Питомий вітровий напір, Па

Географічний район	Висота над поверхнею Землі
До 10м	20м	40м	100м
І
ІІ
ІІІ
IV
V
VI
VII

Сила Р_і, що діє на і –ту ділянку циліндричної колони від вітрового напору, визначається за формулою:

Р_і = С_Оb_іq_iD_ih_i,

де С_О – коефіцієнт аеродинамічного обтікання, який для колових апаратів дорівнює 0,6;

b_і – коефіцієнт зростання швидкісного напору вітру: b_і = 1 + em_i;

e - коефіцієнт динамічності, який визначають з рис. 32 за періодом власних коливань колони;

m_i – коефіцієнт пульсацій швидкісного напору вітру, який визначають за висотою ділянки над Землею:

- при Н_і до 20м m_i = 0,35;

- при Н_і = 40м m_i = 0,32;

- при Н_і = 60м m_i = 0,28;

- при Н_і = 80м m_i = 0,25;

- при Н_і = 100 ¸ 200м m_i = 0,21;

q_i – нормативний швидкісний напір вітру, що визначений з табл.. 6 або із застосуванням поправного коефіцієнту Q;

D_i – зовнішній діаметр і – тої ділянки колони; при наявності теплової ізоляції – це зовнішній діаметр ізоляції;

h_i – висота і – тої ділянки апарата.

e

Т, с

Рис. 32. Залежність коефіцієнта динамічності від періоду власних коливань колони

Період власних коливань колони визначають за формулами:

- при Н/D_cp ³ 15;

- при Н/D_cp < 15,

де Н – висота колони;

D_cp – середній діаметр колони без ізоляції;

М_max – максимальна маса колони;

Е_t – модуль пружності матеріалу колони при робочій температурі; для інженерних розрахунків його можна визначити за графіками рис. 33;

І – момент інерції поперечного перерізу колони відносно центральної вісі:

І = pD_cp³(S – C₁)/8;

С₁ – додаток на корозію;

S – товщина стінки колони;

j₀ – кут повороту опорного перерізу:

;

С_Ф – коефіцієнт нерівномірності стиску грунту; для грунта середньої щільності С_Ф = 50 МН/м³;

І_Ф – момент інерції підошви фундаменту: І_Ф = 1,3І_К;

І_К – момент інерції перерізу опорного кільця апарата:

;

D_H; D_B – зовнішній та внутрішній діаметри опорного кільця.

Згинаючий момент від вітрового навантаження відносно основи апарату визначають за формулою:

М_В = Р_іх_і,

де х_і – відстань від середини і – тої ділянки до основи апарату;

n – число ділянок, на які розділена по висоті колона.

Е_t´ 10^-11, Па

t,⁰C

1,5

1,9

1,7

Рис. 33. Залежність модулю пружності від температури сталі 1. Вуглецеві сталі 2. Леговані сталі аустенітного класу

Після визначення згинаючого моменту М_В виконують перевірку апарату на міцність. Для цього напруження від осьової сили та згинаючого моменту складають і визначають максимальне сумарне напруження стиску з підвітряного боку:

,

де F та W – площа та момент опору поперечного кільцевого перерізу колони:

F = pD_cp(S – C₁); W = pD_cp²(S – C₁)/4;

М_maxg – максимальна сила ваги апарату, яка враховує вагу самого апарата; всіх конструкцій, які спираються на колону; вагу ізоляції, а також рідини, якою заповнюють апарат при гідравлічних випробуваннях.

Отримане значення s_ст порівнюють з припустимим та роблять висновки щодо міцності корпусу колони. Максимальне припустиме напруження стиску [s_ст] для апаратів, що розташовані просто неба, складає 80 ¸ 90МПа. У разі невідповідності умові s_ст £ [s_ст], треба збільшити товщину стінки апарату.

Колонний апарат під дією сили стиску та моменту згинання може втратити стійкість колової форми. Найбільш небезпечною є ситуація, коли апарат має мінімальну масу. Тому перевірку на стійкість виконують для порожнього апарату без урахування ізоляції та внутрішніх пристроїв, які монтують після установки апарату на фундамент. Розрахунок товщини стінки при спільній дії зовнішнього тиску, вертикальної осьової сили та моменту згинання виконують за формулою:

,

де Р – абсолютний зовнішній тиск;

l – відстань між кільцями жорсткості;

М_min – маса апарату без ізоляції та внутрішніх пристроїв;

К_С та К_Н – коефіцієнти, що визначають з табл. 7.

Таблиця 7.

Значення коефіцієнтів К_С та К_Н

КС	0,1	0,19	0,26	0,34	0,39	0,43	0,46	0,46	0,43	0,36	0,24	0,19
КН	0,1	0,19	0,29	0,36	0,43	0,48	0,51	0,53	0,53	0,43	0,31	0,24

Розрахунок за цією формулою здійснюють методом послідовних наближень. Спочатку задають товщину стінки апарату, а потім виконують перевірочний розрахунок за цією формулою.

Розрахунок опори складається з визначення її площини стикання з фундаментом та товщини опорного кільця. Кільцева опора є навантаженою осьовою силою М_maxg та вітровим моментом М_В (рис. 34). Найбільшій питомий тиск на опорній поверхні кільця спостерігається з підвітряного боку у крайній точці а, де сумуються напруження від стиску та згинання:

,

де F_on – площа опорного кільця: F_on = p(D_H² – D_B²)/4;

W_on – момент опору опорної площі:.

Припустимий питомий тиск на бетонний фундамент [q₀] у залежності від марки бетону складає 2,0 ¸ 2,5 МПа. У разі невиконання умови міцності фундаменту q₀ £ [q₀], змінюють значення D_H та D_B для забезпечення наведеного співвідношення.

Товщину опорного кільця визначають з розрахунку на згинання виступаючої за колону його ділянки (рис. 35):

,

де в – довжина виступаючої частини кільця;

[s_зг] = 50 ¸ 60МПа – припустиме напруження матеріалу кільця на згинання.

+

-

-

-

М_В

М_maxg

б

а

Рис. 34. Епюри напружень в опорі 1.Напруження згинання 2.Напруження стиску 3.Сумарні напруження

в

d_к

Рис. 35. Вузол опорного кільця

Зусилля, що діє на найбільш навантажений фундаментний болт визначається за формулою:

Р_б = F_опq₁/n,

де n – кількість фундаментних болтів;

q₁ – питома сила, що відриває кільце від опори в точці б (рис. 34):

,

де М_min – маса апарата без ізоляції та внутрішніх пристроїв.

Внутрішній діаметр нарізки болта:

,

де [s_роз] – припустиме напруження на розтяг матеріалу болта; для анкерних болтів зі сталі 3 величина [s_роз] становить 110 ¸ 140 МПа;

С₂ – додаток на атмосферну корозію, яку звичайно приймають 3мм.

Тема 9. Конструкційні матеріали.

Дата добавления: 2014-01-15