Проектирование сварных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Резервуар (фр. rйservoir) происходит от слова «резерв» (фр. Rйserve от лат. reservare -- сберегать, сохранять). Представляет собой герметично закрываемый или открытый, стационарный сосуд, наполняемый жидким или газообразным веществом. Резервуары подразделяются по расположению на наземные, подземные (включая заглубленные резервуары) и подводные; по материалам, из которых изготовляются, -- на металлические (из сталей, цветных металлов и их сплавов), железобетонные, каменные, земляные (амбары), деревянные, стеклопластиковые, пластмассовые, резинотканевые; по величине избыточного давления -- на резервуары низкого (Р=0,002 МПа), повышенного (0,002<Р<0,067 МПа), высокого (Р>0,067 МПа) давления; по форме оболочки -- на вертикальные и горизонтальные цилиндрические резервуары, каплевидные резервуары, шаровые резервуары, прямоугольные; по состоянию хранимого продукта -- для маловязких нефтей и нефтепродуктов (применяются также резервуары с гибкими разделительными оболочками -- мембранами для хранения нескольких нефтепродуктов в одном нефтяном резервуаре), для высоковязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов, требующих подогрева, для сжиженных газов; по способу установки -- стационарные и передвижные.

Наземные резервуары сооружаются главным образом из стали и железобетона. Последние изготовляются из рулонных заготовок корпуса и днища резервуара, свариваемых на специализированных заводах и доставляемых к месту монтажа в свёрнутом виде, или из готовых элементов (сборные резервуары, а также нефтяные резервуары большого объёма), полистовым способом из отдельных листов, свариваемых на монтажной площадке.

Для обеспечения нормальной эксплуатации нефтяные резервуары снабжаются технологическим оборудованием: дыхательной аппаратурой, предохранительной арматурой (кроме резервуаров с плавающими крышами), приёмно-раздаточными патрубками, люками-лазами, замерными люками, приборами для отбора проб и измерения уровня нефтепродукта и температуры, средствами молниезащиты и защиты от статического электричества, устройствами по предотвращению образования отложений в резервуарах. Резервуары для хранения вязких нефтепродуктов дополнительно оборудуются подогревательными устройствами, подъёмными трубами.

Целью данного курсового проекта является выработка навыков расчета конструкции резервуаров, выбор материалов и технических устройств обеспечения.

Задачей курсового проекта является расчет вертикального цилиндрического резервуара для хранения дизельного топлива объемом 700м³.

1. Назначение, описание конструкции и условие работы резервуара

Данный резервуар предназначен для хранения дизельного топлива. В нефтяной промышленности значительное распространение получили так называемые резервуары вертикальные стальные (РВС)конструкции Шухова.

Резервуар Шухова -- цилиндрическое хранилище из листов стали для нефти, нефтепродуктови других жидкостей высотой и диаметром более трёх метров, с тонким днищем напесчаной подушке и ступенчатой толщиной стенок, отличающееся минимальными затратами стали при заданном объёме. Типовые резервуары разработаны для нефтепродуктов объемом 100-5000 . Основными расчетными конструктивными элементами наземного резервуара являются стенка (корпус) и покрытие. Днище испытывает только сжатие от давления жидкости и назначается обычно по конструктивным соображениям из листов толщиной не менее 4 мм, по периметру опирания стенки предусмотрены листы толщиной 8 мм (окрайковый лист).

Толщина стенки резервуара определяется по расчету на прочность и назначается не менее 4 мм. По высоте резервуара листы стенки можно располагать встык (при толщине 6 мм и более), телескопически и ступенчато. В настоящем проекте принят последний вариант. В типовых резервуарах вместимостью до 5000 все листы стенки и днища приняты размером 1500х6000 мм независимо от их толщины.

Покрытие резервуаров выполняется коническим, висячим (в опытном порядке), сферическим и сфероцилиндрическим. При выборе типа покрытия учитываются назначение и условия эксплуатации резервуара. Если преобладают нагрузки, действующие сверху вниз (масса покрытия и теплоизоляции, снег, вакуум, аппаратура и оборудование на покрытии), то применяется коническое или сферическое покрытие; если преобладают нагрузки, действующие снизу вверх (внутреннее избыточное давление паровоздушной смеси), то применяется, как правило, сфероцилиндрическое покрытие. В данном проекте принято коническое покрытие.

Оборудование резервуара, включающее арматуру и приспособления для заполнения и выпуска жидкости, предохранительные клапаны, лестницы, лазы, световые и замерные люки и т. д., располагаются в соответствующих местах на корпусе и крыше резервуара. Центральная стойка (трубчатая или решетчатая) предусматривается в висячих покрытиях и из сборных щитов; в коническом покрытии по фермам или балкам стойка является монтажным элементом.

Центральная и опорные стойки резервуара служат для крепления и удержания крыши резервуара. Нагрузка распределяется с крыши через ферму на стойки, центральная стойка воспринимает примерно 33% всей нагрузки, действующей на крышу. Выполняются трубчатого сечения из различных литейных профилей с помощью сварки или из полых труб круглого сечения. Так же чтобы избежать изгибов и повреждений стенки в верхнем поясе, на который опирается крыша, усиливают ребрами жёсткости. Пояс, к которому крепится опорная стойка, усиливается дополнительным поясом чтобы тот мог воспринимать нагрузку опоры без опасности разрушения. Крыша резервуара выполняется с уклоном около 5⁰ для того чтобы на ней не накапливались осадки, создающие дополнительные нагрузки. Дно так же делается с уклоном. Так все примеси, попавшие в резервуар с нефтью, такие как: глина, песок и т.д., соберутся осадком у самого основания стенок, что позволит потом легко устранить их. Лестницы, лазы и т.п. служит для технического обслуживания резервуара. Так, например, предохранительный клапан спасает от повреждения резервуар в случае изменения внутреннего давления, связанного с протечкой резервуара.

Наиболее распространены стальные вертикальные цилиндрические нефтяные резервуары, которые предназначены для эксплуатации в районах с ветровой нагрузкой до 980 Па, снеговой нагрузкой до 1960 Па и температурой до -65°С. Большинство нефтей и нефтепродуктов имеют при температуре 37,8°С давление насыщенных паров до 2,67*10⁴ Па. Бензины и нефти имеют давление насыщенных паров до 0,067 МПа.

2. Обоснование и выбор материала металлоконструкции

Резервуары предназначены для хранения дорогостоящих и важных для народного хозяйства продуктов.

В связи с этим для резервуаров необходимо применять стали, имеющие высокие прочностные характеристики (предел текучести, химический состав, надежную свариваемость, хорошую сопротивляемость хрупкому разрушению при низких температурах, достаточную ударную вязкость и низкое значение порога хладноломкости). Наиболее рационально использовать резервуары из мартеновских сталей марокВСт2сп, ВСт2пс, ВСт2кп, ВСт3сп, ВСт3пс, ВСт3кп, а также низколегированных сталей таких как 14ГС, 10Г2С, 09Г2С.

В зависимости от назначения сталь поставляется по 3 группам:

А - по механическим свойствам;

Б - по химическому составу;

В- по механическим свойствам и химическому составу.

Поскольку для несущих строительных конструкций необходимо обеспечить прочность и устойчивость, а также подлежащее сопротивление хрупкому разрушению и динамическим воздействием сталь для этих конструкций заказывается по группе В.

Спокойная сталь более устойчива к хрупкому разрушению и очень дорога по производству. Кипящая сталь, несмотря на свою не большую стоимость не предназначена для несущих элементов сварных конструкций (склонна к трещинам).

Чтобы обеспечить экономичность требуется выбирать стали балансирующую между относительной дешевизной и приемлемыми физико-химическими свойствами, для резервуаров это сталь марок ВСт3сп.

Исходя из этих условий и того, что резервуар планируется эксплуатировать на территории карагандинской области со средним снеговым загружением и температурными нагрузками, выбирается сталь ВСт3сп (корпус, ферма, стойки, днище, ребра жесткости и т.д.).

Из данной стали изготовляется как резервуар, так и арматура ограждения, лестницы.

Для эксплуатации резервуара объемом достаточны химические и механические свойства стали ВСт3сп.

Химический состав и механические свойства приведены ниже в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Механические свойства углеродистой стали ВСт3сп. [13]

Сталь	ГОСТ стали			ц,%	KCU, Дж/см2
					+20є	-20є	после механического старения
ВСт3сп	380-94	480	245	26	78	39	39

Таблица 2. Химический состав стали, %. [13]

C, %	Si, %	Mn, %	Ni, %	S, %	P, %	Cr, %	Cu, %	As, %
0,14 - 0,22	0,12 - 0,3	0,4 - 0,65	До 0,3	До 0,05	До 0,04	До 0,3	До 0,3	0,08

2.1 Проверка стали на свариваемость и разрезаемость

Так как во время сварки, под воздействием выделяющейся энергии, в свариваемом металле проходят термохимические и металлургические процессы, приводящие к образованию трещин и нежелательной закалки, то необходимом проверять металл на свариваемость и разрезаемость.

Свариваемостью - называется способность металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, металл шва которого имел бы механические свойства, и сопротивлялся образованию трещин, близкие к основному металлу. Ориентировочным количественным показателем свариваемости стали известного химического состава является эквивалентное содержание углерода, которое определяется по следующей формуле [8]:

, (2.1)

где вместо символов химических элементов будут внесены минимальные значения в процентах, взятых из таблицы 2.

Сэ = 0.25% - хорошо свариваются без образования закалочных структур в зоне шва;

Сэ = 0.25-0.35% - удовлетворительно свариваются и в определенных условиях требуют предподогрев;

Сэ = 0.36-0.45% - склонны к трещинообразованию, требуют предподогрев;

Сэ> 0.45% - плохо свариваются, весьма склонны к закалке и трещинам, требуют при сварке подогрев, специальных технологических приемов и термообработки.

Определим свариваемость сталипо формуле 2.1(по минимальным процентным содержаниям химических элементов в стали Вст3сп):

Разрезаемость- способность материала подвергаться кислородной резке.

Способность стали сопротивляться термовоздействию и образованию трещин от газовой разделительной резки оценивается по химическому составу металла, пользуясь формулой эквивалента углерода (по минимальным процентным содержаниям химических элементов в стали Вст3сп):

(2.2)

где вместо символов химических элементов будут внесены минимальные значения в процентах, взятых из таблицы 2.

Выводы: сталь марки ВСт3сп удовлетворительно сваривается и в определенных условиях требует предподогрев, хорошо режется в любых условиях и не требует термообработки. Таким образом, она является подходящим материалом для сооружения вертикального цилиндрического резервуара.

3. Определение оптимальных размеров резервуара

Наиболее выгодное соотношение между высотой резервуара H и диаметром D (по данным академика В.Г. Шухова) при заданном объеме устанавливается следующими двумя правилами: 1) резервуар с переменной толщиной стенки имеет минимальный вес, если объем стали в днище и покрытии равен стали в стенке; 2) резервуар с постоянной толщиной стенки имеет наименьший вес при условии, что объем стали в днище и покрытии в 2 раза меньше объема стали в стенке. Исходя из этих условий, была выведена формула на выгоднейшей высоты такого резервуара по первому предельному состоянию:

(3.2)

Но на практике для сооружения резервуара объёмом до 5000 м включительно сооружают с постоянной толщиной стенок. Поэтому для определения оптимальной высоты резервуара при заданном объёме используется формула:

(3.3)

где m - коэффициент условий работы корпуса резервуара, m=0,8;

- расчетное сопротивление сварного шва на срез, =2100 кгс/см

- сумма толщины днища и приведённой (с учётом толщины каркаса кровли) толщины покрытия , см;

- удельный вес нефтепродукта, кг/см³, = 9;

n - коэффициент перегрузки для гидростатического давления, n = 1,1;

= + (см).

Толщина днища принимается конструктивно, в зависимости от ёмкости резервуара, в пределах 4 - 8 мм, приведённая толщина покрытия - в пределах 3-6 мм.

Принимается = 5 мм. = 4 мм, тогда:

= 0.5+0.4=0,9 (см).

Тогда при расчете по первому предельному состоянию оптимальная высота резервуара составит:

По правилам проектирования принимается для резервуаров объемом отношение . Конструктивно принимается .

При определении числа поясов резервуара считается, что корпус сваривается из стандартной резервуарной стали с размерами листа 15006000.

Тогда число поясов «n» определится:

, (3.3)

.

Конструктивно принимается 6 пояса.

Но так как ферма не должна касаться жидкости, то принимаем высоту жидкости равной 8,54м.

Количество поясов принимается равным 6. Тогда Н_р=9000мм.

Диаметр D основания цилиндрического резервуара определится:



Конструктивно принимаем

Для окончательного определения высоты резервуара, вычислим высоту уровня жидкости в резервуаре. Это требуется для обеспечения для «сухого «варианта эксплуатации фермы. Вычисляется высота жидкости из соображений, что в резервуаре хранится дизельное топливо в объеме 700 м, расчет ведется через массу:

(3.4)

где: - удельный вес, =910² кг/м³;

кг.

Тогда из условия: , а с другой стороны объем можно определить из соотношения: . Тогда отсюда следует:

, (3.5)

м.

Таким образом, высота жидкости равна 6 м.

Общая высота резервуара -Н=7000мм.

Внутренний диаметр резервуара -D = 12000 мм

Проверим значение отношения высоты к диаметру резервуара:

H/D = 7000/12000 ?1/2. (3.6)

3.1 Расчет корпуса резервуара и днища

Расчет стенки резервуара выполняется из условия обеспечения прочности (по первой группе предельных состояний). Расчетная схема стенки корпуса резервуара показана на рисунке 2. По высоте резервуара стенка состоит из 6 поясов высотой по 1500 мм. Расчетное сечение каждого пояса располагается на 300 мм выше его нижней кромки, т.е. в сечении, где не учитывается влияние кольцевых швов смежного пояса.

Толщина листа пояса резервуара определится по известной формуле:

см, (3.8)

где: - расчетное сопротивление сварного шва встык на растяжение, для Ст3сп

n₁- коэффициент перегрузки для гидростатического давления, n₁= 1,1;

n₂ - коэффициент перегрузки для избыточного давления аэровоздушной смеси, n₂=1.15;

m- коэффициент условий работы корпуса резервуара, m = 0,8;

г - удельный вес нефтепродукта, кг/ см³. г = 9*10^-4кг/см³;

Р - избыточное давление в паровоздушном пространстве резервуара, кгс/см²,Р=0,02 кг/ см² (давление пара испаряющейся жидкости)

R- внутренний радиус резервуара, см;

h- расстояние от высшего уровня жидкости до расчетного уровня пояса (согласно условия гидравлического давления на пояс равнодействующая сила G приложена на высоте на 300 мм выше нижней кромки каждого пояса).

Результаты расчета толщин поясов сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Результаты расчета толщин поясов корпуса резервуара

N пояса	Расстояние от высшего уровня жидкости	Расчетная толщина листа, мм	Принимаемая толщина листа, мм
	До низа пояса(h),см
I	700	2,4	4
II	520	2,1	4
III	340	2,2	4
IV	160	2,1	4
V			Конструктивно принимаем = 4

Расчет толщины поясов:

Пояс первый:

Пояс второй:

Пояс третий:

Пояс четвертый:

Вывод: Поскольку расчет дает слишком большой разброс толщин стенок поясов, то принимается конструктивно толщина поясов (I-V) сваренных внахлест 4 мм.

3.2 Расчет центральной стойки

Стойками называют элементы конструкции, работающие преимущественно на сжатие и продольный изгиб.

При расчете стойки необходимо обеспечитьее прочность и устойчивость. Обеспечение устойчивости достигается путем правильного подбора сечения стойки.

Принимается расчетная схема центральной стойки при расчете на вертикальную нагрузку, как шарнирно закрепленной по концам, так как внизу и вверху приваривается сваркой (см. рисунок 3).

Центральная стойка воспринимает 33% полного веса перекрытия.

Полный вес перекрытия N, кг определится: включающим вес снега, ветровая нагрузка, нагрузка от теплоизоляции, нагрузка от веса каркаса покрытия, нагрузка от вакуума.

N = R²g,. (3.9)

где g- суммарная равномерно-распределенная нагрузка, кг/м²;

R - внутренний радиус резервуара, м.

Полный вес перекрытия складывается из следующих видов нагрузок:

1. Снеговая нагрузка, g₁. Принимается g₁=100 кг/м².;

2. Нагрузка от теплоизоляции, g₂. Принимается g₂ =45кг/м²;

3. Ветровая нагрузка, g₃. Принимается g₃=40кг/м²;

4. Нагрузка от веса каркаса покрытия, g₄. Принимается g₄=100 кг/м²

5. С учетом установленной аппаратуры, g₅. Принимается g₅ = 25кг/м²

6. Нагрузка от вакуума, g₆. Принимается g₆=45кг/м².

Тогда:

(3.10)

А полный вес перекрытия N, кг:



Вычисляется усилие, воспринимаемое стойкой:

(3.11)

Определяется требуемая площадь сечения стойки по следующей формуле:

, см², (3.12)

где: N- полный вес перекрытия, кг;

=1600 кгс/см², для стали ВСт3сп;

- коэффициент продольного изгиба конструктивно принимается =0,45.

По ГОСТ 8732-75 конструктивно выбирается труба с наружным диаметром D_h =21см, внутренним диаметром d_b=18 см и толщиной стенки 1,5см, что допустимо так как полость трубы будет заполнена бетоном.

Площадь сечения трубы, F:

. (3.13)

Определяется момент инерции профиля (J), радиус инерции (r). Соответственно:

J =см⁴, (3.14)

где - геометрические характеристики сечения.

Радиус инерции:

r=, см, (3.15)

где J- момент инерции профиля;

F- площадь требуемого сечения.

Гибкость:

, (3.16)

.

Определяется напряжение в стойке, по формуле:

, кгс/см (3.17)

При этом по таблицам приложения 17 (А. Н. Серенко) принимается = 0,34

3.3 Расчет прочности базы стойки

Расчетное давление Р на фундамент определяется:

Р= Р' + Р_ст +Р_бс, кг, (3.18)

Р_ст=F L г, кг, (3.19)

Р_бс=L г_б, кг, (3.20)

где: Р'-усилие вертикальной стойки Р'= 5885,6 кг;

Р_ст- весстойки, кг;

г - удельный вес стали.г =7,85*10^-3 кг/.

Р_бс - весбетона залитого в стойку стойки, кг;

г_б-удельный вес бетона марки.г_б =2,4*10^-3 кг/.

Требуемая площадь плиты башмака при допускаемом давлении на песчаное основание [у]_ф =2 кг/см²:

F (3.21)

Принимается плита со сторонами: аЧb =0,65Ч0,65 м.Распределенная нагрузка, q на 1 см плиты определится:

(3.22)

Расчетный изгибающий момент, М:

. (3.23)

Расчетный момент сопротивления, W:

(3.24)

Толщина плиты д:

(3.25)

Принимается толщина плиты д =20 мм. [1,11]

4. Статический расчет полуфермы перекрытия

4.1 Геометрические параметры полуфермы

Перед определением усилий в стержнях фермы, необходимо найти геометрические параметры фермы, такие как углы при раскосах, длины всех стержней, угол наклона стержня.

Определяется величинаh, из соображений:

; (4.1)

Тогда:

Уклон верхнего пояса i=:

;

Расстояние между стержнями фермы принимается равным , а расстояние 1М соответственно . Тогда:

Треугольники подобны (по третьей теореме подобия). Из этого следует, что:



Треугольники подобны (по третьей теоремеподобия), следовательно:

;

.

Стержни верхнего пояса:

Из треугольника находится угол :

.

Стержни нижнего пояса:



Найдем угол через углыи:

Из треугольника :

Из треугольника :

.

Из треугольника :

4.2 Расчет усилий в стержнях фермы

Усилия, действующие на стойки, определяются по формуле:

(4.2)

где q - суммарная равномерно распределенная нагрузка, кг/м². q = 355 кг/м²

F - площадь действия нагрузки, м². F=b•d (b- расстояние между опорными точками полуферм и прогонов на стенку резервуара, d- расстояние между центрами стержней верхнего пояса)

Определим опорные реакции полуфермы составив уравнения моментов относительно точек опор.

Составим уравнение суммы моментов относительно точки 1, для того чтобы определить реакцию в опоре В:

УM₁=0,

.

Составим уравнение суммы моментов относительно точки 3' для того чтобы определить реакцию в опоре A:

УM_3'=0,

.

Расчет стержней выполняется методом РОЗУ. Суть метода состоит в том, что делается сечение, которое делит ферму на две части. После того как сделано сечение отбрасывается та часть, где расположено больше всего сил. Усилия в стержнях направляем в сторону сечения. Относительно точек, образованных попарным пересечением стержней, находим моменты всех усилий.

Сечение I-I:

Рассечем по I-Iи отбросим правую часть. Составим уравнение суммы моментов относительно точки 2', чтобы определить усилие S₁₂:

Тогда усилие S₁₂:

Составим уравнение суммы моментов относительно точки 2, чтобы определить усилие S_12':

Сечение II-II:

Рассечем по II-IIи отбросим левую часть. Составим уравнение суммы моментов относительно точки 2', чтобы определить усилие S₃₂:

Усилие S₃₂:

Составим уравнение суммы моментов относительно точки 1, чтобы определить усилие S_32':

Найдем 1Т:

Усилие S_32':

Составим уравнение суммы моментов относительно точки 3, чтобы определить усилие S_3'2':

Усилие S_3'2':

Найдем усилия в стойках 22' и 33', для этого вырежем узел в точке 2 и в точке 3' (см. рисунок 1, рисунок 2). Затем спроектируем все силы на ось Yи составим уравнение суммы проекций всех сил, действующих в узлах.

Рисунок 1 - Узел 2.

Усилие S_22':

Рисунок 2 - Узел 3'.

Усилие S_3'3:

Все полученные значения длин и напряжений в стержнях приведены в таблице 4

Таблица 4. Расчетные значения длин и усилий стержней

Группа стержней	Обозначение стержней	Усилие в стержне, т	Длинна стержня, м
Верхний пояс	12	-1,48	2,51
	23	-1,48	1,31
Нижний пояс	12'	1,56	2,47
	2'3'	0	1,73
Раскосы	2'3	2,11	1,86
Стойки	22'	2,15	1,25
	33'	-1,42	2

5. Конструктивный расчет полуфермы перекрытия

Подбор сечений во всех элементах полуфермы производим из условия их прочности и устойчивости.

5.1 Подбор сечения верхнего пояса

Сечение пояса выбирается по условию в наиболее нагруженном стержне 32. . Конструктивно принимается сечение верхнего пояса из двух уголков 45x45x4 мм (см. рисунок 8).. Минимальный радиус инерции для двух уголков r_x=1,38 см.

Расчетная длина стержня (стрежень жестко закреплен с обоих концов) :

(5.1)

Гибкость элемента л определится:

, (5.2)

При этом по таблицам приложения 17 (А. Н. Серенко) принимается ц =0,654.

Максимальное напряжение в верхнем поясе определится:

(5.3)



5.2 Подбор сечения нижнего пояса

Сечение пояса подбирается по условию в наиболее нагруженном стержне , равному .

Сечение всего нижнего пояса принимается из двух уголков 45x45x4 мм(см. рисунок 9).см². Минимальный радиус инерции для двух уголков r_x = 1.38см.Расчетная длина Lp растянутого стержня нижнего пояса полуфермы определится (стержень жестко закреплен с обоих концов) :

Максимальное напряжение в нижнем поясе определится:

5.3 Подбор сечения раскоса

Сечение раскоса подбирается по стержню ,

Сечение раскоса принимается из двух уголков 45x45x4м (см. рисунок 10). см².Минимальный радиус инерции для двух уголков r_x=1.38см.Расчетная длина Lpрастянутого стержня раскоса полуфермы определится (стрежень закреплен жестко):

Максимальное напряжение в раскосе определится:

5.4 Подбор сечения стойки

Сечение стоек выбирается по усилию стержня , Сечение стойки принимается из двух уголков 45x45x4. Площадь сечения см². Радиус инерции r_x = 1,38см. Расчетная длина стержня определится:

Максимальное напряжение в стойке определится:

Таким образом, при конструировании полуфермы перекрытия используется следующий сортамент проката:

- уголок равнобокий 45x45x4 - верхний пояс;

- уголок равнобокий 45x45x4- нижний пояс;

- уголок равнобокий 45x45x4 - стойки, раскосы.

Как видно из подбора сечения вся ферма выполняется из одного вида уголков, что существенно облегчает ее изготовление и металлоемкость.

6. Расчет сварных соединений

6.1 Опорный узел центральной стойки

Требуемая длина угловых швов прикрепления ребер жесткости в центральной стойке вертикальными швами, (рисунок 9) определится из условия, что принято четыре ребра жесткости при катете шва 4 мм

(6.1)

где [ф]' - допускаемое касательное напряжение для сварного шва (1600*0,65)

Аналогично определяется длина горизонтальных швов, прикрепляющих ребра жесткости к опорной плите стойки.

Принимается конструктивно длину вертикальных швов (длина ребер жесткости) равной 250 мм, длину горизонтальных швов - 120 мм.

Принимается 8 швов, общая длина 1220 мм.

6.2 Узел соединения корпуса резервуара с днищем

Соединение цилиндрической части резервуара с днищем является ответственным элементом конструкции. В месте соединения возникает изгибающий момент М, зависящий от толщины вертикальной стенки и днища, коэффициента жесткости основания и от длины участка листа днища (консоли), выступающей за стенку резервуара (рисунок 12).

Момент, возникающий в месте соединения на 1 погонный сантиметр длины окружности, определяется по формуле:

 (6.2)

Где М -максимальный изгибающий момент в сопряжении цилиндрической части с днищем на единицу длины, кгс;

г - плотность хранимой жидкости, кгс/см³;

Н - расстояние от уровня залива жидкости до низа расчетного пояса, см;

R-радиус резервуара, см;

д- толщина листа нижнего пояса, см.

Напряжение от краевого момента в сварных швах :

(6.3)

гдесм²- момент сопротивления единицы длины двух угловых швов;

К=0,6 см- катет углового шва, соединяющий стенку с днищем.

(6.4)

6.3 Узел сопряжения нижнего пояса полуфермы перекрытия

Для определения длины сварных швов, прикрепляющих фасонку с нижним поясом, используется уравнение:

а) усилиеТ_г, сдвигающее фасонку (косынку - прокладку) в горизонтальном направлении:

 (6.5)

б) касательное напряжение в швах от этого усилия определится:

(6.6)

где К= 0,4см;

= 20 ммпринимаем конструктивно;

в) усилие, сдвигающее прокладку в вертикальном положенииТв:

(6.7)

г) касательные напряжения от этого усилия определятся:

(6.8)

(6.9)

6.4 Расчет швов крепления раскоса

Расчетная длина швов определится:

(6.10)

Принимаем L_Ф=100 мм, из которых:

70 мм - длина обушковых швов и 30 мм - длина перовых.

Катет шва принимаем равный 4.

Тогда напряжение в швах раскоса определится:

(6.11)

6.5 Расчет швов крепления стойки

Расчетная длина швов определится:

(6.10)

Принимаем L_Ф=80 мм, из которых:

56 мм - длина обушковых швов и 24 мм - длина перовых.

Катет шва принимаем равный 4.

Напряжение в швах стойки определится:

6.6 Опорный узел фермы

Расчетная длина швов определится по формуле:

; (6.12)

Т.к. имеется 4 крепления трубы к стенке, длина шва каждого крепления равна:

7. Технологическое оборудование резервуара

В технологическое оборудование вертикального резервуара входит:

- люк световой;

- люк лаз;

- замерный люк;

- вентиляционный патрубок;

- приемо-раздаточные патрубки;

- подогреватели.

Люк световой устанавливается на крыше резервуара над хлопушкой, монтируемой на приемно-раздаточном патрубке. К внутренней стороне люка крепится запасной трос хлопушки на случай отказа в работе управления хлопушкой. Диаметр люка 500 мм. Служит для проветривания и освещения резервуара при ремонте. [12]

Люк-лаз устанавливается на нижнем поясе резервуара. Диаметр люка 500 мм. Люк-лаз крепится на болтах к обечайке, которая вваривается в корпус резервуара. Конструкция люка рассчитана на наибольшее гидростатическое давление. Между фланцем обечайки и люком устанавливается прокладка. Служит для проветривания и проникновения внутрь резервуара при его ремонте или зачистке.

Замерный люк устанавливается на крышке резервуара и предназначается для замера уровня продукта и отбора проб. Люк монтируется на патрубке с фланцем, который установлен на крыше резервуара. Диаметр люка 150 - 200 мм. Крышка крепится к замерному люку откидным болтом с маховиком. На внутренней стороне горловины люка нанесена риска с цифрами (высотный трафарет резервуара), которые показывают полную высоту резервуара. Для точности замера внутри люка расположена направляющая колодка (из мягкого металла), по которой спускается замерная лента с лотом. [12]

Вентиляционный патрубок устанавливается в центре покрытия резервуара, предназначается для пропуска воздуха в резервуар при сливе продукта и выпуска его при наливе и сбросе избыточного давления до 0,2 МПа. Диаметр патрубка принимается равным диаметру подводящего трубопровода. Вентиляционные отверстия патрубка затянуты медной сеткой. Сифонный кран устанавливается на нижнем поясе резервуара и предназначается для спуска отстоявшейся воды из хранимого продукта. Кран состоит из трубы, пропущенной через сальник в резервуар, где труба имеет изогнутое колено. На наружном конце трубы монтируется сальниковый кран. При помощи рукоятки кран может занимать три положения: а) для спуска воды, б) нерабочее положение, в) для промывки крана. Для резервуара вместимостью до 5000 м³ кран имеет диаметр 50 мм, для резервуаров большей вместимости - 80 мм. [12]

Приемно-раздаточные патрубки монтируются на первом поясе резервуаров в количестве одного - двух в зависимости от операций по закачке и сливу продуктов. Патрубки ввариваются в корпус резервуара и усиливаются воротником. С наружной стороны к патрубку присоединяется задвижка, и затем внутрибазовые коммуникации. На внутреннем конце крепится шарнир подъемной трубы или хлопушка. Размеры патрубка берутся по расчету. Через приемно-раздаточный патрубок осуществляются все операции по приему и выдаче продукта. Подъемная труба соединяется с приемно-раздаточным патрубком при помощи шарнира. Ее устанавливают для отбора нефти и нефтепродуктов с верхних слоев, где он наиболее чист и имеет меньшую вязкость. Размеры трубы принимаются по ГОСТ 3849-47. Шарнир трубы чугунный, состоит из двух отливок (два колена), соединяемых между собой в. вертикальной плоскости. Лебедку для вертикального перемещения трубы крепят к стенке резервуара, грузоподъемность ее 500 - 1000 кгс. [12, 14]

Подогреватели предназначены для снижения вязкости темных продуктов. Они могут быть секционные, состоящие из труб d<50 мм, соединенных коллектором. Отдельные секции соединяются в ветвь, ветви располагаются на днище симметрично подъемной трубе. Ввод пара и вывод конденсата решается для каждой ветки самостоятельно. Ветви устанавливаются на специальных опорах, позволяющих менять их высоту и таким образом обеспечивать необходимый уклон для вывода конденсата. Подогреватели могут быть и змеевикового типа, змеевики устанавливаются на специальных стеллажах

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта, были подробно рассмотрены основные части цилиндрического резервуара. Расчетным путем были определены размеры корпуса, днища и центральной стойки. Выполнен статический расчёт полуфермы, определенны геометрические параметры полуфермы. Так же были рассмотрены несколько способов расчета сварных ферм, позволяющих в дальнейшем использовать их в ходе производственных практик. Подробно выполнен расчет сварных соединений: опорных узлов центральной стойки, узлов соединения корпуса и резервуара с днищем, узлы сопряжения нижнего пояса полуфермы перекрытия, расчёт швов крепления раскоса и опорный узел фермы.

При работе над курсовым проектом были выяснены особенности устройства резервуара, правила его использования и построения.

Данная работа позволила выяснить все проблемы в области проблем строительства резервуаров и пути их решения.

резервуар металлоконструкция сварной стойка

Список использованной литературы

1.Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование. Под ред. Академика Г.А. Николаева. -М: ВШ.,1990,446 с.

2.Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций. Учебное пособие для машиностроительных вузов -М: ВШ,1971, 760 с.

3.Расчет сварных соединений и конструкций. Примеры и задачи. Серенко А.Н. и др., -К: ВШ, 1977,336 с.

4.Муханов К.К. Металлические конструкции. Изд-е 3-е исправленное и дополненное. - М: Стройиздат, 1978,575с.

5.Проектирование металлических конструкций. Специальный курс. Учебное пособие для Вузов (В. В. Бирюлов и др.). - Л: Стройиздат 1990,432 с.

6.Майзель В.С., Навротский Д.И. Сварные конструкции. Учебник для техникумов. - Л: Машиностроение, 1973, 304 с.

7.Блинов А.Н., Лялин К.В. Сварные конструкции. Учебник для техникумов. - М: Стройиздат. 1990, 353 с.

8.Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах. Том3. Под редакцией В.А. Винокурова. -М: Машиностроение, 1979,567с.

9.Серенко А.Н., Крумбольд М.Н., Багрянский К.В. Расчет сварных соединений и конструкций, Примеры и задачи. Под ред. к.т.н А.Н Серенко А.Н.-К.: ВШ, 1972, 223 с.

10.Куркин С.Д., Ховов В.М., Рябчук А.М. Технология, механизация и автоматизация сварных конструкций. Атлас -М.: Машиностроение,1989,326с.

11.Лессиг Е.Н., Лилеев А.Ф., Соколов А.Г. Листовые металлические конструкции-М.: Изд-во пл строительству,1970,488 с.

12.Сооружение газохранилищ и нефтебаз. Учебник. под ред. Стулов Т.Т. - М.: ”Недра”, 360 с.

13.Марочник сталей и сплавов. Справочник под ред. Сорокина В.Г.

14.Металлические конструкции. Учебник для вузов. Под общей редакцией Беленя Е.И. - М. Cтройиздат, 1986,-560 с.

15.Серенко А.Н., Крумбольдт М.Н, Багрянский К.В. Расчет сварных соединений и конструкций. Примеры и задачи. - Киев. Вища школа, 1977.

16. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций. - М.:Cтройиздат, 1991. - 431 с.

Размещено на Allbest.ru

...