4.4 Каркасы и обмуровка трубчатых печей

Каркасы трубчатых печей. Печи собираются на каркасах, представляющих собой систему взаимосвязанных вертикальных колонн, образующих жесткую пространственную конструкцию. Каркас воспринимает всю нагрузку, создаваемую змеевиками, гарнитурой, подвесными сводами, кровлей, обслуживающими площадками и прочими элементами трубчатых печей. При верхнем расположении конвективной камеры вес дымовой трубы и других узлов печи также передается на каркас. Элементы стального каркаса вынесены из зоны действия высоких температур и защищены от теплового воздействия обмуровкой и тепловой изоляцией [1].

Обмуровка трубчатых печей. Обмуровка печи включает слои футеровки из фасонного огнеупорно-изоляционного кирпича толщиной до 250 мм и наружный слой тепловой изоляции, закрытой снаружи металлическим кожухом. Огнеупорные материалы в зависимости от температуры плавления делят на три группы: огнеупорные (t_пл = 1580…1770ºС), высокоогнеупорные (t_пл = 1770…2000ºС) и высшей огнеупорности (t_пл > 2000ºС). Для футеровки применяют огнеупорный шамотный кирпич, для изоляции – диатомовый кирпич, различного рода засыпки, асбестовый картон, минеральную вату. Для обеспечения теплового расширения кладки предусматриваются температурные швы. Варианты исполнения подвесных сводов показаны на рисунке 4.15.

Нашли применение обмуровки из монолитного жаропрочного бетона и на основе шамотно-волокнистых матов и матов из минеральной ваты. Использование матов существенно упрощает и удешевляет монтаж изоляции. Необходимая толщина изоляции для обеспечения минимальных теплопотерь при заданной температуре кожуха печи (60ºС) не превышает 100…120 мм [1].

а – с секционным креплением кирпичей; б – с индивидуальной подвеской; в – комбинированная подвеска; 1 – фасонный кирпич; 2 – конструкция подвески

Рисунок 4.15 – Подвесные своды

5 Фундаменты печей

Обыкновенно давление на грунт даже самой большой печи не превышает 100 кН/м², поэтому сооружение фундаментов не представляет больших трудностей. Размеры основания фундамента определяются нагрузкой и допустимым давлением на грунт. Допустимая нагрузка на фундамент определяется по формуле

(5.1)

где σ – допускаемое напряжение в нагруженной части фундамента, кН/м²;

R – предел прочности кирпичной кладки при сжатии, кН/м²;

F – полная площадь сечения верхней части фундамента, м²;

F₁ – нагруженная площадь верхней части опоры, м².

Фундаменты выкладываются из бутового камня, бетона и железобетона.

Основные преимущества железобетона в сравнении с другими материалами: возможность укладки фундамента любой формы; хорошая работа железобетона на растяжение при изгибе, что позволяет при малой строительной высоте (без значительного углубления в грунт) получить большую площадь давления фундамента на основание.

Толщина фундамента должна быть такова, чтобы давление от печи передавалось на все основание и в фундаменте не возникало слишком больших изгибающих и скалывающих усилий. В числе особенностей сооружения печных фундаментов необходимо отметить следующее [5, с. 253]:

– на один и тот же фундаментный массив нельзя опирать части печи и других сооружений (борова, дымовую трубу, колонны зданий и т.д.); в этом случае может произойти различная осадка фундамента и появиться трещины и перекосы в сооружениях;

– если конструкция печи располагается ниже уровня грунтовых и ключевых вод, то фундамент строят так, чтобы исключался доступ воды к кладке путем:

• устройства вокруг фундаментов глиняных стенок до 300 мм толщиной;

• гидроизоляции фундамента рубероидом;

• искусственного снижения горизонта грунтовых вод устройством дренажа с таким расчетом, чтобы уровень воды был на 0,5 м ниже подошвы фундамента;

• сооружения сварного кессона из мягкой стали (при отсутствии агрессивных вод, что очень существенно на предприятиях химической промышленности);

• основание фундамента должно быть расположено ниже глубины промерзания грунта (обычно 1,8 м от уровня земли); в отапливаемых или горячих цехах, где нет промерзания грунта, углубление фундамента незначительно;

• для предотвращения сильного нагревания фундамента от кладки устраиваются воздушные каналы между ними;

• в случае заделки стоек каркаса в фундамент, последний должен быть проверен на достаточную прочность от скалывающих усилий.

Если фундамент заложен на меньшую, чем требуется, глубину, он может опуститься, выпирая прилегающие слои грунта. Глубину заложения фундамента, при которой исключена возможность выпирания грунта, можно рассчитать по формуле

(5.2)

где h– глубина заложения, м;

H– высота столба грунта, м; ее определяют по формуле:;

Р – давление фундамента, Н/м²;

F– площадь фундамента, м²;

υ – объемная масса грунта, кг/м³;

φ – угол естественного откоса;

b– ширина фундамента, м.