Выбор оптимальной конструкции плавающего покрытия из полимерных композитных материалов

 

Определим напряженно-деформированное состояние пенополиуретанового понтона, находящегося на опорной конструкции в виде многолучевой звезды. Необходимо разработать такую конструкцию понтона, которая бы при соблюдении условий прочности и жесткости позволяла бы минимизировать расход пенополиуретана. Примем расчетную схему, при которой дуговой край считается свободным.

Результаты исследований представляют собой значения характеристик напряженно-деформированного состояния понтона в определенных точках ис­следуемого сектора: величины радиальных и тангенциальных моментов, на­пряжений и прогибов. Точки на исследуемом секторе находятся на нескольких радиальных лучах, расположенных под углом θ к опорному лучу, и на каждом из этих радиальных лучей определяются искомые характеристики в зависимо­сти от расстояния исследуемой точки X до центра понтона.

Определены основные характеристики напряженно-деформированного состояния пенополиуретанового понтона на опорной конструкции в виде мно­голучевой звезды для резервуаров диаметром 20,9 м и 28,5 м (табл. 7.3).

 

Таблица 7.3

Максимальные характеристики напряженно-деформированного состояния понтона из ППУ для РВС-5000 и РВС-10000

 

Характеристики	РВС-5000	РВС-10000
Плотность, кг/мЗ
Максимальные напряжения, МПа
Тангенциальные	0,16	0,225	0,095	0,132
Радиальные	0,276	0,388	0,099	0,138
Максимальные прогибы, м	0,0227	0,0288	0,0062	0,0077
Максимальные моменты, Н'м
Тангенциальные
Радиальные

 

На основании приведенной таблицы 7.3 можно заключить, что напряже­ния, прогибы и моменты, возникающие в понтоне, меньше при меньшей кажу­щейся плотности пенополиуретана, то есть при плотности 36 кг/м^З.

Для проверки соблюдения условий прочности и жесткости понтона за­пишем следующие условия прочности и жесткости.

(7.28)

где σ - максимальное напряжение в пенополиуретановом понтоне,

[σ] - допускаемое напряжение в пенополиуретановом понтоне, армиро­ванном стеклосеткой.

y ≤ 0,2 h, (7.29)

где у - максимальный прогиб понтона, h - толщина понтона.

Рассматриваемые виды понтонов для РВС-10000 удовлетворяют услови­ям прочности, прогибы не превышают допустимых. Нарушение условия (7.29) применительно к понтонам РВС-5000 объясняется тем, что при расчете напря­женно-деформированного состояния величина угла между лучами опор прини­малась равной 30 градусам, что в два раза больше действительной величины и соответствующего значения для РВС-10000.

Рассмотрим понтон радиусом 11,25 м. Используя методику определения жесткости, предложенную Губером для железобетонных плит, рассматривае­мых как анизотропные пластинки, и разработанный авторами предлагаемой ра­боты комплекс программ для определения напряженно-деформированного со­стояния понтона, установленного на опорные стойки в виде многолучевой звез­ды, получили следующие результаты, представленные в табл. 7.4. При этом ис­пользовались следующие исходные данные: для стеклосетки - модуль упруго­сти 9·10³ МПа, толщина волокна 0,003 м, количество волокон - 45 штук на 1м, масса 1м² - 0,3 кг; для ППУ - модуль упругости 5 МПа, коэффициент поперечных деформаций в направлении, перпендикулярном вспениванию, - 0,3, угол между лучами опор - 15 градусов.

 

Таблица 7.4

Максимальные характеристики напряженно-деформированного состояния понтона из ППУ для РВС-5000 диаметром 22,8 м

 

Характеристики	РВС-5000
Плотность, кг/м^З
Максимальные напряжения, МПа
Тангенциальные	0,035	0 04
Радиальные	0,052	0,059
Максимальные прогибы, м	0,0009	0.0009

Очевидно, что требования прочности и жесткости выполняются.

Исследуем возможность уменьшения толщины понтона из ППУ плотно­стью 36 кг/м³ для РВС-10000 диаметром 28,5 м. В результате расчетов оказа­лось, что условия прочности выполняются для плавающего покрытия толщиной 0,05 м (табл. 7.5), но чтобы прогиб не превышал допускаемого в модели, тол­щину волокна стеклосетки необходимо увеличить в два раза. При этом масса ППСД составит 1867 кг.

 

Таблица 7.5

Максимальные характеристики напряженно-деформированного состояния понтона из ППУ для РВС-10000 диаметром 28,5 м

 

Характеристики	РВС-10000
Жесткость, Нм	3264,2	6475,4
Максимальные напряжения, МПа
Тангенциальные	0,27	0,29
Радиальные	0,27	0,29
Максимальные прогибы, м	0,03	0,01

Результаты расчета плавучести и остойчивости показывают, что угол за­ливания понтона при равнообъемном наклонении составляет очень малень­кую величину. Пусть высота борта понтона - 0,09м, а разрез конструкции представляет фигуру, приведенную на рис. 7.4.

 

Рис. 7.4. Вид пенополиуретанового понтона в разрезе

 

Если толщина понтона увеличена только на расстоянии, не превышаю­щем 1м от борта, то масса понтона увеличится на 62 кг. Как показывают расче­ты, предлагаемая конструкция обеспечивает выполнение требований плавуче­сти, непотопляемости и остойчивости, а согласно выкладкам, приведенным в предыдущем пункте, выполняются условия прочности при нагрузках от уплот­няющего затвора.

Поскольку толщина ПП составляет 0,05 м, то расход ППУ уменьшается по сравнению с расходом при существующем проектном решении (толщина понтона - 0,1 м) на величину, определяемую по формуле

V=0,05·πR²,

где R - радиус плавающего покрытия.

Расход сетки увеличивается на следующую величину:

S=2·πR².

Радиус плавающего покрытия РВС-10000 составляет 14,05 м, поэтому, учитывая, что себестоимость 1 м³ пенополиуретана - 2000 рублей (в ценах 1999г.), а 1 м² стеклосетки стоит восемь рублей, получаем уменьшение себе­стоимости понтона, выражающееся в разности стоимости ППУ и стеклосетки, равное 52464,72 руб.

Результаты расчетов НДС пенополиуретанового понтона при установле­нии его на опорную конструкцию, когда дуговой край считается свободно опи­рающимся в сравнении с ранее принятой расчетной схемой сведены в табл.7.6.

Таблица 7.6

Сравнение НДС понтона при различных вариантах граничных условий

 

Характеристики	РВС-5000	РВС-10000
свободный край	свободное опирание	свободный край	свободное опирание
Максимальные напряжения, МПа: Тангенциальные Радиальные	0,0350 0,0520	0,0510 0,0275	0,0950 0,0990	0,0600 0,0325
Максимальные прогибы, м	0,0009	0,0002	0,0062	0,0050

 

Из таблицы видно, что в случае свободного опирания дугового края рас­четные напряжения и прогибы, возникающие в понтоне, меньше по величине, поэтому можно рекомендовать для сокращения используемого пенополиурета­на создать внутри резервуара по периметру опору, на которую будет опираться дуговой край.

Таким образом, для сокращения себестоимости понтона необходимо уменьшить его толщину, а чтобы возникающие напряжения не превышали до­пускаемых, нужно изменить конструкцию опоры так, чтобы была приемлемой схема свободного опирания по дуговому краю.

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

 

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 3

1.1. Конструкции стальных вертикальных резервуаров 3

1.2. Оборудование резервуаров 4

1.2.1. Автоматика и КИП 6

1.3. Оборудование резервуаров для светлых нефтепродуктов 7

1.3.1. Дыхательная арматура 8

1.3.2. Диски-отражатели 14

1.3.3. Приемо-раздаточное устройство 15

 

1.3.4. Оборудование для обслуживания и ремонта резервуаров 22

 

1.3.5. Противопожарное оборудование 23

1.3.6. Приборы контроля и сигнализации 41

1.3.7. Состояние и перспективы развития средств измерения

количества нефтепродуктов 50

1.4. Оборудование резервуаров для темных нефтепродуктов 56

1.5. Предотвращение накопления и размыв асфальтосмолистых

и парафинистых осадков 57

1.5.1. Размывочные головки 61

1.5.2. Способы очистки резервуаров от остатков отложений 62

1.5.3. Технология размыва донных отложений

при помощи винтовых устройств 63

1.6. Требования по охране труда, охране окружающей среды, пожарной

безопасности при эксплуатации резервуаров и резервуарных парков 74

1.6.1. Охрана труда 74

1.6.2. Охрана окружающей среды 79

1.6.3. Пожарная безопасность при эксплуатации резервуаров 81

1.7. Системы защиты резервуаров и их обслуживание 82

1.7.1. Молниезащита резервуаров 82

1.7.2. Защита резервуаров от статического электричества 83

1.7.3. Система защиты резервуаров от коррозии 85

1.7.4. Система предупреждения аварий и повреждений 86

1.7.5. Автоматическая система управления резервуарными парками 87

 

2.РАСЧЕТ СТАЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРА НА ПРОЧНОСТЬ 89

2.1. Пример расчета стального вертикального резервуара на прочность 91

 

З.ПОДБОР ДЫХАТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ 92

3.1. Пример подбора дыхательных клапанов для стальных резервуаров 93

 

4.РАСЧЕТ УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ ПЕНОЙ НИЗКОЙ И СРЕДНЕЙ КРАТНОСТИ 94

 

5.АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ПЛАВАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ РВС 98

5.1 Классификация плавающих покрытий 98

5.2. Конструкции уплотняющих затворов 111

5.3. Алюминиевый купол для резервуара 116

 

 

6.МЕТОДЫ РАСЧЕТА ВНУТРЕННИХ ПЛАВАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ

РЕЗЕРВУАРОВ 122

6.1. Численные методы расчета резервуаров с плавающими покрытиями 126

6.2. Особенности использования пакета ANSYS® 128

6.3. Пример использования пакета ANSYS для расчета НДС резервуара 131

 

7.ИССЛЕДОВАНИЕ НДС И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПОНТОНОВ В ФОРМЕ СПЛОШНОГО ДИСКА 135

7.1. Расчет прочности внутреннего плавающего покрытия

из полимерных вспененных материалов при воздействии на него нагрузок от уплотняющего затвора 144

7.2. Выбор оптимальной конструкции плавающего покрытия из полимерных композитных материалов 145