алюминиевая купольная крыша для резервуара

Формула изобретения

1. Алюминиевая купольная крыша для резервуара, включающая распорное кольцо, закрепленное по периметру на стенке резервуара и выполненные из прямолинейных элементов внутренние и опорные раскосы, кольцевые балки, наружную кольцевую балку, отличающаяся тем, что каждый опорный раскос одним концом жестко закреплен на узловой накладке, к которой прикреплены прямолинейные элементы внутренних раскосов и наружной кольцевой балки, а другим шарнирно соединен со стержнем, установленным перпендикулярно опорному раскосу в кронштейне, приваренному к опорному кольцу жесткости резервуара.

2. Алюминиевая купольная крыша для резервуара по п.1, отличающаяся тем, что опорный раскос изготовлен в виде квадратного короба, сваренного из составленных друг с другом полками прокатных швеллеров, с наружными и внутренними пластинами усиления, по центру которых проходит силовой стержень, а внутренние и опорные раскосы, кольцевые балки изготовлены в виде двутаврового профиля, при этом на верхней полке внутреннего раскоса, опорного раскоса и кольцевой балки по центру выполнен продольный прилив.

3. Алюминиевая купольная крыша для резервуара по п.2, отличающаяся тем, что каждый элемент обшивки выполнен по контуру с косоугольным отгибом, прижимная планка для внутреннего и опорного раскосов кольцевой балки выполнена с продольным приливом гребенчатого сечения и пазами для резинового уплотнения и прикреплена к последним посредством самонарезных винтов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно конструкции металлических купольных крыш и узловых соединений в покрытиях сетчатой структуры к цилиндрическим резервуарам для хранения жидких продуктов.

Известен резервуар, включающий основание, стойки, карниз, покрытый листовым настилом, и оболочку, размещенную с внутренней стороны колонн и прикрепленную верхней кромкой к карнизу, причем оболочка выполнена из полотнищ и в верхней части жестко прикреплена к несущим стойкам, а снизу - к основанию (См. Авторские свидетельства СССР №322485, кл. Е04Н 7/22, 1969 г.; №754032, кл. Е04Н 7/04,1980 г.). Недостатком этих технических решений является наличие распорных усилий в стойках, что обуславливается дискретным прикреплением стенки резервуара и переменным углом между ней и вертикалью, а также использование крупногабаритных неразрезных стальных балок-швеллеров и стоек трубчатого сечения. Кроме увеличения материалоемкости, такие решения приводят к снижению эксплуатационной надежности конструкции из-за опасности разрушения соединения стенки со стойками, низкой герметизации оболочки, увеличивают сроки и стоимость строительства.

Известны конструкции металлических купольных крыш с опорными кольцами, в которых нижнее распорное кольцо входит в состав конструкции купольной крыши и опирается шарнирно на опорную стальную стенку резервуара (См., например, Справочник проектировщика «Металлические конструкции», изд. АСВ, М., 1998 г., с.276). Недостатком такого решения является необходимость соблюдения высокой точности при изготовлении и монтаже как самой конструкции купольной крыши, так и опорных конструкций, что при достаточно больших радиусах сферической поверхности купольной крыши приводит к усложнению и удорожанию монтажных работ на купольной крыше и ее установки на опорное кольцо стального резервуара.

Известны конструкции узловых соединений в покрытиях сетчатой структуры купольных крыш. Узел включает металлическую панель обшивки, крепящийся к силовой балке двутаврового сечения (См., например, патенты США №3909994, МКИ Е04В, 1/347, от 07.10.1975 г.; №4297825, МКИ Е04В 1/32, от 03.11.1981 г.). Недостатком этих технических решений является сложность конструктивного выполнения узлов прижима и крепления обшивки, ненадежности герметизации узлов из-за наличия большого количества крепежных болтов и зазора между отгибом листов обшивки и выступом прижимного профиля, небольшой несущей способности узлового соединения на выдергивание обшивки.

Известен узел крепления тонколистовой металлической обшивки к металлическим ребрам купольной крыши таврового или двутаврового сечения с приливами, прижимными накладками и крепежными болтами, в котором тонколистовая обшивка выполнена по контуру с прямоугольным отгибом, а каждая прижимная накладка выполнена с сечением, ответным гребенчатому сечению прилива, и прикреплена к последнему посредством самонарезающего болта, причем зазор между отгибом листа обшивки и выступом прижимной накладки не превышает расчетной величины, при этом сам прямоугольный отгиб листа в узле крепления тонколистовой металлической обшивки выполнен по кромке с дополнительным отгибом прямоугольного сечения, охватывающим кромку выступа прилива (См., патент РФ №2203367, кл. Е04В 1/32, Е04Д 3/362). Недостатком данного технического решения является выполнение тонколистовой обшивки с чисто прямоугольным отгибом, и выполнение отгиба листа по кромке с дополнительным отгибом также прямоугольного сечения, охватывающим кромку выступа прилива, что может привести в каждом из этих вариантов к неконтролируемому разрыву тонколистовой металлической обшивки в местах концентрации напряжений при креплении крепежными болтами обшивки к металлическим ребрам купольной крыши с помощью прижимной накладки и потерЕ герметичности стыка узла крепления. Кроме того, расчетная величина зазора между отгибом листа обшивки и выступом прижимной накладки, зависящая от нагрузки на обшивку, требует в каждом конкретном проекте при изготовлении купольных крыш применения металлических ребер таврового/двутаврового сечений с приливами с различными допусками изготовления, что в условиях серийного производства маловероятно, или доработки серийно выпускаемых профилей, что малоприемлемо, так как механические работы ослабят прочностные параметры профилей и не позволят увеличить несущую поверхность узла на выдергивание обшивки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, взятому за прототип, является «Алюминиевый сетчатый купол» (См. патент РФ №2190739, МКИ Е04Н 7/06 от 10.10.2002 г.). Алюминиевый сетчатый купол вертикального цилиндрического резервуара со стальной стенкой включает нижнее распорное кольцо и опорные раскосы, при этом нижнее распорное кольцо купола выполнено из стали и жестко закреплено по периметру на стальной стенке резервуара с выполнением роли ее верхнего кольца жесткости, а нижние опорные раскосы купола присоединены к указанному распорному кольцу. Кроме того, нижние алюминиевые опорные раскосы купола закреплены на стальном распорном кольце посредством промежуточной стальной пластины, присоединенной к опорным раскосам шарнирно, а к распорному кольцу жестко. Известный алюминиевый сетчатый купол, принятый за прототип, имеет следующие недостатки. Нижнее распорное кольцо алюминиевого купола входит в состав конструкции купола, выполнено из стали и жестко закреплено по верхнему периметру на стальной стенке резервуара с выполнением роли ее верхнего кольца жесткости, что не точно соответствует принятому названию изобретения, принятого за прототип. Нижние опорные раскосы (опорные балки) закреплены на стальном распорном кольце посредством промежуточной стальной пластины. Это утяжеляет массу алюминиевого купола, удорожает изготовление опорных раскосов на заводе-изготовителе, увеличивает работы при сборке узлов купола ввиду крепления опорных раскосов на промежуточной стальной пластине через паронитовые прокладки с помощью болтов, стержней с опорными алюминиевыми пластинами, приваренными центрирующими алюминиевыми пластинами. Кроме того, значительно усложняется монтаж шарнирных узлов опорных раскосов на распорном кольце по месту сборки при установке алюминиевого купола, связанный со сваркой стальной пластины к распорному стальному кольцу. Все вышеизложенное значительно увеличивает стоимость разработки, изготовления и проведения монтажных работ по алюминиевому сетчатому куполу.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение перечисленных выше недостатков. Задачей, на которое направлено заявляемое изобретение, является повышение технических и эксплуатационных характеристик стационарной алюминиевой купольной крыши над резервуарами любого типоразмера для хранения любых легких фракций нефти и нефтепродуктов, упрощение монтажных работ и технического обслуживания, снижение металлоемкости и трудозатрат.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в: повышении эффективности и эксплуатационной надежности работы за счет увеличения срока службы алюминиевой купольной крыши благодаря использованию в качестве материалов коррозионностойких алюминиевых сплавов для изготовления внутренних и опорных раскосов, кольцевых и наружной кольцевой балок, прижимных планок, тонколистовой обшивки купола, удовлетворяющих требованиям по свариваемости, прочности, коррозионной стойкости и теплоустойчивости.

Техническим преимуществом предлагаемого решения является:

- применение универсальных шарнирных узлов крепления опорных раскосов купольной крыши к опорному кольцу резервуара практически для любого типоразмера резервуара при одновременном увеличении несущей способности узлового соединения на выдергивание элементов обшивки купола;

- применение для соединения элементов внутренних и опорных раскосов, выполненных в виде профиля двутаврового сечения, стенка которого имеет коробчатый прямоугольный профиль с внутренней горизонтальной по центру короба перегородкой жесткости, высокопрочных болтов;

- обеспечение общей устойчивости конструкции каркаса купола в сочетании с узловыми соединениями, крепление монтажных элементов обшивки к элементам каркаса внахлестку на самонарезных винтах через накладки, резиновые уплотнения и прижимные планки;

- упрощение монтажа купольной крыши при одновременном снижении ее стоимости. Основные признаки предложенного устройства отсутствуют в устройствах-аналогах и прототипе, взаимосвязаны друг с другом и с признаками констатирующей части. Их связь носит устойчивый характер.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

- на фиг.1 - общий вид купольной крыши (вид сверху) для одного опорного раскоса с шарнирным соединением;

- на фиг.2 - общий вид купольной крыши (вид сверху) для двух опорных раскосов с шарнирными соединениями;

- на фиг.3 - узел 1 - узел крепления купольной крыши малого диаметра к опорному кольцу резервуара;

- на фиг.4 - поперечное сечение узла крепления купольной крыши к опорному кольцу резервуара по разрезу А-А на фиг.3;

- на фиг.5 - узел 2 - узлы крепления купольной крыши большого диаметра к опорному кольцу резервуара;

- на фиг.6 - узел 3 - узел крепления внутренних раскосов и кольцевых балок;

- на фиг.7 - разрез по Б-Б внутренних раскосов и кольцевых балок на фиг.6;

- на фиг.8 - сечение по В-В внутренних раскосов и кольцевых балок на фиг.6;

- на фиг.9 - узел крепления элементов обшивки купола к раскосам и кольцевым балкам.

Заявляемая алюминиевая купольная крыша для резервуара согласно изобретению содержит внутренние раскосы 1 (фиг.1, 2), выполненные из прямолинейных элементов, кольцевые балки 2 (фиг.1, 2), опорные раскосы 3,4 (фиг.1, 2), выполненные из прямолинейных элементов, наружную кольцевую балку 5 (фиг.2), опорное кольцо 6 (фиг.3), закрепленное по периметру на стенке резервуара 7 (фиг.3) с усиливающей косынкой - ребрами жесткости 8 (фиг.3), узловую накладку 9 (фиг.7), к которой жестко прикреплены прямолинейные элементы внутренних раскосов 1 и наружной кольцевой балки 5 и один конец каждого опорного раскоса 3,4, а второй его конец шарнирно соединен со стержнем 10 (фиг.4, 5), установленным перпендикулярно опорному раскосу 3,4 в кронштейне 11 (фиг.3, 4, 5), приваренному к опорному кольцу 6. Опорный раскос 3,4 изготовлен в виде квадратного короба, сваренного из состыкованных друг с другом полками прокатных швеллеров, с наружными и внутренними пластинами усиления 9 (фиг.4), по центру которых проходит стержень 10, а внутренние раскосы 1, кольцевые балки 2,5 изготовлены в виде профиля двутаврового 13 (фиг.8), при этом на верхней полке внутреннего раскоса, опорного раскоса и кольцевых балок 2,5 по центру выполнен продольный прилив 14 (фиг.9).

Каждый элемент обшивки 15 (фиг.3, 4, 6, 8, 9) купола выполнен по контуру с косоугольным отгибом 16 (фиг.9), прижимная планка 17 (фиг.3, 6, 8, 9) для внутреннего и опорного раскосов, кольцевым балкам выполнена с продольным приливом 18 (фиг.9) гребенчатого сечения и пазами 19 (фиг.9) для резинового уплотнения 20 (фиг.9) и прикреплена к последним посредством самонарезных винтов 21.

Техническая сущность предлагаемых конструктивных решений сводится к следующему. Алюминиевая сетчатая купольная крыша над стальным вертикальным цилиндрическим резервуаром выполнена из алюминиевых прямолинейных элементов - внутренних раскосов 1, кольцевых балок 2, изготовленных в виде профиля двутаврового сечения с продольными приливами, стенка которого имеет коробчатый прямоугольный профиль с внутренней горизонтальной по центру короба перегородкой жесткости и опорных раскосов 3,4. Наружная, наиболее нагруженная кольцевая балка 5 выполнена аналогично внутренним раскосам и кольцевым балкам сетчатой купольной крыши и также из алюминиевого профиля.

Каждый опорный раскос 3,4 одним концом жестко закреплен на узловой накладке 9, к которой крепятся прямолинейные элементы внутренних раскосов 1 и наружной кольцевой силовой балки 5, а вторым шарнирно соединен с силовым стержнем 10, установленным перпендикулярно опорному раскосу 3,4 в кронштейне 11 приваренного к опорному кольцу 6 резервуара. Такая конструктивная схема позволяет передать на опорное кольцо 6 резервуара как вертикальные, так и горизонтальные усилия, а система купольная крыша - резервуар работает совместно, что увеличивает общую жесткость конструкции купольной крыши. Кроме того, так как опорное кольцо 6 резервуара выполняет одновременно функции опорной - наружной кольцевой балки 5 купольной крыши, воспринимая горизонтальные распорные усилия, возникающие при работе купольной крыши, и опорного кольца жесткости 6 самой стенки 7 резервуара, то вертикальные ребра жесткости 8 позволяют передать на стенку резервуара вертикальную составляющую нагрузки от купольной крыши. Это позволяет несущую способность (жесткость) и общую устойчивость купольной крыши диаметром до 25 метров по всему его периметру обеспечить узлом с одним опорным раскосом 3 с шарнирным подвесом, а свыше 25 метров - с двумя опорными раскосами 4 с шарнирными подвесами.

В процессе монтажа купольной крыши к опорному кольцу 6 резервуара, опираясь на кольцо, подводится опорный кронштейн 11, в отверстие которого и отверстие опорного раскосов 3,4 легко вставляется и шплинтуется стержень. После этого кронштейн приваривается к опорному кольцу резервуара. Далее такая же операция проводится со вторым и остальными опорными кронштейнами и купольная крыша окончательно опускается на опорное кольцо резервуара, а кронштейны последовательно приваривается к кольцу. Благодаря такой конструкции опорных узлов возможно быстро смонтировать и демонтировать купольную крышу.

Тонколистовая металлическая обшивка 15 купола выполнена в виде отдельных листов по контуру с косоугольным отгибом 16 и прижимается к приливу 14 внутреннего, опорного раскосов, кольцевой балки профиля двутаврового сечения, стенка которого имеет коробчатый прямоугольный профиль, а прилив выступает над крайними приливами на двойную толщину листа обшивки. Прижим осуществляется прижимной планкой 17 с продольными приливами 18 гребенчатого сечения с конусообразным профилем с наружной стороны посредством самонарезных винтов 21, причем зазор между отгибом каждого элемента обшивки и приливами прижимной планки не превышает двойной толщины листа обшивки, при этом герметизация стыка между раскосами, кольцевой балкой и прижимной планкой обеспечивается плоским резиновым уплотнением 20 с полым выступом, вставляемым в пазы 19 прижимной планки, и колпаком с периферийным кольцеобразным резиновым уплотнением.

Это позволяет получить прочный и герметичный стык, создать неподвижное соединение всех элементов тонколистовой алюминиевой обшивки купола, увеличить несущую способность на выдергивание обшивки для купольных крыш.

Основные конструктивные узлы купольной крыши, устанавливаемой на вертикальные цилиндрические резервуары низкого давления для хранения нефти и нефтепродуктов, дополнительно защищающие его открытую поверхность, выполнены на высоком технологическом уровне с использованием новых технологий, применением коррозионностойких алюминиевых профилей и листопроката, используемых в ракетно-космической и авиационной промышленности страны.

Таким образом, предлагаемое устройство алюминиевой купольной крыши позволяет повысить ее надежность, эксплуатационные и технические характеристики, упростить монтаж и техническое обслуживание, снизить металлоемкость, уменьшить трудозатраты и общую стоимость.

Заявляемая алюминиевая купольная крыша для резервуара изготовлена Заявителем, смонтирована и сдана в эксплуатацию на предприятии Заказчика. В стадии оформления договора на поставку купольных крыш других типоразмеров.