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 VЗАД=3400 м3, что больше 2000 м3 , таким образом
оптимальную высоту резервуара определим по следующей формуле:
[pic]
где
(с1=0.8 – коэффициент условий работы
(f2=1.1 - коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления
Rwy=2450 кг/см2 -расчетное сопротивление сварного стыкового шва (Rwy=Ry)
для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)
(=1.1 см - приведенная толщина стенки и кровли (V=3400 м3)
(=0.00075 кг/см3 - обьемный вес жидкости (бензин)
Принимаем предварительно максимальную высоту стенки резервуара hст=16.16 м,
используем листы размером 2*8 м
Nлистов= hст/hлиста=16.16 /1.99=8.12 шт
Округляем количество листов по высоте до 8 шт. тогда окончательная высота
стенки составит Hоконч= 15.92 м
Определяем радиус резервуара r2:
[pic]
Определяем длину рулона
Lр=2*(*r2+0.2=2*3.14*8.25+0.2=52.01 м
Определяем количество листов в рулоне
Lр/lлиста=52.01/7.99=6.51 шт
Принимаем 6.75 шт , тогда LР=6.75*7.99=53.93 м, и уточняем значение радиуса
резервуара r2
r2=LР-0.2/2*(=(53.93-0.2)/(2*3.14)=8.56 м
Табл.1 Генеральные размеры резервуара
|V,м3 |Hст,м |r2, м |H/D |Lстенки, 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|Высота |(*(f2*y|Pизб*(|(2)+(3|tвыч,|tпрнн|tокон|Марка |
| |столба |i |f3кПа |), | |я-тое|ч, |стали |
|сечен|жидкости|кПа | |кПа |cм |, |мм | |
|ия | | | | | |мм | | |
|i |yi ,м | | | | | | | |
|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
(=0,75т/м3 обьемный вес бензина
(f2=1,1 коэффициент надежности по нагрузке для жидкости
Pизб=2,2*1 =2,2 т/м2 Избыточное давление паров бензина, соответствующее
2200 мм вод. столба
(f3=1,2 коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления
r2=8,56м
Rwy=2450 кг/см2 -расчетное сопротивление сварного стыкового шва (Rwy=Ry)
для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)
(с1=0.8 – коэффициент условий работы стенки резервуара
стр.3
Пункт1.3 Расчет стенки резервура на устойчивость
Определение критических напряжений:
а) мередиональных ((cr1)
[pic]
где с-коэффициент принимаемый по отнощению r2/tmin=856/0.4=2140; c=0.07
E=2*106 кг/см2
tmin=4 мм=0.4 см
б) кольцевых ((cr2)
[pic]
[pic]
E=2*106 кг/см2
tcр=(4*4+2*7+6+5)/8 мм=5,125 см
h=Hст-0.33hvar=1592-0.33*796=1329,32 см
hvar=1.99*4=796 см
Сбор продольных сжимающих нагрузок
( P2=(PВАК*(F3+qВ*с2*(F4)*nc=(0.01*1.2+0.006*0.5*1.4)*0.9= 0,01458 кг
( (2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
PВАК=100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см2 (F3=1.2
qВ=0.6 кПа =0.006 кг/см2 (V район по ветру) с2=0.5 (F4=1.4 nc=0.9
Сбор кольцевых сжимающих нагрузок
( P1=gкров*(F1+(Pснег*(F5+Pвак*(F3-qВ*с1*(F1)*nc=0.0039*1.1+
+(1.6*0.007+0.01*1.2-0.006*0.952*0.9)*0.9= 0,0205кг
PВАК=100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см2 (F3=1.2
gкровли=(0.35-0.30)/(5000-3000)*3662+0.3=0,39 кН/м2=0.0039 кг/см2 (F1=1.1
Pснег= 0.7 кПа=0.007 кг/см2 (II снеговой район)
(F5=1.6
qВ=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 (‘F4=0.94
( (1=P1*r2/2tст+(F1*(*b*nпоясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80
кг/см2
(=7.85 т/м3=7850кг/м3=7850/(100*100*100)= 0,00785 кг/см3
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
(1/(cr1+(2/(cr2 <=(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 ;
(cr1=68.69 кг/см2
[pic]
(1=P1*r2/2tст+(F1*(*b*nпоясов= 0.0298*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80
кг/см2
(2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
(1/(cr1+(2/(cr2 <=(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 ;
(cr1=68.69 кг/см2
[pic]
(1=P1*r2/2tст+(F1*(*b*nпоясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*3= 26,62
кг/см2
(2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
(1/(cr1+(2/(cr2 <=(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 ;
(cr1=68.69 кг/см2
[pic]
(1=P1*r2/2tст+(F1*(*b*nпоясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*2= 25,06
кг/см2
(2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
(1/(cr1+(2/(cr2 <=(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;
[pic]
где с-коэффициент принимаемый по отнощению r2/tmin=856/0.5= 1712; c=0.07
[pic]
(1=P1*r2/2tст+(F1*(*b*nпоясов= 0.0205*856/2*0,5+1.1*0.00785*199*2= 20.67
кг/см2
(2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.5= 24,96 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
(1/(cr1+(2/(cr2 <=(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
MY=0.1*p*r2*tст
P=(*(f2*H+Pизб*(f3
P=0.00075*1.1*1592+0.22*1.2=1.57 кг/см2
MY=0.1*1.57*856*0.7= 94,1 кг*см
[pic] кг/см2
для резервуаров высокого давления необходимо учитывать растягивающие усилия
от Pизб и ветровой нагрузки (1
p1=( Pизб*(f3+ (f4*с1*qв)nc(f1’*gкр-(f1’*gст
p1=(0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0,244-0,00371= 0,241
(1=P1*r2/2tст-(f1’*gкр-(f1’*gст =0.241*856/2*0.7-0.95*0.00785*199*8=
= 147,35- 8,31= 139,04 кг/см2
Суммарное напряжение (s
(s=(M+(1=1152.24-139.04= 1013,2 кг/см2<RY*(C=2450*0.8= 1960 кг/см2
Принимаем крепление стенки к днищу двумя угловыми швами
Условие прочности сварного шва по металлу шва:
[pic]
Сварку ведем полуавтоматическим способом, с применением сварочной проволоки
Св-08А с Rwun=4200 кг/см2
Rwf=0.55 Rwun/(wm=0.55*4200/1.25= 1848 кг/см2
1)Катет шва принимаем kf=5мм ;(f=0.7
Wf=((f*kf)2/6=(0.7*0.5)2/6= 0.0204 см3
[pic] 2445,41 кг/см2< 1848*1*1 кг/см2
2)Катет шва принимаем kf=6мм ;(f=0.7
Wf=((f*kf)2/6=(0.7*0.6)2/6= 0,0294 см3
[pic]1716,20кг/см2<1848*1*1 кг/см2
Условие прочности металла шва выполняется
Производим поверку крепления стенки к днищу на отрыв :
Rth=0.5*Run/(wm=0.5*2500/1.05= 1190,48 кг/см2
[pic]1716,20кг/см2> Rth*(c= 1190,48 кг/см2
Условие не выполняется следовательно увеличиваем катет шва kf=7мм
Wf=((f*kf)2/6=(0.7*0.7)2/6= 0,0400см3
[pic] 1275,56 кг/см2> Rth*(c= 1190,48 кг/см2
Условие не выполняется следовательно увеличиваем стенку до 8 мм
И катет шва до kf=8мм
MY=0.1*p*r2*tст
MY=0.1*1.57*856*0.8= 107,51 кг*см
p1=( Pизб*(f3+ (f4*с1*qв)nc-(f1’*gкр-(f1’*gст
p1=(0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0,244-0,00371= 0,241
(1=P1*r2/2tст-(f1’*gкр-(f1’*gст =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
Wf=((f*kf)2/6=(0.7*0.8)2/6= 0,0523см3
[pic] 1113,13 кг/см2< Rth*(c= 1190,48 кг/см2
Условие прочности выполняется следовательно окончательно принимаем толщину
нижнего листа стенки резервуара 8 мм и катет шва kf=8мм
Расчет анкерного крепления стенки
Подъемная сила Nп будет равна
NП=(f3*Pизб*(*r2=1.2*0.22*3.14*8562= 607409 кг
Удерживающая сила Nуд
Nуд=(f1(gкровли+gстенки+gокрайков)=0.9(8973+47027+1827,2)= 52045 кг
gкровли=0.0039*(*r2=0.0039*3.14*8562= 8973 кг
gстенки=0.007*7850*0.01*15.92*2*(*r= 47027 кг
gокрайков=0.2* gднища=0.2*9136= 1827,2 кг
gднища=tднища*(*(r+5)2=0.5*3.14*(861)2*0.00785= 9136 кг
Nанкерн.болтов= NП- Nуд=607409-52045= 555364 кг
Количество анкерных болтов при установке их через 1510 см
(10 град.) равно 36 штук
Усилие на один болт
Nанк.болта=Nанк.болт.общ/nболтов=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
Aтр.болта.нт=Nболта/Rболта=15427/1500= 10,3 см2
Диаметр болта принимаем 42 мм с Аб.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 lw при катете шва 6 мм
lw= Nболта/4(f*kf*Rwf=15427/4*0.6*0.9*1848= 3,9+1+4=8.9 см
При полуавтоматической сварке проволокой СВ-08А с
Rwun=4200 кг/см2 и Rwf=4200*0.55/1.25= 1848 кг/см2
В нижнем положении и диаметре проволоки 1.4-2 мм
Коэффициент (f=0.9
Принимаем конструктивно hст=20 см
Определяем толщину накладной пластины из стали Вст3сп5
С RY=2400 кг/см2 при lпластины=120 мм
Мпластины= Nболта* lпластины/4=15427*12/4= 46281 кг*см
Wтр= Мпластины/ RY=46281/2400= 19,28 cм3
Ширина пластины b=180 мм
Толщина пластины [pic]= 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(= gкровли*(f1+((f5*PСНЕГ+(f3*Pвакуума)*0.9=
=0.0039*1.05+(1.6*0.007+1.2*0.01)0.9=0,0250 кг/см2
P(= -gкровли*(f1’+((f3*Pизб+(f4*qв*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 tоб=5мм
[pic]
(=0.241*856/2*0.5= 206,3 кг/см2 (Rwy*(c=2450 кг/см2
прочность в средней части кровли обеспечена
Проверка средней части оболочки по устойчивости
[pic]
(CR=0.1*2100000*0.5/856 =122,7 кг/см2
(=0.025*856/2*0.5= 21,4 кг/см2 ((CR=122,7 кг/см2
Устойчивость в средней части кровли обеспечена
Проверка оболочки в месте примыкания ее к стенке по устойчивости
[pic]
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 tоб=5мм
-----------------------
[pic]