Расчет стенки вертикального резервуара

Расчет конструкций резервуара и, в частности, определение толщины его стенки по поясам ведется по предельному состоянию. Поскольку стенка резервуара работает главным образом на растяжение, то расчет последнего по предельному состоянию сводится в основном к введению в расчетные формулы дифференцированных коэффициентов безопасности (коэффициентов запаса), т. е. коэффициента перегрузки n и коэффициента условий работы m. Введение этих коэффициентов (различных для разных элементов конструкции) позволяет увеличивать или уменьшать запас прочности того или иного элемента в зависимости от его назначения и вида действующей на него нагрузки. Это, в свою очередь, позволяет более рационально использовать материала и его несущую способность и, следовательно, более экономично его расходовать.

Напряжения в цилиндрической оболочке определяют по формуле:

(3)

Толщина стенки

(4)

Если использовать запись не в напряжениях, а в усилиях, то получим

N_p ≤ N_пр,

где N_p – расчетное усилие в оболочке,

N_{p =} р∙r, (5)

N_пр – предельное усилие в оболочке,

N_{пр =} δ∙σ. (6)

 

Расшифруем значения усилий: давление р складываетсяизгидростатического давления и избыточного давления в газовом пространстве резервуара. Таким образом, с учетом коэффициентов перегрузки

р = n₁×r×g×(H–x)+n₂×p_изб, (7)

где p_изб – избыточное давление.

Расчетное усилие:

N_p =[n₁×r×(H–x)+n₂×p_изб]×r, (8)

где r – радиус резервуара.

Величина предельного (или предельно допустимого) усилия

N_пр=m×R×d_i, (9)

где m – коэффициент условий работы (для стенки резервуара m = 0,8);

R – расчетное сопротивление материала стенки;

d_i – толщина рассчитываемого пояса.

Подставив значение усилий в выражение (1), получим:

[n₁×r×(H–x)+n₂×p_изб]∙r ≤ m×R×d_i

или

(10)

Значение х в формуле (2) обычно берут для первого пояса - 30 см, для остальных поясов - равным высоте всех поясов, предшествующих рассчитываемому (снизу).

Данные для расчета: H = 18000, d = 60700 мм, материал стенки 09Г2С, расчетное сопротивление стали R =290 МПа, коэффициент условий работы m = 0,8, стенка состоит из восьми поясов, высота пояса 2250 мм, r = 0,0009 кг/см³, r_изб = 0.

Решение

Поскольку нижний край стенки упруго защемлен (сварен) с днищем, то для первого пояса x = 30 см, а не 0, как можно было предположить. Подставим данные для первого пояса в формулу (2). Величину g принимаем равной 10.

d = [1,1´9´10²´10(18,00–0,30)+1,2´2´10³]´30,35/0,8´290´10⁶=0,0232 м или d = 2,32 см

Аналогично этому подсчитываем толщину остальных поясов. Результаты расчета стенки для всех поясов сведены в таблицу, в которой принимаемые величины толщин поясов получены округлением результатов расчета.

Толщины поясов имеют завышенную величину для обеспечения запаса устойчивости.

Таблица 6 - Результаты расчета стенки резервуара по поясам

Пояса	Высота, мм	Толщина стенки, мм	Кольцевое усилие N1, H/см	Радиальное перемещение ∆r, мм
расчетная	принятая
I		23,2			7,7
II		20,7			10,0
III		17,8			11,6
IV		14,9			11,8
V		12,0			9,5
VI		9,1		8815,0	8,1
VII		6,1		6108,3	7,5
VIII		3,2		3982,6	4,9

3.3 Расчет нижнего узла резервуара объемом 50000 м³

Исходные данные: толщина первого пояса стенки δ = 28 мм, толщина окрайков днища δ_окр=16 мм; масса стенки G_ст = 506,421 т; плотность нефтепродукта ρ=9×10^-4кг/см³.

 

Расчет плавающей крыши

Для создания плавучести плавающей крыши прежде всего необходимо определить объем погруженной части понтонного кольца крыши, обеспечивающий достаточную для плавания выталкивающую силу. Условие плавания крыши можно записать так:

где G - масса крыши;

ρ - плотность жидкости;

V - объем погруженной части понтонного кольца.

 

Расчет плавучести производят на воду и на нефтепродукт, т. е. в расчет вводят плотность воды ρ_в и плотность нефти или нефтепродукта ρ_н.

Распределенную нагрузку q, действующую на крыша, можно определить по формуле

где G_{н.к .} - и G_ст - масса соответственно крыши и одной стойки;

n - число стоек;

r - радиус крыши.

 

Прогиб крыши под действием нагрузки q будет

где D - цилиндрическая жесткость

х - текущая координата радиуса с началом в центре крыши.

 

Максимальный прогиб крыши будет (при х = 0)

(11)

или при коэффициенте Пуассона μ=0,3 (для стали)

(12)

где δ - толщина крыши.

Конструктивный прогиб для стока воды к водоприемникам

f_k = 0,01 r

Таким образом, суммарный прогиб

Нагрузка на опорную стойку для понтонного кольца приближенно

где G_n.к - масса понтонного кольца;

n_п.к - число стоек под кольцом.

 

Напряжения в стойке

где F_ст - площадь поперечного сечения стойки;

- коэффициент запаса устойчивости (для стоек под понтонным кольцом определяют с коэффициентом приведенной длины).

 

Задавшись величиной местного прогиба крыши, можно определить расстояние между стойками. Обозначим расстояние между концентрическими окружностями, по которым размещены стойки, а. Тогда прогиб между ними будет:

где - толщина крыши;

N_к - нагрузка на одну стойку.

В среднем расстояние между стойками в радиальном и кольцевом направлениях (по хорде) принимают равным 1000 , не более, округляя эту величину до ближайшего целого (по числу стоек).