|
|
|
|
|
|
|
Технические решения заводских и монтажных соединений поясов каркасов дымовых труб
14 января 2016
А.В. Чучайкин, инженер ООО «ПСК «ВЫСОТА»
А.Л. Фролов, эксперт ООО «ПСК «ВЫСОТА» А.М. Аллаберганов, эксперт ООО «ПСК «ВЫСОТА» А.Н. Якимов, технический директор ООО «ПСК «ВЫСОТА» А.В. Павлова-Савельева, руководитель ЭО ООО «ПСК «ВЫСОТА» Дымовые трубы, выполненные по схеме вытяжной башни, представляют собой сооружения башенного типа, характеризующиеся четким разделением инженерных (несущих) и технологических функций. Несущей конструкцией, как правило, является решетчатая башня, а газоотводящие стволы элемент технологических коммуникаций. Принципиальное отличие конструктивного решения вытяжной башни от ранее применявшихся вытяжных труб, состоящее в четком разделении несущих и технологических функций элементов сооружения, является и главным преимуществом такого решения. Оно заключается в том, что для газоотводящих стволов могут быть использованы материалы, применение которых определяется в основном не прочностными характеристиками, а коррозионной стойкостью в условиях удаляемых конкретных сред. Различные материалы газоотводящих стволов, многообразие сочетаний геометрических параметров вытяжных башен и климатологических особенностей районов строительства требуют индивидуального подхода при проектировании. Сохраняя принципиальную схему сооружения, конструктивные решения большинства вытяжных башен имеют специфические отличия, обусловленные особенностями условий их работы, компоновкой подключенных агрегатов, а также постоянным совершенствованием их конструкций. Опыт строительства и эксплуатации вытяжных устройств показал, что в современных условиях все же наиболее распространенной конструктивной формой является стальная несущая решетчатая башня с расположенным внутри нее газоотводящим стволом, который выполнен из коррозионностойких к отводящим газам материалов. При этом важные показатели сооружения, такие как технологичность его изготовления и монтажа, расход металла, эксплуатационные качества с учетом повышенных требований в условиях агрессивности среды и надежность сооружения в целом предопределяются в первую очередь именно тем, насколько удачно сконструировано сооружение. Именно поэтому при разработке конструкций дымовых труб по типу вытяжных башен вопросам выбора типов сечений элементов сооружения, а также решению основных узлов их сопряжения между собой должно быть уделено особое внимание. На последнем аспекте следует остановиться подробнее. Заводские соединения поясов несущей башни необходимы для трансформации сечения пояса по высоте сооружения в связи с изменением усилий в нем и для получения отправочного элемента требуемого размера, когда длина его превышает стандартную длину данного вида проката. Количество и расположение монтажных стыков поясов башни определяются габаритом транспортных средств и условиями монтажа сооружения. Во всех этих случаях нужно стремиться к уменьшению количества как заводских, так и монтажных стыков, поскольку они увеличивают трудоемкость изготовления конструкций и в определенных условиях могут способствовать снижению их надежности. Заводские соединения элементов выполняются только на сварке. Монтажные соединения могут быть выполнены на монтажной сварке, высокопрочных болтах и на болтах нормальной точности, работающих на растяжение (фланцевые соединения) и на срез. Монтажные соединения на сварке для конструкций вытяжных башен получили наибольшее распространение. Вместе с тем, они достаточно трудоемки в исполнении и требуют повышенного контроля качества, особенно для сечений закрытого профиля. Использование монтажных соединений на высокопрочных болтах в определенной степени сдерживается необходимостью организации специальных работ по зачистке сопрягаемых поверхностей, контролю натяжения болтов и т. д. при относительно небольшом общем объеме этих соединений в каждом из сооружений. Фланцевые соединения поясов несущей башни (рис. 1) также имеют достаточно широкое распространение для сечений закрытого профиля. Вместе с тем, к их применению при значительной величине растягивающих усилий в поясах башни следует подходить с определенной осторожностью. Опыт эксплуатации вытяжных башен показал, что в ряде случаев в таких соединениях появляются усталостные трещины металла поясов в околошовной зоне сопряжения фланцев с трубой. 
Рис. 1. Фланцевое соединение пояса башни из труб. Прогрессивным решением при соединении поясов несущей башни является сопряжение их на болтах нормальной точности, работающих на срез. Такие монтажные соединения позволяют резко снизить трудоемкость монтажа сооружения, однако требуют дополнительной экспериментальной проверки их работы в условиях знакопеременной нагрузки. В решетчатых конструкциях башенного типа монтажные стыки обычно совмещаются с центром узла крепления решетки. Однако практика проектирования вытяжных башен показала, что в силу сложности конструктивного решения этих узлов и возникновения в них значительных усилий целесообразнее монтажный стык поясов располагать вне узлов крепления решетки, на высоте 1÷1,5м над уровнем диафрагмы. Подобным решением также достигается удобство монтажа при размещении монтажников на рабочей площадке при совмещении ее с диафрагмой или оперативном устройстве временной площадки на ее элементах. Изменение сечения по длине элемента осуществляется преимущественно в заводских условиях и лишь в отдельных случаях на монтаже. Оно может быть достигнуто либо за счет изменения габарита сечения, либо его толщины. В поясах, выполненных из труб, стыки, связанные с трансформацией сечения только за счет изменения толщины стыкуемых элементов, осуществляются как в заводском исполнении, так и в монтажном. Трубы разных диаметров целесообразно соединять только в заводских условиях. Соединение трубчатых элементов одинакового диаметра в заводских условиях выполняется сваркой встык на остающейся подкладке (рис. 2, а). Элементы разного диаметра можно соединять сваркой встык через специальную коническую вставку (рис. 2, б) или путем заводки трубы меньшего диаметра и врезанного в нее креста в трубу большего диаметра (рис. 2, в). 
Рис. 2. Заводские соединения элементов из труб. а) встык на остающейся прокладке; б) встык через коническую вставку; в) через врезной сварной крест. Заводские соединения труб разного диаметра посредством конической вставки особенно целесообразны для поясов значительного диаметра (800÷1400мм) с большими усилиями. Вместе с тем при относительно малых толщинах стыкуемых элементов (δ/R≤1/100) такой стык, представляющий собой сопряжение тонкостенных оболочек разной формы, требует дополнительной проверки на местную устойчивость и краевой эффект. С целью снижения концентрации напряжений в местах краевого эффекта длина конической вставки должна достигать таких размеров, чтобы уклон конуса составлял 1/5÷1/7. Оба стыкуемых элемента в местах сопряжения с конической вставкой усиливаются утолщенными манжетами (рис. 2, б). Наиболее распространенные варианты монтажных стыков поясов из труб представлены на рис. 3: это фланцевые соединения (рис. 3, а), соединения встык на остающейся подкладке по типу заводских стыков, соединения встык через врезной сварной крест (рис. 3, б), соединение через врезные кресты на высокопрочных болтах (рис. 3, в), соединение с помощью уголковых накладок на сварке или высокопрочных болтах (рис. 3, г). Кроме перечисленного, монтажный стык может быть выполнен и по типу соединения, изображенного на рис. 2, в. Из сварных монтажных стыков элементов одинакового диаметра следует рекомендовать соединение встык на остающейся подкладке, являющееся наиболее экономичным и простым в изготовлении. 
Рис. 3. Монтажные стыки поясов из труб. а) фланцевое соединение; б) соединение встык через врезной крест; в) соединение через врезные кресты на листовых накладках; г) соединение на уголковых накладках. Фланцевое соединение можно считать достаточно надежным в сопряжении труб диаметром до 400мм и при растягивающих усилиях, не превышающих 2мН (200тс). Разность диаметров труб, соединяемых на фланцах, не должна превышать 50мм. Применяющееся в отдельных случаях в качестве монтажного стыка соединение труб на болтах через торцевые заглушки, усиленные вертикальными ребрами, не может быть рекомендовано для применения в конструкциях вытяжных башен по причине недостаточной их надежности и большой трудоемкости исполнения. В поясах крестового профиля соединения элементов с разными толщинами большей частью совмещаются с заводским стыком, а изменение сечений по габариту с монтажным. Заводские и монтажные стыки элементов крестового поперечного сечения из прокатных уголков осуществляются на сварке или высокопрочных болтах с помощью уголковых или листовых накладок. Для заводского соединения элементов крестового поперечного сечения из листовой стали применяется сварка встык. Монтажные стыки таких элементов аналогичны стыкам элементов из прокатных уголков и выполняются на уголковых или полосовых накладках на сварке или высокопрочных болтах. Узлы перелома поясов. Места изломов поясов башни при переходе пирамидальной части башни в призматическую или пирамидальную с меньшим уклоном пояса являются ответственными и достаточно сложными узлами. С целью упрощения решения таких узлов в первую очередь следует стремиться к уменьшению общего количества элементов, сходящихся в этих узлах. По этой причине в башнях с ромбической решеткой целесообразнее всего излом пояса осуществлять в месте примыкания основной распорки. В этом случае в узле будут отсутствовать основные раскосы башни и могут сходиться лишь элементы шпренгелей. Если при ромбической решетке по каким-либо условиям необходимо перелом пояса совместить с узлом примыкания основных раскосов, в месте сопряжения должна быть установлена дополнительная распорка. В непосредственной близости от узла излома пояса обычно размещается его монтажный стык, который может быть вынесен за пределы узла или совмещен с ним. Наиболее распространенной в практике проектирования конструкцией узла излома поясов из труб является решение, представленное на рис. 4. 
Рис. 4. Узел перелома пояса из труб, соединенных встык. Такое решение позволяет наиболее просто осуществить соединение трубчатых элементов встык на остающейся подкладке. Однако такой стык имеет и некоторые недостатки. Прежде всего, это несовпадение линии изгиба фасонок для крепления распорок к поясам башни с плоскостью стыка труб. Несмотря на то, что несовпадение является, как правило, незначительным, все же оно нарушает общую геометрию узла и не дает возможности добиться соответствующей точности примыкания элементов. Недостатком этого соединения является также необходимость изготовления для распорки трубчатого сечения специальной гнутой "лапы". С целью снижения концентрации напряжений в узле оба стыкуемых участка трубы в месте перелома пояса укрепляются внутренними ребрами (диафрагмами). Некоторые недостатки рассмотренного выше решения узла перелома поясов трубчатого сечения исключаются при переходе в узле на сварной врезной крест. Здесь линии изгиба всех элементов находятся в горизонтальной плоскости и совпадают с линиями перелома граней башни. Усилия в поясе передаются с трубы через фланговые швы на сварной крест, и поэтому стык непосредственно труб носит уже чисто конструктивный характер. В месте стыка труб устанавливается горизонтальное ребро-заглушка, состоящее из четырех раздельных секторов. Элементы решетки крепятся к развитым стенкам врезного креста или к специальным фасонкам меньшей толщины, приваренным к кресту встык. При решении узла излома поясов посредством врезного сварного креста монтажное соединение поясов может быть выполнено, как и в предыдущем случае, встык за пределами узловой фасонки, а также в ее пределах на уголковых накладках. В последнем случае несколько повышается трудоемкость изготовления за счет увеличения количества деталей, а также нарушается единообразие формы сечения и целостность элемента, снижающая коррозионную стойкость узла. В отличие от приведенных выше решений узлов излома поясов трубчатого сечения, в которых стыкуемые в узле элементы пояса дополняются ребрами или заменяются крестом, можно это соединение выполнить на сварке встык посредством сплошной прокладки (рис. 5). Это решение может быть допущено только при полной уверенности, что не произойдет расслоения металла прокладки под действием растягивающих сил. Узел образуется первоначальной приваркой к прокладке специальных обрезков труб с целью обеспечения условий для наложения качественного двустороннего заводского шва. Этот вариант узла имеет по сравнению с ранее рассмотренными некоторые преимущества, заключающиеся в уменьшении расхода металла, снижении трудоемкости изготовления, а также в исключении гнутой "лапы" благодаря опиранию распорки на горизонтальную фасонку. 
Рис. 5. Узел перелома пояса из труб, состыкованных через сплошную прокладку. В башнях из трубчатых элементов, где принято бесфасоночное решение основных узлов, место перелома пояса усиливается внутренней заглушкой, воспринимающей горизонтальную составляющую усилий и обеспечивающей неизменяемость контура сечения. В зависимости от конкретных условий работы узла в целях повышения его надежности иногда применяется местное заполнение участка пояса, прилегающего к месту перелома, безусадочным бетоном. Литература: 1. Солодарь М.Б. Металлические конструкции вытяжных башен / Кузнецов М.В., Плишкин Ю.С. Л., Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1975. С. 31-38. 2. СП 43.13330.2012. Сооружения промышленных предприятий. – М.: Стройиздат, 2012. – С. 72.
Короткая ссылка на новость: https://a-economics.ru/~0iO4q
|
|