010532 - 1 - Изобретение относится к области теплотехники, а

010532
Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструкциям обмуровок накаркасного
типа и плит из жаростойкого бетона для их формирования, и может быть использовано при монтаже обмуровок котельных агрегатов электростанций и промышленных печей в металлургической, нефтеперабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известна футеровка теплового агрегата, образованная плитами, прикрепляемыми к кожуху агрегата. Известна плита из жароупорного бетона для футеровки теплотехнических агрегатов, содержащая бетонный блок, каркас плиты из уголка, расположенный по периметру бетонного блока, и армирующую
сетку с анкерами, расположенную в слое жаростойкого бетона и прикрепленную к каркасу (см.
SU 343135, кл. F27D 1/08, 1972). Недостаток известной футеровки состоит в ее значительном весе из-за
использования в конструкции плиты металлического каркаса, расположенного по периметру бетонного
блока, в больших габаритных размерах, а также в дополнительных теплопотерях с поверхности каркаса
плиты из уголка.
Ближайшим аналогом к заявляемому изобретению является обмуровка теплотехнического агрегата,
образованная плитами, выполненными в форме параллелепипеда. Плита для обмуровки содержит бетонный блок с установленным в слой бетона блока армирующим каркасом и закладными пластинами, служащими для крепления плиты к каркасу теплотехнического агрегата и скрепленными с армирующим
каркасом. Армирующий каркас состоит из параллельных между собой продольных прутьев. Закладные
пластины расположены вертикально, при этом одна из поверхностей каждой закладной пластины открыта по всей ширине со стороны боковой грани бетонного блока (см. RU 2218531 C1, кл. F27D 1/08, 2003).
Известная плита имеет недостаточную прочность на изгиб при эксплуатации в котельных агрегатах с
кратковременными изменениями давления в топке котла из-за особенностей расположения закладных
пластин (в крайних частях блока) и особенностей расположения армирующего каркаса в бетонном блоке
по отношению к внутренней (жаростойкой) и внешней (обращенной к изоляционному слою) поверхностям плиты. Прутья армирующего каркаса расположены в той зоне бетонного блока, которая недостаточно отдалена от внутренней (жаростойкой) поверхности плиты, в результате чего при пуске котла происходит резкий нагрев армирующего каркаса с его значительным температурным расширением, что приводит к его деформации и разрушению бетонного блока.
Крепление прутьев армирующего каркаса к закладным пластинам осуществляется при точечном
контакте изогнутых участков прутьев с закладной пластиной, что значительно снижает прочность крепления и повышает возможность отделения закладных пластин от бетонного блока под действием нагрузок со стороны сопрягаемых участков обмуровки (т.е. длина сварного шва не соответствует действующим вертикальным нагрузкам на плиту).
Вертикальное расположение закладных пластин по ширине блока приводит к тому, что при креплении закладной пластины к связующему элементу, соединяющему плиту с вторичным каркасом теплотехнического агрегата, со смещением вдоль вертикальной оси закладной пластины (что нередко встречается
при монтаже) возникает дополнительный момент силы, под действием которого возможно отслоение
закладной пластины от блока и разрушение ее соединения с армирующим каркасом. Как следствие, плита «уходит» из плоскости стены (обмуровки) и начинается разрушение теплоизоляционного слоя с перегревом каркаса теплотехнического агрегата. В результате указанные недостатки отрицательно сказываются на надежности и долговечности обмуровки, значительно снижают срок ее службы и приводят к
уменьшению межремонтных циклов.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по созданию сборно-разборной конструкции обмуровки накаркасного типа, обладающей необходимыми эксплуатационными качествами, из плит
сравнительно небольших габаритов, позволяющих сформировать обмуровку теплотехнического агрегата
с пониженными тепловыми потерями с расположением плит горизонтально-вертикальными рядами по
стенам теплотехнического агрегата.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации изобретения, заключается в
повышении надежности и долговечности конструкции обмуровки в целом и плиты для обмуровки в частности, в повышении ее прочности «при хлопках», в увеличении срока службы обмуровки и в сокращении времени простоя котла в ремонте, а также в снижении теплопотерь и весовых нагрузок на каркас
теплотехнического агрегата. Схема крепления плит на вторичном каркасе теплотехнического агрегата
обеспечивает ремонтопригодность конструкции обмуровки за счет возможности извлечения из плоскости стены любой из плит и повышение производительности ремонтных работ в 2-3 раза по отношению к
кладке из шамотного кирпича.
Для достижения указанного технического результата предлагается конструкция обмуровки теплотехнического агрегата, выполненная из множества плит, расположенных горизонтальными и вертикальными рядами и состыкованных между собой по их горизонтальным и вертикальным торцам с образованием единой поверхности обмуровки с выполнением температурных швов, и содержащая средства для
крепления плит к каркасу котла. Каждая плита содержит бетонный блок, выполненный из жаростойкого
бетона и имеющий форму прямоугольного параллелепипеда (вытянутого в направлении центральной
продольной оси), боковые грани которого образуют соответственно внутреннюю боковую поверхность
плиты, располагаемую при формировании обмуровки теплотехнического агрегата со стороны воздейст-1-
010532
вия температуры и топочных газов, и противоположную внутренней поверхности внешнюю боковую
поверхность плиты, обращенную к изоляционному слою. Со стороны внешней поверхности плиты в бетонном блоке расположены армирующий каркас и по меньшей мере две закладные пластины, служащие
для крепления плиты к вторичному каркасу теплотехнического агрегата. Армирующий каркас состоит из
параллельных между собой продольных прутьев и жестко скрепленных с ними параллельных между собой поперечных прутьев, расположенных соответственно в плоскости, параллельной внешней и внутренней боковым поверхностям плиты. Концевые участки поперечных прутьев загнуты по отношению к
оси прутьев в сторону внутренней боковой поверхности плиты. Закладные пластины расположены в
средней зоне продольной части боковой поверхности плиты между продольными прутьями армирующего каркаса. Каждая закладная пластина смонтирована по меньшей мере на двух поперечных прутьях армирующего каркаса с образованием линейного контакта с этими прутьями, при этом одна из поверхностей каждой закладной пластины открыта со стороны внешней боковой поверхности плиты. Средства
крепления плит к каркасу котла включают связующие элементы и смонтированные на каркасе котла вертикальные опорные элементы, при этом каждый связующий элемент закреплен одним своим концом на
соответствующей закладной пластине, а другим - на соответствующем опорном элементе.
В качестве еще одного из объектов изобретения для достижения технического результата предлагается плита для обмуровки теплотехнических агрегатов, содержащая бетонный блок, выполненный из
жаростойкого бетона и имеющий форму прямоугольного параллелепипеда (вытянутого в направлении
продольной оси), боковые грани которого образуют соответственно внутреннюю боковую поверхность
плиты, располагаемую при обмуровке теплотехнического агрегата со стороны воздействия температуры
и топочных газов, и противоположную внутренней поверхности внешнюю боковую поверхность плиты,
обращенную к изоляционному слою. Со стороны внешней поверхности плиты в бетонном блоке расположены армирующий каркас и по меньшей мере две закладные пластины, служащие для крепления плиты к вторичному каркасу теплотехнического агрегата. Армирующий каркас состоит из параллельных
между собой продольных прутьев и жестко скрепленных с ними параллельных между собой поперечных
прутьев, расположенных соответственно в плоскости, параллельной внешней и внутренней боковым поверхностям плиты. Концевые участки поперечных прутьев загнуты по отношению к оси этих прутьев в
сторону внутренней боковой поверхности плиты. Закладные пластины расположены в средней зоне продольной части боковой поверхности плиты между продольными прутьями армирующего каркаса. Каждая закладная пластина смонтирована по меньшей мере на двух поперечных прутьях армирующего каркаса с образованием линейного контакта с этими прутьями, при этом одна из поверхностей каждой закладной пластины открыта со стороны внешней боковой поверхности плиты.
В обмуровке теплотехнического агрегата и в плите для обмуровки могут быть предусмотрены следующие частные особенности выполнения.
Концевые участки поперечных прутьев армирующего каркаса загнуты по отношению к оси этих
прутьев таким образом, что угол между упомянутыми концевыми участками и внешней боковой поверхностью плиты составляет преимущественно 45-90°.
Расстояние между армирующим каркасом и внешней боковой поверхностью плиты составляет
4-12,5 мм.
Продольный размер каждой закладной пластины, взятый в направлении продольной оси плиты,
превышает поперечный размер пластины.
Расположение армирующего каркаса в слое бетона блока со стороны плиты, противоположной воздействию температуры (т.е. со смещением относительно вертикальной плоскости симметрии бетонного
блока в сторону внешней боковой поверхности плиты), позволяет снизить разность температурного расширения армирующего каркаса и бетона и предотвратить разрушение бетона, поскольку на начальном
этапе (при пуске теплотехнического агрегата) армирующий каркас, будучи удаленным от внутренней
боковой поверхности плиты, располагаемой со стороны воздействия температуры, не подвергается резкому нагреву и значительному расширению, а затем постепенно и равномерно нагревается вместе с жаростойким бетоном плиты. Армирующий каркас дополнительно перед укладкой в жаростойкий бетон
покрывается выгорающей обмазкой с целью снижения разности температурных расширений армирующего каркаса и жаростойкого бетона.
Выполнение армирующего каркаса из продольных прутьев и жестко скрепленных с ними поперечных прутьев и выполнение концевых участков поперечных прутьев загнутыми под углом по отношению
к оси прутьев в сторону внутренней боковой поверхности плиты придает каркасу разветвленную структуру. В результате значительно увеличивается площадь соприкосновения каркаса с бетоном плиты, благодаря чему повышаются прочностные характеристики плиты и снижается вероятность отслоения закладных пластин от плиты и отрыва их от армирующего каркаса.
Расположение закладных пластин горизонтально (горизонтально ориентированными, т.е. с расположением их длинной стороны вдоль длинной стороны плиты) в средней зоне продольной части боковой
поверхности плиты и крепление каждой из них по меньшей мере на двух поперечных прутьях с образованием линейного контакта с прутьями также значительно снижает вероятность отслоения закладных
пластин от плиты и отрыва их от армирующего каркаса.
-2-
010532
Изобретение иллюстрируется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена заявляемая обмуровка в поперечном разрезе;
на фиг. 2 - вид по А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - плита для обмуровки, вид со стороны внешней поверхности;
на фиг. 4 - вид плиты сверху в разрезе по Б-Б на фиг. 3;
на фиг. 5 - вид плиты сбоку в разрезе по В-В на фиг. 3;
на фиг. 6 - фрагмент Г на фиг. 4;
на фиг. 7 - фрагмент Д на фиг. 5.
Предлагаемая обмуровка (футеровка) котельных агрегатов электростанций и промышленных печей
формируется из множества плит, размеры которых выбираются в следующем диапазоне: длина плиты
450-1300 мм, ширина плиты 200-400 мм, толщина 30-70 мм. Преимущественно размер толщины плиты
выбирается в диапазоне 50-65 мм. При формировании обмуровки в каждом конкретном случае все плиты
обмуровки имеют одинаковые размеры по длине, ширине и толщине.
Каждая плита представляет собой бетонный блок 1, выполненный из жаростойкого бетона с температурой применения до 1250°. Блок 1 имеет форму прямоугольного параллелепипеда, вытянутого в направлении продольной (горизонтальной) оси 2. Боковые грани блока 1 образуют, соответственно, внутреннюю боковую поверхность 3 плиты, располагаемую при обмуровке теплотехнического агрегата со
стороны воздействия температуры, и противоположную внутренней поверхности 3 внешнюю (обращенную к изоляционному слою) боковую поверхность 4.
В бетонный блок 1 со стороны внешней поверхности 4 плиты уложены армирующий каркас и закладные пластины 5 и 6. Закладные пластины 5 и 6 служат для крепления бетонного блока 1 плиты к
вторичному каркасу теплотехнического агрегата. Преимущественно в каждой плите монтируются две
закладные пластины. Однако при необходимости может быть использовано и большее количество закладных пластин.
Армирующий каркас состоит из параллельных между собой продольных прутьев 7 и 8 и жестко
скрепленных с ними параллельных между собой поперечных прутьев 9. Расстояние L между армирующим каркасом и внешней боковой поверхностью 4 плиты составляет 4-12,5 мм. Таким образом, поскольку минимальный размер толщины плиты составляет 30 мм, то армирующий каркас в любом случае будет
смещен относительно вертикальной продольной плоскости симметрии бетонного блока в сторону внешней боковой поверхности 4 плиты. Продольные 7, 8 и поперечные 9 прутья каркаса выполнены из жаростойкой стали.
Продольные прутья 7 и 8 расположены в плоскости, параллельной боковой поверхности 3 (4) плиты, и по разные стороны от центральной продольной оси 2 плиты. Согласно фиг 3 и 5 в армирующем
каркасе использована пара продольных прутьев, однако, может быть использовано и большее количество
прутьев.
Поперечные прутья 9 расположены в своей плоскости, параллельной боковой поверхности 3 (4)
плиты 1 и распределены вдоль всей толщи блока 1. Концевые участки 10, 11 поперечных прутьев 9 загнуты по отношению к оси прутьев в сторону внутренней боковой поверхности 3 плиты таким образом,
что угол а между участками 10, 11 и внешней боковой поверхностью 4 плиты составляет преимущественно 45-90°.
Закладные пластины 5 и 6 расположены горизонтально в средней зоне продольной части боковой
поверхности плиты, при этом одна из поверхностей (поверхность 12) каждой закладной пластины открыта со стороны внешней боковой поверхности 4 плиты. Продольный размер каждой закладной пластины,
взятый в направлении продольной оси 2 плиты, превышает поперечный размер пластины. Таким образом, как видно на фиг. 3, длинные стороны закладных пластин расположены вдоль длинной стороны
плиты. Толщина каждой закладной пластины составляет 4-5 мм. Как можно видеть из фиг. 1 закладные
пластины 5 и 6 расположены между продольными прутьями 7 и 8 и на одной линии, находящейся на
одинаковом расстоянии от прутьев 7 и 8, а их горизонтальная ось симметрии лежит в одной плоскости с
осью 2 плиты. Каждая закладная пластина закреплена по меньшей мере на двух поперечных прутьях 9 с
образованием линейного контакта с этими прутьями. Крепление закладных пластин на прутьях 9 осуществляется сварным соединением.
При формировании обмуровки теплотехнического агрегата однотипные по конструкции и по размеру плиты располагаются горизонтальными рядами один под другим вдоль всей поверхности стены.
При этом плиты каждого последующего горизонтального ряда не смещены в горизонтальном направлении относительно плит каждого предыдущего ряда. В результате такого расположения в готовой обмуровке плиты образуют не только единые горизонтальные ряды, в которых верхние и нижние торцы плит
расположены в соответствующих параллельных между собой горизонтальных плоскостях, но и единые
вертикальные ряды, в которых левые и правые вертикальные торцы плит расположены в соответствующих параллельных между собой вертикальных плоскостях. При этом в каждом вертикальном ряду обмуровки одни из закладных пластин 5 каждой плиты этого ряда расположены вдоль одной вертикальной
линии, а другие закладные пластины 6 плит этого ряда расположены вдоль другой вертикальной линии.
-3-
010532
Для крепления плит к каркасу котла теплотехнического агрегата используются связующие элементы 13, например, в виде полосы, и опорные элементы 14 уголкового профиля. Опорные элементы 14 жестко смонтированы на каркасе котла теплотехнического агрегата. Количество опорных элементов 14
равно количеству закладных пластин в одном горизонтальном ряду обмуровки стены. Каждый связующий элемент 13 одним своим концом закреплен на соответствующей ему закладной пластине 5, 6. Поскольку каждая плита имеет две закладные пластины 5 и 6, то крепление плиты к каркасу котла осуществляется двумя связующими элементами 13. Вторые концы связующих элементов 13 закреплены на соответствующем вертикальном опорном элементе 14 уголкового профиля. В результате в каждом вертикальном ряду обмуровки одни закладные пластины 5 каждой плиты этого ряда закреплены через соответствующие связующие элементы на одном опорном элементе 14, а другие - на другом опорном элементе 14.
Обмуровку (футеровку) стен котельного агрегата или промышленной печи котла формируют из
множества плит, конструкция каждой из которых показана выше. При этом плиты набирают по стенам
теплотехнического агрегата горизонтальными и вертикальными рядами. Длинная сторона боковой поверхности каждой плиты при формировании обмуровки ориентируется по горизонтали. Обеспечивают
стыковку плит по их горизонтальным и вертикальным торцам с выполнением при этом температурных
швов для соединения плит по торцам, в результате чего образуется единая поверхность обмуровки. Благодаря сравнительно небольшим габаритам плит они легко протаскиваются через каркас теплотехнического агрегата. В процессе формирования обмуровки каждую плиту крепят к вторичному каркасу теплотехнического агрегата. Для обеспечения такого крепления используются связующие элементы 13, которые присоединяют одним концом посредством сварного соединения к закладным пластинам 5 и 6, а другим - к вертикально расположенным опорным элементам (уголкам) 14, которые в свою очередь закрепляют на каркасе теплотехнического агрегата. После установки плит между плитами и каркасом укладывают теплоизоляцию. Локальные установка и крепление каждой плиты позволяют быстро произвести
локальный ремонт и заменить любую из плит обмуровки, для чего связующий элемент 13 срезается и
плита удаляется, а на ее место вставляется новая плита.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Обмуровка теплотехнического агрегата, выполненная из множества плит, расположенных горизонтальными и вертикальными рядами и состыкованных между собой по их горизонтальным и вертикальным торцам с образованием единой поверхности обмуровки, и содержащая средства для крепления
плит к каркасу котла, при этом каждая плита содержит бетонный блок, выполненный из жаростойкого
бетона и имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, вытянутого в направлении продольной оси,
боковые грани которого образуют соответственно внутреннюю боковую поверхность плиты, располагаемую при обмуровке теплотехнического агрегата со стороны воздействия температуры, и противоположную внутренней поверхности внешнюю боковую поверхность плиты, и вмонтированные в бетонный
блок со стороны внешней поверхности плиты армирующий каркас и по меньшей мере две закладные
пластины, служащие для крепления плиты к каркасу теплотехнического агрегата, причем армирующий
каркас состоит из параллельных между собой продольных прутьев и жестко скрепленных с ними параллельных между собой поперечных прутьев, расположенных соответственно в плоскости, параллельной
внешней и внутренней боковым поверхностям плиты, причем концевые участки поперечных прутьев
загнуты по отношению к оси прутьев в сторону внутренней боковой поверхности плиты, закладные пластины расположены в средней зоне продольной части боковой поверхности плиты между продольными
прутьями армирующего каркаса и каждая из них смонтирована по меньшей мере на двух поперечных
прутьях армирующего каркаса с образованием линейного контакта с этими прутьями, при этом одна из
поверхностей каждой закладной пластины открыта со стороны внешней боковой поверхности плиты, а
средства крепления плит к каркасу котла включают связующие элементы и смонтированные на каркасе
котла вертикальные опорные элементы, причем каждый связующий элемент закреплен одним своим
концом на соответствующей закладной пластине, а другим - на соответствующем вертикальном опорном
элементе.
2. Плита для обмуровки теплотехнического агрегата, содержащая бетонный блок, выполненный из
жаростойкого бетона и имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, вытянутого в направлении
продольной оси, боковые грани которого образуют соответственно внутреннюю боковую поверхность
плиты, располагаемую при обмуровке теплотехнического агрегата со стороны воздействия температуры,
и противоположную внутренней поверхности внешнюю боковую поверхность плиты, и вмонтированные
в бетонный блок со стороны внешней поверхности плиты армирующий каркас и по меньшей мере две
закладные пластины, служащие для крепления плиты к каркасу теплотехнического агрегата, причем армирующий каркас состоит из параллельных между собой продольных прутьев и жестко скрепленных с
ними параллельных между собой поперечных прутьев, расположенных соответственно в плоскости, параллельной внешней и внутренней боковым поверхностям плиты, причем концевые участки поперечных
-4-
010532
прутьев загнуты по отношению к оси прутьев в сторону внутренней боковой поверхности плиты, закладные пластины расположены в средней зоне продольной части боковой поверхности плиты между продольными прутьями армирующего каркаса, и каждая из них смонтирована по меньшей мере на двух поперечных прутьях армирующего каркаса с образованием линейного контакта с этими прутьями, при этом
одна из поверхностей каждой закладной пластины открыта со стороны внешней боковой поверхности
плиты.
3. Обмуровка по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что концевые участки поперечных прутьев армирующего каркаса загнуты по отношению к оси прутьев таким образом, что угол между упомянутыми
концевыми участками и внешней боковой поверхностью плиты составляет преимущественно 45-90°.
4. Обмуровка по п.1, характеризующаяся тем, что расстояние между армирующим каркасом и
внешней боковой поверхностью плиты составляет 4-12,5 мм.
5. Плита по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что продольный размер каждой закладной пластины,
взятый в направлении продольной оси плиты, превышает поперечный размер пластины.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
-5-
010532
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
-6-