курсовая работа по пск. готовая курсовая работа по проектированию конструкций рощин семе. Пояснительная записка к курсовой работе Соколов Никита Сергеевич

• Название: Пояснительная записка к курсовой работе Соколов Никита Сергеевич
• Анкор: курсовая работа по пск
• Дата: 05.04.2022
• Размер: 0.72 Mb.
• Имя файла: готовая курсовая работа по проектированию конструкций рощин семе.docx
• Тип: Пояснительная записка; #445315
• страница: 1 из 2

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе Соколов Никита Сергеевич
(фамилия, имя, отчество)
Факультет: ИПТМ
Кафедра: Машиностроительные технологические комплексы
Группа: 18-СП
Дата защиты " " 2019г.
	Индекс

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего бюджетного образования

Нижегородский государственный технический университет.

им. Р.Е. Алексеева

Кафедра: «Машиностроительные технологические комплексы»

Зам.зав. кафедрой МТК

___________________Козлов И.К._ _

(подпись) Фамилия И.О.

___________

(Дата)

Проектирование сварной металлоконструкции резервуара объемом 7000м³

(наименование темы или проекта)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе по дисциплине

«Проектирование сварных конструкций»

РУКОВОДИТЕЛЬ

________________Поднозов В.Г.

(подпись) фамилия И.О.

_____________

(дата)

СТУДЕНТ

________________..

(подпись)

Соколов Н.С.

ФамилияИ.О.

_______________18-СП________

(дата) (группа или шифр)

Проект защищён ______________(дата)

С оценкой ______________________

Зачётная книжка № _____________


2019 год.
Содержание:

1. 
   Общая характеристика резервуаров………………….…………………4
   

2. Выбор материала резервуара……………………………………………5

3. Определение высоты и диаметра резервуара…………………………..5

4. Определение толщины поясов корпуса резервуара……………………6

5. Расчёт покрытия резервуара………………………………………….....8

6. Расчёт центральной стойки………………………………………….….12

7. Расчёт сварных соединений…………………………………………….15

8. Технология изготовления резервуара………………………………….18

9. Список литературы……………………………………………………...19

1.Введение

Резервуары служат для хранения нефти, нефтепродуктов, масел, искусственного жидкого топлива, сжиженных газов и других жидкостей. По форме резервуары могут быть: вертикальные цилиндрические, горизонтальные цилиндрические, каплевидные, шаровые и др.

Основными элементами вертикального цилиндрического резервуара (Рисунок 1) являются корпус (1), днище (2), каркас покрытия и кровля (3), центральная стойка (4). Оборудование резервуара состоит из арматуры (устройства для залива, замера и выпуска жидкости, предохранительные клапаны) и приспособлений для осмотра и очистки.

Рисунок 1. Вертикальный цилиндрический резервуар.

Расчётными элементами вертикального цилиндрического резервуара являются стенки корпуса, каркас покрытия, вертикальная стойка. Днище, покоящиеся на песчаном основании, испытывает незначительные напряжения, поэтому на прочность не рассчитывается, а толщина его диктуется удобством и надежностью сварки, и сопротивлением коррозии под действием почвенной влаги и отстоя нефтепродуктов. В зависимости от объёма резервуара V, толщину днища δ_дн можно принимать: δ_дн=4мм при V<2000 м³, δ_дн=5мм при V=2000…5000 м³ и δ_дн=6мм при V>5000м³. Толщина крайних листов днища в той части, где к днищу крепится стенка корпуса, принимается равной 6…8 мм.

Проектирование сварного вертикального цилиндрического резервуара выполняется в такой последовательности:

1. Выбор материала резервуара;

2. Определение высоты и диаметра резервуара;

3. Расчёт и конструирование стенки корпуса резервуара;

4. Расчёт и конструирование каркаса покрытия резервуара;

5. Расчёт и конструирование центральной стойки;

6. Расчёт и конструирование сварных соединений резервуара;

7. Конструирование лестницы резервуара;

8. Разработка графической части проекта.
2.Выбор материала резервуара.

Материалом для резервуаров, работающих при пониженных температурах, служат обычно низкоуглеродистые стали, обладающие большой пластичностью, ковкостью, хорошей свариваемостью, например, стали марок Ст3сп, Ст3пс, либо низколегированные стали, обладающие большой пластичностью и высокой прочностью, например, 09Г2С. Выбор материала производят согласно СНиП II-B. 3-72. Резервуары относятся ко второй группе конструкций. Для удобства заказа стали, изготовления и монтажа размеры листов корпуса и днища приняты равными 6000х1500 мм независимо от толщины.

Выбираем конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества Ст3сп по ГОСТ 380-2005, её механические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1. Механические характеристики материала Ст3сп.

Марка стали.	Термическая обработка заготовок	Предел текучести , МПа	Предел прочности , МПа	Относительное Удлинение , %	Относительное сужение , %
Ст3сп	Нормализация	240	380	25	55

Коэффициент запаса прочности выберем следующий: n=1,5. Следовательно, допускаемое напряжение будет равно: [σ]_р= .=160 МПа. Толщина днища резервуара зависит от объёма проектируемого резервуара. Объём резервуара согласно техническому заданию V= 7500 м³. При V>5000 м³ δ_дн=6мм. Толщина крайних листов днища в той части, где к днищу крепится стенка корпуса, принимается 8мм.

3.Определение высоты и диаметра резервуара.

Оптимальная высота вертикального цилиндрического резервуара при расчете по предельному состоянию определяется по формуле (1)

(1)

где R’_p=210 МПа – расчетное сопротивление сварного шва;

m = 0,8 – коэффициент условий работы;

n_i = 1,1 – коэффициент перегрузки;

Δ = (0.6...1.1) см– сумма толщины днища и приведённой толщины покрытия с учётом каркаса;

ρ= 9000 Н/м³ – удельный вес нефтепродуктов.

Нопт = 11,7 м

Принимая ширину поясов равной 1500 мм, определяем количество поясов корпуса N и действительную высоту резервуара Нд.

N= 11,7/1,5= 7,8 Принимаем N=8.

При сварке нижних поясов встык, а четырех верхних поясов с нахлесткой, а = 30мм получаем действительную высоту резервуара Н_д:


H_д = 1500 х 8 ‒ 4·30 =11880 мм = 11,88 м.

На основе полученной высоты резервуара, рассчитываем диаметр резервуара по формуле:

D= = =28,35 м (2)
Принимаем D = 28 м.
4. Определение толщины поясов корпуса резервуара.

Корпус резервуара с переменной по высоте толщиной стенки состоит из ряда поясов, высота h_п каждого из которых равна ширине листа. Вертикальное соединение листов пояса производится встык.

В настоящее время при изготовлении резервуара принят метод рулонирования. При этом методе в заводских условиях выполняется сварка развёрток корпуса и днища, которые сворачиваются в рулоны и доставляются к месту монтажа, где производится разворачивание рулонных заготовок, сварка монтажного шва корпуса к днищу. Поскольку при методе рулонирования наибольший объём сварочных работ выполняется механизированными способами сварки, целесообразно нижние пояса корпуса сваривать встык, а верхние 3-4 пояса внахлёстку.

При заполнении резервуара жидкостью в стенке от гидростатического давления возникают растягивающие напряжения (рисунок 2).

Рисунок 2. Распределение сил и напряжений на стенке резервуара.

Расчитываем толщину каждого пояса по предельному состоянию:

ẟ_i = + ∆₁, ( 3)

где, Х_i =Н_д ‒0,3 ‒1,5(N_i ‒ 1) – расчетная глубина для i-того пояса, м;

Δ₁ =1 мм – запас на коррозию;

Ni – номер пояса;
n =1,1 ‒ коэффициент перегрузки;
m=0,8 – коэффициент условий работы.
Результаты расчётов заносим в таблицу 2. Минимальная толщина листов принимается равной δ_min=4 мм;

Напряжения в каждом поясе на расчетной глубине Х_i определяются по формуле:

σ= ( ρ·Х_i·R)/δ (4)

Таблица 2. Результаты расчёта толщин поясов

Ноиер пояса, N	Расчётная глубина Хi, м		Расчётная толщина пояса ẟр, мм	Принятая по ГОСТ 19903-2015 толщина пояса ẟпр, мм		Расчётное напряжение в поясе σ, МПа
8	1,08		0,9+1=1,9	4,0		34,02
7	2,58		2,1+1=3,1	4,0		81,27
6	4,08		3,4+1=4,4	4,5		114,24
5		5,58	4,6+1=5,6		6,0	117,18
4		7,08	5,8+1=6,8		7,0	127,44
3		8,58	7,1+1=8,1		8,5	127,19
2		10,08	8,3+1=9,3		9,5	133,69
1		11,58	9,6+1=10,6		11	132,64

После определения толщины поясов и расчётных напряжений в них, необходимо проверить напряжения в нижнем поясе в месте вварки патрубка люка (лаза), где пояс ослабляется отверстием под патрубок.

Условие прочности для сечения, ослабленного отверстием, определяется по формуле:

σ = (5)

где
R – радиус резервуара, м;
Н_д –действительная высота резервуара, м;

δ₁ – толщина нижнего пояса, м;

h_п – высота пояса, м;

d- диаметр выреза, м;

Принимаем диаметр патрубка 600 мм . Соответственно диаметр выреза принимаем равным d=600 мм. Высота пояса равна ширине листа h_п=1,5 м;

Исходя из этого, ведём расчёт:
σ= 221,072

(6)

Вывод: условие прочности пояса в месте выреза под патрубок люка (лаза) не выполняется, поэтому стенку корпуса резервуара требуется усилить кольцом с площадью поперечного сечения F_K=ẟ₁‧d.

F_k=11 * 600 = 6600 мм²
5. Расчёт покрытия резервуара.

Покрытие вертикальных цилиндрических резервуаров имеете коническую форму с уклоном 1:20 и состоит из щитов трапециевидной формы. Щиты представляют собой каркас из профильного проката, покрытого сверху тонкими листами (δ= 2…3 мм), и при монтаже укладываются на стропильные фермы. Стропильные фермы соединяются с корпусом при помощи опорных стоек, приваренных к стенке корпуса, другим концом стропильной фермы соединяются с центральной стойкой.



Рисунок 3. Схема стропильной фермы

В проекте расчётным элементом покрытия является стропильная ферма. Количество ферм принято n_ф=8. Панель d=2,33 м, Высота фермы h=2,5 м.

d = 14/6 = 2,33
Подбор сечений стержней фермы (верхнего и нижнего поясов, раскосов, стоек) производится в следующем порядке:

Определяется нагрузка, действующая на кровлю,

Р_кр= (Р_сн+Р_в+Р_ги+Р_лн+Р_к)·F_кр, (7)

где Р_сн=500…2000 Н/м² – снеговая нагрузка;

Р_в = 250 Н/м² – вакуум;

Р_ги= 450 Н/м² – вес гидроизоляции;

Р_лн=200 Н/м² – вес листового настила;

Р_к=250 Н/м² – вес каркаса;

F_кр- площадь кровли, м²;

F_кр= R²=3.14 * 14² =615,752 м².

Р_кр = (1500+250+450+200+250) ·615,752 = 1631,743 кН;

Нагрузка на одну ферму:

= = 203,968 кН;



Рисунок 4. Схема узловых нагрузок
Считая, что нагрузка на ферму передается через узлы фермы, определяют узловые нагрузки Р₁, Р_2, Р₃, Р₄, Р_5, Р₆, Р₇ по схеме на рис.4
Р₁ =Р_ф* ; P₂=P_ф⁎ ; P₃=P_ф⁎ и т .д. (8)
где

F₁=[π⁎R² – π(R – 0,5d)²]/8=[ 3.14⁎14² – 3.14(14 – 0.5⁎2,33)²]/8

F₂=[π(R– 0,5d)² - π(R–1,5d)²]/8 = [3.14(14–0.5⁎2,33)²- 3.14(14 –1.5⁎2,33)²]/8
F_{3 =} [π(R–1,5d)²–π(R–2,5d)²]/8=[3.14(14–1.5⁎2,33)²-3.14(14–2.5⁎2,33)²]/8 и т.д.
F_c = F_кр/n_ф = 615,752/8 = 76,969 м².

Таблица 3. Расчётная нагрузка на узлы фермы.

Номер узла	Fi ,м2	Pi , кН
7	0,04	0,10
6	4,30	11,40
5	8,56	22,70
4	12,83	33,99
3	17,09	45,29
2	21,36	56,59
1	12,28	32,53

Опорные реакции R_A и R_B подсчитываем из условия равновесия фермы, рассматривая её как однопролетную балку. Усилия в стержнях фермы определяем графически, методом построения диаграммы Максвелла-Кремоны.



Рисунок 5. Схема распределения нагрузок на ферме
Определение опорных реакций фермы R_A и R_Б

M_А=0 P₂·d+P₃·2d+P₄·3d+P₅·4d+P₆·5d+P₇·6d— R_Б6d 0 R_Б=(P₂·d+P₃·2d+P₄·3d+P₅·4d+P₆·5d+P₇·6d)/6d = (P₂· +2P₃·+3P₄·+4P₅·+5P₆·+6P₇)·/6 = 397,509/6=66,251 кН

M_В=0 P₁·6d+P₂·5d+P₃·4d+P₄·3d+P₅·2d+P₆d—R_A6d=0

R_A = (6Р₁+5Р₂+4Р₃+3Р₄+2Р₅+Р₆)/6= 818,113/6= 136,352 кН

Проверка:Y_p=0
R_A+R_B-P₁-P₂-P₃-P₄-P₅-Р₆-Р₇=0

Вывод: условие статического равновесия выполняется.




Усилия в стержнях фермы определяем графически, методом построения диаграммы Максвелла – Кремоны и заносим их в таблицу 4.





Рисунок 6. Диаграмма Максвелла-Кремоны.

Таблица 4. Усилия в стержнях фермы.

Направление обхода	Обозначение	Усилие, кН	Знак
2-3-а-2	a2 3a	32,5 0	-
1-2-а-в-1	ab b1	219 169	- +
1-в-с-1	bc c1	0 169	+
c-b-a-3-4-d-c	cd 4d	0 231	+ -
4-5-e-d-4	5e ed	231 61	- -
1-c-d-e-f-1	ef f1	15 220	+ +
1-f-g-1	fg g1	0 220	+
5-6-h-g-f-e-5	h6 hg	164 76,5	- -
6-7-i-h-6	7i ih	164 29	- -
1-g-h-i-j-1	ij j1	113 84	+ +
1-j-k-1	jk k1	0 84	+
7-8-l-k-j-i-7	8l lk	0 122	-
8-9-l-8	9l	11	-

Размеры поперечных сечений стержней фермы подбираются по наиболее нагруженным элементам.

Для растянутых стержней требуемая площадь сечения

, (9)

где N_i — наибольшее из растягивающих усилий в стрежнях.

N_i = P_f1 = P_g1 = 220кН

F_тр 220·10³/160·10⁶ = 1,4·10^-3м² =0,0014 м²=14 см²

Исходя из условия (9), по ГОСТ 8509-93 выбираем уголок №9 с параметрами:

F_тр = 15,6 см²

b = 90 мм – ширина полки;

d = 9 мм – толщина полки.
Для сжатых стержней требуемая площадь сечения:

(10)

где N_i — наибольшее из сжимающих усилий в стрежнях;

 - коэффициент продольного изгиба; предварительно принимаем =0,6.

N_i = P_4d = P_5e = 231кН

F_тр = 231·10³/0,6·160·10⁶ = 2,41·10^-3м² = 24 см²

По ГОСТ 8509-93 выбираем уголок №12,5 с параметрами:

F_тр = 24,33 см²;

r_x = 3,85 см – минимальный радиус инерции;

b = 125мм – ширина полки;

d = 10 мм – толщина проката.

Для подобранного сечения сжатого уголка определяем действительную гибкость стержня:

(11)

где l₀=233 см - длина стержня, определенная по масштабу на схеме фермы, для наиболее сжатого стержня (стержень 4d и 5e – наиболее сжаты)

=1,0 — коэффициент, зависящий от характера закрепления концов стержня;

r_х — радиус инерции сечения.

, (12)

Расчётные напряжения не должны отличаться от допускаемых более чем на ±5%. В противном случае следует изменить сечение и повторить расчёт.

_д=1,0233/3,85=60,52

В зависимости от _д по таблице определяется действительное значение коэффициента продольного изгиба  _д=0,827 и подсчитывается напряжение в подобранном сечении.

 =23110³/ 0,82724,3310^-4=114,81 МПа<160МПа

Вывод: расчетное напряжение на 28% отличаются от допустимого, что превышает ±5% и требует корректировки сечения.

Выбираем уголок №10 меньшего сечения и повторяем расчет.
F₁₀=19,24 см²; r_x=3,05 см; λ_ꝺ=1,0‧233/3,05=76,4, φ_ꝺ=0,734.

σ = 220‧10³/0,734‧19,24‧10^-4=155,78 МПа ≤ 160 МПа

Напряжение в стержне отличается от допускаемого на 3%, сечение оставляем без изменения.
6. Расчёт центральной стойки.

Центральная стойки служит для крепления и поддержания каркаса покрытия и воспринимает часть вертикальной нагрузки. При расчете принимается, что концы стойки закреплены шарнирно, нагрузка приложена
центрально и составляет около 33 нагрузки, приходящейся на кровлю, т. е. N_ст=0,33P_кр

Но более точно нагрузка на стойку

N_ст=n_фR_В ,

где n_ф — число стропильных ферм;

R_В =66,251 МПа— опорная реакция фермы

N_ст=8 66,251 = 530,008 кН

Сечение центральной стойки берется в виде трубы (кольца) (Рисунок 7) и подбирается аналогично подбору сечений сжатых стержней фермы, изложенному в п.4. При этом предварительно задается значение =0,6 ,что соответствует гибкости =100.



Рисунок 7. Сечение центральной стойки.

Требуемые площадь и радиус инерции

, (13)

, (14)
где l₀ —расчетная длина стойки (расстояние от днища до нижнего пояса стропильной фермы).

F_тр = 530,008 ·10³/0,6·160·10⁶  = 55,21