Проектування кулястого резервуару
Міністерство освіти та науки РФ
Пензенський державний університет
Проектування кулястого резервуару
за курсом ”Організація та проведення зварювальних робіт”
Шапілов М.В
"Проектування кулястого резервуару"
Спроектувати та розрахувати товщину стінок звареного кулястого резервуара, призначеного для зберігання рідини із щільністю g=22,9 кН/м 3 під тиском P=1,98 МПа; d=12 м. Резервуар виготовляється із сталі 15ХСНД. При розрахунку корозією знехтувати. Визначити товщини стінок, якщо всі шви зварені на флюсовій подушці одностороннім багатошаровим автоматичним зварюванням під флюсом. Виконати перевірочний розрахунок зварних з'єднань. Показати конструкцію стиків із розмірами. Дати умовну позначку зварних швів.
Ця курсова робота містить аркушів, малюнків, таблиць.
Метою даної є проектування кулястого резервуара, виконання проектувальних і перевірочних розрахунків зварних з'єднань, розрахунок необхідної товщини стінок резервуара, обсягу і площі поверхні сфери, довжини зварювальних швів, розрахунок міцності зварних швів.
За підсумками проведених розрахунків дається оцінка працездатності конструкції резервуара.
1 Загальна характеристика сферичного резервуару
2 Технологія збирання та зварювання сферичного резервуару
3 Вибір та характеристики зварювального матеріалу
4 Опис способу зварювання
5 Характеристика стикових багатошарових швів
6 Розрахунок товщини стінки резервуара
7 Розрахунок обсягу та площі поверхні сфери
8 Розрахунок довжини кільцевих та меридіанних швів
9 Перевірочний розрахунок кільцевих та меридіанних швів
10 Конструкціястику з розмірами
11 Визначення параметрів режиму зварювання
12 Умовне позначення зварних швів
13.Дифекти, що утворюються при зварюванні
Список використаних джерел
Як відомо, з усіх геометричних фігур співвідношення площі поверхні до внутрішнього обсягу у сфери найменше. Отже, вага кулястих резервуарів дещо нижча, ніж у резервуарів іншої форми, так що їх застосування з економічної точки зору є ефективним, тому що на їх складання витрачається менша кількість металу, але з іншого боку їх виготовлення дещо складніше. Замість середньовуглецевих сталей при виготовленні зварних конструкцій у машинобудуванні доцільно використовувати леговані сталі, що забезпечує зниження маси конструкцій та дозволяє підвищити надійність зварних деталей та виробів. Леговані конструкційні сталі відрізняються підвищеною міцністю за кімнатної температури, відсутністю схильності до старіння, їх можна застосовувати при підвищених (до 500 °С) температурах. Зазвичай сферичні резервуари використовують у хімічній промисловості для зберігання рідин та газів (у тому числі зріджених).
Зварювання – це процес нероз'ємного з'єднання за допомогою встановлення міжатомних зв'язків між частинами, що з'єднуються при їх нагріванні та (або) пластичному деформуванні.
Існує безліч видів зварювання, наведемо деякі класифікації. За фізичними ознаками зварювання поділяється на такі види за класами:
Таблиця 1 – Класифікація зварювання за фізичними ознаками
За технічними ознаками зварювання поділяється на такі види:
Таблиця 2 – Класифікація зварювання за технічними ознаками
| Види зварювання | ||||||||||||
| За способом захисту металу у зоні зварювання | забезперервності процесу | За ступенем механізації процесів зварювання | ||||||||||
| В повітрі | У вакуумі | У захисному газі | Під флюсом | Флюсом | У піні | З комбінованим захистом | Перервні | безперервні | Ручні | Механізовані | Автоматизовані | Автоматичні |
У цій роботі врахуємо, що зварні шви виконані на флюсовій подушці одностороннім багатошаровим автоматичним зварюванням під флюсом.
1 Загальна характеристика сферичного резервуару
З метою економного використання металу різних галузях хімічної промисловості будують резервуари як сфер різних діаметрів. Сферичні резервуари застосовують зберігання зріджених газів чи газів під тиском 2—6 атм (рисунок 1). У нас часто застосовуються сферичні резервуари об'ємом 600 і 2000 м3, проте економічно доцільніше використовувати більші. За кордоном такі конструкції досягають 30 000 м 3 і більше.
Рисунок 1 – Приклад конструкції сферичного резервуару
У сферичних резервуарах пелюстки з'єднуються встик, їхня товщина зазвичай становить 10-30 мм і, як правило, не перевищує 40 мм. Це обмеження товщини диктується відсутністю термообробки конструкції після зварювання.
Напруги в стінці сферичного резервуара визначають за такою формулою:
Напруга у сферичному резервуарі вдвічі менше, ніж у циліндричному, при однакових радіусах і товщинах стінок. Тому вага сферичних резервуарів менша за циліндричні, але виготовлення складніше. За кордоном сферичними виконують конструкції атомних реакторів.
2 Технологія збирання та зварювання сферичного резервуара
У нашій країні споруджуютьсферичні резервуари місткістю 600 і 2000 м3 на внутрішній тиск до 18 кгс/см2. Тип розкрою оболонок наведено в таблиці 4. Сферичну поверхню листовим заготовкам при товщині до 36 мм надають гарячим штампуванням (типи розкрою а і в), при товщині до 28 мм - вальцюванням на спеціальних згинальних вальцях зі сферичними валками (розкрій б). В останньому випадку плоску заготовку попередньо зварюють з листів, вирізують газовою різкою по копіру і потім вальцюють.
При розкрої типу а укрупнення блоків і їх зварювання під флюсом виконують на стендах, що шарнірно-хитаються. Блоки збирають у півсферу на стенді (рисунок 2), підварювання швів під наступне автоматичне зварювання здійснюють вручну. Після завершення складання нижню півсферу кантують та встановлюють на тимчасову опору. На цьому стенді збирають верхню півсферу, потім піднімають її і монтують на нижню. Складання закінчується ручним підварюванням замикаючого шва.
При розкрої типу б пелюстки також попередньо укрупнюють в блоки, причому для сфери місткістю 2000 м 3 кожен меридіональний пелюсток збирають з двох заводських елементів (великого та малого). Для цього типу розкрою отримав застосування «вертикальний» спосіб збирання сфери. На тимчасовій опорі 1 (рисунок 3) встановлюють нижнє днище 2, до нього кріплять монтажну трубчасту стійку 3 з верхнім днищем 4 і монтажною люлькою 5.
Малюнок 2 - Схема збирання напівсфери на стенді
Таблиця 3 - Типи розкрою оболонок
| Місткість, м 3 | Діаметр сфери, м | |||
| 600 | 10,5 | 28 | 20 | - |
| 2000 | 16 | - | 54 | - |
Блоки 6 з розпірками жорсткості 7 піднімають вертикальнеположення і кріплять за допомогою складальних планок і клинів до днищ та один до одного, а також тимчасовими прихватками до опор 8, що встановлюються на фундаменті. Потім блоки з'єднують захватним швом, а перед установкою останнього блоку видаляють труби жорсткості, монтажну стійку і люльку.
Зварювання сферичних резервуарів місткістю 600-2000 м 3 виконують автоматом під флюсом з двох або одного боку при обертанні сфери на спеціальному маніпуляторі, домкратний пристрій якого піднімає сферу над опорами після видалення тимчасових прихваток. При товщині елементів 16 мм обробку кромок не здійснюють. При товщині 25 мм використовують V-подібну обробку, при товщині 34 мм Х-подібну. Послідовність виконання швів така. Спочатку виконують меридіональні шви з боку оброблення кромок у кілька шарів. З іншого (внутрішнього) боку подварку кореня шва виробляють без вирубування його за рахунок глибокого проплавлення. Потім зварюють широтні та полюсні з'єднання.
Малюнок 3 - Схема збирання сферичного резервуара
При виконанні складальних та зварювальних робіт над резервуаром доцільно влаштовувати загальне світлопрозоре плівкове покриття. У цьому випадку умови роботи кращі, ніж просто неба, і полегшується зварювання в середовищі захисного газу. За кордоном при спорудженні резервуарів великих розмірів монтаж здійснюють методом укрупнювальної збірки пелюсток заводського виготовлення в блоки на монтажному майданчику та їх автоматичного зварювання під шаром флюсу або в середовищі захисного газу, У проектне положення блоки монтують послідовним нарощуванням, шви між блоками виконують електродами або автоматами для зварювання у всіх просторових положеннях дротом діаметром 1-1,2 мм у суміші аргон - вуглекислий газвільним формуванням шва. Черговість установки блоків під час монтажу сфери визначається розташуванням опор. При розкрої типу в монтаж можна розпочинати екваторіальний пояс. До укрупнених блоків пелюсток цього поясу приварюють опорні стійки і, встановлюючи їх на фундамент, встановлюють весь екваторіальний пояс. Потім на тимчасовий постамент укладають нижнє днище та монтують блоки нижнього пояса. Після встановлення тимчасової стійки монтують верхнє днище та верхній пояс.