Диссертация (1095085), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Для сред с различнойплотностью удобнее получить обобщенную зависимость рациональногорасстояния между продольными балками не от высоты налива, а от давленияв МПа, причем в давление может входить не только гидростатическая112составляющая, но и давление внутри резервуара или аппарата. На рисунке4.2.5 приведена такая графическая зависимость.Рисунок 4.2.5 – Зависимость рационального расстояния междуопорными балками от давления:1 – расчетные значения а через первую производную уравнения (4.2.6);2 – кривая, построенная по уравнению регрессии (4.2.8).Уравнение регрессии в данном случае имеет вид: = 0.53 + 4.6 ∙ 10−6 ∙ −2.5 − 1.1 (4.2.8)Предложенная методика расчета плоских днищ сделает возможным настадии проектирования резервуаров и аппаратов, установленных на каркас изпоперечныхипродольныхбалок,значительноуменьшитькакметаллоемкость днища, так и в целом всего устройства [59].Зависимости для расчета тонких пластин, указанные в [6, 45], былиполучены много лет назад без использования вычислительной техники.Исходя из этого, нами была поставлена задача проверить возможностьприменения формулы, полученной для жестко заделанной по периметрупластины, для определения толщины стенки плоских днищ вертикальныхрезервуаров для хранения агрессивных сред, включая серную кислоту.
Чтобы113решить поставленную задачу был проведен анализ напряженного состоянияплоских днищ с использованием программы SolidWorks.Для начала были смоделированы пластина и двутавр каркаса. Далеедетали были объединены в сборке (рисунок 4.2.6), наложены сопряжения,пластина приварена по контуру к двутаврам.Рисунок 4.2.6 – Объединение пластины и двутавра каркаса сиспользованием программы SolidWorksПри проведении анализа напряженного состояния элемента плоскогоднища вертикального резервуара в качестве материала деталей была выбранасталь марки ВСт3сп, характеристики которой приведены в [33]. Класс стали– сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества (чаще всегоприменяетсяприизготовлениирезервуаровдляхраненияконцентрированной серной кислоты).
На рисунке 4.2.7 отображен выборповерхностификсациидвутавров,далеепроизводилосьнагружениепластины с приложением силы тяжести (рисунок 4.2.8) и давления (рисунок4.2.9).114Рисунок 4.2.7 – Выбор поверхности фиксации с использованиемпрограммы SolidWorksРисунок 4.2.8 – Нагружение пластины с приложением силы тяжести сиспользованием программы SolidWorksРисунок 4.2.9 – Нагружение пластины с приложением давления сиспользованием программы SolidWorks115После задания всех необходимых параметров был осуществлен запускрасчета, в результате которого, были получены напряжение, отраженное нарисунок 4.2.10 и рисунок 4.2.11, перемещение и деформация.В первую очередь интерес вызывает возникающее в центре пластинымаксимальное напряжение.Рисунок 4.2.10 – Напряжение, возникающее в пластине, полученное сиспользованием программы SolidWorksРисунок 4.2.11 – Напряжение, возникающее в пластине, полученное сиспользованием программы SolidWorksВ системе MathCad была проведена обработка полученных данных помаксимальным напряжениям.
Значения а и b (а<b) – длины сторон пластины,мм; S – толщина пластины, мм; ϭ – максимальное напряжение возникающее впластине, МПа; Р – давление, действующее на днище, МПа. В ходе116проведения обработки полученных данных некоторые из значений былиприняты равными: давление Р – 0.114, 0.150, 0.170 и 0.190 МПа (реальныезначения давлений в резервуаре при различных уровнях налива продукта),значение b - 2000 мм (как уже отмечалось, при больших значениях bнапряжения в пластине не увеличиваются, а меньшее расстояние междупоперечными балками каркаса не используется на практике), ширинапластины (расстояние между краями продольных балок) a - 400, 550 и 700мм, а толщины стенки днища S – 12, 14, 16 и 18 мм (принимались равнымитем, которые используются в реальных резервуарах).Полученные результаты расчета в SolidWorks были сведены в одинграфик и аппроксимированы в системе MathCad (рисунок 4.2.12).Зависимость для расчета максимальных значений напряжений вплоском днище вертикального резервуара для хранения агрессивных средбудет иметь вид: 2= 0.449 ( )(4.2.9)Из формулы (4.2.9) получим зависимость для расчета толщины стенкиплоского днища вертикального резервуара для хранения агрессивных сред = 0.67(4.2.10)[]√117Рисунок 4.2.12 – Зависимость отношения максимальных напряжений,возникающих в пластине, к давлению, действующему на днище, ототношения длины пластины к ее толщине:1 - кривая аппроксимации по уравнению (4.2.9).Сопоставим полученную зависимость (4.2.9) с формулой, приведенной в[45]:0.5 2=( ) (4.2.11)1 + 0.635 ∙ 6 где =≤ 1.Максимальноеотношениеa/bвнашемслучаесоставляет700 / 2000 = 0.35, тогда упростится формула (4.2.11): 2= 0.499 ( ) (4.2.12)Следовательно, всем известная зависимость, приведенная не только в[6, 45], но и в другой технической литературе, рассчитывает значениямаксимальных напряжений на 10 % больше, чем полученная формула (4.2.9).Таким образом, расчетная толщина стенки будет выше на 3.2 % и непревышает точности расчета.С помощью программы SolidWorks и системы MathCad был проведенанализ напряженного состояния плоских днищ вертикальных резервуаров118дляхраненияагрессивныхсред,которыйподтвердилвозможностьиспользования известной зависимости (4.2.3) для расчета жестко заделанныхпо периметру тонких прямоугольных пластин в проектных разработках дляопределения толщины стенки днища.
К тому же, полученная нами болеепростая формула (4.2.10), имеет рекомендательный характер для определениярасчетной толщины стенки плоского днища вертикального резервуара.Выбор расстояния между продольными балками должен осуществляться пополученным зависимостям (4.2.7) или (4.2.8).119Заключение1.Действующие нормативные документы по расчету на прочностьэлементов сосудов и аппаратов требуют пересмотра и уточнения, чтоподтверждается экспериментально и расчетами с использованием методаконечных элементов.2.Научнообоснованыметодологическиепринципырасчетаразмещения и величины максимального изгибающего момента в радиальныхбалках контактных аппаратов и нагрузки, действующей на обечайку ицентральную колонну от опорных балок.3.Наоснованииразработаннойметодикиустановленорациональное расположение опор горизонтального резервуара, при которомобеспечиваются минимальные изгибающие моменты, что реализовано впатенте на изобретение RU № 2530957 «Горизонтальный резервуар наседловых опорах».4.На основе исследования напряженного состояния тонкостенныхплоских днищ с помощью компьютерного анализа и натурного экспериментапоказано, что напряжения, возникающие в тонкостенных плоских днищахсущественно меньше рассчитанных по стандартным зависимостям, чтопозволяет снизить их материалоемкость.5.Предложена рациональная конструкция плоского оребренногоднища, обеспечивающая минимальную материалоемкость при выполненииусловий прочности и устойчивости.6.На основе компьютерного анализа и экспериментальных данныхпоказано, что в горизонтальных резервуарах могут использоваться плоскиетонкостенные днища.7.Определены рациональные конструктивные параметры днищаппаратов и вертикальных резервуаров, обеспечивающие минимальнуюматериалоемкость при выполнении условий прочности и устойчивости, данообоснование по выбору нормативной документации для расчета обечаектаких устройств.1208.Результаты работы успешно внедрены и применяются впроизводственной деятельности ООО «Газпром добыча Астрахань», впроектной работе ООО «Гипрохим».9.Результаты работы целесообразно будет использовать припересмотре нормативной документации по расчету на прочность сосудов иаппаратов.121Список литературы1.
Алямовский А.А. SolidWorks Simulation. Как решать практические задачи.– С-Пб: БХВ-Петербург, 2012. – 448 с.2. Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М.: ДМКПресс, 2010. - 446 с.3. Амелин А.Г.Технология серной кислоты, М.: Химия, 1983, 360 с.4. Амелин А. Г., Яшке Е. В. Производство серной кислоты.
– М.: Высшаяшкола, 1980 – 245 с.5. Ассоциация БАЭ. Новости прессы от 26.01.2010 г. Сборник национальныхстандартов ГОСТ Р 52857.1-2007 - ГОСТ Р 52857.12-2007 включаетдвенадцать стандартов. http://www.bashexpert.ru/press/obzor/937/6. Бабицкий И.Б., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчет и конструированиеаппаратуры нефтеперерабатывающих заводов. Под ред. Вихмана Г.Л., 2-еперераб. допол. издание, М.: «Недра» ,1965. – 904 с.7. Балашов В.М., Мешков В.В., Схиртладзе А.Г. Введение в специальность«Технология машиностроения».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
