Способ оценки плавучести и остойчивости плавающей крыши резервуара

 

Использование: изобретение относится к резервуаростроению, в частности к проектированию и эксплуатации резервуаров с плавающей крышей. Сущность изобретения: способ оценки плавучести и остойчивости плавающей крыши включает в себя разделение поверхности крыши на кольцевые секторы, в вершинах каждого из которых измеряют высоту снега, в пределах площади каждого сектора измеряют плотность снега, вычисляют вес снега на крыше и кренящий момент, действующий на крышу от снеговой нагрузки, затем устанавливают глубину погружения и угол крена крыши и сравнивают их с предельно допустимыми значениями. 4 ил., 4 табл.

Изобретение относится к резервуаростроению, в частности к проектированию и эксплуатации резервуаров с плавающей крышей.

Известен способ оценки плавучести и остойчивости плавающей крыши резервуара, включающий измерение высоты снега на крыше и определение глубины погружения и крена крыши [1] Недостатком известного способа является низкая точность оценки, обусловленная предположением о распределении снегового покрова на крыше в форме цилиндрического клина. Однако действительная форма распределения снегового покрова на крыше отличается от цилиндрического клина и зависит от многих случайных факторов.

В патентной и научно-технической литературе других аналогов способа оценки плавучести и остойчивости плавающей крыши не обнаружено. Поэтому приведенный выше способ [1] принят за прототип.

Целью изобретения является повышение точности оценки плавучести и остойчивости плавающей крыши резервуара.

Это достигается тем, что поверхность крыши делят на кольцевые сектора, в вершинах каждого из которых измеряют высоту снега, а в пределах площади каждого сектора измеряют плотность снега, вычисляют вес снега на крыше и кренящий момент, действующий на крышу, от снеговой нагрузки, затем устанавливают глубину погружения и угол крена крыши, и сравнивают их с предельно допустимыми значениями.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения и прототипа показывает, что предлагаемое решение отличается от прототипа тем, что поверхность крыши делят на кольцевые сектора, в вершинах каждого из которых измеряют высоту снега, а в пределах площади каждого сектора измеряют плотность снега, вычисляют вес снега на крыше и кренящий момент, действующий на крышу от снеговой нагрузки, затем устанавливают глубину погружения и угол крена крыши и сравнивают их с предельно допустимыми значениями.

Эти отличия показывают соответствие предлагаемого решения критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены ни в одном из известных решений, описанных в патентной и научно-технической литературе, доступной заявителю. Это дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана схема разделения крыши на кольцевые сектора и обозначены точки измерения высоты снегового покрова; на фиг. 2 переносная снегомерная рейка; на фиг. 3 весовой снегомер типа ВС-43; на фиг. 4 представлена зависимость допустимого угла крена от глубины погружения и радиуса плавающей крыши.

Позицией 1 обозначена рейка коромысла; 2 груз подвижный; 3 стрелка; 4 кольцо; 5 подвес; 6 крюк; 7 дужка; 8 режущая кромка; 9 подвижное кольцо; 10 цилиндр снегозаборника; 11 крышка; 12 лопатка.

На фиг. 4 А h=0,2 м, Б h=0,4 м, B h=0,6 м, Г h=0,8 м, h глубина равномерного погружения плавающей крыши.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Поверхность плавающей крыши разбивают концентрическими окружностями и радиальными линиями на кольцевые сектора. Точки пересечения окружностей и радиальных линий будут являться вершинами кольцевых секторов. После выпадения снеговых осадков в вершинах каждого из кольцевых секторов измеряют высоту снега снегомерной рейкой, и затем в пределах площади каждого сектора измеряют плотность снега весовым снегомером типа ВС-43 [2] После этого определяют вес снега на крыше по формуле Q=0,25g h_ij+h_i+1,j+h_i,j+1+hS_ij (1) где g ускорение свободного падения, g9,8 м/с²; n количество концентрических окружностей, разбивающих поверхность крыши, шт.

k количество радиальных линий, разделяющих поверхность крыши, шт.

ρ_ij плотность снега в пределах площади кольцевого сектора ij, кг/м³; h_ij высота снега на крыше в точке пересечения i-той окружности с j-той радиальной линией, м; S_ij площадь поверхности кольцевого сектора ij, м².

Площадь поверхности кольцевого сектора вычисляют по формуле S_ij R²_i-R (2) где R_i больший радиус кольцевого сектора, м; R_i+1 меньший радиус кольцевого сектора, м.

Определяют кренящий момент от снеговой нагрузки, действующий на крышу, как максимальный из множества кренящих моментов, действующих на крышу относительно каждой из осей 1.0,5 k. Кренящий момент от снеговой нагрузки относительно оси Х определяют по формуле M_x M_ij,x - M_ij,x (3) где M_ij,X кренящий момент относительно оси Х, действующий на крышу от веса снега на поверхности кольцевого сектора ij, кН˙м.

М_ij,x=0,25g [ρ_ij(h_ij+h_i+1.j+h_i.j+1+h_i+1.j+1)S_ij]L_ij,x (4) где L_ij.x кратчайшее расстояние от геометрического центра сектора ij до оси Х, м.

L_ij.x= 0,5(R_i+R_i+1)sin ϕ_ij,x, (5) где ϕ_ij.x угол между линией, соединяющей геометрический центр крыши с геометрическим центром сектора ij и осью Х.

Затем устанавливают глубину погружения плавающей крыши по формуле
h (6) где G_к собственный вес плавающей крыши, кН;
G_в ветровая нагрузка на крышу, кН;
F_тр сила трения уплотняющего затвора о стенку резервуара, кН;
R₁ радиус плавающей крыши, м;
j_ж удельный вес хранимого в резервуаре продукта, кН/м³;
η коэффициент полноты плавающей крыши.

Угол крена плавающей крыши определяют по формуле
α (7) где М кренящий момент от снеговой нагрузки, действующий на плавающую крышу, кН˙м.

Затем, используя диаграмму (фиг. 4), определяют допустимый угол крена при заданном радиусе крыши и определенной по формуле (6) глубине погружения и сравнивают его с фактическим углом крена, определенным по формуле (7).

Проверяют выполнение условия
α < [α] (8) где [α] предельно допустимый угол крена, рад.

Проверяют выполнение условия
h<[h] (9)
где [h] предельно допустимая глубина погружения крыши, равная высоте наружной стенки короба крыши, м.

При выполнении условия (8) будет обеспечена остойчивость крыши, при выполнении условия (9) только плавучесть. Выполнение условий (8) и (9) говорит о том, что при действующей нагрузке будет обеспечена плавучесть и остойчивость крыши и, следовательно, возможна дальнейшая безопасная эксплуатация крыши. Невыполнение условий (8) и (9) как вместе, так и по отдельности, говорит о невозможности дальнейшей безопасной эксплуатации крыши, а следовательно, и резервуара.

П р и м е р. Производят оценку плавучести и остойчивости плавающей крыши резервуара РВС-5000 ПК, вместимостью 5000 м³. Диаметр резервуара 22,8 м, радиус плавающей крыши 11, 125 м, удельный вес хранимого в резервуаре продукта 7,0 кН/м³; собственный вес крыши 345,3 кН; ветровая нагрузка на крышу 105 кН; сила трения уплотняющего затвора 55,726 кН, коэффициент полноты крыши η 0,8.

Поверхность крыши разбили шестью окружностями и двенадцатью радиальными линиями на 72 кольцевых сектора. После выпадения снеговых осадков переносной снегомерной рейкой определили высоту снега в вершинах кольцевых секторов, а затем в пределах площади каждого сектора измерили плотность снега весовым снегомером ВС-43. Результаты замеров приведены в табл. 1, 2.

Затем по формуле (1) определили вес снега на плавающей крыше. Вес снега на крыше равен 89,9 кН. Затем по формулам (3).(5) определили кренящий момент от снеговой нагрузки, действующий на крышу, который составил 346 кН˙м. После этого по формуле (6) вычислили глубину погружения крыши, которая составила 0,2 м. Угол крена крыши, определяемый в дальнейшем по формуле (7), составил 0,007 рад. По диаграмме (фиг. 4) определили предельно допустимый угол крена для крыши радиусом 11,125 м при глубине погружения 0,2 м, который составил 0,053 рад. Следовательно, условие (8) выполнено. Так как высота наружной стенки короба составляет 0,9 м, то условие (9) также выполняется. Таким образом, плавучесть и остойчивость крыши при данном уровне погружения обеспечены, возможна безопасная эксплуатация резервуара.

Использование предлагаемого способа позволяет повышать точность оценки плавучести и остойчивости плавающей крыши при действии на нее снеговой нагрузки, что в конечном итоге повышает надежность работы резервуаров с плавающей крышей за счет исключения возможности потопления крыши от снеговых нагрузок, позволяет выбрать оптимальные сроки для очистки плавающих крыш резервуаров от накопившихся осадков.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЦЕНКИ ПЛАВУЧЕСТИ И ОСТОЙЧИВОСТИ ПЛАВАЮЩЕЙ КРЫШИ РЕЗЕРВУАРА, включающий измерение высоты снега, определение глубины погружения и крена крыши, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки, перед измерением высоты снега поверхность крыши делят на кольцевые секторы, а высоту снега измеряют в вершинах каждого кольцевого сектора, после чего измеряют плотность снега в пределах площади каждого сектора и вычисляют вес снега на крыше и кренящий момент, действующий на крышу от снеговой нагрузки, затем по измеренным данным устанавливают глубину погружения и угол крена крыши и сравнивают их с предельно допустимыми значениями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6