VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Интенсивный рост нефтяной промышленности требует соответственного развития резервуаростроения. Многообразие нефти и нефтепродуктов, особенности их свойств и условий хранения вызывают необходимость иметь емкости разных типов и назначений, удовлетворяющие индустриальности сооружения, рациональности и экономичности при эксплуатации. Рациональные методы хранения и типы резервуаров позволяют сохранить качество нефти и нефтепродуктов и предотвратить потери и порчу их при хранении. Поэтому выбор наиболее эффективных методов хранения и конструкций резервуаров имеет важное практическое значение. При этом учитывается необходимость минимального расхода металла на их возведение.

Одним из эффективных типов резервуаров являются конструкции, в которых предварительно (в процессе изготовления, укрупнительной сборки или монтажа) создаются в наиболее напряженных местах напряжения, противоположные по знаку напряжениям от расчетной нагрузки и оптимальным образом распределённые в элементах конструкции.

При изготовлении вертикальных цилиндрических резервуаров применяется метод рулонирования, наиболее индустриальный и скоростной. Однако при толщинах листов более 16 ‑ 18 мм метод рулонирования неприменим. За счет усиления нижних листов резервуара намоткой высокопрочной проволоки с предварительным натяжением можно уменьшить до конструктивного минимума толщину стенок в нижней зоне [1].

Стенка вертикального резервуара воспринимает гидростатическое давление жидкости, которое, совместно с внутренним (избыточным) давлением паров над свободной поверхностью, вызывает появление в стенке кольцевых растягивающих напряжений. Предварительное напряжение делается в наиболее загруженной давлением зоне стенки вертикальных цилиндрических резервуаров, при этом стенка получает сжатие, проволока - растяжение. Под действием внутреннего давления в процессе эксплуатации стенка резервуара и обмотка работают совместно с полным использованием несущей способности, как проволоки, так и материала оболочки [2]. Исчерпание несущей способности наступает одновременно в материале стенки и высокопрочной навивке.

Кроме кольцевых напряжений в стенке возникают и меридиональные напряжения (осевые) от вертикальных нагрузок, которые воспринимаются только оболочкой, так как обмотка в продольном направлении не работает. Но влияние этого компонента напряжений на прочность резервуара невелико.

При предварительном напряжении листовых конструкций возможно снижение расхода металла и стоимости благодаря применению для обмотки высокопрочных материалов, а зачастую - замены дорогостоящих материалов стенки (необходимых по технологическим причинам) более дешевой наружной обмоткой и более полному использованию их физико-механических свойств [2].

Для получения наиболее экономичных по расходу металла и стоимости предварительно-напряженных оболочек рационально увеличивать предварительное напряжение. Но при сжимающем напряжении, превышающем критическое, оболочка может потерять устойчивость. Поэтому в вертикальных цилиндрических резервуарах предварительное напряжение необходимо создавать только в нижних поясах.

Создается предварительное напряжение путем непрерывной навивки арматуры из высокопрочной проволоки, прядей из проволоки или высокопрочной полосы по спирали на цилиндрическую поверхность резервуара (рис.1). Натяжение может осуществляться специальной намоточной машиной с последующим торкретированием проволоки. Недостатком такого способа является необходимость использования специального оборудования, что усложняет процесс возведения резервуара, а также низкий уровень критических напряжений потери устойчивости оболочки от внешней нагрузки, что существенно снижает величину предварительного напряжения и эффективность использования высокопрочных материалов в обмотке.

Для снижения трудоемкости возведения, металлоемкости оболочки и повышения ее устойчивости горизонтальную кольцевую арматуру монтируют относительно оболочки с зазором, а предварительное напряжение в оболочке осуществляют за счет создания в ней предварительного растяжения и последующего жесткого прикрепления кольцевой арматуры, после чего предварительное растяжение с оболочки снимают (рис.2) [3]. При нагружении резервуара эксплуатационной нагрузкой напряжения в нем возрастают. В арматуре же вначале происходит погашение напряжений сжатия до нуля с последующим возникновением напряжений растяжения, в результате область упругой работы стенки резервуара увеличивается, что приводит к повышению общей устойчивости резервуара при нагружении его вакуумом, ветровой и снеговой нагрузками. Это позволяет более полно использовать прочностные свойства материала резервуара, а также применять высокопрочную и повышенной прочности сталь и обычную сталь в кольцевых поясах. В результате металлоемкость оболочки снижается на 12 - 15 %.

Таким образом, использование в вертикальных стальных резервуарах предварительное напряжение, позволяет увеличить статическую и динамическую прочность металлических конструкций, их общую и местную устойчивость, снизить вероятность хрупких разрушений и увеличить выносливость. Предварительное напряжение листовых конструкций позволяет повысить эффективность конструкций, т.е. при той же затрате материалов увеличить их несущую способность, а в ряде случаев и жесткость. Следовательно, при заданной несущей способности или жесткости можно получить конструкции с меньшей затратой материала и более дешевые.

 Литература

1 Беленя, Е. И. Предварительно напряженные металлические несущие конструкции [Электронный ресурс] / Е. И. Беленя // ‑ М. : Госстройиздат, 1963. - 325 с.

2 Мельников, Н. П. Металлические конструкции. Справочник проектировщика [Электронный ресурс] / Н. П. Мельников // ‑ 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1980. - 776 с.

3 Е.А. Егоров, В. М. Сырцев. Способ возведения предварительно напряженой металлической оболочки // Патент СССР 947366. 30.07.1982. Бюл. № 28.

4 Лессиг, Е. Н. Листовые металлические конструкции [Электронный ресурс] / Е. Н. Лессиг, А. Ф. Лилеев, А. Г. Соколов - М. : Стройиздат, 1970. - 488 с.

5 Металлические конструкции. Общий курс [Текст] : учеб. Для вузов / Е. И. Беленя, В. А. Балдин Г. С. Ведеников [и др.] - 6-е изд., перераб. и доп. ‑ М. : Стройиздат, 1986. - 560 с.

Код для цитирования: Скопировать