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/см² -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=0.00075 кг/см³ - 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**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 6.75шт , тогда L_Р=6.75*7.99=53.93 м, и уточняем значение радиуса резервуара r₂

r₂=L_Р-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 сечения i	Высота столба жидкости yi ,м	r*gf2*yi кПа	Pизб*gf3кПа	(2)+(3), кПа	tвыч, cм	tпрння-тое, мм	tоконч, 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=0,75т/м³ обьемный вес бензина

g_f2=1,1 коэффициент надежности по нагрузке для жидкости

P_изб=2,2*1 =2,2 т/м²Избыточное давление паров бензина, соответствующее

2200 мм вод. столба

g_f3=1,2 коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления

^r₂=8,56м

R_wy=2450 кг/см² -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 (_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 (_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

·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/см²g_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/см²g_F3=1.2

g_кровли=(0.35-0.30)/(5000-3000)*3662+0.3=0,39 кН/м_­­­­²=0.0039 кг/см²g_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=0.94

·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

1/cr1+2/cr2 <=gc2=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

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

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

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=gc2=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

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

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

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=gc2=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

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

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

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=gc2=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

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

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

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=gc2=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

Расчетсопряжения 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 Pизб и ветровой нагрузки ₁

p₁=( P_изб*g_f3+ g_f4*с₁*q_в)n_cg_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

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=_M+₁=1152.24-139.04= 1013,2 кг/см²Y*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 ;_f=0.7

W_f=(_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 ;_f=0.7

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

1716,20кг/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

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

Условие не выполняется следовательно увеличиваем катет шва k_f=7мм

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

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

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=(_f*k_f)²/6=(0.7*0.8)²/6= 0,0523см³

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 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 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