Расчет элементов мокрого газгольдера

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Западно-Казахстанский инженерно-гуманитарный университет Кафедра «НД и ОТ»

Курсовой проект по дисциплине «Газохранилища»

на тему:

«Расчет элементов мокрого газгольдера»

Уральск-2010

Содержание Введение

1.Устройство и оборудование мокрых газгольдеров

1.1 Основания и фундаменты мокрых газгольдеров

1.2 Особенности конструирования элементов мокрого газгольдера

1.3 Определение габаритных размеров частей газгольдера и их масс

2. Расчет стенок газгольдера

2.1 Пример расчета элементов мокрого газгольдера

2.2 Определение основных размеров газгольдеров

2.3 Определение веса пригруза

3. Расчет и конструирования элементов сферического покрытия колокола

3.1 Конструирования элементов покрытия колокола

3.2 Расчет и конструирование опорного кольца покрытием купола

3.3 Расчет и конструирование промежуточного кольца покрытия Заключение Список литературы Приложение 1 Схема и габаритные размеры мокрого газгольдера газгольдер колокол пригруз фундамент Введение Для подземных газохранилищ обычно используются истощенные газовые и нефтяные месторождения. Вблизи большинства крупных городов нет истощенных газовых и нефтяных месторождений. Поэтому для хранения газа около городов используются водоносные пласты. Вблизи городов могут также сооружаться подземные хранилища для сжиженных газов. Подземное хранение сжиженных углеводородных газов осуществляется в искусственных или естественных выработках, в плотных непроницаемых породах или в отложениях каменных солей.

Наземное хранение сжиженных газов может осуществляться под давлением в газгольдерах или изотермических резервуарах низкого давления. Для хранения газа в газообразном состоянии применяются также газгольдеры. В зависимости от рабочего давления газа различают газгольдеры высокого и низкого давления.

Газгольдеры низкого давления имеют избыточное давление 400−500 мм вод.ст. Газгольдеры высокого давления рассчитаны на давление 0,7−30 кгс/см2 и выше.

Обычно газгольдеры высокого давления имеют постоянный геометрический объем, а газгольдеры низкого давления — переменный объем и постоянное давление.

Газгольдеры низкого давления по конструктивным и технологическим особенностям делятся на две группы:

1) мокрые газгольдеры

2) сухие газгольдеры.

По своей форме газгольдеры делятся на цилиндрические (горизонтальные, вертикальные) и сферические.

1.Устройство и оборудование мокрых газгольдеров Различают два типа мокрых газгольдеров: 1) мокрые газгольдеры с вертикальны;

ми направляющими; 2) мокрые газгольдеры с винтовыми направляющими.

Мокрые газгольдеры наиболее широко применяют т.к. они обладают простой конструкцией и надежны в эксплуатации.

Предельное избыточное давление мокрых газгольдеров составляет 400 мм вод. ст.

В процессе наполнения и опорожнения газгольдеров давление в нем практически не меняется. Незначительное изменение давления вызвано погружением стенок колокола или телескопа в жидкость.

Мокрый газгольдер состоит из неподвижного резервуара наполненного водой, из промежуточных звеньев и колокола. Газ подается под колокол по подводящему газопроводу, который выступает над уровнем воды. Непрерывная подача газа приводит к подъему колокола. Вода в резервуаре является гидравлическим затвором, препятствующим выходу газа из-под колокола.

В зависимости от объема газгольдера число промежуточных звеньев (телескопов) может быть различным. Газгольдер называется однозвенным, если он имеет одно подвижное звено-колокол, и двухзвенным, если имеется колокол и одно промежуточное звено, и т. д.

При наполнении многозвенного газгольдера газом происходит поднятие колокола, затем одного звена, другого и т. д. Зацепление звеньев между собой осуществляется специальным устройством гидравлического затвора, которое служит также уплотнением между отдельными звеньями.

Устройство гидравлического затвора представлено.

Высота гидравлического затвора определяется высотой h1 столба воды, развивающего давление, равное наибольшему давлению в газгольдере и запасной высотой h2 на случай перекоса подвижного звена, добавочной высотой h3 необходимой для предотвращения просачивания газа и высотой образования волн на поверхности воды h5:

H = h1 — h2 + h3+ h4 + h5

Запас воды гидравлического затвора на случай перекоса звена определяетсяв зависимости от диаметра резервуара D, т. е. h2 = 0.002 D.

Следующие составляющие принимаются: h3 = 50 мм, h4 = 30 мм, h5 = 30 мм.

Расстояние между звеньями для всех газгольдеров 550 мм. Полезный объем газгольдера равен объему газа, который можно в нем заключить при верхнем положении всех звеньев. Эксплуатационный объем газгольдера составляет 80−90% от полезного.

Оптимальное отношение диаметра к высоте при полном поднятии всех звеньев мокрого газгольдера находится в пределах от 0,8 до 1,3 с вертикальными направляющими и в пределах от 1,2 до 1,75 с винтовыми направляющими. Мокрые газгольдеры строятся объемом 10 -30 тыс. м3 по типовым проектам.

Газгольдер номинальным объемом 30 тыс. м3 имеет фактический объем — 30 360 м3, диаметр резервуара — 43,6 м, диаметр колокола — 41,4 м, полную высоту — 33,2 м.

Расход стали на строительство газгольдера, составляет 642,7 т.

Для предотвращения перекоса звеньев при их вертикальном движении газгольдер имеет систему внешних и внутренних направляющих.

Вертикальные направляющие, соединенные системой горизонтальных и раскосных связей, образуют жесткую пространственную конструкцию.

Число внешних направляющих рассматриваемого газгольдера составляет — 16, внутренних в резервуаре — 32 и внутренних в телескопе — 32. Подвижные звенья газгольдера связаны с направляющими системой роликов.

Для осуществления нормального режима работы газгольдер имеет соответствующее технологическое оборудование.

Диаметр подводящих и отводящих газопроводов выбирается таким, чтобы их гидравлическое сопротивление не превышало 30 — 50 мм вод. ст. Газопровод вводится в газгольдер через утепленную камеру, в которой сосредоточено все оборудование для обслуживания газгольдера.

Гидравлический затвор предназначен для отключения газгольдера при его ремонте. Он также используется для отвода конденсата. На напорных и сливных водопроводах устанавливают запорную арматуру. В зимнее время производится подогрев воды в газгольдере и в гидравлическом затворе. Узлы управления системой расположены также в камере.

Для сбора конденсата и слива воды из гидравлического затвора установлен специальный бак. Вода перекачивается поршневым насосом и пароструйным эжектором. Для предохранения газгольдера от его переполнения газом в камере установлены предохранительные клапаны. Выход газа из газгольдера в атмосферу может осуществляться задвижкой с ручным управлением.

1.1.Основания и фундаменты мокрых газгольдеров Мокрые газгольдеры возводятся, как правило, на скальных, полускальных, крупнообломочных, песчаных, глинистых и макропористых грунтах. При сооружении газгольдеров на просадочных грунтахразрабатываются способы устранения или частичного сокращения просадки.

Для этого применяется уплотнение грунтов, устройство грунтовой подушки, глубинное уплотнение грунтовыми сваями, устройство свайных оснований и т. д.

Под резервуар мокрого газгольдера сооружается кольцевой ж/б фундамент, который располагается по периметру стенки резервуара. Под днищемрезервуара, внутри кольца устраивают грунтово-песчаное основание. Кольцевой фундамент резервуара и грунтово-песчаное основание воспринимают нагрузки от веса газгольдера и воды.

1.2 Особенности конструирования элементов мокрого газгольдера Мокрый газгольдер состоит из трех основных частей:

— вертикального цилиндрического резервуара, наполненного водой;

— одного или нескольких промежуточных звеньев (телескопов) — цилиндров;

— подвижного колокола, представляющего собой открытую снизу цилиндрическую оболочку с пологой сферической кровлей.

Для обеспечения подвижности частей газгольдера применяют направляющие и ролики (внешние и внутренние). Непроницаемость соединения соседних звеньев газгольдера обеспечивается гидравлическими затворами в виде двух кольцевых желобов, входящих один в другой. Вертикальный цилиндрический резервуар (с водой) опирается на кольцевой железобетонный фундамент и песчаную подушку (с гидрофобным слоем) в центре фундамента. К стенке резервуара снаружи крепят внешние направляющие, соединенные между собой по периметру резервуара системой связей. На внутренней поверхности стенки резервуара размещают внутренние направляющие из двутавров. Так как резервуар газгольдера сверху открыт, то на верхнем поясе его корпуса устраивается кольцо жесткости в виде горизонтальной площадки шириной 0,8… 1,2 м с рифленым настилом, удерживаемой снаружи резервуара подкосом. На днище резервуара в радиальном направлении укладывают подкладные двутавровые балки для предотвращения присасывания подвижных частей к днищу, когда отсутствует газ в газгольдере. Конструкция телескопа состоит из обшивки толщиной 4…5 мм и несущего каркаса в виде верхнего и нижнего колец жесткости и стоек (направляющих для роликов). Стойки привариваются к верхнему и нижнему утолщенным поясам телескопа. Кольца жесткости состоят из крайних утолщенных поясов и кольцевых желобов гидравлических затворов. Число внутренних направляющих в резервуаре и в телескопе рекомендуется назначать равным количеству стоек под ребра покрытия в колоколе. Число внешних направляющих принимают вдвое меньше, чем внутренних. Так, например, при вместимости газгольдера V= 10…25 тыс. м3 число внутренних направляющих составляет 24 шт., внешних — 12 шт.; при V= 30…50тыс. м3 количество внутренних направляющих принимается равным 32 шт., внешних — 16 шт. В отличие от телескопа колокол имеет покрытие в виде ребристо-кольцевого купола с центральным кольцом. Ребра покрытия опираются на трубчатые стойки каркаса колокола (рис. 1). Их диаметр назначается по гибкости, равной 150. Стойки устанавливаются внутри колокола примерно через З…4м, прикрепляются только к утолщенным верхнему и нижнему поясам обшивки и проверяются на сжатие при опущенных подвижных частях газгольдера. По верху ребра соединяются с окрайками кровли толщиной 8… 10 мм и шириной 1,2… 1,5 м. Окрайки привариваются также к уторному уголку (75×75−90×90). Верхний пояс стенки колокола, уторный уголок, окрайки кровли образуют верхнее кольцо жесткости. Вместо уторного уголка может быть законструировано кольцо жесткости из прокатных швеллеров. В многозвенных газгольдерах нижнее кольцо жесткости колокола состоит из утолщенного пояса и днища короба гидрозатвора, к которому прикреплены ролики и пригрузы. Настил кровли колокола собирается из листов толщиной 5,0 мм, которые свариваются в нахлестку. Настил свободно укладывается по ребрам и кольцам купола и приваривается сверху только к окрайкам («дышащая кровля») или приваривается к ребрам и кольцам.

Для создания необходимого давления газа (5 кПа) масса подвижных звеньев недостаточна. Поэтому для уравновешивания внутреннего давления газа применяют бетонные грузы, расположенные по периметру крыши колокола, а также чугунные грузы, уложенные по периметру нижней части колокола. Плавность движения подвижных частей газгольдера обеспечивается направляющими и роликами. В газгольдерах с вертикальными направляющими верхние ролики закрепляются на консолях, прикрепленных вверху каждого подвижного звена, и перемещаются по наружным направляющим стойкам каркаса, а нижние крепятся к нижним кольцам подвижных звеньев и перемещаются по внутренним направляющим, приваренным к стенке нижерасположенного элемента. Следует заметить, что на практике применяют еще и мокрые газгольдеры с винтовыми направляющими, которые здесь не рассматриваются. Днище резервуара, стенки резервуара, телескопов и колокола выполняются из рулонированных заготовок на заводе. Применяются следующие марки стали: для днища, стенок резервуара и подвижных звеньев с расчетной температурой ниже -30°С — С 255, при температуре до -30°С — С 245 (по ГОСТ 27 772–88), при этом необходимы дополнительные гарантии загиба в холодном состоянии и ограничения по химическому составу. Для прочих расчетных элементов — С 235 с дополнительными гарантиями загиба в холодном состоянии.

1.3 Определение габаритных размеров частей газгольдера и их масс Так же, как и для резервуара, исходным параметром является полезная емкость газгольдера (заданный объем V). При назначении основных размеров газгольдера, прежде всего, 1гужно установить количество подвижных звеньев (колокола с телескопами). При V до 6000 м включительно принимают однозвенные газгольдеры (телескоп отсутствует). Газгольдеры вместимостью 10 000…30 000 м3 — являются двухзвенными (колокол и один телескоп) (см. рис. 2). Диаметр резервуара однозвенного газгольдера определяется приближенно по формуле

Dp=1,45 (1)

Для стенки резервуара обычно используются листы 1,5×6,0 м. Поэтому найденное значение Dp надо откорректировать так, чтобы длина развертки корпуса была бы кратной 3 м. Диаметр колокола Dк = Dp — 800 мм. По диаметру колокола и заданному объему V определяется высота колокола hk:

Высота резервуара

hp=hk+hnб+(0,10…0,15) (3)

где hnб — высота подкладных балок из прокатных двутавров, укладываемых радиально на днище резервуара (I20…24, l = 0,6…0,7 м), через 3…4 м по окружности стенки. Диаметр резервуара двухзвенного газгольдера (с колоколом и телескопом) определяется по приближенной формуле и затем также уточняется для обеспечения кратности 3 м длины развертки корпуса резервуара.

Диаметр телескопа

Dm =Dp-1000 мм, (5)

а диаметр колокола

Dk = Dm-1100 мм. (6)

Для поясов стенки колокола, кроме крайних, используется тонколистовая сталь толщиной 4 мм и шириной 1000… 1400 мм. Высота колокола и телескопа принимается одинаковой и определяется, но формуле

hk=hm=

где h2+h1=0.4+

— давление в газгольдере;

?в — удельный вес воды.

Принимаемая высота колокола и телескопа должна соответствовать стандартной ширине толстолистовой стали (1,5 м) для крайних поясов и тонколистовой стали (1,0… 1,4 м) для остальных поясов и ширине нахлестки для кольцевых швов, равной 40…60 мм. После назначения основных размеров определяется фактическая (полезная) вместимость газгольдера по формулам: — для однозвенного.

Для резервуаров газгольдера в зависимости от его размеров могут применяться и низколегированные стали (14Г2, 09Г2С, 10Г2С1 и др.). Собственный вес подвижных частей газгольдера необходимо знать для определения величины пригруза. Основные параметры газгольдера приведены на (рис. 2.) Массы стенок колокола и телескопов можно приближенно определить по их геометрическим размерам. Покрытия колоколов и вертикальных цилиндрических резервуаров в большинстве случаев идентичны в конструктивном отношении. Поэтому представляется возможным определить массу покрытия колокола, как массу стационарного покрытия резервуара без центральной стойки. Вес стенки колокола можно определить приближенно, используя рекомендации по назначению толщин листов стенки (рис.1). Зная высоту hK и диаметр DK колокола, ширину крайних обечаек bк и толщину листов стенки (4 и 10 мм), вес стенки колокола определяют по формуле

= 1.1*р*Dk [2*0.01*bk+0.004*(hk — 2*bk)]*pсм*9,81* (10)

где 1,1 — коэффициент, учитывающий вес гидравлического затвора с водой в нем. Сечение трубчатых стоек устанавливается по их предельной гибкости

[?] - 150. Требуемый радиус инерции стойки по предельной гибкости По сортаменту подбирают сечение трубы (dmp, gmпогонная масса трубы) и проверяют на устойчивость по формуле

Q= (12)

где Ncm = (gnk+S) — усилие в стойке при опущенном колоколе,

ncm — количество стоек в колоколе;

gnK — вес 1 м² покрытия колокола.

Вес трубчатых стоек определяется по формуле

= 1.1*ncm*gcm*hk*9.8* (13)

где 1,1 — коэффициент, учитывающий вес верхнего кольца жесткости колокола и деталей крепления стоек;

ncm — количество стоек в колоколе, равное количеству ребер покрытияколокола; рекомендуется назначать количество стоек по числу внутренних направляющих телескопа или резервуара (если нет телескопа). Толщину стенки трубчатой стойки следует принимать в пределах 4…8 мм. Общая масса колокола

Qk = + + (14)

Аналогичным образом определяется и вес стенки телескопа с внутренними направляющими. Вес стенки телескопа может быть найден по формуле

= 1.1*р*Dm [2*0.01*bk+0.004*(hm — 2*bk)]*pсm*9,81* (15)

Вес внутренних направляющих телескопа определяется по формуле

= 1.05*n*gнпр*hm*9.8* (16)

где 1,05 — коэффициент, учитывающий вес деталей крепления направляющих и роликов; n — количество внутренних направляющих, принимаемых по числу стоек колокола

gнпр — погонная масса внутренних направляющих в виде прокатного двутавра № 20.

Общий вес телескопа с направляющими:

Qm = + (17)

2. Расчет стенок газгольдера Стенка резервуара газгольдера рассчитывается на прочность. Зона краевого эффекта проверяется расчетом так же, как и обычного резервуара. Максимальное избыточное давление газов под колоколом бывает при наивысшем его положении и определяется собственным весом подвижных звеньев, весом затворов и воды в них, весом пригруза, плотностью воздуха и газа по формуле

= [Q+Q§ б§ в§ Ф- *(¦С§ У§ а§ Щ — ¦С§ Ф§ С§ Щ)]ЎЬ10§ Ь§±§ С (18)

где Q — общий вес колокола, телескопа, роликов, воды в затворах, оборудования на подвижных звеньях

Qпрг — вес пригруза в виде бетонных или чугунных блоков, располагаемых на покрытии колокола по наружному краю на специальной площадке. Возможно расположение пригруза и на нижней площадке колокола; Q' - вес погруженных в воду частей колокола и телескопа; св, сcm, своз и сгазсоответственно плотности воды, стали, воздуха и газа V — объем газа внутри газгольдера. Из формулы (18) можно найти величину пригруза Qпрг при заданном значении. При расчете стенки резервуара газгольдера вместо величины Ризг следует подставлять Рu. Толщина стенок колокола и телескопа вычисляются по формуле

t = (19)

Так как давление газа под колоколом мало, то расчетные толщины стенок колокола и телескопа получаются незначительными и назначаются конструктивно 4 мм (кроме крайних поясов, у которых толщина стенки пояса принимается равной 10 мм). Кровля колокола состоит из тонколистовой оболочки и поддерживается стержнем купольной системы. Часто применяется «дышащая» кровля, когда оболочка кровли свободно лежит на стропилах и не скрепляется с ними, а приваривается только к уторному уголку по опорному кольцу. Вследствие этого усилия от избыточного давления воспринимаются оболочкой кровли, как мембраной. Поэтому в этом случае толщина листов кровли определяется как для сферической оболочки по формуле

tкр = (20)

где — радиус сферы покрытия колокола:

= (21)

ѓ- стрела подъема покрытия;

= - (22)

= tкр*сcm*g — вес 1 мІ оболочки При опорожнении газгольдера может возникнуть вакуум. В этом состоянии следует проверить на прочность кровлю колокола как мембрану на воздействие вакуума, собственного веса и снега по формулам. При назначении толщин верхних поясов резервуаров следует учитывать рекомендации по минимальным значениям, которые выработаны практикой проектирования.

2.1. Пример расчета элементов мокрого газгольдера Требуется определить размеры элементов мокрого газгольдера полезной вместимостью V = 4000 м³ для хранения доменного газа при нормативном избыточном давлении = 2,5 кПа для III — снегового и I — ветрового районов.

2.2 Определение основных размеров газгольдера Газгольдер емкостью 10 000 м³ принимаем двухзвенным (два подвижных звена: телескоп и колокол). Диаметр резервуара двухзвенного газгольдера определяем по формуле

Dp = 1.3 = 1,3 = 20,54 м (23)

Длина развертки стенки резервуара

L = р*Dp = 3.14*20.54=64.5м (24)

Принимая листы размером 6000×1500 мм, уточним длину развертки.

Количество листов на один пояс стенки

nл = 10,75 (25)

Принимаем nл = 15 шт.

Фактическая длина развертки стенки

Lф = 15*6=90м и фактический диаметр резервуара

Dф = = = 28,66 (26)

Высота колокола и телескопа определяется по формуле.

Dm = Dp — 1.0 = 26.66−1.0=27.66м (27)

Предварительно найдем диаметры телескопа по формуле.

Dk=Dm-1.1=27.66−1.1=26.56 (28)

Высота колокола, равная высоте телескопа

hk=hm= (29)

где h1=0.2;h2=0.4+ - h1

?в — удельный вес воды при = 2,5кПа

h2 = 0.4+ - 0.2 = 0.45м (30)

примем h2=0,4 м

hk=hm = = 4 м Уточним высоты колокола и телескопа с учетом ширины листов. Длякрайних поясов примем листы шириной 1,5 м; для остальных — 1 м.

Ширина нахлестки для кольцевых швов — 40 мм. Тогда требуемое количество промежуточных поясов

nпр = = -2 шт Принимаем nпр = -2шт. Тогда общее количество поясов п = -2+ 2 = 0 шт.

Фактическая высота колокола и телескопа

h к, ф=hm, ф = 2*1,5+2*, 96=5м (31)

Найдем фактический объем газгольдера по формуле

Vф = = 5319.4мі

что меньше заданного объема 10 000 м³ на 0,42%. Допускается отклонение от заданного объема до 1,0%.

Установим высоту стенки резервуара.

hp = h к, ф+hпб +0,1 м где h пб= 0,2 м (I20), тогда

hp = 4.92 + 0,2 + 0,1 = 5.22 м.

Принимая лист размером 5995×1495 мм, уточним высоту стенки резервуара при числе поясов

np = = 3.5шт Поскольку высота стенки резервуара должна быть не менее 9,06 м, следует принять 4 шт. поясов для резервуара. При этом фактическая высота стенки резервуара составит

hсф = 7 -1,495 = 10,465 м.

2.3 Определение веса пригруза Вес пригруза определяем по формуле (18), приравнивая максимальное избыточное давление газа под колоколом заданной величине нормативного избыточного давления.

Принимая своз = сгаз и не учитывая вес погруженных в воду частей колокола и телескопа Q' из-за малости их значений, получим:

Qнрг = - Q (32)

Найдем общий нормативный вес частей газгольдера Q, т. е. без коэффициентов надежности по нагрузке.

Массу покрытия колокола на 1 мі емкости колокола в зависимости от диаметра колокола. При DK = 26,52 м gнок = 4,5 кг/мі.

Вес покрытия колокола

= gпок* = gнок * g* *hk = *4 = 391.1кН По формуле (15) определим вес стенки колокола, а по формуле (14) — вес трубчатых стоек.

= 1.1*р*Dk [2*0.01*bk+0.004*(hk — 2*bk)]*pсм*9,81* = 1.1*3.14*26.56[2*0.01*1.5+0.004(4−2*1.5)]*7850*9.81* =240кН где bк — ширина крайних поясов колокола. Вес трубчатых стоек

= 1.1*n*gcm*hk*9.8*

Расчетная длина стойки колокола

?сѓ = hk — bk = 4−1.5=2.5м Требуемый радиус инерции по предельной гибкости, равной 150, составляет Яmp = = = 16 см По сортаменту подбираем электросварную прямошовную трубу диаметру метром dmp = 159 мм, толщиной tmp = 3,5 мм (А = 17,1 см, ix = iy = 5,5 см). Погонная масса трубы gmp = 13,4 кг/м. Количество трубчатых стоек найдем исходя из расстояния между ними по периметру колокола, примерно равного 3,5 м.

Примем n = 24, кратное четырем. Суммарный вес трубчатых стоек

= 1,1 *24*13,4 *9,0*9,81*10і =14 кН определяем вес стенки телескопа:

= 1.1*р*Dm [2*0.01*bk+0.004*(hm — 2*bk)]*pсm*9,81* = 1.1*3.14*27.66*[2**0.01*1.5+0.004(4−2*1.5)]*7850*9.81* =250кН Погонная масса внутренних направляющих телескопа из прокатного двутавра № 20 gнnp = 21 кг/м.

Вес внутренних направляющих телескопа определяем по формуле:

= 1,05*n*gнпр*hm*9.81

где n = 24 — количество внутренних направляющих, принятых по числу трубчатых стоек колокола;

=1,05*24*21*4*9,81 *10і =21 кН.

При определении веса пригруза будем пренебрегать весом погруженных в воду частей колокола и телескопа ввиду незначительной величины. Относительная плотность доменного газа по воздуху сгаз/своз = 0,99

Вес пригруза

Qпр = * - Q+V*своз*g (1-)

где Q=QK+Qm

Qk= = 391+240+14=645кН

Qm = = 250+21=271кН;

Q=645+271=916 кН;

своз = 1.29 кг/м3;

V=4000 мі;

Qпрг = 2,5* -916+4000*1,29*9,81* *(1−0,99)=587кН здесь последним слагаемым можно пренебрегать.

Если величина Qnp, окажется отрицательной, это означает, что пригруза не требуется.

3. Расчет и конструирование элементов сферическогопокрытия колокола В качестве покрытия колокола принят пологий сферический купол, который несколько отличается от ранее рассмотренного купола вертикального цилиндрического резервуара. В отличие от купола вертикального резервуара купол колокола поэлементной сборки (без щитов) при частом расположении промежуточных колец, что характерно для покрытий таких сооружений. Промежуточные кольца для принятой расчетной схемы работают на внецентренное растяжение, в то время как кольца купола вертикального резервуара (при наличии щитов) — только на осевое воздействие.

Кроме того, здесь имеет место более простое сочетание нагрузок в связи с тем, что не учитывается ветровая нагрузка горизонтального направления на колокол. Рассматриваются два варианта кровли: а) кровля приварена к каркасу купола; б) «дышащая» кровля. Принято другое конструктивное решение узла опирания радиального ребра купола на опорное кольцо. Иначе говоря, рассматривается другой вариант купола.

3.1.Конструирование элементов покрытия колокола Установим габаритные размеры сферического покрытия колокола. Примем стрелку купола колокола

ѓ = = = 1.77м Несущая конструкция покрытия — пологий ребристо-кольцевой купол с центральным кольцом. Количество радиальных ребер купола принимаем по числу трубчатых стоек колокола, т. е. 24 шт. Радиальные ребра опираются на трубчатые стойки, которые прикрепляются только к утолщенным верхнему и нижнему поясам стенок колокола. По периметру купола располагаются окрайки кровли толщиной 8 мм и шириной 1,5 м, которые привариваются к радиальным ребрам и уторному уголку 90×90×6 (ГОСТ 8509−86).

В газгольдере кольца купола располагаются чаще, примерно на 2,2…2,6 м друг от друга по радиусу. Радиус сферы купола

rсф = = = 50.55м Центральный угол сферы купола

Sin = = = 0,262

отсюда б/2 = 15,2°; б = 30,4°.

Длина дуги купола в вертикальной плоскости

Lкn = = = 27

Примем радиус центрального кольца купола равным 1,2 м, а число промежуточных колец — 4 шт. Тогда расстояние между смежными кольцами по дуге окружности что приемлемо, так как 2,2 < а < 2,6 м. Размер, а = 3 м следует принимать по дуге окружности купола. В плане расстояния между кольцами будут неодинаковыми, но близкими друг к другу а1 == 3 м Радиальные и кольцевые ребра купола завязаны между собой связями Настил кровли собирается из листов толщиной 4,0 мм, которые свариваются встык и укладываются свободно на радиальные и кольцевые ребра (привариваются только к окрайкам). Такое покрытие называется «дышащая кровля». Рассматривается и вариант крепления кровли к каркасу купола.

3.2 Расчет и конструирование опорного кольцапокрытия колокола Опорное кольцо рассчитывается: 1) на растяжение от распоров радиальных ребер при действии вертикальной нагрузки сверху вниз q = 2,2 кН/мІ; 2) на сжатие с учетом реакции радиальных ребер на вертикальную нагрузку снизу вверх

g1,kp = * + * - 0.9*

=1.2; = 1,4

= 2,5 кН/мІ

= wo*ko*

Wo = 0.23кН/мІ

= - 0,8 при = = 0.55 и = = 0.07

?nok = 0.36кН/мІ

Полная высота наполненного газом газгольдера Н23 =hp+hm+ hK = 5,22+5+ 5 = 15,22 м.

При z = H23= 15,22 м для местности типа В коэффициент к0 = 0,949.

Тогда

= 0,23 *0,949* (-0,8) = -0,175 кН/мІ.

Вертикальная нагрузка снизу вверх

g1,kp = 1,2 * 2,5 +1,4 *0,175 — 0,9 * 0,36 = 2,92 кН/м2.

Во втором слагаемом знак «-» опущен и учтено направление снизу вверх как положительное. В отличие от расчета опорного кольца сферического покрытия резервуара здесь не учитываются изгибающие моменты и продольные силы от ветровых нагрузок на стенку колокола. Нагрузки от ветра на корпус газгольдера передаются внешними роликами на внешние вертикальные направляющие [7],. Определим усилия в опорном кольце по первому варианту загружения. Момент под радиальным ребром Мmax = - * (- ctg)

где Р = *ctgб0

б = 15,2°

nр = 24 шт. — количество радиальных ребер в куполе.

Распор — P = 856

Знак «-» означает, что у опорного кольца растянуты внешние волокна. Продольное усилие в опорном ребре Момент между радиальными ребрами Если учесть только изгибающий момент Мmax, то требуемый момент сопротивления сечения опорного кольца будет:

Очевидно, что при значении Мmах = 53,7 кНм и Np = 713kH сечение опорного кольца, явно будет недостаточно. Поэтому сечение опорного кольца следует принять более мощным. При этом необходимо учитывать условие примыкания радиального ребра, наличие трубчатых стоек стенки колокола, герметичность кровли. Примем конструкцию сечения опорного кольца с учетом указанных требований. Вычислим геометрические характеристики сечения опорного кольца. Сечение кольца Ак = 10,6+(29,0 + 22,0 + 28,0 + 21,0) * 1,0 = 110,6 смІ.

Положение центра тяжести сечения кольца относительно оси, совмещенной с наружной поверхностью стенки колокола

x0 = = 4.4см Момент инерции сечения относительно оси у-у, проходящей через центр тяжести

J у = 82,1+10,6-(2,43+4,4)2 +1,0−29,0(4,4−0,5)2 + 1,0−28,0(8,0+1,0−4,4)І + + 1,0*22,0*4,4І+ + 1,0*21,0(+ 1,0−4,4)І = 4754

Расстояния от оси у-у до крайних точек сечения, А и Б:

хА= 11,0+4,4 = 15,4 см; хБ =21,0+1,0 -4,4 = 17,6 см.

Моменты сопротивления:

Wy, A = = = 309 смі; Wy, Б = = = 270 смі

Проверим сечение кольца на прочность по нормальным напряжениям:

Прочность опорного кольца обеспечена.

Принятое сечение опорного кольца проверим на прочность как сжато;

изогнутого элемента по второму варианту загружения.

Вертикальная нагрузка снизу вверх Угол наклона касательной к оси арки с горизонталью у опорного кольца б = 15,2°. Тогда распределенная нагрузка на опорное кольцо

P1 = * cos = 71.2кН/м Реакция радиального ребра Ак= 110,6 см²;

— радиальное перемещение конца радиального ребра от распора X = 1; приближенно

— момент инерции сечения радиального ребра из двух прокатных швеллеров № 27, т. е Сжимающее усилие в опорном кольце

N1,k = - P1*rk+ = -71.2*13.26+ = - 936кН Момент в кольце под радиальным ребром Проверка опорного кольца на сжатие с изгибом на прочность:

Прочность опорного кольца при втором варианте загружения обеспечена.

Опорное кольцо покрытия колокола не проверяется на устойчивость, так как оно связано через верхние ролики с внешними направляющими газгольдера.

3.3 Расчет и конструирование промежуточного кольца покрытия Рассмотрим промежуточное кольцо (4-е), смежное с опорным. Среди всех промежуточных колец оно является наиболее напряженным.

Для определения усилий в 4-м кольце потребуются величины углов б.4

и б3, б4 = 12,34°

При определении продольного усилия в 4-м кольце предполагается частичное загружение покрытия колокола снегом на кольце вне площади S3 (в незаполненном газгольдере). Продольное сжимающее усилие в 4-м кольце при таком загружении определяется по формуле

Nk, 4 = - *(N4*cosб4 — N3*cosб3)

S3=р- = 3,14 * 8,4362І = 223 мІ - грузовая площадь покрытия радиусом r3;

S4=р- = 3,14 * 10.8482 = 370 мІ - грузовая площадь покрытия радиусом

r4.

Подставляя числовые значения в формулы, получим

N4 = = 80кН

N3 = = 21кН

Nk.4 = (80*cos* -21*cos = -220кН Сечение кольца установим из условия обеспечения его устойчивости в своей плоскости. Требуемый момент инерции сечения кольца Примем сечение кольца из двух прокатных неравнополочных уголков узкими полками вместе по схеме «б» (ГОСТ 8510−73*): 2 Z<180×110×12

(Ауг = 33,7 см; i6 = 8,67 см при зазоре между уголками равном 10 мм). Момент инерции принятого сечения кольца

JK = 2*33,7*8,672І =5066 > =4189 .

Из своей плоскости кольцо испытывает местные изгибающие моменты, которые определяются как в простой балке пролетом, равным расстоянию между соседними радиальными ребрами на уровне рассматриваемого кольца.

Интенсивность нагрузки на кольцо

k, 4 =q*a1 =2,2*2,412 = 5,31 кН/м, где q = 2,2 кН/м2

а1 = 2,412 м Максимальный изгибающий момент

M = = = 5.37 кН*м Проверим принятое сечение кольца на прочность из своей плоскости по формуле на прочность кольца из своей плоскости обеспечена. Большое недонапряжение объясняется тем, что сечение кольца определено из условия устойчивости его в своей плоскости при «дышащей кровле».

Заключение

Входе выполнения курсового проекта мной были проделаны расчеты стены газгольдера, определяем конструирование элементов мокрого газгольдера, оценили устройство и оборудование мокрых газгольдеров. Выполнила схему и габаритные размеры мокрого газгольдера (высоту, диаметр, давление, удельный вес воды). Также в этом проекте я вывила коэффициент, учитывающий вес гидравлического затвора с водой в нем. Аналогичным образом определила и стенки телескопа с внутренними направляющими.

Вес стенки телескопа были вычислены по формуле.

Стенка резервуара газгольдера рассчитывается, но прочность. Зона краевого эффекта проверили расчетом так же, как и обычного резервуара. Убедились, что максимальное избыточное давление газов под колоколом бывает при наивысшем его положении и определяется собственным весом подвижных звеньев, весов затворов и воды в них.

В процессе выполнения курсового проекта мной были решены конкретные индивидуальные задачи с привлечением комплекса знаний Список литературы:

Основная литература:

1. Бакиров К. К. Строительные конструкции./ К. К. Бакиров. -М-: Алматы. КазГАСА, 2005,-118 с.

2. Байков В. Н. Железобетонные конструкции./ В. Н. Байков.- М-: Стройиздат, 1991, -767 с.

3. Куютин А. Д. Строительные конструкций/ А. Д. Куютин.-М-: Алматы, 2004, -96.

4. СНип 2.03.01.-84. Нормы проектирования. Бетонные и железобетонные конструкций./-М-: 1989, 76.

Дополнительная литература:

1. Иванов В. А. Конструкций из дерева и пластмассы. Пример расчета./ В. А. Иванов. -М-: Киев, 1992.

2. Байков В. Н. Строительные конструкции./ В. Н. Байков, С. Г. Стронгин.-М-: Строиздат