Вертикальный цилиндрический резервуар для хранения нефтепродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технологический университет»

МГУПИ

Институт физико-технологический

Кафедра информационных технологий в машино- и приборостроении

Квалификация бакалавр

Дисциплина Проектирование сварных конструкций

Курсовой проект

на тему Вертикальный цилиндрический резервуар для хранения нефтепродуктов

Москва 2016

Задание на курсовой проект (работу)

резервуар прочность жесткость напряжение

1 Тема: «Вертикальный цилиндрический резервуар для хранения нефтепродуктов»

2 Срок представления проекта (работы) к защите

3 Исходные данные для разработки Емкость м³ - 15000; Удельный вес жидкости х10³ Н/м³ - керосин (7,8…8,4); Марка стали - 16ГС; Высота - 12м; m = 0,8 - коэффициент условия работы; n = 1,1 - коэффициент перезагрузки для гидростатического давления.

4 Содержание пояснительной записки:

Титульный лист

Задание

Содержание

Введение

Разделы записки:

1 Расчёт и проектирование сварной балки

2 Изготовление балок двутаврового сечения

3 Выполнение стыков балок

4 Результаты испытаний балок

5 Методы и режимы сварки

Заключение

Список использованных источников

5 Перечень графического материала:

1) Схема нагрузки балки, линии влияния, эпюры моментов и сил.

2) Чертёж - общий вид балки мостового крана.

3) Чертёж - обозначения сварных швов балки мостового крана

Введение

Резервуар для хранения нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей является конструкцией из листовых заготовок.

Основными элементами вертикально цилиндрического резервуара являются: днище, цилиндрическая часть и покрытие.

Днище резервуара находиться на бетонном или песчаном основании.

Цилиндрическая часть резервуара исполняется из отдельных поясов, сваренных в стык или в нахлёстку, в зависимости от толщины пояса.

Покрытие резервуара состоит из 15 элементов, уложенных на решетчатое перекрытие.

1. Расчет цилиндрической части резервуара

1.1 Определяем допустимые напряжения в сварном шве

Основным рабочим соединением в цилиндрической части являются продольные швы обечаек. Их прочностью определяется толщина стенок резервуара.

(1)

где

m = 0,8 - коэффициент условия работы

n = 1,1 - коэффициент перезагрузки для гидростатического давления.

R = 0,9·_т - расчетное соединение в сварном шве.

Предел текучести (_т ) для стали 16ГС = 260 МПа

тогда, R= 234 МПа

МПа

Дальнейший расчет проводим из условий

1.2 Определение внутреннего диаметра резервуара

V = (2)

где D - диаметр резервуара

D = (3)

H - высота резервуара (=12м)

V - объем резервуара (=15000м³)

D = = 39.9м ? 40 м

D принимаем ? 40 м

1.3 Определяем количество поясов цилиндрической части резервуара

Принимаем ширину листов h_л = 1,5 м B(длинна листа) = 6 м

листов (4)

где

h - высота резервуара (=12м)

листов

1.4 Определяем требуемую толщину листов каждого пояса резервуара

(5)

где

P - давление жидкости на уровне h

h - расчетная глубина погружения.

R - радиус резервуара. (=20)

j - удельный вес жидкости. (=7,8*10³ Н/м)

h - высота резервуара. (=12м)

;

h - расстояние от расчетного уровня залива жидкости до нижней кромки пояса (глубина погружения).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Результаты вычислений сводим в таблицу.

Таблица.

Номер пояса	Глубина погружения, h?, м	Расчетная глубина погружения, h, м	Давление жидкости, P, МПа	Толщина стенки,Sm,мм	Принятая толщина,S, мм
0	12	12	0,0936	9,417	10
1	12	11,7	0,09126	9,182	10
2	10,5	10,2	0,07956	8,005	9
3	9	8,7	0,06786	6,827	7
4	7,5	7,2	0,05616	5,65	6
5	6	5,7	0,04446	4,473	5
6	4,5	4,2	0,03276	3,295	4
7	3	2,7	0,02106	2,119	4
8	1,5	1,2	0,00936	0,942	4

Примечание:

P=j*h₀ =7.8*10³Н/м³*12м

1Н/м² = 1Па

=> P=93600 Па

=> P = 0,0936 МПа (1Па=10⁶МПа)

1.5 Рассчитываем напряжения в зоне сливного отверстия

(6)

где

R - радиус резервуара(=20м)

S - толщина листов пояса.(=0,01м)

h- высота пояса. (=1,5м)

d - диаметр сливного отверстия. (=0,5м)

т.к. сливное отверстие находится в первом поясе, то h = 1,5 м ;

d принимается равным 0,5 м.

т.к. у < [у] = 164 МПа, зону сливного отверстия усилить кольцом не требуется.

1.6 Вес цилиндрической части резервуара

(8)

где

L - длина пояса

h - ширина пояса (1,5м)

j - удельный вес(7600)

L = 2рR (9)

где

R- радиус резервуара (20м)

L = 2 · 3,14 · 20 = 125.6 м

Длина листов из которых монтируется цилиндрическая часть резервуара L равна 6 м.

Число целых листов в поясе k:

Длина остатка составляет 0,7 м.

Эскиз цилиндрической части резервуара

См. рис. 1(лист 1)

Общий вес цилиндрической части равен:

(10)

2. Расчет днища резервуара

2.1 Плоское днище резервуара, установленное на песчаное или бетонное основание, не несет рабочих усилий

Днище изготавливают из листов, сваренных внахлестку. В местах пересечений швов производят подшивку.

Принимаем толщину листов в средней части днища равной 6 мм, а на периферии равной 8 мм.

2.2 Определяем вес днища

(11)

Где

- толщина листов в средней части. = 6 мм

- толщина листов на периферии. = 8 мм

r=R-G (12)

где

R- радиус днища

G-ширина листа (G=а)

Размещено на http://www.allbest.ru/

а- 1000 мм

в- 1500 мм

r=16,5-1,5=15

r - радиус днища с толщиной листов r = 15 м

3. Расчет крыши резервуара

3.1 Листовое покрытие кровли рассматривается при расчёте на прочность, как пластина, опертая по контуру

Можно принять:

а = 0,5в;

тогда б =0,407

или а = в;

тогда б =0,192

Принимаем размер ячейки а = в = 1000 мм => б =0,192

1000 мм - контур на который опирается лист

3.2 Определяем нагрузку на элемент

(13)

- нагрузка от веса снега

- нагрузка от веса человека

- нагрузка от собственного веса кровли

Принимаем = 1000 Н/м , следовательно на наш элемент действует

Нагрузка от веса человека

P - вес человека ( ? 850 Н)

Нагрузка от собственного веса кровли

(14)

где

j - плотность стали 78500

S - толщина листов кровли (0,5см = 0,005м)

3.3 Определяем допустимые напряжения в пластине

(15)

где

R= 234 МПа

m - коэффициент перегрузки для силовой нагрузки на кровлю.(0,8)

n = 1,1

3.4 Определяем расчетные напряжения в пластине

(16)

где

q - общая нагрузка на кровлю

а - размер ячейки

S - толщина листов кровли

4. Расчет резервуара на прочность и жесткость

4.1 Определение веса листового покрытия резервуара

(17)

где

r - радиус кольца (см. рис. 1)

R - радиус резервуара

S - толщина листов перекрытия

j - плотность металла

Вся кровля состоит из щитов - 15 штук (рис. 2а). Каждый щит имеет свой каркас, который состоит из радиальных и поперечных балок. В качестве элемента каркаса принимаем: швеллер № 18 и уголок с размером полки 80 мм.

Принимаем размеры листа покрытия 1000 х 2000 мм. Размеры ячейки принимаются те же, что и при расчете напряжений (пункт 3.1).

4.2 Определение веса каркаса покрытия резервуара

(18)

где

Q₃- общий вес каркаса кровли и листов

Q₂- общий вес уголка

Q₁- общий вес радиальных балок

Q_кр- вес листового покрытия резервуара(323 кН)

1 метр швеллера № 18 весит 170 Н.

1 метр уголка 80 х 80 весит 95 Н.

30 - количество радиальных балок (15 щитов x 2 балки)

Длина радиальной балки: м

Длина радиальных балок: L = 15,18·30 = 455,4 м.

Общий вес радиальных балок: = L·170 = 77,5 кН.

Общая длина уголков, используемая для изготовления каркаса одного щита = 10м. Тогда на изготовление 15 щитов понадобится 150м уголка.

Общая длина уголка используется для изготовления каркаса щитов ? 150 м.

Общий вес уголка: = 150·95 = 213 кН (для всей кровли).

Вес поперечной балки: = 8,3·170 = 1,4кН · 15 = 21 кН.

Общий вес каркаса кровли и листов: Q_У = 21 + 213 + 79.2+ 323 = 636.2 кН.

4.3 Определение вертикальных нагрузок на кровлю от веса снега и людей

Снеговая нагрузка равна 981

Нагрузка от снега на кровлю площадью 853.865 равна:

= 853.865·981 = 837 кН.

Нагрузка от бригады из четырёх человек равна 3,9 кН

4.4 Определение общей нагрузки на кровлю и на одну балку каркаса

Общая нагрузка на кровлю.

(19)

где

q_c- нагрузка на кровлю от снега (837 кН)

q_s- нагрузка на кровлю от бригады из четырёх человек (3,9 кН)

q_У- общий вес каркаса кровли и листов (636.2 кН.)

= 837 + 3,9 + 636.2 = 1477.1 кН.

Нагрузка на одну балку.

кН (20)

Нагрузка на один метр составляет.

4.5 Расчет балки на прочность и жесткость

Линии влияния строгие для x = (0,1 - 0,5)l (см. рис. 3)

Построение линии влияния изгибающего момента.

(21)

где

l - длина балки 1618

q - равномерно распределенная нагрузка. (см. пункт 4.5)

q = 3,2 кН/м

	от единичной нагрузки	М от q = 3,2 кН/м
= 0 l	= 0	М = 0
= 0,1 l	= 1:15	М = 41 кН·м
= 0,2 l	= 1:26	М = 67 кН·м
= 0,3 l	= 1:34	М = 88 кН·м
= 0,4 l	= 1:38	М = 100 кН·м
= 0,5 l	=1:40	М = 115 кН·м

Построение линии влияния от поперечной силы P

 (22)

	от единичной силы	P от q = 3,2 кН/м
= 0 l	= 1:9	P = 24.848 кН
= 0,1 l	= 1:7,2	P = 19.87 кН
= 0,2 l	= 1:5,4	P = 14.9 кН
= 0,3 l	= 1:3,6	P = 9.93 кН
= 0,4 l	= 1:1,8	P = 4.96 кН
= 0,5 l	= 0	P = 0

Балка должен удовлетворять требования норм жесткости:

, (23)

где

l - длина балки.

- максимальный прогиб балки.

(24)

где

E - площадь Юнга ( )

J - момент инерции балки ( или )

;

Балка удовлетворяет нормам жесткости.

5. Расчет стойки

5.1 Нагрузка на стойку составляет около 33% всей вертикальной нагрузки

N = *0.33 кН (25)

N = 1477,1*0.33 = 487,44 кН

5.2 Расчет стойки, работающей при сжатии, производиться из условий

(26)

где

N - нагрузка на стойку .

J - площадь поперечного сечения стойки.

ц- коэффициент, зависящий от гибкости сжатого элемента.

(27)

где

l - длина стойки l = 13,1 м

r - радиус инерции поперечного сечения стойки.

 (28)

где

J - момент инерции стойки.

В качестве стойки принимаем трубу по ГОСТ 8732-78 720х9х13100

Определяем момент инерции трубы.

(29)

D - максимальный диаметр трубы 720 мм.

(30)

Площадь поперечного сечения трубы равна:

(31)

 (32)

По таблицам определяем ц.

ц(л) = 0,547

(33)

где

R- расчетное соединение в сварном шве

m- коэффициент условия работы

n- 1,1 - коэффициент перезагрузки для гидростатического давления.

6. Сборка элементов цилиндрического резервуара и монтаж резервуара в целом

6.1 Изготовление цилиндрической части

Подготовка листов начинается с правки их на многоваликовых правильных вальцах. Для сварки стыковых соединений продольные кровли листов подвергаются обработки обработке на кромкострогательном станке. Торцевые кромки, как для стыковых, так и нахлесточных соединений обрезают на гильотинных ножницах.

Листы раскладывают в определенной последовательности (рис. 1). Плотная сборка закрепляется прихватками.

Листы, собираемые нахлесточными соединениями, имеют риски, совмещаемые с рисками продольных осей поясов на настиле стенда. 1, 2, 3, пояса собираются для сварки в стык, а 4, 5, 6, 7, 8 - в нахлестку. Сборка осуществляется сварочными тракторами.

Наворачивание полотнища производят на каркас, используемый в дальнейшем в качестве конструкционного элемента, например опорную стойку.

6.2 Изготовление днища резервуара

Днище изготавливают на заводе в виде сварных полотнищ. Листы днища свариваются в стык.

На место монтажа оно доставляется в виде рулонов. После раскатки элементов днища место соединения элементов свариваются нахлестку.

6.3 Изготовления элементов перекрытия резервуара

Широкое распространение получила кровля, собираемая из отдельных, поставляемых с завода, щитов, размер которых определяется габаритом железнодорожного подвижного состава.

Порядок сборки щитов следующий:

На кондукторе вплотную к ограничителям и в притык один к другому выкладывают листы настила о соединяют их между собой прихватками.

Поверх настила кровли накладывают элементы каркаса щита, размещая их над стыками настила кровли.

Все элементы каркаса соединяют прихватками. Настил кровли прихватывают к каркасупрерывистыми швами.

6.4 Монтаж резервуар

Монтаж вертикальных цилиндрических резервуаров из рулонированных элементов -

выполняется следующим образом:

Рулон элементов днища, укладывается на подготовленное основание резервуара и раскатывается в последовательности, определяемой расположением элементов в рулоне. Полотнища соединяются между собой в нахлестку сварочным трактором под слое флюса с одной стороны.

Освобождаемая от рулона центральная стойка устанавливается в центре днища. Затем у края днища на подкладной лист в вертикальное положение становится рулон боковой стенки резервуара. Смазанная поверхность подкладного листа облегчает скольжение рулона по днищу при разворачивание, осуществляемом лебедкой или трактором с помощью троса.

По мере разворота кромка рулона прижимается к упорам и прихватывается. Элементы кровли также устанавливаются по мере разворота, закрепляя верхнюю кромку развернутой части боковой стенки.

Последним заворачивается монтажный стык боковой стенки.

7. Выбор методов и режимов сварки

При производстве рулонных заготовок, где имеет место большая протяженность швов, а также предъявляются повышенные требования к их качеству, целесообразно применять автоматическую сварку под флюсом . В случае коротких и криволинейных швов можно применять полуавтоматическую сварку.

Автоматическую сварку полотнищ на рулонной установке производят сварочным трактором.

Применяем флюс АН - 348 А, ОСЦ - 45.

Сварку днища с цилиндрической производят ручной дуговой сваркой.

Режимы механизированной сварки под флюсом стыковых швов.

Толщина Стенки, мм	Диаметр проволоки, мм	Напряжение дуги, В	Ток, А	Скорость сварки, м/час
		Переменный ток, В	Постоянный ток, В
8	4	28 - 30	26 - 30	500 - 600	48 - 50
9	4	32 - 34	28 - 32	650 - 700	48 - 50
10	5	34 - 38	30 - 34	700 - 750	28 - 30

Режимы механизированной сварки нахлесточных швов.

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Напряжение дуги, В	Сила тока, А	Скорость сварки, м/час
		Постоянный ток, В	Переменный ток, В
4	2	26 - 28	28 - 30	250 - 350	48 - 50
5	2	26 - 28	28 - 30	400 - 450	48 - 50
6	2	26 - 28	28 - 30	400 - 450	48 - 50

При сборке щитов перекрытия резервуара используется автоматическая сварка под слоем флюса (толщина 5 мм) и ручная дуговая сварка покрытыми электродами (для сборки элементов каркаса). Прихватки также осуществляются ручной дуговой сваркой (; )

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1

Рис. 2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3

Размещено на Allbest.ru

...