авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Теоретические основы совершенствования методов расчета стальных вертикальных резервуаров с понтонами

-- [ Страница 2 ] --


Временные покрытия Понтоны
Неметалличе-ские Неметаллические (экраны) Комбинированные Металлические
Пена ПАВ МБ ППП ППУ ТЛ + ППУ ПА + ПВХ ПЭВД + ПВХ Ст. + ППУ Ст. + ПЭНД Ст. + РТМ Ал. + ППУ Стальные Алюминиевые
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Преимущества
Простота и легкость устройства; низкие капитальные затраты Малая удельная масса; незначительное уменьшение полезного объема резервуара; технологичность монтажа и ремонта Высокая эффективность в сокращении потерь и обеспечении пожаробезопасности; несгораемость; простота конструкции; высокая прочность и долговечность конструкции; низкие эксплуатационные расходы Высокая эффективность в сокращении потерь и обеспечении пожаробезопасности; простота и легкость конструкции; высокая плавучесть; низкая температура плавления; технологичность монтажа и ремонта; низкие эксплуатационные расходы

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14



Недостатки
Недолговеч-ность; ограниченная область применения; осложнение сливоналивных операций; сложность утилизации; низкая эффективность Ограниченный диапазон рабочих температур; старение материала; насыщаемость продуктом; горючесть; сравнительно низкая эффективность в сокращении потерь от испарения; прочность и жесткость в резервуарах большого диаметра недостаточны; возможность образования паров хранимого продукта под понтоном; ограниченная область применения Высокая стоимость; высокая трудоемкость монтажа, ремонта и реконструкции; массивность; существенное уменьшение полезного объема резервуара (до 10-20%); необходимость нанесения защитных лакокрасочных покрытий; низкая коррозионная стойкость Высокая стоимость; коррозионная стойкость определяется влажностью среды и характеристиками хранимого продукта; недостаточная прочность соединений при высокой скорости подачи продукта в резервуар
Мв, кН·м 27,26 29,87 909,63 76,40 838,89 63,07
К 0,96 0,90 0,82 0,97 0,91 0,98
А 3,38 1,05 1,04 1,89 0,82 1,53

Примечание: ПВХ – поливинилхлорид; ППУ – пенополиуретан; ПЭНД – полиэтилен низкого давления; ПАВ – поверхностно-активные вещества; ПЭВД – полиэтилен высокого давления; РТМ – резинотканевые материалы; ППП – пенополипропилен; МБ – микробаллоны; ТЛ – текстолит; ПА – полиамид; Ст. – сталь; Ал. – алюминий; Мв – максимально выдерживаемый кренящий момент по опрокидыванию понтона; К – коэффициент запаса плавучести, определенный, как отношение разности между высотой наружной стенки и глубиной погружения к высоте наружной стенки понтона; А – коэффициент непотопляемости, определен как отношение теоретического объема жидкости, принятого понтоном при нулевом запасе плавучести, к объему жидкости, которую понтон в действительности может принять на поверхность, в отсеки или поплавки.

Во второй главе рассмотрены вопросы плавучести, остойчивости и непотопляемости понтонов РВС.

Вертикальную ось, перпендикулярную к плоскости плавания и проходящую через центр тяжести тела, называют осью плавания. На оси плавания расположены три центра: центр тяжести, центр величины (или центр водоизмещения) и метацентр.

Для расчета диаграмм статической остойчивости понтонов необходимо использовать различные аналитические формулы в зависимости от угла крена понтона. При равнообъемных наклонениях, когда нет изменения водоизмещения, величина погруженного объема остается неизменной, но меняется его форма, вследствие чего изменяется положение центра водоизмещения. На рисунке 1 показаны силы, действующие на понтон.

Для понтона в форме диска метацентрический радиус определяется из соотношения

, (1)

где – угол крена понтона (угол текущего интегрирования).

Координаты центра водоизмещения Y,Z при крене понтона на угол можно вычислить по формулам:

(2)

(3)

где Zс – начальная аппликата центра водоизмещения.

Рисунок 1 – Силы, действующие на понтон:

G – вектор силы тяжести понтона;

А– вектор архимедовой силы;

H – высота понтона;

R – радиус понтона;

– угол крена понтона;

mb – метацентр;

r0 –метацентрический радиус;

h0 – начальная метацентрическая высота;

C0 – начальное положение центра водоизмещения;

С – положение центра водоизмещения после крена понтона на угол ;

Fтр – сила трения понтона о стенки резервуара;

Мкр – кренящий момент, действующий на понтон;

Мв – восстанавливающий момент, действующий на понтон;

ВЛ0 – показывает начальное положение ватерлинии;

ВЛ – показывает положение ватерлинии после крена понтона на угол ;

Т0 – глубина погружения понтона;

Zm –аппликата метацентра mb;

Zс –аппликата центра водоизмещения;

Zg – аппликата центра тяжести;

a – возвышение центра тяжести над центром водоизмещения.

Плечо статической остойчивости

(4)

В том случае, когда ватерлиния пересекает верхнюю или нижнюю поверхность понтона, меняется объемное водоизмещение. Для всех возможных случаев получены системы уравнений, которые необходимо решить численно. После чего можно рассчитать характеристики площади сечения понтона, ограниченного ватерлинией: S – площадь, Мх – статический момент площади плавания и Ix – момент инерции площади плавания.

изучено влияние дополнительных элементов (водоизмещающих объемов, которые не учитывались в первоначальных расчетах остойчивости) на остойчивость понтонов.

Получены выражения для случая, когда дополнительные элементы располагаются симметрично относительно диаметральной плоскости, т.е. вертикально расположенной плоскости, являющейся плоскостью симметрии. Их положение характеризуется аппликатами Zс – для центра водоизмещения и Zd -для центра тяжести.

Изменение метацентрической высоты и изменение плеча статической остойчивости можно определить из соотношений:

; (5)

, (6)

где - увеличение веса;

- объем дополнительных элементов.

Полученные формулы позволяют при известных характеристиках остойчивости понтона определить характеристики конструкции, модифицированной введением дополнительных элементов.

По предлагаемой методике в разработанном комплексе программ рассчитываются: объемное водоизмещение; глубина погружения; углы выхода и входа нижней и верхней поверхностей понтона из жидкости, хранящейся в резервуаре; восстанавливающий момент; статическое плечо остойчивости при различных углах наклона; максимально выдерживаемые статически и динамически приложенные кренящие моменты по опрокидыванию понтона и заливанию понтона.

Проведены расчеты плавучести, остойчивости и непотопляемости внутренних плавающих покрытий.

Результаты расчетов показывают, что с увеличением толщины и массы плавающего покрытия плечо статической остойчивости увеличивается. Увеличение массы понтона за счет дополнительного его утяжеления мало влияет на плечо статической остойчивости, но способствует значительному увеличению восстанавливающего момента.

Разработана методика применения пакета прикладных программ для гидрогазодинамических расчетов FlowVision для моделирования процесса, когда в резервуар, частично заполненный нефтью, через патрубок подается нефть, перемежающаяся с пробками газовоздушной смеси. Для моделирования газовоздушных пробок использовался модуль «Частицы».

Разработанная методика позволила получить в результате расчета наглядную картину распределения скоростей и траекторий движения нефти и газовоздушной смеси, а также графики скорости, величины подъема понтона, силы подъема, восстанавливающих моментов.

В резервуарах большой вместимости возникает повышенная нагрузка на конструкции уплотняющих затворов, вследствие чего возможны их разрушения. Предложены модели резервуара с плавающим покрытием и приемо-раздаточными патрубками для расчета нагрузок на уплотняющий затвор, возникающих в процессе закачивания продукта на хранение. Модели резервуара РВС с понтоном вместимостью 50000 м3, разработанные с использованием программного продукта FlowVision, показали, что при существующих конструктивных решениях типовых цилиндрических резервуаров с одной направляющей стойкой разрушение уплотняющего затвора стального понтона неизбежно. Получены зависимости скорости течения жидкости различной плотности от уровня налива продукта в РВС при закачивании на хранение. Изменение скоростей течения в горизонтальном направлении для продукта плотностью 900 кг/ м3 в РВСП -50000 представлено на рисунке 2.

Во второй главе приводится картина течения продукта в различных направлениях, а также разработанные рекомендации по оптимизации конструкции РВСП для уменьшения влияния течения продукта и, соответственно, вероятности повреждения уплотняющего затвора для резервуаров типовых проектов.

Третья глава посвящена исследованиям напряженно-деформированного состояния понтонов.

Понтон из синтетического материала рассмотрен как многослойная пластина. Для оценки несущей способности плавающего покрытия рассматривается круглая упругая пластина, находящаяся под действием равномерно распределенной нагрузки (собственного веса) и сосредоточенных силовых факторов (реакции ребер жесткости и вертикальных опорных стоек). В дискретной модели пластина условно разбивается на кольцевые узловые и оболочечные элементы. Узловыми элементами являются ребра – кольца жесткости и круговые сечения пластины, в которых она опирается на вертикальные стойки.

  Зависимость скоростей течения в горизонтальном направлении от высоты-10

Рисунок 2 – Зависимость скоростей течения в горизонтальном направлении от высоты налива продукта

Уравнение равновесия оболочечного элемента и геометрические соотношения, связывающие деформации и перемещения этого элемента, после разложения их в ряд Фурье по дуговой координате для каждой гармоники n сводятся к восьми дифференциальным уравнениям первого порядка относительно радиальной координаты пластины.

проведены расчеты напряженно- деформированного состояния понтона, выполненного в виде трехслойной пластинки. За внешние жесткие слои приняли слои, полученные армированием пенополиуретановой матрицы стеклотканью. Толщина внешнего армирующего слоя составляла 0,003 м.

В результате численных экспериментов выявлены следующие закономерности. Напряжения, возникающие в неармированном понтоне, превышают напряжения, возникающие в пенополиуретановом покрытии, армированном стеклосеткой, на 40–50 % как для РВС-5000, так и для РВС-20000. Соответствующие деформации отличаются тоже на 40-50 %.

При помощи метода конечных элементов исследовано влияние конструктивных особенностей опорной конструкции пенополиуретанового понтона на его прочность при различных вариантах граничных условий для РВС вместимостью 5000 и 20000 м3. Проведенные исследования позволяют рекомендовать для уменьшения возникающих в понтоне напряжений использовать такую конструкцию опоры, чтобы допускалось свободное проскальзывание понтона и поворот по нормали в местах его опирания на стойки.

Рассмотрено напряженно-деформированное состояние понтона при опорожнении резервуара и установке понтона на опорную конструкцию, которая имеет форму многолучевой звезды. Для проверки прочности плавающего покрытия достаточно рассмотреть его часть в виде сектора с центральным углом, равным углу между лучами опоры, свободно опирающуюся по краям и не опирающуюся по дуге контура (рисунок 3). Обозначив величину центрального угла указанного сектора через /k, где k – целое число, и решив дифференциальное уравнение круглой пластинки в частных производных, получили аналитическое решение для определения прогиба пластинки в случае свободного (неопертого) дугового контура и в случае, когда сектор понтона свободно опирается по всем краям (в том числе и по дуге контура).

Получено решение для определения величины изгибающего момента в радиальном направлении Mr, в тангенциальном направлении Mt и величины крутящего момента.

Показано, что полученные зависимости могут быть использованы для определения напряженно-деформированного состояния понтона из изотропного, монотропного материала и материала с армированием.

Рисунок 3 - Схема нагружения сектора понтона:

q – интенсивность нагрузки, Н – толщина понтона, R – его радиус

Доказано, что полученная формула для определения прогибов в случае, когда сектор понтона свободно опирается по всем краям (в том числе и по дуге контура), при k=1 совпадает с известным выражением для определения прогибов секториальной пластинки с центральным углом, равным 180, полученным С.П. Тимошенко.

Сравнительный анализ расчетов в сопоставимых условиях по предлагаемой методике и по предложенной академиком Б.Г. Галеркиным формуле для определения прогибов дугового края тонких упругих изотропных пластинок в виде кругового сектора со свободным дуговым краем доказал, что разработанные формулы не противоречат полученным ранее результатам. Разница при вычислениях составила: для прогибов алюминиевого понтона – 0,0124%, для прогибов понтона из изотропного материала, жесткость которого совпадает с жесткостью плавающего покрытия из пенополиуретана, – 0,024%.

Для определения прогибов в любой заданной точке, для вычисления величин моментов и соответствующих напряжений понтонов при установке их на опорную конструкцию составлен комплекс программ, позволяющий исследовать прочность понтона из изотропного, монотропного или армированного материала для резервуара любой вместимости.

Определены значения фактических прогибов под дополнительной нагрузкой различной величины пенополиуретановых понтонов, установленных в опорожненных резервуарах на опору в форме многолучевой звезды. На основании проведенных наблюдений было рекомендовано уменьшить проектную толщину плавающих покрытий из пенополиуретана, так как прочность исследованных понтонов обеспечена с большим запасом.

Определенные в результате проведенных экспериментов значения коэффициентов поперечных деформаций образцов используемого для изготовления понтонов пенополиуретана позволили проверить предлагаемый метод определения напряженно-деформированного состояния понтонов экспериментально. Проверка соответствия результатов натурных экспериментов с результатами расчетов по предлагаемой методике определения напряженно-деформированного состояния понтонов из армированных вспененных полимерных материалов показала, что относительная погрешность для различных способов дополнительного нагружения, отличающихся местом расположения и величиной груза, менялась от +9 до –20%.

Сравнение свидетельствует о возможности использования разработанной методики для определения оптимальных конструктивных параметров понтонов из синтетических ячеистых материалов, армированных сетками различных типов.

В четвертой главе рассмотрены вопросы напряженно-деформированного состояния РВСП при динамических нагрузках на стенку резервуара, возникающих при работе винтового оборудования для перемешивания уплотненного осадка на днище.

Как показали результаты, использование расчетной модели винта (задав его движение в виде вращения с требуемой частотой, которая адекватно описывает и течение в резервуаре, и формирование струи от винта) требует при проведении расчетов значительных вычислительных ресурсов – большой оперативной памяти компьютера в сочетании со значительным количеством итераций на проведение самого расчета.

Полученный результат объясняется наличием в задаче двух физических процессов, различных по пространственным масштабам и характерным временам:

– мелкомасштабный и быстротекущий процесс – вращение винта и формирование струи жидкости за ним. Этот процесс происходит в области, ограниченной лопастями винта, которые имеют характерный размер не более нескольких дециметров. Таким образом, для правильного описания течения в зоне расположения винта характерный размер расчетных ячеек должен измеряться долями сантиметра. для адекватного формирования струи за вращающимся винтом характерный шаг по времени, согласно требованиям расчетного метода, определяется сотыми долями периода вращения винта и для рассматриваемых частот вращения (порядка 600 об/мин) равен тысячным долям секунды;



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.