Металеві конструкції

РЕЗЕРВУАРИ ДЛЯ ВОДИ

Резервуари встановлюють на водонапірних баш­тах, вони складаються з циліндричної частини, днища та покрівлі. Днища резервуара залежно від обсягу бувають різної форми (рис. 9.1). Плоскі днища найбільш прості для виготовлення, пра­цюють на згин при опиранні на балки і тому мають товщину листів більшу, ніж днища іншої форми. Плоскі днища складні в експлуатації, тому що огляд їх утруднений.

Конічні днища (9.1, в) простіші для виготов­лення, ніж сферичні, їх зручно очищати від оса­дів. За витратою металу конічні днища менш еко­номічні порівняно зі сферичними.

Сферичні днища застосовують двох видів (9.1, г, б): у вигляді сферичного сегмента висотою 1/6 діаметра резервуара; у вигляді напівсфери.

Загальний недолік сферичного днища — складність згину листа по поверхні сфери, чого неможливо виконати на звичайних вальцях. Дни­ща із циліндричних пелюстків або підків (9.1, є, ж) не мають цього недоліку, але потребують підвищеної точності при виготовленні пелюстків.

При значних діаметрах резервуара застосову­ють днища системи Інтце, які виконують з ко­нічної та сферичної частин (9.1, з, і). Кути нахилу конічної частини та дотичної до сферичної час­тини мають бути однаковими, близько 45°. Днище при цьому працює на напруження стиску і не створює розпору, тобто на опорне кільце пере­дається тільки вертикальний тиск, якщо

Де d — діаметр опорного кільця; D — діаметр циліндричної частини резервуара. Це співвідно­шення одержимо тоді, коли об'єми води Vl і V2 будуть рівнозначними. Недоліком днища є робота на стиск. Для забезпечення стійкості стисненої оболонки днища треба його підкріпляти ребрами

ІЕ^

R/2

D=D<212

----- V---

Piic. 9.1. Схеми резервуарів водонапірних башт: а, б — з плоскими днищами; в — з конічними днищами; г, д, с — зі сферичними днищами; є, ж — днища з циліндричних пелюстків або підків; з, и — днища системи Інтца.

Або збільшувати товщину, порівняно з днищами, які працюють на розтяг.

Магістральні трубопроводи, резервуари спеці­ального призначення, кожухи доменних печей, по­вітронагрівачі виготовляють зі спеціальних сталей.

У резервуарах для кислот й інших агресивних рідин доцільно застосовувати алюмінієві сплави або біметали — сталеві листи, плаковані з боку агресивного середовища нержавіючою сталлю. Для захисту від корозії зовнішню поверхню ре­зервуарів або газгольдерів покривають лакофар­бовою плівкою.

З точки зору розрахунку листові конструк­ції — це тонкостінні оболонки, які здебільшого розраховують за безмоментною теорією. З цього випливає, що напруження розтягу й стиску по товщині оболонки розподіляється рівномірно, а згинальний момент досягає значної величини тільки в місцях зміни контуру, наприклад, у місці з'єднання оболонки з плоским днищем.

Основи розрахунку. Для оболонки подвійної кривизни залежність між нормальними напру­женнями Cj і Сг, які діють на поверхні оболонки

14 «1-і перпендикулярно одне одному, описується фор­мулою

+

П Г2

Де Г] і г2 — радіуси кривизни оболонки; q — інтенсивність тиску; t — товщина оболонки. Для циліндричної частини резервуара (рис. 9.1, б) один із радіусів дорівнює нескінченності, і тоді залежність (9.2) має вигляд

TOC o "1-3" h z с/г = q/t, (9.3)

Звідки товщина стінки

T = qr/a. (9.4)

Товщину стінки за існуючим методом граничних умов визначаємо за формулою

T = Ж. (9.5)

vYr4,

Де q = yh — гідростатичний тиск; у — об'ємна маса рідини; h — висота рівня резервуара, на якому визначається товщина стінки; Y/ — коефіцієнт надійності щодо навантаження; кс — коефіцієнт міцності в стиках листів.

У резервуарах зі стінками змінної товщини товщина листів кожного яруса визначається за величиною тиску в нижньому його краї. Наймен­шу товщину стінки приймають рівною 4 мм.

У сферичному днищі (рис. 9.2) виникають як меридіальні напруження аь так і напруження СТ2, напрямлені вздовж дотичної до горизонтальної сфери днища. Для визначення at і а2 запишемо два рівняння. Вирізавши частину днища і про­ектуючи всі діючі зусилля на вісь у, одержимо o^iir-,. t cos а = G, (9.6)

Де G — маса води, що знаходиться над виріза­ною частиною днища. Звідси меридіальне напру­ження

Ох = ---------------------------------- :--------- ■ (9.7)

2ягт t cos а

Для визначення кільцевого напруження С7:, вико­ристовуємо рівняння оболонки, яке виражає за­лежність між Gi і с2: QJo t

(9.8)

N

Рис. 9.3. Розрахункова схема кільця резервуара.

Легко пересвідчитися, що 02 < Gj, крім централь­ної точки днища, для якої О'і = а2. Для централь­ної точки днища з основного рівняння „ qr°

Тобто напруження вдвічі менше, ніж для цилінд­ра того ж радіуса.

Товщину сферичного днища постійної товщи­ни визначають за формулою

T = qY/7° . (9.10)

2 Іс^у^і й у

У резервуарах великого діаметра для економії металу застосовують для днища листи різної тов­щини. Позначивши місця стиків листів, визнача­ють товщину листів за формулою

Gyf

T =------------------------------------ U ---------- . (9.11)

2nrx cos akcycRy

Розрахунок опорних кілець. Зусилля в кільці на одиницю довжини визначають за формулою

Gt sin a G tg а

Р = Oitsm а =

2лrt cos a 2nr Опорне кільце навантажене рівномірно розподі­леними радіальними силами, які діють на ділянці з'єднання днища зі стінкою у вигляді горизон­тальної складової від напружень Gj (рис. 9.3). Склавши рівняння проекції на вісь z для половини кільця, одержимо внутрішнє стискальне зусилля в кільці:

G Tga 271

Відповідно для цього зусилля вибирають переріз кільця, як центрово-стисненого елемента. Додат­ково стиснене кільце перевіряють на стійкість за формулою

З EL

Ncr = —(9.14)

Де г — радіус кільця; Іу — момент інерції кільця відносно його вертикальної центральної осі. Надійність стійкості кільця визначають за фор­мулою

Ncr

Пу=-^> 1,2-1,3. (9.15)

Крім горизонтальної складової напружень оь на опорне кільце діють вертикальні зусилля

G

Qi = Git cos а =

2nr

Якщо кільце опирається по всій довжині на цегляні або залізобетонні стіни башт, то воно не працює на згин, а в ньому виникають невеликі напруження стиску.

Якщо опорне кільце опирається на окремі сто­яки (колони) башт, то воно працює на згин та стиск і розраховується за формулою

N Мх

0 = (9-17)

Де Мх — згинальний момент, що визначається як для нерозрізної балки, опорами якої служать стояки башти.

Опорне кільце резервуара виконують з кут­ників, листів, швелерів (рис. 9.4). У розрахунковий переріз кільця входить горизонтальний лист, зов­нішній пояс і частина циліндричної стінки резер-

Вуара по 15t (8) з кожного боку горизонтального листа.

Якщо резервуар не має утеплювального шару, покрівлі виконуються з листів товщиною 2...4 мм, опорами яких є крокви або інші конструктивні рішення.