CURS NR.4

Montajul rezervoarelor ciclindrice cu fundul plat.

Pentru executarea montajului pot fi folosite mai multe metode:

a). Se montează mai întâi fundul rezervorului. Tablele fundului se pot aşeza direct pe

fundaţie şi apoi se sudează. Cu o macara turn mobilă, instalată în exteriorul rezervorului,

tablele peretelui se ridică una după alta, asamblarea executându-se pe schele fixe sau mobile.

Cu aceeaşi macara se ridică apoi fermele şi tablele capacului.

Metoda are dezavantajul că necesită volum mare de materiale şi forţă de muncă la

executarea schelelor, că lucrările se execută la înălţime, iar regia şantierului este mult mai

încărcată prin chiria, taxele de transport şi chletuieli de montare şi demontare a macaralei.

Când rezervorul este executat cu stâlp central, aceste poate fi

folosit pentru susţinerea dispozitivului de ridicat

(fig 1.24).

Dispozitivul este format dintr-o fermă

uşoară care se poate învârti în jurul stâlpului şi un

scripete care se fixează de fermă.

b). O a doua metodă prevede următoarea

succesiune a operaţiilor de montaj: după ce

s- a montat şi aşezat pe fundaţie fundul

rezervorului, se montează virola

superioară

Fig 1.24 Montarea rezervorului folosind stâlpul central

de care se fixează fermele şi pe acestea tablele acoperişului.

Acest subansamblu gata montat se ridică uniform atâta ca să poată fi montată virola

imediat inferioară. Se ridică apoi din nou şi se introduc în felul acesta toate virolele care

compun rezervorul.

Metoda pe lângă faptul că nu necesită schele şi utilaj special şi greu, are avantajul că toate

asamblările se execută la mică înălţime, execuţia ca şi controlul putând fi efectuate în perfecte

condiţii.

Ridicarea poate fi executată cu ajutorul unor vinciuri obişnuite în atelierele de reparat

locomotive şi depouri, aşezate pe circumferinţă sau cu ajutorul unor scripeţi fixaţi pe o rozetă

rezemată în vîrful unui stâlp care trece prin montantul central tubular al fermelor. Când

rezervorul este construit cu stâlp central, acesta este folosit pentru rezemarea rozetei. În

figurile 1.25 şi 1.26 sunt arătate schematic fazele montajului neexecutat după această metodă.

Fig 1.25.Montarea rezervorului Fig1.26.Montarea rezervorului cu scripeţi

cu vinciuri fixaţi pe stâlpul central

În figura 1.26, înălţimea montantului de reazem al fermei este mai mare ca înălţimea

virolei superioare cauză pentru care este necesară manevra arătată în figură: a) prinderea

proviziorie de ferme a virolei; b) sudarea virolei 1 cu 2; c) sudarea definitivă a fermelor de

virole.

Aceste metode de montaj descrise mai sus, au dezavantajul că toate cusăturile sudate

trebuie executate la şantier. Pentru a se avita sudarea la şantier, s-a trecut la executarea şi

montarea rezervoarelor rulate. În acest caz peretele rezervorului se sudează complet în atelier,

toate sudurile fiind executate îm capete şi apoi mantaua se rulează sub forma unei spirale al

cărei diametru exterior nu trebuie să depăşească dimensiunea

maximă admisă de posibilitaţile de transport.

Aceeaşi operaţie poate fi executată şi

asupra fundului care poate să fie livrat la

şantier într-o bucată sau din două jumătăţi.

Înfăşurarea ruloului poate să înceapă în

timp ce sudarea tablelor avansează, sau numai

după ce toate tablele au fost sudate. Prima

alternativă are avantajul că nu necesită

suprafeţe mari în atelier.

Sudarea tablelor se execută cu arc sub flux pe un suport de cupru (fig 1.27).

Montarea şi sudarea se execută pe standuri magnetice, ceea ce simplifică foarte mult montajul

tablelor şi înlătură toate dispozitivele de fixare.

Înfăşurarea se execută cu un dispozitiv format din două roţi fixate pe suporţi foarte

puternici şi care pot fi învârtite simultan cu un troliu mecanic. De aceste roţi se fixează la o

distanţă de cca 50 mm câte un inel pe care se înfăţoară tabla. La început cele două inele sunt

legate între ele printr-o grindă care înainte ca

Fig 1.27. Sudarea automată sub flux a tablelor

prima spiră de tablă să fie închisă se demontează. Pentru a înlătura deformaţii ale ruloului în

timpul transportului, înainte de închiderea primei spire şi după demontarea grinzii de legătură,

se introduc între cele 2 inele frontale inelele intermediare. În figura 1.28, este arătată schema

dispozitivului

de rulare. Desfacerea acestor rulouri la şantier se execută cu ajutorul tractoarelor. În figura

1.29, este arătată desfacerea şi aşezarea fundului executat dintr-o bucată sau din două

jumătăţi.

Fig 1.28 Mecanism de rulare a pereţilor cilindrici

Ruloul care reprezintă mantaua cilindrică a rezervorului se desfăşoară

după ce a fost ridicat vertical .

În figura 1.30 este arătată desfacerea şi aşezarea la

şantier a peretelui vertical. Marginea liberă a tablei trebuie să fie

rigidizată provizoriu, pentru a se asigura stabilitatea

peretelui în timpul montajului.

Pe măsură ce ruloul se desfăşoară, se execută prinderea peretelui de fund. Prin înfăşurarea tablelor

în atelier şi desfacerea lor la şantier apar în material eforturi şi deformaţii remanente a căror mărime însă în

cele mai multe cazuri nu este importantă.

Efortul unitar maxim, care apare într-o tablă îndoită cu raza R poate fi

calculat din alungirea fibrei exterioare.

Admiţând fibra mediană nedeformată, rezultă:

Fig 1.29 Desfacerea şi aşezarea fundului rezervorului

Δl=2⋅π⋅s2 1.46

ε= Δl2⋅π⋅R

= s2⋅R 1.47

iar :

σ= ε⋅E

1−μ 2

¿

= E⋅s2 R ¿¿

¿¿¿

1.48

Din această formulă se poate stabili că, pentru grosimi mai mari

Fig.1.30. Desfacerea şi aşezarea mantalei rezervorului

de 2,5 mm când îndoirea se face cu o rază de 1500 mm este atinsă limita de elasticitate a

oţelului OL 37, σ e=1900 kgf /cm 2

¿¿

.

Diagrama solicitărilor interioare este atătată în figura 1.31

În figura 1.31a solicitările nu au depăşit în fibra

extremă limita de elasticitate pe când diagrama

1.31b reprezintă cazul în care limita de curgere a

fost atinsă în fibrele aflate la distanţa h1, măsurată

faţă de mijlocul tablei. După desfacerea ruloului,

diagrama solicitărilor interioare remanente arată

ca în figura 1.31c.

Această diagramă rezultă din condiţiile de

echilibru care se pot scrie pentru eforturile unitare

Fig 1.31 Diagrama eforturilor unitare la table rulate

∑ X=0 şi ∑ M =0 .

Însemnând raportul:

σc

σfic

=k

unde: σc – limita de curgere a materialului

σfic- o rezistenţă fictivă care ar apărea în fibra extremă în cazul unei comportări perfect

elastice.

Rezistenţa remanentă rezultă:

σ rem=σ c

2⋅¿¿

1.49

Pentru tablă de 10 cm grosime, înfăşurată într-un rulou cu diametrul de 280 cm, rezultă:

fic= s⋅E2¿¿

¿¿

k=2400

8250=0 .291

σ rem=2400

2¿¿

Raza remanentă a tablei înfăşurată cu raza Rinf şi apoi desfăşurată liber se calculează

din relaţia:

Rrem

=2⋅R

inf

k 3

¿−3k+2

¿

Pentru exemplul calculat rezultã:

Rrem

= 2⋅140

0 , 291 3

¿−3⋅0 , 291+2

=243 cm ¿

Se observă că aceste raze sunt diferite pe înălţimea ruloului, grosimile tablelor diferitelor

virole fiind diferite şi că razele remanente în general sunt mai mici decât raza rezervorului.

Pentru formarea corpului rezervorului este deci necesară o forţă de tracţiune care va trebui să

fie atât de mare ca să deformeze peretele până ajunge la raza prescrisă şi în plus să învingă

frecarea care apare între rulou şi fund în momentul desfăşurării. Alta este de obicei situaţia

fundului rulat. Din cauza grosimilor reduse a tablelor fundului, raza remanentă este mai mare

motiv din care ruloul trebuie reţinut pentru ca desfacerea să nu se facă brusc.

Rezervoarele rulate au o tehnologie de fabricaţie proprie. Toate tablele se îmbină prin

cusături cap la cap, îmbinările plasându-se pe aceeaşi orizontală şi verticală şi nu decalat (fig

1.32).

Îmbinarea de închidere a peretelui care se

efectuează la şantier se

execută prin

suprapunere.

Acoperirea se

proiectează pe o lăţime

de 90 mm. Peretele se

prinde pe fund prin

două cusături continue sau

printr-o cusătură interioară şi de o cornieră aşezată exterior, astfel

încât aceasta să nu împiedice

Fig 1.32 Plasarea tablelor la rezervoare rulate

desfăşurarea ruloului.

La rezervoare de capacitate redusă tablele pot fi aşezate vertical. Prin această dispoziţie

lungimea cusăturilor sudate se reduce simţitor (fig 1.33). Această soluţie este mai ales indicată

când grosimea virolei inferioare nu depăşeşte grosimea minimă de 4 mm.

Prin STAS 2404-66 sunt normalizate rezervoare pentru depozitarea ţiţeiului şi a

produselor petroliere lichide (Tabelul 1.2).

După verificarea calitativă a cusăturilor sudate verificare care de se execută prin umplerea

cu apă a rezervorului, se verifică dimensiunile rezervorului pentru care sunt admise

următoarele toleranţe faţă de dimensiunile din proiect:

Fig 1.33 Plasarea tablelor la rezervoare de capacitate mică

- La diametru dat la nivelul fundului şi la nivelul superior toleranţa este dată în

tabelul 1.2 .

- Înălţimea rezervorului este tolerată cu ±0,50%.

- Săgeata totală a fiecărei virole este maximum 10 mm.

- Abaterea locală de la verticală a peretelui este de ±50 mm.

La proiectarea şi amplasarea rezervoarelor trebuie avut în vedere normativul privind

proiectarea şi executarea construcţiilor sudate din punct de vedere al prevenirii incendiilor,

NPCI-1969 editat de Comitetul de Stat pentru Construcţii, Arhitectură şi Sistematizare.

Tabelul 1.2

Dimensiunile şi greutăţile rezervoarelor tipizate

Capacitate Diam. exteriorÎnălţimea părţii cilindrului

Nr. virole

Nr. table la virole

Greutatea rezervorului

Forma

Nominalăm3

Teoreticăm3 mm

Abateri limită

hmm

Abateri limită

bucăţi bucăţiGkgf

Abateri limită

Capac Fundului

5010020050010002000300040005500

5211821054510992186316141095752

37505650753094201131014970168502047026000

±0,25

±0,20

47154715473078351094512520140501250010835

±0,50

333578987

23456891114

430070001100020000350005900081810103765143810

±10

Calotasfericăcu săgeata1/10diametrul rezervorului

Plană

Aşa cum s-a arătat la începutul acestui capitol rezervoarele pentru produse petroliere se

dimensionează pentru o suprapresiune de 0,025 at. Această suprapresiune în condiţiile

climatice de la noi , nu împiedică însă respiraţia rezervorului. Când presiunea atmosferei

gazoase, aer plus vapori, care se formează deasupra lichidului înmagazinat creşte, supapa de

siguranţă se deschide şi vaporii sunt eliminaţi în atmosferă. Rezultă de aici o pierdere

cantitativă şi de asemenea o importantă pierdere calitativă deoarece elementele cele mai

valoroase sunt cele volatile. Când din cauza contracţiei de răcire presiunea scade, supapa se

deschide iarăşi şi în sens invers pătrunde în rezervor aer proaspăt care se încarcă cu vapori

producând o evaporare a unei cantităţi din lichidul înmagazinat. Cum acest lucru se poate

produce chiar de mai multe ori pe zi, se ajunge ca într-un an aceste pierderi să fie de zeci de

mii de litrii.

Pentru eviterea acestor pierderi prin respiraţie este necesară mărirea suprapresiunii admise

în rezervor şi adaptarea formei constructive a rezervorului acestor noi condiţii de lucru. O

soluţie avantajoasă din punct de vedere economic este aceea aplicată la rafinăria din Donges

în Franţa. Rezervorul calculat pentru o suprapresiune de 0,175-0,2 at, elimină pierderile prin

respiraţie. Acest rezervor este format din următoarele elemente:

- corpul rezervorului care este cilindric şi executat din tablă;

- capacul care este alcătuit dintr-o pânză autoportantă cu dublă curbură pentru

capacităţi mai mici (figura 1.34) sau dintr-un inel toric cu meridianul un sfert de

elipsă şi o calotă sferică susţinută printr-o grindă inelară ancorată cu tiranţi

tubulari (fig 1.35) în cazul rezervoarelor mari;

- fundul rezervorului care este alcătuit dintr-o placă de beton armat cu grosime

constantă sau cu o îngroşare spre margini. Etanşarea fundului se execută cu tablă

de 3 mm grosime. Dacă etanşeitatea fundului se asigură numai prin placa de

beton armat special tratată, pentru a împiedica contactul cimentului cu

hidrocarburile, se foloseşte o saltea de apă de cca 0,5...0,7 m grosime, care prin

diferenţa de densitate se amestecă cu lichidul înmagazinat.

Fig 1.34 Rezervor pentru capacităţi mai mici

Fig 1.35 Rezervor pentru capacităţi mari

Când terenul de fundaţie este stâncă, cu doi tiranţi dimensionaţi corespunzător (fig 1.36),

calculul în stadiul de încovoiere se simplifică deoarece ţinând seama de rigiditatea mare a

fundului faţă de rigiditatea mantalei cilindrice, în ecuaţiile (1.34) şi (1.35) se poate introduce:

u=0 , x=0.

Fig 1.36 Rezervor pentru capacitatea de 20000 m3

Mantaua cilindrică şi montanţii centrali trebuie să fie ancoraţi în placa de fund pentru

preluarea forţei ascensionale care se exercită asupra construcţiei metalice.

Pierderi cantitative şi calitative de asemenea importante, rezultă la umplerea şi golirea

rezervorului. În cazul umplerii lichidul împinge afară aerul din rezervorul saturat cu vapori,

iar în cazul golirii pătrunde în rezervor aer proaspăt care de asemenea se încarcă cu vapori.

Pentru un rezervor de 5000 m3 s-au constatat pierderi anuale, prin respiraţie şi la umplere şi la

golire până la 170 m3.

Pentru a înlătura aceste pierderi, o soluţie raţională este rezervorul cilindric cu capac

plutitor. La acest sistem capacul pluteşte pe lichidul înmagazinatfiind eliminat astfel volumul

de aer de deasupra lichidului. Pentru rezervoare cu capacitate sub 5000 m3 capacul este o cutie

cilindrică. Pentru rezervoare cu capacitate mai mare capacul este format dintr-un inel plutitor

care susţine o membrană ce pluteşte pe lichidul înmagazinat. Buna funcţionare a rezervorului

este condiţionată de sistemul de etanşare a rostului dintre capacul plutitor şi mantaua

cilindrică a rezervorului. În figura 1.37, este arătat un sistem care a dat bune rezultate în

exploatare.

Fig 1.37

Rezervor cu

capac plutitor

Sistemul de etanşare

se compune din table

alunecătoare 1, care

sunt împinse pe

mantaua cilindrică a

rezervorului de resoartele lamă 2, tablele alunecătoare sunt

susţinute printr-un sistem de pârghii 3, care asigură o deplasare orizontală a punctului de

suspensie independent de distanţa de la capac la perete. Tablele sunt executate din tablă

galvanizată şi formează un inel continuu. Îmbinările dintre table permit unele deplasări

longitudinale şi sunt în acelaşi timp etanşe. Prin acest inel elastic este asigurat contactul cu

mantaua cilindrică a rezervorului, chiar în prezenţa unor mici deformaţii locale. Legătura

dintre capacul plutitor şi tablele alunecătoare este realizată printr-o membrană 4, executată din

cauciuc sintetic special cu straturi de pânză rezistent la agenţii atmosferici şi la acţiunea

vaporilor şi lichidului din rezervor. Această membrană închide etanş rostul dintre capac şi

perete şi formează sub ea o foarte mică cameră 5. Deasupra întregului dispozitiv de etanşare

sunt aşezate tablele de protecţie 6, fixate pe tablele alunecătoare şi rezemate liber pe capac.

Acest sistem, pe lângă avantajele arătate prezintă un pericol mic de explozie ceea ce

influenţează favorabil cheltuielile de pază şi protecţie.

1.2.2. Rezervoare cilindrice verticale cu fundul curb

Rezervoarele cilindrice verticale cu fundul curb ca şi cele cu fundul plat, sunt formate din:

fund, mantaua cilindrică şi capac. Atunci când tangenta la curba meridian, în punctul de

prindere al fundului de peretele vertical, nu este verticală , este necesară introducerea unei

grinzi inelare la acel nivel, care preia componenta orizontală a forţei nφ. Când rezervorul se

montează la oarecare înălţime faţă de teren (în cazul rezervoarelor pentru asigurarea presiunii

în conductele de apă, înălţimile ating 40-50 m) este necesară o construcţie metalică de

susţinere, formată din stâlpi şi contravântuiri verticale. Grinda inelară serveşte în acest caz şi

ca grindă de rezemare.

Capacul şi peretele cilindric se dimensionează şi se construiesc după indicaţiile date în

subcapitolul precedent. La dimensionarea virolei inferioare se ţine seama de tulburarea

stadiului de membrană.

Fundul este construit după o suprafaţă cu simplă sau cu dublă curbură. Suprafeţele cu

simplă curbură, fundurile conice, au avantajul unei execuţii mai simple, îndoirea tablelor fiind

realizată prin laminare la rece. Aceste funduri necesită însă un consum de material mai mare

ca cele de dublă curbură.

Fundurile cu dublă curbură au în schimb dezavantajul că îndoirea tablelor se poate face

numai la cald şi în matriţe speciale. Din acest punct de vedere, dintre fundurile cu dublă

curbură, fundurile sferice sunt mai avantajoase, deoarece razele de curbură fiind acelaşi,

numărul garniturilor de matriţe necesare este mai redus. Înălţimea calotei se ia de obicei egală

cu 1/6 din diametrul corpului cilindric.

Pentru reducerea solicitărilor din grinda inelară, fundul poate fi executat combinat dintr-

un con şi o calotă sferică (rezervor Intze). Grinda inelară având un diametru mai mic ca

diametrul rezervorului şi construcţia de susţinere va avea în plan dimensiuni mai reduse şi

astfel lungimea diagonalelor contravântuirilor verticale va fi mai mică.

Pentru eliminarea operaţiei de presare la cald, fundul poate fi executat dintr-un număr

mare de petale cilindrice (fig 1.38) care se obţin prin laminare la rece.

În acest caz fundul nu mai este suprafaţă de revoluţie.

Diferitele petale fac parte din pânze cilindrice care se

intersectează între ele, aşa cum se vede în figură.

Fig 1.38 Rezervor cu fund executat din petale cilindrice

n θ=γ z⋅sin α

cos 2

¿ α

( H−z ) ¿

Δ r 2 =γ⋅z

2¿

E⋅s¿ sin

2¿α

cos3¿α

[H (1−μ2 )−z (1− μ

3 )] ¿¿¿

X= γ⋅zE⋅s

⋅sin

2

¿ α

cos 3

¿ α

( 83⋅z−3

2⋅H) ¿¿