Чанских Д.Н., Садыков А.М., Бурков П.В.

Национальный Исследовательский

Томский Политехнический университет

Напряженно-деформированное состояние днища РВС-20000 м³

Введение

Проблему оценки технического состояния вертикальных стальных резервуаров призвана решить двухуровневая система технического диагностирования, согласно которой периодичность и вид обследований зависит от срока эксплуатации. Однако, существующая система технического диагностирования не в полной мере отражает современные требования.

В практике обследований до 70 % вертикальных стальных резервуаров требуют исправления несовершенств геометрической формы стенки и днища, величины которых превышают регламентированные нормативной документацией значения. Для достоверной оценки влияния этих дефектов на эксплуатационную надежность резервуаров необходимо построение модели резервуара, реально отражающую его геометрию и напряженно-деформированное состояние.

Результаты измерений отклонений образующих стенки от вертикали и нивелирования поверхности днища представляют собой табулировано заданные функции. Увеличение плотности сетки измерений ведет к повышению точности описания геометрии измеряемой поверхности, но в то же время, к увеличению трудовых и материальных затрат. Поэтому существующий в настоящее время подход при диагностировании РВС к описанию несовершенств геометрической формы оболочки не позволяет разработать достоверные модели резервуаров для численного анализа напряженно-деформированного состояния при помощи имеющихся расчетных программных пакетов, реализующих метод конечных элементов.

В данной статье рассматривается расчет напряженно-деформированного состояния резервуара РВС-20000 и анализ результатов полученных при расчете в среде Ansys.

Расчетная часть

В расчете приняты некоторые упрощения: не учитываются ветровая и снеговая нагрузки, сейсмичность. Резервуар оборудован стационарной крышей.

Днище резервуара передает всю нагрузку от давления жидкости на основание, и поэтому его можно считать ограждающей частью конструкции, за исключением краевой зоны (окрайков). Последняя находится под действием изгибающего момента, возникающего в краевой зоне стенки.

Определяем перемещения днища:

Днище в горизонтальном направлении (в своей плоскости) обладает значительной жесткостью, т. е. практически нерастяжимо, в чем нетрудно убедиться на опыте (с любым эластичным материалом, стараясь растянуть его равномерно во все стороны).

Решаем канонические уравнения:

Отсюда М_о = 6,9 кНм/м; Q_о = -30,8 кН/м.

Напряжение в стенке:

Анализ результатов

По результатам расчета в среде Ansys получена максимальная деформация равная 99,688 мм, в центральной части значения равны 66,459 мм, эквивалентное напряжение составило от 0,3173 до 0,3678 Мпа.

В результате аналитического расчета получили следующие значения: перемещения днища составляют от 0,2 до 4 мм, напряжение в месте соединения днища и стенки составило 52,8 МПа.

Полученные результаты можно объяснить, во-первых при расчете в Ansys не учитывается вес конструкций резервуара:, самого днища, стенки, крыши, различных устройств и т.д., во-вторых в процессе расчета было принято решение увеличить давление в 5 раз для получения более наглядных результатов, в-третьих в проекте не учитывается воздействующее давление стенки РВС на окрайку днища.

Проделав данную работу можно сделать вывод, что исследование напряженно-деформированного состояния резервуара требует тщательного подхода. Но при всем при этом существует погрешность из-за наличия волнистости и хлопунов, коррозии и других дефектов.

Список использованных источников

1. ПБ 03-605-03 Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов.

2. Нехаев Г.А. «Проектирование и расчет стальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления»/ АСВ-200 г.-213 с.

3. Басов К.A. ANSYS в примерах и задачах / Под обш. ред. Л.Г .Красковского. - М.: КомпьютерПресс, 2002. - 224 е.: ил..

4. Чигарев А.В., Кравчук А.С, Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справ, пособие. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 512с.