Файл: Майзель В.С. Сварные конструкции учебник.pdf

23 м. Толщина оболочек газгольдеров обычно изменяется в пре­ делах 8—32 мм.

По нормам Госгортехнадзора пробное давление при гидравли­ ческом испытании сварных сосудов должно приниматься при ра­ бочем давлении р <1 5 атм— 1,5 р, но не менее 2 атм; при рабочем давлении р ^ 5 атм — 1,25 р, но не менее (р + 3) атм.

принимаемый: для шарового газгольдера 0,7, для цилиндричес­ кого поперек оси 0,8, а вдоль оси 0,9,

§ 44. РЕЗЕРВУАРЫ

Резервуарами называются сосуды, предназначенные для хра­ нения жидких материалов. По форме резервуары бывают: цилин­ дрические (вертикальные и горизонтальные), шаровые, каплевид­ ные, многоторовые и др.

В е р т и к а л ь н ы е ц и л и н д р и ч е с к и е р е з е р ­ в у а р ы являются весьма распространенными. Они сравнительно просты в изготовлении и достаточно экономичны. Резервуары этого типа применяются для хранения нефти.

Основными конструктивными элементами цилиндрического вертикального резервуара (рис. 9.10) являются: плоское днище, цилиндрический корпус и покрытие.

Плоское днище вертикального резервуара лежит на песчаном основании и испытывает только сжатие от давления жидкости, которое является незначительным. Поэтому его толщина опреде­

двумя угловыми швами. В районе сопряжения возникают местные напряжения, поэтому толщину крайних листов днища несколько увеличивают и принимают равной s = 8 мм.

Цилиндрический корпус резервуара является его главным ра­ бочим элементом, воспринимающим давление находящейся в нем

обвязочного уголка. Покрытие воспринимает нагрузку от веса снега, от собственного веса и веса людей, которые могут на нем находиться. Листы покрытия работают как пластинки, опертые по контуру на элементы каркаса. Нагрузка, приходящаяся на них,

толщин днища и приведенной толщины покрытия с учетом кар­ каса; [а ] — допускаемое напряжение; у— удельный вес жидкости.

Оптимальная высота больших резервуаров (до 10 000 м3) составляет около 1 2 м.

Полученное по формулам В. Г. Шухова оптимальное значение высоты резервуара следует округлить до ближайшего размера, кратного ширине листов.

Удельный расход стали в вертикальных резервуарах умень­ шается с увеличением объема резервуара. Поэтому вертикальные резервуары следует строить наибольшей емкости, возможной при данных условиях.

Расчет вертикальных цилиндрических резервуаров произво­ дится по предельному состоянию.

Формула для определения толщины стенки имеет следующий вид:

s _ пу(Н — у)г

(9.39)

mR™

где s — толщина пояса цилиндрического корпуса; Н — высота корпуса; у — расстояние нижней кромки листа от днища; п~— коэффициент перегрузки, принимаемый для гидростатического давления равным 1 ,1 ; т — коэффициент условий работы, прини­

маемый для корпуса резервуара равным 0 ,8 ; R™— расчетное сопротивление сварного стыкового шва при растяжении; у — удельный вес жидкости.

Недостатком вертикальных резервуаров является то, что несу­ щая способность верхних листов корпуса, расположенных в слабо нагруженной зоне, используется недостаточно полно.

Г о р и з о н т а л ь н ы е ц и л и н д р и ч е с к и е р е з е р ­ в у а р ы имеют несколько больший удельный расход металла (на единицу емкости) по сравнению с вертикальными цилиндри­ ческими резервуарами, но при сравнительно небольших объемах являются экономически целесообразными. Они имеют весьма ши­ рокое применение на небольших нефтебазах отдельных пред­ приятий.

Преимуществами горизонтальных цилиндрических резервуа­ ров является простота их конструктивной формы, возможность значительного повышения внутреннего избыточного давления (с целью ликвидации потерь светлых нефтепродуктов от испаре­ ния) и их габаритность, обеспечивающая возможность серийного изготовления их на заводе.

Днища горизонтальных резервуаров бывают сферическими, цилиндрическими и плоскими. Выбор типа днища зависит от ве­

личины расчетного давления, диаметра резервуара и технологи­ ческих условий. При высоких давлениях (более 2 атм) применяют­ ся сферические днища. При одинаковой толщине днища и кор­ пуса радиус сферического днища по условиям равнопрочности может быть равен диаметру корпуса резервуара.

Для снижения местных напряжений в сварном шве, прикреп­ ляющем днище к корпусу, целесообразно в штампованных дни­ щах устраивать отбортованный поясок шириной не менее 60 мм, сопрягаемый со сферой по радиусу

где г — радиус сферической части днища.

В местах передачи на оболочки сосредоточенных нагрузок необходимо устраивать кольца жесткости.

Надземные горизонтальные резервуары устанавливаются на опоры. При этом цилиндрическая оболочка резервуара под дей­

опорного горизонтального резервуара воспринимают сдвигающие усилия, передаваемые оболочкой, работающей на гидростатичес­ кое давление и реактивные давления от опор.

Расчет горизонтальных цилиндрических резервуаров (при полном заполнении жидкостью) производится по схеме балки, свободно опертой по концам, нагруженной равномерно распреде­

женных газов и весьма низкокипящих нефтепродуктов, так как в этих случаях для снижения потерь целесообразно эти легкоиспаряющиеся продукты хранить под значительным давлением. Для этих условий шаровые резервуары оказываются рентабель­ ными при емкости 400— 1000 м3.

§ 45. БУНКЕРЫ И СИЛОСЫ

Сосуды, предназначенные для хранения и перегрузки сыпучих материалов называются бункерами или силосами.

Бункер рассчитан на кратковременное хранение материалов, поэтому высота его верхней части значительно меньше, чем у си­ лоса, который рассчитан на длительное хранение материалов.

Емкость бункера и его высота являются заданными размерами. Наименьший угол наклона стенки к горизонту а не должен быть меньше угла естественного откоса сыпучего материала ср и опре­

деляется из условия

а = ф + с,

где с — 5-4-10°.

Основной нагрузкой для бункеров и силосов является давление сыпучего материала. Кроме того, они должны воспринимать соб­ ственный вес конструкции и атмосферное воздействие (снег, ветер).

Сыпучие материалы оказывают давление на стенки в вертикаль­ ном q и горизонтальном р направлениях.

Эти давления определяются для бункеров по следующим фор­

втабл. 9.4.

Та б л и ц а 9.4. Характеристика сыпучих материалов

примыкает к балкам, через которые вся его нагрузка передается на стойки, скрепленные с фундаментом (рис. 9.11).

Нижняя часть бункера — воронка — является его наиболее нагруженной частью. Обшивка воронки воспринимает нормальное давление. Расчет обшивки производится по схеме пластинки ко­ нечной жесткости, свободно опертой на контур, образованный го­ ризонтальными ребрами жесткости и пересечениями граней.

При расчете отдельных пластинок нормальное давление, при­ ходящееся на них, считают в пределах каждой шпации постоян-

Рис. 9.11. Расчетная схема бункера с плоскими стенками

ным и определяют его по среднему значению в зависимости от угла наклона граней (рис. 9.11, а, б).

Расчет ребер жесткости производится по различным схемам в зависимости от конструктивного оформления, узла сопряжения ребер пересекающихся граней (рис. 9.11, в, г).

Для малых и средних бункеров плоскости ребер жесткости располагают нормально к плоскости обшивки (рис. 9.11,6). При этом из-за трудности подгонки в узле пересечения граней ребра не свариваются между собой (рис. 9.11, узел А), поэтому узел при расчете считается шарнирным.

В этом случае ребра рассчитываются как свободно опертые балки на двух опорах, нагруженные равномерно распределенной нагрузкой. Интенсивность распределенной нагрузки определяется по среднему значению нормального давления и среднему значению размеров примыкающих участков.

Втяжелых бункерах с целью получения экономии металла узел соединения ребер выполняется жестким (рис. 9.11, узел Б). При этом для упрощения конструкции узла плоскости ребер жесткости располагаются горизонтально под некоторым углом к обшивке бункера (рис. 9.11, е).

Вэтом случае расчетная схема для ребер жесткости может быть принята в виде прямоугольной рамки с жесткими узлами.

При определении напряжений в ребрах жесткости в расчет­ ные характеристики их поперечных сечений включается прилегаю­ щий к ним поясок шириной 30s.

Прямоугольные бункеры удобны для объединения их в много­ ячейковых конструкциях, однако наличие в них большого числа элементов, работающих на изгиб, приводит к недостаточно рацио­ нальному использованию в них материала, что в наибольшей сте­ пени сказывается в случаях применения бункеров большого объема, которые поэтому более целесообразно изготовлять из оболочек.

Круглые бункеры и силосы состоят из цилиндрической верх­

ней части и конической воронки. Оболочка круглых бункеров и силосов работает почти исключительно на растяжение, и поэтому они являются более экономичными по весу, чем прямоугольные.

§ 46. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА Пример 1. Определить напряжения в сварном стыковом про­

Пример 2. Определить значения допускаемых напряжений сварного стыкового шва для различных возможных условий вы­ полнения сварки сосуда из стали марки Ст. 3.

В соответствии с формулой (9.24) имеем

[а ] = ер [а ] *.

Номинальное допускаемое напряжение выбираем исходя из гарантированных знаний предела прочности и предела текучести