Автореферат (1095084), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При этомусловия прочности при свободной установке резервуара на опорные балки невыполняются, превышая при этом допускаемое значение составляющее 154 МПа,в то время когда при жесткой заделке условия прочности наоборот выполняются.Следовательно, плоские днища резервуаров для хранения серной кислотыразумно приваривать сплошным швом к каркасу из поперечных и продольныхбалок. Также, как это видно из рис.
12 следует, что в случае приварки днища ккаркасу максимальные напряжения возникают на расстоянии между поперечнымибалками составляющем 1280 мм. Отношение расстояния между поперечными17балками к расстоянию между продольными балками составляет 2.844.Возникающие напряжения в днище при последующем увеличении расстояниямежду поперечными балками не возрастают. Зачастую поперечные балкиустанавливают на расстоянии друг от друга равном трем расстояниям междупродольными балками, но исходя из приведенных данных такая схема установкибалок является не целесообразной.
В реальности можно вовсе не устанавливатьпоперечные балки или обойтись лишь двумя по краям продольных балок дляфиксации расстояния между последними.С учетом ширины полки опорной балки запишем уравнение (22) вследующем виде:где S1р – расчетная толщина стенки днища резервуара, а и b – расстояниемежду продольными и поперечными балками по осям поперечных сечений,соответственно (рис. 12), - ширина полки балки.Поскольку расстояние между поперечными балками b равно или более, чемв три раза превышает расстояние между продольными балками a, то величинаa - будет менее 0.001, тогда формула (23) упростится и из нее мы получимb-6выражение для определения расчетной толщины стенки плоского днищарезервуара, аппарата:Таким образом, чем меньше расстояние между продольными балками тем,естественно, будет меньше расчетная толщина стенки днища, но при этом будетрасти материалоемкость каркаса днища.Вес одного погонного метра днища в диаметральном сеченииперпендикулярном продольным балкам складывается из веса собственно днища иопорных балок и определяется выражением:где D – диаметр днища, с – плотность стали, g – ускорение свободногопадения, Gб – вес одного погонного метра опорных балок, n – количествопродольных опорных балок.Обычно в проект резервуара для хранения серной кислоты или аппаратасернокислотного производства закладывается двутавр №16 с весом одногопогонного метра 155.979 Н и шириной полки =0.081 м, допускаемое напряжениедля стали марки Ст3 составляет 154 МПа, плотность 7800 кг/м 3, количествопродольных опорных балок определится какучетом (24) преобразуется в следующий вид:18, тогда формула (25) сГидростатическое давление определим для трех уровней налива кислоты:6, 7 и 10 м и построим в системе MathCad графики изменения веса одногопогонного метра днища взависимости от расстояниямежду продольными опорными балками.Из рис.
13 видно, чтокривыеимеютчетковыраженный минимум, тоесть можно определитьрасстояние между продольными балками, когда будетобеспечиваться минимумвесаплоскогоднищавместе с каркасом.Приравняв первуюпроизводнуюфункцииG=f(a) к нулю, при разныхуровнях налива сернойРис. 13 – Изменение веса одного погонного метракислоты H найдем значеднища резервуара с продольными опорныминия рационального расбалками от расстояния между ними пристояния между опорнымиразличном уровне налива серной кислоты:балками a и уравнение1 – уровень налива серной кислоты 10 мрегрессиизависимости(давление 0.18 МПа);a=f(H).2 – уровень налива серной кислоты 7 мУравнение регрессии(давление 0.126 МПа);3 – уровень налива серной кислоты 6 мрационального расстояния(давление 0.108 МПа).между опорными балкамиот уровня налива сернойкислоты запишем в виде:Таким образом, можно найти рациональное расстояние между продольнымибалками сернокислотного резервуара, используя рис.
14 или уравнение (27), прикотором обеспечивается минимальный вес плоского днища с каркасом.Определив по уравнению (27) расстояние между опорными балками, поуравнению (23) или (24) рассчитывается толщина стенки днища.Данный подход может быть использован при проектировании резервуаров идля других сред (с другой плотностью) и при использовании балок с отличным отрассматриваемого профиля. Для сред с различной плотностью удобнее получитьобобщенную зависимость рационального расстояния между продольнымибалками не от высоты налива, а от давления в МПа, причем в давление может19входить не только гидростатическая составляющая, но и давление внутрирезервуара или аппарата. На рис.15 приведена такая графическая зависимость.Уравнение регрессии в данном случае имеет вид:Рис.
14 – Зависимость рационального расстояниямежду опорными балками от уровня наливасерной кислоты:1 – расчетные значения а через первую производнуюуравнения (26);2 – кривая, построенная по уравнению регрессии (27).Рис. 15 – Зависимость рационального расстояниямежду опорными балками от давления:1 – расчетные значения а через первую производнуюуравнения (26);2 – кривая, построенная по уравнению регрессии (28).20Предложенная методика расчета плоских днищсделает возможным настадии проектирования резервуаров и аппаратов,установленных на каркас изпоперечных и продольныхбалок, значительно уменьшить как металлоемкостьднища, так и в целом всегоустройства.Зависимости для расчета тонких пластин былиполучены много лет назадбез использования вычислительнойтехники.Исходя из этого, нами былапоставлена задача проверить возможность применения формулы (22).
Дляэтого был проведен анализнапряженногосостоянияплоских днищ с использованиемпрограммыSolidWorks.В системе MathCadбыла проведена обработкаполученных данных помаксимальнымнапряжениям. Значения а и b (а<b)– длины сторон пластины,мм; S – толщина пластины,мм; ϭ – максимальноенапряжение возникающее впластине, МПа; Р – давление,действующеенаднище, МПа.ПолученныерезультатырасчетавSolidWorks были сведены в один график иаппроксимированывсистемеMathCad(рис.
16).Зависимость длярасчета максимальныхзначений напряжений вплоском днище вертикального резервуара дляхранения агрессивныхсред будет иметь вид:Рис. 16 – Зависимость отношения максимальныхнапряжений, возникающих в пластине, к давлению,действующему на днище, от отношения длиныпластины к ее толщине:1 – кривая аппроксимации по уравнению (29).Из формулы (29)получим зависимость длярасчета толщины стенкиплоского днища вертикального резервуара для хранения агрессивных сред:Сопоставим полученную зависимость (29) с формулой, приведенной втехнической литературе у Канторовича З.Б.:гдеМаксимальное отношение a / b в нашем случае составляет 700 / 2000 = 0.35,тогда упростится формула (31):Следовательно, всем известная зависимость, приведенная не толькоГ.Л.
Вихманом и З.Б. Канторовичем, но и в другой технической литературе,рассчитывает значения максимальных напряжений на 10% больше, чемполученная формула (29). Таким образом, расчетная толщина стенки будет вышена 3.2% и не превышает точности расчета.С помощью программы SolidWorks и системы MathCad был проведенанализ напряженного состояния плоских днищ вертикальных резервуаров дляхранения агрессивных сред, который подтвердил возможность использованияизвестной зависимости (23) для расчета жестко заделанных по периметру тонкихпрямоугольных пластин в проектных разработках для определения толщиныстенки днища. К тому же, полученная нами более простая формула (30), имеет21рекомендательный характер для определения расчетной толщины стенкиплоского днища вертикального резервуара. Выбор расстояния междупродольными балками должен осуществляться по полученным зависимостям (27)или (28).ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.
Действующие нормативные документы по расчету на прочностьэлементов сосудов и аппаратов требуют пересмотра и уточнения, чтоподтверждается экспериментально и расчетами с использованием методаконечных элементов.2. Научно обоснованы методологические принципы расчета размещения ивеличины максимального изгибающего момента в радиальных балках контактныхаппаратов и нагрузки, действующей на обечайку и центральную колонну отопорных балок.3. На основании разработанной методики установлено рациональноерасположение опор горизонтального резервуара, при котором обеспечиваютсяминимальные изгибающие моменты, что реализовано в патенте на изобретениеRU № 2530957 «Горизонтальный резервуар на седловых опорах».4.
На основе исследования напряженного состояния тонкостенных плоскихднищ с помощью компьютерного анализа и натурного эксперимента показано,что напряжения, возникающие в тонкостенных плоских днищах существенноменьше рассчитанных по стандартным зависимостям, что позволяет снизить ихматериалоемкость.5. Предложена рациональная конструкция плоского оребренного днища,обеспечивающая минимальную материалоемкость при выполнении условийпрочности и устойчивости.6. На основе компьютерного анализа и экспериментальных данныхпоказано, что в горизонтальных резервуарах могут использоваться плоскиетонкостенные днища.7.
Определены рациональные конструктивные параметры днищ аппаратов ивертикальных резервуаров, обеспечивающие минимальную материалоемкость привыполнении условий прочности и устойчивости, дано обоснование по выборунормативной документации для расчета обечаек таких устройств.8. Результатыработыуспешновнедреныиприменяютсявпроизводственной деятельности ООО «Газпром добыча Астрахань», в проектнойработе ООО «Гипрохим».9.
Результаты работы целесообразно будет использовать при пересмотренормативной документации по расчету на прочность сосудов и аппаратов.22Условные обозначенияГлава 2D – диаметр обечайки, м; D0 – внутренний диаметр контактной массы, м;Р1 – нагрузка на балки от сопротивления слоя контактной массы, Н; Р2 – нагрузкана балки от веса слоя контактной массы, Н; Р3 – нагрузка от сопротивления слоякварца, расположенного под контактной массой, Н; Р4 – нагрузка от веса слоякварца, Н; Р5 – нагрузка от веса колосника, Н; Робш – суммарная нагрузка, Н;х – расстояние от конца балки, расположенного на колонне, до рассматриваемогосечения балки, м; q1 – распределенная нагрузка от давления слоя, Н/м;Rk – реакция опоры на центральной колонне под опорной балкой, Н;n – общее число балок в одной зоне контактного аппарата; M – изгибающиймомент, МН·м; l – длина опорных балок, м; Ro – реакция опоры на обечайке подопорной балкой, Н.Глава 3p – расчетное внутреннее избыточное давление, МПа; D – внутренний диаметробечайки, м; s – исполнительная толщина стенки обечайки, м; с – сумма прибавокк расчетной толщине стенок, м; Mij – изгибающий момент в сечение над опоройили между опорами, МН.м; К9 – коэффициент, учитывающий частичноезаполнение жидкостью; [] – допускаемое напряжение для обечайки, МПа; – коэффициент прочности сварных швов обечайки, расположенных в областиопорного узла; [M] – допускаемый изгибающий момент, МН·м;M1, М2 – изгибающего момента над опорами, МН·м; q – распределенная нагрузка,Н/м; e – длина свободно выступающей части эквивалентного сосуда, м;М12 – изгибающий момент между седловыми опорами, МН·м; а – длинавыступающей цилиндрической части сосуда, включая отбортовку днища, м;H – высота выпуклой части днища по внутренней поверхности без учетацилиндрической отбортовки, м; L – длина цилиндрической части сосуда, включаядлину цилиндрической отбортовки днища, м; F – расчетное усилие, действующеена опору, Н; Vр – объема резервуара, м3; D – внутренний диаметр сосуда илиаппарата, мм; Dр – расчетный диаметр днища, мм; s1 – исполнительная толщинастенки днища, мм; h – высота ребра, мм; H1 – высота втулки, мм; d0 – наружныйдиаметр центральной втулки, мм; tв – толщина втулки, мм; h3 – расстояние отнижней поверхности днища до нижнего торца втулки, мм; [p] – допускаемоеизбыточное давление, действующее на днище, Н; p –расчетное давление, Н;Мс – суммарный изгибающий момент, H·мм; Q0 – дополнительное усилие,действующее на центральную часть днища с ребрами, H; ρ0 – относительныйрадиус втулки; [σ] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;s1 – исполнительная толщина стенки днища, мм; c – сумма прибавок к расчетнойтолщине стенки днища, мм; n – количество ребер жесткости;mp – материалоемкость оребренного днища, кг; m1 – масса гладкого днища безвтулки, кг; m2 – масса ребер, кг; m3 – масса втулки, кг; Sp – толщине ребражесткости, мм; h – высота ребра, мм.23Глава 4S – исполнительная толщина стенки днища резервуара, м; с – прибавка красчетной толщине ГОСТ Р 51274,м; S1р – расчетная толщина стенки днищарезервуара, м; а – расстояние между продольными балками, м; b – расстояниемежду поперечными балками, м, - ширина полки балки, м; G – вес одногопогонного метра днища в диаметральном сечении перпендикулярном продольнымбалкам, кг; D – диаметр днища, м; с – плотность стали, кг/м3; g – ускорениесвободного падения, м/с2; Gб – вес одного погонного метра опорных балок, кг;n – количество продольных опорных балок; Н – высота налива, м; p – давление,МПа; S – толщина пластины, мм; а, b (а<b) – длины сторон пластины, мм;S – толщина пластины, мм; [σ] – допускаемое напряжение, возникающее впластине, МПа; ϭ – максимальное напряжение возникающее в пластине, МПа;Р – давление, действующее на днище, МПа.Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:В рецензируемых научных изданиях:1.Лагуткин М.Г., Колодный А.В., Климова К.В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
