ТИПЫ ДЫМОВЫХ ТРУБ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Т Е Х Н И Ч Е С К И Е

НАУКИ

УДК 692

Р.А. Чистов, М.В. Шеногин

ТИПЫ ДЫМОВЫХ ТРУБ

В статье приведена современная классификация дымовых труб. Рассмотрены конструктивные особенности основных элементов типовой стальной дымовой трубы и их назначение. Подробно описаны особенности конструктивного исполнения колонных, фермовых, мачтовых, фасадных, околофасадных и самонесущих (бескаркасных) дымовых труб. Приведены достоинства и недостатки различных трубных систем, рассмотрены особенности их практического применения.

Ключевые слова: труба, дымоход, трубное устройство, тяга.

Дымовая труба (дымоход) - инженерная система жизнеобеспечения зданий и сооружений, предназначенная для отведения продуктов сгорания от работающих теплогенерирующих аппаратов в атмосферу, посредством естественного или принудительного побуждения тяги, на безопасную высоту (удаленность) для людей и зданий.

Основными элементами конструкции металлической дымовой трубы являются металлические теплоизолированные газоотводящие стволы, закрепленные на несущей конструкции, узел подсоединения газоходов, анкерная корзина, устанавливаемая в фундамент.

Трехслойная конструкция дымохода (сэндвич) представляет собой конструкцию, состоящую из двух труб различного диаметра (внешнего и внутреннего), пространство между которыми заполнено негорючим теплоизоляционным слоем, изготовленным из минерализованной ваты. Благодаря такой конструкции обеспечивается быстрый нагрев внутренней части газохода и поднятие температуры выше точки росы во избежание образования агрессивного конденсата. Внутренняя труба дымохода изготовлена из высококачественной нержавеющей стали. Она принимает на себя основное воздействие продуктов сгорания и агрессивных сред. Наружная труба (обечайка) дымохода также выполняется из высококачественной нержавеющей стали с матовым покрытием, а также из простой оцинкованной стали с полимерным покрытием.

Трубы различаются по типу несущей конструкции и по способу крепления: колонные отдельносто-ящие; фермовые отдельностоящие; мачтовые; фасадные и околофасадные; самонесущие (бескаркасные).

© Чистов Р.А., Шеногин М.В., 2020.

Дымовые трубы колонного типа представляют собой самостоятельные свободностоящие строительные конструкции. Несущая конструкция трубы колонного типа (обечайка из углеродистой стали) крепится к анкерной корзине, которая заливается в фундамент.

Несущая конструкция фермовых труб выполнена в виде фермы, на грани которой монтируются газоходы. Ферма крепится к анкерной корзине, которая заливается в фундамент.

Трубы фасадные и околофасадные на раме крепятся к стене здания при помощи настенных кронштейнов. Трубы фасадного и околофасадного типа передают ветровую нагрузку на конструкцию фасада через виброизолирующие элементы. Околофасадные трубы имеют дополнительно свой нижний фундамент, на который передают весовую нагрузку.

Самонесущие (бескаркасные) трубы устанавливаются, как правило, на крышных котельных и крепятся внутри помещения котельной.

Дымовые трубы мачтового типа - это свободно стоящая конструкция, закрепленная на анкерной корзине, заливаемой в фундамент. Газоходы таких труб крепятся хомутами к колонне диаметром 219.. .325 мм. Особыми преимуществами конструкции являются простота и экономичность. Данный тип ДТ используется до высоты 25 м, с двумя газоходами до БМ 500 мм [1].

Самонесущие дымовые трубы предназначены для отвода продуктов сгорания от котлов, работающих на жидком и газообразном топливе и от газогенераторных установок. Дымовые трубы могут использоваться для отвода дымовых газов, имеющих температуру до 500 оС, избыточное давление до 1 кПа и слабоагрессивную химическую среду. По сравнению с другими типами дымовых труб стальные трубы при идентичных параметрах имеют наименьшую массу и наиболее высокий уровень монтажной готовности. Кроме того, они не фильтруют конденсат и вредные компоненты отходящих газов, что обеспечивает работу со значительными положительными давлениями и скоростями газов.

Такие вертикальные конструкции бывают одно- или многоствольными. Они отводят продукты сгорания от котельных и котлов. Используют их независимо от вида топлива, но при соблюдении некоторых требований:

1) температура дымовых газов, проходящих по самонесущим трубам, не должна превышать 350 оС;

2) продукты сгорания не должны быть химически агрессивными;

3) оптимальная снеговая нагрузка для самонесущих конструкций - 250 кг/см2, ветровая - 30 кг/см2 в условиях II ветрового района. [3]

Устанавливают самонесущую трубу на крыше, а закрепляют внутри здания. Ее конструкционные особенности обеспечивают возможность перевозки и монтажа по месту, т.к. состоит она из отдельных секций, представляющих собой трехслойные сэндвич-трубы. К фундаменту сооружение крепится с использованием анкеров. Внутри трубы находится слой, изготовленный из прочной стали, не поддающейся воздействию веществ, выделяемых при сгорании. Наружный слой защищает от атмосферных воздействий.

Параметры конструкций дымовых труб должны соответствовать требованиям, изложенным в нормативных документах. Расчет их основан на таких факторах, как количество котлов, мощность, вид топлива. Обязательно должны быть учтены нормы по выбросам в атмосферу. В некоторых случаях дымовые трубы комплектуют площадкой, лестницей, люком для ревизии, световым ограждением [2].

Труба стальная самонесущая утепленная (ТССУ) представляет собой самостоятельную строительную конструкцию по типу «труба в трубе», когда внутри несущего ствола, воспринимающего все внешние нагрузки, расположен внутренний дымоотводящий ствол меньшего диаметра. В месте врезки газоходов установлена усиливающая дополнительная обечайка. По высоте труба выполнена составной из царг (секций) с диаметром внутреннего ствола от 400 до 800 мм. Высота царг 4,5 м и 6 м. Царги представляют собой цилиндры, выполненные из листовой стали сварными, различной длинны, ширины и толщины стенки, что зависит от высоты дымовой трубы, количества и параметров эвакуируемых газов. Для крепления царг между собой предусмотрены фланцевые соединения на болтах, которые выполняют функции как монтажного крепления, так и основного. Нижняя царга выполнена с усилением ее ребрами жесткости и крепится к фундаменту анкерными болтами, проходящими через отверстия в нижней опорной плите. Наружный ствол царги выполнен из стали 09Г2С. Толщина оболочки наружного ствола 4,0.6,0 мм. Внутренний ствол выполнен из нержавеющей стали АШ1 304. Толщина оболочки внутреннего ствола - 0,8 мм. Промежуточный слой - изоляция толщиной 50 мм. Этот слой защищает дымоход от быстрого остывания и способствует быстрому прогреву, предотвращает образование конденсата, тем самым улучшается тяга и срок эксплуатации дымохода. При производстве дымовых труб используется только изоляция, относящаяся к категории «пожарная изоляция». Внутренние поверхности царг наружного ствола окрашены антикоррозийной термостойкой эмалью.

Рис. 1.

Труба металлическая самонесущая утепленная (ТМСУ) представляет собой самостоятельную строительную конструкцию по типу «труба в трубе», когда внутри несущего ствола, воспринимающего все внешние нагрузки, расположен внутренний дымоотводящий ствол меньшего диаметра. В месте нарезки газоходов выполнена усиливающая дополнительная обечайка. По высоте труба выполнена составной из царг (секций) диаметром от 600 мм до 950 мм (наружный ствол) и диаметром от 500 до 850 мм (внутренний ствол). Высота царг зависит от проектной высоты дымовой трубы, может достигать от 6 до 11 метров. Царги представляют собой цилиндры, выполненные из трубы электросварной прямошовной - в основании дымовой трубы и из листовой стали сварными в верней части трубы, различной длины и толщины стенки, что зависит от высоты трубы, количества и параметров эвакуируемых газов. Для крепления царг между собой предусмотрены фланцевые соединения на болтах, которые выполняют функции как монтажного крепления, так и основного. Нижняя царга выполнена с усилением ее ребрами жесткости и крепится к фундаменту анкерными болтами, проходящими через отверстия в нижней опорной плите. Трубы могут быть одноствольными, либо многоствольными (в зависимости от количесива работающих котлоагрегатов котельной). В многоствольных трубах царги связаны между собой системой горизонтальных и наклонных связей из стальных профилей. По желанию заказчика дымовая труба может быть оборудована лестницей с ограждением, технологической площадкой и иметь маркировочную окраску и световое ограждение. Наружный ствол выполнен из стали 09Г2С. Толщина оболочки наружного ствола может составлять 4, 5, 6, 8 или 10 мм в зависимости от высоты трубы и воспринимаемых нагрузок. Внутренний ствол выполнен из нержавеющей стали АК1 304. Толщина оболочки внутреннего ствола от 0,8 до 2 мм. Промежуточный слой - изоляция толщиной от 50 до 100 мм. Этот слой защищает дымоход от быстрого остывания и способствует быстрому прогреву, предотвращает образование конденсата, тем самым улучшается тяга и срок эксплуатации дымохода. При производстве дымовых труб используется только изоляция, относящаяся к категории «пожарная изоляция». Внутренние поверхности наружного ствола окрашены антикоррозийной термостойкой эмалью.

Колонная дымовая конструкции состоит из наружной обечайки из высокоуглеродистой стали и вставленных в нее внутренних стволов разных диаметров из нержавеющей стали для отвода газов. Конструкцию закрепляют в залитую в фундамент анкерную корзину. Чтобы внутри не оседал конденсат, используют термоизоляцию.

Рис. 2.

Несущая оболочка изготавливается из листовой стали, сваренной кольцевыми и продольными швами с разделкой кромок. Для предотвращения резонансных явлений на 1/3 верхней части дымовой трубы устанавливаются интерцепторы (гасители динамических колебаний).

Толщина стальных листов рассчитывается исходя из условий эксплуатации (агрессивность и температура отработанных газов), климатических характеристик района эксплуатации и от параметров работы котельных.

Для предотвращения образования конденсата внутри газоходов предусматривается теплоизоляция. Она устанавливается на газоотводящие стволы с внешней стороны и традиционно изготавливается из минеральной базальтовой ваты толщиной 50.60 мм (в редких случаях до 120 мм).

Газоотводящие стволы изготавливается из нержавеющей стали, толщина и марки которой зависит от коррозионной агрессивности и температуры дымовых газов. Для предотвращения образования конденсата внутри газоотводящих стволов, предусмотрена теплоизоляция из базальтового волокна, толщина которой зависит от температуры дымовых газов. Колонные трубы чаще всего устанавливаются в пределах городской черты и на неохраняемых объектах, в связи с высокими показателями антивандальной защиты.

Преимуществом такого конструктивного решения является большой эксплуатационный срок, перспектива подключения нескольких котлов. Толщину стали и марку выбирают, отталкиваясь от температуры и агрессивности продуктов сгорания. Диаметр каждого ствола может достигать полутора метров, а если общий газоход планируют использовать для нескольких котлов, то необходим диаметр около 3 м. Чтобы не появлялся конденсат, стволы покрывают термоизоляцией .

Устанавливают околофасадные дымоходы для котельных, пристроенных к дому или встроенных. Крепят их к стене здания с использованием кронштейнов. Составляющими дымохода являются стволы и рама или анкерные крепления. Ствол имеет 3 слоя: внутри нержавеющая сталь, затем теплоизоляция и оцинкованная сталь. Трубы предназначены для котельных, где котлы работают на газе или жидком топливе.

Рис. 3.

Околофасадные и фасадные трубы передают весовую нагрузку через дополнительный нижний фундамент и ветровую через виброизолирующие крепления. Этот вид дымоотводов, с точки зрения материальных затрат, самый экономичный из-за отсутствия несущих конструкций и прочного фундамента. Модульная система, использованная при создании газоотводящих стволов, обеспечивает легкую замену поврежденных частей [1].

Фасадная (настенная) дымовая труба состоит из отдельных утепленных секционных дымоходов и элементов крепления. Фасадные дымовые трубы используются чаще всего для пристроенных и встроенных котельных, при непосредственной близости к фасаду здания. Данные трубы монтируются с легкой несущей рамой и газоотводящих стволов. Вместо рамы, если позволяет конструкция фасада, используются хомуты с анкерным креплением для монтажа к фасаду здания.

Для данного типа труб, в основном, используются теплоизолированные дымоходы модульного типа с трехслойной конструкцией. Обечайки изготавливается из нержавеющей стали, толщина и марка которых зависит от агрессивности и температуры дымовых газов. Между внутренней и внешней обечайками располагается теплоизоляционный слой базальтового волокна, благодаря которому предотвращается остывание внутреннего слоя газоотводящего ствола, в результате чего улучшается тяга и увеличивается срок службы дымовой трубы. Конструкцией обеспечивается отвод осадков и конденсата, прочистка в нижней части стволов. Теплоизоляционный слой дымоходов снаружи из листовой стали, обеспечивает защиту теплоизоляции от влаги и ветра.

Дымоходы фермового типа подходят для использования в регионах с опасной сейсмологической обстановкой. Такая металлоконструкция состоит из труб, закрепленных на прочной самонесущей колонне фермового типа. Ферма, в свою очередь, закреплена в анкерной корзине, залитой в фундамент.

Ферменные дымовые трубы представляют собой стальную решетчатую башню и подвешенные на нее теплоизолированные газоотводящие стволы разного диаметра внутри или снаружи несущей башни. Для предотвращения коррозии газоотводы покрывают грунтовкой, затем окрашивают. Ствол для отвода газов составлен из модулей, состоящих из 3 слоев: внутреннего, контактирующего непосредственно с продуктами сгорания и выполненного из нержавейки специальных сортов; среднего, толщиной 5...6 см, выполняющего роль теплоизоляции; наружного, защищающего теплоизолирующий слой от негативных воздействий окружающей среды.

В плане пространственная конструкция несущей башни бывает прямоугольной, квадратной или треугольной формы в вершинах которой располагаются пояса-стойки. Раскосная система несущей башни бывает: полураскосная, треугольная, ромбическая и перекрестная и чаще всего изготавливается из равнопо-лочного уголка или трубы. Металлоемкость и конструкция фермы зависят от ветровой и сейсмической нагрузки, высоты дымовой трубы, а также от диаметра и количества газоотводящих стволов. Для изготовления газоходов данных дымовых труб используют теплоизолированные газоходы модульного типа, имеющих трехслойную конструкцию, а также цельносварные газоотводящие стволы из листовой стали. При этом используются материалы, обеспечивающие требуемые характеристики дымовых газов.

Рабочая поверхность газоходов изготавливается из нержавеющей или низколегированной стали. Промежуточный слой состоит из теплоизоляции, устойчивой к воздействию температуры базальтового волокна, который улучшает тягу и снижает коррозионную агрессивность, в результате чего предотвращается образование конденсата и обеспечивается защита от быстрого остывания газохода. Наружный слой газоотводящих стволов изготавливается из нержавеющей или оцинкованной стали. Дополнительно дымовая труба оборудована площадками для обслуживания, лестницей, молниеприемником и светоотражающими фонарями.

Для антикоррозионного покрытия используют краски, содержащие большой процент цинка. В отдельных конструкциях внутри колонны могут присутствовать лестницы и площадки, облегчающие обслуживание. Конструктивные элементы труб этого типа относительно легкие и это облегчает как их транспортировку, так и работы по монтажу [4].

Центральным элементом мачтовой трубы является опорная башня - трех- или четырехмачтовая, к которой прикреплены дымоходы. Все узлы конструкции собирают на основе в виде бетонной подушки, начиная снизу и постепенно продвигаясь вверх. Используют при сборке заклепочное соединение или применяют саморезы.

Мачтовые дымовые трубы предназначены для отвода дымовых газов котлов котельных, работающих на жидком, газообразном или твердом топливе. Конструкция таких труб состоит из стальной опорной мачты и дымоходов, которые крепятся к ней.

Обычно отдельные элементы перевозят на место монтажа и собирают, как конструктор. По высоте дымоход может достигать максимум 28,5 м. Устойчивость дымоходу обеспечивают ребра жесткости -оттяжки стальные с сечением 1,6.2,0 см. Они компенсируют действие поперечных сил .

Библиографический список

1.Промышленные дымовые и вентиляционные трубы. Дужих Ф.П.

2. Дымовые трубы. Ельшин А.М; Ижорин М.Н.

3. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия.

4.Методика расчета дымовых промышленных труб. В.Г. Сатьянов.

ЧИСТОВ РОМАН АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант, Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.

ШЕНОГИН МИХАИЛ ВИКТОРОВИЧ - кандидат технических наук, доцент, Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.