Проект стального цилиндрического резервуара

Санкт-Петербургский Государственный

Архитектурно-Строительный Университет



Кафедра металлических конструкций

и испытаний сооружений













Пояснительная  записка

к курсовому проекту на тему

Проектирование вертикального

цилиндрического резервуара для нефтепродуктов









Проект выполнил:

 































Санкт-Петербург

2000г





пункт 1.1 Определение геометрических размеров резервуара

Обьем резервуара VЗАД=3400 м3, что больше 2000 м3 , таким образом оптимальную высоту резервуара определим по следующей формуле:



где 

с1=0.8 – коэффициент условий работы

f2=1.1 - коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления

Rwy=2450 кг/см2  -расчетное сопротивление сварного стыкового шва (Rwy=Ry) для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)

=1.1 см - приведенная толщина стенки и кровли (V=3400 м3)

=0.00075 кг/см3 - обьемный вес жидкости (бензин)



Принимаем предварительно максимальную высоту стенки резервуара hст=16.16 м, используем листы размером 2*8 м

Nлистов= hст/hлиста=16.16 /1.99=8.12 шт

Округляем количество листов по высоте до 8 шт. тогда окончательная высота стенки составит  Hоконч= 15.92 м

Определяем радиус резервуара r2:



Определяем длину рулона

Lр=2**r2+0.2=2*3.14*8.25+0.2=52.01 м

Определяем количество листов в рулоне 

Lр/lлиста=52.01/7.99=6.51 шт

Принимаем 6.75 шт , тогда LР=6.75*7.99=53.93 м, и уточняем значение радиуса резервуара r2

r2=LР-0.2/2*=(53.93-0.2)/(2*3.14)=8.56 м

Табл.1 Генеральные размеры резервуара



V,м3

Hст,м

r2, м

H/D

Lстенки, м

3662

1.99*8=15.92

8.56

0.92

53.73



cтр.2





Пункт 1.2 Определение толщины стенки резервуара.

















Рис.1





Таблица 2. Определение толщины стенки резервуара

Номер

сечения              i

Высота столба жидкости

yi ,м

*f2*yi

кПа

Pизб*f3кПа

(2)+(3),

кПа

tвыч,

cм

tпрння-тое,

мм

tоконч,

мм

Марка

стали



0

1

2

3

4

5

6

7

8

1

15,92

131,34

26,4

157,74

0,69

7



Вст3сп5-1

2

13,93

114,92

26,4

141,32

0,62

7



Вст3сп5-1

3

11,94

98,50

26,4

124,9

0,55

6



Вст3сп5-1

4

9,95

82,08

26,4

108,48

0,47

5



Вст3сп5-1

5

7,96

65,67

26,4

92,07

0,40

4



Вст3сп5-1

6

5,97

49,25

26,4

75,65

0,33

4



Вст3сп5-1

7

3,98

32,83

26,4

59,23

0,26

4



Вст3сп5-1

8

1,99

16,41

26,4

42,81

0,19

4



Вст3сп5-1



Требуемая толщина стенки резервуара определяется по формуле:

где

=0,75т/м3 обьемный вес бензина

f2=1,1 коэффициент надежности по нагрузке для жидкости

Pизб=2,2*1 =2,2 т/м2  Избыточное давление паров бензина, соответствующее

2200 мм вод. столба

f3=1,2 коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления

r2=8,56м

Rwy=2450 кг/см2  -расчетное сопротивление сварного стыкового шва (Rwy=Ry) для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм) 

 с1=0.8 – коэффициент условий работы стенки резервуара                                                                              

стр.3







Пункт1.3 Расчет стенки резервура на устойчивость



Определение критических напряжений:

а) мередиональных (cr1)



где с-коэффициент принимаемый по отнощению r2/tmin=856/0.4=2140; c=0.07

E=2*106 кг/см2

tmin=4 мм=0.4 см

б) кольцевых (cr2)





E=2*106 кг/см2

tcр=(4*4+2*7+6+5)/8 мм=5,125 см

h=Hст-0.33hvar=1592-0.33*796=1329,32 см

hvar=1.99*4=796 см

Сбор продольных сжимающих нагрузок 

 P2=(PВАК*F3+qВ*с2*F4)*nc=(0.01*1.2+0.006*0.5*1.4)*0.9= 0,01458 кг

 2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2 

PВАК=100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см2  F3=1.2

qВ=0.6 кПа =0.006 кг/см2 (V район по ветру) с2=0.5 F4=1.4 nc=0.9

Сбор  кольцевых сжимающих нагрузок

 P1=gкров*F1+(Pснег*F5+Pвак*F3-qВ*с1*F1)*nc=0.0039*1.1+

+(1.6*0.007+0.01*1.2-0.006*0.952*0.9)*0.9= 0,0205кг

PВАК=100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см2  F3=1.2

gкровли=(0.35-0.30)/(5000-3000)*3662+0.3=0,39 кН/м2=0.0039 кг/см2   F1=1.1

Pснег= 0.7 кПа=0.007 кг/см2   (II снеговой район)                                  F5=1.6

qВ=0.6 кПа=0.006 кг/см2  (V район по ветру)

с1=0.6*H/D+0.4=0.6*0.92+0.4=0,952 ‘F4=0.94

 1=P1*r2/2tст+F1**b*nпоясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см2 

=7.85 т/м3=7850кг/м3=7850/(100*100*100)= 0,00785 кг/см3

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=c2=1

28.80/68.69+31.20/10.90= 0,41+ 2,86= 3.27>1

Требуется установка  ребер (колец) жесткости. Устанавливаем одно ребро жесткости на отметке 7.96м (середина высоты резервуара),  тогда ;

cr1=68.69 кг/см2



1=P1*r2/2tст+F1**b*nпоясов= 0.0298*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см2 

2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2 









Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=c2=1

28.80/68.69+31.20/12.55= 0,41+ 2,48=2.85>1

Требуется установка дополнителных ребер (колец) жесткости. Устанавливаем два кольца жесткости на отметках 5.97м и 9.95 м ,  тогда ;

cr1=68.69 кг/см2



1=P1*r2/2tст+F1**b*nпоясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*3= 26,62 кг/см2 

2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=c2=1

26.62/68.69+31.20/16.73= 0,39+ 1,86=2.25>1

Требуется установка дополнителных ребер (колец) жесткости. Устанавливаем три кольца жесткости на отметках 3.98 м и 7.96 и 11.94 м ,  тогда ;

cr1=68.69 кг/см2



1=P1*r2/2tст+F1**b*nпоясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*2= 25,06 кг/см2 

2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=c2=1

25.06/68.69+31.20/25.09= 0,36+ 1,24=1.6>1

Увеличиваем толщину листов верхней части стенки до 5 мм, тогда;



где с-коэффициент принимаемый по отнощению r2/tmin=856/0.5= 1712; c=0.07



1=P1*r2/2tст+F1**b*nпоясов= 0.0205*856/2*0,5+1.1*0.00785*199*2= 20.67 кг/см2 

2=P2*r2/tmin= 0,01458*856/0.5= 24,96 кг/см2

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

1/cr1+2/cr2 <=c2=1

20.67/85.86+24.96/35.07= 0,24+ 0.71=0.95<1

Условие устойчивости выполняется следовательно оставляем текущую конструкцию стенки резервуара:

1,2,3,4,5 листы сверху приняты толщиной 5мм, 6лист -6мм, 7,8 листы -7 мм.

Установлены три кольца жесткости на отметках 3.98 м и 7.96 и

 11.94 м 











Расчет сопряжения стенки с днищем



MY=0.1*p*r2*tст

P=*f2*H+Pизб*f3

P=0.00075*1.1*1592+0.22*1.2=1.57 кг/см2

MY=0.1*1.57*856*0.7= 94,1 кг*см

 кг/см2

для резервуаров высокого давления необходимо учитывать растягивающие усилия от Pизб и ветровой нагрузки 1

p1=( Pизб*f3+ f4*с1*qв)ncf1’*gкр-f1’*gст

p1=(0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0,244-0,00371= 0,241

1=P1*r2/2tст-f1’*gкр-f1’*gст =0.241*856/2*0.7-0.95*0.00785*199*8= 

= 147,35- 8,31= 139,04 кг/см2

Суммарное напряжение s

s=M+1=1152.24-139.04= 1013,2 кг/см2<RY*C=2450*0.8= 1960 кг/см2



Принимаем крепление стенки к днищу  двумя угловыми швами

Условие прочности сварного шва по металлу шва:



Сварку ведем полуавтоматическим способом, с применением сварочной проволоки Св-08А с Rwun=4200 кг/см2

 Rwf=0.55 Rwun/wm=0.55*4200/1.25= 1848 кг/см2

 1)Катет шва принимаем kf=5мм  ;f=0.7

Wf=(f*kf)2/6=(0.7*0.5)2/6= 0.0204 см3

 2445,41 кг/см2< 1848*1*1 кг/см2

2)Катет шва принимаем kf=6мм  ;f=0.7

Wf=(f*kf)2/6=(0.7*0.6)2/6= 0,0294  см3

1716,20кг/см2<1848*1*1 кг/см2

Условие прочности металла шва выполняется



Производим поверку крепления стенки к днищу на отрыв :

Rth=0.5*Run/wm=0.5*2500/1.05= 1190,48 кг/см2

1716,20кг/см2> Rth*c= 1190,48 кг/см2

Условие не выполняется следовательно увеличиваем катет шва kf=7мм

Wf=(f*kf)2/6=(0.7*0.7)2/6= 0,0400см3

 1275,56 кг/см2> Rth*c= 1190,48 кг/см2

Условие не выполняется следовательно увеличиваем стенку до 8 мм

И катет шва до kf=8мм

MY=0.1*p*r2*tст

MY=0.1*1.57*856*0.8= 107,51 кг*см



p1=( Pизб*f3+ f4*с1*qв)nc-f1’*gкр-f1’*gст

p1=(0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0,244-0,00371= 0,241

1=P1*r2/2tст-f1’*gкр-f1’*gст =0.241*856/2*0.8-0.95*0.00785*199*8*0.8= 

= 147,35- 8,31= 139,04 кг/см2 128,935- 9,50= 119,44 кг/см2

Wf=(f*kf)2/6=(0.7*0.8)2/6= 0,0523см3

 1113,13 кг/см2< Rth*c= 1190,48 кг/см2



Условие прочности выполняется следовательно окончательно принимаем толщину нижнего листа стенки резервуара  8 мм и катет шва kf=8мм

















































Расчет анкерного крепления стенки

Подъемная сила Nп будет равна

NП=f3*Pизб**r2=1.2*0.22*3.14*8562=  607409 кг

Удерживающая сила Nуд

Nуд=f1(gкровли+gстенки+gокрайков)=0.9(8973+47027+1827,2)= 52045 кг

gкровли=0.0039**r2=0.0039*3.14*8562= 8973 кг

gстенки=0.007*7850*0.01*15.92*2**r= 47027 кг

gокрайков=0.2* gднища=0.2*9136= 1827,2 кг

gднища=tднища**(r+5)2=0.5*3.14*(861)2*0.00785= 9136 кг



Nанкерн.болтов= NП- Nуд=607409-52045= 555364 кг

Количество анкерных болтов при установке их через 1510 см

(10 град.) равно 36 штук

Усилие на один болт

Nанк.болта=Nанк.болт.общ/nболтов=555364/36= 15427 кг

Применяем болты нормальной точности  из стали марки Вст3кп2

 с расчетным сопротивлением стали  растяжению

 145 мпа(1500 кг/см2)

Требуемая площадь анкерного болта

Aтр.болта.нт=Nболта/Rболта=15427/1500=  10,3 см2

Диаметр болта принимаем 42 мм с Аб.нт=11.3 см2



Определим высоту  ребра (4 шт), из длины сварных швов учитывая

Срезы 20 х 20 с обоих сторон

Требуемая длина сварных швов lw при катете шва 6 мм

 lw= Nболта/4f*kf*Rwf=15427/4*0.6*0.9*1848= 3,9+1+4=8.9 см

При полуавтоматической сварке  проволокой СВ-08А с

Rwun=4200 кг/см2 и Rwf=4200*0.55/1.25= 1848 кг/см2

В нижнем положении и диаметре проволоки 1.4-2 мм

Коэффициент f=0.9 

Принимаем конструктивно hст=20 см



Определяем толщину накладной пластины из стали Вст3сп5

С RY=2400 кг/см2 при lпластины=120 мм 

Мпластины= Nболта* lпластины/4=15427*12/4= 46281 кг*см

Wтр= Мпластины/ RY=46281/2400= 19,28 cм3

Ширина пластины b=180 мм

Толщина пластины = 2,54 см

Принимаем размеры пластины 18 х 2.6 см

Кольцо жесткости принимаем из уголка с полкой b=(1/100D=

=0.01*856*2= 17,12)=18см т.е неравнопол.уголок 180 х 110 х 10



Расчет торосферической кровли



Сбор нагрузок

P= gкровли*f1+(f5*PСНЕГ+f3*Pвакуума)*0.9=

=0.0039*1.05+(1.6*0.007+1.2*0.01)0.9=0,0250 кг/см2



P= -gкровли*f1’+(f3*Pизб+f4*qв*с1)0.9=

=-0.0039*0.9+0.9(1.2*0.22+1.4*0.006*0.952)= 0,241 кг/см2

Проверка средней части оболочки по прочности

Предварительно принимаем толщину листов кровли tоб=5мм





=0.241*856/2*0.5= 206,3 кг/см2 Rwy*c=2450 кг/см2

 прочность в средней части кровли обеспечена

Проверка средней части оболочки по устойчивости





CR=0.1*2100000*0.5/856 =122,7 кг/см2

=0.025*856/2*0.5= 21,4 кг/см2 CR=122,7 кг/см2

Устойчивость в средней части кровли обеспечена





Проверка  оболочки в месте примыкания ее к стенке по устойчивости



P=0,241 кг/см2       1/4*1.21*(0.52/8562-2*333.842)= 0,3025*2100000* *4,90e-7= 0,311 кг/см2

Устойчивость оболочки в месте примыкания кровли к стенке обеспечена. 

Окончательно принимаем толщину листов кровли tоб=5мм