КАРКАСНАЯ СФЕРИЧЕСКАЯ КРЫША ВЕРТИКАЛЬНОГО СТАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ДИАМЕТРОМ ДО 60 М

Полезная модель относится к стационарным крышам резервуара для нефти и нефтепродуктов.
В резервуарах для нефти и нефтепродуктов объемом свыше 5000 м и диаметром до 60 м применяются каркасные сферические крыши.
Каркасная сферическая крыша вертикального стального резервуара представляет собой радиально-кольцевую каркасную систему с настилом, образующую поверхность сферической оболочки.
Из уровня техники известна крыша для резервуара, состоящая из вальцованных радиальных балок, основных и промежуточных, кольцевых элементов каркаса, центрального щита и листов настила, свободно опирающихся на элементы каркаса. По периметру стенки имеется кольцо жесткости, воспринимающее распорные усилия купола и обеспечивающее фиксацию и неизменяемость формы стенки при монтаже (см. сайт Самарского резервуарного завода «Конструктивные элементы резервуаров» http://reservoir.ru/reservoir/konstruktivnyie-elementyi-rezervuarov/ - дата обращения 14.03.2014).
Недостатком аналога является избыточная металлоемкость крыши для резервуара, так как радиальные балки каркаса имеют одинаковое сечение, хотя нагрузка по длине являются переменной величиной.
Известна так же «Стационарная крыша резервуара для нефти и нефтепродуктов», содержащая центральный щит; листовой настил (настил крыши), выполненный в виде рулонируемого полотнища; радиальные элементы жесткости, кольцевые элементы жесткости; обвязочный уголок, опирающийся на стенку резервуара; полигональную затяжку, выполненную из прокатного уголка. Радиальные элементы жесткости выполнены в виде перфорированных тавров, образованных плазменной или иной резкой из прокатных балок. Кольцевые элементы жесткости также изготовлены в виде перфорированных тавров, образованных плазменной или иной резкой из прокатных двутавровых балок (см. патент РФ RU 131775 на полезную модель, МПК E04H 7/04, дата публикации 27.08.2013).
Данное устройство по технической сущности наиболее близко к предлагаемому техническому решению и принято в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются центральный щит, листовой настил (настил крыши), радиальные элементы жесткости (нижние радиальные элементы несущего каркаса, верхние радиальные элементы несущего каркаса, переходные элементы), кольцевые элементы жесткости (кольцевые элементы несущего каркаса).
Недостатком прототипа является избыточная металлоемкость конструкции, так как все радиальные элементы жесткости выполнены из перфорированных тавров с постоянной высотой по всей длине элементов.
Задачей технического решения является обеспечение прочности и устойчивости стационарной крыши резервуара к восприятию равномерных и неравномерных снеговых нагрузок и вакуума внутри резервуара при минимальном весе конструкции.
Технический результат заключается в снижение металлоемкости каркасной сферической крыши вертикального стального резервуара для нефти и нефтепродуктов диаметром до 60 м при сохранении ее прочности и устойчивости к восприятию равномерных и неравномерных снеговых нагрузок и вакуума внутри резервуара.
3
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в устройстве применяют радиальные элементы несущего каркаса из сортамента двутавровых балок с изменением их сечения в зависимости от необходимой несущей способности при заданной нагрузке на область крыши. Применяемые сечения двутавров были определены расчетным путем с применением метода конечных элементов для сферических каркасных крыш резервуаров объемом от 5000 м и диаметром до 60 м при восприятии равномерной и неравномерной снеговой нагрузки согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85∗». Равномерная и неравномерная снеговая нагрузка реализует наибольшую из нагрузок, действующих на стационарные крыши резервуаров.
При этом в каркасную сферическую крышу вертикального стального резервуара для нефти и нефтепродуктов диаметром до 60 м, состоящую из центрального щита, настила крыши, радиальных элементов жесткости, кольцевых элементов несущего каркаса, дополнительно введены нижние радиальные элементы несущего каркаса, верхние радиальные элементы несущего каркаса, переходные элементы, накладки и монтажные накладки, причем радиальный элемент жесткости выполнен из нижнего радиального элемента несущего каркаса, верхнего радиального элемента несущего каркаса и переходного элемента.
Нижний радиальный элемент несущего каркаса выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки.
Верхний радиальный элемент несущего каркаса выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки, имеющий уменьшенную на 28-42% площадь сечения по сравнению с нижним радиальным элементом несущего каркаса.
Переходный элемент выполнен из трех листовых заготовок, соединенных тавровыми сварными соединениями.
Нижний радиальный элемент несущего каркаса, переходный элемент и верхний радиальный элемент несущего каркаса состыкованы при помощи сварных соединений и накладок, с возможностью усиления соединений нижнего радиального элемента несущего каркаса, переходного элемента и верхнего радиального элемента несущего каркаса.
Сущность технического решения поясняется фиг. 1-7, где представлены на:
фиг. 1 - общий вид сферической крыши резервуара;
фиг. 2 - общий вид нижнего и верхнего радиальных элементов несущего каркаса с узлами крепления;
фиг. 3 - общий вид переходного элемента;
фиг. 4 - схема заводского стыка переходного элемента и нижнего радиального элемента несущего каркаса;
фиг. 5 - схема монтажного стыка переходного элемента и верхнего радиального элемента несущего каркаса;
фиг. 6 - схема крепления верхнего радиального элемента несущего каркаса к центральному щиту;
фиг. 7 - схема крепления нижнего радиального элемента несущего каркаса к опорному кольцу.
На фиг. 1-7 приняты следующие обозначения:
1 - нижний радиальный элемент несущего каркаса;
2 - верхний радиальный элемент несущего каркаса;
3 - кольцевой элемент несущего каркаса;
4 - настил крыши;
5 - центральный щит;
6 - опорное кольцо;
7 - верхний пояс стенки резервуара;
8 - косынка;
9 - переходный элемент;
10 - накладка;
11 - монтажная накладка.
В общем виде каркасная сферическая крыша вертикального стального резервуара для нефти и нефтепродуктов диаметром до 60 м состоит из вальцованных нижних радиальных элементов несущего каркаса 1 и верхних радиальных элементов несущего каркаса 2, количество которых определяется геометрическими характеристиками резервуара, кольцевых элементов несущего каркаса 3, настила крыши 4, свободно опирающегося на элементы каркаса, и центрального щита 5. По периметру стенки имеется опорное кольцо 6, воспринимающее распорные усилия и обеспечивающее фиксацию каркасной сферической крыши.
В отличие от прототипа радиальный элемент жесткости выполнен из трех частей: нижнего радиального элемента несущего каркаса 1, верхнего радиального элемента несущего каркаса 2 и переходного элемента 9.
Нижний радиальный элемент несущего каркаса 1 предназначен для восприятия основной части неравномерной снеговой нагрузки и вакуума внутри. Он выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки с характеристиками сечения, определяемыми в зависимости от применяемого для изготовления материала, предполагаемой снеговой нагрузки и геометрических параметров резервуара.
Верхний радиальный элемент несущего каркаса 2 предназначен для восприятия основной части равномерной снеговой нагрузки. Он выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки с характеристиками сечения, определяемыми в зависимости от применяемого для изготовления материала, предполагаемой снеговой нагрузки и геометрических параметров резервуара, и, как правило, имеет уменьшенную на 28-42% площадь сечения по сравнению с нижним радиальным элементом несущего каркаса 1.
Переходный элемент 9, предназначенный для соединения нижнего радиального элемента несущего каркаса 1 и верхнего радиального элемента несущего каркаса 2, выполнен из трех листовых заготовок, соединенных тавровыми сварными соединениями.
Нижний радиальный элемент несущего каркаса 1, переходный элемент 9 и верхний радиальный элемент несущего каркаса 2 состыкованы при помощи сварных соединений и накладок. Причем, накладка 10 усиливает соединение нижнего радиального элемента несущего каркаса 1 и переходного элемента 9, а монтажная накладка 11 усиливает соединение переходного элемента 9 и верхнего радиального элемента несущего каркаса 2.
Нижние радиальные элементы несущего каркаса 1 нижним концом соединены с опорным кольцом 6 верхнего пояса стенки резервуара 7 через косынки 8.
Верхние радиальные элементы несущего каркаса 2 верхними концами опираются на центральный щит 5.
Кольцевые элементы несущего каркаса 3, предназначены для обеспечения прочности и устойчивости каркасной сферической крыши при действии равномерной и неравномерной снеговой нагрузки и вакуума внутри резервуара, а также выполняют функцию опоры для настила крыши 4. Они выполнены из прямых прокатных равнополочных уголков с характеристиками сечения, определяемыми расчетным путем в зависимости от применяемого для изготовления материала, предполагаемой снеговой нагрузки и геометрических параметров резервуара.
Нижние радиальные элементы несущего каркаса 1, верхние радиальные элементы несущего каркаса 2, кольцевые элементы несущего каркаса 3 и переходные элементы 9 образуют несущий каркас каркасной сферической крыши.
В отличие от прототипа настил крыши 4 выполнен из рулонируемых полотнищ или листовых заготовок, опирается на несущий каркас и крепится при помощи сварных соединений.
Применение предложенного устройства.
По результатам прочностных расчетов с применением метода конечных элементов установлено, что нижние радиальные элементы несущего каркаса воспринимают основную часть неравномерной нагрузки и вакуума внутри резервуара. Соответственно, верхние радиальные элементы несущего каркаса воспринимают основную часть равномерной снеговой нагрузки. Этим объясняется большее сечение нижних радиальных элементов
несущего каркаса и отсутствие необходимости увеличения сечения верхних радиальных элементов несущего каркаса.
Типы двутавровых балок по СТО АСЧМ 20-93 для радиальных элементов несущего каркаса приведены в таблице 1.
Таблица 1
- Типы двутавровых балок для радиальных элементов несущего каркаса
№ п/п
Снеговая нагрузка по СП 20.13330.2011
Тип двутавровых балок нижних элементов несущего каркаса
Тип двутавровых балок верхних элементов несущего каркаса
1
До 1200 Па
16Б1
12Б1
2
До 2400 Па
18Б2
14Б2
3
До 3200 Па
25Б2
20Б1
4
До 4000 Па
30Б2
20Б1
Сборка каркасной сферической крыши выполняется на монтажной площадке из заготовок заводского исполнения, представляющих собой укрупненные сборочные единицы.
В заводских условиях изготавливаются укрупненные сборочные единицы: нижняя заготовка несущего каркаса, состоящая из нижних радиальных элементов несущего каркаса 1 с приваренными к ним через накладки 10 переходными элементами 9 и кольцевых элементов несущего каркаса 3, и верхняя заготовка несущего каркаса, состоящая из верхних радиальных элементов несущего каркаса 2 и кольцевых элементов несущего каркаса 3.
Настил крыши 4 опирается на несущий каркас и крепится при помощи сварных соединений. Приварка настила крыши 4 к нижней и верхней заготовкам несущего каркаса может осуществляться в заводских условиях или на монтажной площадке.
Монтаж крыши на резервуар выполняется после сборки днища и стенки резервуара.
На монтажной площадке нижние и верхние заготовки несущего каркаса свариваются между собой в области переходного элемента 9 через монтажную накладку 11.
На центральный щит 5 при помощи сварных соединений крепится верхняя заготовка несущего каркаса, после чего к центральному щиту 5 приваривается настил крыши 4.
Нижняя заготовка несущего каркаса крепится к опорному кольцу 6 при помощи косынки 8, после чего к верхнему поясу стенки резервуара 7 приваривается настил крыши 4. Опорное кольцо 6 приваривается к верхнему поясу стенки резервуара 7 до начала монтажа крыши.
После установки и крепления верхней и нижней заготовок несущего каркаса к резервуару, настил крыши 4 приваривается к центральному щиту 5.
Предложенная полезная модель обеспечивает снижение металлоемкости каркасной сферической крыши вертикального стального резервуара для нефти и нефтепродуктов диаметром до 60 м при обеспечении ее прочности и устойчивости к восприятию равномерных и неравномерных снеговых нагрузок и вакуума внутри резервуара.