7立式贮罐设计.ppt

7 复合材料贮罐设计 7.2.1 罐壁厚度 立式圆柱形贮罐罐壁厚度与直径之比很小，可按薄膜理论计算。贮罐贮存液体时，罐壁沿高度所受的内压力主要是液体静压和设计压力。液面处仅受设计压力p，离液面x处压力为p+γx。 如图7.2.1（a）所示，在x处取单位宽度半圆环，根据内外力的平衡 求得 将p(x)=p+γx代入(7.2.1)，可以求得罐壁任一点x处的应力 (7.2.1) (7.2.2) 罐壁任一点壁厚为 式中， t—该段罐壁的最小计算厚度(cm); p —设计压力(kgf/cm2); γ—贮液容重(kgf/cm3)，若γ＜0.001kgf/cm3,则取γ=0.001kgf/cm3; R —贮罐半径(cm); x —最高液面到所计算段下端的距离(cm); σy —玻璃钢环向拉伸强度(kgf/cm2); K —安全系数，取K=7-10. (7.2.3) 最小壁厚t不小于4.8mm.当计算壁厚很小时，需要附加厚度。 式(7.2.3)为罐体较高时，为节省材料，采用变厚度贮罐，逐段计算壁厚。若罐体较低，可采用等厚度贮罐，计算公式为 (7.2.4) 例 1： 已知立式圆柱形贮罐的 直径D=360cm，H为720cm， 液体容重γ=0.0012kgf/cm2， 玻璃钢的环向拉伸强度 σy=1400kgf/cm2， 安全系数K取10。 试计算壁厚t 解：分四段逐段计算壁厚 先计算罐顶向下2m处的壁厚。由式(7.2.3)有 =0.0012×2000×180×10/1400 =3.08(mm) 该厚度值大小，考虑到第一段与顶盖连接方便取t1=6mm;同理计算出4m,6m,7.2m处的壁厚为6.2mm,9.3mm,11.1mm。 5、加强圈的计算 在罐壁上形成节线圈，提高抗外压能力。 当两个加强圈之间的罐壁许用临界压力大于设计外压，可认为罐壁具备足够的抗风能力。 罐壁侧压稳定条件为： [pcr]≥p 式中，[pcr]—罐壁的许用临界压力(kgf/cm2); p—设计外压(kgf/cm2) (1)罐壁许用临界压力的计算 根据薄壁短圆筒的外压计算公式 式中 把此式用在“当量筒体”上有 式中 7.2.16 式中，tmin—罐壁最薄圈板的厚度(cm); R—贮罐半径(cm); He—抗风圈以下的罐体的总当量高度(cm); He—抗风圈以下各圈板的当量高度(cm); h—抗风圈以下各圈板的实际高度(cm); t—抗风圈以下各圈板的实际厚度(cm); Ex—罐壁材料的轴向弹性模量(kgf/cm2); Ey—罐壁材料的环向弹性模量(kgf/cm2); νxy—轴向泊松比； νyx—环向泊松比. 7.2.17 (2)加强圈数量及间距 由(7.2.16)算得[pcr]以后，若[pcr]＜p，则须设置加强圈。加强圈的个数及在当量筒体上位置见下表。 确定了加强圈在当量筒体上的位置以后，尚须这算回实际筒体上的位置。若加强圈本身就位于罐壁的最薄圈板上时，当量筒节就是实际筒节。若加强圈不在最薄圈板上时，则须将在当量筒体上的假象位置进行逆运算这算成实际筒体上的位置。 即： 7.2.18 例 2 一圆柱形锥顶罐直径D=4m,筒体高度H=10m,分为8段,各段厚度h及壁厚t见表7.2.6。罐内操作负压为p=6mbar,基本风压值W0=45kgf/m2,筒体材料的弹性常数为Ex=Ey=6.6×104kgf/cm2,νxy=νyx=0.3。 试确定加强圈的数量位置。 各段编号 各段高度h (mm) 各段高度h (mm) 各段当量高度he (mm) 1(筒体上部) 2 3 4 5 6 7 8(筒体底部) 850 1700 1700 1700 1700 850 850 850 7.81 10.11 12.40 14.69 16.99 19.28 20.66 21.57 850 891.7 535.2 350.4 243.6 88.8 74.7 51.3 表 7.2.6 解：根据式(7.2.17)算出各段的当量高度 第一段 第二段 第三段 其余各段计算方法同上，当量高度值见表7.2.6 总当量高度： He=∑he=850+891.7+535.2+350.4+243.6+ 88.8+74.7+51.3=3085.7mm=308.57(cm); 操作负压： p=6mbar=600N/m2=61.2(kgf/m2); 基本风压： W0=45kgf/m2,K1=1,K2=2.25,Kz=1,K3=1, 故设计外压为 取稳定安全系数Fe=4,则根据式(7.2.16)得许用临界外压为 =0.00935(kgf/cm2)=93.5(kgf/m2) 因p/2≤[pcr]＜p,故需设置一个加