Расчет и конструирование вертикального цилиндрического резервуара

конструктивным соображениям, с учетом условий опирания щитов покрытия и использования стойки для рулонирования элементов резервуара принята стойка из трубы диаметром 219 мм со стенкой толщиной 6мм,       ТУ 14-3-1138-82, А=30,3 см², радиус инерции сечения i=7,59см.

Гибкость стойки λ=l₀/i=1310/35,6=36,8< λ_lim=120; φ=0,89.

Проверка устойчивости трубы:

λ=l_ef/i_x                                                                                            

λ=750/7,59=98,81 из СНиП φ=0,542

σ=N/A φ=357,87/30,3∙0,542=21,79кН/см² < R_y·γ_c =22,8 кН/см² — устойчивость трубы обеспечена.

Для предотвращения отрыва покрытия трубчатую стойку заполняют песком. Оголовок (зонт) и базу стойки проектируют одинакового диаметра 3м с расчетом возможности ее использования для рулонирования стенки или отправочной части днища резервуара на заводе-изготовителе.

4. Расчет стенки резервуара.

Принимаем высоту уровня залива резервуара Н₀=7,20м, а с учетом избыточного давления р₀ = 2кПа условная высота

Н' = Н₀ + р₀/р = 720 + 0,0002 /0,000009 = 7,4м.

По высоте резервуара стенка состоит из 5 поясов высотой по 1500мм. Расчетное сечение каждого пояса расположено на 300мм выше его нижней кромки, т.е. в сечении, где не учитывается влияние кольцевых швов смежного пояса.

Пояс стенки резервуара из условия обеспечения прочности (по первой группе предельных состояний) рассчитываем по формуле:

или

где  — коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления, равный 1,1; =1,2— то же, для внутреннего избыточного давления,;  - коэффициент условий работы, равный для стенки резервуара 0,8; R_wy — расчетное сопротивление сварного шва встык растяжению;      R_wy= R_y = 240 Мпа, а без физического контроля R_wy = 0,85∙240= 204 Мпа; ρ — плотность нефтепродуктов, принимаемая обычно 0,0009 кг/см³(0,0009• 10⁶ кг/м³).

Расчет поясов стенки сведен в таблице.

№ пояса	Расстояние от верха резервуара, мм		Значение (х1-340) до расчетного уровня, мм	Внутреннее усилие на пояс (γf1∙ρx+ γf2∙ρ0)r,Н/см	Расчетная толщина пояса, мм при Rwy, Мпа		Принятая толщина листов t,мм	Напря-жение в поясе σ, Мпа
	до низа пояса	до расчетного уровня, х1			240	204
5 4 3 2 1		1490 2950 4400 5900 7400	1190 2650 4100 5600 7100	1,63 3,28 4,93 6,63 8,33	0,08 0,17 0,26 0,35 0,43	0,1 0,2 0,3 0,41 0,51	5 5 5 5 6	3,3 6,6 9,9 13,3 13,9

Для первого пояса (нижнего) расчет толщины листов для полосы длиной 1см выполнен следующим образом:

при R_wy=240Мпа

=[1,1∙0,0009(10)∙710 + 1,2∙0,002∙

∙(100) ∙1146]/0,8∙240(100) = 0,43см при R_wy=204Мпа толщина листов пояса будет t≈0,51см

Для поясов 2-5 назначена толщина листов t=5мм по конструктивным соображениям.

Проверяем напряжение в нижнем поясе стенки резервуара с учетом действия краевого момента М₁:

;

.

Значение момента М₁ максимально на расстоянии х₂=πs/4 от днища, где s=0,78 =0,78 1146 1=26,4 см. Для этого сечения усилие Т₁:

=(1,1∙0,0009∙10∙711,5+1,2∙0,02∙10²)1146

=10823 Н/см расчетный краевой момент равен при упругом замещении стенки

=

=0,1(1,1∙0,0009∙10∙711,5+ 1,2∙0,002∙10²) 1146∙1=

=1059 Н∙см напряжение в поясе равно:

=10823/1 + 6∙1059/1² =

=17,18 кН/см² <R_y∙γ_c=19,2 кН/см²

т.е. условие прочности пояса удовлетворяется.

После расчета стенки по прочности проверяют устойчивость формы корпуса резервуара при совместном действии равномерного осевого и радиального сжатия.

5.Проверка устойчивости.

5.1. Проверка устойчивости положения покрытия

N= N_r + N_c = 183,47 + 9,45=192,92 кН

где N_r = 183,47 кН общий вес покрытия;

N_c = 9,45 кН вес стойки.

Усилие изнутри резервуара вверх при р₀=0,2Н/см² составит:

N_e = A₀ p₀ γ_f = (3,14∙22,92²/4)2∙1,2=989,7 кН

Так как N_e = 989,7 кН > N_r = 192,92 кН, то требуется либо увеличить массу покрытия для предотвращения его отрыва, либо предусмотреть крепление щитов покрытия к корпусу и стойке резервуара. Для увеличения массы, как указано ранее, трубчатую стойку заполняют песком.

Последовательно определяем:

массу песка при диаметре трубы 219мм и толщине стенки 6мм

G₁ = (πD²/4) H∙ρ = (3,14∙1,008²/4)∙7,43∙1500 =8889,4 кг;

массу корпуса резервуара

G_с = πDHρt_m= 3,14∙22,92∙7,43∙7850∙0,00637= 26738,8 кг;

массу днища при t=5мм

G_b=(πD_b²/4) t∙ρ = (3,14∙23,72²/4)∙0,005∙7850 = 17335,6 кг;

вес днища ≈  17335,6 (10) = 173356 Н = 173,356 кН;

массу поясов жесткости и аппаратуры (по проекту) ≈ 2т.

общую массу резервуара (ориентировочно):

G_r = N + G₁ + G_c + G_b +2 = 19,3+8,9+26,7+17,34+2=74,24т;

усилие отрыва корпуса от днища

N_d = N_e – (G_r - G_b) = 989,7 - (742,4 – 173,4) = 420,7 кН.

Проверяем напряжение в швах, прикрепляющих нижний пояс стенки к днищу, при действии усилия отрыва

σ = N_d /А_ω =420700/5038= 83,5Н/см² =0,84МПа < γ_сR_wf γ_wf =0,8∙200∙1=160 МПа где А_ω = 2Πd(β_f k_f) = 2∙3,14∙2292∙0,7∙0,5 = 5038см²

Стойку крепят к днищу анкерами или приваривают по контуру опорного кольца.

5.2. Проверка устойчивости формы оболочки (корпуса) резервуара при совместном действии вертикальных и горизонтальных (боковых) сжимающих усилий выполняют согласно рекомендации п. 8.5 – п. 8.9    СНиП II-23-81* по формуле

σ₁/σ_cr1 + σ₂/σ_cr2 ≤ γ_c=1 где σ₁ и σ₂ – соответственно абсолютные значения расчетных продольного и кольцевого сжимающего напряжений;  σ_cr1, σ_cr2 – соответственно нижние критические напряжения при раздельном равномерном действии осевого и радиального сжатия.

Проверяем устойчивость формы резервуара для пятого пояса, где толщина t=5мм. Для этого вычисляем:

продольное сжимающее напряжение от расчетных нагрузок

σ₁ = N/A = 1406,2/0,4 = 3,51 МПа,

где  N = A_сg^р + G_owγ_f= 309,3∙3,856 + 203,3∙1,05 = 1406,2 кН

A_с = (π/4)(D² – d₁²) = (3,14/4)(22,92² – 11,46²) = 309,3 м²;

d₁ = 0,5D= 11,46 м;

А = πDt = 3,14∙22,92∙0,006 = 5065 см² = 0,4318 м²;

G_ow = А6ρ = 0,4318∙6∙7850 = 203,38 кН;

кольцевое сжимающее напряжение при вакууме р_v = 250 Па

σ₂ = p_vr/t = 0,025∙1146/0,5 = 57,3 Н/см² = 0,57МПа.

Определяем критические напряжения (по пп. 8.5. и 8.7. СНиП II-23-81*):

при осевом сжатии: σ_cr1 принимается равной меньшей из величин:

σ_cr1 = ψR_y;

σ_cr1 =сЕr/t,

где ψ, с – коэффициенты по табл. 31 [2], при этом коэффициент         где  0300

При r/t = 1146/0,5 = 2292 > 300 коэффициент ψ не учитывается, а коэффициент с= 0,071 (по интерполяции); тогда по формуле:

σ_cr1 =0,071∙20600∙0,5/1146 = 6,4 МПа;

при радиальном сжатии от воздействия вакуума (р_v = 250 Па);

σ_cr2 = 0,55Е(r/L)(t/r)^3/2 = 0,55∙20600∙(11,46/7,43)(0,5/1146