Расчет цилиндрической части резервуара

Допустим, что давление в резервуаре на глубине y (рис.1, а) , где γ- удельный вес жидкости.

Рис. 1 К расчету цилиндрической части резервуара

а – определение напряжений цилиндрической части; б –отверстие в цилиндрической части; в – цилиндрическая часть в месте отверстия усилена кольцом

Определим напряжения в вырезанном их обечайки кольце шириной, равной единице. Рассечем кольцо плоскостью и приложим в месте разреза силы: , где σ – напряжение в кольце; s–толщина кольца. Условие статического равновесия полукольца , откуда . Напряжения в кольце .

Напряжения σ действуют параллельно касательной к цилиндрической поверхности. Они возникают также и в продольном шве обечайки. Поэтому из условий прочности напряжение должно быть . Требуемую толщину , где p – давление, определяемое по формуле ; R– радиус резервуара в сечениях на расстоянии 300 мм от нижней кромки пояса рассчитываемой обечайки, т.е. . Чем меньше давление р, тем соответственно тоньше листы обечайки. По соображениям рационального конструирования наименьшую толщину обечайки в резервуарах принимают равной 4 мм. Кольцевые швы в резервуарах напряжены значительно меньше.

При проектировании резервуаров в настоящее время применяют метод расчета прочности по предельному состоянию. При этом допускаемое напряжение определяется по формуле.

В резервуарах из стали Ст3, сваренных электродами Э42, при использовании физических методов контроля швов расчетное сопротивление , а при визуальном методе контроля. Коэффициент условий работы m=0,8; n=1,1 – коэффициент перегрузки для гидростатического давления жидкости. Числовое значение .

Результаты определения толщины поясов резервуара объемом V=5 000 м³ приведены в таблице ниже.

Определение толщины s поясов резервуара

Примечание: R –радиус цилиндра, равный 11,44 м; р – давление, равное 0,01 h₀(МПа).

В нахлесточных соединениях распределение напряжений неравномерно. В участках двойной толщины растягивающие напряжения, направленные по касательной к окружности, уменьшаются по сравнению с растягивающими напряжениями на участках вне нахлестки. Соответственно сокращаются значения кольцевых деформаций. Корпус в этих зонах имеет меньший диаметр, нежели между нахлестками, поэтому элементы, направленные по образующей испытывают изгиб.

Если в поясе предусмотрено отверстие для крепления труб (рис.1, б), то обечайка в зоне отверстия ослабляется и в этом случае возможны два варианта расчета.

1. Допустим, что

1. , где – высота пояса; d – диаметр отверстия. В этом случае отверстие не опасно, так как запас прочности в целом сечении настолько велик, что даже в месте выреза расчетное напряжение σ оказывается меньше допускаемого.
2. Предположим, что напряжение в сечении, ослабленном отверстием, больше допускаемого В этом случае обечайку в зоне выреза обычно усиливают, например, кольцом. Условно считают, что кольцо возмещает площадь металла, вырезанного из стенки.

Плоское днище резервуара, установленное на песчаное или бетонное основание, не несет рабочих усилий. Днище изготавливают из листов толщиной 4-8 мм в зависимости от диаметра резервуара. Нередко по периферии днища под вертикальными стенками укладывают более толстые листы. Например, если в средней части s = 6 мм, то на периферии s = 8 мм.

Соединение цилиндрической части 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), выступающего за стенку. Приближенно момент, возникающий в месте соединения, на единицу длины . Напряжение в стенке резервуара

.

Примем р=0,1 МПа для воды при h = 10 м; R = 10 м; s = 1 см. При этих условиях σ = 60 МПа.

Напряжение направлено параллельно образующей. Эпюра распределения напряжений от момента по высоте стенки резервуара показана на рис.2, б. Установлено, что соединение цилиндрической части с днищем двумя непрерывными швами обеспечивает прочность, поэтому обычно специального расчета на прочность для этого соединения не производят.

Рис. 2 Соединение цилиндра с днищем

а – вид соединения; б – эпюра соединения от изгиба