7立式贮罐设计解剖

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复合材料贮罐设计7.2.1罐壁厚度立式圆柱形贮罐罐壁厚度与直径之比很小,可按薄膜理论计算。贮罐贮存液体时,罐壁沿高度所受的内压力主要是液体静压和设计压力。液面处仅受设计压力p,离液面x处压力为p+γx。如图7.2.1（a）所示,在x处取单位宽度半圆环,根据内外力的平衡求得(7.2.1)将p(x)=p+γx代入(7.2.1),可以求得罐壁任一点x处的应力(7.2.2)罐壁任一点壁厚为式中,t—该段罐壁的最小计算厚度(cm);p—设计压力(kgf/cm2);γ—贮液容重(kgf/cm3),若γ＜0.001kgf/cm3,则取γ=0.001kgf/cm3;R—贮罐半径(cm);x—最高液面到所计算段下端的距离(cm);σy—玻璃钢环向拉伸强度(kgf/cm2);K—安全系数,取K=7-10.(7.2.3)最小壁厚t不小于4.8mm.当计算壁厚很小时,需要附加厚度。式(7.2.3)为罐体较高时,为节省材料,采用变厚度贮罐,逐段计算壁厚。若罐体较低,可采用等厚度贮罐,计算公式为(7.2.4)例1:已知立式圆柱形贮罐的直径D=360cm,H为720cm,液体容重γ=0.0012kgf/cm²,玻璃钢的环向拉伸强度σy=1400kgf/cm²,安全系数K取10。试计算壁厚t解:分四段逐段计算壁厚先计算罐顶向下2m处的壁厚。由式(7.2.3)有=0.0012×2000×180×10/1400=3.08(mm)该厚度值大小,考虑到第一段与顶盖连接方便取t1=6mm;同理计算出4m,6m,7.2m处的壁厚为6.2mm,9.3mm,11.1mm。5.加强圈的计算在罐壁上形成节线圈，提高抗外压能力。当两个加强圈之间的罐壁许用临界压力大于设计外压，可认为罐壁具备足够的抗风能力。罐壁侧压稳定条件为:[pcr]≥p式中，[pcr]—罐壁的许用临界压力(kgf/cm²);p—设计外压(kgf/cm2)(1)罐壁许用临界压力的计算根据薄壁短圆筒的外压计算公式式中把此式用在“当量筒体”上有式中7.2.16式中,tmin—罐壁最薄圈板的厚度(cm);R—贮罐半径(cm);He—抗风圈以下的罐体的总当量高度(cm);7.2.17He—抗风圈以下各圈板的当量高度(cm);h—抗风圈以下各圈板的实际高度(cm);t—抗风圈以下各圈板的实际厚度(cm);Ex—罐壁材料的轴向弹性模量(kgf/cm2);Ey—罐壁材料的环向弹性模量(kgf/cm2);νxy—轴向泊松比；νyx—环向泊松比.(2)加强圈数量及间距由(7.2.16)算得[pcr]以后,若[pcr]＜p,则须设置加强圈。加强圈的个数及在当量筒体上位置见下表。确定了加强圈在当量筒体上的位置以后，尚须这算回实际筒体上的位置。若加强圈本身就位于罐壁的最薄圈板上时，当量筒节就是实际筒节。若加强圈不在最薄圈板上时，则须将在当量筒体上的假象位置进行逆运算这算成实际筒体上的位置。即:7.2.18例2一圆柱形锥顶罐直径D=4m,筒体高度H=10m,分为8段,各段厚度h及壁厚0=45kgf/m2,筒体材料的t弹mbar,基本风压值Wνxy=νyx=0.3。见表7.2.6。罐性常数为Ex=Ey=试确定加强圈内操作负压为p=66.6×104kgf/cm2,的数量位置。表7.2.6解:根据式(7.2.17)算出各段的当量高度第一段第二段第三段其余各段计算方法同上,当量高度值见表7.2.6总当量高度:He=∑he=850+891.7+535.2+350.4+243.6+88.8+74.7+51.3=3085.7mm=308.57(cm);操作负压:p=6mbar=600N/m2=61.2(kgf/m2);基本风压:W0=45kgf/m2,K1=1,K2=2.25,Kz=1,K3=1,故设计外压为取稳定安全系数Fe=4,则根据式(7.2.16)得许用临界外压为=0.00935(kgf/cm2)=93.5(kgf/m2)因p/2≤[pcr]＜p,故需设置一个加强圈,其位置在He/2处,即在当量筒体上距罐顶1542.85mm处。加强圈的位置落在壁厚t=10.11mm的第二段筒体上,故须按式(7.2.18)折算到实际罐体上去。加强圈离开顶盖的实际距离为应注意加强圈距筒体连接处或筒体厚度变化处的距离应大于150mm。加强圈的作用是把较长的罐壁筒体截成较短的筒体,以提高罐壁抵抗外压的能力,加强圈截面尺寸的确定公式见式(6.2.12)。7.2.5 立式贮罐筒体应力验算1.轴向应力设计压力和静液压在筒体中引起的轴向应力式中,p—设计压力(kgf/cm2)；γ—贮液容重(kgf/cm3);Di—贮罐内直径(cm)；t—筒体计算壁厚(cm)。7.2.21操作或非操作时重量载荷在筒体中引起的轴向应力7.2.22式中,NⅠ-Ⅰ——任意计算截面I-I以上筒体承受的操作或非操作时的重量载荷,包括罐体自重、罐定载荷、附件重量等。7.2.23式中,Mmax——计算截面处得最大弯矩底端部弯矩引起的最大轴线应力7.2.24弯矩在筒体中引起的轴向应力(图7.2.8)图7.2.7筒体中的应力图7.2.8风(或地震)引起的整体弯曲应根据操作时或非操作时各种危险情况对σx,2,σx,3,σx,4(σx,1)进行组合,求出最大组合压应力(图7.2.9中的C点外层)7.2.25式中,H—贮液高度(cm);N—最大重量载荷(kgf)。求出的组合压应力σx,max必须等于或小于许用临界轴向压应力[σx]cr值许用临界压应力按下式求取:7.2.26式中,K—稳定系数,取K=10；[σx]c—轴向许用压缩应力(kgf/cm2)。,再将σx,2,σx,3,σx,4(σx,1)进行组合求出最大组合轴向拉应力(图

7.2.9中的内层)为σxmax=-式(7.2.22)+式(7.2.23)+式(7.2.24)7.2.27求出最大组合轴向拉应力应等于或小于轴向许用拉应力[σx]若壁厚不满足条件,则重新计算知道满足为止。2.环向应力设计压力和静液压在筒体中引起的环向应力底端部弯矩引起的环向应力7.2.29上式求得的最大环向应力应等于或小于环向许用应力[σy]7.2.283.剪切应力由图7.2.10载荷引起的剪切应力τxy=Fsinθ/πRtθ=90°时有最大值Τxy,max=F/πRt(7.2.30a)(7.2.30b)式中,F—风载荷与水平地震载荷中较大者。在水平地震载荷和风载荷作用下,其壁板底部的剪切应力起控制作用。罐壁底部剪切应力大于其弯曲正应力,首先造成罐失稳破坏。由扭转引起的屈曲(Nxy,Nx=Ny=0)在设计上可采用如下公式7.2.31当n=周向波数时，屈曲系数B，由下式