محاسبات طراحی عدسی مخزن به معنای روش یا فرمولی است که برای بدست آوردن ابعاد و شکل درپوش عدسی مخزن تحت فشار استفاده می‌شود. این فرمول‌ها براساس استانداردها و روش‌های مهندسی مربوطه تعیین می‌شوند و به منظور اطمینان از عملکرد صحیح و ایمنی مخزن در شرایط فشار مورد نظر استفاده می‌شوند.
بیشتر بخوانید: محاسبه ضخامت بدنه مخزن
معادلات طراحی عدسی مخزن شامل مجموعه‌ای از پارامترها و روابط است که برای محاسبه ابعاد و شکل درپوش عدسی مخزن استفاده می‌شوند. این پارامترها می‌توانند شامل قطر مخزن، ضخامت بدنه مخزن، فشار داخلی، جنس درپوش و سایر عوامل مرتبط با طراحی و عملکرد مخزن باشند. با استفاده از این پارامترها و روابط، ابعاد و شکل درپوش عدسی مخزن به طور دقیق تعیین می‌شوند.
بیشتر بخوانید: فرمول محاسبه ضخامت دیواره مخزن
معمولاً این فرمول‌ها و روابط به عنوان بخشی از استانداردها و کدهای مربوط به طراحی و ساخت مخازن تحت فشار ارائه می‌شوند. توسط مهندسان و متخصصان مرتبط در صنعت مخازن تحت فشار استفاده می‌شوند تا به طور دقیق و ایمنی درپوش‌های عدسی مخازن را طراحی و ساخت کنند.
فرمول های موجود در کد های استاندارد
معادلات و فرمول‌های مورد استفاده در طراحی عدسی مخازن، نمونه‌هایی از روابط ریاضی هستند که در طراحی و ساخت مخازن تحت فشار استفاده می‌شوند. این معادلات بر اساس مفاهیم و اصول مهندسی مورد استفاده در طراحی مخازن تحت فشار قرار می‌گیرند. به طور کلی، استانداردهای مختلفی برای طراحی و ساخت مخازن تحت فشار وجود دارند که شامل استانداردهای ملی و بین‌المللی می‌شوند. برخی از معروف‌ترین استانداردهای طراحی و ساخت مخازن تحت فشار عبارتند از:
- ASME Boiler and Pressure Vessel Code
این استاندارد توسط آمریکاییان جامعه مهندسان مکانیک (ASME) تنظیم شده است و برای طراحی و ساخت مخازن تحت فشار در ایالات متحده و سایر کشورهایی که از این استاندارد پیروی می‌کنند، استفاده می‌شود. - API 650
این استاندارد توسط American Petroleum Institute (API) برای طراحی و ساخت مخازن ذخیره‌سازی مایعات نفتی و گازی استفاده می‌شود. این استاندارد برای مخازن با ظرفیت بزرگ و شرایط خاص طراحی شده است. - EN 14015
این استاندارد توسط اروپا تنظیم شده است و برای طراحی و ساخت مخازن تحت فشار در اروپا استفاده می‌شود.
در هر استاندارد، معادلات و فرمول‌های خاصی برای محاسبه ابعاد و ضخامت درپوش و سایر جزئیات طراحی مخازن تحت فشار در نظر گرفته شده است. بنابراین، برای اطلاعات دقیقتر و استفاده صحیح از معادلات، به استاندارد مربوطه برای طراحی و ساخت مخزن خاص خود مراجعه کنید.
پارامترهای کلیدی در طراحی کپ مخزن
در معادلات ریاضی مربوط به طراحی کپ مخزن، قطر مخزن، ضخامت بدنه مخزن، فشار داخلی و جنس درپوش همگی نقش مهمی در محاسبات دارند. زیرا این پارامترها تعیین کننده‌های اصلی برای ابعاد و ضخامت درپوش و همچنین استحکام و ایمنی کپ مخزن هستند.
| علامت | عنوان | توضیح |
| D | قطر مخزن | برای محاسبه ابعاد درپوش و تعیین نسبت‌های مختلف طراحی کپ مخزن استفاده می‌شود. |
| t | ضخامت بدنه مخزن | ضخامت بدنه مخزن در نقطه اتصال با درپوش نقش مهمی در محاسبه ابعاد درپوش و تحمل فشار داخلی دارد. |
| P | فشار داخلی | فشار داخلی مخزن نیاز است تا بر اساس استانداردها و نیازهای مربوطه در نظر گرفته شود تا ابعاد و ضخامت درپوش به درستی تعیین شود. |
| S | استحکام متریال | جنس درپوش نیز نقش مهمی در محاسبات دارد، زیرا استحکام و خواص مکانیکی جنس درپوش باید به اندازه کافی برای تحمل فشار و شرایط عملکرد مخزن تضمین شود. |
با استفاده از این پارامترها و معادلات دیگر مربوطه، می‌توانید ابعاد و ضخامت مناسب برای درپوش مخزن را محاسبه و طراحی کنید تا عملکرد صحیح و ایمنی را در مخزن فشاری فراهم کنید.
فرمول های اصلی محاسبات درپوش مخزن
در طراحی کپ مخزن، می‌توان از معادلات و فرمول‌های مختلفی برای محاسبه ابعاد و ضخامت درپوش استفاده کرد. در زیر، چند معادله و فرمول مثالی را برای محاسبه این پارامترها ارائه می‌دهم:
- معادله Barlow’s Formula
این معادله برای محاسبه ضخامت بدنه مخزن در نقطه اتصال با درپوش بر اساس فشار داخلی استفاده می‌شود. فرمول آن به صورت زیر است:
t = (P * D) / (2 * S * F)
که t ضخامت بدنه مخزن، P فشار داخلی، D قطر مخزن، S استحکام مواد بدنه و F ضریب ایمنی است. - معادله Shells and Heads Formula
این معادله برای محاسبه ضخامت درپوش بر اساس قطر مخزن و فشار داخلی استفاده می‌شود. فرمول آن به صورت زیر است:
t = (P * Dh) / (2 * S * F)
که t ضخامت درپوش، P فشار داخلی، Dh قطر درپوش، S استحکام مواد درپوش و F ضریب ایمنی است. - فرمول Lame’s Equation
این فرمول برای محاسبه ضخامت درپوش بر اساس فشار داخلی و قطر مخزن استفاده می‌شود. فرمول آن به صورت زیر است:
t = (P * R) / (S – P)
که t ضخامت درپوش، P فشار داخلی، R شعاع قوس درپوش و S استحکام مواد درپوش است.
کپ Spherical Cap (تاج نیمکره ای)
این فرمول برای محاسبه ابعاد درپوش نیمکره‌ای (Hemispherical Head) استفاده می‌شود. از جمله فرمول‌های مرتبط با این دسته می‌توان به محاسبه قطر و ارتفاع درپوش اشاره کرد. فرمول Spherical Cap یا درپوش نیمکره‌ای (Hemispherical Head) برای محاسبه ابعاد و شکل درپوشی استفاده می‌شود که شکل آن شبیه به نیمکره است. در این فرمول، برخی پارامترها مورد استفاده قرار می‌گیرند تا ابعاد درپوش نیمکره‌ای را مشخص کنند.
معادله ریاضی:
در این فرمول، D نشان دهنده قطر کامل مخزن است و t نشان دهنده ضخامت دیواره مخزن در نقطه اتصال با درپوش است. فرمول Spherical Cap برای محاسبه ابعاد درپوش نیمکره‌ای شامل معادله و روابط ریاضی زیر است:
| نام معادله | عنوان | معادله ریاضی | توضیح |
| قطر درپوش | Dh | Dh = D | قطر درپوش نیمکره‌ای برابر با قطر مخزن است |
| ارتفاع درپوش | h | h = D/2 | ارتفاع درپوش نیمکره‌ای برابر با نصف قطر مخزن است |
| ضخامت نقطه اتصال | K | K = t | ضخامت قسمت جوشکاری شده نقطه اتصال درپوش به بدنه مخزن است |
با استفاده از این معادلات و روابط ریاضی، می‌توانید ابعاد درپوش نیمکره‌ای را محاسبه کنید و درپوشی را طراحی و بسازید که به درستی به بدنه مخزن متصل شده و عملکرد صحیح و ایمنی را در مخزن تحت فشار فراهم کند. با استفاده از این پارامترها و فرمول Spherical Cap، می‌توان ابعاد درپوش نیمکره‌ای را به طور دقیق محاسبه کرد و طراحی صحیح و ایمنی برای مخزن تحت فشار را انجام داد.
مثال:
فرض کنید شما در حال طراحی و ساخت یک مخزن تحت فشار هستید و نیاز دارید تا درپوش نیمکره‌ای آن را طراحی کنید. با استفاده از فرمول Spherical Cap، می‌توانید ابعاد مورد نیاز برای درپوش را محاسبه کنید. فرض کنید قطر کامل مخزن شما برابر با 4 متر (D = 4 متر) و ضخامت دیواره مخزن در نقطه اتصال با درپوش برابر با 10 سانتیمتر (t = 10 سانتیمتر) است.
با استفاده از فرمول Spherical Cap، می‌توانیم ابعاد درپوش نیمکره‌ای را محاسبه کنیم:
- قطر درپوش (Dh) = قطر مخزن (D) = 4 متر
- ارتفاع درپوش (h) = نصف قطر مخزن (D/2) = 2 متر
- شعاع اتصال (K) = ضخامت دیواره مخزن در نقطه اتصال (K = t) = 10 سانتیمتر
با استفاده از این مقادیر، می‌توانید ابعاد مورد نیاز برای درپوش نیمکره‌ای را محاسبه کنید. به طور مثال، قطر درپوش 4 متر و ارتفاع آن 2 متر خواهد بود. با استفاده از این ابعاد، می‌توانید درپوش نیمکره‌ای را طراحی و بسازید که به درستی به بدنه مخزن متصل شده و عملکرد صحیح و ایمنی را در مخزن تحت فشار فراهم کند.
درپوش 2:1 Elliptical Head (کپ یا تاج بیضوی)
این فرمول برای محاسبه ابعاد درپوش نیمه بیضوی (Semi Elliptical Head) استفاده می‌شود. این درپوش شکلی شبیه به نیمه بیضی دارد و فرمول مرتبط با آن شامل محاسبه ابعاد قطر و ارتفاع درپوش است. فرمول 2:1 Elliptical Head یا درپوش نیمه بیضوی (Semi Elliptical Head) برای محاسبه ابعاد و شکل درپوشی استفاده می‌شود که شکل آن شبیه به نیمه بیضی است. این نوع درپوش در صنعت مخازن تحت فشار بسیار رایج است. در این فرمول، برخی پارامترها مورد استفاده قرار می‌گیرند تا ابعاد درپوش نیمه بیضوی را مشخص کنند.
معادله ریاضی:
فرمول 2:1 Elliptical Head برای محاسبه ابعاد درپوش بیضوی نسبت 2 به 1 استفاده می‌شود. این درپوش‌ها برای مخازن تحت فشار استفاده می‌شوند و شکل آنها به صورت یک نیمکره است که با یک بیضوی که نسبت قطر بزرگ به قطر کوچک آن 2 به 1 است، ترکیب شده است.
| علامت | عنوان | فرمول |
| Dh | قطر درپوش | Dh = 2 * Ds |
| h | ارتفاع درپوش | h = Ds/2 |
| K | شعاع اتصال | K = t |
در این معادلات، Ds نشان دهنده قطر کوچک بیضوی است و t نشان دهنده ضخامت دیواره مخزن در نقطه اتصال با درپوش است.
مثال:
یک مثال کاربردی از فرمول 2:1 Elliptical Head می‌تواند در طراحی و ساخت درپوش بیضوی برای یک مخزن فشاری باشد. به عنوان مثال، فرض کنید قطر کوچک بیضوی (Ds) برابر با 2 متر و ضخامت دیواره مخزن در نقطه اتصال با درپوش (t) برابر با 10 سانتیمتر باشد. با استفاده از معادلات بالا، می‌توانیم قطر درپوش (Dh) و ارتفاع درپوش (h) را محاسبه کنیم. در این مثال، قطر درپوش بیضوی (Dh) برابر با 4 متر و ارتفاع درپوش (h) برابر با 1 متر خواهد بود. با استفاده از این ابعاد، می‌توانید درپوش بیضوی را به درستی به بدنه مخزن متصل کرده و عملکرد صحیح و ایمنی را در مخزن فشاری فراهم کنید.
فرمول Knuckle Radius
این فرمول برای محاسبه شعاع درپوش عدسی مخازن استفاده می‌شود. شعاع اتصال (Knuckle Radius) نقطه اتصال درپوش به بدنه مخزن را مشخص می‌کند و برای ایجاد استحکام ساختاری و توزیع فشار بهینه مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرمول Knuckle Radius برای محاسبه شعاع اتصال (Knuckle Radius) در درپوش عدسی مخازن تحت فشار استفاده می‌شود. شعاع اتصال نقطه اتصال درپوش به بدنه مخزن را مشخص می‌کند و برای ایجاد استحکام ساختاری و توزیع فشار بهینه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Knuckle Radius = 6t
در این فرمول، t نشان دهنده ضخامت دیواره مخزن در نقطه اتصال با درپوش است. برای محاسبه شعاع اتصال، ضخامت دیواره مخزن در نقطه اتصال با درپوش را در 6 ضرب می‌کنیم. شعاع اتصال یکی از عوامل مهم در طراحی و ساخت درپوش‌های عدسی مخازن است. با تعیین شعاع اتصال مناسب، می‌توان از نظر استحکام ساختاری درپوش و توزیع فشار، عملکرد بهینه‌ای را ایجاد کرد. استفاده از فرمول Knuckle Radius در طراحی و محاسبه شعاع اتصال از جمله روش‌های استاندارد و مورد قبول در صنعت مخازن تحت فشار است.
