Резервуар повышенной надежности для сейсмически неустойчивых районов и районов с повышенными требованиями экологической безопасности

Сименко Дарья Сергеевна, студентка каждого «лепестка» устанавливается уровнемер [2]. Значительное увеличение устойчивости конструкции достигается также за счет применения ребер жесткости, скрепляющих соседние «лепестки» между собой.

Рис. 1. Общий вид и вид сверху «лепесткового» резервуара: 1 – центральный резервуар; 2 – «лепесток»; 3 – жидкость; 4 – крыша;

5 – днище

При расчете геометрических параметров «лепесткового» резервуара в качестве центрального был выбран резервуар типа РВС 20000. С учетом типовых размеров и технических характеристик данного резервуара были определены основные размеры лепестковой части предлагаемой конструкции резервуара (рис. 2).

Рис. 2. Геометрические параметры «лепесткового» резервуара

а)

Рис. 3. Деформация резервуаров под действием собственного веса и веса жидкости: а – деформация РВС 20000; б – деформация

Для определения прочностных характеристик предлагаемой конструкции был использован пакет программ ANSYS. В работе приводятся данные сравнительного анализа РВС 20000 и «лепесткового» резервуара с центральной частью того же номинального объема. Программа расчета включает в себя: - исследование деформаций и напряжений, возникающих в рассматриваемых резервуарах под действием собственного веса и веса жидкости;

• -    исследование деформаций и напряжений, возникающих в рассматриваемых резервуарах под действием ударной боковой нагрузки непосредственно в момент удара, и анализ остаточных характеристик через некоторый промежуток времени;

• -    исследование деформаций и напряжений, возникающих в рассматриваемых резервуарах под действием вертикальной нагрузки, приложенной к днищу, непосредственно в момент удара, и анализ остаточных характеристик через некоторый промежуток времени.

Рассмотрим воздействие на конструкции их собственного веса и веса жидкости. Результаты моделирования в программе ANSYS представлены на рис. 3 и рис. 4.

Из анализа рис. 3а следует, что наибольшие деформации наблюдаются в обширной зоне первого пояса стенки. Максимальное значение деформации – 1,6 см. На рис. 3б видно, что деформация стенки внутреннего резервуара практически отсутствует. В лепестковой части наблюдается точечная деформация (1,5 см).

«лепесткового» резервуара

Рис. 4. Напряженные состояния резервуаров под действием собственного веса и веса жидкости: а – деформация РВС 20000; б – деформация «лепесткового» резервуара

Как следует из анализа рис. 4а, под действием воды и собственного веса наблюдается кольцевое напряжение в области первого пояса, достигающее 160 МПа. Для «лепесткового» резервуара (рис. 4б) значения напряжений достигают 200 МПа, но за счет того, что они наблюдаются лишь в точечных зонах крепления лепестка к днищу, их воздействие на прочность и устойчивость конструкции минимальны.

Рассмотрим воздействие на конструкции боковой нагрузки, создающей ускорение 0,3g, непосредственно в момент удара. Результаты моделирования в программе ANSYS представлены на рис. 5 и рис. 6.

а)

б)

Рис. 5. Деформации резервуаров под действием боковой нагрузки в момент удара: а – деформация РВС 20000; б – деформация «лепесткового» резервуара

(280 МПа) и составили 315 МПа. На рис. 6б видно, что максимальные напряженные состояния наблюдаются непосредственно на стыке крыш основной и лепестковой части резервуара. Их значения достигают 260 МПа.

б)

Рис. 6. Напряженные состояния резервуаров под действием боковой нагрузки в момент удара:

а – деформация РВС 20000; б – деформация «лепесткового» резервуара

Проанализируем остаточные деформации и напряженные состояния резервуаров под воздействием боковой нагрузки (рис. 7 и рис. 8). На рис. 7а видно, что после снятия нагрузки деформации РВС 20000 уменьшились незначительно, до 35 см. Деформационные состояния «лепесткового» резервуаре (рис. 7б) сократились до 3 мм.

Результаты расчета показали, что под действием боковой нагрузки стенка РВС 20000 (рис. 5а) максимально деформировалась на 40 см в районе первого пояса. Деформации «лепесткового» резервуара (рис. 5б) локализованы в районе места соединения стационарной крыши центральной части и индивидуальной крыши «лепестков». Значения достигли максимума в 6 см.

Рис. 6а показывает, что напряжения стенки РВС 20000 в местах наибольших деформаций превысили предел текучести стали

а)

б)

Рис. 7. Остаточные деформации резервуаров под действием боковой нагрузки: а – деформация РВС 20000; б – деформация

«лепесткового» резервуара

Рис. 9. Деформации резервуаров под действием вертикальной нагрузки, приложенной к днищу: а – деформация РВС 20000; б – деформация «лепесткового» резервуара

а)

AN

б)

Рис. 8. Остаточные напряженные состояния резервуаров под действием боковой нагрузки: а – деформация РВС 20000; б – деформация «лепест-

Из анализа рис. 9а видно, что деформации РВС 20000 сосредоточены в районе первого пояса стенки и достигают значений 30 см. На рис. 9б крыша «лепесткового» резервуара деформируется на 25 см за счет ее усиления.

Как показали расчеты, напряжения, возникающие в РВС 20000 (рис. 10а) и в резервуаре лепесткового типа (рис. 10б) примерно равны и составляют 280 и 290 МПа соответственно. Однако в сравнении с напряженными состояниями конструкций под действием собственного веса и веса воды увеличение значений напряжений для РВС 20000 больше, чем для «лепесткового» резервуара.

кового» резервуара

Из анализа очевидно, что после прекращения воздействия на конструкцию нагрузки напряженные состояния РВС 20000 (рис. 8а) частично снизились. Однако их максимум составил 200 МПа. Напряжения в «лепестковом» резервуаре сняты полностью (рис. 8б).

Рассмотрим напряженные состояния и деформации, возникающие в конструкциях, при воздействии на них вертикальной нагрузки, приложенной к днищу (рис. 9 и рис. 10).

а)

б)

Рис. 10. Напряженные состояния резервуаров под действием вертикальной нагрузки, приложенной к днищу:

а – деформация РВС 20000; б – деформация

«лепесткового» резервуара

Выводы: представленный сравнительный анализ прочностных характе-ристик РВС 20000 и резервуара лепесткового типа подтверждает высокие эксплуатационные свойства предлагаемой конструкции резервуара, позволяющие использование предлагаемого «лепесткового» резервуара в сейсмически опасных районах.