Проект стального цилиндрического резервуара

Санкт-Петербургский Государственный

Архитектурно-Строительный Университет

Кафедра металлических конструкций

и испытаний сооружений

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему

Проектирование вертикального

цилиндрического резервуара для нефтепродуктов

Проект выполнил:

Санкт-Петербург

2000г

пункт 1 .1 Определение геометрических размеров резервуара

Обьем резервуара V_ЗАД =3400 м³ , что больше 2000 м³ , таким образом оптимальную высоту резервуара определим по следующей формуле:

где

g _с1 =0 .8 – коэффициент условий работы

g _f2 =1.1 - коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления

R_wy =2450 кг /с м ² -расчетное сопротивление сварного стыкового шва (R_wy =R_y ) для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)

D =1.1 см - приведенная толщина стенки и кровли ( V=3400 м³ )

r =0 .000 7 5 кг /с м³ - обьемный вес жидкости (бензин)

Принимаем предварительно максимальную высоту стенки резервуара h _ст =16 .16 м , используем листы размером 2*8 м

N _листов = h _ст /h _листа =16.16 /1.99=8.12 шт

Округляем количество листов по высоте до 8 шт . тогда окончательная высота стенки составит H _оконч = 15 .92 м

Определяем радиус резервуара r₂ :

Определяем длину рулона

L_р =2* p *r₂ +0.2=2*3.14*8.25+0.2=52.01 м

Определяем количество листов в рулоне

L _р /l _листа =52 .01/7.99=6.51 шт

Принимаем 6.75 шт , тогда L _Р =6 .75*7.99=53.93 м , и уточняем значение радиуса резервуара r₂

r₂ =L _Р -0.2/2* p =(53.93-0.2)/(2*3.14)=8.56 м

Табл .1 Генеральные размеры резервуара

V, м3	H ст , м	r2 , м	H/D	L стенки , м
3662	1.99*8=15.92	8.56	0.92	53.73

cтр .2

Пункт 1 .2 Определение толщины стенки резервуара .

Рис.1

Таблица 2 . Определение толщины стенки резервуара

Номер сечения i	Высота столба жидкости yi , м	r*gf2* yi кПа	Pизб* gf3 кПа	(2)+(3), кПа	t выч , cм	t прння-тое , мм	t оконч , мм	Марка стали
0	1	2	3	4	5	6	7	8
1	15 ,92	131 , 34	26 ,4	157,74	0,69	7	Вст3сп5-1
2	13 , 93	114 , 92	26 ,4	141,32	0,62	7	Вст3сп5-1
3	11 , 94	98 , 50	26 ,4	124,9	0,55	6	Вст3сп5-1
4	9 , 95	82 , 08	26 ,4	108,48	0,47	5	Вст3сп5-1
5	7 , 96	65,67	26 ,4	92,07	0,40	4	Вст3сп5-1
6	5 , 97	49 , 25	26 ,4	75,65	0,33	4	Вст3сп5-1
7	3 , 98	32 , 83	26 ,4	59,23	0,26	4	Вст3сп5-1
8	1,99	16 , 41	26 ,4	42,81	0,19	4	Вст3сп5-1

Требуемая толщина стенки резервуара определяется по формуле :

где

r =0,75 т / м³ обьемный вес бензина

g _f2 =1,1 коэффициент надежности по нагрузке для жидкости

P _изб =2 , 2* 1 =2,2 т / м² Избыточное давление паров бензина , соответствующее

2200 мм вод . ст олба

g _f3 =1,2 коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления

^r ₂ =8,56 м

R_wy =2450 кг /с м ² -расчетное сопротивление сварного стыкового шва (R_wy =R_y ) для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)

g _с1 =0 .8 – коэффициент условий работы стенки резервуара

стр.3

Пункт1.3 Расчет стенки резервура на устойчивость

Определение критических напряжений:

а) мередиональных ( s _cr1 )

где с-коэффициент принимаемый по отнощению r₂ /t_min =856/0.4=2140; c=0.07

E=2*10⁶ кг/см²

t_min =4 мм=0.4 см

б) кольцевых ( s _cr2 )

E=2*10⁶ кг/см²

t_cр =(4*4+2*7+6+5)/8 мм=5,125 см

h=H_ст -0.33h_var =1592-0.33*796=1329,32 см

h_var =1.99*4=796 см

Сбор продольных сжимающих нагрузок

· P₂ =(P_ВАК * g _F3 +q_В *с₂ * g _F4 )*n_c =(0.01*1.2+0.006*0.5*1.4)*0.9= 0,01458 кг

· s ₂ =P₂ *r₂ /t_min = 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см²

P_ВАК =100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см² g _F3 =1.2

q_В =0.6 кПа =0.006 кг/см² (V район по ветру) с₂ =0.5 g _F4 =1.4 n_c =0.9

Сбор кольцевых сжимающих нагрузок

· P₁ =g_кров * g _F1 +(P_снег * g _F5 +P_вак * g _F3 -q_В *с₁ * g _F1 )*n_c =0.0039*1.1+

+(1.6*0.007+0.01*1.2-0.006*0.952*0.9)*0.9= 0,0205кг

P_ВАК =100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см² g _F3 =1.2

g_кровли =(0.35-0.30)/(5000-3000)*3662+0.3=0,39 кН/м_­­­­ ² =0.0039 кг/см² g _F1 =1.1

P_снег = 0.7 кПа=0.007 кг/см² (II снеговой район) g _F5 =1.6

q_В =0.6 кПа=0.006 кг/см² (V район по ветру)

с₁ =0.6*H/D+0.4=0.6*0.92+0.4=0,952 g ‘_F4 =0.9 4

· s ₁ =P₁ *r₂ /2t_ст + g _F1 * r *b*n_поясов = 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см²

r =7.85 т / м³ =7850кг / м³ =7850 /(100*100*100)= 0,00785 кг / см³

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s 1/ s cr1+ s 2/ s cr2 <= g c2=1

28.80/68.69+31.20/10.90= 0,41+ 2,86= 3.27>1

Требуется установка ребер (колец) жесткости. Устанавливаем одно ребро жесткости на отметке 7.96м (середина высоты резервуара), тогда ;

s cr1=68.69 кг/см²

s ₁ =P₁ *r₂ /2t_ст + g _F1 * r *b*n_поясов = 0.0298*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см²

s ₂ =P₂ *r₂ /t_min = 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см²

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s 1/ s cr1+ s 2/ s cr2 <= g c2=1

28.80/68.69+31.20/12.55= 0,41+ 2,48=2.85>1

Требуется установка дополнителных ребер (колец) жесткости. Устанавливаем два кольца жесткости на отметках 5.97м и 9.95 м , тогда ;

s cr1=68.69 кг/см²

s ₁ =P₁ *r₂ /2t_ст + g _F1 * r *b*n_поясов = 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*3= 26,62 кг/см²

s ₂ =P₂ *r₂ /t_min = 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см²

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s 1/ s cr1+ s 2/ s cr2 <= g c2=1

26.62/68.69+31.20/16.73= 0,39+ 1,86=2.25>1

Требуется установка дополнителных ребер (колец) жесткости. Устанавливаем три кольца жесткости на отметках 3.98 м и 7.96 и 11.94 м , тогда ;

s cr1=68.69 кг/см²

s ₁ =P₁ *r₂ /2t_ст + g _F1 * r *b*n_поясов = 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*2= 25,06 кг/см²

s ₂ =P₂ *r₂ /t_min = 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см²

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s 1/ s cr1+ s 2/ s cr2 <= g c2=1

25.06/68.69+31.20/25.09= 0,36+ 1,24=1.6>1

Увеличиваем толщину листов верхней части стенки до 5 мм, тогда;

где с-коэффициент принимаемый по отнощению r₂ /t_min =856/0.5= 1712; c=0.07

s ₁ =P₁ *r₂ /2t_ст + g _F1 * r *b*n_поясов = 0.0205*856/2*0,5+1.1*0.00785*199*2= 20.67 кг/см²

s ₂ =P₂ *r₂ /t_min = 0,01458*856/0.5= 24,96 кг/см²

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s 1/ s cr1+ s 2/ s cr2 <= g c2=1

20.67/85.86+24.96/35.07= 0,24+ 0.71=0.95<1

Условие устойчивости выполняется следовательно оставляем текущую конструкцию стенки резервуара:

1,2,3,4,5 листы сверху приняты толщиной 5мм, 6лист -6мм, 7,8 листы -7 мм.

Установлены три кольца жесткости на отметках 3.98 м и 7.96 и

11.94 м

Расчет сопряжения стенки с днищем

M_Y =0.1*p*r² *t _ст

P= r * g _f2 *H+P _изб * g _f3

P=0.00075*1.1*1592+0.22*1.2=1.57 кг/см²

M_Y =0.1*1.57*856*0.7= 94,1 кг*см

кг/см²

для резервуаров высокого давления необходимо учитывать растягивающие усилия от P изб и ветровой нагрузки s ₁

p₁ =( P _изб * g _f3 + g _f4 *с₁ *q_в )n_c g _f1 ^’ *g _кр - g _f1 ^’ *g _ст

p₁ =( 0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0 ,244-0,00371= 0,241

s ₁ =P₁ *r² _/ 2t_ст - g _f1 ^’ *g _кр - g _f1 ^’ *g _ст =0.241*856/2*0.7-0.95*0.00785*199*8=

= 147,35- 8,31= 139,04 кг/см²

Суммарное напряжение s _s

s _s = s _M + s ₁ =1152.24-139.04= 1013,2 кг/см² <R_Y * g _C =2450*0.8= 1960 кг/см²

Принимаем крепление стенки к днищу двумя угловыми швами

Условие прочности сварного шва по металлу шва :

Сварку ведем полуавтоматическим способом , с применением сварочной проволоки Св-08А с R_wun =4200 кг/см²

R_wf =0.55 R_wun / g _wm =0.55*4200/1.25= 1848 кг/см²

1) Катет шва принимаем k_f = 5мм ; b _f =0.7

W_f =( b _f *k_f )² /6=(0.7*0.5)² /6= 0.0204 см³

2445,41 кг/см² < 1848*1*1 кг/см²

2) Катет шва принимаем k_f = 6мм ; b _f =0.7

W_f =( b _f *k_f )² /6=(0.7*0.6)² /6= 0,0294 см³

1716,20 кг/см² <1848*1*1 кг/см²

Условие прочности металла шва выполняется

Производим поверку крепления стенки к днищу на отрыв :

R_th =0.5*R_un / g _wm =0.5*2500/1.05= 1190,48 кг/см²

1716,20 кг/см² > R_th * g _c = 1190,48 кг/см²

Условие не выполняется следовательно увеличиваем катет шва k_f = 7мм

W_f =( b _f *k_f )² /6=(0.7*0.7)² /6= 0,0400 см³

1275,56 кг/см² > R_th * g _c = 1190,48 кг/см²

Условие не выполняется следовательно увеличиваем стенку до 8 мм

И катет шва до k_f = 8мм

M_Y =0.1*p*r² *t _ст

M_Y =0.1*1.57*856*0.8= 107,51 кг*см

p₁ =( P _изб * g _f3 + g _f4 *с₁ *q_в )n_c- g _f1 ^’ *g _кр - g _f1 ^’ *g _ст

p₁ =( 0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0 ,244-0,00371= 0,241

s ₁ =P₁ *r² _/ 2t_ст - g _f1 ^’ *g _кр - g _f1 ^’ *g _ст =0.241*856/2*0.8-0.95*0.00785*199*8*0.8=

= 147,35- 8,31= 139,04 кг/см² 128,935- 9,50= 119,44 кг/см²

W_f =( b _f *k_f )² /6=(0.7*0.8)² /6= 0,0523 см³

1113,13 кг/см² < R_th * g _c = 1190,48 кг/см²

Условие прочности выполняется следовательно окончательно принимаем толщину нижнего листа стенки резервуара 8 мм и катет шва k_f = 8мм

Расчет анкерного крепления стенки

Подъемная сила N _п будет равна

N_П =g_f3 *P_изб *p*r² =1.2*0.22*3.14*856² = 607409 кг

Удерживающая сила N _уд

N_уд =g_f1 (g_кровли +g_стенки +g_{окрайков} )=0.9(8973+47027+1827,2)= 52045 кг

g_кровли =0.0039*p*r² =0.0039*3.14*856² = 8973 кг

g_стенки =0.007*7850*0.01*15.92*2*p*r= 47027 кг

g_{окрайков} =0.2* g_днища =0.2*9136= 1827,2 кг

g_днища =t_днища *p*(r+5)² ₌ 0.5*3.14*(861)² *0.00785= 9136 кг

N _{анкерн.болтов} = N_П - N_уд =607409-52045= 555364 кг

Количество анкерных болтов при установке их через 1510 см

(10 град.) равно 36 штук

Усилие на один болт

N_{анк.болта} =N_{анк.болт.общ} /n_болтов =555364/36= 15427 кг

Применяем болты нормальной точности из стали марки Вст3кп2

с расчетным сопротивлением стали растяжению

145 мпа(1500 кг/см² )

Требуемая площадь анкерного болта

A_{тр.болта.нт} =N_болта /R_болта =15427/1500= 10,3 см²

Диаметр болта принимаем 42 мм с А_б.нт =11.3 см²

Определим высоту ребра (4 шт), из длины сварных швов учитывая

Срезы 20 х 20 с обоих сторон

Требуемая длина сварных швов l_w при катете шва 6 мм

l_w = N_болта /4bf*k_f *R_wf =15427/4*0.6*0.9*1848= 3,9+1+4=8.9 см

При полуавтоматической сварке проволокой СВ-08А с

R_wun =4200 кг/см² и R_wf =4200*0.55/1.25= 1848 кг/см²

В нижнем положении и диаметре проволоки 1.4-2 мм

Коэффициент bf=0.9

Принимаем конструктивно h_ст =20 см

Определяем толщину накладной пластины из стали Вст3сп5

С R_Y =2400 кг/см² при l_{пластины} =120 мм

М_{пластины} = N_болта * l_{пластины} /4=15427*12/4= 46281 кг*см

W_тр = М_{пластины} / R_Y =46281/2400= 19,28 cм³

Ширина пластины b=180 мм

Толщина пластины = 2,54 см

Принимаем размеры пластины 18 х 2.6 см

Кольцо жесткости принимаем из уголка с полкой b=(1/100D=

=0.01*856*2= 17,12)=18см т.е неравнопол.уголок 180 х 110 х 10

Расчет торосферической кровли

Сбор нагрузок

P¯= g_{кровли *} g_f1+ (g_f5* P_СНЕГ +g_f3 *P_{вакуума} )*0.9=

=0.0039*1.05+(1.6*0.007+1.2*0.01)0.9=0,0250 кг/см²

P­= -g_{кровли *} g_f1 ’+(g_f3 *P_изб +g_f4 *q_в *с₁ )0.9=

=-0.0039*0.9+0.9(1.2*0.22+1.4*0.006*0.952)= 0,241 кг/см²

Проверка средней части оболочки по прочности

Предварительно принимаем толщину листов кровли t_об =5мм

s=0.241*856/2*0.5= 206,3 кг/см² <R_wy* g_c =2450 кг/см²

прочность в средней части кровли обеспечена

Проверка средней части оболочки по устойчивости

s_CR =0.1*2100000*0.5/856 =122,7 кг/см²

s=0.025*856/2*0.5= 21,4 кг/см² <s_CR= 122,7 кг/см²

Устойчивость в средней части кровли обеспечена

Проверка оболочки в месте примыкания ее к стенке по устойчивости

P­=0,241 кг/см² < 1/4*1.21*(0.5² /856² -2*333.84² )= 0,3025*2100000* *4,90e-7= 0,311 кг/см²

Устойчивость оболочки в месте примыкания кровли к стенке обеспечена.

Окончательно принимаем толщину листов кровли t _об =5мм

29-04-2015, 04:09