P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

2. Projekt koncepcyjnyobciążenie wiatrem: I strefa wiatrowa. Wysokość komina H=56m.Jako trzon przyjęto rurę ze szwem 1820x16t=16mmm=712kg/mA=907cm2I=3689100cm4W=50540cm3i=63,78cm

2.1. Wariant jednoprzewodowy z odciągamikominy z odciągami stosuje się wtedy, gdy iloraz H/D jest na tyle duży, że komin wolno stojący nie spełniałby warunku nośności i użytkowalności. Jeżeli stosuje się jeden poziom odciągów, to umieszcza się go na wysokości H1=(0,6-0,9)H a jeżeli stosuje się dwa poziomy dociągów, to umieszcza się je odpowiednio na wysokości H1=(0,35-0,45)H oraz H2=(0,75-0,9)H. Kąt nachylenia do płaszczyzny poziomej cięciwy odciągu powinien wynosić 45-60o.

-1-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Jako odciąg przyjęto linę typu T6x19+A o charakterystykach:- nominalna średnica liny 10mm- obliczeniowa średnica liny 43mm- średnica drutu 2,8mm- przekrój obliczeniowy 702mm2- masa 1m liny smarowanej 6,72kg- nominalna siła zrywająca linę 1120kN

Siłę napięcia wstępnego liny So przyjęto 280kNsztywnośc pozioma Ko podpory sprężystej [kN/m]

w którym:

qo=qlcosα

s – długość cięciwy odciągu 14mql – ciężar liny na jednostkę jej długości ql=0,0685kN/mEl – moduł sprężystości podłużnej liny El=125GPaAl – pole przekroju poprzecznego drutów liny Al=702mm2

-2-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Podatność podpory sprężystej

-3-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

3. Projekt techniczny

Projekt będzie realizowany w II strefie wiatrowej. Element nośny będzie wykonany ze stali trudnordzewiejącej S235J0W. Jako rodzaj paliwa dla komina założono koks. Temperatura spalin w osi przewodu będzie wynosić 200oC.

Dla przypomnienia trzon:t=16mmm=712kg/mA=907cm2I=3689100cm4W=50540cm3i=63,78cm

Izolacja trzonu składać się będzie z mat ze skalnej wełny mineralnej ROCKWOOL WIRED MAT o grubości 4cm pokrytych okładzina z blach fałdowych o gęstości minimalnej 105kg/m3.

3.1. Wymagania projektowe

Podstawowym wymaganiem projektowym jest określenie czasu eksploatacji komina te

wyrażonego w latach, czas ten, bowiem wpływa na wybór gatunku stali, naddatki korozyjne, grubość izolacji termicznej oraz wartość obciążenia wiatrem.

Prognozowane ubytki korozyjne Δg [mm] płaszcza od strony wewnętrznejΔg =0,1ΣSte

te – czas eksploatacji w latach 20latS – cząstkowy stopień zagrożenia korozyjnegoS=+4 komin odprowadza spaliny węgla lub ropyS=+4 komin odprowadza opary kwasówS=-6 zastosowanie stali o zwiększonej odporności na korozje

Δg =0,1(4+4-6)20=4mm

Naddatek korozyjny dla czasu eksploatacji komina dla 20lat wynosi 4mm

Grubość izolacji termicznej należy, zatem tak dobrać aby temperatura przewodu na wylocie nie była niższa od kwasowego punktu rosy, który dla koksu wynosi 125oC.

Spadek temperatury przewodu

-4-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Obliczenia dot. komina stalowego

Obliczenia termiczne

Współczynnik przenikania ciepła

Warstwa I

Warstwa II

-współczynnik napływu ciepła

-współczynnik odpływu ciepła dla kominów o wysokości > 100m

-współczynnik uwzględniający wpływ krzywizny ścianki

stąd dla pierwszej warstwy (płaszcz stalowy) współczynnik uwzględniający wpływ krzywizny ścianki

dla drugiej warstwy (izolacja z wełny mineralnej)

zatem współczynnik przenikania ciepła wynosi

Temperatura na powierzchni płaszcza w okresie letnimNominalna temperatura gazów spalinowych Przyjęto temperaturę awaryjną

- temperatura zewnętrzna w okresie letnim

-5-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

- spadek temperatury przy napływie ciepła na przegrodę

- spadek temperatury w trzonie stalowym

- spadek temperatury w izolacji termicznej

- spadek temperatury przy odpływie ciepła na zewnątrz

Temperatura na wylocie komina

warunek spełniony

Temperatura na powierzchni płaszcza w okresie zimowymNominalna temperatura gazów spalinowych Przyjęto temperaturę awaryjną

- temperatura zewnętrzna w okresie zimowym

-6-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

- spadek temperatury przy napływie ciepła na przegrodę

- spadek temperatury w trzonie stalowym

- spadek temperatury w izolacji termicznej

- spadek temperatury przy odpływie ciepła na zewnątrz

Rozkład temperatur:Temperatura wewnątrz komina Temperatura na wewnętrznej powierzchni komina stalowego Temperatura na zewnętrznej powierzchni komina stalowego Temperatura na zewnętrznej powierzchni komina stalowego Temperatura na zewnątrz

Temperatura na wylocie komina

warunek spełniony

-7-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

-8-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Wpływ temperatury na cechy mechaniczne stali

Jeżeli temperatura elementów konstrukcyjnych przekracza 70oC, to należy uwzględnić jej wpływ na obniżenie cech mechanicznych stali zgodnie z normą [14]Dla największej temperatury płaszcza , zredukowane wartości wytrzymałości obliczeniowe stali ST3SY wyznaczono wg wzoru: (2) z [16]

stąd

zatem

moduł sprężystości wg wzoru (3) z [16]

-9-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Obciążenie charakterystyczne wiatrem [kN/m]

◦Bazowa prędkość wiatru

◦Kategoria terenu IIA-200m◦Wysokość odniesienia.

qb – wartość bazowa ciśnienia prędkości

- gęstość powietrzavb – bazowa prędkośc wiatru określana jako funkcja kierunku wiatru i pory roku na wysokości 10m nad poziomem gruntu w terenie II kategorii

cdir – 1,0 wsółczynnik kierunkowydsearon – 1,0 współczynnik sezonowyce(z) – współczynnik ekspozycji

 z Ce(z) qp(z) 0 1,4 0,42

10,00 2,5 0,7556,00 3,4 0,95

-10-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

RYS

◦Współczynnik chropowatości z<zmim

zmin<z<zmax

zo,II=0,05mzmin=1mzmax=200mzo=0,01m

◦Współczynnik rzeźby terenu-teren płaski

◦Średnia prędkość wiatru( uwzględniając zmienność z wysokością hauteura

z cr(z) Vm(z)     

10 1,01 22,15560 1,22 23,04

◦Intensywność turbulencji

gdy

 z Iv(z)   

-11-

cr(z)   

10 1,0156 1,22

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

10 0,1756 0,11

◦Obciążenie w śladzie aerodynamicznymMożna pominąć, gdy odległość miedzy sąsiadującymi budynkami jest większa niż 25 krotny wymiar komina.

◦Podstawowy okres drgań własnych

b- średnica wierzchołka kominaheff – efektywna wysokość komina w mWs – masa elementów konstrukcyjnych nadających kominowi sztywnośćWt – całkowita masa kominaε1=700

heff=200mb=1820mmW=996,8kNWs przyjęto jako 15% wartości ciężaru samego kominaWs=149,52kNWt=1146,32kN

◦Podstawowa postać drgań własnych

ζ=0,6

 z z/h ϕ(z)  0 010,00 0,07 0,1556,00 1 1

◦Logarytmiczny dekrement tłumieniaδ= δs+ δa+ δd

δs =0,03 -logarytmiczny dekrement tłumienia konstrukcyjnego

-12-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

δa - logarytmiczny dekrement tłumienia aerodynamicznego w podstawowej postaci drgańδd =0,03- logarytmiczny dekrement tłumienia wynikający z zastosowania urządzeń masowych

Liczba Reynoldsa Re :

=1,342m/s

v=15*10(-6)m2/s

k/b=0,2/4400=4,5*

δ= 0,03+0,03+0,04=0,10

◦Ze względu na zastosowanie turbolizatorów wiry BK nie występują.

-13-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Tłumienie drgań uzyskuje się poprzez:

-obudowanie konstrukcji dodatkowymi elementami, aby zapobiec regularności odrywania się wirów

-wbudowanie w konstrukcję urządzeń mechanicznych, które albo zmniejszają amplitudę albo stanowią tłumienie bezwładnościowe

-14-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Wartość obliczeniowa od obciążenia wiatrem

 z qp(z) γ qp(z)0 0,42 1,5 0,63

10,00 0,75 1,5 1,1256,00 0,95 1,5 1,42

3.2.2. Obliczenia statyczne.

-15-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Wymiarowanie trzonu rurowego. Warunek nośności

Nośność przekroju na ściskanie:

Nośność przekroju na zginanie

-16-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

3.4. Zmęczenie

Obciążenie zmęczeniowe pominięto ze względu na zastosowanie:-komin ma odciągi-komin ma skuteczne turbulizatory-komin jest zaopatrzony w mechaniczne tłumiki drgań

3.5. Sprawdzenie warunku sztywności.Warunek stanu granicznego użytkowalności

mf – dla komina jednopowłokowego wynosi 75fmax=fs+fm+fp+ys

fs ugiecie statyczne fs=0,25mfm – umowne przemieszczenie montazowe fm=H/300=0,17mfp przemieszczenie wywołane deformacją podłoża fp=0ugięcie spowodowane nasłonecznieniem

Sprawdzenie warunku granicznego ugięcia:fmax=0,25+0,17+0+0,071=0,49<56/75=0,75mwarunek został spełniony

3.6. Połączenie kołnierzoweStyk kołnierzowy segmentów komina skonstruowano jako kołnierze wpuszczone do wnętrza rury bez usztywnień wykonanych ze stali S355J0. Jako łączniki przyjęto śruby M30 klasy 6.8 o klasie jakości wykonania B i kategorii połączenia niesprężanego D.

Krawędź otworu na śrubę od krawędzi spoiny obwodowej c=25mm<d=30mmOdległość od krawędzi trzonu do osi otworu a=c+d/2=25+30/2=40mm

Odległość śruby od zewnętrznej krawędzi kołnierzaA=40mm<b=50mm<1,5a=60mmPromień na którym bea rozstawione śrubyrS=r-t/2+a=0,91-0,016/2+0,04=0,942

Grubość kołnierza nieużebrowanego

t – grubość ścianki rury, t=16mmdla r/t=0,91/0,016=58,875 -> u=2,0

Srt – nośność obliczeniowa śruby na zerwanie trzpienia Srt=219kN

Rozstaw śrub wzdłuż okręgu dla liczby śrub n=364d=120<es=164mm<max{10d=300;8tf=520}Szerokość strefy rozciąganej bt=nAs/6,28rs=36·561/6,28·942=3,41mmSzerokość strefy ściskanej

-17-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

bc=t+2tf=16+2·65=146mmPołożenie osi obojętnej wyrażona za pomoca kąta α (podstawien i rozwiązania dokonano w Excel za pomocą narzędzia Solver)

Stosunek sztywności podłużnej strefy rozciąganej do ściskanej

wyznaczenie kąta (ww sposób) α=0,604rad=34,6o

Największe naprężenia

Siła w śrubie skrajniej w przypadku niepodatnych na zginanie blach kołnierza i rury

Siła w śrubie skrajnej w przypadku podatnych na zginanie blach kołnierza i rury

Warunek na siłe w najbardziej wytężonej śrubieSmx=169,68<SRT=219kNWarunek został spełniony

-18-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Zmiejszenie wiatru o 35%.Grubość rury: 12mmWymiarowanie trzonu rurowego. Warunek nośności

Nośność przekroju na ściskanie:

Nośność przekroju na zginanie

-19-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

3.7. Zakotwienie komina w fundamencie.Podstawa składa się z płyty poziomej, zakotwionej w fundamencie betonowym klasy B30 śrubami fajkowymi o średnicy d=30mm i nośności SRt=107kN, i usztywniających żeber o grubości t=20mm oraz wysokości h=1600mm. Wszystkie potrzebne odległości zostały odczytane przy pomocy programu AUTOCAD.Szerokość strefy rozciąganej:bt=nAs/6,28rs=64·561/6,28·942=3,6mmSzerokość strefy ściskanejbc=t=16mmPołożenie osi obojętnej wyrażona za pomoca kąta α (podstawien i rozwiązania dokonano w Excel za pomocą narzędzia Solver)

Stosunek sztywności podłużnej strefy rozciąganej do ściskanej

wyznaczenie kąta (ww sposób) α=1,915rad=109,72o

Największe naprężenia

przelicznik

sprowadzone pole

Sprowadzony moment bezwładności

Największe naprężenia ściskające w betonie

-20-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

warunek został pełnionyNajwiększe naprężenia ściskające w betonie

Warunek wytrzymałości śruby warunek został pełniony

Dodatkowe sprawdzenie śrub kotwiących na zmęczenie

warunek został pełniony

Grubość płyty podstawy

Smax=38,867kN2a – osiowa odległość między sąsiadującymi żebrami płyty podstawy 2a=754mb – odległość od krawędzi płyty do ścianki rury b=937mmc=240mmNa podstawie stosunków a/c=377/240-1,57 i b/c=937/240=3,9 odczytano =12,4

Przyjęto grubość płyty podstawy tp=40mm

3.8. Otwór czołowy czopuchaotwór wlotowy przyjęto w odległości od górnych krawędzi żeber w zakotwieniu 500mm oraz o wymiarach a=500mm b=700mmPrzesunięcie osi ciężkości

Naprężenia krytyczne dla krawędzi otworu

Warunek naprężeń rzeczywistych

Pole przekroju osłabionego

Wskaźnik zginania odniesiony do rozpatrywanej krawędzi otworu

Sprawdzenie warunku naprężeń rzeczywistych

-21-

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

warunek został spełniony

-22-