Назначение размеров резервуара. Расчет стенки резервуара. Расчет конструктивных элементов щитов покрытия. Расчет настила

Расчетная схема стенки корпуса резервуара показана на рис. 1.

Рис. 1. Расчетные эпюры давлений на стенку

а - эпюра давления жидкости;

б - эпюра момента в месте стыка днища со стенкой.

По высоте резервуара стенка состоит из 5-ти поясов по 2000 мм. Расчетное сечение каждого пояса расположено на 300 мм 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

σ =[(γ_f1×ρ×х + γf2×р_о)×r] / t ≤ γ_с R_ωy

где:     γ_f1=1,1 коэф. надежности по нагрузке для гидростатического давления;

γ_f2=1,15 то же, для избыточного внутреннего давления;

R_ωy=0,85Rу, расчетное сопротивление сварного шва растяжению.

t = [(γ_f1×ρ×х + γf2×р_о)×r] / γ_с×R_ωy

Расчет поясов стенки сведе н в табл. 1.

Табл. 1.

№ пояса	Расстояние от верха резервуара, мм		Значение х=(х1-300) до расчет. уровня, м	Внутреннее усилие на пояс (γf1×ρ×х+γf2×ро)×r, кН/м	Расчетная толщина пояса, мм при Rωy, МПа		Принятая толщина листов t, мм	Напряжение в поясе σ, МПа
	До низа пояса, м	До расчет. уровня, х ,м			240	204
5	2,020	1,720	1,420	206,3562	1,074772	1,264437	5	41,27123
4	3,980	3,680	3,380	451,1376	2,349675	2,764324	5	90,22753
3	5,940	5,640	5,340	695,9191	3,624579	4,26421	5	139,1838
2	7,900	7,600	7,300	940,7006	4,899482	5,764097	6	156,7834
1	9,850	9,550	9,250	1184,233	6,167881	7,25633	9	131,5815

Для первого пояса (нижнего) расчет толщины листов выполнен следующим образом:

при R_ωy =204 МПа

t = [(γ_f1×ρ×х+ γ_f2×р_о)×r] / γс×Rωy = [(1,1×9×9,25 + 1,15*2)×12,615]/0,8×240×(100)=7,25 мм

r = D_о/2=25,23/2 ≈ 12,615 м при R_ωy =204 МПа толщина пояса будет t =9 мм  - для вы полнения проверки  напряжений в нижнем поясе стенки резервуара с учетом действия краевого момента М_1.

Аналогично выполнен расчет других поясов. Принятые в табл. 1 толщины поясов для конструирования резервуара соответствуют R_ωy =204 МПа, т. е. Для случая полуавтоматической сварки. Для пояса 3-5 назначена толщина листов t=5 мм по конструктивным соображениям.

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

σ = (Т₁/t + 6М₁/ t²) ≤ γ_сR_у;

М₁ = 0,1(1,1×ρ×h+1.15×р_о)×r×t.

Значение момента М₁ максимально на расстоянии х₂ = π×s / 4 от днища, где S=0,78.

S = 0,78=26.28 см

Для этого сечения усилие Т₁:

Т₁ = (γ_f1×ρ×х + γ_f2×р_о)×r = (1,1×9×8,98 + 1,15×2)×12.615 = 1153 кН/м;

Расчетный краевой момент равен при упругом защемлении стенки:

М₁ = 0,1×(1,1×9×8,98 + 1,15×2)×12.615×0,9=1,0377 кН×м;

Напряжение в поясе:

σ = Т₁/t+6М₁/ t² = 1153/0,009 + 6×1,0377/0,9² = 204977 кН/м² =205 МПа » 204 МПа - условие прочности удовлетворяется

Схемы сопряжения поясов по высоте резервуара и эпюры давления и напряжения показаны на рис. 2.

3.Расчет конструктивных элементов щитов покрытия.

Расчет конструкций покрытия производят на два вида нагрузок:

1.  нагрузки, направленные внутрь резервуара - собственный вес и вакуум, теплоизоляция, снег;

2.  нагрузка, направленная изнутри резервуара наружу, - давление паров испаряющейся жидкости (избыточное давление 2 кПа).

Подсчет расчетных нагрузок, действующих сверху вниз, Н/ м²:

постоянная:

листовой настил t=2,5 мм                0,0025*7850*1,05 (10)=206

балки (приближенно)                       150*1,05=157

вакуум (разрежение)                        250*1,2=300

 

Итого g=663

временная (снеговая)

p = S_n γ_f =1500*1,4=2100

(здесь =1,4, так как отношение постоянной нагрузки к временной g_n/p_n≈1); всего (g+p)=663+2100=2763

Щиты состоят из каркасов, выполненных из прокатных профилей и обшивки из стальных листов толщиной 2,5-3 мм. Щиты опираются на стенку резервуара и центральную стойку, которая помещается внутри резервуара.

4. Расчет настила.

Принимаем настил приваренным к ребрам электродами марки Э42. Предельный относительный прогиб настида [l/n_о]=1/150.

Из условия заданного предельного прогиба определяем отношение наибольшего пролета настила к его толщине l/t по формуле:

l/ t=(4 n_о /15) (1+72Е₁/ n_о⁴ q_n)=(4 ·150/15) (1+72 ·22,6 ·10⁶/150⁴ ·0,1146)=1162;

где:

n_о =[l/ f]=150;

Е₁=Е/(1-ν²)=20,6 ·10⁶/(1-0,32)=22,6 ·10⁶ Н/см²;

q_n =206/1,05+250+1500=1946 Н/м²=0,1946 Н/см².

При t=2,5 мм пролет настила допустим l = 1946·2,5=4865 мм=4,8м.

По конструктивным соображениям принимаем расстояние между ребрами 1,5 м.

5. Расчет поперечных ребер щита.

Расчетный пролет ребер l=3 м; равномерно распределенная нагрузка при шаге поперечных ребер b=1,5 м составляет :

q=(q_оw+p)×b=(50·1,05+(206+300+2100))·1,5=3988,5 Н/м;

где:  q_оw=50·1,05=53 Н/м^2-собственный вес ребра.

Изгибающий момент сопротивления сечения составляет:

М = ql²/8=3988,5·3²/8=4487,06 Н·м.

Требуемый момент сопротивления сечения составляет

W_d=М/ γ_сR_у =448706/25200=17,8 см³.

По сортаменту подбираем [ №10, W_х=34,8 см³, J_х=174 см⁴.

Относительный прогиб ребра (без учета настила ввиду его малой толщины) составит:

f/l=(5/384) (qⁿl³/ЕJ_х)=5·33,23·300³/384 ·20,6 ·10⁶ ·174=1