Определение опасного ослабления поперечного сечения металлической дымовой трубы

Введение. Предлагается простой подход к определению опасного ослабления поперечного сечения металлических дымовых труб, неизбежно возникающего из-за агрессивного действия дымовых газов. Учитывая, что по некоторым оценкам, приведенным в интернете, в России эксплуатируется порядка 107 тысяч дымовых труб, указанная задача представляется актуальной.

Материалы и методы. Объект исследования — реальная дымовая труба, эксплуатируемая в г. Москве в течение более 20 лет, состоящая из шести цилиндрических оболочек — царг. В результате коррозионного износа площади поперечного сечения оболочек снизились в разной степени, вследствие чего возникла опасность потери устойчивости хотя бы одной из царг. Устойчивость цилиндрической оболочки, подвергнутой совместному действию изгибающего момента и сжимающей продольной силы, исследовалась на основе подходов, описанных в научно-
технической литературе. Поскольку в расчет закладывалась фактическая толщина оболочки, ее коррозионный износ оказывается уже учтенным.

Результаты. В результате проведенных расчетов получена простая формула, определяющая условную критическую толщину поперечного сечения наиболее ослабленной царги. Данное ослабление сечения требует принятия инженерных или управленческих решений для обеспечения дальнейшей безопасной эксплуатации трубы. Полученное решение применимо на относительно ранних этапах эксплуатации дымовых труб. По мере развития деформаций трубы, обусловленных не только действием эксплуатационной нагрузки, но также и другими причинами, растяжки трубы переходят в состояние текучести. Исследование напряженно-деформированного состояния системы «ствол трубы – растяжки» в этих условиях может быть продолжением настоящей работы.

Выводы. Выявление условной критической толщины при плановом обследовании трубы, установленном соответствующими нормативными документами, не означает необходимости вывода трубы из эксплуатации, или ее усиления. В этом случае следует по определенным в ходе обследования толщинам стенок провести расчет по описанной в данной статье методике, вычислить реальные величины изгибающего момента продольной силы в опасных сечениях и вновь проверить устойчивость трубы.

1. Губанов В.В. Обеспечение заданной долговечности металлических промышленных высотных сооружений : дис. … д-ра техн. наук. Макеевка, 2013. 363 с.

2. Holmes J.D. Fatigue life under along-wind loading — closed-form solutions // Engineering Structures. 2002. Vol. 24. Issue 1. Pp. 109–114. DOI: 10.1016/s0141-0296(01)00073-6

3. Саченков А.В. Теоретико-экспериментальный метод исследования устойчивости пластин и оболочек // Исследования по теории пластин и оболочек. 1970. № 6–7. С. 391–433.

4. Сатьянов В.Г., Пилипенко П.Б., Французов В.Д., Сатьянов С.В., Котельников B.C. Способ определения остаточного ресурса промышленных дымовых и вентиляционных труб // Безопасность труда в промышленности. 2007. № 12. С. 34–38. EDN JTLOBP.

5. Сатьянов В.Г. и др. Методика расчета нагрузок, прочности и ресурса стволов дымовых и вентиляционных промышленных труб. М. : Универсум, 2005. EDN QNKXIJ.

6. Губанов В.В., Оленич Е.Н., Оленич А.В. Влияние конструктивных параметров на напряженно-деформированное состояние дымовой трубы с двумя уровнями оттяжек // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2019. № 4 (138). С. 57–63. EDN JXWGWP.

7. Губанов В.В., Голиков А.В. Качественные характеристики взаимодействия дымовых труб на оттяжках с анкерными фундаментами // Металлические конструкции. 2016. Т. 22. № 3. С. 115–124. EDN WXDIJT.

8. Губанов В.В., Оленич Е.Н. Особенности износа стальных дымовых труб на оттяжках // Металлические конструкции. 2022. Т. 28. № 4. С. 167–181. EDN KLFNUF.

9. Губайдулин М.Р., Губайдулин Р.Г., Шматков А.С. Анализ методов оценки остаточного ресурса дымовых и вентиляционных промышленных труб // Предотвращение аварий зданий и сооружений : сб. науч. тр. 2009. № 8. С. 314–319.

10. Яровой С.Н., Фурсов В.В. Повреждаемость металлических дымовых труб и несущих башен на протяжении жизненного цикла и предельные значения дефектов и повреждений // Строительство, материаловедение, машиностроение. 2016. № 83. С. 243–248.

11. Stangenberg F., Breitenbücher R., Bruhns O.T., Hartmann D., Höffer R., Kuhl D. et al. Lifetime-oriented design concepts // Lifetime-Oriented Structural Design Concepts. 2009. DOI: 10.1007/978-3-642-01462-8_1

12. Simonovič A.M., Stupar S.N., Pekovič O.M. Stress Distribution as a Cause of Industrial Steel Chimney Root Section Failure // FME Transactions. 2008. Nо. 36. Рp. 119–125.

13. Kanerkar S. Effect of Geometric Parameter on Steel Chimney // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. 2020. Vol. 8. Issue 6. Pp. 1775–1780. DOI: 10.22214/ijraset.2020.6291

14. Maheswari A.U., Peera S.K. Design of Guy Supported Industrial Steel Chimneys // International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE). 2020. Vol. 9. Issue 1. Pp. 1217–1225. DOI: 10.35940/ijrte.a1473.059120

15. Deore S.S., Ankushrao N.P., Mate. N.U. Parametric study of industrial chimneys // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2022. Vol. 9. Issue 5.

16. Ельшин А.М., Ижорин М.Н., Жолудов В.С., Овчаренко Е.Г. Дымовые трубы. М. : Стройиздат, 2001.

17. Суслонов А.А. Разработка методов оценки и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации дымовых металлических труб с учетом температурно-силовых и коррозионных воздействий рабочих сред : дис. … канд. техн. наук. Уфа, 2004. 158 с. EDN NMYIOD.

18. Григолюк Э.И., Кабанов В.В. Устойчивость оболочек. М. : Наука, 1978.

19. Оленич Е.Н. Несущая способность дымовых труб на оттяжках с учетом технического обслуживания : дис. … канд. техн. наук. 2023. 177 с. EDN GPTMHF.

20. Almroth B.O., Holmes A.M., Brush D.O. An experimental study of the bucking of cylinders under axial compression // Experimental Mechanics. 1964. Vol. 4. Issue 9. Pp. 263–270. DOI: 10.1007/bf02323088

21. Аксельрад Э.П. Гибкие оболочки. М. : Наука, 1976. 376 с.