8расчет цилиндр резервуаров (Раздаточные материалы)
Описание файла
Файл "8расчет цилиндр резервуаров" внутри архива находится в следующих папках: Раздаточные материалы, проектирование сварных конструкций. PDF-файл из архива "Раздаточные материалы", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физические основы источников энергии при сварке" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "физические основы источников энергии при сварке" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
14. Расчёт цилиндрических резервуаров и сварных трубопроводов.Оболочковые конструкции2 группы:1) Резервуары и другие изделия для невзрывоопасных и неядовитыхжидкостей и газов при давленииp 0,05МПа и температуреT 1000 C . Их проектирование мы рассмотрим.2) Котлы и сосуды, работающие под высоким давлениемПроектируются по специальным техническим условиям и находятся поднаблюдением инспекции Котлонадзора.Принципы проектирования те же, но прежде чем за него браться следуетознакомится с правилами, чтобы не попасть за решетку.покрытиеhБоковаястенкаDДнищеОптимальное h D с минимальным расходом металла находится из условия,что масса днища плюс масса покрытия равна массе цилиндрической части.При V 100...600 м3 h D 1, 25...0,85 , при V 1000...10000 м3 h D 0, 7..0,35 .Из технологических соображений при V 10...2000 м3 h 5929...11845мм ,при V 50000 м3 h 18000 мм .Сварные соединения сосудовДнища – нахлесточные соединения, по периметру стыковые (чтобы легчесобирать с боковой стенкой).Боковая стенка – в нижней части – все стыковые, в верхней части –вертикальные встык.Внешние швы – непрерывистые.Внутренние прерывистые (чтобы легче найти течь).Толщина определяется из расчета на прочность.Если жидкость при атмосферном давлении на поверхности, то на глубине y:P g y y (190)Где: - плотность жидкости - удельный весg - 9,8 ммсек 2sd1Рассмотрим боковую стенку на глубине y от поверхности.
Вырежем кольцошириной, равной 1 в месте с жидкость. Давление во всех точках по всенаправлениям одинаковое, равное p.половиной воды.Рассмотрим половину кольца сsDs Px 0 p D 1 2s 1 0pD pR(191)2ssТочно такой же результат можно получить рассмотрев только оболочку. 2s 1 2 p cos R d2pR 2pRpR2 2s 1 cos d sin 2 2s 2ss22Такие же напряжения в вертикальном шве. [ ] p [ / ] p(191)Из этих условий можно определить требуемую толщину стенки, т.к.
ввертикальном направлении 0 (действует только вес стенки и покрытия).h300spR(192)S ТР [ / ]pТ.к. обычно [ / ] [ ] p , где p – давление, которое определяют на расстоянии300 от нижней кромки листа.Согласно этому расчету, мы получим различные Sдля нижних и верхнихТРлистов вертикальной стенки.Формула (191) не учитывает дополнительных напряжений от изгиба.1) Если листы сварены внахлестку, то в нахлестке S в два раза больше, в два раза меньше и удлинение такого кольца в два раза меньше.Это приводит к изгибу образующей части цилиндрической частирезервуара.2) Днище практически не испытывает напряжений и не удлиняется вместе приварки боковой стенки, также возникает значительныйпрогиб.3) Нарушение технологии при сварке вертикального стыка боковойстенки (если резервуар исправляется метод дулопирования).MНаличие «домика» вызывает изгиб в горизонтальной плоскости.«Домик»Взонеизгибанапряжения могут превосходить номинальные (для гладкой части) внесколько раз.
При нагружении (наполнение и сливе) возникают и растутусталостные напряжения. Затем происходит катастрофическое разрушение(например, вертикальный шов разрывается снизу доверху).При монтаже принимаются меры по предотвращению «домика», и потщательному выполнению швов, приваривающих днище ( с глубокимпроплавлением).При проектировании предусматривают стыковые соединения листов внижней части резервуара. В расчете следует учесть возникающий момент.Его можно оценить по формуле ( на единицу длины) :M 0,1 p R s (193)M W 0,1 p R s 6pR 0,6 0,6 (194)Mss2При значительном числе циклов наполнения – слива, проводят проверку навыносливость с учетом концентраторов напряжений.Покрытие обычно состоит из листов 2-3мм толщиной, приваренных к каркасиз прокатных заготовок.
Расчет каркаса производится на нагрузки отсобственного вес, снеговой нагрузки и веса людей которые могут находитсяна кровле.abqРеакцияопоры попериметруРасстояниеэлементами каркаса определяется из расчета листов на прочность.6 q a2(195)s2Где: a – длинна меньшей стороныS – толщина листамеждуΑ – зависит от b a , при a b 0,192 , при a 0,5b 0,407Вес человека также преобразуется в распределенную нагрузку.2Pq 0 a bКаждый элемент каркаса рассматривается как балка с опорой по концам припоперечном изгибе от вертикальных сил.Если есть средняя стойка, то считается , что она воспринимает около 1/3вертикальной нагрузки, остальное приходится на стойки.
Её рассчитываютпо правилам расчета стоек. Она может быть трубчатой или решетчатой.Часто на неё наматывают рулонированную поверхность днища.Покрытие может выполнятся складчато-коническим, это повышает егожесткость.Препятствием для увеличения объема выше 50000м3 является ограничениетолщины рулотируемой конструкции.Конструкции большого объема проектируются многослойными в нижнейчасти с толщиной каждого слой до 16мм.ЦистернаВ них давление от веса жидкости мало и расчет толщины стенокпроизводится из условия прочности (дает очень маленькую S ) и изуТРусловия жесткости.Для стационарных цистерн (используются для хранения мазута, масла, водыи т.д.) сварные соединения – нахлесточные.
Днища конические или плоские.Это упрощает технологию, но вызывает малый прогиб и пластическиедеформации.Их можно устранить на счет аааааааааааПродольные швы – всытк, кольцевые – внахлестку.Толщина стенок s=4мм. Днища сварены всытк из нескольких листов.Транспортные цистерны испытывают удары жидкости при движении,поэтому все соединения делают стыковыми.ГазгольдерыДва вида – постоянного давления и постоянного объема.Газгольдеры постоянного давления более сложные (объем меняется приподаче газа, давление не меняется).СхемамокрогогазгольдераГазгольдеры постоянного объема проще, но испытывают переменныенагрузки.Длягазгольдерацилиндрическойформынапряжениявокружномнаправлении определяются по той же формуле , что и для резервуара.pR(196)sТакие же напряжения в продольном шве.
Напряжения вдоль образующейцилиндра и в кольцевом шве можно определить, рассмотрев равновесиечасти цилиндра.P ПР pR(197)2sВ сферической части днища и швах на этой части:СФpRСФ (198)2sТакая же формула для сферического газгольдера. При этом, экономияметалла в сферическом газгольдером по сравнению с цилиндрическим около20%(т.к. CФD 2 раза меньше чем при том же p), но изготовлениесложнее.Толщинаs=10…30мм( 40мм ).Прибольшихтолщинахнужнатермообработка, а её трудно осуществить ( большие размеры).Тонкостенные сосудыОдно из применений – в летательных аппаратах( например, в ракетах).Часто тонкостенные сосуды работают не только под давлением, но иявляются несущим конструктивным элементом( корпус ракеты).Здесь применяются высокопрочные стали и сплавы, и часто допускаетсяработа за пределами упругости ( чтобы уменьшить вес).В услПри этом предельная нагрузка зависит от диаграммы упрочнения материала. A //При n 0,26 разр , при n 0,26 разр ВВ усл PP; AA0А – текущее сечение.А0 – начальное сечение.Приналичииконцентрациинапряженийвозможноразрушениеотконцентратора при меньших напряжениях, особенно при уменьшенииотношенияВT ниже 1,2 (т.е.
при уменьшении n).Если в сосуде вакуум, или снаружи повышенное давление, то стенки сжаты ивозможна потеря устойчивости.Для сосуда при длине цилиндрической части l 10ч :КР 0,55E l s 3/2( )(199)r 2Если КР, то происходит потеря устойчивости.Для сферической оболочки:КР 0,1Es(200)rЗная можно определить:[ ] [ ](201)КРmГде: m=0,8 – коэффициент условий работы.Сосуды работающие под давлениемРассмотрим пример расчета ацетиленового баллона.Требуемая толщина боковой стенки:SpD c (202)2[ ] p pТолщина днища:p D2S c (203)1 (4[ ] p k p) 2hГде: p=3Мпа – расчетное давление.[ ] p 200МПа - допускаемые напряжения для стали 15ХСНД.D=291мм- внутренний диаметр баллона.C=0,1 мм – прибавка на коррозию, за срок службы 10 лет, по 0,1мм в год.h=71мм – высота выпуклого днища.φ = 1 – коэффициент прочности сварного шва( с двух сторон подфлюсом).η=0,9 – поправочный коэффициент на класс и группу сосудов,работающих под давлением.k=0,95 – конструктивный коэффициент.S3 2912 200 0,9 1 3 1 3,44 мм3 2912S 1 3,62 мм1 (4 200 0,9 0,55 1 3) 2 71Принимаем s=s1=4мм.В космических аппаратах часто применяются сосуды в виде опоры(например, размещаются приборы вокруг двигательной установки).
Для нихокружные напряжения зависят от угла θ. Максимальные напряжения в точкеC ( ):2θCBbsАaМаксимальные напряжения в точке C ( ):2(a 0,5 b sin ) p b(204)1a 0,5 b sin s В другом направлении (плоскости сечения) напряжения одинаковые:2 (a 0,5 b) p b(205)(a 0,5) sБарабаны котловНаиболеенагруженнаячастькотельногоагрегата.ДиаметрыD 1600...1800 мм .
Толщина стенки s 100 мм .Состоит из отдельных обечаек, днища обычно штампованные, соединения –дуговой многопроходной сваркой и ЭШС.Особенность конструкции – большое число отверстий в стенках( штуцеров).Основное влияние при расчете уделяется укреплению штуцеров дляобеспечения равнопрочности сплошной стенки и ослабленной отверстиямизона.Учет ослабления осуществляется введением коэффициента φ.продt d(206)tГде: t – шаг между осями отверстий.d – диаметр отверстия.В нормативных документах определяются правило подпускаемых безусиления отверстий dкр.Если d dкр , то должна быть увеличена S или обеспечено местное усиление.Аш Ан Асв (d dкп ) s (207)Изэтогоусловияопределяютсяплощадиштуцеров(Aш) , накладок (Aн) и сварных швов(Aсв).Для штуцеров , испытывающих внутренне давление:Аш 2hш (sш sош ) (208)сеченияусиливающихtDsdSшSшhшhшSшДля внутренних швов ( без давления):Аш 2hш sш (209)Для накладок:Аш 2bн sн (210)SнbнПри высоких температурах ( 300o C ) накладки не рекомендуются (из-затемпературных напряжений).Можно вварить стыковым швом элемент большей толщины.Размеры швов определяются из условий: Для штуцеров: min2,1 hш sш(211)dн Для накладок: Dн ( Dн 2 bн ) 2,1 bн sн (212)2min1 1min1Dн1Sн1min 2minbнПри этих расчетах учитывается только изменение сечения за счет отверстий,но не учитывается концентрация напряжений у отверстий.Пристатическом нагруженииэта концентрацияснижаетсявходепластической деформации и не влияет на прочность.Припеременнойнагрузкенеобходимодополнительноучитыватьконцентрацию напряжений в расчете ( накладка не компенсирует отверстия).Трубы и трубопроводыБывают: Магистральныетрубопроводыs=8…20мм,D=529-1420мм.Материалы : 14ХГС, 17ГС и др.Больший диаметр выгоднее, т.к.