Согласно требованиям ГОСТ 31385-2016, геометрические параметры резервуара назначаются заказчиком в задании на проектирование, в этом же ГОСТ параметры рекомендуется принимать в соответствии с таблицей 1, где представлены размеры диаметра и высоты стенки при заданном объёме резервуара.
В работе проведён анализ расхода металла на сооружение резервуаров и напряжений, возникающих в нижнем поясе стенки резервуаров объёмом 20 000 м3 с различными конструктивными размерами диаметра и высоты стенки. Для каждого варианта исполнения диаметр-высота стенки выполнены расчёты конструктивной толщины стенки с учётом требований ГОСТ 31385-2016 [1]. Рассмотрены резервуары высотой от 10 до 20 м с шагом 2 метра, результаты расчётов кольцевых напряжений по высоте представлены на рис. 1.
РИС. 1. График распределения кольцевых напряжений по высоте стенки РВС-20 000 м3
Поскольку сопряжение стенки и днища является самым нагруженным и ответственным элементом конструкции резервуара, а малоцикловая нагрузка, возникающая при выполнении операций заполнения и опорожнения резервуара, является основной причиной развития концентраторов напряжений и дефектов, то можно сделать вывод, что снижение напряжений в нижнем поясе стенки резервуара обеспечит оптимальный режим работы стенки и днища резервуара при эксплуатации.
Согласно результатам расчетов, представленным на рис. 1, минимальные напряжения 169 МПа возникают в зоне уторного узла резервуара объёмом 20 000 м3 с высотой стенки 14 м. В резервуарах, выполненных в соответствии с рекомендациями ГОСТ 31385-2016 [1], с высотой стенки 12 и 18 метров значения напряжений равны 175 и 176 МПа соответственно. Одновременно для резервуара объёмом 20 000 м3 были определены оптимальные размеры радиуса и высоты с учётом минимального расхода металла по теории В.Г. Шухова 1883 г. [2].
Сравнение расхода металла на сооружение резервуаров, рекомендованных ГОСТ с расходом на сооружение резервуара оптимального размера с учётом различий величины напряжений, возникающих в нижнем поясе стенки резервуаров, представлены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1. Сравнение различий металлоемкости и напряжений резервуара объемом 20 000 м3
|
V, м3 |
Различие металлоемкости сооружения резервуаров |
Различие возникающих напряжений в уторном узле |
||
|
Δm, т |
Δm, % |
Δσ, МПа |
Δσ, % |
|
|
20 000 (Н = 12) |
48,0 |
9,0 |
6 |
3,42 |
|
20 000 (Н = 18) |
19,0 |
3,8 |
7 |
4,02 |
Таким образом, на примере расчётов, выполненных для РВС объёмом 20 000 м3, можно сделать вывод о том, что сооружение резервуаров оптимальных размеров обеспечивает снижение расхода металла ориентировочно на 3–4 % и снижение напряжений в самом нагруженном узле резервуара, что приведёт к снижению стоимости строительства и снижению затрат на эксплуатацию резервуара.
Различные варианты модернизации рассматриваемой конструкции представлены в работах [3, 4, 5], при этом ни один из представленных вариантов не нашёл практического применения. В работе [6] представлен опытный образец РВС емкостью 2300 м3 с тороидальной отбортовкой на сферическом днище, что обеспечило снижение напряжений в зоне сопряжения стенки с днищем на 25–30 %.
В данной работе приведена конструкция «уторного узла» сопряжения вертикальной стенки (6) резервуара с горизонтальным днищем (7) – в виде тороидального перехода (1), снабжённого опорным подпятником (2), закрепленным на бетонном кольце (5) фундамента резервуара при помощи анкерных болтов (4) (рис. 2).
|
РИС. 2. Соединение днища и стенки тороидальным переходом |
