В 1958 г, группа научных сотрудников ВНИИСТ под руководством канд. техн.
наук М. К. Сафаряиа выполнила 1 детальные экспериментальные исследования
двух резервуаров ДИСИ емкостью 700 и 2000 м3.
Целью экспериментальных исследований являлось изучение напряженного
состояния, деформаций и устойчивости несущих элементов резервуаров под
действием различных сочетаний нагрузок и гидростатического, давления,
внутреннего избыточного давления и вакуума.
Резервуар емкостью 700 м2 (не имевший центральной стойки) был испытан па
избыточное давление 26С0 мм вод. ст. (вместо 1800 мм вод. ст. по
проекту) и па вакуум 300 мм вод. ст. За вычетом 115 мм вод. ст.,
составляющих снеговую нагрузку и термоизоляцию, собственно вакуум был
185 мм вод. ст. (вместо 50 мм по проекту). Резервуар емкостью 2000 мг с
центральной стойкой был испытан на избыточное давление 2000 мм вод. ст.
и вакуум 200 мм вод. ст., из которых собственно вакуум составил 85 мм
вод. ст.
Кроме того, резервуары одновременно испытывались на гидростатическое
давление различной величины заполнением водой до верха торовой части
кровли.
Избыточное внутреннее давление в резервуаре создавалось при подаче воды
в герметически закрытый резервуар, а вакуум — при сливе воды из
закрытого резервуара.
Замеры величин избыточного давления и вакуума производились с большой
точностью при помощи V-образного манометра.
Для регулирования величины избыточного давления и вакуума был установлен
патрубок с вентилем. После взятия отсчетов по всем приборам при повороте
вентиля воздух выходил либо входил в резервуар и в нем устанавливалось
нормальное атмосферное давление.
Вертикальные перемещения центра кровли и наружного контура днища
резервуара определялись нивелировкой. Изменения геометрической формы
кровли фиксировались при помощи двух взаимно-перпендикулярных проволок,
прикрепленных к вертикальным консолям в центре кровли и к верхнему
кольцу жесткости корпуса резервуара.
Горизонтальные перемещения корпуса резервуара определялись по десяти
отвесам, прикрепленным к верхнему кольцу жесткости на горизонтальных
консолях и опущенным внизу в ведра с водой.
Измерения относительных линейных деформаций, по которым рассчитывались
напряжения в элементах резервуара, производились при помощи
электрических проволочных датчиков сопротивления. На первом резервуаре
емкостью 700 м3 было усташь влено 292 датчика, а на резервуаре 2000 .и3
— 232 датчика. Половину из них составляли активные датчики, а вторую —
температурно-компенсационные датчики для исключения влияния изменения
температуры.
Для выявления напряженного состояния в основных элементах конструкции
датчики были установлены на трех лепестках кровли (с уменьшением шага
между датчиками в торовой части), на верхнем кольце жесткости, в местах
сопряжения корпуса с днищем и кровлей и на анкерных болтах.
На кровле, кроме датчиков, посредине лепестка были укреплены датчики по
грани сопряжения лепестков между собой для определения краевых
напряжений.
В кровле и корпусе в связи с плоским напряженным состоянием системы
датчики ставились попарно — один в меридиональном, другой в кольцевом
направлении.
Датчики применялись с базой 20 мм и омическим сопротивлением 195—200 ом
и были изготовлены на ацетоновом клее из константановой проволоки
диаметром 30 мк.
Измерение деформаций производилось по равновесной мостовой схеме. В
качестве индикатора тока в схеме был применен гальванометр типа ГМП.
Отсчеты брались дважды: до деформации (нулевой отсчет) и после
деформации конструкции.
По относительным линейным деформациям были определены меридиональные и
кольцевые напряжения в различных конструктивных элементах резервуара.
2. Результаты испытаний
Примененная методика испытаний резервуаров достаточно четко выявила
характер деформаций и возникающего напряженного состояния.
В обоих резервуарах напряжения были значительно ниже расчетного
сопротивления стали марки Ст.З, равного 2100 кГ/см2. Например, для
резервуара емкостью 700 м3 средние растягивающие напряжения в кГ1см2
получились: в болтах 950, в нижнем узле корпуса 900, в верхнем кольце
жесткости 1050, в сфероцилиндрической части кровли 1000 и т. д. Только в
отдельных точках торовой части кровли зафиксированы напряжения,
приближающиеся к расчетному сопротивлению.
Анализ напряженного состояния элементов конструкций резервуара 2000 м3
также подтверждает, что в кровле резервуара наиболее напряженной
является торовая часть. При избыточном давлении 2000 мм вод. ст.
наибольшие растягивающие меридиональные напряжения в ней доходят до 2040
кГ/см2, а средние напряжения — до 1610 кГ/см2,
Наибольшие сжимающие кольцевые напряжения в торовой части кровли
достигли 730 кПсм2. Эти напряжения по устой-
чивости оболочки, очевидно, близки к критическим, так как при них в
торовой части образовались две местные вмятины (с менытшм размером в
кольцевом направлении). Поэтому на основании проведенных испытаний было
рекомендовано усилить торовую часть резервуара ДИСИ емкостью 2000 м3
постановкой кольца жесткости или увеличением радиуса тора в
меридиональном направлении.
При давлении 2000 мм вод. ст. и заливе воды на 1,5 м наибольшие
зафиксированные напряжения в анкерных болтах составили 1430 кГ/см2, а
наименьшие 560 кГ/см2. Неравномерность работы анкерных болтов вызвана
разной их затяжкой и неодинаковой осадкой песчаного основания. Поэтому
необходимо перед испытаниями резервуаров, а также периодически во время
эксплуатации (особенно в первое время) производить подтягивание болтов.
В дальнейшем, когда осадка основания уменьшится, болты будут работать
более равномерно.
Таким образом, в результате испытают было установлено* что резервуары
ДИСИ выдержали испытательные нагрузки, значительно превышающие
проектные, без заметных признаков нарушения прочности резервуаров.
На остальных нефтебазах резервуары перед эксплуатацией испытывались на
прочность заливом водой до расчетного уровня и созданием избыточного
давления, превышающего расчетное до 50%. Кроме того, анкерные болты
проверялись на такое же избыточное давление в пустом резервуаре, а
кровля и корпус — на вакуум, превышающий расчетный на 50%.
Избыточные давления или вакуум создавались повышением или понижением
уровня воды или сжатым воздухом.
Все швы проверялись на плотность опрыскиванием керосином или
вакуум-камерой.
На основании анализа результатов экспериментальных и теоретических
исследований ВНИИСТ разработал рекомендации по широкому внедрению
резервуаров ДИСИ в народное хозяйство для хранения светлых
нефтепродуктов под избыточным давлением до 2000—25G0 мм вод. ст.
Учитывая успешный опыт строительства и результаты испытаний резервуаров
ДИСИ, Госстрой СССР разрешил до разработки типовых проектов резервуаров
повышенного давления внедрять в народное хозяйство резервуары емкостью
700 и 1000 ж3 со сфероцилиндрической крышей на избыточное давление 1800
мм вод. ст. и вакуум до 50 мм вод. ст. по проектам Днепропетровского
инженерно-строительного института.