Расчет нефтяных аппаратов методом конечных элементов

По результатам расчета напряжений от каждого вида нагрузок находятся суммарные напряжения в стенке сосуда.

Также колонные аппараты должны рассчитываться для условий монтажа.

Для вертикальных аппаратов в отличии от аппаратов колонного типа не выполняются расчеты от ветровых нагрузок и сейсмических сил.

Для горизонтальных аппаратов в дополнение к напряжениям, перечисленным для аппаратов колонного типа (за исключением от ветровых и сейсмических нагрузок) Зусмановская С.И. приводит следующий перечень расчетов [14]:

– продольные напряжения изгиба

– поперечные напряжения среза

– напряжения сжатия в обечайке над опорой

– напряжения в днище от срезывающих усилий

– напряжения в кольцах жесткости (при их наличии).

Более подробно приведем данные Зусмановской С.И. [14] по расчетам от ветровых и сейсмических нагрузок.

По расчете ветровых нагрузок аппарат рассматривается как защемленная консольная балка с равномерно распределенной нагрузкой. Расчетная ветровая нагрузка является произведением номинальной ветровой нагрузки на фактор формы колонного аппарата. Номинальную ветровую нагрузку определяют по формуле, показывающей ветровую нагрузку в виде зависимости от формы аппарата, скорости движения и плотности воздушной среды. По данным Зусмановской С.И. [14] фактор формы 0,6 для обечайки без выступов и 0,85 при их наличии. Напряжения в колонном аппарате определяют от изгибающего момента в ряде сечений по высоте.

По расчету на сейсмические нагрузки Зусмановская С.И. приводит следующие данные по значениям периода свободных колебаний [14]:

– короткий период колебаний T > 0,4 с (гибкие конструкции с коэффиицентом С=0,1, допускаемое напряжение увеличивается на 33%)

– короткий период колебания Т ≤ 0,4 с (жесткие конструкции с коэффициентом С = 0,2)

– промежуточные значения периода колебаний Т =0,4…1,0 (гибкие сосуды с коэффициентом С = 0,08/Т).

– длинный период колебаний T ≥ 0,1 с (гибкие конструкции с коэффициентом С=0,08)

Гибкие конструкции по сравнению с жесткими лучше поглощают колебания сейсмической нагрузки. То есть, как следует из данных Зусмановской С.И., необходимо стремиться проектировать аппараты колонного типа с периодом колебаний T ≥ 0,1 с.

Расчетные формулы периода свободных колебаний были выведены из теории колебаний. Для расчета в условиях землятресения используется сейсмический коэффициент, учитывающий горизонтальное ускорение. Сейсмический коэффициент С определяется отношением ускорения к ускорению свободного падения.

В программе автоматизированного расчета ПАССАТ при расчете от сейсмических нагрузок учитывается поведение жидкости внутри сосуда [15] (например, совместные колебания сосуда и жидкости). Свободные колебания от ветровых и сейсмических нагрузок рассчитываются по методу Релея-Ритца. Отметим, что в качестве расчетной модели принимается вертикальный упруго защемлённый стержень. Колонный аппарат разбивается на участки, количество которых соответствует количеству участков аппарата с постоянным сечением и количества сосредоточенных масс от внутренних устройств и внешних навесных металлоконструкций. Нагрузки от веса каждого участка рассмотрены в виде сосредоточенных сил, которые подставляются в формулу для расчета периода свободных колебаний.

При расчета юбочной опоры колонного аппарата находят [14]:

– напряжения в опорной обечайке опоры-юбки (напряжения растяжения принимают на 33% выше, чем для оболочки аппарата),

– напряжения в опорном кольце опоры-юбки,

– напряжения в укрепляющих элементах для опорных колец опоры-юбки,

– напряжения в распорных элементах,

– термические напряжения в опоре-юбке,

– напряжения в сварных швах,

– напряжения в анкерных болтах.

__

Метод расчета фланцевых соединений по МКЭ будет наиболее обоснованным по сравнению с используемыми методами и описанными в работе [14]. В программах автоматизированного расчета по нормам, расчет по МКЭ выполняется только для мест врезок штуцеров (укреплений отверстий). О расчете фланцевых соединений мало данных.

Представляет интерес точный расчет всей конструкции штуцера вместе с фланцевым соединением. Такой расчет может быть выполнен на основе трехмерной теории упругости по МКЭ.

3 Выполнение видов расчетов МКЭ

Методом конечных элементов можно выполнить все виды расчетов на все виды нагруженный, выполняемых по нормативной методике (см. выше).

Результатом расчетов МКЭ является получение графических цветных диаграмм с цветовой шкалой напряжений или деформаций.

На основании вида цветной диаграммы выполняется заключение о прочности аппарата на статические и динамические нагрузки.

Метод конечных элементов позволяет выполнить расчеты для упругого и пластического состояния материала, совместный расчет на действие механических и тепловых нагрузок.

__

Конструкция аппарата может быть рассчитана целиком или после расчленения на отдельные элементы.