Проектирование сферического резервуара

     Министерство  образования и науки РФ

     Курганский государственный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Проектирование  сферического резервуара

     Пояснительная записка

     по  курсу ”Проектирование сварочных конструкций” 
 
 
 
 
 
 

Принял 
 

Выполнил 
 
 
 
 

Курсовой  проект

     “Проектирование сферического резервуара”

                                       Техническое задание 

     Спроектировать  и рассчитать толщину стенок сварного сферического резервуара, предназначенного для хранения жидкости под давлением P=0,6 МПа; V=1000 . Резервуар изготавливается из стали 15ХСНД. При расчете коррозией пренебречь. 
 

 

      Аннотация 

     Целью данной работы является проектирование шарообразного резервуара, выполнение проектировочных и проверочных расчётов сварных соединений, расчёт необходимой толщины стенок резервуара, объёма и площади поверхности сферы, длины сварочных швов, расчёт прочности сварных швов.

     На  основе проведенных расчётов даётся оценка о работоспособности конструкции резервуара.

 

      Содержание 

Техническое задание

Аннотация

Введение

1 Общая  характеристика сферического резервуара

2 Технология  сборки и сварки сферического  резервуара

3 Выбор  и характеристики сварочного  материала

4 Описание  способа сварки

5 Характеристика  стыковых многослойных швов

6 Расчет радиуса и площади поверхности сферы

7 Расчет толщины стенки резервуара

8 Расчет длины кольцевых и меридианных швов

9 Проверочный  расчет кольцевых и меридианных  швов

10 Расчет опор

11 Расчет  развертки сферического элемента

12 Конструкция стыка с размерами

13 Определение параметров режима сварки

14 Условное обозначение сварных швов

15.Дефекты образующиеся при сварке

Заключение

Список  использованных источников

 

      Введение 

     Как всем известно, из всех геометрических фигур соотношение площади поверхности к внутреннему объёму у сферы наименьшее. Следовательно, вес шарообразных резервуаров несколько ниже, чем у резервуаров другой формы, так что их применение с экономической точки зрения является эффективным, так как на их сборку расходуется меньшее количество металла, но с другой стороны их изготовление несколько сложнее. Вместо среднеуглеродистых сталей при изготовлении сварных конструкций в машиностроении целесообразно использовать легированные стали, что обеспечивает снижение массы конструкций и позволяет повысить надежность сварных деталей и изделий. Легированные конструкционные стали отличаются повышенной прочностью при комнатной температуре, отсутствием склонности к старению, их можно применять при повышенных (до 500 °С) температурах. Обычно сферические резервуары используют в химической промышленности для хранения жидкостей и газов (в том числе сжиженных).

     Сварка  – это процесс неразъёмного соединения посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании.

     Существует  огромное количество видов сварки, приведем некоторые классификации. По физическим признакам сварка делится на следующие виды по классам: 

     Таблица 1 - Классификация сварки по физическим признакам

 

     По  техническим признакам сварка делится  на следующие виды: 

     Таблица 2 - Классификация сварки по техническим  признакам

 

     В данной работе учтем, что сварные швы выполнены на флюсовой подушке односторонней многослойной автоматической сваркой под флюсом.

 

      1 Общая характеристика  сферического резервуара 

     В целях экономного использования  металла в различных отраслях химической промышленности строят резервуары в виде сфер различных диаметров. Сферические резервуары применяют  для хранения сжиженных газов  или газов под давлением 2—6 атм (рисунок 1). У нас часто применяются  сферические резервуары объемом 600 и 2000 м³, однако экономически целесообразнее использовать более крупные. За рубежом такие конструкции достигают 30000 м³ и более. 

     

     Рисунок 1 – Пример конструкции сферического резервуара 

     В сферических резервуарах лепестки соединяются встык, их толщина обычно составляет 10-30 мм и, как правило, не превышает 40 мм. Это ограничение  толщины диктуется отсутствием  термообработки конструкции после  сварки.

     Напряжения  в стенке сферического резервуара определяют по формуле:

 

       

     где - радиус сферы;

      - толщина стенок.

     Напряжение  в сферическом резервуаре в 2 раза меньше, нежели в цилиндрическом, при  одинаковых радиусах и толщинах стенок. Поэтому вес сферических резервуаров  меньше цилиндрических, но изготовление сложнее. За рубежом сферическими выполняют  конструкции атомных реакторов. 

     2 Технология сборки  и сварки сферического  резервуара 

     В нашей стране сооружают сферические резервуары вместимостью 600 и 2000 м³ на внутреннее давление до 18 кгс/см². Тип раскроя оболочек приведен в таблице 4. Сферическую поверхность листовым заготовкам при толщине до 36 мм придают горячей штамповкой (типы раскроя а и в), при толщине до 28 мм — вальцовкой на специальных гибочных вальцах со сферическими валками (раскрой б). В последнем случае плоскую заготовку предварительно сваривают из листов, вырезают газовой резкой по копиру и затем вальцуют.

     При раскрое типа а укрупнение блоков и их сварку под флюсом выполняют  на шарнирно-качающихся стендах. Блоки  собирают в полусферу на стенде (рисунок 2), подварку швов под последующую  автоматическую сварку осуществляют вручную. После завершения сборки нижнюю полусферу  кантуют и устанавливают на временную  опору. На этом же стенде собирают верхнюю  полусферу, затем поднимают ее и  монтируют на нижнюю. Сборка заканчивается  ручной подваркой замыкающего шва.

     При раскрое типа б лепестки также предварительно укрупняют в блоки, причем для сферы вместимостью 2000 м³ каждый меридиональный лепесток собирают из двух заводских элементов (большого и малого). Для этого типа раскроя получил применение «вертикальный» способ сборки сферы. На временной опоре 1 (рисунок 3) устанавливают нижнее днище 2, к нему крепят трубчатую монтажную стойку 3 с верхним днищем 4 и монтажной люлькой 5. 

     

     Рисунок 2 - Схема сборки полусферы на стенде 

     Таблица 3 - Типы раскроя оболочек

 

     Блоки 6 с распорками жесткости 7 поднимают  в вертикальное положение и крепят с помощью сборочных планок и  клиньев к днищам и друг к другу, а также временными прихватками  к опорам 8, устанавливаемым на фундаменте. Затем блоки соединяют прихваточным швом, а перед установкой последнего блока удаляют трубы жесткости, монтажную стойку и люльку.

     Сварку  сферических резервуаров вместимостью 600—2000 м³ выполняют автоматом под флюсом с двух или одной стороны при вращении сферы на специальном манипуляторе, домкратное устройство которого приподнимает сферу над опорами после удаления временных прихваток. При толщине элементов 16 мм разделку кромок не осуществляют. При толщине 25 мм используют V-образную разделку, при толщине 34 мм — Х-образную. Последовательность выполнения швов следующая. Сначала выполняют меридиональные швы со стороны разделки кромок в несколько слоев. С другой (внутренней) стороны подварку корня шва производят без вырубки его за счет глубокого проплавления. Затем сваривают широтные и полюсные соединения. 

     

     Рисунок 3 - Схема сборки сферического резервуара 

     При выполнении сборочных и сварочных  работ над резервуаром целесообразно  устраивать общее светопрозрачное  пленочное покрытие. В этом случае условия работы лучше, чем под  открытым небом, и облегчается сварка в среде защитного газа. За рубежом  при сооружении резервуаров больших размеров монтаж осуществляют методом укрупнительной сборки лепестков заводского изготовления в блоки на монтажной площадке и их автоматической сварки под слоем флюса или в среде защитного газа, В проектное положение блоки монтируют последовательным наращиванием, швы между блоками выполняют в основном ручной сваркой покрытыми электродами или автоматами для сварки во всех пространственных положениях проволокой диаметром 1—1,2 мм в смеси аргон — углекислый газ со свободным формированием шва. Очередность установки блоков при монтаже сферы определяется расположением опор. При раскрое типа в монтаж можно начинать с экваториального пояса. К укрупненным блокам лепестков этого пояса приваривают опорные стойки и, устанавливая их на фундамент, монтируют весь экваториальный пояс. Затем на временный постамент укладывают нижнее днище и монтируют блоки нижнего пояса. После установки временной стойки монтируют верхнее днище и верхний пояс. 

     

     Рисунок 4 - Положение сферического резервуара при сварке полюсного шва