Коробчатые резервуары являются примером конструкции сосудов (в данном случае не проводим границу между сосудами и резервуарами) нового поколения. Так как сочетает листовую оболочечную конструкцию и усиливающую её стержневую каркасную (рамную) металлоконструкцию.
Конструктивно коробчатый аппарат (резервуар) нового поколения состоит из оболочки с затем собранной на ней сваркой металлическим усиливающим каркасом или из сваренных стенок.
Стенки по отдельности в этом случае представляют собой раму из стержневого проката (трубы прямоугольного сечения, двутавры, швеллеры) и приваренные листы стенки оболочки.
Стержни каркаса размещают в местах максимального восприятия нагрузок от массы жидкости.
Функцию несущей конструкции выполняет каркасная металлоконструкция, а листовая металлоконструкция имеет функцию создания внутреннего объема. Каркасная металлоконструкция по стенке как правило выполняется решетчатой. Элементы листовой металлоконструкции прогибаются в центре ячеек решетки и работают как пластина, закрепленная по четырем краям.
Разработки коробчатых сосудов и резервуаров нового поколения должна выполняться при расчетах на прочность и жесткость методом конечных элементов в программах МКЭ.
При правильном проектировании обеспечивается минимальная толщина стенки листового материала и минимальный сортамент стержней каркаса с одновременно максимальной прочностью и жесткостью.
Технология сварки отрабатывается с целью исключения деформаций и коробления листового металла после его приварки к стержневому металлопрокату (прямоугольным трубам).
В сосудах предыдущего поколения применялось решение в виде цилиндрической обечайки из биметалла. Наружный слой выполняет функцию несущей конструкции. Такое же решение может быть применено для листового материала коробчатого резервуара. Но в аппаратах нового поколения функция несущей конструкции может быть реализована более выраженно и ярко. За счет того, что может быть использована оболочка из нержавеющей стали AISI 304 (сталь 12Х18Н10Т) и каркас из стали 09Г2С. Сварной шов выполняется сваркой по аустенитному типу. Здесь необходим правильный подбор сварочных материалов. Явление, при котором будет протекать электрохимическая коррозия за счет наличия сопряжения нержавеющей и черной стали устраняется защитой.
В аппаратах колонного типа предыдущего поколения применяются укрепляющие кольца. Назначение этих элементов, как правило, в повышении жесткости оболочки для условий работы под внутренним вакуумом. То есть при расчете по нормам на жесткость гладкая цилиндрическая оболочка не выдерживала нагрузок, но выдерживала нагрузки от внутреннего давления. Вряд-ли в проектных институтах целенаправленно конструировали ребристые оболочки сосудов. Результатом является ребристая оболочка, эквивалентная гладкой оболочки, но увеличенной толщины. И поэтому достигалось проектирование аппарата с минимальной массой.
Сведения об эквивалентной оболочке и о расчете ребристых оболочек подробно приведены в работах Новожилова [12] и Михайловского [13].
В работах Ефанова [7], [8] рассмотрено решение по углублению применения пространственного взаимодействия и перехода от ребристо оболочки к решетчатой оболочке. То есть можно выстроить ряд:
гладкая оболочка – ребристая оболочка – решетчатая оболочка.
Решетчатые оболочки уже находят применение в емкостном оборудовании. Ребра выполняют из пластин. И как указано выше находят применение в коробчатых резервуарах.
__
Решетчатая конструкция является конструкцией аппаратов нового поколения 2020.
Конструктивно синтезируется из листовой и стержневой металлоконструкции, позволяет получить аппараты и резервуары, цилиндрические и коробчатые с минимальной массой и применить разные материальные исполнения для оболочечной и каркасной металлоконструкций.
Составим сравнительную таблицу металлоконструкций аппаратов нового 2020 и предыдущего поколений:
Сейчас находят применение просечные рубашки «пуклеванные», описанные еще в работе Касаткина [14].
Аппараты с «пуклеванной» рубашкой нашли широкое распространение в производстве емкостного оборудования из тонколистовой нержавеющей стали AISI 304. Например, еще в начале 2000 одна из Питерских компаний-изготовителей изготавливала такие рубашки из стали и титана.