Диссертация (1095085), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Нагрузка набалкиотсопротивленияслояконтактноймассыопределится,какP1=3.061.105 Н, а от ее веса P2=6.112.105 Н. Кроме этого, на балки будутдействовать нагрузки от сопротивления слоя кварца, расположенного подконтактной массой, и его веса, соответственно, P3=3.121.104 Н и P4=8.084.104Н, а также от веса колосника P5=1.360.104 Н. Тогда суммарная нагрузкасоставит Pобщ= P1 + P2+ P3+ P4+ P5=1.043.106 Н.
Нагрузка от собственноговеса балки составляет P6=4.447.103 Н.Давление слоя и колосника тогда определится как: = общРасчетнаясхема4(2 − 0 2 )для= 9492 Па (2.1)определениямоментасопротивленияпоперечного сечения опорных балок представлена на рисунке 2.2. В нашемпримере B=0.180 м, H=0.260 м, h=0.220 м и b=0.160 м, тогда моментсопротивления поперечного сечения опорной балки Wσ, найденный поформуле (2.2): ∙ 3 − ∙ ℎ3 =(2.2)6∙составит 9.359·10-4 м3.55Рисунок 2.2 – Расчетная схема для определения момента сопротивленияпоперечного сечения опорных балокРисунок 2.3 – Расчетная схема для определения нагрузок наопорные балки, центральную колонну и обечайку:1 – центральная колонна; 2 – разделительная перегородка между слоямикатализатора; 3 – радиальные опорные балки; 8 – обечайка;9 – шарнирная опора.56Распределенная нагрузка на одну балку от ее веса q=899 Н/м, общеечисло балок в одной зоне контактного аппарата n=24.
Распределеннуюнагрузку от давления слоя можно записать как:1 = ∙ 2 ∙0( + ) (2.3)2где x – расстояние от конца балки, расположенного на колонне, дорассматриваемого сечения балки.Поперечную (срезывающую) силу, действующую на балку, можнопредставить следующим образом:0п = − ∫ 1 − ∫ = − ∫ ∙ 2 ∙ ( + ) − ∫ (2.4)20000где Rk – реакция опоры на центральной колонне под опорной балкой.После интегрирования получим:п = − ∙ 2 ∙ 0∙ − ( ∙+ ) ∙ (2.5)Действующий на опорную балку изгибающий момент запишется как: = ∫ п = ∫ [ − ∙00 2 ∙ 0∙ − ( ∙+ ) ∙ ] (2.6)откуда получим уравнение ∙ 0 23 = ∙ − ∙∙ − ( + )∙3∙2(2.7)Исходя из того, что на краю балки, расположенном на обечайке,изгибающий момент равен нулю, а поперечная сила равна реакции опоры, сучетом уравнений (2.5) и (2.7) запишем систему уравнений, из которойнайдем реакции опор: 3 ∙ 02 − − ( ∙+ ) = 032 ∙ 0 − 2 − ( ∙+ ) = −0{(2.8)57где l - длина опорных балок; Ro – реакция опоры на обечайке подопорной балкой.Полученную систему уравнений можно легко решить в системеMathCad.
В результате получим значения реакций опор на центральнойколоннеиобечайке,соответственно,Rк=1.877.104НиобечайкеRо=2.904.104 Н. Как и следовало ожидать, реакция опоры на обечайкесущественно превышает реакцию опоры на центральной колонне.Эпюра изгибающего момента в опорной балке в соответствии суравнением (2.7) представлена на рисунке 2.4. Максимум изгибающегомомента смещен в сторону обечайки; значение координаты x, при которойизгибающий момент имеет максимум, легко найти продифференцировавуравнение (2.7) в системе MathCad и приравняв к нулю, в данном случаезначение x составит 2.749 м.
С учетом полученного значения x по уравнению(2.7)определиммаксимальнуювеличинуизгибающегомомента – 3.01.104 Н.м.Рисунок 2.4 – Эпюра изгибающего момента в опорной балкеПоскольку момент сопротивления поперечного сечения балки равен9.359.10-4 м3, максимальное напряжение, возникающее в опорных балках,будет 3.01.10-2/(9.359.10-4)=32.2 МПа.58Предложенный подход позволяет с высокой точностью определять,как действующий на опорные балки контактного аппарата изгибающиймомент, так и возникающие от его действия максимальные напряжения, чтонеобходимо для определения выполнения условий прочности.
Кроме того,полученные значения опорных нагрузок, действующих на опорные балки,дают возможность определить осевые сжимающие силы, действующие наобечайку и центральную колонну [52], что необходимо для проверки условийих прочности и устойчивости согласно «ГОСТ Р 52857.2–2007» [34].59Глава 3. Особенности расчета и конструирования горизонтальныхрезервуаровВ химической и нефтехимической промышленности для храненияреагентоврезервуары.инефтепродуктовВсоответствиичастосиспользуются«ГОСТ8.346-2000»горизонтальные[29]резервуаргоризонтальный стальной – это металлический сосуд в форме горизонтальнолежащего цилиндра с плоскими, усеченно-коническими, сферическими иликоническими днищами, применяемый для измерений и хранения объемажидкости. Внутренний диаметр должен выбираться из ряда размеров,приведенных в «ГОСТ 9617-76» [30].На сегодняшний день нет единой нормативной документации попроектированию таких резервуаров.
В первую очередь при проектированиисосудов, необходимо пользоваться такими нормативными документами как«ПБ 03-584-03» [67] и «ГОСТ Р 52630-2012» [32]. В них приведены основныетехнические требования к материалам, изготовлению, конструкциям,методам испытаний, реконструкции, поставке, ремонту, приемке и монтажусосудов и аппаратов. Помимо этого, установленные требования направленына обеспечение промышленной безопасности, а также на предотвращениеслучаев производственного травматизма и аварий при работе стальныхсварных сосудов и аппаратов.3.1.
Расчет и конструирование обечаек горизонтальных резервуаровРасчет на прочность обечаек горизонтальных резервуаров от действиявнутреннего избыточного давления и опорных нагрузок должен проводитьсяпо «ГОСТ Р 52857.5-2007» [37] для рабочих условий и условийгидравлическихиспытаний.Согласно«ГОСТР52630-2012»[32],«ПБ 03-584-03» [67] пробное давление Рпр при гидравлическом испытаниисосудов вычисляется по формуле:пр = 1.25[]20(3.1.1)60где Р – расчетное давление, МПа; []20, []t – допускаемыенапряжения для материала соответственно при 20 °С и расчетнойтемпературе t, МПа.Резервуары, работающие без давления (под налив) испытываютналивом воды до верхней кромки [67, 32].«ГОСТ 17032-2010» [18] был введен с 1 января 2012 года, где в п.5.2.3говорится, что минимальная конструктивная толщина стенки корпусанадземного горизонтального резервуара должна быть не менее 4 мм.
Следуеттакже отметить, что в п.5.2.4. [18] указывается необходимость проведенияповерочных расчетов стенки резервуара. Данный стандарт распространяетсвоедействиенапредназначенныедляхранениянефтепродуктовгоризонтальные стальные резервуары объемом от 3 до 100 м 3. Разрешаетсяиспользование резервуаров для хранения неагрессивных продуктов итехнической воды с плотностью не более 1300 кг/м3.Согласно «ГОСТ 17032-2010» [18] днища резервуаров должны быть:неотбортованныеиотбортованныеконические;неотбортованныеиотбортованные плоские.
Основные размеры и типы днищ: коническиенеотбортованные по «ГОСТ 12620» [13]; конические отбортованные по«ГОСТ 12619» [12], «ГОСТ 12621» [14]; плоские неотбортованные по«ГОСТ 12623» [16]; плоские отбортованные по «ГОСТ 12622» [15];допускаются иные размеры и типы по согласованию с заказчиком.В химической промышленности используются для горизонтальныхрезервуаров и другие типы днищ.В «ГОСТ 12623» [16] приводятся конструкции и размеры плоскихднищ, работающих под давлением и под налив, а также конструкции иразмеры плоских днищ (толщина от 3 до 25 мм), предназначенных толькопод налив.В п.4 стандарта указывается, что толщины стенок плоских днищ,работающихподдавлением иподналив, должнырассчитыватьсяпо «ГОСТ 14249-89» [17].
Указанный стандарт не отменен, но на его основе61разработан новый стандарт – «ГОСТ Р 52857.2-2007» [34], которыйпозволяет рассчитывать не только гладкие плоские днища, но и днища,укрепленные радиальными ребрами жесткости, часто используемые вгоризонтальных резервуарах.Основные размеры эллиптических и конических днищ определяются всоответствии с требованиями государственных стандартов, что указано в«ГОСТ Р 52630-2012» [32] и «ПБ 03-584-03» [67].Основныеразмерыэллиптическихднищприведеныв«ГОСТ 6533-78» [28].
Как указывалось выше, размеры конических днищприведены в «ГОСТ 12619» [12], «ГОСТ 12621» [14] и «ГОСТ 12620» [13].При проектировании горизонтальных резервуаров для неорганическихжидких кислот и щелочей следует так же руководствоваться «ПБ 09-596-03»[69].В обечайке горизонтальных резервуаров возникают напряжения,вызванные действием внутреннего избыточного давления (мы рассматриваемгидростатическое давление), изгибающих моментов и опорных нагрузок [37].Возможны потеря прочности и устойчивости обечайки. Условие прочности всоответствии с [37] запишется как:4 9+≤ [] (3.1.2)4( − ) 2 ( − )гдеp–расчетноевнутреннееизбыточноедавление,МПа;D – внутренний диаметр обечайки, м; s – исполнительная толщина стенкиобечайки, м; с – сумма прибавок к расчетной толщине стенок, м;Mij – изгибающий момент в сечение над опорой или между опорами, МН .м(выбирается максимальное значение); К9 – коэффициент, учитывающийчастичное заполнение жидкостью, вычисляют по [37]; [] – допускаемоенапряжение для обечайки, МПа; – коэффициент прочности сварных швовобечайки, расположенных в области опорного узла.62Рисунок 3.1.1 – Расчетная схема определения усилийпо «ГОСТ Р52857.5-2007»Условие устойчивости обечайки проверяется по уравнению:[ ]≤ 1,0[](3.1.3)где [M] − допускаемый изгибающий момент в МН.м, определяемый по[34].Место установки седловой опоры от края обечайки во многомопределяет величину изгибающего момента и соответственно минимальнуюдопускаемую толщину стенки обечайки.В «ГОСТ Р 52857.5-2007» [37] для расчета величины изгибающегомомента над опорой предложена следующая зависимость: 21 = 2 =−0 (3.1.4)2где q – распределенная нагрузка, н/м; e – длина свободновыступающей части эквивалентного сосуда (рисунок 3.1.1), м; момент М0вычисляется по формуле:20 = (3.1.5)16Возникающий между опорами изгибающий момент может бытьнайден из уравнения [37]: 2 212 = 0 + ( − ) − ( + ) (3.1.6)22 2 3где а – длина выступающей цилиндрической части сосуда, включаяотбортовку днища, м; H – высота выпуклой части днища по внутреннейповерхности без учета цилиндрической отбортовки, м; L – длина63цилиндрической части сосуда, в которую включена длина цилиндрическойотбортовки днища (рисунок 3.1.1), м.
Соответственно для резервуара сплоским днищем e=a, а для резервуара с эллиптическим днищем e=a+2/3H.На рисунке 3.1.2 приведен пример изменения возникающего надседловой опорой изгибающего момента М1 и между седловыми опорами М12(диаметр обечайки 3.200 м, объем 100 м3 и длина 12.0 м) от расстояния открая цилиндрической обечайки до оси седловой опоры е (рассматриваемрезервуар с плоскими днищами).Рисунок 3.1.2 – Изменение изгибающего момента для обечайкидиаметром 3.200 м и длиной 12.700 м от расстояния от краяцилиндрической обечайки до оси седловой опоры:1 – изменение изгибающего момента над седловой опорой М1;2 – изменение изгибающего момента между седловыми опорами М12.Графическая зависимость отношения рассчитанных рациональныхзначений расстояния от края цилиндрической обечайки до оси седловойопоры e к длине корпуса L от объема резервуара Vр приведена на рисунке3.1.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
