книга2 с254-338 (Часть полезной книги), страница 3

Крыши резервуаров (см. рис. 21.1,6) проектируют при условии
выполнения основного объема заготовительных и сварочных работ
на заводе. При наличии средней стойки покрытие расчленяют на
отдельные щиты. Щит состоит из двух элементов, направленных ра-
диально, нескольких поперечин и листов покрытия, приваривае­
мых к ним. Радиальные и попе­
речные элементы, образующие
каркас щита, изготовляют из про­
фильных прокатных, гнутых или
штампованных заготовок. Щит с
одной стороны приваривают к
оболочке, а с другой — опирают
на центральную стойку.
Рис 21.5. Складчато-коническое по- Стальные листы кровли имеют

крытие резервуара толщину s=2/3 мм. Элементы

каркаса воспринимают вертикальную нагрузку от собственного веса, веса снега, учитываемого в зависимости от района и угла на­клона кровли, а также веса людей, которые могут находиться на кровле. Листовое покрытие рассматривается при расчете прочно­сти как пластина с опорой по контуру. Приближенно пластина при расчете может приниматься прямоугольной (см. рис. 21.1,г). Обозначим через а меньшую сторону прямоугольника, Ь — боль­шую. Напряжения в пластине от нагрузок q, равномерно распре­деленных по ее плоскости,

(21.10)

где q — нагрузка от веса снега и собственного веса кровли; а= = 0,192 при а = b; а = 0,407 при а = 0,5b; s — толщина кровли.

Вес человека Р может рассматриваться в качестве эквивалент­ной распределенной нагрузки:

Каркас расчленяют на отдельные стержни, которые рассмат­ривают при расчете на прочность как балки со свободной опорой, работающие на поперечный изгиб под действием вертикальных сил.

Если в конструкции резервуара предусмотрена средняя стой­ка, то она воспринимает около 33% всей вертикальной нагрузки на крышу. Она может быть нагружена как центрально (при ус­ловии симметричного загружения снегом всей крыши), так и эксцентрично. Стойку рассматривают как элемент, шарнирно за­крепленный по концам, и проектируют согласно принципам расче­та, изложенным в гл. 19. Она может иметь решетчатую форму или форму трубы. Иногда ее используют в качестве барабана для навивки рулонированной поверхности днища.

Щитовые покрытия резервуаров могут выполняться складчато-коническими (рис. 21.5), что обеспечивает значительную жест­кость, как местную (отдельных элементов), так и общую всего покрытия.

266

Непрерывно ведутся работы по увеличению объема цилиндри-ческих резервуаров. В настоящее время изготовляют резервуары вместимостью до 50 000 м³. Проектируют резервуары еще боль-ших размеров с двух- или трехслойными стенками цилиндриче-ской части, составленными из рулонируемых полотнищ толщиной менее 16 мм.

§ 2. Цистерны

Так как давление р от веса жидкости, как правило, очень ма­ло, то определение толщины стенок на основании формулы (21 5) приводит к очень малому значению s. Цистерны с такими стенка­ми не обладают достаточной жесткостью, поэтому расчетные дав­ления определяют согласно специальным техническим указаниям

Конструктивные формы цистерн и типы сварных соединений выбирают в зависимости от условий работы. Так, для хранения

Рис. 21.6. Сварная горизонтальная цистерна

нелетучих жидкостей (вода, масло, мазут) используют цистерны с неотбортованными днищами; их приваривают к обечайке угло­выми швами. Сварные соединения листовых элементов обечайки нахлесточные. При этом днища делают коническими или даже плоскими. Плоские днища просты для изготовления, но при на-гружениях возникают значительные напряжения от изгиба и воз­можно возникновение пластических деформаций. Для исключения пластических деформаций используют днища с отбортовкой, как это видно на рис. 21.6, где приведен пример горизонтальной стационарной цистерны из стали СтЗ объемом 75 м³. Цилиндри­ческая часть имеет продольные стыковые швы, расположенные вразбежку, и кольцевые нахлесточные соединения с угловыми швами. Толщина стенок цилиндрической части и днища s=4 мм. Днища сварены из нескольких листов стыковыми соединениями и имеют эллиптическую форму. Сопряжения цилиндра с днищем плавные.

В цистернах, предназначенных для транспортирования жидких продуктов, при движении возникают удары жидкости в днище, равносильные возникновению избыточного внутреннего давле­ния. Поэтому все соединения транспортных цистерн выполняют стыковыми, как в сосудах, работающих под внутренним давлени­ем, в том числе и соединение кромки отбортованного днища с цилиндрической обечайкой.

267

§ 3. Газгольдеры и сферические резервуары

Газгольдеры конструируют в форме сосудов постоянного дав­ления или постоянного объема. Последние более просты в изго-товлении и позволяют хранить газ под высоким давлением. Газ­гольдеры переменного объема эксплуатируются при низком дав­лении. Чаще применяют мокрые газгольдеры, в нижней части ко­торых помещается вода (см. рис. 12.10,6). Над водой находятся телескоп и колокол. Колокол под давлением газа может подни-

§ 4. Применение специальных сплавов для изготовления резервуаров и цистерн

Большое распространение получило строительство резервуаров и различного рода химической аппаратуры, работающих при низ­ких температурах. Для таких конструкций очень важно выбрать материал, не подверженный хрупким разрушениям. Для изде­лий, работающих при температуре до —60°С, применяют углеро­дистые стали с небольшим содержанием никеля (1—3,5%). Для конструкций, работающих при более низких температурах, при­меняют стали, содержащие 5% никеля; при этом необходима специальная термическая обработка. Сварку резервуаров из этих сталей можно успешно производить дуговыми автоматами, леги­рованной проволокой. При этом допускаемые напряжения для сварных соединений составят около 200 МПа.

Рис. 21.7. Газгольдер постоянного объема

маться вверх вместе с телескопом. Колокол и телескоп зачерпы­вают воду своими карманами, которые служат затвором, не про­пускающим газ наружу. Толщина стенок 4 мм, крыши колокола 2—3 мм. Газгольдеры постоянного объема (рис. 21.7) обычно имеют цилиндрическую форму диаметром несколько метров с вы­пуклыми, а нередко полусферическими днищами. Продольные и кольцевые швы — стыковые. Все швы (продольные и поперечные в цилиндрической части, а также в сферах) являются рабочими. Напряжения в продольном шве цилиндрической части радиу­сом R с толщиной стенки s

(21.12)

а в поперечном шве

a=pRjs, (21.12)

а в поперечном шве

(21.13)

oi=pR/(2s). (21.13)

Напряжения в сферической части радиуса Ro с толщиной s₀ составляют

Напряжения в сферической части радиуса Ro с толщиной s₀ составляют

(21.14)

a₀=pRo/(2s₀). (21.14)

Подбор толщины стенок производят обычно по допускаемым напряжениям с учетом в первую очередь прочности продольного шва.

Газгольдеры постоянного объема могут быть и сферическими (см. рис. 12.10,г). При замене цилиндрических газгольдеров сфе­рическими достигается экономия металла около 20%. В таких ре­зервуарах соединения лепестков стыковые. Толщина лепестков обычно составляет 10—30 мм и, как правило, не превышает 40 мм. Это ограничение толщины диктуется отсутствием термообработ­ки конструкции после сварки.

Напряжения в стенке сферического резервуара определяют по формуле (21.14). Они в два раза меньше, нежели в цилиндри­ческом, при одинаковых радиусах и толщинах стенок. Поэтому вес сферических резервуаров меньше, но их сложнее изготовлять. 268

Подбор толщины стенок производят обычно по допускаемым напряжениям с учетом в первую очередь прочности продольного шва.

Газгольдеры постоянного объема могут быть и сферическими (см. рис. 12.10,г). При замене цилиндрических газгольдеров сфе­рическими достигается экономия металла около 20%. В -таких ре­зервуарах соединения лепестков стыковые. Толщина лепестков обычно составляет 10—30 мм и, как правило, не превышает 40 мм. Это ограничение толщины диктуется отсутствием термообработ­ки конструкции после сварки.

Напряжения в стенке сферического резервуара определяют по формуле (21.14). Они в два раза меньше, нежели в цилиндри­ческом, при одинаковых радиусах и толщинах стенок. Поэтому вес сферических резервуаров меньше, но их сложнее изготовлять.

268

Рис. 21.8. Резервуар из алюминиевого сплава

С69

Резервуары, работающие при низких температурах, нередко устанавливают на судах. В результате вибраций от волн в этих сосудах в процессе эксплуатации в отдельных случаях возникали трещины усталости. Сталь с содержанием никеля до 9% хорошо работает в таких условиях при температуре конструкции до — 160°С. Предел прочности при этой температуре 650 МПа. Пре­дел выносливости сварных соединений при пульсирующих нагруз­ках и обычном оформлении стыковых швов 100—110 МПа, а при последующей механической обработке 245 МПа. Ударная вяз­кость в зоне, где температура при сварке достигает 900°С, умень­шается в два раза, а в зоне, где Т=1275°С,— в 5—6 раз по срав­нению с ударной вязкостью зон, не подвергавшихся нагреву.