Новое поколение нефтяных аппаратов 2020

Константин Владимирович Ефанов

В монографии выделено новое поколение нефтяных аппаратов, металлоконструкция которых синтезирована из листовой и стержневой металлоконструкций. Рассмотрены по-отдельности основные конструктивных элементы аппаратов. Показано различие в методиках расчетов сосудов и резервуаров. Монография предназначена для специалистов по сосудам и аппаратам под давлением, строительным металлоконструкциям и резервуарам.

Введение

В настоящей монографии из проектируемых конструкций аппаратов и резервуаров выделен новый тип конструкций аппаратов нового поколения.

Критерием отнесения к аппаратам нового поколения выбран уровень сложности металлоконструкции аппарата и использование силового взаимодействия и распределения напряжения по конструкции в пространстве.

Металлоконструкция аппаратов нового поколения состоит из металлоконструкций двух типов – листовых металлоконструкций, из которых состоят аппараты предыдущего поколения (условно первого) и стержневых каркасных металлоконструкций.

Посвящение

Монография посвящается Автору бионического дизайна, самого совершенного способа конструирования –

БОГУ ТВОРЦУ ТРОИЦЕ

Благодарность

Моей маме Татьяне Викторовне, работавшей инженером в нефтяном машиностроении

1 Новое поколение нефтяных аппаратов

Металлоконструкции, как известно, делят на листовые и стержневые [1], [2]. Конструкции аппаратов предыдущего поколения были только листовыми. Корпуса могли быть изготовлены из поковок раскаткой до заданного диаметра или получены рулонированием. Но в любом случае получались сплошные оболочки вращения, идентичные листовым. Поэтому корпуса всех аппаратов предыдущего поколения условно отнесем строго к листовым конструкциям. Конструкции аппаратов предыдущего поколения подробно описаны в работах Вихмана [3], Бабицкого [4], Зусмановской [5], Лащинского [6] и других авторов.

Новое поколение аппаратов имеют конструкцию, объединяющую два вида металлоконструкций: листовых и стержневых.

Металлоконструкции нового поколения проектируются в настоящее время индивидуально и в литературе не описаны.

Также новые конструкции аппаратов распространяются и на конструкции резервуаров определенного типа и вместимости. Четко прописанный критерий отличия сосудов от резервуаров в настоящее время отсутствует.

С точки зрения прочностного расчета сосуды рассчитываются по допускаемым напряжениям, а резервуары как строительные конструкции по предельным нагрузкам.

Новое поколение аппаратов требует применения новых методов нормативных расчетов. Нормы для аппаратов предыдущего поколения являются устаревшими.

Методом расчета конструкция аппаратов нового поколения должен стать расчет методом конечных элементов в специализированном пакете, таком как ANSYS. Сейчас в нормах для сосудов и нормах для резервуаров указано о возможности применения метода конечных элементов и методов строительной механики. Применение методов строительной механики является устаревшим по сравнению с расчетом методом конечных элементов.

Теоретические основы метода конечных элементов являются теория упругости или теория оболочек, то есть теория, на основании которой построены устаревшие нормы. Но по методу конечных элементов по заложенным теориям расчет выполняется на принципиально другом информативном и обоснованном методе. Теория методов расчета оболочек и расчета оболочек методом конечных элементов подробно рассмотрена во впервые написанных для аппаратов специальных монографиях Ефановым [7], [8], [9].

Конструкции нового поколения имеют минимальную массу и поэтому те решения, которые применялись для устаревшего поколения аппаратов, неприменимы к аппаратам нового поколения. Стержневые конструкции обеспечивают прочность за счет правильного расположения массы металла в нужной геометрической зоне, листовые металлоконструкции обеспечивают сплошность оболочки сосуда и несущую функцию.

К аппаратам нового поколения относятся аппараты с цилиндрическими и коробчатыми оболочками. Коробчатую оболочку нельзя рассматривать как составную из пластин, потому что с точки зрения топологии она может быть