تصميم هياكل المداخن الفولاذية

ما هي المداخن الفولاذية المستخدمة في البناء؟

المداخن الفولاذية عبارة عن هياكل طويلة ونحيلة ومستدقة بأقسام عرضية دائرية. كما أنها مناسبة بشكل مثالي للأعمال العملية التي تتطلب سعة حرارية منخفضة وفترة تسخين قصيرة. حيث تقدم هذه المقالة أنواعًا مختلفة من المداخن الفولاذية من تصميماتها.

أنواع هياكل المداخن الفولاذية:

تندرج أنواع هياكل المداخن الفولاذية تحت فئتين رئيسيتين تشمل:

• مداخن فولاذية ذاتية الدعم.

• مداخن فولاذية مسننة.

1. المداخن الفولاذية ذاتية الدعم:

عندما تنتقل القوى الجانبية (الرياح أو القوى الزلزالية) إلى الأساس عن طريق الفعل الكابولي للمدخنة، فإنّ المدخنة تُعرف باسم المدخنة ذاتية الدعم. حيث تظل المدخنة ذاتية الدعم مع الأساس ثابتًا في جميع ظروف العمل دون أي دعم إضافي. كما أن المداخن ذاتية الدعم مكونة من قطر يصل إلى 10 أمتار وارتفاع من 50 م إلى 100 م.

2. المداخن الفولاذية المشدودة:

في المداخن الفولاذية العالية، يتم إرفاق حبال أو شدّادات من الفولاذ الخفيف لنقل القوى الجانبية. كما تُعرف هذه المداخن الفولاذية باسم المداخن الفولاذية المشدودة. حيث أنه في المداخن الفولاذية المشدودة، لا يتم نقل جميع الأحمال المطبقة خارجيًا (الرياح والقوة الزلزالية) بالكامل بواسطة غلاف المدخنة. وهؤلاء الشدّادات المرفقون أو يظلون يشاركون هذه الأحمال المطبقة.

تضمن هذه الشدائد أو الدعامات ثبات المدخنة الفولاذية المشدودة. حيث يمكن تزويد هذه المداخن الفولاذية بمجموعة واحدة أو مجموعتين أو ثلاث مجموعات من الشدّادات. كما في كل مجموعة من الشدّادات، يتم توصيل ثلاثة أو أربعة أو في بعض الأحيان ستة أسلاك بالأطواق.

عند استخدام مجموعة واحدة من الشدّادات، يتم ربط الشدّادات بياقة عند ثلث أو ربع الارتفاع من الأعلى. وعند استخدام أكثر من مجموعة واحدة من الشدّادات، يتم استخدامها على ارتفاعات مختلفة.

تصميم هياكل المداخن الفولاذية:

1. اختيار المدخنة الفولاذية:

العوامل التي يتم أخذها في الاعتبار عند اختيار نوع المدخنة الفولاذية هي كما يلي:

• الفعالية من حيث التكلفة.

• عدد الوحدات ونوع المعدات ونوع الوقود المطلوب استخدامه.

• إذا تم استخدام المدخنة للغلايات، ففكر في مساحة السطح وكفاءة الإخراج ومتطلبات المسودة.

• وضع تشغيل المعدات.

• درجة حرارة غاز المداخن قبل دخول المدخنة وتغيرها.

• الوزن النوعي وكمية الغبار وبيانات عن عدوانية غازات المداخن.

• اللوائح القانونية المحلية المتعلقة بالارتفاع وتشتت الرماد وتأريض مصباح تحذير الطيران والصحة.

• تحديد نوع البطانة على أساس تكوين غازات المداخن.

2. اللوحات الفولاذية للمدخنة:

• يتراوح العرض المطلوب لألواح المداخن الفولاذية بين 0.9 م و 2.5 م حيث أن (1.50 م الأكثر شيوعًا).

• الحد الأدنى لسماكة الألواح الفولاذية 6 مم.

• سماكة الألواح الفولاذية في القسمين العلويين من المدخنة لا تقل عن 8 مم لمقاومة المزيد من التآكل في الجزء العلوي من المدخنة.

• يجب ألّا تقل سماكة الصفيحة الفولاذية في الجزء المتوهج عن السماكة عند أدنى جزء من الجزء الأسطواني.

• سماكة ألواح المداخن الفولاذية المتاحة هي 6، 8، 10، 12، 14، 16، 18، 20، 22، 25، 28، 32، 36، 40، 45، 50، 56و 63 ملم.

3. عمل الفتحة للمدخنة:

• مزودة لمدخل غازات المداخن. حيث تأتي هذه الغازات من أفران الغلايات.

• يتم الاحتفاظ بمساحة فتحة المؤخرة أكبر بحوالي 20 بالمائة من مساحة المقطع العرضي الداخلية للمدخنة.

• يبلغ الحد الأقصى لعرض فتحة المقعد ثلثي القطر.

• يجب توفير التعزيز في جميع أنحاء فتحة المؤخرة للتعويض عن المواد التي تمت إزالتها.

• يجب أن يكون التعزيز الرأسي المقدم أكبر بنسبة 20 في المائة من المادة المزالة في نسبة القطر إلى الوتر الطويل المتعامد على وجه الفتحة.

• يتم الحفاظ على التعزيز الأفقي المقدم في الجزء العلوي والسفلي من الفتحة مساويًا للتعزيز الرأسي.

• توفر مادة التسليح صلابة رأسية كافية.

• يجب تمديد مادة التسليح أعلى وأسفل الفتحة من أجل نقل الضغط وتوزيعه على فولاذ المدخنة.

• في المدخنة الفولاذية ذاتية الدعم، يتم الاحتفاظ بفتحة المقعد أعلى بكثير من القاعدة المشتعلة، بحيث لا تمتد إلى القاعدة المشتعلة.

• قد تحتوي المداخن الفولاذية على فتحة مقعرة واحدة وفتحتان في نفس الاتجاه وفتحتان مقعبيتان بزوايا قائمة وثلاث فتحات مقعرة.

• لا يتجاوز عرض الفتح ثلث قطر المدخنة في ذلك المستوى.

4. لوحة قاعدة المدخنة الفولاذية:

المداخن الفولاذية تسمى أيضًا المداخن الفولاذية من المتطلبات الشائعة في المصانع. حيث يتم توفيرها لانبعاث الغازات على ارتفاعات مناسبة لتقليل التلوث. كما أن المداخن أسطوانية ومصممة لتبقى ذاتية الدعم.

المداخن الفولاذية ذات قطر كبير بما يكفي للسماح بتدفق الغازات المحترقة، وهي ذات ارتفاع جيد لتصريفها. وعادة ما تحتوي المدخنة على جزء سفلي كبير متوهج أو قاعدة وتكون أسطوانية لمعظم ارتفاعها.

قد يكون الحد الأقصى لقطر القاعدة أكبر بحوالي 25 بالمائة من قطر الجزء الأسطواني. وقد يكون للجزء السفلي المتوهج ارتفاع من ثمانية إلى ربع ارتفاع المدخنة. حيث تكون الوصلات الرأسية للألواح عمومًا عبارة عن مفاصل حضن مفردة مثبتة في حين أن المفاصل المحيطية عبارة عن مفاصل ثنية مزدوجة أو ثلاثية.

يمكن استخدام الفولاذ الهيكلي أو الحديد الزهر أو الفولاذ المصبوب كلوحة قاعدة للمدخنة الفولاذية. ومن المرغوب فيه استخدام لوحة القاعدة الفولاذية الهيكلية مقارنة بالأنواع الأخرى.

يجب أن يكون عرض الصفيحة الفولاذية مناسبًا لنقل الضغوط الانضغاطية إلى الأساس. كما يجب أن تكون سماكة صفيحة القاعدة بحيث لا يتجاوز إجهاد الانحناء وضغط القص في لوحة القاعدة ضغوط الانحناء والقص المسموح بها.

الضغوط المسموح بها على المدخنة الفولاذية:

يتعرض الجانب المواجه للريح من المدخنة الفولاذية لضغط شد بسبب التأثير المشترك للرياح ووزن المدخنة الفولاذية. كما يتعرض الجانب المواجه للريح من المدخنة الفولاذية لضغط ضغط بسبب التأثير المشترك للرياح ووزن المدخنة الفولاذية ووزن البطانة.

على الجانب الانضغاطي، تعتمد كفاءة المفصل على قوة البرشام في القص والحمل ولا تعتمد على قوة الشد للوحة. حيث أن كفاءة الوصلة على جانب الضغط 100 بالمائة. وكفاءة المفصل على جانب التوتر 70 بالمائة.

من أجل منع تسطيح الصفائح الفولاذية على الشد أو الجانب المواجه للريح، والتواء الصفائح الفولاذية على جانب الضغط أو الجانب المواجه للريح، يتم اعتماد الضغط المسموح به في الضغط على مساحة المقطع الإجمالي أقل من الضغط المسموح به في التوتر على صافي مساحة المقطع.

يتم اعتماد الضغوط المسموح بها في المدخنة الفولاذية في التوتر المحوري والقص والحمل كما هو محدد في مدونة قواعد الممارسات الهندية القياسية للإنشاءات العامة. حيث أن الضغوط المسموح بها في الانضغاط المحوري والانحناء مأخوذة من الكودات المعمول بها.