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

>с1>=0.8 – коэффициент условий работы

>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)

=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 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 r>2>:

Определяем длину рулона

L>р>=2**r>2>+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 r>2>

r>2>=L>Р>-0.2/2*=(53.93-0.2)/(2*3.14)=8.56 м

Табл.1 Генеральные размеры резервуара

V,м3

H>ст>,м

r>2>, 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

y>i> ,м

*>f2*>y>i>

кПа

P>изб*>>f3>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:

г
де

=0,75т/м3 обьемный вес бензина

>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. столба

>f3>=1,2 коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления

r>2>=8,56м

R>wy>=2450 кг/см2 -расчетное сопротивление сварного стыкового шва (R>wy>=R>y>) 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>)

> >

где с-коэффициент принимаемый по отнощению r>2>/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

P>2>=(P>ВАК>*>F3>+q>В>*с>2>*>F4>)*n>c>=(0.01*1.2+0.006*0.5*1.4)*0.9= 0,01458 кг

 >2>=P>2>*r>2>/t>min>= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2

P>ВАК>=100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см2 >F3>=1.2

q>В>=0.6 кПа =0.006 кг/см2 (V район по ветру) с>2>=0.5 >F4>=1.4 n>c>=0.9

Сбор кольцевых сжимающих нагрузок

P>1>=g>кров>*>F1>+(P>снег>*>F5>+P>вак>*>F3>-q>В>*с>1>*>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 >F3>=1.2

g>кровли>=(0.35-0.30)/(5000-3000)*3662+0.3=0,39 кН/м>­­­­>2=0.0039 кг/см2 >F1>=1.1

P>снег>= 0.7 кПа=0.007 кг/см2 (II снеговой район) >F5>=1.6

q>В>=0.6 кПа=0.006 кг/см2 (V район по ветру)

с>1>=0.6*H/D+0.4=0.6*0.92+0.4=0,952 ‘>F4>=0.94

 >1>=P>1>*r>2>/2t>ст>+>F1>**b*n>поясов>= 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

> >

>1>=P>1>*r>2>/2t>ст>+>F1>**b*n>поясов>= 0.0298*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см2

>2>=P>2>*r>2>/t>min>= 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

> >

>1>=P>1>*r>2>/2t>ст>+>F1>**b*n>поясов>= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*3= 26,62 кг/см2

>2>=P>2>*r>2>/t>min>= 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

> >

>1>=P>1>*r>2>/2t>ст>+>F1>**b*n>поясов>= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*2= 25,06 кг/см2

>2>=P>2>*r>2>/t>min>= 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;

> >

где с-коэффициент принимаемый по отнощению r>2>/t>min>=856/0.5= 1712; c=0.07

> >

>1>=P>1>*r>2>/2t>ст>+>F1>**b*n>поясов>= 0.0205*856/2*0,5+1.1*0.00785*199*2= 20.67 кг/см2

>2>=P>2>*r>2>/t>min>= 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

M>Y>=0.1*p*r2*t>ст>

P=*>f2>*H+P>изб>*>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>

p>1>=( P>изб>*>f3>+ >f4>*с>1>*q>в>)n>c>>f1>’*g>кр>->f1>’*g>ст>

p>1>=(0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0,244-0,00371= 0,241

>1>=P>1>*r2>/>2t>ст>->f1>’*g>кр>->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/см2<R>Y>*>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>/>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>/>wm>=0.5*2500/1.05= 1190,48 кг/см2

1716,20кг/см2> R>th>*>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>*>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

p>1>=( P>изб>*>f3>+ >f4>*с>1>*q>в>)n>c->>f1>’*g>кр>->f1>’*g>ст>

p>1>=(0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0,244-0,00371= 0,241

>1>=P>1>*r2>/>2t>ст>->f1>’*g>кр>->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>*>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>=>f3>*P>изб>**r2=1.2*0.22*3.14*8562= 607409 кг

Удерживающая сила N>уд>

N>уд>=>f1>(g>кровли>+g>стенки>+g>окрайков>)=0.9(8973+47027+1827,2)= 52045 кг

g>кровли>=0.0039**r2=0.0039*3.14*8562= 8973 кг

g>стенки>=0.007*7850*0.01*15.92*2**r= 47027 кг

g>окрайков>=0.2* g>днища>=0.2*9136= 1827,2 кг

g>днища>=t>днища>**(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>/4f*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 f=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>>*>>f1+>(>f5*>P>СНЕГ>+>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>>*>>f1>’+(>f3>*P>изб>+>f4>*q>в>*с>1>)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

=0.241*856/2*0.5= 206,3 кг/см2 R>wy*>>c>=2450 кг/см2

прочность в средней части кровли обеспечена

Проверка средней части оболочки по устойчивости

>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

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