Сварочное производство

Введение 

       Листовыми конструкциями называют емкостные  конструкции, состоящие из металлических листов и предназначенные для хранения или транспортирования жидкостей, газов и сыпучих материалов. Они занимают особое место среди всего многообразия металлических конструкций. Для листовых конструкций характерно двухосное напряженное состояние, а в местах сопряжения различных оболочек, расположения колец жесткости, примыкания к днищам возникают местные напряжения, называемые краевым эффектом. Нормы проектирования не требуют обязательной проверки листовых конструкций на напряжения в зонах краевого эффекта. Однако в ответственных случаях необходимо учитывать повышенный уровень напряжений в этих зонах.

       Для листовых конструкций характерно двухосное  напряженное состояние, а в местах сопряжения оболочек, у колец жесткостей и т.п. – наличие местных изгибающих моментов, называемых краевым эффектом. Сварные швы листовых конструкций должны быть прочноплотными. При конструировании листовых конструкций необходимо предусматривать индустриальные методы их изготовления и монтажа путем применения:

       - лент и листов больших размеров;

       - способа рулонирования, изготовления  заготовок в виде скорлуп и  др.;

       - раскроя, обеспечивающего минимальное  количество отходов;

       - минимального количества сварных  швов, выполняемых на монтаже.

       Среди многообразия листовых конструкций  можно выделить по принципу единой методики расчета и конструирования  цилиндрические резервуары и газгольдеры (низкого давления), которые имеют широкое распространение из-за простоты изготовления и монтажа.

       В зависимости от свойств хранимой жидкости, режима эксплуатации и климатических  особенностей района строительства  определяется форма, и тип резервуара Широкое распространение получили вертикальные и горизонтальные цилиндрические резервуары. Вертикальные резервуары со стационарной крышей в большинстве своем являются сосудами низкого давления с избыточным давлением в паровоздушной зоне до 2 кПа (200 мм водяного столба и вакуумом до 0,25 кПа). Эти резервуары просты в изготовлении и монтаже, экономичны по расходу металла.

       Круглая форма в плане вертикальных резервуаров  и газгольдеров вызывает необходимость  конструирования покрытий над ними в виде куполов (реже висячих систем). По своей конструкции купола бывают ребристыми, ребристо-кольцевыми и сетчатыми. Наиболее приемлемыми куполами для рассматриваемых сооружений являются ребристо-кольцевые и сетчатые. Чаще всего применяются ребристо-кольцевые купола, собираемые из криволинейных трапециевидных стальных щитов.

       В общем случае сбор нагрузок и расчет купола представляют достаточно сложную  задачу даже с применением ЭВМ.

       Исходные данные 

       Спроектировать  цилиндрический резервуар со сферической  крышей и плоским днищем для хранения нефтепродуктов.

       Хранимая  жидкость    – нефть;

       плотность,    – 0,92;

       объем,      – 2200;

       избыточное  давление,  – 0,25;

       местонахождение   – Харьков. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1 Общая часть

       1.1 Описание конструкции  и ее назначение 

       До  восьмидесятых годов прошлого века нефть и нефтепродукты хранили  в открытых земляных ямах и амбарах, не обеспечивающих их сохранность и  пожарную безопасность.

       Хранение  нефти и нефтепродуктов в стальных резервуарах стало возможным после того как была найдена их рациональная конструктивная форма, обеспечивающая при наименьшей затрате материалов быстроту и дешевизну изготовления и монтажа резервуаров. Эта задача была решена В.Г.Шуховым.

       Для успешного осуществления строительства  резервуарных парков должны применяться новые, прогрессивные методы индустриального изготовления и монтажа конструкций.

       Основными элементами вертикального резервуара являются боковая стенка, кровля и днище. Днище в большинстве случаев плоское, корпус цилиндрический. Такая форма рациональна с точки зрения прочности и возможности изготовления ее с наименьшим расходом металла.

       Проектируемый резервуар имеет плоское днище  и сферическую крышу, и предназначен для хранения нефти в Харькове объемом 2200 . 

       1.2 Выбор и обоснование  материала 

       При выборе материала для листовых конструкций  необходимо учитывать его физико-химические свойства, условия эксплуатации, технологии изготовления и монтажа конструкций и местоположения.

       Исходя  из технико-экономических требований и климатических условий местоположения резервуара г. Харьков , хранимая жидкость – нефть не является агрессивной, назначаем низкоуглеродистую сталь Ст3пс ГОСТ 380-2005. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       2 Расчетная часть

       2.1 Определение основных  геометрических параметров  конструкции

  2.1.1 Определяем генеральные размеры резервуара 

       При проектировании резервуара ориентируемся  на индустриальный метод изготовления, т.е. метод рулонирования, что предопределяет последовательность определения генеральных размеров. Высоту резервуара, являющуюся на этапе рулонирования шириной стенда для рулонирования, задаем, а диаметр резервуара определим исходя из его объема.

       Оптимальное с позиции расхода металла соотношение между высотой h резервуара и его диаметром D определяется условием, что масса металла в днище и покрытии равна массе металла в цилиндрической части. При этом для объектов объемом до 10000 – h/D = 0,8…0,35.

       Высоту  резервуара выбираем 10,5 м, что при недоливе 0,81 м позволяет получить требуемый объем. В результате получаем D = 17 м.  

 

       2.1.2 Определение гидростатического давления в каждом поясе 

       Гидростатическое  давление определяют на высоте 300 мм от нижнего края каждого пояса. По высоте резервуара стенка состоит из семи поясов. 

(по ф.13.1 ист.1) 

       Пример  расчета для первого пояса 

 МПа 

       Избыточное  давление 

 МПа 

       Максимальное давление в резервуаре 

 МПа 

       Результаты  расчета для остальных поясов приведены в таблице 1. 
 

       2.1.3 Определение требуемой толщины листа обечайки 

       Требуемую толщину листа обечайки определяем по формуле 

(по ф. 13.5 ист. 1),

где R – радиус резервуара в сечениях на расстоянии 300 мм от нижней кромки

      пояса рассчитываемой обечайки;

      R=8,5 м;

     P – давление. 

(по ф. 13.6 ист.1) 

       Для резервуаров из стали Ст3, сваренных  электродами Э42, при использовании физических методов контроля швов расчетное сопротивление МПа, m = 0,8 – коэффициент условий работы, n = 1,1 – коэффициент надежности для гидравлического давления жидкости. 

 МПа 

       Пример  расчета для первого пояса 

 

       Результаты  расчета для остальных поясов приведены в таблице 1.

       Исходя  из требуемой толщины листа обечайки назначаем толщину листов обечаек S. Значения S приведены в таблице 1. 

       Таблица 1 – Определение толщины S поясов резервуара 

 

       2.1.4 Расчет на прочность  пояса стенки резервуара 

       По  безмоментной теории оболочка рассматривается  как гибкая, учитывающая лишь мембранные напряжения. Основными рабочими соединениями являются продольные швы обечаек. Их прочностью определяется толщина стенок резервуара. Расчет оболочек производится как тонкостенных безмоментных систем по формулам Лапласа. Игнорирование изгибающим моментам объясняется малой толщиной оболочек.

       Определим напряжения в вырезанном из обечайки кольце шириной, равной единице. Рассечем кольцо плоскостью и приложим в месте разреза силы 

,

где – напряжение в кольце;

       s – толщина кольца. 

       Условие статического равновесия полукольца 

(по ф. 13.2 ист.1),

       откуда

 (по ф. 13.3 ист.1)

 

       Напряжение  в кольце 

 

       При P = 0,1 МПа и S = 8 мм 

 МПа 

       Из  условий прочности напряжение должно быть 

106,25 МПа < 152,73 МПа 

       Условие прочности выполняется.

       2.2 Расчет кровли 

       Делим кровлю на 19 одинаковых секторов, каждый из которых имеет угол при вершине  .

       Расчет  конструкции перекрытия ведется  на два типа нагрузок: временную  и постоянную. Постоянная – собственный вес конструкции.

       Для покрытия используется листовой металл толщиной 3 мм. Вес одного сегмента и его площадь определялись при помощи программного комплекса Kompas-3D, рисунок 1 

 

Рисунок 1 – Сегмент кровли 

       

       К этому следует прибавить  кг уголка и двутавра.