1.3. Расчет и конструирование сварной конструкции.

1.3.1. Изображаем расчетную схему нагрузки резервуара с учетом задания на проектирование, заполнить таблицу 1.3.1.

Таблица 1.3.1

Исходные данные для проектирования

V объём резервуара; м3	Po давление в резервуаре над поверхностью жидкости; кПа	g удельный вес (плотность) хранимой жидкости. кг/см3.
5000	2	0,0009

1.3.2. Конструирование и проверочный расчет стенки

Конструктивное исполнение резервуаров и их элементов рекомендуется принимать по таблице 1.3.2.1 .

Геометрические размеры резервуара назначают по рекомендациям табли-

цы 1.3.2.2 исходя из объема хранимой жидкости V. Например, для резервуара объе-

мом V = 20000 м³ по таблице 1.3.2.2 принимаем номинальную высоту резервуара

Н ном = 16 м.

Конструктивное исполнение резервуаров Таблица 1.3.2.1

Объем резер– вуара, м 3	Днище	Стенка		Крыша				Лестница
	полисто- вое	рулон- ная	полисто- вое	сфери- ческая	каркас- ная	плаваю- щая	кольце- вая		шахт- ная	марше- вая
2000	+	+	+	+	+	-	+		+	-
3000	+	+	+	+	+	-	+		+	-
5000	+	-	+	+	+	-	+		-	+
10 000	+	-	+	+	-	-	+		-	+
20 000	+	-	+	+	-	-	+		-	+
30 000	+	-	+	+	-	-	+		-	+

При назначении высоты стенки и диаметра резервуара учитывают условие кратности высоты резервуара ширине листов, а длины окружности – длине листов.

Наиболее часто в резервуарах применяют листы размерами 1500 × 6000; 1800 × 8000; 2000 × 8000 мм. С учетом обработки кромок листов путем обрезки на гильотинных ножницах или строжкой на 10 мм на кромкострогательных станках высоту резервуаров следует принимать кратной 1490, 1790 или 1990 мм в зависимости от принятого типоразмера листов, а длину окружности – крат-

ной, соответственно, 5990 или 7990 мм. При необходимости разрешается принимать длину окружности кратной половине длины листов. С учетом обработки кромок листа при дальнейших расчетах принимаются следующие его размеры: 1990 × 7990 мм. Соответственно количество поясов в резервуаре будет равно восьми ( 8 N п ). Точная высота резервуара Н = 1990 . 8 = 15920 мм.

Радиус резервуара определяется из формулы для объема цилиндра

V = π * r² * H

r = = = 20002 мм

где r – радиус резервуара, м;

Н – высота стенки резервуара, м.

Таблица 1.3.2.2 – Объемы резервуаров рекомендуемого параметрического ряда, м 3

Высота стенки, м	Внутренний диаметр стенки, м
	4,73	6,63	7,58	8,53	10,43	12,33	15,18	18,98	20,92	22,80	28,50	34,20	39,90	45,60	50,70	55,80	60,70	66,00	71,10
6,0	105	207	271	343	513	716	1086	1698	2062	2450	–	–	–	–	–	–	–	–	–
7,5	132	259	338	429	641	896	1357	2122	2578	3062	–	–	–	–	–	–	–	–	–
9,0	158	311	406	514	769	1075	1629	2546	3094	3675	–	–	–	–	–	–	–	–	–
10,5	185	362	474	600	897	1254	1900	2971	3609	4287	–	–	–	–	–	–	–	–	–
12,0	211	414	542	686	1025	1433	2172	3395	4125	4899	7655	11 024	15 004	19 598	24 226	29 345	34 726	41 054	47 644
13,5	237	466	609	771	1153	1612	2443	3820	4640	5512	8612	12 402	16 880	22 047	27 255	33 014	39 066	46 186	53 600
14,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	8931	12 861	17 505	22 864	28 264	34 236	40 513	47 897	–
15,0	264	518	677	857	1282	1791	2715	4244	5156	6124	9569	13 779	18 755	24 497	30 283	36 682	43 407	51 318	–
16,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	10 207	14 698	20 006	26 130	32 302	39 127	46 301	–	–
16,5	290	570	745	943	1410	1970	2986	4668	5671	6737	10 526	15 157	20 631	26 947	33 311	40 350	47 748	–	–
18,0	316	621	812	1029	1538	2149	3258	5093	6187	7349	11 483	16 535	22 507	29 396	36 339	44 018	52 088	–	–
19,5	343	673	880	1114	1666	2328	3529	5517	6703	7961	12 440	17 913	24 382	31 846	39 368	47 686	–	–	–
20,0	351	690	903	1143	1709	2388	3620	5659	6875	8166	12 759	18 373	25 007	32 663	40 377	48 909	–	–	–
21,0	369	725	948	1200	1794	2507	3801	5942	7218	8574	13 397	19 291	26 258	34 296	42 396	51 354	–	–	–
22,0	387	760	993	1257	1880	2627	3982	6225	7562	8982	14 035	20 210	27 508	35 929	44 415	–	–	–	–
23,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	14 673	21 129	28 758	37 562	46 434	–	–	–	–
24,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	15 311	22 047	30 009	39 195	48 453	–	–	–	–
25,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	15 948	22 966	31 259	40 828	50 471	–	–	–	–

Периметр резервуара L_п и число листов в поясе л N_л

L_п = 2 * π * r = 2*3.14*20002 = 125613 мм

N_л = = = 15,7

где L – длина листа пояса резервуара, мм.

Предпочтительней округлять число листов в поясе до целого или выбирать последний лист равным половине длины листа.

Принимаем число листов в поясе N_{л. пр} = 16 . Тогда принятый периметр резервуара L_{п. пр}

L_{п. пр} = L * N_{л. пр} = 7990*16=127840 мм

а окончательный радиус

r_пр = = = 20346 мм

Уточненный объем резервуара

V_пр = π * r_пр² * H =3,14*20,346²*15,920=20704 м³

Основной нагрузкой для стенки вертикального цилиндрического резервуара (рис. 5) является внутреннее давление Р (сумма гидростатического давления жидкости и давления паровоздушной смеси).

Рис. 5. Гидростатическое давление жидкости

и избыточное давление паровоздушной смеси:

₁ – меридиальные напряжения; ₂ – кольцевые напряжения,

по которым рассчитывается толщина стенки резервуара

Давление в нижней кромке рассчитываемого пояса резервуара, расположенного на расстоянии х от днища резервуара, равно:

P_x = _g(h – x)_fж + P_o_fг,

где х – расстояние от днища резервуара до нижней кромки рассчитываемого пояса резервуара.

Расчетная точка, в которой определяется толщина металла, лежит на 300 мм выше нижней кромки рассчитываемого поясного листа

P_x = _g(h – x–300)_fж + P_o_fг . (2)

Кольцевое растягивающее напряжение на уровне х равно

.

Расчетным параметром является толщина стенки резервуара

,

Или с учётом выражения (2):

. (3)

где

P_o – давление в резервуаре над поверхностью жидкости;

P_x – давление на расстоянии х от днища;

R_wy – расчетное сопротивление растяжению металла стыковых швов;

_c – коэффициент условий работы; _c = 0,8

_fж – коэффициент надежности по нагрузке от давления жидкости; _fж = 1,1

_fг – коэффициент надежности по нагрузке от давления газов над поверхностью жидкости; _fг = 1,15

_g – удельный вес (плотность) хранимой жидкости.

Вычисленное значение толщины пояса резервуара округляют до ближайшего большего значения толщины листа по сортаменту стали (толщины пояса должна быть не меньше минимально допустимой см. таблицу 4) . Аналогично рассчитывают толщины остальных поясов резервуара.

Результаты расчета записать в таблицу 5.

Из выбранных листов в дальнейшем сваривают боковую стенку вертикального цилиндрического резервуара.

Таблица 4 – Минимально допустимая толщина листов стенки резервуара

Диаметр резервуара, м	Минимально допустимая тощина листов стенки, мм
До 15 включ.	5
Св. 15 до 25	6
Св. 25 до 40	8
Св. 40 до 65	10

Таблица 5 Принятая толщина листов поясов стенки резервуара

№ пояса	Расстояние от верха резервуара, мм		Давление жидкости на расчетном уровне (х – 300)	Суммарное давление на расчетном уровне, кН/см	Расчетная толщина пояса, мм (при Rwy, МПа)		Принятая толщина листа t, мм	Напряжение в поясе , МПа
	до низа пояса	до расчетного уровня х			225	191
12
11
10
….
5
4
3
2
1

1.3.3. Расчет и конструирование днища

Днища резервуаров испытывают незначительные напряжения от давления жидкости, поэтому толщину их принимают по технологическим соображениям удобства и надежности выполнения сварных соединений и сопротивляемости коррозии.

Днище резервуара состоит из четного числа полотен (для возможности создания уклона), каждое из которых обычно не превышает 12 м по ширине [1, 2]. Полотна сваривают из листов размерами 1500х6000 мм или 2000х8000 мм толщиной 5 мм при вместимости до 10 000 м³ и толщиной 6 мм при больших объемах (рис. 6).

Рис. 6. Днища резервуаров вместимостью 5000 м³ (слева) и 10 000 м³ (справа):

r – внутренний радиус резервуара; r_ок – радиус кольца окраек

1.3.4. Расчет и конструирование крыши

Щитовую коническую крышу применяют в резервуарах низкого давления с избыточным внутренним давлением в газовой подушке до 2 кПа (200 мм вод. ст.) и вакуумом до 0,25 кПа (25 мм вод. ст.). Листы крыши толщиной 2,5...3 мм крепят на каркас щита с напуском с одной стороны на ширину нахлестки

Схема щитовой крыши: 1 – щиты; 2 – центральное кольцо; 3 – стенка резервуара

Сферические крыши (купола) оказываются экономически оправданы для резервуаров вместимостью более 5000 м³. Это могут быть ребристые, ребристо-кольцевые или сетчатые купола.

В типовых проектах резервуаров в основном применяют ребристо-кольцевые купола, состоящие из системы радиальных ребер, связанных кольцевыми элементами и стальной обшивкой толщиной 2,5...4 мм.

Рис. 14. Геометрическая схема щита сферического ребристо-кольцевого покрытия: 1 – стенка резервуара; 2 – опорное кольцо; 3 – радиальные элементы; 4 – промежуточное кольцо; 5 – центральное кольцо

1.3.5. Определение веса резервуара

Вес резервуара, кг

Q_р = Qдн + Qст + Qкр

где

Q_р - вес резервуара, кг

Qдн – вес днища, кг

Qст – вес стенки, кг

Qкр – вес крыши, кг

Qдн = кг

Qст = + + … + кг

Qкр = кг

где

r – принятый радиус резервуара, см

Sдн – толщина днища, см

Н_л – ширина листа пояса, см

Sст₁ , Sст₁ , ….. Sст_n , - принятая толщина листов поясов стенки резервуара, см

ρ– плотность металла, принятая для углеродистых и низколегированных сталей равной 7,85 г/см3;