Главная | Обратная связь

Расчет вертикальных аппаратов, находящихся под действием ветровых и сейсмических нагрузок.

Высокие вертикальные аппараты как, например, испарители, ректификационные колоны, реакторы и другие, устанавливающие на отрытом воздухе, должны рассчитывать на устойчивость под действием ветровой нагрузки.

Расчет опорных частей вертикальных аппаратов на устойчивость сводится:

- к определению размеров опорного (фундаментного) кольца;

-количества и диаметра фундаментных болтов;

- проверки устойчивости цилиндрической опоры;

-прочности сварного шва t, соединяющую опору с рабочей частью корпуса.

Предполагается, что высота и диаметр аппарата уже определены, предварительные данные о конструкции опоры (обычно опорные обечайки) известны и рабочий эскиз крепления опоры к фундаменту составлен. После этого приступает к расчету аппарата на совместное действие сил тяжести и ветровых нагрузок.

Вес самого аппарата, вес конструкции, опорных на колону, вес изоляции и жидкости при гидравлическом испытании создает вертикальную сжимающую силу. Ели имеются консольное закрепление элименты конструкции, то необходимо учитывать также появление изгибающих моментов.

Изгибающий момент также возникает при давление ветра. Он достигает свое максимальное значение у основание колоны. Сила ветра характеризуется удельным ветровым напором, измеряемым в Н/м² .

Обозначим его через удельный ветровой напор определяется в зависимости от географического района и высоты расчетного участка колонны над уровнем земли. Географических районов 7, они определяются по специально разработанной корте, приложенной к строительным нормам и правилам ( СНиП, ч.2, раз.А, гл.11).

Удельный ветровой напор определяется по данным таблицы, которую мы сейчас запишем.

Высоте над поверхностью земли	До 10 м	20м	40м	100м
Географический район

Пользуясь этими данными находят для разных высотных отметок колонны и строят эпюру ветрового давления. При отношении высоты аппарата к его диаметру Н/Д ≥ 15 , колонну расчитывают как консольную балку, нагруженную одновременно распределенной ветровой нагрузкой, действующей на корпус колонны, и сосредоточенными силами, которые являются равнодействующими сил ветрового давления на отдельные элементы конструкции (лестницы, площадки, теплообменники и т.д.).

Для определения момента от распределительной ветровой нагрузки эпюру разбивают на ряд трепецивидных участков и находят равнодействующую каждого участка и точку ее приложения. Для вычисления равнодействующей используют формулу:

Р_і = _і С_і q_B D_i H_і' , (1)

где _і – коэффициент увеличения ветрового напора врезультате динамического воздействия, вызванного порывами ветра;

С_і - аэродинамический коэфициент обтекания (для круглых аппаратов С_О = 0,6 ); коэффициент лобового сопротивления для плоских стенок = 1.4;

D_i - наружный диаметр колонны (с учетом тепловой изоляции) ,м;

H_і' - высота расчетного участка, м (произведения D_i H_і' представляет собой площадь вертикальный проекции расчетного участка);

q – среднее значение удельного ветрового напора, Н/м².

Ветровую нагрузку на лестнице, площадки и т.п. металлоконструкции можно найти приближенно, для чего вводится так называемый коэффициент обтикания С'_О = С_О φ_О ,

где =1.4 – коэффициент обтекания для решетчатых форм;

= 0.3 0.36 - коэффициент заполнения формы металлоконструкциями.

Коэффициент увеличения ветрового напора находят на формуле:

_і = 1 + ζ m_{i ,}

где ζ – коэффициент динамичности, который зависит от периода собственных колебаний аппарата находят по графику:

Если Т≤0.25С, то ζ = 1 и . при расчете не учитывается.

– коэффициент пульсации скоростного напора принимаемый по таблице.

Высота для которой определяется коэффициент пульсации скоростного напора	До 20м	40м	60м	80м	100 – 200м
Значение m	0.35	0.32	0.28	0.25	0.21

 

Для определения критической скорости ветра, при которой появоляются резонансные колебания, необходимо рассчитать период собственных колебаний цилиндрического аппарата постоянного сечения по приближенной формуле:

(сек) , где , тогда

Т= 1,8H

где - высота аппарата, м;

Т – период собственных колебаний ,сек

- максимальная сила тяжести аппарата, Н;

Е – модуль упругости материала корпуса аппарата, Н/м²;

g – ускорение силы тяжести, м/с;

I – момент инерции поперечного сечения стенки аппарата, м……

m – масса аппарата.

где =

,……– равнодействующие силы отдельных участков колонны и элементов конструкции;

, …. - высота участка аппарата .

Либо ветровой момент можно представить в таком виде:

Нахождение напряжения в кольцевом сечении цилиндрической обечайки аппарата от действия Q_max и M_B .

Таким образом, мы определяем суммарный ветровой момент и вертикально направленную суммарную сжимающую силу. Теперь необходимо проверить корпус аппарата на действие этих нагрузок. Максимальное напряжение, будет, очевидно с подветренной стороны, когда суммируются веторвой момент и сжимающая сила:

_И , где

F = (S-C) =

 

где F – площадь кольцевого поперечного рассматриваемого сечения корпуса аппарата, м²;

W – момент сопротивления поперечного рассматриваемого сечения корпуса аппарата, м³;

Q_mах - максимальная возможная нагрузки от силы тяжести в условиях эксплуатации и гидравлических испытаний, МНм ;

Мв – ветровой опрокидывающий момент, Н·м.

S - выбранная толщина стенки цилиндрической части аппарата, м; без учета коррозии;

S_R – расчётная толщина стенки цилиндрической части аппарата;

D_СР –серединный диаметр цилиндрической части аппарата;

С – прибавки на коррозию, учитывается только атмосферную коррозию, если нет конкретных свединей о коррозии, то обычно принимается равной 2 мм;

[ ]_и - допускаемое напяжение изгба для материала корпуса аппарата.

Подставим значения F_ОП и W_ОП вышестоящую формулу, определим суммарные напряжения от дейсвия сжимающей силы и ветрового изгибающего момента:

 

где D – внутренний диаметр корпуса аппарата, м;

[ ]_и - допускаемое напяжение изгба для материала корпуса аппарата при расчётной температуре.

Если условие не выполняется, то необходимо увеличить толщину стенки в проверяемом сечении методом последовательного приближения пока условия не выполнятся.