§ 3, Резервуары со сферическими днищами

В некоторых конструкциях резервуаров, например в баках, устанавливаемых на водонапорных башнях, плоские днища ока­зываются нецелесообразными. Их заменяют сферическими днищами» как правило, выпуклыми (рис. 19-7,а, б). Расчет проч­ности и конструирование цилиндрической части и днища таких

524

баков производят теми же методами, что и расчет прочности и конструирование сосудов для хранения нефтепродуктов. В про­дольных швах баков с выпуклыми днищами, опертыми по конту­ру, образуются напряжения, равные

S '

(19.10)

где р — давление жидкости на днище.

Рис. 19-7. Резервуары со сферическими днищами:

а) усиление соединения цилнидра с днищем уголком; б) то

же, швеллером; е) схема работы поперечного шва; г) схема

плавного соединения цилиндра и днища

В кольцевых соединениях, сваренных при двойных швах вна­хлестку (рис, 19-7,в), окружные напряжения незначительны.

Ввиду относительно небольших размеров h и R баков этого типа толщину стенок s цилиндрической части назначают из соображений рационального конструирования.

525

Напряжение в сферическом днище (рис. 19-7, о, б) опреде­ляется по формуле

- - ^pRn (19.11)

•2s_a ■

где р — давление в рассматриваемой точке днища; s₀ — толщина днища;

#о — радиус сферической поверхности днища. С увеличением радиуса До. т. е. с приближением сферической поверхности к плоскости, напряжение в днище при заданном давлении р возрастает и легко достигает предела текучести обычно при

Д₀ > 2Д.

Чтобы устранить значительной величины сжатие и напря­жения изгиба в месте соединения цилиндра с днищем, применя­ют плавное сопряжение в форме переходных кривых, как пока­зано на рис. 19-7, г с = 4%. Применяя эллиптические днища при некоторых формах очертаний, можно избежать напряжений сжа­тия в зоне сопряжения цилиндра с днищем или довести их до незначительной величины. В нижней точке эллиптического дни­ща при стреле прогиба f=R/2 напряжение равно

где р -—■ давление в нижней точке днища; s₀— толщина листов днища. Напряжения в месте сопряжения эллиптического днища с корпусом по направлению касательной определяют по фор­муле

« = £(,- ^). 09.13)

а по меридиональному направлению — по формуле

о, ^-J^L.., (19.14)

где h - ■ высота столба жидкости;

V—-объем жидкости в резервуаре; R — радиус цилиндрической части. _i Пример расчета. Разработать конструкцию бака (рис, 19-8} из стали марки Ст. 2; [а]_р~ 1400 кГ/см²; [о']_р—[о]_ру Высота бака /г —6,0 м; диаметр £>~4,0 м; стрела прогиба дни­ща / = 0,5 м. Ширину листов принимаем равной 1500 мм. Толщи­ну нижнего пояса определяем по величине давления на уровне

526

300 мм выше нижней его кромки. Для пояса / (считая снизу) на глубине До = 5700 мм р = 0,57 кГ/см², поэтому

pR 0,57 ■ 200

•тр

I*']

1400

0,08 см.

Конструкция бака с такой толщиной стенок обладает недо­статочной жесткостью, поэтому принимаем s = S мм. При этом _а = 380 кГ/см*.

Определяем радиус днища ^₀ по соотношению

R₀ = —±— = ₂.₅₀ = 425 см.

Толщину днища принимаем $о=5 мм. Напряжение в нижней точке днища на глубине 6,5 м при давлении р = 0,65 кГ/см²

pRty 0,65 ■ 425

2 ■ 0,5

276 к-Псм².

2s₀

Место соединения цилинд­рической части с днищем для обеспечения его устойчивости укрепляем уголком 80Х80Х Х6 мм.

Пример крупногабаритно­го резервуара со сферическим днищем приведен на рис. 19-9. Его емкость — 2000 м^ъ, диа­метр D_BII=15,8 м. Днище \i кровля сферической формы обеспечили достаточную проч­ность при s=4 мм без поддер­живающих устройств. Для устранения концентрации на­пряжений сопряжения цилинд­рической части резервуара со

сферой сконструированы с помощью переходных кривых. Такой тип резервуара рационален в случае возможного повышения внутреннего давления.