.

Из повреждений дымовой трубы наиболее важным является уклонение дымовой трубы от первоначального ее вертикального положения. Последнее обстоятельство чаще всего объясняется неравномерной осадкой фундамента. Выпрямление трубы производится следующим образом: в нижней части дымовой трубы со стороны, противоположной той, куда труба наклонилась, пробивают во всю толщину стенки ряд отверстий на протяжении более половины периметра трубы, которые заполняют более тонким слоем кладки, после чего оставшиеся промежуточные части кладки осторожно удаляют, и дымовая труба, оседая от собственного веса, постепенно выпрямляется, приближаясь к вертикальному положению. Исправление появившихся трещин, повреждения облицовки или швов, производится во время действия трубы, причем рабочие взбираются до места работ по железным скобам, расположенным с наружной ее стороны.

Читайте также:  Обратный клапан для пнд трубы в колодец

При проектировании дымовой трубы, прежде всего, определяют ее главные размеры, т. е. диаметр верхнего сечения и высоту, и затем производят статический расчет. Величина диаметра трубы зависит от допускаемой скорости выхода газов, которую во избежание нарушений в работе трубы не рекомендуется делать менее 2 м/сек. При меньшей скорости газов могут получиться обратные потоки и задувание ветром. Максимальной выходной скоростью газов считают 8 м/сек; превышение этой скорости влечет значительные потери на трение и поддержание скорости газов в трубе. Т. о., при определении площади верхнего сечения дымовой трубы желательно задаваться скоростью в 3—4 м/сек, чтобы, при всех возможных колебаниях нагрузки проектируемой установки, скорость газов при выходе из трубы оставалась в пределах 2—8 м/сек. Для определения площади верхнего сечения и высоты дымовой трубы предварительно вычисляют следующие величины: а) Полный объем дымовых газов V определяется по составу дымовых газов и расходу топлива, сгорающего в час (см. Газ топочный и дымовой). Для определения объема сухих газов, приходящегося на 1 кг топлива при 0° и 760 мм рт. ст., с достаточной точностью можно воспользоваться приближенной формулой Даша:

где Q — рабочая теплопроизводительность топлива в Cal/кг; а — коэффициент избытка воздуха, величина которого зависит от размеров обмуровки котла и экономайзера, ее плотности, длины борова, степени разрежения в газоходах и от многих других причин; в общем случае можно принять а = 1,6—2,0. Объем водяных паров при 0° и 760 мм рт. ст. определяется по формуле:

где Н — содержание водорода в рабочем топливе в % по весу; W — содержание влаги в рабочем топливе в % по весу; Wф. — количество пара (в кг), введенное в топку для сжигания 1 кг топлива, при наличии парового дутья или паровой форсунки. Т. о., приближенный полный объем продуктов сгорания при 0° и 760 мм рт. ст., получающихся при сгорании 1 кг топлива, определяется по следующей формуле:

б) Средняя теплоемкость 1 м 3 сухих газов в Cal определяется из уравнения:

в) Средняя теплоемкость 1 кг водяных паров в Cal определяется из уравнения:

причем вес водяных паров, образующихся при сгорании 1 кг топлива, определяется по формуле:

в уравнениях (4) и (5) t’ — температура газов при входе в дымовую трубу.

Расчет площади верхнего сечения дымовой трубы в свету производится по формуле:

где w — скорость газов в м/сек при выходе (желательно 3—4 м/сек), a VСК. — секундный объем газов, определяемый по формуле:

где В — часовой расход топлива в кг, V — полный объем газов, определяемый из формулы (3), Рб. — барометрическое давление в мм рт. ст., t» — температура газов при выходе из трубы, которая определяется по формуле:

где (Gn.c.·cn.c.) — тепло, отдаваемое газами при охлаждении на 1° и отнесенное к 1 кг сожженного топлива, определяемое из уравнения:

В — часовой расход топлива в кг, dcp. — средний диаметр дымовой трубы в свету в м; Н — высота дымовой трубы в м; ts. — температура воздуха; χ — коэффициенте теплопередачи дымовой трубы (в Cal/м 2 ·час·°С), принимаемый с достаточной точностью равным: 1 — для кирпичной трубы, 2 — для бетонной трубы (толщиной 100 мм) и 4 — для железной нефутерованной. Для определения высоты дымовой трубы, измеряемой от уровня колосниковой решетки, служит формула:

где S’ — теоретическая тяга в мм вод. ст., развиваемая трубою, γв. — удельный вес воздуха при 0° и 760 мм рт. ст., γг. — удельный вес газов при тех же условиях, tcp. — средняя температура газов. Так как yв.≈yг.≈1,293, то формула (9) примет вид:

Чтобы знать действительную тягу проектируемой трубы, надо, кроме учитываемых потерь от охлаждения газов, определить также потери тяги на трение и создание скорости газов в трубе, а именно:

где γср. — удельный вес газов (вычисляется по состоянию газов в среднем поперечном сечении трубы); wcp. — средняя скорость газов в том же сечении; g = 9,81 м/сек 2 ; ψ — коэффициент, который в среднем можно принять 0,0007, при диаметре менее 0,5 м, и 0,0006 — для труб большего диаметра. Т. о. действительная тяга у основания трубы

Действительная тяга проектируемой дымовой трубы (формула 13) не д. б. менее всех сопротивлений установки. При расчете площади верхнего сечения дымовой трубы и ее высоты иногда пользуются и более простыми, довольно многочисленными эмпирическими формулами. Все эти формулы составлены на основании опытных данных и содержат целый ряд числовых коэффициентов, от правильного применения которых и зависит точность определения размеров дымовой трубы; однако, пользование эмпирическими формулами при расчете дымовой трубы не рекомендуется.

После определения площади верхнего сечения дымовой трубы приступают к статическому расчету, исследуя устойчивость трубы и краевые напряжения от действия ветра и веса кладки. Для определения основных величин рассматривают часть дымовой трубы (фиг. 5), лежащую выше сечения ВВ1 и имеющую одинаковую толщину стенок δ.

В центре тяжести этого элемента S прикладывают силу давления ветра Р и силу Q, вызываемую весом кладки, лежащей выше рассматриваемого сечения. Равнодействующую силу R перемещают по ее направлению до пересечения с плоскостью сечения ВВ1 в точке А, где ее снова разлагают на составляющие Р’ и Q’. Силой Р’ обыкновенно пренебрегают, как силой, вызывающей незначительное срезывающее усилие, а по оси трубы прикладывают две взаимно уравновешивающиеся силы Q, из которых одна, направленная вниз, вызывает напряжение сжатия, а другая дает с составляющей Q’ пару сил с плечом с. Напряжение сжатия от силы Q выражается уравнением:

Читайте также:  Перенос газовой трубы в белгороде

1800 — вес в кг 1 м 3 кладки. Напряжение изгиба:

где M=Q·c = P·e и W—момент сопротивления площади сечения

площадь, на которую действует ветер, в м 2

где k — давление ветра, принимаемое равным 150 кг/м 2 и 0,67 — коэффициент, принимаемый при определении силы давления ветра для круглых труб. Момент сопротивления W для кольцеобразного сечения:

двойной знак означает здесь, что максимальные напряжения являются сжимающими (+) с подветренной стороны и растягивающими (—) с наветренной стороны дымовой трубы. Искомое сложное краевое напряжение (в кг/м 2 ):

Уравнение (16) показывает, что в различных местах горизонтального сечения трубы, в зависимости от того, будет ли абсолютная величина σ1 больше, меньше или равна σ2, возникают напряжения на сжатие, на растяжение или же напряжения будут равны нулю. Прямая, проходящая через точки нулевых напряжений, называется нейтральной осью N; эта ось находится в сопряжении с точкой приложения A эксцентричной силы Q. Кривая, описываемая точкой А, когда нейтральная ось принимает все положения, касательные к данному сечению, образует ядро сечения. Для круглых труб ядро сечения представляет собой круг, радиус которого

Ядро сечения есть площадь, внутри которой должна лежать точка приложения эксцентричной силы Q, если напряжения в рассматриваемом сечении д. б. только одного знака. Как только точка А выйдет за пределы ядра сечения, нейтральная ось пройдет через рассматриваемое сечение, разделив его на две части, напряженные противоположно. Для определения напряжений, возникающих в поперечном сечении любого звена дымовой трубы, ниже приводятся формулы, с помощью которых производится упрощенный расчет круглой дымовой трубы. Принимая k = 150 кг/м 2 и пользуясь формулой (16), краевое напряжение в основании верхнего звена дымовой трубы можно выразить следующим образом:

где D1, D2, D3. — наружные диаметры у основания звеньев дымовой трубы в метрах, d1 d2, d3. – внутренние диаметры у основания звеньев, d’1, d’2, d’3. — внутренние диаметры у вершин звеньев, d — диаметр верхнего отверстия дымовой трубы, D — верхний наружный диаметр трубы, δ1, δ2, δ3. — толщины стенок по высоте звеньев, h1, h2, h3. — высоты отдельных звеньев и Н1, Н2, Н3. — высоты, считая от вершины дымовой трубы до рассматриваемого сечения. Введя обозначения

Объем кирпичной кладки звеньев, лежащих выше рассматриваемого сечения, определяется по формуле:

Что касается фундамента дымовой трубы, то его глубина заложения h’ определяется в каждом случае отдельно. Глубина фундамента не д. б. менее глубины промерзания грунта. Давление на грунт, вызываемое всем сооружением дымовой трубы, при фундаменте круглого сечения определяется по следующей формуле:

где, кроме вышепринятых обозначений, D — диаметр нижнего основания фундамента в м (внутренний диаметр d = 0), U — объем бутовой кладки фундамента и бетонного основания. Вес 1 м 3 кладки фундамента принимается равным 2260 кг. При расчете кирпичной дымовой трубы высотой до 30 м допускается напряжение на сжатие до 12 кг/cм 2 , а на растяжение — до 1,2 кг/см 2 . Для дымовой трубы большей высоты это напряжение уменьшается на каждый метр высоты на 0,05 кг/см 2 ; т. о., для дымовой трубы высотою более 54 метров напряжение на растяжение не допускается. При расчете же фундамента дымовой трубы в плоскости соприкосновения его с грунтом напряжение на растяжение вовсе не допускается. Во многих западных странах имеются специальные утвержденные требования, предъявляемые к кирпичным дымовым трубам.

Железные дымовые трубы применяют в большинстве случаев в дымососных установках, в установках, имеющих временное значение, а также при слабом грунте. Конструктивно железные дымовые трубы выполняются из конических железных барабанов, высотой каждый около 1 м, склепанных между собой таким образом, что каждый верхний барабан охватывает снаружи нижерасположенный. Такая конструкция дымовой трубы создает меньшее сопротивление проходу газов и, кроме того, устраняет возможность попадания в швы дождевой воды. Толщина железа, употребляемого для дымовых труб, 3—8 мм. Основанием железных дымовых труб служит чугунная фундаментная плита, которая крепится обыкновенно на кирпичном цоколе. Необходимая высота железных дымовых труб и их диаметры определяются, как и для кирпичных дымовых труб; при этом диаметры рекомендуется брать на 30% больше, чем для кирпичных труб, вследствие более сильного охлаждения газов. При статическом расчете железных дымовых труб т. о. приходится учитывать изгибающие усилия, вызываемые давлением ветра. Эти усилия воспринимаются обычно растяжками, которые прикрепляются к кольцам, охватывающим дымовую трубу (фиг. 6).

Растяжки делают из цепей, из стальных тросов или круглого железа. При расчете железных дымовых труб, как и кирпичных, принимают: а) k — давление ветра — равным 150 кг/м 2 ; б) коэффициент, принимаемый при определении силы давления ветра для круглых труб =2/3(≈0,67). Далее, примем следующие обозначения: Н — высота над крышей в см; h1 — высота в см части дымовой трубы, расположенной выше кольца; h2 — высота в см части, расположенной ниже кольца; h3 — высота части, находящейся под крышей; D — внешний диаметр дымовой трубы в см; D1 — внутренний диаметр в см; δ — толщина стенки дымовой трубы в см; Р — давление ветра на всю трубу в кг; S — натяжение растяжки в кг; α — угол наклона растяжек; — момент сопротивления поперечного сечения кругового кольца; σ — напряжение материала железной дымовой трубы в кг/см 2 .

Читайте также:  Узлы прохода труб через кровлю с профлистом

В зависимости от высоты железной дымовой трубы могут быть три случая крепления: 1) труба растяжками не укрепляется вовсе, 2) труба укрепляется только в одном месте и 3) труба укрепляется по высоте растяжками в двух и более местах.

Изгибающий момент от силы давления ветра

Железные дымовые трубы без растяжек строятся в последнее время весьма значительных размеров (высотой до 60 м); на фиг. 7 изображена такая дымовая труба высотой 45 м.

Случай 2 . Давление ветра на трубу (фиг. 6) Р = 0,01 DH кг. Натяжение наветренной растяжки

Ствол дымовой трубы испытывает следующие напряжения: 1) от продольного изгиба, вызываемого собственным весом дымовой трубы и вертикальной составляющей S2 натяжения растяжек, и 2) от изгиба моментом М’ вследствие давления ветра Р и момента М» вертикальной составляющей натяжения растяжек S. Влияние первого рода нагрузки незначительно и его учитывают пренебрегая заделкой нижнего конца дымовой трубы. Максимальные значения изгибающий момент приобретает в двух сечениях: у кольца, к которому крепятся растяжки, — М1, и в сечении, лежащем на высоте

Для расчета отдельных частей железных дымовых труб, растяжек, колец и пр., пользуются обычными формулами сопротивления материалов; коэффициенты прочности на растяжение для растяжек kz ≤ 1000 кг/см 2 , на изгиб для трубы kb ≤ 800 кг/см 2 .

Т. к. давление ветра воспринимается гл. образом растяжками, то подошву основания дымовой трубы достаточно рассчитать на давление собственного веса

где G1 — вес в кг самой трубы, определяемый по ее размерам, с добавлением около 25% на заклепки и перекрышку шва, и G2 — вес в кг цоколя и фундамента; при этом допускаемое давление на грунт колеблется в среднем от 0,75 до 1,5 кг/см 2 .

Железобетонные дымовые трубы применяются реже, чем кирпичные и железные, что объясняется гл. обр. особенностями свойств железобетона. Бетон при продолжительном действии на него высокой температуры теряет прочность вследствие химического разложения некоторых составных частей; резкая разница температур между внутренней и внешней сторонами стенки дымовой трубы вызывает глубокие трещины и разрушения бетонной дымовой трубы. В последнее время за границей (особенно в Америке) тщательно изучают на опытах действие теплоты на всю конструкцию железобетонных дымовых труб. Как оказывается, главные напряжения материала в этих трубах вызываются высокими температурами, вследствие чего при проектировании на эту сторону расчета приходится обращать особое внимание. Согласно установленным правилам, железобетонная дымовая труба по всей высоте, от основания до устья, должна снабжаться надежной футеровкой, рассчитанной таким образом, чтобы перепад температур между внутренней и внешней сторонами стенки не превышал 80° (Δt ≤ 80°). Указанная величина Δt для дымовой трубы с футеровкой определяется следующей формулой:

где ti — температура газов у поверхности стенки футеровки, tn — температура окружающего воздуха, аi — коэффициент теплопередачи от газов к стенке в Cal/м 2 ·час·°С, аа — коэффициент теплопередачи от стенки к окружающему воздуху в Саl/м 2 ·час·°С, df — толщина футеровки в м; λf — средний коэффициент теплопроводности футеровки в Саl·м/м 2 ·час·°С, λ’ — эквивалентный коэффициент теплопередачи через воздушную прослойку, d’ — толщина воздушной прослойки в м, λ — средний коэффициент теплопроводности железобетонной стенки в Cal·м/м 2 ·час·°С, d — толщина железобетонной стенки в м. Для дымовой трубы без футеровки величина Δt определяется по более простой формуле:

Относительно числовых величин коэффициентов, входящих в формулы (28) и (29), необходимо отметить, что для уточнения их в Америке производятся обширные опыты. Коэффициент теплопроводности железобетонной стенки λ не следует брать слишком большим, и при расчете дымовой трубы его рекомендуется принимать в пределах 1,2—0,8. Коэффициент теплопередачи от газов к стенке ai определяется по следующей формуле:

где w — максимальная скорость газов в различных сечениях трубы; что касается коэффициента теплопередачи aa, то в отношении его пока нет достаточно обоснованных данных. Если окружающий воздух находится в состоянии покоя, что на практике бывает очень редко, то aa ≈ 6. При более неблагоприятных условиях aa может доходить до 20. Средний коэффициент теплопроводности футеровки λf можно принимать около 0,7; λ’ берут по формуле:

Давление ветра, которое кладется в основу статического расчета железобетонных дымовых труб определяется в каждом случае следующей формулой:

где Н — высота дымовой трубы от основания до устья в м. Сила давления ветра на всю трубу определяется, как и для кирпичных дымовых труб, по формуле

где χ для круглых труб = 0,67. Установленные за границей для железобетонных дымовых труб требования являются более жесткими и детальными, чем для кирпичных. Применение железобетона позволяет сооружать дымовые трубы весьма большой высоты, что является очень ценным для современных тепловых установок. Одна из самых высоких железобетонных дымовых труб построена в Америке в 1927 г. для Horne Copper С° (Канада). Эта труба предназначена для отведения газов от ряда печей с температурой 150—230° в высокие слои атмосферы. Высота дымовой трубы 129 м, диаметр верхнего сечения 3,96 м; ее фундамент расположен на скале, на высоте 270 м над уровнем моря. Разрежение, создаваемое этой трубой, колеблется в пределах 20—35 мм вод. ст., при температуре наружного воздуха от —20 до +32°. С внутренней стороны труба изолирована футеровкой с воздушной прослойкой в 50 мм. Футеровка выполнена из материалов, не поддающихся действию кислот. Фундамент представляет собой железобетонное кольцо с диаметрами 10670 и 7010 мм.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 7 — 1929 г.

Источник

Adblock
detector