Газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика
Использование: преимущественно при возведении газоотводящих стволов промышленных дымовых и вентиляционных труб. Газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика состоит из стеклопластиковых секций 1, сопряженных между собой торцами 2. Каждая секция 1 содержит оболочку 3 и краевые стыковочные шпангоуты 4, образованные утолщением оболочки 3 на ее концах, соединенные между собой например болтами 9. Оболочка 3 каждой секции 1 выполнена многослойной из слоев 5 пропитанных полимерным связующим двух систем перекрестных нитей из ровинга, уложенных в спиральном направлении. При этом угол спиральной укладки нитей переменный по длине оболочки и имеет наибольшее значение в средней части оболочки секции. На концах секции 1 оболочки между слоями 5 систем перекрестных нитей уложены также пропитанные полимерным связующим слои 8 элементов подкрепления, которые могут укладываться по одному или по несколько слоев. Слои подкрепления 8 могут быть выполнены из полос стеклоткани, стеклохолста, нетканого материала и других рулонных материалов, а также их комбинации. Укладка полос 8 между слоями 5 на конце секции 1 создает утолщение и образует краевой стыковочный шпангоут 4, образованный в том числе слоями 5 систем перекрестных нитей, на которые непосредственно передаются усилия от стыковочных болтов 9. Полосы подкрепления 8 дополнительно армируют концы оболочки 3. По сравнению с прототипом заявляемый газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика имеет повышенную прочность, материалоемкость и стоимость его ниже, в том числе за счет использования ровинга, стоимость которого ниже, чем ткани, а возможности управления конструкционной анизотропией выше.
Полезная модель относится к области строительства специальных сооружений и может быть применена преимущественно при возведении газоотводящих стволов промышленных дымовых и вентиляционных труб.
Известен стеклопластиковый газоотводящий ствол дымовой трубы из сопряженных между собой торцами труб-оболочек, содержащих цилиндрический корпус, выполненный многослойным из слоев стеклотканого наполнителя, состоящего из системы переплетенных перекрестных нитей, и полимерного связующего, уложенных в кольцевом направлении, и выполненные подобным же образом опорно-стыковочные пояса в виде наружных цилиндрических выступов поверх корпуса на концах трубы-оболочки. Эти выступы образуют торцевые ребра жесткости большой ширины, которые в сопряжении оболочек соединяются между собой в продольном направлении болтами [1].
Однако использование для корпуса стеклотканого наполнителя повышает стоимость оболочки за счет затрат на текстильную переработку стекловолокна в ткань. При укладке ткани в кольцевом направлении возможности управления конструкционной анизотропией оболочки, а следовательно снижения за счет этого материалоемкости, ограничены. Кроме того, от продольных усилий, передаваемых болтами в стыке секций, по прослойке связующего происходит сдвиг ребра относительно корпуса, а также по прослойкам связующего происходит сдвиг слоев, уложенных плашмя в ребро жесткости, то есть стеклопластик в таких ребрах работает на межслойный сдвиг, сопротивление которому на порядок ниже, чем срезу. Это снижает прочность стеклопластикового газоотводящего ствола дымовой трубы.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому объекту является газоотводящий ствол дымовой трубы из композиционного материала, содержащий несущую оболочку, собранную из состыкованных между собой, например посредством шпилечных или болтовых соединений, стеклопластиковых секций, оболочка каждой из которых выполнена многослойной из пропитанных полимерным связующим двух систем перекрестных переплетенных нитей в виде стеклоткани с расположением нитей основы в кольцевом или спиральном направлении, а нитей утка в кольцевом или спиральном направлении, с краевым, закрепленным поверх оболочки на ее концах, стыковочным ступенчато выполненным шпангоутом, подкрепленным снаружи местными кольцевыми многослойными накладками [2].
Ступенчатая форма краевого шпангоута несколько снижает материалоемкость оболочки, а спиральная укладка стеклоткани несколько расширяет возможности управления конструкционной анизотропией оболочки.
Однако использование для оболочки стеклотканого наполнителя повышает стоимость оболочки за счет затрат на текстильную переработку стекловолокна в ткань. Возможности ткани для управления конструкционной анизотропией оболочки, следовательно и снижения за счет этого материалоемкости, ограничены, что связано с формой ячейки ткани. Кроме того, от продольных усилий, передаваемых болтами в стыке секций, по прослойке связующего происходит сдвиг краевого шпангоута, закрепленного поверх оболочки, относительно этой оболочки. Подобное происходит и в узлах опирания или подвески оболочки за краевой шпангоут. Также по прослойкам связующего происходит сдвиг слоев, уложенных в краевой многослойный шпангоут и в кольцевые подкрепляющие многослойные накладки, так как стеклопластик в этом случае работает на межслойный сдвиг, сопротивление которому на порядок ниже, чем срезу. Это снижает прочность газоотводящего ствола дымовой трубы.
Полезная модель решает задачу повышения прочности стеклопластикового газоотводящего ствола дымовой трубы, снижения его материалоемкости и стоимости.
Для этого в газоотводящем стволе дымовой трубы из стеклопластика, содержащем несущую оболочку, собранную из состыкованных между собой, например посредством болтовых соединений, стеклопластиковых секций, оболочка каждой из которых выполнена многослойной из пропитанных полимерным связующим двух систем перекрестных нитей, уложенных в спиральном направлении, с соединенным с оболочкой краевым стыковочным многослойным шпангоутом, имеющим многослойные элементы подкрепления, согласно полезной модели системы перекрестных нитей выполнены из ровинга, а краевой стыковочный шпангоут образован за счет укладки слоев подкрепления по отдельности или группами по несколько слоев между слоями систем перекрестных нитей оболочки на ее концах. При этом угол спиральной укладки нитей переменный по длине оболочки, имеет наибольшее значение в средней части оболочки, а наименьшее (вплоть до кольцевой намотки) - на ее концах и может быть симметричен относительно середины оболочки. Слои элементов подкрепления могут быть выполнены из полос стеклоткани, стеклохолста, нетканого материала и др. или их комбинации, пропитанных полимерным связующим.
Укладка слоев подкрепления по отдельности или группами по несколько слоев между слоями систем перекрестных нитей оболочки на ее концах образует за счет утолщения конца оболочки краевой стыковочный шпангоут, образованный чередующимися слоями элементов усиления и систем перекрестных нитей оболочки. Нагрузка от болтов или опор (подвесок) в краевом шпангоуте передается непосредственно на систему перекрестных нитей оболочки, снижая напряжения межслойного сдвига, что повышает прочность оболочки. Применение ровинга для системы перекрестных нитей оболочки снижает стоимость оболочки, поскольку при одинаковой массе ровинг дешевле ткани примерно на 30%. Переменный по длине оболочки угол спиральной укладки нитей дает высокую возможность управления конструкционной анизотропией оболочки и снижения за счет этого ее материалоемкости. Применение для слоев элементов подкрепления пропитанных полимерным связующим полос стеклоткани, стеклохолста и нетканого материала, а также их комбинации, хорошо согласуется с технологией изготовления секций, поскольку позволяет одновременно при возвратно-поступательном движении раскладчика нитей вести стационарно на концах оболочки укладку слоев элементов подкрепления между слоями систем перекрестных нитей оболочки, что снижает затраты на изготовление и следовательно стоимость оболочки. Максимальный угол укладки нитей в средней части оболочки и уменьшение его к концам оболочки позволяют легко реверсировать направление укладки, что так же снижает затраты на изготовление и следовательно стоимость оболочки.
На фиг.1 показан узел сочленения стеклопластиковых секций оболочки газоотводящего ствола, на фиг.2 - продольный разрез секции оболочки, на фиг.3 и 4 - варианты выполнения концов секций оболочки, на фиг.5 - развертка при продольной разрезке слоя систем перекрестных нитей секции оболочки, на фиг.6 - развертка слоя элемента подкрепления.
Газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика состоит из стеклопластиковых секций 1, сопряженных между собой торцами 2. Каждая секция 1 содержит оболочку 3 и краевые стыковочные шпангоуты 4, образованные утолщением оболочки 3 на ее концах.
Оболочка 3 каждой секции 1 выполнена многослойной из слоев 5 пропитанных полимерным связующим двух систем 6 и 7 перекрестных нитей из ровинга, уложенных в спиральном направлении. При этом угол спиральной укладки нитей переменный по длине оболочки, имеет наибольшее значение в средней части оболочки, а наименьшее (вплоть до кольцевой намотки) - на ее концах и может быть симметричен относительно середины секции 1 оболочки.
На концах секции 1 оболочки между слоями 5 систем 6 и 7 перекрестных нитей уложены также пропитанные полимерным связующим слои 8 элементов подкрепления, которые могут укладываться по одному или по несколько слоев. Слои подкрепления 8 могут быть выполнены из полос стеклоткани, стеклохолста, нетканого материала и других рулонных материалов, а также их комбинации. Укладка полос 8 между слоями 5 систем 6 и 7 перекрестных нитей оболочки по одному или группами образует за счет утолщения конца секции 1 оболочки 3 краевой стыковочный шпангоут 4, образованный в том числе системой перекрестных нитей 6 и 7. Полосы подкрепления 8 дополнительно армируют концы оболочки 3 до ее торца 2.
Краевые стыковочные шпангоуты 4 соседних секций 1 оболочки дымовой трубы соединены между собой например болтами или шпильками 9, которые установлены в нишах 10 задней части шпангоута 4.
Между торцами 2 секций 1 может быть установлен уплотняющий вкладыш 11 из резины или другого материала.
Подобным образом могут быть выполнены секции под раструбное соединение, в этом случае верхний краевой шпангоут выполнен в форме раструба, которым опирается секция трубы на каркас, а нижний шпангоут - как усиленная входящая в раструб нижняя часть трубы (на фигурах не показано).
Газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика работает следующим образом.
В зависимости от схемы закрепления ствола, например к каркасу, и действующих нагрузок в оболочке 3 секции 1 возникают усилия, которые воспринимаются системами перекрестных нитей 6 и 7, при этом за счет изменения угла винтовой линии их укладки можно оптимизировать армирование, снижая материалоемкость оболочки 3 и ее стоимость. При этом стоимость оболочки 3 снижается и за счет меньшей цены ровинга по сравнению с тканью.
Уменьшение на концах оболочки осевой прочности слоев 5 систем перекрестных нитей 6 и 7 за счет уменьшения там угла спиральной навивки компенсируется утолщением конца секции 1 оболочки и дополнительным армированием концов секций 1 оболочки слоями подкрепления 8, уложенными между слоями 5 систем перекрестных нитей 6 и 7.
Вследствие действия на газоотводящий ствол дымовой трубы например ветра, возникает натяжение болтов 9, их головки и гайки упираются в заднюю часть краевых стыковочных шпангоутов 4 секций 1 и заставляют слои 5 работать на срез, сопротивление которому на порядок выше, чем межслойному сдвигу, в результате повышается прочность соединения секций 1 и, следовательно, всей оболочки дымовой трубы. В случае раструбного конца прочность оболочки в зоне подвески или опирания раструба также повышается.
По сравнению с прототипом заявляемый газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика имеет повышенную прочность, материалоемкость и стоимость его ниже.
Источники информации
1. Труба-оболочка из композиционных волокнистых материалов, способы ее изготовления и сборки в составе газоотводящего ствола (варианты). Патент РФ на изобретение 
2219417. Заявлено 25.01.2002; зарегистрировано 20.12.2003.
2. Газоотводящий ствол дымовой трубы из композиционных материалов, способ его изготовления и сборки (варианты). Патент РФ на изобретение 2219418. Заявлено 25.01.2002; зарегистрировано 20.12.2003 (прототип).
1. Газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика, содержащий несущую оболочку, собранную из состыкованных между собой, например посредством болтовых соединений, стеклопластиковых секций, оболочка каждой из которых выполнена многослойной из пропитанных полимерным связующим двух систем перекрестных нитей, уложенных в спиральном направлении, с соединенным с оболочкой краевым стыковочным многослойным шпангоутом, имеющим многослойные элементы подкрепления, отличающийся тем, что системы перекрестных нитей выполнены из ровинга, а шпангоут образован за счет укладки слоев подкрепления по отдельности или группами между слоями систем перекрестных нитей оболочки на ее концах.
2. Газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика по п.1, отличающийся тем, что угол спиральной укладки нитей переменный по длине оболочки.
3. Газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика по п.1 или 2, отличающийся тем, что угол спиральной укладки нитей имеет наибольшее значение в средней части оболочки секции трубы.
4. Газоотводящий ствол дымовой трубы из стеклопластика по п.1, отличающийся тем, что слои элементов подкрепления выполнены из полос стеклоткани, стеклохолста, нетканого материала или их комбинации, пропитанных полимерным связующим.
