Приветствую всех! Позвольте задать вам вопрос, вы замечали, что на некоторых дымовых трубах присутствуют спиралевидные ребра? Вы знаете зачем они нужны, и какую функцию выполняют? В этой статье мы поговорим об этом.
Дымовые трубы и вихревые дорожки
Такие ребра называются интерцепторами. Они нужны для предотвращения раскачки трубы от действия потока ветра. Что интересно, эта раскачка происходит не в направлении потока ветра, а поперек этого потока. Почему так?
При обтекании цилиндрического тела поток воздуха обходит это тело с двух сторон. В области, где два потока с разных сторон цилиндра встречаются, начинается формирование вихрей (вортексов). Каждый следующий вихрь меняет направление своего вращения: влево, вправо, влево, вправо. За телом начинают формирование вихревых дорожек, которые также называют дорожками Кармана (по имени ученого, открывшего данное явление). Увидеть эти вихри вы сможете на видео ниже.
Поскольку такие дорожки формируются вблизи цилиндрического тела (трубы, градирни), они не могут не влиять на это тело. В итоге тело начинает раскачиваться попеременно в разные стороны. Раскачка будет продолжаться пока ветер не перестанет дуть. При быстром потоке новые вихри будут образовываться чаще, отчего частота колебаний трубы будет возрастать.
Почему это опасно для трубы?
Чем это всё опасно для трубы? Во-первых, от сильных колебаний повышаются нагрузки на элементы трубы, из-за чего труба может попросту сломаться и рухнуть. Такая опасность существует не только при ураганном ветре, но и при обычном ветре достаточной силы. Также опасно явление резонанса. При определенной периодичности приложения нагрузки конструкция башни может отреагировать на нее сильнее обычного. Данное явление происходит из-за того, что частота приложения нагрузки совпадает с той частотой, с которой башня колебалась бы без дополнительной внешней нагрузки. При резонансе внутренние напряжения в конструкции и ее деформации сильно возрастают, что может привести к обрушению.
Во-вторых, при длительной эксплуатации в подобных условиях в конструкции трубы накапливаются усталостные деформации, которые снижают способность стали выдерживать нагрузку. Это опасное явление, так как любое превышение нагрузки может повлечь за собой обрушение конструкции. Со временем труба и вовсе может перестать воспринимать даже ту нагрузку, на которую была запроектирована. В-третьих, постоянная раскачка трубы может помешать ее нормальной эксплуатации да и заметно напрягать рабочих своим внешним видом (представьте что вам приходится работать рядом с башней, которая заметно раскачивается). Не стоит отметать и возможность образования инфразвуковых явлений рядом с такими объектами.
Как работают интерцепторы?
Интерцепторы нарушают воздушный поток и препятствуют возникновению разнонаправленных вихрей. Влияние дополнительных ребер на трубе на воздушный поток вы можете увидеть на видео ниже.
Интерцепторы представляют собой стальные пластины, которые наваривают к трубе. При этом башня начинает выглядеть словно стержень с винтовыми нарезами. Ширина пластин составляет 1/8-1/12 от диаметра верха трубы. Толщина пластин 2-3 мм. Спиральная форма позволяет интерцепторам противостоять ветру со всех возможных направлений.
Установка интерцепторов приводит к повышению ветровой нагрузки на трубу. Поэтому. при расчете трубы с интерцепторами считают, что она имеет в два раза больший диаметр, чем в реальности. Следовательно, площадь обдуваемой поверхности также удваивают.. Также в расчете добавляют повышенный аэродинамический коэффициент, который еще больше увеличивает нагрузку.
Но интерцепторы имеют свои пределы применения. В одном из проектов разработчики не учли высокие ветровые нагрузки региона. Постоянные ветра от 5 до 10 м/с, порывами до 35 м/с. Для обеспечения устойчивости сооружения через несколько месяцев был сооружен решетчатый каркас, как у остальных труб завода.
В других случаях разработчики проекта сразу понимают, что одними интерцепторами не обойтись, потому сразу закрывают трубу в каркас.
Теперь вы знаете зачем нужны такие ребра на дымовых трубах!
История появления данной статьи
Как-то раз в чате проекта Стройка века Иван Нестеров, один из наших авторов и редакторов задал вопрос: зачем нужны спиралевидные ребра на стальных дымовых трубах? В обсуждении вопроса участвовал главный редактор Стройки Сабуров Даниил, сам Иван Нестеров и Павел Пырин. В процессе обсуждения и родилась идея данной заметки.
Эта история показывает, что задавать вопросы полезно. Ваши вопросы могут вдохновить нас на создание новых статей. Потому не стесняйтесь задавать свои вопросы в наших социальных сетях (ссылки). Раз в месяц мы будем устраивать сбор вопросов и отвечать на наиболее интересные из них.
Информация о произведении
Автор: Сабуров Даниил
Редактор: Иван Нестеров
Условия использования: свободное некоммерческое использование при условии указания автора и ссылки на первоисточник.
Для коммерческого использования — обращаться на почту: buildxxvek@gmail.com
Список источников:
- Металлические конструкции. Элементы конструкций Под ред. В.В. Горева [Текст]/ В.В. Горев. – Москва: Высшая школа, 2004. – 511 с.
- Справочник проектировщика. Металлические конструкции. Том 2. Стальные конструкции зданий и сооружений. Под ред. В.В. Кузнецова [Текст]/ В.В. Кузнецов. – Москва: Высшая школа, 2004. – 511 с.
Источники изображений:
- https://pg23-visota.ru/img/katalog/sbs.jpg
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Вихревая_дорожка
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Вихревая_дорожка
- Справочник проектировщика. Металлические конструкции. Том 2. Стальные конструкции зданий и сооружений. Под ред. В.В. Кузнецова [Текст]/ В.В. Кузнецов. – Москва: Высшая школа, 2004. – 511 с.
- Изображение от Павла Пырина.
- Фотография Сабурова Даниила
