ПОКРЫТИЕ КУПОЛЬНОЙ КРЫШИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА

Область техники
Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована в резервуарных парках магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов, на нефтебазах.
Предшествующий уровень техники
Известно покрытие, выполненное в форме купола из плоских треугольных алюминиевых пластин (публикация RU 2308588, кл. МПК Е04Н 7/00, опубл. 20.10.2007 г. Бюл. №29)
Недостатком данного покрытия является то, что при эксплуатации цилиндрического резервуара с крышей, содержащей данное покрытие в климатических районах, где выпадают осадки в виде снега, на плоские пластины с подветренной стороны резервуара налипает снег, образуя «снеговой мешок». Пластины под воздействием накопившегося веса снега прогибаются внутрь крыши, и покрытие может быть нарушено путем обрушения кровли.
Данный недостаток устранен в следующем техническом решении.
Известно, выбранное в качестве ближайшего аналога, покрытие, выполненное из дугообразно изогнутых треугольных алюминиевых пластин, образующих сферический купол (публикация JP 2003213958 A, кл. МПК Е04В 1/32, опубл. 30.07.2003 г.)
При использовании данного покрытия в купольной крыше цилиндрического резервуара происходит сползание вниз снегового покрова по достижению им критической массы и образования в нем кольцевой трещины. Однако во время снегопадов в сочетании с ветром происходит обтекание воздушными потоками, несущими снег, купола крыши и стенки, а затем происходит слияние указанных встречных потоков обтекающих купол крыши. В результате слияния встречных потоков на стыке стенки и купола крыши происходит циклическое образование замкнутой турбулентной срывной зоны (дорожки Кармана), что приводит к процессу налипания снега в нижней части покрытия. Вначале снег налипает на пограничную кромку на стыке стенки и купола крыши, затем начинает нарастать и образовываться «снеговой мешок» (скопление снега) от края к вершине купола. Со временем направление ветра (розы ветров) меняется и «снеговой мешок» принимает форму сектора-треугольника с максимальной массой к краю стенки. По достижению критической массы «снегового мешка» происходит локальное разрушение покрытия купольной алюминиевой крыши. Таким образом, недостатком известного покрытия купольной крыши цилиндрического резервуара является то, что в нем не предусмотрена возможность предотвращения образования «снегового мешка».
Краткое описание полезной модели
Техническим результатом, на решение которого направлена настоящая полезная модель, является создание покрытия купольной крыши цилиндрического резервуара, в котором предотвращена возможность образования «снегового мешка».
Технический результат достигается тем, что в покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара, включающее сферический участок, сопряженный с криволинейным участком, образованным вращением, по меньшей мере, одной дуги окружности вокруг оси сферического участка, таким образом, что оба участка образуют каплевидное тело, а вершина сферического участка расположена выше поверхности криволинейного участка, при этом радиус сферического участка составляет 0,4-0,7D, a высота 0,15-0,2D, где D - диаметр цилиндрического резервуара.
Для того чтобы избежать, предотвратив встречи воздушных потоков, обтекающих покрытие сверху и по его боковым сторонам, на стыке покрытия и стенки цилиндрического резервуара указанная вершина смещена по оси вращения указанной дуги окружности относительно оси цилиндрического резервуара в направлении от указанного криволинейного участка на расстояние 0,1-0,3 D.
Для того чтобы избежать встречи воздушных потоков, обтекающих покрытие и по его боковым сторонам, на стыке покрытия и стенки цилиндрического резервуара конец указанного криволинейного участка противоположный концу, сопряженному с указанным сферическим участком, выступает за пределы стенки указанного цилиндрического резервуара на расстояние составляющее 0,1-0,3 D, тем самым образуя «зону разрыва» воздушных турбулентных потоков.
Для снижения массы покрытия оно выполнено из алюминиевого листа толщиной 2-5 мм.
Описание чертежей
Заявленная полезная модель поясняется при помощи чертежей представленных на фиг.1-4.
На фиг.1 показан вид сверху на покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара, покрывающее крышу, установленную на резервуаре, в котором (покрытии) криволинейный участок образован вращением одной дуги окружности вокруг оси сферического участка.
На фиг.2 показан вид сбоку на покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара, представленного на фиг.1.
На фиг.3 показан вид сверху на покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара, покрывающее крышу, установленную на резервуаре, в котором (покрытии) криволинейный участок образован вращением трех дуг окружности вокруг оси сферического участка.
На фиг.4 показан вид сбоку на покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара, представленного на фиг.3.
Осуществление полезной модели
Покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара, может быть выполнено из листа алюминиевого сплава толщиной 2-5 мм и включает сферический участок 1, сопряженный с криволинейным участком 2. Криволинейный участок 2 может быть образован вращением одной, как показано на фиг.1 и 2, дуги окружности 3 или нескольких, например, как показано на фиг.3 и 4, трех дуг 3, 4 и 5 окружностей вокруг оси 6 сферического участка 1. При этом оба участка 1 и 2 образуют каплевидное тело, а вершина О сферического участка 1 расположена выше поверхности криволинейного участка 2. Образование криволинейного участка 2 путем вращения только одной дуги 3 окружности не всегда бывает достаточно для достижения заявленного технического результата, что может быть связано с размерами самого цилиндрического резервуара 7. Поэтому можно образовывать поверхность криволинейного участка 2 путем вращения нескольких сопряженных дуг окружностей (например, как показано на фиг.3 и 4, дуг 3, 4 и 5 окружностей). За счет этого можно достичь увеличения длины криволинейного участка 2, с образованием плавных переходов между участками, образованными вращением каждой дугой окружности.
При этом радиус сферического участка 1 составляет 0,4-0,7 D, а высота 0,15-0,2 D, где D - диаметр цилиндрического резервуара 7. Если радиус сферического участка 1 будет менее чем 0,4 D, то размеры купольной крыши цилиндрического резервуара не позволят полностью закрывать верхнюю часть цилиндрического резервуара 7. Если радиус сферического участка 1 будет более чем 0,7 D, то стенки цилиндрического резервуара 7 будут подвергаться воздействию изгибающего момента, возникающего за счет того, что крыша цилиндрического резервуара будет выступать за пределы цилиндрического резервуара. При этом за счет асимметричной формы крыши указанный изгибающий момент в разных местах стенки будет иметь разные значения, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках стенок цилиндрического резервуара 7. Если высота сферического участка 1 будет менее чем 0,15 D, то форма купольной крыши цилиндрического резервуара будет приближаться к плоской форме, что существенно снижает ее устойчивость против внешних нагрузок. В частности снег, выпадающий на поверхность покрытия купольной крыши цилиндрического резервуара, не сможет самостоятельно сходить с указанного покрытия, и целостность конструкции крыши цилиндрического резервуара может быть легко нарушена. Если высота сферического участка 1 будет более чем 0,2 D, то крыша цилиндрического резервуара будет иметь низкую устойчивость против воздействия бокового ветра, и целостность конструкции указанной крыши также может быть легко нарушена, особенно при воздействии ветра, скорость которого превышает 15 м/с.
Дополнительно указанная вершина О сферического участка 1 смещена по оси вращения, совпадающей с осью 6 сферического участка 1, указанной дуги 3 окружности (а также других дуг окружностей сопряженных с дугой 3, например, дуги 4 и 5) относительно оси 8 цилиндрического резервуара 7 в направлении от указанного криволинейного участка 2 на расстояние 0,1-0,3 D.
Если вершина О сферического участка 1 будет смещена по оси вращения дуги 3 окружности криволинейного участка 2 относительно оси 8 цилиндрического резервуара 7 в направлении от указанного криволинейного участка 2 на расстояние менее чем 0,1 D, то длинны криволинейного участка 2 недостаточно для того, чтобы произошел срыв воздушного потока обтекающего указанное покрытие сверху. Это приведет к встречи указанного воздушного потока с воздушными потоками, обтекающими указанное покрытие по бокам. В результате, в месте встречи указанных потоков, произойдет образование замкнутой турбулентной срывной зоны и начитается процесс налипания снега в нижней части покрытия.
Если вершина О сферического участка 1 будет смещена по оси вращения дуги 3 окружности криволинейного участка 2 относительно оси 8 цилиндрического резервуара 7 в направлении от указанного криволинейного участка 2 на расстояние более чем 0,3 D, то нагрузка возникающая от силы тяжести крыши цилиндрического резервуара на стенки цилиндрического резервуара 7 будет неравномерной, приводящей нарушению целостности указанных стенок цилиндрического резервуара 7.
Также дополнительно конец 9 указанного криволинейного участка 2 противоположный концу 10, сопряженному с указанным сферическим участком 1, выступает за пределы указанного цилиндрического резервуара 7 на расстояние, составляющее 0,1-0,3 D.
Если указанный конец 9 криволинейного участка 2 противоположный концу 10, сопряженному с указанным сферическим участком 1, выступает за пределы указанного цилиндрического резервуара 7 на расстояние, составляющее менее чем 0,1 D, то на стыке покрытия и стенки цилиндрического резервуара происходит встреча воздушных потоков, обтекающих покрытие по его боковым сторонам, в результате чего происходит образование замкнутой турбулентной срывной зоны и начитается процесс налипания снега в нижней части покрытия.
Следует отметить, что выступание конца 9 криволинейного участка 2 противоположного концу 10, сопряженному с указанным сферическим участком 1, за пределы цилиндрического резервуара 7 на расстояние, составляющее 0,3 D, достаточно для того, чтобы предотвратить, избежав встречи воздушных потоков, обтекающих покрытие по его боковым сторонам. При этом выполнение указанного конца 9 с выступанием за пределы цилиндрического резервуара 7 на расстояние, составляющее более чем 0,3 D, приведет к увеличению массы покрытия и крыши цилиндрического резервуара в целом, что увеличит нагрузку на боковые стенки цилиндрического резервуара 7.
Приведенные выше зависимости размеров покрытия от диаметра D цилиндрического резервуара 7 были определены опытным путем, на основе многолетних исследований.
Заявленная полезная модель реализуется следующим образом.
Покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара крепится, например, посредством крепежных элементов, к несущим элементам крыши (на фиг.1-4 не показаны), которые установлены на кольце жесткости (на фиг.1-4 также не показаны). Кольцо жесткости устанавливается на ответное кольцо цилиндрического резервуара 7. При этом кольцо жесткости и ответное кольцо цилиндрического резервуара 7 имеют круглую форму.
При установке крыши на цилиндрический резервуар 7, крышу устанавливают таким образом, что бы покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара было ориентировано в зависимости от розы ветров той местности, в которой устанавливается цилиндрический резервуар 7.
Здесь под «розой ветров» понимается векторная диаграмма, характеризующая режим ветра в данной местности по многолетним наблюдениям и выглядящая как многоугольник, у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях (румбах горизонта), пропорциональны повторяемости ветров этих направлений. Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, позволяет по длине лучей построенного многоугольника выявить направление господствующего (преобладающего) ветра, со стороны которого чаще всего приходит воздушный поток в данную местность.
На основании розы ветров той местности, в которой устанавливается цилиндрический резервуар 7, выбирают направление преобладающего зимнего ветра. Ориентируют крышу цилиндрического резервуара 7 так, чтобы ось вращения, совпадающая с осью 6 сферического участка 1, указанной дуги 3 окружности (а также других дуг окружностей сопряженных с дугой 3, например, дуги 4 и 5), совпадала с указанным направлением преобладающего ветра. При этом сферический участок 1 должен быть обращен в сторону против направления преобладающего ветра, а конец 9 указанного криволинейного участка 2 противоположный концу 10, сопряженному с указанным сферическим участком 1, выступающий за пределы указанного цилиндрического резервуара 7, должен быть обращен в направлении преобладающего ветра.
При описанном расположении покрытия купольной крыши цилиндрического резервуара воздушный поток, несущий осадки в виде снега, преобладающего ветра встречается со сферическим участком 1 и начинает обтекать его по боковым сторонам и сверху.
Часть воздушного потока, обтекающая сферический участок 1 сверху, обтекает верхнюю часть сферического участка 1, и начинает обтекать верхнюю поверхность криволинейного участка 2, устремляясь в направлении вперед и вниз. При этом скорость указанной части потока постепенно снижается и происходит срыв указанной части потока с верхней поверхности криволинейного участка 2 вблизи конца 9 криволинейного участка 2 противоположного концу 10, сопряженному с указанным сферическим участком 1.
Части воздушного потока, обтекающие сферический участок 1 по его боковым сторонам, обтекают боковые стороны сферического участка 1, и начинают обтекать боковые стороны криволинейного участка 2. Однако, благодаря тому, что сферический участок 1 сопряжен с криволинейным участком 2 с образованием каплевидного тела, части воздушного потока, обтекающие боковые стороны криволинейного участка 2, проходя боковые стороны криволинейного участка 2, сливаются и продолжают свое движение в исходном направлении.
При этом все указанные части воздушного потока не встречаются друг с другом, а сливаются, благодаря чему на стыке стенки и купола крыши не происходит образование замкнутой турбулентной срывной зоны и процесс налипания снега в нижней части покрытия не происходит. Вследствие этого снег не налипает на пограничную кромку на стыке стенки и купола крыши и не происходит образование «снегового мешка».
Таким образом, за счет того, что покрытие купольной крыши цилиндрического резервуара, включает сферический участок, сопряженный с криволинейным участком, образованным вращением, по меньшей мере, одной дуги окружности вокруг оси сферического участка, таким образом, что оба участка образуют каплевидное тело, а вершина сферического участка расположена выше поверхности криволинейного участка, при этом радиус сферического участка составляет 0,4-0,7 D, а высота 0,15-0,2 D, где D - диаметр цилиндрического резервуара, а также благодаря тому, что указанная вершина смещена по оси вращения указанной дуги окружности относительно оси цилиндрического резервуара в направлении от указанного криволинейного участка на расстояние 0,1-0,3 D, при этом конец указанного криволинейного участка противоположный концу, сопряженному с указанным сферическим участком, выступает за пределы указанного цилиндрического резервуара на расстояние составляющее 0,1-0,3 D, в заявленном покрытии купольной крыши цилиндрического резервуара предотвращена возможность образования «снегового мешка».