5b. Obliczanie grubości okrągłych den płaskich

Średnice średnic, zarówno zewnętrznych D

z

jak i wewnętrznych D

w,

są znormalizowane i zgodnie z normą

BN-64/2201-01 wynoszą:

D

z

= 0.219, 0.273, 0.324, 0.356, 0.406, 0.457 lub 0.508 [m].

D

w

= 0.6, 0.7, 0.8, (0.9), 1.0, (1.1), 1.2, (1.3), 1.4, (1.5), 1.6, (1.7), 1.8, (1.9), 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4,

3.6, 4.0 dla zbiorników oraz dodatkowo dla kolumn 4.5, 5.0, 6.3, 8.0 i 10.0 [m]. Wartości w nawiasach dotyczą
średnic płaszczy grzejnych.

Rozróżnia się następujące kształty den płaskich: I, II i IV - płaskie przyspawane bez wyoblenia, III - płaskie

przyspawane z szyjką, V – płaskie z wyobleniem, VI - płaskie przykręcane między kołnierzami, VII, VIII – płaskie
przykręcane (pokrywa) i IX – płaskie przyspawane wzmocnione żebrami (kotwami).

VIII

VII

VI

V

IV

II III

I

IX

Rzeczywistą grubość ścianki opisuje uniwersalna dla wszystkich dennic płaskich zależność:

(

)

3

2

1

c

c

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

+

+

+

⋅

⋅

−

⋅

=

[m]

gdzie:
A [ - ] – współczynnik zależny od typu dna (Rys.I-IX),
C [ - ] – współczynnik, dla den (Rys.VII i Rys.VIII), dla których C≠1 i przy D

o

/D

w

≤1.3 wynosi:













−

=

1

.

0

2

1

u

o

D

D

C

[ - ]

p

o

[MN/m

2

] - ciśnienie obliczeniowe,

D

w

[m] - średnica wewnętrzna dna,

D

o

[m] – średnica rozmieszczenia śrub,

D

u

[m] – średnia średnica uszczelki,

r

w

[m] – promień zaokrąglenia,

k

r

[MN/m

2

] - naprężenia dopuszczalne na rozciąganie,

δ [m] – średnica największego koła przechodzącego przez co najmniej 3 punkty usztywnionego dna płaskiego,

dotyczy tylko dna wzmocnionego żebrami (Rys.IX.).

20

z [ - ] – współczynnik osłabienia równy: z = 1 dla den bez otworów lub z otworami, których największy spełnia

warunek d < 0.05 [m] i dodatkowo wszystkie są rozmieszczone na powierzchni pierścienia o średnicach: D

w

i

D

w

/2 w pozostałych przypadkach:

(

)

w

o

n

w

o

D

d

d

d

D

z

/

2

1

/

...

+

+

−

=

[ - ]

d

n

[m] – średnica zewnętrzna n-tego króćca,

c

1

, c

2

i c

3

[m] są naddatkami na: korozję, tolerancję wyrobów walcowanych i inne nieprzewidziane w obliczeniach

oddziaływania np. wahania temperatury, zmęczenie materiału (Tablica [8]):

Naddatek na korozję zależny od stopnia
odporności materiału

c

1

c

1

= s. τ

s [m/rok] wyznacza się z tablic stopni
odporności dla różnych materiałów
τ -czas eksploatacji zbiornika [lata]

Naddatek na tolerancję grubości blach
walcowanych (ujemna odchyłka tolerancji)

c

2

c

2

= 0.0005 [m] dla blach o grubości g <5 [mm],

c

2

= 0.0006 [m] dla blach 6 < g < 7 [mm],

c

2

= 0.0008 [m] dla blach 8 <g < 20 [mm],

c

2

= 0.001 [m] dla blach g > 20 [mm].

Naddatek na inne naprężenia (np.termiczne)

c

3

ustala projektant, zwyczajowo 0.001 [m]

Przykład obliczeń grubości ścianek den płaskich zbiornika cylindrycznego

Przykład I Tematem projektu jest cylindryczny, pionowy i bezciśnieniowy zbiornik przeznaczony do
magazynowania 2 ton oleju opałowego. Zbiornik ma być umieszczony 2.5 [m] nad poziomem gruntu, na zewnątrz.
Z dotychczasowych obliczeń otrzymano: V

nom

= 3.2 [m

3

], D

w

=1.6 [m] i p

o

= 0.1 [MPa], t

o

= 50 [

o

C], k

r

=125.5

[MPa] (powłoki płaskie), k

r

=137.0 [MPa] (dna płaskie) i d

z

= 0.133 [m]. Założono pięcioletni okres eksploatacji

zbiornika

τ = 5 [lat].

Dane/Założenia:

Obliczenia:

Wyniki:

5. Grubości wszystkich rodzajów den lub pokryw płaskich

5.1. Obliczenie naddatków

τ = 5 [lat],
Zał.: g>0.01 [m],
8 <g < 20 [mm]
czyli c

2

= 0.0008

[m],
c

3

= 0.001 [m].

Dobrana w poprzednim punkcie, jako materiał konstrukcyjny zbiornika,

stal St3S w oddziaływaniu z olejem opałowym ma I stopień odporności
korozyjnej, któremu odpowiada szybkość korozji s = 0.0001 [m/rok] stąd:

c

1

=

τ s = 0.0005 [m], a następnie:

c = c

1

+ c

2

+ c

3

= 0.0005+0.0008+0.001 = 0.0023 [m]

c = 0.0025 [m]

5.2. Obliczenie z - współczynnika osłabienia dna

Zał.: d =0.14 [m]
(otwór pod
króciec),
D

w

=1.6 [m],

D

o

= 1.820 [m]

(wg. PN 87/
H-74731 dla PN
= 1.6 [MPa])

Otwór w dnie d > 0.05 [m] stąd z ≠ 1 i wynosi:

(

)

912

.

0

6

.

1

14

.

0

6

.

1

...

2

1

=

−

=

+

+

−

=

w

n

w

D

d

d

d

D

z

dla den: Rys.I-V

(

)

923

.

0

82

.

1

14

.

0

82

.

1

...

2

1

=

−

=

+

+

−

=

o

n

o

D

d

d

d

D

z

dla den: Rys.VI-VIII

(

)

825

.

0

8

.

0

14

.

0

8

.

0

...

2

1

=

−

=

+

+

−

=

δ

δ

n

d

d

d

z

dla dna Rys.IX

z = 0.912 lub
z = 0.923 lub
z = 0.825.

21

5.3. Dna wg.Rys.I i Rys.IV bez otworów i z otworem

A=0.35,
r

w

= 0, C =1, z =1

lub z = 0.912
D= D

w

=1.6 [m],

p

o

= 0.1 [MPa],

k

r

= 137 [MPa],

c = 0.0023 [m].

(

)

0174

.

0

0023

.

0

137

1

.

0

6

.

1

35

.

0

=

+

⋅

⋅

=

+

⋅

⋅

−

⋅

=

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

[m]

0181

.

0

0023

.

0

912

.

0

137

1

.

0

6

.

1

35

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

g

rz

= 0.0174 [m]

g

rz

= 0.0181 [m]

5.4. Dno wg.Rys.II bez otworów i z otworem

A=0.45, r

w

= 0, C

=1, z = 1 lub z
=0.912,
D= D

w

=1.6 [m],

p

o

= 0.1 [MPa],

k

r

= 137 [MPa],

c = 0.0023 [m].

(

)

0217

.

0

0023

.

0

137

1

.

0

6

.

1

45

.

0

=

+

⋅

⋅

=

+

⋅

⋅

−

⋅

=

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

[m]

0227

.

0

0023

.

0

912

.

0

137

1

.

0

6

.

1

45

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

g

rz

= 0.022 [m]

g

rz

= 0.023 [m]

5.5. Dno wg.Rys.III bez otworów i z otworem

A = 0.40, r

w

=0,

C = 1, z = 1 lub
z = 0.912
D= D

w

=1.6 [m],

p

o

= 0.1 [MPa],

k

r

= 137 [MPa],

c = 0.0023 [m].

(

)

0196

.

0

0023

.

0

137

1

.

0

6

.

1

40

.

0

=

+

⋅

⋅

=

+

⋅

⋅

−

⋅

=

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

[m]

0204

.

0

0023

.

0

912

.

0

137

1

.

0

6

.

1

40

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

g

rz

= 0.020 [m]

g

rz

= 0.0204 [m]

5.6. Dno wg.Rys.VI

Zgodnie z normą BN-84/2532-02 grubość tego typu dna g ≤ 0.010 [m] i

stosuje się je do ciśnień PN ≤ 0.07 [MPa]. W tej sytuacji, wobec braku
wartości r

w

prowadzenie obliczeń, nawet porównawczych, nie jest możliwe.

5.7. Dno wg.Rys.VI bez otworów i z otworem

A= 0.45, r

w

= 0,

C = 1, z = 1 lub z
= 0.923, D=D

u

,

p

o

= 0.1[MPa],

k

r

= 137 [MPa],

c = 0.0023 [m].

Kołnierz DN =1.6 [m] i PN =1.6 [MPa] zgodnie z normą PN 87/H-74731

ma następujące wymiary: D

z

=1.930 [m], D

o

=1.820 [m], D

w

=1.626 [m], g =

0.125 [m], n

sr

= 40 [szt] d

sr

= M52, masa G = 735 [kg].

Średnia średnica uszczelki oraz grubość ścianki, dla tego kołnierza wynosi:

688

.

1

2

75

.

1

626

.

1

2

1

=

+

=

+

=

D

D

D

w

u

[m] , a następnie

(

)

0228

.

0

0023

.

0

137

1

.

0

688

.

1

45

.

0

=

+

⋅

⋅

=

+

⋅

⋅

−

⋅

=

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

[m]

0240

.

0

0023

.

0

923

.

0

137

1

.

0

688

.

1

45

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

D

z

= 1.930 [m],

D

o

= 1.820 [m],

D

w

= 1.626 [m],

g = 0.125 [m],
n

sr

= 40 [szt],

d

sr

= M52,

G = 735 [kg],
D

u

=1.688 [m]

g

rz

= 0.023 [m]

g

rz

= 0.024 [m]

22

5.8. Dna wg.Rys.VII i Rys.VIII bez otworów i z otworem

A = 1, C ≠ 1,
r

w

= 0, z = 1 lub

z = 0.923
D

o

= 1.820 [m],

D=D

u

=1.688 [m]

p

o

= 0.1[MPa],

k

r

= 137 [MPa],

c = 0.0023 [m].

489

.

0

1

.

0

688

.

1

82

.

1

5

.

0

1

.

0

2

1

=













−

⋅

=













−

=

u

o

D

D

C

(

)

0246

.

0

0023

.

0

137

1

.

0

688

.

1

489

.

0

=

+

⋅

⋅

=

+

⋅

⋅

−

⋅

=

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

[m]

0255

.

0

0023

.

0

923

.

0

137

1

.

0

688

.

1

489

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

g

rz

= 0.025 [m]

g

rz

= 0.026 [m]

5.9. Dna wg.Rys.IX bez otworów i z otworem

A = 0.45, r

w

= 0,

C = 1, z = 1 lub z
= 0.825 D =

δ,

D

w

= 1.6 [m],

p

o

= 0.1[MPa],

k

r

= 137 [MPa],

c = 0.0023 [m].

Dla dna o 4 żebrach

δ ≈ D

w

/2 = 0.8 [m], 6 żebrach

δ ≈ D

w

/3.9, 8 żebrach

δ

≈ D

w

/4.4 i 12 żebrach

δ ≈ D

w

/5.2

(

)

0120

.

0

0023

.

0

137

1

.

0

8

.

0

45

.

0

=

+

⋅

⋅

=

+

⋅

⋅

−

⋅

=

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

[m]

0130

.

0

0023

.

0

825

.

0

137

1

.

0

8

.

0

45

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

Dla dna o 6 żebrach

δ ≈ D

w

/3.9 = 0.412 [m]

0073

.

0

0023

.

0

137

1

.

0

412

.

0

45

.

0

=

+

⋅

⋅

=

rz

g

[m]

0078

.

0

0023

.

0

825

.

0

137

1

.

0

412

.

0

45

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

g

rz

= 0.012 [m]

g

rz

= 0.013 [m]

g

rz

= 0.0073 [m]

g

rz

= 0.008 [m]

5.10. Analiza wyników i wybór dna dla zbiornika zamkniętego

g

rz

= 0.012 [m]

(bez otworu),
g

rz

= 0.013 [m]

(z otworem)

g

rz

= 0.008 [m]

Jeżeli zbiornik nie ma pokrywy zdejmowanej, lecz jest zamknięty to

najbardziej optymalnym rozwiązaniem, w przypadku den płaskich, jest
zastosowanie den wzmocnionych żebrami (Rys.IX), które zużywają najmniej
materiału i najmniej ważą. Przy czym im więcej żeber tym dno będzie
cieńsze, lżejsze i tańsze.

Dla dna z 4-ma żebrami bez otworów należy je wyciąć z blachy stalowej

St3S (Artykuł nr B01) o grubości g = 0.012 [m], sprzedawanej w arkuszach
2.0 x 4.0 [m] wg. Standardu AISI 304 (Mat.Pom.[2.4]), a dla dna z otworami
blachę o grubości g = 0.014 [m] i wykonać we własnym zakresie (o ile zakład
dysponuje odpowiednim warsztatem i parkiem maszynowym).

Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest zdecydować się na dno stalowe płaskie

z 12 żebrami skośnymi o grubości g

rz

= 0.008 [m] odmiany BP 1600/8 zgodne

z PN-65/2222-04.

g

d

= 0.012 [m]

g

d

= 0.014 [m]

g

rz

= 0.008 [m]

5.11 Grubość ścianek płaskiej pokrywy

g

rz

= 0.025 [m]

(bez otworu),
g

rz

= 0.026 [m]

(z otworem).

Pokrywy Rys.VII lub VIII można wykonać z blachy o grubości g

rz

= 0.025

[m] i w przypadku otworów g

rz

= 0.026 [m] produkowanej ze St3S, zgodnie z

PN-86/H-92138 sprzedawanej m.in. w arkuszach 1.7 x 1.8 [m].

g

rz

= 0.025 [m]

g

rz

= 0.026 [m]

23

Przykład II

Tematem projektu jest cylindryczny, poziomy zbiornik o pojemności V = 4.5 [m

3

], ciśnieniu p = 15

[at] i temperaturze t = 15 - 50 [

o

C] przeznaczony do magazynowania amoniaku. Zbiornik ma być umieszczony w

pomieszczeniu piwnicznym o wysokości 3 [m], skąd przetłaczany jest amoniak na wysokość 4 [m] do hali
sprężarek Z dotychczasowych obliczeń otrzymano: V

nom

= 5.0 [m

3

], D

w

=1.6 [m] i p

o

= 1.6 [MPa], t

o

= 50 [

o

C],

k

r

=125.5 [MPa] (powłoki płaskie), k

r

=138.0 [MPa] (dna płaskie) i k

r

=147.8 [MPa] (dna wyoblone) dla 1H18N9T

oraz d

z

= 0.1397 [m]. Założono pięcioletni okres eksploatacji zbiornika (

τ = 5 [lat]).

Dane/Założenia:

Obliczenia:

Wyniki:

5. Grubości wszystkich rodzajów den lub pokryw płaskich

5.1. Obliczenie naddatków

τ = 5 [lat],
Zał.:g >0.02 [m],
czyli c

2

= 0.001

[m]
c

3

= 0.001 [m].

Dobrana w poprzednim punkcie, jako materiał konstrukcyjny zbiornika,

stal 1H18N9T w oddziaływaniu z amoniakiem I stopień odporności
korozyjnej, któremu odpowiada szybkość korozji s = 0.0001 [m/rok] stąd:

c

1

=

τ s = 0.0005 [m], a następnie:

c = c

1

+ c

2

+ c

3

= 0.0005+0.001+0.001 = 0.0025 [m]

c = 0.0025 [m]

5.2. Obliczenie z - współczynnika osłabienia dna

Zał.: d= 0.14 [m]
(otwór pod
króciec),
D

w

=1.6 [m],

D

o

= 1.820 [m]

(wg. PN 87/
H-74731 dla PN
= 1.6 [MPa])

Otwór w dnie d > 0.05 [m] stąd z ≠ 1 i wynosi:

(

)

912

.

0

6

.

1

14

.

0

6

.

1

...

2

1

=

−

=

+

+

−

=

w

n

w

D

d

d

d

D

z

dla den: Rys.I – V,

(

)

923

.

0

82

.

1

14

.

0

82

.

1

...

2

1

=

−

=

+

+

−

=

o

n

o

D

d

d

d

D

z

dla den: Rys.VI – VIII,

(

)

825

.

0

8

.

0

14

.

0

8

.

0

...

2

1

=

−

=

+

+

−

=

δ

δ

n

d

d

d

z

dla dna Rys.IX.

z = 0.912 lub
z = 0.923 lub
z = 0.825.

5.3. Dna wg.Rys.I i Rys.IV bez otworów i z otworem

A = 0.35,
r

w

= 0, C =1, z =1

lub z = 0.912
D= D

w

=1.6 [m],

p

o

= 1.6 [MPa],

k

r

=138.0 [MPa],

c = 0.0025 [m].

(

)

0628

.

0

0025

.

0

0

.

138

6

.

1

6

.

1

35

.

0

=

+

⋅

⋅

=

+

⋅

⋅

−

⋅

=

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

[m]

0656

.

0

0025

.

0

912

.

0

138

6

.

1

6

.

1

35

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

g

rz

= 0.063 [m]

g

rz

= 0.066 [m]

24

5.4. Dna wg.Rys.IX bez otworów i z otworem

A = 0.45, r

w

= 0,

C = 1, z = 1 lub
z = 0.825,
D =

δ,

D

w

= 1.6 [m],

p

o

= 1.6[MPa],

k

r

= 138.0 [MPa],

c = 0.0025 [m].

Jak wynika z powyższych obliczeń przy tym ciśnieniu nie powinno się

stosować zwykłych den płaskich, gdyż ich grubość jest zbyt duża, co będzie
miało wpływ na całkowity ciężar zbiornika i na jego koszty.

Dalsze obliczenia, dotyczące den wzmocnionych żebrami, rozpoczęto

od 8 żeber, dla których

δ ≈ D

w

/4.4 = 0.364 i 12 żebrach

δ ≈ D

w

/5.2

(

)

0201

.

0

0025

.

0

0

.

138

6

.

1

364

.

0

45

.

0

=

+

⋅

⋅

=

+

⋅

⋅

−

⋅

=

c

z

k

p

C

r

D

A

g

r

o

w

rz

[m]

0219

.

0

0025

.

0

825

.

0

0

.

138

6

.

1

364

.

0

45

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

Dla dna o 12 żebrach

δ ≈ D

w

/3.9 = 0.308 [m]

0174

.

0

0025

.

0

0

.

138

6

.

1

308

.

0

45

.

0

=

+

⋅

⋅

=

rz

g

[m]

0189

.

0

0025

.

0

825

.

0

0

.

138

6

.

1

308

.

0

45

.

0

=

+

⋅

⋅

⋅

=

rz

g

[m] z otworem

g

rz

= 0.021 [m]

g

rz

= 0.022 [m]

g

rz

= 0.018 [m]

g

rz

= 0.019 [m]

5.5. Analiza wyników i wybór dna dla zbiornika zamkniętego

g

rz

= 0.021 [m]

(bez otworu),
g

rz

= 0.022 [m]

(z otworem)
g

rz

= 0.018 [m]

(bez otworu),
g

rz

= 0.019 [m]

(z otworem).

Dla poziomego zbiornika zamkniętego, bez zdejmowanej pokrywy, w

przypadku konieczności zastosowania den płaskich, powinny to być dna
wzmocnione 8 lub 12 żebrami (Rys.IX).

Dla dna z 8-ma żebrami bez otworów należy je wyciąć z blachy

kwasoodpornej o grubości g = 0.021 [m], sprzedawanej w arkuszach 1.7x1.8
[m] wg. PN-86/H-92138 (Mat.Pom. [2.2]), a dla dna z otworami blachę o
grubości g = 0.022 [m] i wykonać we własnym zakresie (o ile zakład
dysponuje odpowiednim warsztatem i parkiem maszynowym).

Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest zdecydować się na dno stalowe

płaskie z 12 żebrami skośnymi odmiany BP 1600/18 zgodne z PN-65/2222-
04 i wówczas grubość blachy wyniesie: g

rz

= 0.018 [m] (bez otworów) lub g

rz

= 0.019 [m] (z otworem)

g

d

= 0.021 [m]

g

d

= 0.022 [m]

g

rz

= 0.018 [m]

g

rz

= 0.019 [m]

Literatura (

zamieścić na końcu części pisemnej projektu)

[8] Urząd Dozoru Technicznego, Warunki techniczne dozoru technicznego, Urządzenia ciśnieniowe, Obliczenia

wytrzymałościowe, DT-UC-90/WO-O, Wydawnictwo Poligraficzne Bydgoszcz 1991.

25