Мокрые газгольдеры

Тема: «Мокрые газгольдеры»

Содержание

Введение

.        Мокрые газгольдеры

.1 Мокрые газгольдеры с вертикальными направляющими

.2 Мокрые газгольдеры с винтовыми направляющими

.3 Расчет направляющих мокрых газгольдеров

.        Расчетная часть

.1 Теория

.2 Расчет №1

.3 Расчет №2

Заключение

Список использованной литературы:

Введение

Газгольдеры как сооружения для хранения газа появилась более 100 лет назад. Своим появлением эти конструкции обязана возникновению и развитию газовой промышленности во многих странах. Вначале газгольдеры предназначались только для хранения и регулирования подачи потребителю светильного газа, и установка их в основном осуществлялась на газовых заводах. В настоящее время в качестве топлива с каждым годом всё больше применяется природный газ, причем в огромных количествах, хранить который в газгольдерах невозможно. Поэтому значение газгольдеров как сооружений для хранения подаваемого потребителю газа уменьшилось. Зато неизмеримо возросло их применение на предприятиях химических производств как сооружений для хранения газов, являющихся полуфабрикатами, составления различных газовых смесей, в качестве регуляторов давления в газовой сети и для других целей. В процессе развития газовой и химической промышленности конструкции газгольдеров различного типа претерпели значительные изменения. Так, если первым газгольдером было примитивное хранилище прямоугольной формы, то в настоящее время газгольдер является сложным и ответственным сооружением обычно цилиндрической формы, при изготовлении и монтаже которого требуется высокая точность.

Современные газгольдеры классифицируются по параметрам хранимого газа, по технологическим требованиям производства, а также по видам конструктивных схем. Основным является деление газгольдеров по параметрам хранимого газа на два класса:

1 класс-газгольдеры низкого давления (рабочее давление 4000 Па)

2 класс-газгольдеры высокого давления (рабочее давление 7∙104 - 30∙104 Па)

Принципиальное различие между газгольдерами высокого давления заключается в том, что в первых газгольдеpax рабочий объем является переменным, а давление газа в процессе наполнения (или опорожнения) остается неизменным или меняется очень незначительно, в то время как в газгольдерах высокого давления геометрический объем остается постоянным, а давление при наполнении меняется от первоначального до рабочего.

Классы газгольдеров подразделяются на группы и типы. Так, газгольдеры I класса делятся по принципу работы и виду конструктивной схемы на две группы - мокрые и сухие. Каждая группа, в свою очередь, делится по конструкции отдельных элементов на два типа: мокрые газгольдеры с вертикальными и винтовыми направляющими; сухие газгольдеры поршневого типа и с гибкой секцией. Газгольдеры II класса, т. е. газгольдеры высокого давления, также делятся по конструктивной схеме на цилиндрические со сферическими днищами и сферические (шаровые). Цилиндрические газгольдеры высокого давления можно разделить по способу установки на вертикальные и горизонтальные. Газгольдеры можно также разделить по конструкциям отдельных частей или элементов, по применяемым материалам для отдельных элементов, по конструкции опорной части и т. д., однако такое деление не является характерным, и поэтому в общую классификацию его можно не вносить. В дальнейшем, рассматривая каждую конструкцию в отдельности, будем приводить возможные варианты изменения конструктивной схемы того или иного элемента.

1.       Мокрые газгольдеры

1.1 Мокрые газгольдеры с вертикальными направляющими

Мокрые газгольдеры с вертикальными направляющими (рисунок 1.1) получили большое распространение вследствие относительной простоты конструктивной схемы, наибольшей освоенности строительством и надежности в эксплуатации.

Конструкция мокрого газгольдера состоит из двух основных частей - цилиндрического вертикального резервуара, который заполнен водой (неподвижное звено), и колокола, помещенного внутри резервуара и представляющего собой цилиндр, открытый снизу и имеющий сферическое покрытие (подвижное звено). Собственно хранилищем газа служит колокол, под крышу которого поступает газ по вертикальному стояку при заполнении газгольдера. Как только суммарное давление газа на крышу превысит нагрузку от массы колокола, последний начнет подниматься, причем давление в нем будет немного возрастать по мере выхода его корпуса из воды за счет разницы в весе металла в воде и на воздухе. Вода в резервуаре служит гидравлическим уплотнением. При опорожнении газгольдера колокол опускается, и вода, находящаяся в резервуаре, вытесняет из него газ. Для более полного использования объема колокола высота его должна быть равна высоте резервуара. Объем газа, находящегося под куполом сферического покрытия, а полезный объем колокола не входит, так как уровень воды в резервуаре доходит только до верхней части цилиндра колокола. Таким образом, объем сегмента сферического покрытия представляет собой «мертвую» часть объема колокола

У газгольдеров большого объема (свыше 6000 м3) подвижную часть разбивают на несколько звеньев, из которых только верхнее звено называется колоколом. Остальные, вдвигающиеся друг в друга, звенья носят название телескопов. Уплотнение между подвижными звеньями достигается за счет гидравлических затворов, каждый из которых представляет собой два кольцевых входящих друг в друга желоба. Помимо герметизации рабочего пространства гидравлические затворы служат также соединительными устройствами между звеньями. Между нижним телескопом и резервуаром газгольдера гидравлический затвор не устанавливают. Работа газгольдера происходит следующим образом: при подаче газа под колокол последний поднимается на полную высоту. Когда его нижний край достигает поверхности воды, желоб гидравлического затвора зачерпывает воду и входит в зацепление с обратным желобом первого телескопа. Аналогично с этим при полном выдвижении первого телескопа происходит захват следующего н т. д. При опорожнении газгольдера сначала опускается нижний телескоп, затем следующий и так до колокола. Наличие в газгольдерах нескольких подвижных звеньев позволяет уменьшить высоту резервуара, так как она равна высоте одного подвижного звена, что дает значительное снижение массы всей конструкции. По числу подвижных звеньев мокрые газгольдеры бывают однозвенными, двухзвенными и т. д. Максимальное число подвижных звеньев бывает не более шести.

Чтобы избежать перекосов при движении колокола и телескопов, а также для восприятия горизонтальных нагрузок от давления ветра на боковую поверхность газгольдера и от косо- симметричной снеговой нагрузки на покрытие колокола, каждое звено снабжено наружными и внутренними роликами, которые передают боковые нагрузки на систему направляющих. Наружные ролики, установленные на специальных кронштейнах, равномерно размещенных по верхнему краю каждого подвижного звена, при движении последнего катятся по внешним вертикальным направляющим, высота которых соответствует наивысшему положению подвижных звеньев. Внешние вертикальные направляющие представляют собой пространственную конструкцию. Очертания последней подобны очертанию многогранной призмы, в углах которой расположены вертикальные стойки-направляющие, выполненные из двутавров или в виде решетчатой конструкции. Стойки соединены между собой жесткими ригелями, а также системой диагональных связей. На кольцевых ригелях, расположенных на уровне максимальной высоты подъема каждого звена (за исключением колокола), устроены площадки для осмотра газгольдера. Вся система внешних вертикальных направляющих жестко крепится к верхним поясам резервуара. Внутренние ролики, установленные по нижнему краю каждого подвижного звена, при движении звеньев катятся по внутренним направляющим, которые крепятся непосредственно к внутренним поверхностям стенок резервуара и телескопов. Число внутренних направляющих обычно вдвое превышает число внешних. Вся система внутренних и внешних направляющих передает действующие на газгольдер горизонтальные нагрузки через корпус резервуара на фундамент, а также предохраняет конструкцию от возможных перекосов при движении подвижных звеньев.

Фундамент мокрого газгольдера представляет собой сборно-монолитное железобетонное кольцо, внутри которого устраивается песчаное основание. Минимальная ширина кольца

где Dp-наружный диаметр резервуара; Dк- диаметр колокола; 200 и 150 - соответственно выпуски кольца (в мм) наружу от стенки резервуара и внутрь колокола.

Характерная особенность фундамента - наличие железобетонных плит, укладываемых по кольцу в месте перехода от дефектного кольца к песчаной подушке. Благодари способности свободно поворачиваться относительно линии опирания на фундамент кольцо плавного изгиба днища при больших осадках песчаного основания.

Конструкция резервуара мокрого газгольдера в отличие от обычных стальных вертикальных резервуаров имеет следующие особенности: по верхнему краю стенки корпуса идет кольцевая площадка, одновременно выполняющая роль кольца жесткости. Крепится она к верхнему поясу, который по этой причине делается больше толщины по сравнению с толщиной предыдущих поясов. К внутренней поверхности стенки корпуса крепятся внутренние направляющие, выполненные из швеллера. На днище резервуара расположены равномерно распределенные по периметру корпуса радиальные подкладные балки высотой 200мм. На эти балки опираются все подвижные звенья газгольдера в нижнем положении, что предохраняет последние от присасывания к грязи, скапливающейся на днище резервуара при эксплуатации.

Стальной резервуар мокрого газгольдера можно заменить резервуаром из предварительно напряженного железобетона. Железобетонный резервуар в данном случае, помимо экономии стали, имеет следующие преимущества: железобетон менее подвержен коррозии; железобетонный резервуар можно заглубить в землю, сократив общую высоту сооружения, что уменьшит влияние на него ветровой нагрузки и благодаря теплоизолирующим свойствам грунта сократит затраты на подогрев воды в зимнее время н др.

Колокол мокрого газгольдера состоит из несущего каркаса и оболочки. В несущем каркасе стенки колокола установлены верхнее и нижнее кольца жесткости, соединенные между собой вертикальными трубчатыми стойками. Верхнее кольцо жесткости состоит из утолщенного верхнего пояса стенки колокола, уторного уголка и утолщенных окрайков кровли. Нижнее кольцо образовано из утолщенного нижнего пояса колокола и горизонтального кольца из листовой стали. В однозвенных газгольдерах на этом кольце с внутренней стороны стенки размещается пригрузка, а в многозвенных, кроме того, с внешней стороны ставится нижний жалоб гидравлического затвора. Вследствие небольшого давления внутри колокола толщина его стенки принимается 3-4 мм. Тонкую часть стенки к вертикальным стойкам не приваривают.

Каркас сферического покрытия колокола состоит из радиально расположенных выгнутых по радиусу сферы стропил, опирающихся на вертикальные стойки стенки и связанных между собой многогранными горизонтальными кольцами и диагоналями. По периметру покрытия стропила связанны утолщенной окрайкой настила кровли и уторным уголком. Кровельный настил толщиной 2,5-3мм приварен только к окрайку и свободно лежит на стропилах. Таки образом, под действием давления газа кровля колокола может свободно подниматься, и каркас покрытия в этом случае не несет никакой нагрузки, кроме собственного веса.

Стрела подъема сферического покрытия приблизительно составляет:

где Dk - диаметр колокола.

Отсюда радиус сферы

или

Rсф=1,9083Dк.

Телескоп многозвенного газгольдера представляет собой полый цилиндр, корпус которого также состоит из каркаса и обшивки толщиной 3-4 мм. Верхнее и нижнее кольца жесткости каркаса включают соответственно верхний и нижний утолщенные пояса корпуса, а также желоба гидравлического затвора. У нижнего телескопа вместо желоба гидравлического затвора установлен горизонтальный кольцевой лист. Кольца соединены между собой вертикальными стойками из составного двутавра, которые являются внутренними направляющими для нижних роликов колокола или предыдущего телескопа.

Желоб каждого гидравлического затвора мокрого газгольдера имеет глубину, достаточную для противостояния столба воды в гидравлическом затворе давлению газа с некоторым запасом на возможность перекоса подвижного звена и на волнообразование на поверхности воды в затворе.

Число газовых вводов в газгольдер зависит от его назначения в технологической цепи предприятия. Газовые вводы проходят через специальный тоннель в кольцевом фундаменте и входят в газгольдер через днище резервуара. Высота стояка газового ввода во избежание попадания в него воды на 100- 150 мм превышает ее уровень в резервуаре. Аппаратура для управления газгольдером размещена в специальной будке над приямком, в котором уложен подводящий газопровод. Сечение подводящих трубопроводов подбирают из расчета скорости перемещения подвижных звеньев по вертикали, величина которой не должна превышать 1,5 м/мин.

Давление газа в мокрых газгольдерах зависит от массы его подвижных звеньев. Поскольку обычно собственной массы конструкции оказывается недостаточно для создания в газгольдерах заданного рабочего давления, то применяют специальную пригрузку колокола, состоящую из бетонных и чугунных грузов. Бетонные грузы укладывают по кольцевой площадке ка крыше колокола, а чугунные - на выступе горизонтального кольца в нижней части колокола с внутренней стороны. Для сохранения устойчивого положения колокола  пригрузки располагают на крыше, а  - на кольце. Давление газа в газгольдерах при различном числе подвижных звеньев определяют по формуле:

В двухзвенном газгольдере при наивысшем положении колокола и телескопа

 - давление газа; Dk, Dt -диаметры колокола и телескопа; Qk, Qt -массы колокола н телескопа; qк- масса воды в гидравлическом затворе колокола; Vk, Vt - объемы колокола и телескопа; Qk’- масса погруженной в воду части телескопа; ρ,ρ1-плотности воздуха и газа в нормальных условиях; 7,85- плотность стали.

Основные размеры мокрых газгольдеров принимаются исходя из анализа практических данных по уже построенным или запроектированным конструкциям. Обычно отношение диаметра резервуара к полной высоте сооружения при поднятых звеньях колеблется от 0,8 до 1,3. Высота цилиндрической части всех подвижных звеньев одинакова, а высота стенки резервуара больше последней на величину высоты подкладной балки. Диаметр каждого последующего звена меньше диаметра предыдущего на 1100 мм, т. е. зазор между стенками каждой пары звеньев составляет 550 мм.

Полезный объем газгольдеров определяется по формулам:

для однозвенного газгольдера

для двухзвенного газгольдера

для трехзвенного газгольдера

где Hk, Ht1, Ht2 - соответственно высоты цилиндрической стенки колокола, первого и второго телескопов; h3 - глубина гидравлических затворов; h - величина погружения в воду колокола или нижнего телескопа.

В настоящее время в Советском Союзе все мокрые газгольдеры с вертикальными направляющими сооружают по типовым проектам в соответствии со следующим нормальным рядом (по объему): 100, 300, 600, 1000, 3000, 6000, 10000, 15000, 20000 и 30000 м2.

В районах с расчетной зимней температурой ниже -20ͦС вокруг резервуара мокрого газгольдера на отдельном кольцевом фундаменте сооружают утепляющую стенку толщиной 380 мм. Высота кирпичной стенки принимается равной высоте резервуара. Расстояние между наружной поверхностью корпуса резервуара и кирпичной стенкой составляет 1000 мм, а вокруг газгольдера образуется узкий кольцевой проход, используемый дли осмотра корпуса резервуара, трубопроводов, наблюдения за приборами и т. д. Температура воды <в резервуаре и гидравлических затворах при любой температуре окружающего воздуха по условиям эксплуатации должна быть не менее 5°С, поэтому для мокрых газгольдеров требуется устраивать отопление.

Отопление осуществляется путем подачи пара по кольцевым газопроводам к резервуару и гидравлическим затворам и затем непосредственного ввода пара в воду через пароструйные элеваторы. Элеваторы способствуют равномерному распределению подогретой воды по гидравлическому затвору. К кольцевым паропроводам подвижных звеньев пар подается по гибким шлангам.

Мокрые газгольдеры эксплуатируются в тяжелых коррозионных условиях. Внутренние поверхности звеньев газгольдера увлажняются, при эксплуатации и соприкасаются при этом с хранящимися в них агрессивными газами, что приводит к интенсивной коррозии, вплоть до сквозных свищей. Наружные поверхности также увлажняются и подвергаются атмосферной коррозии. Следует иметь в виду тот фактор, что в атмосфере на территории химических предприятий часто содержатся примеси агрессивных газов. Это обстоятельство усугубляет опасность интенсивной коррозии металла.

Основной способ борьбы с коррозией металла газгольдеров - нанесение на поверхность конструкций антикоррозионных лакокрасочных покрытий в различных сочетаниях. Однако такой способ защиты весьма дорог и трудоемок. Более дешевым методом защиты является применение защитной жидкости, состоящей в основном из раствора полиизобутилена в индустриальном масле и смешанной с битумными материалами. Защитная жидкость, которую наливают в резервуар поверх воды, при подъеме подвижных звеньев образует на них защитную пленку. На внутреннюю поверхность кровли колокола жидкость наносят специальными подвижными или поворотными распылителями.

.2 Мокрые газгольдеры с винтовыми направляющими

Конструкция мокрого газгольдера с винтовыми направляющими так же, как и газгольдера с вертикальными направляющими, включает резервуар для воды и одно или несколько подвижных звеньев (колокол, телескопы).

Отличается эта конструкция от газгольдеров с вертикальными направляющими схемой подъема и опускания подвижных звеньев. Если в газгольдерах с вертикальными направляющими подвижные звенья перемещаются только по вертикали, то в газгольдерах с винтовыми направляющими они перемещаются вверх или вниз с поворотом вокруг вертикальной оси. Таким образом, при подъеме каждое последующее звено как бы вывинчивается из предыдущего, а при опускании, наоборот, ввинчивается. Этот процесс осуществляется за счет особо расположенной системы парных роликов и направляющих (рисунок 1.2). Направляющие таких газгольдеров изготовляют из железнодорожного рельса, из составного сварного двутавра или из специально прокатанного профиля. Они установлены непосредственно на корпусе подвижного звена под углом 45°, образуя каждая отрезок винтовой линии. Каждая направляющая приварена к стенке звена по всей своей длине и, кроме того, приварена через стенку к вертикальным стойкам, находящимся внутри цилиндрического корпуса звена. Конструкция каждого подвижного звена, как и в мокром газгольдере с вертикальными направляющими, предусматривает установку вверху и внизу стенки поясов жесткости из листов большей толщины, чем вся стенка, которые соединены вертикальными стойками из спаренных швеллеров. Число стоек здесь больше, чем в газгольдерах с вертикальными направляющими, так как они воспринимают основные усилия, передаваемые роликами на винтовые направляющие.

Система парных роликов расположена по периметру верхнего края резервуара и телескопов. Каждую пару роликов устанавливают на опорной плите, закрепленной на консольной площадке резервуара или на верхней плоскости желоба гидравлического затвора. Оси обоих роликов параллельны в горизонтальной плоскости. Направляющая проходит между роликами, причем в зависимости от направления внешней силы работает только один ролик. Чтобы при движении колокола и телескопов вниз не увеличивался маховой момент, направляющие на каждом последующем звене имеют направление, обратное предыдущему. Продолжая сравнение конструкции с резьбовым соединением, можно указать, что если нижнее звено имеет правую нарезку, то следующее звено - левую и т. д.

Рисунок 1.2. Винтовой газгольдер

Винтовая направляющая является самым сложным в изготовлении и монтаже и самым ответственным элементом конструкции. При возникновении горизонтальной или несимметричной вертикальной нагрузки каждая направляющая работает на изгиб, сжатие и кручение. Это обстоятельство и вызывает необходимость в увеличении числа вертикальных стоек в подвижных звеньях. Поскольку величина горизонтальных сил на каждое из расположенных ниже звеньев возрастает, то и число направляющих на них увеличивается (обычно в полтора раза).

Некоторое отличие от обычных газгольдеров газгольдеры с винтовыми направляющими имеют и в конструкции гидравлического затвора.

Верхние желоба гидравлических затворов здесь не имеют высоко выступающего листа, так как по верху желоба установлены ролики, и в связи с этим желоба имеют большую глубину. В остальном конструкция газгольдера с винтовыми направляющими ничем не отличается от конструкции газгольдера с вертикальными направляющими.

Чтобы уменьшить давление на ролики и винтовые направляющие, винтовые газгольдеры имеют обычно больший диаметр, чем у обычного газгольдера. Отношение диаметра к полной высоте здесь берется в пределах 1,2-1,75.

Преимуществами этой конструкции по сравнению с конструкцией газгольдера с вертикальными направляющими следует считать:

·        большую надежность в работе;

·        меньшую высоту сооружения при опущенных звеньях (высота резервуара);

·        экономичность по расходу стали (около 10%); доступность механических деталей (роликов) для осмотра и смазки, а также уменьшение их общего числа.

Однако у этих конструкций имеются сложности в изготовлении и монтаже винтовых направляющих и они требуют соблюдения более жестких допусков при монтаже.

1.3 Расчет направляющих мокрых газгольдеров

При расчете направляющих нагрузка на газгольдер определяется при наивысшем положении подвижных звеньев. Эта нагрузка складывается из суммарного давления ветра на колокол и телескопы и односторонней снеговой нагрузки на половину покрытия колокола с наветренной стороны (рисунок 1.3). Величина снеговой нагрузки

где dK - диаметр колокола; qcн - нормативная снеговая нагрузка; п5 - коэффициент перегрузки.

Точка приложения равнодействующей снеговой нагрузки находится в центре тяжести горизонтальной проекции половины кровли:

= 0,212dK

Ветровая нагрузка на кровлю колокола приближенно определяется по формуле

где п6 - коэффициент перегрузки; qB- нормативный скоростной напор ветра; ka - аэродинамический коэффициент обтекания сферической поверхности (kа = 0,6);  - радиус сферы; α - угол наклона касательной к меридиану в месте примыкания кровли к уторному кольцу; μв - коэффициент увеличения скоростного напора ветра в зависимости от высоты сооружения.

Точка приложения равнодействующей WK находится в центре тяжести вертикальной проекции кровли при α≈16°:

где f - стрела подъема кровли.

Ветровая нагрузка на стенку колокола

где D1 - диаметр колокола; h3 - глубина гидравлического затвора.

Для цилиндрической поверхности k3=0,7. Точка приложения равнодействующей ветровой нагрузки W1

Точно так же определяется ветровая нагрузка и на все последующие подвижные звенья:

мокрый газгольдер колокол нагрузка

и т. д.

Таким образом, нагрузки, передающиеся роликами на направляющие, определены. Перейдем теперь к распределению нагрузок между внешними и внутренними роликами.

Давление верхних роликов колокола от снеговой нагрузки

Приближенно можно считать, что точка приложения равнодействующей ветровой нагрузки на кровлю находится в одной плоскости с осями верхних роликов, поэтому давление роликов будет

Давление роликов от ветровой нагрузки на стенку колокола

Суммарное давление верхних роликов колокола

Нижние ролики колокола воспринимают только ветровую нагрузку:

Давление верхних роликов телескопа слагается из части ветровой нагрузки на его стенку и давления нижних роликов колокола:

от ветровой нагрузки

от давления нижних роликов колокола

Суммарное давление верхних роликов телескопа

Давление нижних роликов телескопа:

от ветровой нагрузки

от давления нижних роликов колокола

Суммарное давление нижних роликов телескопа

Аналогично можно определить давление верхних и нижних роликов остальных телескопов.

Определим максимальное давление одного ролика. Внешняя нагрузка воспринимается роликами, расположенными с заветренной стороны газгольдера. Давление от внешней нагрузки достигает своего максимума в точке А (рисунок 1.4) и равно нулю в точках В и ВI. Обозначив давление в точке А через So, найдем, что радиальное давление в любой точке половины окружности будет

Рисунок 1.4. Определение максимального давления одного ролика:

а - расчетная схема; б - эпюра давления ролика

На бесконечно малый элемент дуги, соответствующий углу dφ, действует давление

Проекция этого давления на направление нагрузки

Отсюда полное давление на половину окружности составит

Или

Давление ролика в точке А (рисунок 1.5)

где n -число направляющих.

Подставив сюда значение S0, получим

По отношению к горизонтальным кольцам системы направляющих давление роликов является внешней нагрузкой и вызывает в них растягивающие усилия. Величина этих усилий может быть найдена путем разложения радиального давления на направления двух смежных граней кольца:

Рисунок 1.5. Определение усилий в кольцевых связях системы направляющих:

а - расчетная схема; б - эпюра изменения усилий

где

Максимальное растягивающее усилие в кольце

Помимо осевых растягивающих усилий на грани кольца имеется изгибающий момент от действия собственной массы и случайных нагрузок:

где q - равномерно распределенная полная нагрузка; l - длина грани кольца; b - ширина кольца.

Для колец, служащих одновременно площадкой осмотра, q=200 кг/м2, для промежуточных колец q=50 кг/м2. Напряжение в кольце

Радиальное давление роликов меняется от узла к узлу, благодаря чему изменяются и усилия в горизонтальных кольцах. Поэтому в двух соседних узлах кольца будет всегда разность усилий N. Полагая усилия в соседних узлах N1 и N2, будем иметь:

Или

Величины R1 и R2 можно выразить через Rmax с учетом, что:

Где

Максимальные усилия Я будут при а = 90° и при а = - 90°. Следовательно, усилия H возникают не только с наветренной стороны, но и по всему кольцу. Величину Rmax = 4P/n определили путем интегрирования по половине окружности кольца, для определения же H следует интегрировать по всей окружности. В этом случае величина Нmах составит

Разделив всю пространственную систему на отдельные плоские формы (панели) и нагрузив их найденными силами Я (рис. 6), определим путем разложения сил в плоскости формы усилия в вертикальных стойках и диагоналях.

Усилие в диагонали 1

Усилие в вертикальной стойке 1

Усилие в узле 2 будет складываться из усилий H1 и H2. Тогда для диагонали 2 получим

и для вертикальной стойки 2

Подобным образом можно найти усилия и в остальных стойках и диагоналях других плоских панелей.

В процессе эксплуатации газгольдера возможно такое положение, когда колокол поднялся целиком, а телескоп поднялся не полностью. В этом случае ролик колокола может оказаться в середине пролета вертикальной стойки между горизонтальными кольцами, и от его давления в стойке возникнет изгибающий момент:

где h - высота участка стойки.

Поэтому напряжения в стойке должны определяться с учетом изгиба:

где  - коэффициент запаса устойчивости; R - расчетное сопротивление.

Внутренние направляющие телескопов и резервуара рассчитывают как балки на двух опорах с нагрузкой посередине пролета. Изгибающий момент в этом случае

где l - свободная длина направляющей.

Полагая ширину кольца жесткости равной Ък и высоту телескопа НТ, имеем

Максимальное давление ролика определяется как

где nвн - число внутренних направляющих.

Обычно число их вдвое превышает число внешних направляющих, т. е.

Величина Р находится так же, как и для внешних направляющих. Разница заключается лишь в том, что при подсчете суммарной ветровой нагрузки W в расчет берется только половина высоты вышележащего звена. Это обусловлено тем, что максимум изгибающего момента в направляющей находится посередине пролета l.

2.       Расчетная часть

.1 Теория

При фланцевом соединении деталей арматуры уплотнение осуществляется в основном металлическим кольцом овального или восьмиугольного сечения.

Усилие, действующее на кольцо, не должно приводить к его остаточным деформациям. В одном из вариантов сборки фланца прокладочное кольцо соприкасается с канавками фланцев по их внутреннему и внешнему скосам. Уплотнение происходит за счет упругой деформации кольца и фланцев в месте соприкосновения (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Схема фланцевого соединения

При расчете фланца определяются усилия обжатия, рабочее усилие при повышении в арматуре давления, усилия от разности температур фланца и стягивающих шпилек при перекачке горячей среды и усилие от веса боковых отводящих труб, присоединенных к арматуре.

Для обеспечения герметичности стыка прокладка должна быть предварительно обжата для устранения неплотности прилегания под определённый давлением. Необходимое усилие обжатия

где Dcp - средний диаметр прокладки; bэф - эффективная, т. е. суммарная ширина контакта прокладки (для прокладок овального и восьмиугольного сечений bэф = b/4); qобж - давление на прокладку для ее обжатия (для мягкой меди qобж = 160 МПа, мягкой стали - 250 МПа; стали типа 15Х5М - 350МПа; стали 12Х18Н9Т - 400 МПа).

Давление обжатия на прокладку должно быть меньше допускаемого:

Усилие, действующее при эксплуатации Рэксп, учитывает действие давления Рдав, разжимающее фланцы, остаточное усилие затяжки ∆Рзат, которое должно быть достаточным для уплотнения соединения, влияние температуры горячей перекачиваемой среды Pt, влияние веса отводящих манифольдов Рм:

где усилие от действия давления и остаточного усилия затяжки определяется по формуле

Здесь Рр - давление в арматуре; m - прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материала прокладки.

В случае работы арматуры с паром или газом или смеси жидкости и газа в формулу подставляют 2m

При перекачке горячей среды металл арматуры нагревается больше, а шпильки - меньше ,так как у них лучше условия охлаждения.

Считая фланцы жесткими, а шпильки и прокладку упругими, определяют дополнительную нагрузку:

где R - радиус закругления прокладки. Усилие в шпильках от веса отводящих труб манифольда

где Мизг - суммарный изгибающий момент от веса деталей манифольда; Dшп - диаметр окружности крепления шпильками.

За расчетное усилие Ррас принимается большее из Робж и Рэксп. Усилие на наиболее нагруженную шпильку определяется по формуле

где Ррас - большее усилие из Робж и Рэксп; n - количество шпилек.

Напряжение в шпильке

Допускаемый момент затяжки шпильки ключем

Расчет момента затяжки шпильки

.2 Расчет №1

Рассчитать усилие обжатия и эксплуатационное усилие, действующее на фланец фонтанной арматуры с прокладкой овального сечения из стали 12Х18Н9Т. Выбрать диаметр шпилек фланца исходя из рассчитанных усилий, материала ст. 30 (σт = 300 МПа) и определить момент затяжки шпилек.

Решение

Усилие обжатия фланца определим по формуле (2.1). Для прокладки из стали 12Х18Н9Т qобж = 400МПа Средний диаметр прокладки

Тогда

Для определения эксплуатационного усилия воспользуемся формулой (2.2), так как температура добываемой жидкости не превышает 30°С, а данные по весу отводящих труб манифольда отсутствуют. Используем лишь первые два члена формулы (2.2), т.е. определим усилие рабочего давления и остаточного усилия затяжки

За расчетное усилие принимаем большее из рассчитайных (Рэксп).

Усилие на наиболее нагруженную шпильку определим по формуле (2.7):

Диаметр шпильки определим из отношения (2.8), приняв коэффициент запаса η=1,5

Отсюда диаметр шпильки по впадине резьбы

Выберем диаметр шпильки

Напряжение в шпильке

где площадь поперечного сечения шпильки по впадине резьбы

Допустимый момент затяжки шпильки (формула (2.9))

Расчетный момент затяжки (формула (2.10))

Ответ: 84Нм

.3 Расчет №2

По условиям предыдущей задачи рассчитать усилие обжатия и эксплуатационное усилие, действующее на фланец фонтанной арматуры с прокладкой из мягкой стали при нагнетании в скважину горячей воды и пара. Выбрать материал для шпилек, исходя из рассчитанных усилий, и определить момент затяжки шпилек.

Решение.

Усилие обжатия фланца определим по формуле (2.1). Для прокладки из мягкой стали qобж = 250 МПа. Из предыдущей задачи Dcp=88, bэф=1,5мм,

Усилие от рабочего давления и остаточного усилие и определим по формуле (2.3) при m = 2,7∙2=5,4

Нагрузку от разности температур фланца и шпилек определим по формуле (2.4), причем разность температур в начало прогрева при 300°С составит 20°С. По условию длина растягиваемой части шпилек hш =45мм

Рабочая высота прокладки hp = 12 - 2=10 мм, площадь поперечного сечения прокладки

Площадь поперечного сечения шпильки

Тогда

Нагрузку от веса части манифольда определим по формуле (2.6). Момент от веса манифольда

По условию предыдущей задачи Dшп = 135мм

Эксплуатационное усилие по формуле (2.2)

За расчетное усилие принимаем большее из рассчитанных (Рэксп и Робж). Усилие на наиболее нагруженную шпильку определим по формуле (2.7):

Напряжение в шпильке определим по формуле (2.8)|

Выбираем материал шпилек. Это стали 35 с σт = 360МПа. Коэффициент запаса

что допустимо. Допустимый момент затяжки шпильки (формула (2.9))

Расчетный момент затяжки (формула (2.10))

Ответ: 26,2Нм

Заключение

Газгольдеры переменного объёма хранят газ при давлении, близком к атмосферному и температуре окружающей среды. Объём контейнера изменяется с изменением количества хранимого газа, для больших газгольдеров он может достигать 50 000 м³ при диаметре цилиндрического хранилища 60 м.

Газгольдеры могут изготавливаться из железобетона, стали или резины.

Железобетонные или стальные газгольдеры мокрого типа состоят из вертикального цилиндрического бассейна, наполненного водой, и открытого снизу колокола, поднимающегося при увеличении количества газа. В поршневых (сухих) газгольдерах бассейн отсутствует, а объём регулируется перемещением плотно подогнанного к нижнему резервуару поршня. Газгольдеры переменного объёма использовались не столько для долговременного хранения газа, сколько для поддержания давления газа в безопасных пределах при его потреблении.

Газгольдеры постоянного объёма представляют собой цилиндрические или сферические стальные резервуары и способны хранить газ при давлении до 1,8 МПа.

Газгольдеры постоянного объема выпускаются различными по объему и исполнению:

§   газгольдеры на основе бытовых пропановых баллонов (две группы 50-ти литровых баллонов по 1-50 баллонов в группе - объемом от 100 до 5000 литров);

§   цилиндрические однообъемные газгольдеры для подземной установки на дачах или загородных участках (от 2,7 до 10 кубометров, либо 20 кубометров);

§   газгольдеры надземные или подземные для промышленных объектов или коттеджных поселков (хранилища от 20 до 600 кубометров)

Список использованной литературы

1.       Афанасьев В. А., Бобрицкий Н. В. Сооружение резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. М., Недра, 1981.

2.     Веревкин С. И., Ржавский Е. Л. Повышение надежности резервуаров, газгольдеров и их оборудования. М., Недра, 1980.

3.     Галеев В. Б. Эксплуатация стальных вертикальных резервуаров в сложных условиях. М., Недра, 1981.

4.     Глоба В. М. Сооружение подземных газонефтехранилищ. Львов, Высшая школа, 1982.

5.       Молоканов Ю. К., Харас 3. Б. Монтаж аппаратов и оборудования для нефтяной и газовой промышленности. М., Недра, 1982.

6.       Суворов А. Ф., Лялин К. В. Сооружение крупных резервуаров для газовой промышленности. М., Недра, 1979.