STRUCTURI SPECIALE DIN TABLA DE OTEL

REZERVOARE PENTRU DEPOZITATREA LICHIDELOR SAU GAZELOR SUB PRESIUNE; SILOZURI SI BUNCARE PENTRU DEPOZITARE MATERIALELOR PULVERULENTE; CONDUCTE PENTRU TRANSPORTUL GAZULUI SAU PETROLULUI; MANTAUA CUPTOARELOR DE FURNAL IN INDUSTRIA SIDERURGICA; STRUCTURI SPECIALE PENTRU INDUSTRIA PETROCHIMICA; CUPTOARE ROTATIVE PENTRU INDUSTRIA CIMENTULUI

REZERVOARE

Sunt folosite pentru depozitarea fluidelor sau gazelor la presiuni foarte joase sau foarte inalte- titei substante chimice, gaze lichefiate dar si apa. Conditiile de exploatare foarte severe de temperatura regim dinamic, presiuni mari sau vacuum, conditii agresive de mediu , etc.Sunt utilizate oteluri speciale, cu rezistente porite si granulatie fina .Eforturile din peretii de otel sunt de intindere prin excelenta asadar sunt subtiri. Perturbarrea sarii de mebrana precum si criterii de stabilitate conduc la eforturi de compresiune sau incovoiere pura.

Zonele de concentrari de tensiuni la temperaturi foarte joase devin sensibile la rupere casanta (tensiuni biaxiale). Comportarea plastica poate fi acceptata insa nu insotita de solicitari dinamice care provoaca oboseala.Otelurile utilizate precum si prinderile sudate sunt verificate cu metode foarte precise ultrasunete pentru grosimi mai mari de 15...20 mm iar sudura cu raze X sau gama si se testeaza impermeabilitatea.

TIPURI DE REZERVOARE Rezervoarele sunt clasificate dupa urmatoarele considerente:Forma constructiei: cilindrica verticala, cilindrica orizontala, sferica sau in forma de picatura;Capacitate (volum): cu volum constant sau variabil;Pozitie (amplasare): deasupra terenului, in aer sau ingropate.REZERVOARE VERTICALE CILINDRICERezervoarele cu fund plat sunt utilizate pentru depozitarea produselor petroliere; se calculeaza pentru o suprapresiune de 0.02 at si la o subpresiune de 0.0025 at.Rezervoarele cu fund curbat se utilizeaza la depozitarea lichidelor la presiune normala, ca de ex. apa; sunt dispuse la inaltime pentru asigurarea caderii libere a apei si se utilizeaza in agricultura, in mediul rural, in alte ramuri de activitate.REZERVOARE ORIZONTAL CiLINDRICE Au capacitati mult mai reduse; se utilizeaza atat pentru produsele petroliere cat si pentru apa. Sunt realizate complet in fabrica si se transporta in santier gata montate, fiind depozitate pe teren si utilizate in agricultura in special, ca parte a sistemului de irigatie, in aviatie, la statiile de alimentare cu carburanti, etc.REZERVOARE SFERICEForma ideala a rezervorului in cazul depozitarii gazelor datorita presiunii interne uniforme. Sunt utilizate in industria chimica, pentru depozitarea gazelor lichefiate etc. Se proectreza la presiuni mari, de 46 at.

DETERMINAREA VALORILOR DE CALCUL ALE TENSIUNILOR PE BAZA TEORIEI MEMBRANEI Peretele unui rezervor este o suprafata care se obtine prin rotirea unei curba plane in jurul unei axe situate in acest plan. Forma membranei este determinata suprafata sa mediana. Tensiunile normale de pe suprafata membranei precum si momentele incovoietoare pot fi considerate neglijabile pentru inceput, asadar si deformatiile peretilor subtiri ai membranei.Expresiile echilibrului tensiunilor se scriu initial pentru starea de panza subtire.nedeformata . Un punct de pe suprafata mebranei va fi definit de:r1 raza curbei meridiane; r2 lungimea normalei de la suprafata, masurata din punctul respectiv pana la axa de rotatie;r0 raza cercului paralel Forte normaleMomenteForte de forfecare

Sistemul de coordonateTensiuni in volumul elementar a-b-c-d: a-membrana solicitata la intindere; b- panza subtire solcitata la intindere si forta taietoare; c- momente incovoietoare si forte taietoare pe elementul de panza groasa

Tensiuni rezultante din proiectii dupa axele x, y, z de pe suprafata elementului infinitezimal de membranaDeterminarea directa a fortei n

PRIMUL STADIU-DE MEMBRANA

Simplificarile relatiilor anterioare generalizate se bazeaza pe ipoteza ca elementul infinitezimal are o forma rectangulara si ca termenii z/r1 si z/r2 sunt foarte mici. Aceasta conduce la concluzia ca tensiunile si variaza linear pe grosimea peretelui.Observatie : In anumite situatii se considera ca aceste tensiuni sunt uniforme pe grosimea peretelui, adica sunt independente de z .Conditiile de echilibru tensiunile de forfecare q si q sunt nule deci pana la urma se vor determina trei forte din conditiile de echilibru (X = 0;Y = 0; Z = 0): n , n si n.Simplificarea situatiei corespunde starii de membrana si este valabila pentru grosimi inifinitezimale, la care nu exista moment rezistent la incovoiere. Cu aceeasi perfomanta, aceste relatii pot fi aplicate in cazul indeplinirii urmatoarelor conditii:

suprafata mediana are curbura continua; forta se aplica continuu constant;grosimea membranei este constanta sau uniform variabila; actiunile exterioare sau reactiunile sunt aplicate tangent la suprafata mediana.Cele trei ecuatii de proiectie care se pot scrie sunt urmatoarele:

Incarcarea fiind simetrica dupa axa de rotatie, diferentialele (variatia) fata de unghiul sunt nule. are null. In cazul rezervoarelor si diferentialele dupa axa x sunt nule asadar rezulta ca ecuatiile se vor simplifica astfel:Aceasta rescriere va conduce la determinarea fortelor elementare de intindere n si n. Inlocuind in relatia (1) n din relatia (2):A doua inlocuire in relatia anterioara : In starea finala de echilibru putem scrie: Constanta C se deduce din aplicarea conditiilor de margine. Forta n se determina direct din impunerea conditiei de echilibru scrisa pentru sectiunea orizontala care se face prin partea inferioara a fundului curb. Componenta verticala a fortei unitare n insumata pe toata lungimea cercului paralel trebuie sa egalizeze greutatea acestei parti:Asadar:si amplificarea cu sin a ecuatiei.Putem constata ca in stanga ecuatiei am obtinut diferentialul in raport cu al functiei:

Conditiile impuse pentru echilibru nu sunt respectate cu strictete astfel ca la marginile panzei, in zonele de rezemare apar perturbari importante ale tensiunilor de membrana. Fie ca este cazul fundului rezervorului vertical sau grinda circulara de sustinere a unui rezervor sferic, reactiunile nu mai sunt tangente la suprafata mediana, doua suprafete de panza se regasesc in contact si deci curbura nu mai este continua. Aceste situatii determina perturbarea starii de membrana, apar momente de incovoiere si forte de forfecare si desi ele scad la distante relativ reduse de margine influenta acestora nu poate fi neglijata. Elementul infinitezimal de contur a-b-c-d este supus la fortele n si n insa daca grosimea acestuia este suficient de mare, vor apare atat momente de incovoiere m si m cat si forte taietoare, qy=q.Ecuatiile de proiectie trebuie sa fie insotite de efectul fortei taietoare asupra echilibrului de ansamblu. Astfel, ecuatiile de proiectie pe y si pe z vor prelua influenta lui q; a treia va fi o ecuatie de momente fata de tangenta la linia de paralele a sferei. Se va obtine deci:

Starea de placa incovoiata si eforturile unitare corespunzatoare incovoierii

AL DOILEA STADIU-DE PLACA CURBA INCOVOIATA

EVALUAREA SIMPLIFICATA A TENSIUNILOR IN PERETELE CURB In imaginea de mai jos se pot recunoaste simplificat tensiunile din starea de membrana in peretele curb precum si proiectiile acestor tensiuni pe directiile paralelei respectiv meridianei.In conditiile acelorasi ipoteze exprimate anterior (proiectiile tensiunilor pe normala la suprafata si observand ca tensiunile tnagentiale dau proiectii nule; deasemenea, termenii de ordin II se neglijeaza) se obtine:

A doua relatie se obtine prin taierea unei sectiuni perpendiculare pe axul de rotatie si considerand ca tensiunile normale 2 sunt in echilibru cu greutatea partii inferioare a membranei curbe. Astfel se obtine:si

Efectul de legatura dintre doua suprafete curbe in contact Perturbarea starii de echilibru in membrana datorita impiedicarii deformatiilor in combinatie cu aparitia unor tensiuni suplimentare (din momente de incovoiere si forte taietoare). Impunerea unei stari de echilibru implica egalarea deformatiilor la nivelul peretelui cu cele de la nivelul fundului rezervorului .Se ia in consideratie un moment incovoietor M si o forta de forfecare T, uniform distribuite in partea inferioara a peretelui. Acesta se considera perfect rigid pe directia radiala. Izoland un element de latime unitara si de inaltime dx solicitat precum in figura, proiectiile pe axa normala la suprafata ale actor solicitari vor fi: Alungirea specifica a unei fasii inelare functie de deplasarea dupa raza w si efortul N1 este:Relatia dintre moment si deformatie fiind: Rezulta ca forta taietoare este: Solutia w are doua parti: una provenind din ecuatia omogena si cea de-a doua o solutie particulara. Derivatele de ordin I si II exprima eforturile M si N1. Pentru incastrare, x=0 si momentul se poate scrie: La distanta x0 momentul anulandu-se: Datorita elasticitatii materialului, si a aparitiei unor rotiri la nivelul incastrarii, momentul este mai redus:La legatura cu fundul, pe ultima fasiei de perete (virola) efortul pe zona unitara este:

Rezervor cilindric vertical cu fundul planSchema de calcul a tensiunilor pe ultima fasie inelara (in zona de perturbare)

Fundul si peretii verticali ai rezervorului sunt obtinuti din elemente prefabricate de mari dimensiuni asamblate in uzina prin sudarea bucatilor de tabla de dimensiuni si forme diferite transportate in santier. O metoda foarte simpla de a transporta aceste tronsoane (fasii) in santier este de a le rula din fabrica in jurul unui pilon in vederea transportului. Pilonul se plaseaza pe verticala in centrul fundului rezervorului, iar fasiile se deruleaza una cate una si se pozitioneaza la locul lor, unindu-se apoi prin sudura. Ultima fasie inelara (virola) se sudeaza direct pe fundul rezervorului si in multe situatii se dispun o serie de rigidizari pe interiorul rezervorului, pentru a evita aparitia voalarii peretelui. Capacul rezervorului poate avea diferite forme: cupola conica, cupola sferica, forma concave sau nervurate obtinute din tronsoane de arce si inele prefabricate asamblate la fata locului. In principiu, gradul inalt de prefabricare asigura un consum mai redus de material si de manopera de asamblare la fata locului. Pilonul central este utilizat la rezervoarele cu diametre mari, functia sa dupa ce se asambleaza peretii verticali fiind cea de a sustine arcele radiale. Aspecte de baza in calculul rezervoarelor verticale Se verifica rezistenta tablei care intra in constitutia peretilor verticali ai rezervorului :r2= Se verifica peretii la contactul cu fundul rezervorului:Voalarea peretilor in perioada cand rezervorul este gol din perturbarea starii de tensiune (intindere) si aparita unor tensiuni negative (de compresiune) din exercitarea presiunii capacului rezervorului, a zapezii pe capac , a vacuumului sau a efectelor din actiunea vantului. Astfel pot apare tensiuni critice longitudinale:

In cazul verificarii efectelor datorate vacuumului, se poate utiliza o grosime medie a peretilor provenind de la virolele de grosimi crescatoare pornind cu partea de sus spre partea inferioara a rezervorului: Tensiunile critice inelare provocate de presiunea radiala n membrana se determina cu relatia:Voalarea din compresiune plana se verifica cu relatia : Ca masuri de impiedecare a aparitiei fenomenului de voalare se pot enumera:- Utilizarea unor grosimi sporite de tabla la proiectarea virolelor;- Sudarea rigidizarilor pe interiorul peretilor .