PL237011B1 - Zadaszony, spawany zbiornik blaszany o dużej pojemności - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zadaszony spawany zbiornik blaszany o dużej pojemności. Wynalazek ma zastosowanie jako wolnostojący zbiornik dla materiałów płynnych bądź sypkich, w szczególności cylindryczny, o znacznej średnicy wewnętrznej cylindra, a w konsekwencji znacznej średnicy dachu.

Z powszechnej wiadomości znane są zbiorniki cylindryczne, samonośne lub wspierane na bocznie względem cylindra usytuowanych słupach. Najczęściej są to konstrukcje stalowe, z blach płaskich bądź falistych, gdzie fala ułożona jest w poziomie. Budowa tego rodzaju zbiorników jest ujęta wytycznymi w zakresie wymagań konstrukcyjnych, co oznacza istnienie i konieczność spełnienia dla zbiorników dedykowanych norm technicznych. Parametrem koniecznym do zachowania jest w szczególności: nośność na wyboczenie, nośność połączeń i węzłów oraz nośność na rozerwanie wewnętrzne. Większość norm dotyczy ścian takich budowli, choć nie można uznać, że ich dachy budowane mogą być dowolnie. Znane są dachy w kształcie np. kopuł, ale przede wszystkim w kształcie stożków.

Choć wydaje się, że dach ma mniejsze znaczenie niż ściany zbiornika, choćby z powodu na brak styczności ze zmagazynowanym w silosie produktem, to jest on równie ważny, co ściany. Dla zbiorników o dużych średnicach pierścienia dachy mają większą tendencję do zapadania się, czyli do implozji. Są nieporównywalnie bardziej narażone na załamanie się do wnętrza na skutek dużej siły nacisku opadu atmosferycznego w postaci śniegu, który zależnie od spadku dachu, może mieć tendencję do zalegania i zamarzania na poszyciu. Przemarzanie śniegu dodatkowo zwiększa ciężar śniegu, który nabiera wilgoci, a co do wilgoci, to uszkadza ona dach bardziej niż ściany zbiornika. Dlatego także istnieje większe niebezpieczeństwo korozji poszycia dachowego zbiornika, zarówno od zewnątrz z powodu opadu atmosferycznego, jak i od wnętrza, z powodu skraplania się na suficie zbiornika wilgoci własnej produktu przechowywanego. Są różne możliwości przeciwdziałania tego typu niedogodnościom. Konstrukcje dachowe projektuje się bowiem jako powłokowe, czyli samonośne albo jako powłokowo - szkieletowe, czyli wzmacniane i wtedy nie samonośne. Wzmocnienia takie, czyli niezależne konstrukcje szkieletowe dachów, mogą opierać się na słupach bocznych lub wewnętrznych silosu. Mogą także niezależnie być usytuowane pod lub nad litym poszyciem dachu. Poszycie dachu jest wtedy łączone ze wzmocnieniami. Zdarza się, że poszycie dachu nie jest wzmacniane ponad swą zwykłą wytrzymałość, przy czym jest to co do zasady rzadkością i traktowane to jest jako o dziwo potrzeba konstrukcyjna zachowania kruchości dachu. Wreszcie istnieją konstrukcje, gdzie wzmocnieniem konstrukcyjnym jest górna krawędź pierścienia ścian, na której to wspierane jest poszycie, bądź to kończąc dach, bądź to wysuwając się nieznacznie poza jej obrys, przy czym wtedy do obliczeń wytrzymałościowych pobierane są także wartości działającego na okap podciśnienia.

Z wytycznych oraz z dobrze funkcjonującego praktycznego podejścia wynika także, że samonośna konstrukcja powłokowo - szkieletowa zbudowana winna być z blach o grubości nie mniejszej niż 3 mm w przypadku stali nierdzewnej oraz 5 mm w przypadku stali konstrukcyjnych, przy czym konstrukcję dachu projektuje się jako stężoną lub konstrukcyjnie zintegrowaną z poszyciem, a jeżeli poszycie nie jest połączone z krokwiami, to stosuje się stężenia wewnętrzne lub zewnętrzne. Obecna znana praktyka mówi także, że w dachach zbiorników wielkogabarytowych o średnicy przekraczającej 15 m stosuje się co najmniej dwa stężenia sektorowe, czyli dwie pary sąsiednich krokwi łączy się za pomocą stężeń kratowych które rozmieszcza się równomiernie wzdłuż obwodu. Przyjmuje się wtedy, że rozstaw krokwi na obwodzie powinien wynosić ok. 3,25 m - jeżeli nie przekracza tej wartości sprawdzenie stateczności pierścienia brzegowego nie jest wymagane i pomija się dla obliczeń konstrukcyjnych momenty zginające występujące w pierścieniu brzegowym, natomiast po przekroczeniu tej wartości należy uwzględnić w konstrukcji momenty zginające działające względem osi przekroju.

Najważniejsze jednak, że co do zasady obecnie znane metody prowadzące do wykonania zbiorników blaszanych to najczęściej konstrukcje oparte na skręcaniu ze sobą blach, bądź spawania ze sobą blach. W zakresie dachów takich zbiorników, blachy są spawane doczołowo, najlepiej dwustronnie, czyli od spodu i z wierzchu połaci dachowej. Skutkuje to pojawieniem się bardzo znacznego mankamentu, a mianowicie możliwości zaistnienia w miarę czasu eksploatacji zbiornika pęknięć na linii spawów, osadzania się zabrudzeń prowadzących do korozji złącza tego rodzaju, a w konsekwencji do ubytku materiału spawalniczego i naruszenia ciągłości spawu a w związku z tym także do perforacji połaci dachowej. Przy rozważaniach tego rodzaju trzeba bowiem brać pod uwagę w przypadku powierzchni znacznego rozmiaru, że nieustannie działa zjawisko rozszerzalności cieplnej, które prowadzi do skracania blach zimą i naddawania latem. Zjawisko takie może także zachodzić równie znacznie w cyklu dobowym.

PL 237 011 B1

Powoduje to naruszenie stabilności połaci dachowej, a wielokrotne naddawanie i kurczenie się połaci prowadzi także do osłabienia wiązań, zasadniczo każdego rodzaju, ale szczególnie wiązań wynikających z łączenia spawem. Również dlatego połacie dachowe o dużej powierzchni posiadają znaczną ilość stężeń, które na siebie przenoszą część sił wynikających z w/w niedogodności, a jako że stężenia są wykonywane co do zasady z materiału metalowego o większych grubościach/przekrojach niż połać dachowa, to stabilność konstrukcji dachowej wzrasta. Niestety wzrasta także i to znacznie całkowita masa dachu, wraz ze wzrostem średnicy zbiornika. Tym bardziej, że stężenia wykonywane są z kształtowników w rodzaju teownik albo dwuteownik albo przynajmniej ceownik, a grubość użytego profilu stężenia jest znacznie większa niż grubość blach połaci dachowej. Dodatkowo dla pewnych granicznych wartości średnic cylindra zbiornika, dla połaci dachowych stężonych o średnicy w zakresach od 15 m do 25 m stosuje się dodatkowy pierścień obwodowy stężeń, a o średnicy powyżej 25 m nawet dwa pierścienie stężeń biegnących dookólnie i wzmacniających całość dachu w rozumieniu zwiększania wytrzymałości na zginanie, złamanie, czy zapadnięcie się konstrukcji. Stosowne normy przewidują nawet wpływ podciśnienia generowanego przez samo wnętrze zbiornika dla wyliczenia ilości i rozkładu powierzchniowego stężeń, czyli topografii ułożenia i materiału stężeń. Co do zasady można łatwo przewidzieć, że w miarę zwiększania średnicy zbiornika, należy prócz wspomnianych stężeń dookólnie biegnących, także jednocześnie zwiększyć ilość stężeń w rodzaju ‘krokwi’, co przekłada się na zagęszczenie konstrukcji podtrzymującej połać dachową. Stąd staje się łatwe do przewidzenia, że masa dachu, a z masą po uwzględnieniu przyciągania ziemskiego ciężar, zaczyna zwiększać się w tempie geometrycznym.

Dla rozwiązań dotyczących zbiorników i silosów, w tym dla wzmocnienia ich całej konstrukcji włącznie ze ścianami opracowano wiele rozwiązań, spośród których przykłady zamieszczone są poniżej. Można na ich podstawie ocenić, czy zabiegi wykonywane celem polepszenia wytrzymałości konstrukcji mogłyby być stosowane w szczególności dla dachów tak, aby zachowując wskaźnik wytrzymałości na zginanie/ugięcie połaci dachowej jako całości, można było poprzez zabiegi dot. zmian konstrukcyjnych uzyskać zmniejszenie wagi dachu i jednocześnie zwiększenie średnicy zbiornika, silosu.

Pierwszym przykładowym rozwiązaniem znanej konstrukcji jest to ujęte w patencie polskim o numerze PAT 168006. Patent dotyczy prefabrykowanego wodoszczelnego zbiornika na ciecze. Ściany tego zbiornika wykonane są z dwóch warstw elementów prefabrykowanych o wzajemnie przesuniętych złączach, korzystnie o połowę szerokości elementu prefabrykowanego. Pomiędzy ścianą z prefabrykatów wewnętrznych i ścianą z prefabrykatów zewnętrznych pozostawiona jest szczelina regulowana podkładkami dystansowymi, wypełniona masą uszczelniającą, przy czym uszczelnienie wykonane jest po uprzednim zmontowaniu ścian i wykonaniu złączy. Konstrukcja zabezpiecza przed przeciekami zarówno z wnętrza zbiornika ku stronie zewnętrznej, jak i od zewnątrz do wnętrza. Można wskazać korzyść tego rodzaju, że parcie cieczy na jedną ze ścian zbiornika powoduje doszczelnienie złącza i masy uszczelniającej. Tego rozwiązania niestety nie można zapożyczyć i zmodyfikować, aby spełniło wskazane uprzednio zadanie konstrukcyjne, choć bezsprzecznie warstwa izolacyjna wzmacnia ściany zbiornika.

Kolejny przykład to wzór użytkowy polski o numerze PL 69586 Y1, który dotyczy zbiornika w rodzaju silosu wykonanego z blachy płaskiej, którego poszczególne elementy zostały połączone ze sobą: dach zbiornika został połączony z cylindrycznymi ścianami, poszczególne blachy ściany dookólnej i blachy dachu oraz leja odpowiednio ze sobą, a na koniec cylindryczna ściana z lejem. W znanym rozwiązaniu dach zbiornika został trwale połączony z cylindrem zbiornika poprzez dwukrotne wygięcie zakończeń blach dachu, jedno z zagięć ma kąt otwarty, drugie zagięcie kąt prosty przypominając kształtem odwróconą dużą literę „Z”, natomiast ściany cylindryczne zbiornika w pobliżu dachu zostały wygięte jednokrotnie pod kątem prostym przypominając kształtem odwróconą dużą literę „L”, tak aby obie połacie mogły wygiętymi zakończeniami do siebie przylegać tworząc rant umożliwiający ich trwałe, sztywne połączenie. Poszczególne blachy cylindra połączone są trwale z sąsiadującymi blachami cylindra analogicznie, jak dla złącza dachu i cylindra tak, aby obie warstwy mogły wygiętymi zakończeniami do siebie przylegać tworząc rant umożliwiający ich trwałe, sztywne połączenie. Podobnie łączony jest lej z cylindrem. Co prawda jest to połączenia wzmacniane, symulujące kształtownik, jednak nie jest to połączenie szczelne dające jednorodność i ciągłość płaszczyzn blaszanych. Rozwiązanie wydaje się absolutnie nieprzydatne dla zagadnienia spawania blach zbiornika wielkogabarytowego.

Patent polski o numerze PAT 215365 jest znacznie bardziej nadającym się na porównania co do zadania konstrukcyjnego. Opisany nim jest silos do magazynowania materiałów sypkich, w postaci wolnostojącego wielkogabarytowego pojemnika o cylindrycznej ścianie bocznej i o pionowej osi symetrii.

PL 237 011 B1

Posadowiony jest na fundamencie i zawiera zespół zadawania materiału sypkiego oraz zespół odbierania materiału sypkiego. Wyposażony jest w urządzenia kontroli i sterowania temperaturą i wilgotnością materiału sypkiego, a dach silosu ma postać stożka uformowanego z arkuszy poszycia zamocowanych na promieniowo ułożonych krokwi opartych na górnej krawędzi cylindrycznej ściany bocznej. Krokwie połączone są ze sobą co najmniej jednym wewnętrznym koncentrycznym pierścieniem pośrednim, przy czym arkusze poszycia mają kształt wydłużonych trapezów. Koncentryczny pierścień pośredni jest zestawiony z belek, przy czym liczba belek w koncentrycznym pierścieniu jest równa ilości krokwi dachu, zaś każda belka jest zamocowana pomiędzy dwoma krokwiami i na niej ułożony jest co najmniej jeden arkusz poszycia. Zastosowana belka może mieć postać ceownika, którego krawędzie obu ramion wyposażone mogą być w dodatkowe ramiona skierowane ku sobie. Belka może mieć na końcach uformowane łapy mocujące tę belkę do dwóch sąsiednich krokwi dachu. Przedstawione rozwiązania to nic innego, jak właśnie omawiane wcześniej stężenia dookolne kotwione do krokwi promieniście ułożonych na bądź pod połacią dachu. Niestety taka konstrukcja, choć wzmacnia sztywność dachu jako całości, nie zmniejsza wagi dachu, a ją eskaluje.

Konstrukcja adekwatna jest opisana w zgłoszeniu polskiego wynalazku o numerze P.368335. Dach opisanego w zgłoszeniu silosu ma postać stożka i osadzony jest na krokwiach nośnych, które mają postać połączonych spodami ceowników. Rozwiązanie w szczegółach dotyczy jednak wzmocnienia ścian bocznych, a to poprzez użycie na nie falistej blachy ocynkowanej, gdzie pofalowanie biegnie w kierunku obwodowym. Regularne pofalowanie nie jest niestety bez specjalnych uwarunkowań materiałem technicznym nadającym się do chronienia prawem wyłącznym, co oznacza, że niniejsze rozwiązanie należy traktować jako banalne.

Inne znane z dokumentu US20030217520 rozwiązanie to także silos cylindryczny o pionowej osi symetrii. Jego dach posiada obwodowy fartuch. Poszczególne segmenty blaszanej połaci dachowej wykonane są w postaci pojedynczych trapezowych arkuszy, ale każdy z nich ma wykonane przetłoczenia i każdy zakończony jest segmentem fartucha. W szczegółach: segment ma zagiętą w dół końcówkę, będącą łącznikiem dachu z cylindryczną ścianą silosu dla montażu obwiedniowego. Rozwiązanie to, odmiennie niż poprzednie, nie wprowadza dodatkowych znaczących wagowo elementów, ale nie jest także wzmocnieniem dla konstrukcji dachu, a jedynie lepiej łączy dach ze ścianą. Kolejne znane rozwiązanie o numerze US3546831 omawia silos cylindryczny o pionowej osi symetrii ze stożkowym dachem i opisuje wzmocnienie konstrukcji, ale niestety wzmocnienie pociąga za sobą wzrost wagi dachu jako całości.

Na podstawie wyżej wskazanych znanych rozwiązań, można stwierdzić, że do tej pory nie pojawiły się konstrukcje, które odbiegają od sztampowego podejścia do budowy zbiorników metalowych. Niedogodności jednak jest na tyle dużo w obecnych konstrukcjach, że zasadne jest, aby niniejszy wynalazek dał nowe spojrzenie na zgodne z normami wytrzymałościowymi uzyskanie znacząco lepszych parametrów mechanicznych dla zbiorników wielkogabarytowych.

Celem wynalazku jest polepszenie wytrzymałości konstrukcji, w szczególności dla dachów, ale tak, aby zachowując wskaźnik wytrzymałości na zginanie/ugięcie połaci dachowej jako całości, można było poprzez zabiegi dot. zmian konstrukcyjnych uzyskać zmniejszenie wagi dachu i jednocześnie zwiększenie średnicy zbiornika. Celem pobocznym jest także uzyskanie konstrukcji bardziej odpornej na zjawiska pogodowe, lepiej odprowadzającej wodę z dachu, a przede wszystkim z tych pobocznych wątków - konstrukcji bardziej uodpornionej na termiczne aspekty związane ze zjawiskiem rozszerzalności na skutek wzrostu bądź obniżenia temperatury.

Zadaszony, spawany zbiornik blaszany o dużej pojemności, według wynalazku, wykonany jest ze stali nierdzewnej albo stali konstrukcyjnej, w postaci wolnostojącego wielkogabarytowego pojemnika o cylindrycznej ścianie bocznej i o pionowej osi symetrii. Ściana boczna uformowana jest z blaszanych arkuszy pierwszych, a dach jest dachem płaskim albo ma postać stożka uformowanego z blaszanych arkuszy drugich stanowiących segmenty połaci dachowej wspartej konstrukcją nośną główną. Blaszane arkusze pierwsze mają kształt prostokątów łączonych jeden do drugiego odpowiednio wzdłuż krótkich prostych krawędzi i wzdłuż długich krawędzi wygiętych zgodnie w łuk o tym samym promieniu, a blaszane arkusze drugie będąc ułożonymi promieniście mają kształt wydłużonych trójkątów albo trapezów łączonych sąsiadująco jeden do drugiego wzdłuż najdłuższej krawędzi arkusza drugiego, natomiast każdy arkusz drugi ma wykonane przetłoczenia. Konstrukcją nośną główną jest górna krawędź cylindrycznej ściany bocznej i ewentualnie zestaw krokwi ułożonych promieniście. Wynalazek charakteryzuje się tym, że zbiornik niezależnie od konstrukcji nośnej głównej posiada konstrukcję nośną pomocniczą wykonaną w formie zestawu promieniście biegnących profilowych kształtowników zamkniętych

PL 237 011 B1 mających każdorazowo swe początki przy wierzchołku stożkowego dachu, a drugimi końcami będących wspartymi na pierścieniowej cylindrycznej ścianie bocznej. Każdy profilowy kształtownik zamknięty konstrukcji nośnej pomocniczej złożony jest z trzech wzdłużnych części biegnących promieniście w połaci dachowej, z czego dwie są tożsame z bocznymi krawędziowymi przetłoczeniami sąsiadujących blaszanych arkuszy drugich, a z tych dwóch każde jedno przetłoczenie ma kształt skrzydła zagiętego w stronę wnętrza pojemnika i ustawionego pod kątem ALPHA względem kierunku dookólnego biegu arkusza drugiego wokół osi symetrii, który to kąt ALPHA przyjmuje wartość z zakresu od 15° do 75°. Końcówki najbliższych sobie skrzydeł należących do sąsiadujących arkuszy drugich są ze sobą zespawane dwustronnie odpowiednio spawem górnym i spawem dolnym tworząc po zespawaniu wraz z tymi skrzydłami dolną część profilowego kształtownika zamkniętego i stając się jego kątownikiem dolnym, natomiast trzecia wzdłużna część biegnąca promieniście w połaci dachu jest kątownikiem górnym, który jako nadmiarowy względem sąsiadujących arkuszy drugich wspawany jest nad kątownikiem dolnym pomiędzy te sąsiadujące arkusze drugie, ponad nimi, dwoma pojedynczymi spawami, odpowiednio spawem bocznym pierwszym na zagięciu jednego skrzydła i spawem bocznym drugim na zagięciu drugiego skrzydła. Kąt wewnętrzny BETHA kątownika górnego przyjmuje wartość z zakresu odpowiednio od 150° do 30°, mając na uwadze odniesienie do kąta ALPHA.

Korzystnie każdy kątownik dolny jest wpuszczony w pierścieniową cylindryczną ścianę boczną. Korzystnie bieg każdego skrzydła w stronę wnętrza pojemnika ma długość wynoszącą co najmniej 5 cm, korzystnie co najmniej 10 cm. Korzystnie ramiona kątownika górnego mają długość co najmniej 5 cm, korzystnie co najmniej 10 cm. Korzystnie grubość blaszanego arkusza drugiego wynosi co najwyżej 12 mm, korzystnie co najwyżej 5 mm. Korzystnie grubość blachy kątownika górnego wynosi co najmniej 5 mm. Korzystnie zestaw krokwi ułożonych promieniście, jako konstrukcja nośna główna, jest połączony z połacią dachową tak, że konstrukcja nośna pomocnicza mija się z konstrukcją nośną główną, korzystnie rzeczone konstrukcje, główna i pomocnicza, będąc konstrukcjami promieniście mocowanymi względem osi symetrii, są przesunięte względem siebie o co najmniej 10° miary kątowej w widoku ‘z góry’. Korzystnie arkusze drugie są mocowane do zestawu krokwi z wyłączeniem styczności w obrębie konstrukcji nośnej pomocniczej, jednak najlepiej od strony spodu krokwi. Korzystnie zestaw krokwi ułożonych promieniście jest wsparty na górnej krawędzi cylindrycznej ściany bocznej albo na słupach, korzystnie ustawionych na zewnątrz cylindrycznej ściany bocznej. Korzystnie zewnętrzna skrajna krawędź arkusza drugiego jest zaoblona i tworzy łuk zgodny z biegiem łuku cylindrycznej ściany bocznej. Korzystnie wybrane z zestawu krokwi, stanowiących konstrukcję nośną główną, sąsiadujące wzajemnie krokwie, połączone są ze sobą co najmniej jednym wewnętrznym koncentrycznym pierścieniem pośrednim. Korzystnie ilość zastosowanych krokwi w zestawie krokwi ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem ilości profilowych kształtowników stanowiących konstrukcję nośną pomocniczą. Korzystnie ilość zastosowanych krokwi w zestawie krokwi ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem wartości kąta ALPHA i/lub wraz ze spadkiem wartości kąta BETHA. Korzystnie ilość zastosowanych krokwi w zestawie krokwi ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem grubości blachy kątownika górnego. Korzystnie wraz ze wzrostem ilości profilowych kształtowników stanowiących konstrukcję nośną pomocniczą maleje ilość koncentrycznych pierścieni pośrednich zestawianych z belek poprzecznie wpinanych pomiędzy sąsiadujące krokwie, przy czym liczba belek w koncentrycznym pierścieniu jest równa ilości krokwi dachu.

Profilowane blachy są prefabrykowane, jednak z powodu swych rozmiarów transportowane na miejsce posadowienia zbiornika jako jedynie jego elementy, po czym na miejscu posadowienia są łączone poprzez operacje spawania w wielkogabarytowy zbiornik/silos.

Korzyścią konstrukcji według wynalazku jest zachowanie wytrzymałości zbiornika na zapadnięcie się dachu przez siły napierających na powierzchnię dachu, mimo że grubość połaci blach może być mniejsza względem wcześniejszych znanych konstrukcji, które innowacyjnych przetłoczeń nie posiadały. Korzyścią jest także zwiększona odporność konstrukcji na zmiany liniowe długości blach wynikające z dobowych i sezonowych zmian temperaturowych, na co do tej pory wpływało zjawisko rozszerzalności cieplnej. Innowacyjna konstrukcja będzie posiadała elastyczność dzięki profilowaniu do wewnątrz w obrębie spawu.

Korzyścią co do zasady jest obniżenie masy konstrukcji dachowej, mimo że dodatkowo pojawiły się w konstrukcji kątowniki górne. Pozwoliły one jednak zachować nośność dachu, a przez to jego sztywność, mimo że możliwe było zmniejszenie ilości stężeń względem konstrukcji standardowej używanej do czasu, gdy wynalazek nie był stosowany. Zamknięcie przestrzeni z profilem pozwala także na ochronę głównych, w rozumieniu ważnych dla konstrukcji, spawów połaci dachowej. Do tej pory, czyli

PL 237 011 B1 we wcześniejszych wykonaniach spawy te były bezpośrednio wystawione na działanie wody z opadów atmosferycznych i przez to bardziej narażone na korozję. Przez zastosowanie mniejszej liczby stężeń polepszymy także możliwość odprowadzania wody z dachu zbiornika, dzięki czemu nie będzie dochodziło do gromadzenia cieczy, a to zażegna powstawanie ognisk korozyjnych. Dzięki uzyskanej sztywności możemy również zastosować kształtowniki o mniejszym przekroju, co też znacząco wpłynie na wagę konstrukcji.

Rozwiązanie według wynalazku zostało przedstawione w porównawczym przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematycznie stan techniki, jako widok ‘z góry’ zbiornika blaszanego z krokwiami i belkami poprzecznymi o średnicy 15 metrów, dla jego wykonania bez zastosowania wynalazku, Fig. 2 przedstawia schematycznie stan techniki, jako widok ‘z boku’ zbiornika blaszanego z krokwiami i belkami poprzecznymi o średnicy 15 metrów, dla jego wykonania bez zastosowania wynalazku, Fig. 3 przedstawia schematycznie w widoku ‘z góry’ zbiornik blaszany o średnicy 15 m z krokwiami, dla przykładu wykonania, Fig. 4 przedstawia schematycznie w widoku ‘z boku’ zbiornik blaszany z krokwiami o średnicy 15 m, dla przykładu wykonania, a Fig. 5 przedstawia schematycznie w przekroju poprzecznym profilowy kształtownik konstrukcji nośnej pomocniczej z wycinkami arkuszy drugich, jako przekrój A-A z przykładu wykonania.

P r z y k ł a d wykonania.

Zadaszony, spawany zbiornik 1 blaszany o dużej pojemności, według przykładu pierwszego, wykonany jest ze stali konstrukcyjnej, w postaci wolnostojącego wielkogabarytowego pojemnika 1’ o cylindrycznej ścianie bocznej 2 i o pionowej osi symetrii ‘OS’. Ściana boczna 2 uformowana jest z blaszanych arkuszy pierwszych 2’, a dach 3 ma postać stożka uformowanego z blaszanych arkuszy drugich 3’ stanowiących segmenty połaci dachowej 3” wspartej konstrukcją nośną główną 4. Blaszane arkusze pierwsze 2’ mają kształt prostokątów łączonych jeden do drugiego odpowiednio wzdłuż krótkich prostych krawędzi 5 i wzdłuż długich krawędzi 6 wygiętych zgodnie w łuk o takim samym promieniu, a blaszane arkusze drugie 3’ będąc ułożonymi promieniście mają kształt wydłużonych trójkątów łączonych sąsiadująco jeden do drugiego wzdłuż najdłuższej krawędzi 7 arkusza drugiego 3’, natomiast każdy arkusz drugi 3’ ma wykonane przetłoczenia 8. Konstrukcją nośną główną 4 jest zarówno górna krawędź 9 cylindrycznej ściany bocznej 2, jak i zestaw krokwi 10 ułożonych promieniście. Zbiornik 1 niezależnie od konstrukcji nośnej głównej 4 posiada także konstrukcję nośną pomocniczą 11 wykonaną w formie zestawu promieniście biegnących profilowych kształtowników zamkniętych 12 mających każdorazowo swe początki przy wierzchołku 13 stożkowego dachu 3, a drugimi końcami będących wspartymi na pierścieniowej cylindrycznej ścianie bocznej 2. Każdy profilowy kształtownik zamknięty 12 konstrukcji nośnej pomocniczej 11 złożony jest z trzech wzdłużnych części 14, 15, 16 biegnących promieniście w połaci dachowej 3”, z czego dwie 14, 15 są tożsame z bocznymi krawędziowymi przetłoczeniami 8 sąsiadujących blaszanych arkuszy drugich 3’, a z tych dwóch każde jedno przetłoczenie 8 ma kształt skrzydła 8’ zagiętego w stronę wnętrza pojemnika 1 ’ i ustawionego pod kątem ALPHA względem kierunku dookólnego biegu arkusza drugiego 3’ wokół osi symetrii ‘OS’, który to kąt ALPHA przyjmuje wartość 45°. Końcówki 17 najbliższych sobie skrzydeł 8’ należących do sąsiadujących arkuszy drugich 3’ są ze sobą zespawane dwustronnie odpowiednio spawem górnym 18 i spawem dolnym 19 tworząc po zespawaniu wraz z tymi skrzydłami 8’ dolną część profilowego kształtownika zamkniętego i stając się jego kątownikiem dolnym 20, natomiast trzecia wzdłużna część 16 biegnąca promieniście w połaci dachowej 3” jest kątownikiem górnym 21, który jako nadmiarowy względem sąsiadujących arkuszy drugich 3’ wspawany jest nad kątownikiem dolnym 20 pomiędzy te sąsiadujące arkusze drugie 3’, ponad nimi, dwoma pojedynczymi spawami, odpowiednio spawem bocznym pierwszym 22 na zagięciu jednego skrzydła 8’ i spawem bocznym drugim 23 na zagięciu drugiego skrzydła 8’. Kąt wewnętrzny BETHA kątownika górnego 21 przyjmuje wartość 90°, odpowiednio, czyli mając na uwadze odniesienie do kąta ALPHA.

Każdy kątownik dolny 20 jest wpuszczony w pierścieniową cylindryczną ścianę boczną 2. Bieg każdego skrzydła 8’ w stronę wnętrza pojemnika 1 ’ ma długość wynoszącą 10 cm. Ramiona kątownika górnego 21 mają długość 10 cm. Grubość blaszanego arkusza drugiego 3’ wynosi 5 mm. Grubość blachy kątownika górnego 21 wynosi 5 mm. Zestaw krokwi 10 ułożonych promieniście, jako konstrukcja nośna główna 4, jest połączony z połacią dachową 3” tak, że konstrukcja nośna pomocnicza 11 mija się z konstrukcją nośną główną 4, a rzeczone konstrukcje, główna 4 i pomocnicza 11, będąc konstrukcjami promieniście mocowanymi względem osi symetrii ‘OS’, są przesunięte względem siebie o 15° miary kątowej w widoku ‘z góry’. Arkusze drugie 3’ są mocowane do zestawu krokwi 10 z wyłączeniem stycz

PL 237 011 B1 ności w obrębie konstrukcji nośnej pomocniczej 11, od strony spodu krokwi 10. Zestaw krokwi 10 ułożonych promieniście jest wsparty na górnej krawędzi 9 cylindrycznej ściany bocznej 2. Zewnętrzna skrajna krawędź arkusza drugiego 3’ jest zaoblona i tworzy łuk zgodny z biegiem łuku cylindrycznej ściany bocznej 2. Wybrane z zestawu krokwi 10, stanowiących konstrukcję nośną główną 4, sąsiadujące wzajemnie krokwie 10, nie są już połączone są ze sobą żadnym wewnętrznym koncentrycznym pierścieniem pośrednim 24, ponieważ zastosowanie wynalazku wyeliminowało taką konieczność, jednak gdyby tego zastosowania nie było, to konstrukcja główna 4 posiadałaby aż dwa takie wewnętrzne koncentryczne pierścienie pośrednie 24, co pokazano na rysunku stanu techniki jako Fig. 1. Ilość zastosowanych krokwi 10 w zestawie krokwi 10 ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem ilości profilowych kształtowników stanowiących 12 konstrukcję nośną pomocniczą 11, co także pokazano dla przypadku bez zastosowania wynalazku i z wynalazkiem, odpowiednio na Fig. 1 i Fig. 3. Ilość zastosowanych krokwi 10 w zestawie krokwi 10 ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem wartości kąta ALPHA i wraz ze spadkiem wartości kąta BETHA, co dla praktycznego występowania wydaje się konsekwentne, ponieważ każdy profilowy kształtownik 12 znajdujący się w takim przypadku w konstrukcji nośnej pomocniczej 11, przybiera wraz ze wskazaną zmianą kształt dążący do podwojenia swej grubości w pionie, a to zbliża go do parametrów wytrzymałościowych dwuteownika konstrukcyjnego, przy czym niezależnie pozostawia bardzo dobrze działającą elastyczność na odkształcenia sprężyste w bocznych i poziomych kierunkach, np. spowodowanych uderzeniami albo zjawiskiem rozszerzalności cieplnej. Konstrukcja profilowego kształtownika 12 w swym działaniu daje mechaniczne działanie sprężyny, a przynajmniej dystansującej ‘poduszki’, w której odkształcenie może się skompensować bez narażania na jej uszkodzenie, np. pęknięcie albo załamanie trwałe. Ilość zastosowanych krokwi 10 w zestawie krokwi 10 ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem grubości blachy kątownika górnego 21, co podobnie jak wskazano w zdaniu poprzednim, a dotyczącym kompensacji, w tym wypadku przekłada się bezpośrednio na zwiększenie wytrzymałości mechanicznej, co potwierdzić mogą każde obliczenia inżynieryjne. Wraz ze wzrostem ilości profilowych kształtowników 12 stanowiących konstrukcję nośną pomocniczą 11 maleje ilość koncentrycznych pierścieni pośrednich 24 zestawianych z belek 25 poprzecznie wpinanych pomiędzy sąsiadujące krokwie 10, przy czym liczba belek 25 w koncentrycznym pierścieniu pośrednim 24, ewentualnie użytych, jest równa ilości krokwi 10 dachu, a to pokazano na rysunku porównawczym dla niniejszego przykładu wykonania (Fig. 1 vs. Fig. 3 oraz Fig. 2 vs. Fig. 4).

Poniżej w tabeli przedstawiono także wykonane na podstawie wynalazku i zgodne z jego istotą inne przykłady realizacji zebrane porównawczo z realizacjami bez stosowania wynalazku, gdzie tabele pokazują adekwatnie wskazane w tabelach wartości bezwzględne elementów (opisanych nagłówkiem tabeli) oraz wykazane dla nich końcowe parametry wytrzymałościowe i wagowe. Należy zwrócić uwagę, że nazwa tabeli zawierająca literę ‘A’ dotyczy wykonania konstrukcji bez stosowania wynalazku, a nazwa tabeli zawierająca symbol ‘B’ dotyczy co do zasady tych samych zakładanych danych wejściowych w rodzaju ilości i grubości arkuszy drugich 3’, co przekłada się na konkretną konieczność zastosowania określonej ilości krokwi 10, z czego uzyskano wyniki wagi i finalnego zysku masy konstrukcji dachowej zbiornika 1 po zastosowaniu wynalazku. Tabele pokazują adekwatne przypadki, dzięki czemu bezwzględny zysk masy jest wskazany jako rosnący w miarę powiększania się średnicy zbiornika 1, co jest skorelowane z pojemnością zbiornika 1. Choć zysk masy procentowo się zmniejsza, to jednak bezwzględna różnica w masach konstrukcji dachowej przed zastosowaniem wynalazku i po jego zastosowaniu, wzrasta co do wartości bezwzględnej bardzo znacznie. Wskazano, że zysk masy dachu przy zbiorniku o średnicy 15 m wynosi ponad 500 kg. Serii obliczeń zamieszczonych w załączonych tabelach potwierdza skuteczne działanie niniejszego wynalazku - dla danych numerycznych i uzyskanych dla tych danych wartości wytrzymałości połaci dachowej przeprowadzonych wg istniejących norm.

PL 237 011 Β1

Zestawienia tabelaryczne porównawcze.

1A		Przed zastosowaniem wynalazku
pojemność zbiornika	średnica dachu	grubość blachy arkusza drugiego	ilość sztuk arukuszy drugich	ilość krokwi promienistych	waga krokwi promienistych IPE100	waga dachu połaciowego bez konstrukcji nośnej pomocniczej	wskaźnik wytrzymałości na zginanie Wx - konstrukcja nośna główna, czyli jedynie dwuteownik IPE1OO	powierzchnia dachu	waga całkowita dachu
M3	m	mm	szt	szt	kg	kg	cm3	m2	kg
56,52	4	5	6	6	97,2	492,4	34,2	12,57	589,6
100	5,5	5	8	8	178,2	937,9	34,2	23,99	1116,1
2000	15	5	12	12	729	6976,8	34,2	177,75	7705,8

I

UWAGA; dla Średnicy zbiornika 15m stężenia wykonane z dwuteownika IPE100

IB							Po zastosowaniu wynalazku
1 1 e^iujoiqz psouwaiod 1	średnica dachu	grubość blachy arkusza drugiego	ilość sztuk arukuszy drugich	ilość krokwi promienistych	waga krokwi promienistych 1PE100	waga dachu połaciowego z konstrukcją nośną pomocniczą	wskaźnik wytrzymałości na zginanie Wx - konstrukcja nośna główna oraz pomocnicza, czyli dwuteownik IPE100 oraz profilowy kształtownik 100x100x5	powierzchnia dachu	waga całkowita dachu	oszczędność wagowa materiału w stosunku do 2A
	m	mm	szt	szt	kg	kg	cm 3	m2	kg	%
56,52	4	5	6	brak	0	519,52	40.58	12,57	519,52	12%
100	5,5	5	8	brak	0	987,62	40.58	23,99	987,62	11.5%
2000	15	5	12	brak	0	7180,2	40.58	177,75	7180,2	6,82%

I

UWAGA: zbiornika nie ma stęteń

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany o dużej pojemności, wykonany ze stali nierdzewnej albo konstrukcyjnej, w postaci wolnostojącego wielkogabarytowego pojemnika o cylindrycznej ścianie bocznej i o pionowej osi symetrii, którego ściana boczna uformowana jest z blaszanych arkuszy pierwszych, a dach jest dachem płaskim albo ma postać stożka uformowanego z blaszanych arkuszy drugich stanowiących segmenty połaci dachowej wspartej konstrukcją nośną główną, przy czym blaszane arkusze pierwsze mają kształt prostokątów łączonych jeden do drugiego odpowiednio wzdłuż krótkich prostych krawędzi i wzdłuż długich krawędzi wygiętych zgodnie w łuk o tym samym promieniu, a blaszane arkusze drugie będąc ułożonymi promieniście mają kształt wydłużonych trójkątów albo trapezów łączonych sąsiadująco jeden do drugiego wzdłuż najdłuższej krawędzi arkusza drugiego, a każdy arkusz drugi ma wykonane przetłoczenia, przy czym konstrukcją nośną główną jest górna krawędź cylindrycznej ściany bocznej i ewentualnie zestaw krokwi ułożonych promieniście, znamienny tym, że niezależnie od konstrukcji nośnej głównej (4) posiada konstrukcję nośną pomocniczą (11) wykonaną w formie zestawu promieniście biegnących profilowych kształtowników zamkniętych (12) mających każdorazowo początek przy wierzchołku (13) stożkowego dachu (3), a drugimi końcami będących wspartymi na pierścieniowej cylindrycznej ścianie bocznej (2), gdzie każdy profilowy kształtownik zamknięty (12) konstrukcji nośnej pomocniczej (11) złożony jest z trzech wzdłużnych części (14, 15, 16) biegnących promieniście w połaci dachowej (3”), z czego dwie (14, 15) są tożsame z bocznymi krawędziowymi przetłoczeniami (8) sąsiadujących blaszanych arkuszy drugich (3’), a z tych dwóch (14, 15) każde jedno przetłoczenie (8) ma kształt skrzydła (8’) zagiętego w stronę wnętrza pojemnika (1) i ustawionego pod kątem ALPHA względem kierunku dookólnego biegu arkusza drugiego (3’) wokół osi symetrii (OS), który to kąt ALPHA przyjmuje wartość z zakresu od 15° do 75°, przy czym końcówki (17) najbliższych sobie skrzydeł (8’) należących do sąsiadujących arkuszy drugich (3’) są ze sobą zespawane dwustronnie odpowiednio spawem górnym (18) i spawem dolnym (19) tworząc po zespawaniu wraz z tymi skrzydłami (8’) dolną część profilowego kształtownika zamkniętego (12) i stając się jego kątownikiem dolnym (20), natomiast trzecia wzdłużna część (16) biegnąca promieniście w połaci dachowej (3”) jest kątownikiem górnym (21), który jako nadmiarowy względem sąsiadujących arkuszy drugich (3’) wspawany jest nad kątownikiem dolnym (20) pomiędzy te sąsiadujące arkusze drugie (3’) ponad nimi, dwoma pojedynczymi spawami, odpowiednio spawem bocznym pierwszym (22) na zagięciu jednego skrzydła (8’) i spawem bocznym drugim (23) na zagięciu drugiego skrzydła (8’), gdzie kąt wewnętrzny BETHA kątownika górnego (21) przyjmuje wartość z zakresu odpowiednio od 150° do 30°.
2. 2. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy kątownik dolny (20) jest wpuszczony w pierścieniową cylindryczną ścianę boczną (2).
3. 3. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według zastrz. 1 albo zastrz. 2, znamienny tym, że bieg każdego skrzydła (8’) w stronę wnętrza pojemnika (1 ’) ma długość wynoszącą co najmniej 5 cm, korzystnie co najmniej 10 cm.
4. 4. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według zastrz. 1 albo zastrz. 2 albo zastrz. 3, znamienny tym, że ramiona kątownika górnego (21) mają długość co najmniej 5 cm, korzystnie co najmniej 10 cm.
5. 5. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 4, znamienny tym, że grubość blaszanego arkusza drugiego (3’) wynosi co najwyżej 12 mm, korzystnie co najwyżej 5 mm.
6. 6. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 5, znamienny tym, że grubość blachy kątownika górnego (21) wynosi co najmniej 5 mm.
7. 7. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 6, znamienny tym, że zestaw krokwi (10) ułożonych promieniście, jako konstrukcja nośna główna (4), jest połączony z połacią dachową (3”) tak, że konstrukcja nośna pomocnicza (11) mija się z konstrukcją nośną główną (4), korzystnie rzeczone konstrukcje, główna (4) i pomocnicza (11), będąc konstrukcjami promieniście mocowanymi względem osi symetrii (OS), są przesunięte względem siebie o co najmniej 10° miary kątowej w widoku ‘z góry’.

   PL 237 011 B1
8. 8. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 7, znamienny tym, że arkusze drugie (3’) są mocowane do zestawu krokwi (10) z wyłączeniem styczności w obrębie konstrukcji nośnej pomocniczej (11), korzystnie od strony spodu krokwi (10).
9. 9. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 8, znamienny tym, że zestaw krokwi (10) ułożonych promieniście jest wsparty na górnej krawędzi (9) cylindrycznej ściany bocznej (2) albo na słupach, korzystnie ustawionych na zewnątrz cylindrycznej ściany bocznej (2).
10. 10. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 9, znamienny tym, że zewnętrzna skrajna krawędź arkusza drogiego (3’) jest zaoblona i tworzy łuk zgodny z biegiem łuku cylindrycznej ściany bocznej (2).
11. 11. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 10, znamienny tym, że wybrane z zestawu krokwi (10), stanowiących konstrukcję nośną główną (4), sąsiadujące wzajemnie krokwie (4) połączone są ze sobą co najmniej jednym wewnętrznym koncentrycznym pierścieniem pośrednim (24).
12. 12. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 11, znamienny tym, że ilość zastosowanych krokwi (10) w zestawie krokwi (10) ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem ilości profilowych kształtowników (12) stanowiących konstrukcję nośną pomocniczą (11).
13. 13. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 12, znamienny tym, że ilość zastosowanych krokwi (10) w zestawie krokwi (10) ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem wartości kąta ALPHA i/lub wraz ze spadkiem wartości kąta BETHA.
14. 14. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 12, znamienny tym, że ilość zastosowanych krokwi (10) w zestawie krokwi (10) ułożonych promieniście maleje wraz ze wzrostem grubości blachy kątownika górnego (21).
15. 15. Zadaszony, spawany zbiornik blaszany, według któregokolwiek z zastrz. od zastrz. 1 do zastrz. 14, znamienny tym, że wraz ze wzrostem ilości profilowych kształtowników (12) stanowiących konstrukcję nośną pomocniczą (11) maleje ilość koncentrycznych pierścieni pośrednich (24) zestawianych z belek (25) poprzecznie wpinanych pomiędzy sąsiadujące krokwie (10), przy czym liczba belek (25) w koncentrycznym pierścieniu (24) jest równa ilości krokwi (10) dachu (3).