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玻璃钢立式储罐课程设计

发布时间:2020-10-18 22:33

  玻璃钢立式储罐课程设计_工学_高等教育_教育专区。前言 玻璃钢贮罐是树脂基复合材料制品中应用最广泛的产品之一,与传统的金属、钢筋 混凝土贮罐相比,它具有耐腐蚀性能好、强度高、自重轻、隔热保温效果好、成型容易、 维修方便、耐久性好及安装、运输方便的特点

  前言 玻璃钢贮罐是树脂基复合材料制品中应用最广泛的产品之一,与传统的金属、钢筋 混凝土贮罐相比,它具有耐腐蚀性能好、强度高、自重轻、隔热保温效果好、成型容易、 维修方便、耐久性好及安装、运输方便的特点[1]。 由于玻璃钢贮罐具有这些特点,它已广泛用于化工、石油、造纸、医药、食品、冶 金、粮食、饲料等领域。我国玻璃钢贮罐的发展十分迅速,已经颁布了纤维增强塑料贮 罐的标准,规定了贮罐用原材料、生产工艺、结构形式、产品性能和几何尺寸、验收条 件等等,规范了玻璃钢产品市场,对提高玻璃钢贮罐产品质量起到了促进作用。国产玻 璃钢贮罐主要采用机械化缠绕成型工艺,手糊成型已基本淘汰。工厂缠绕成型玻璃钢贮 罐容积可达 150 ;现场缠绕成型的贮罐直径达 15m、容积可达 2500 玻璃钢贮罐向着抗渗漏性、多功能(阻燃性、防静电、结构强度) 、复合化(热塑 性内衬、玻璃钢结构层)低成本的方向发展。玻璃钢贮罐设计要求适应这一发展方向, 不断拓展玻璃钢贮罐的应用领域,根据使用条件和结构要求,合理选择材料,确定产品 结构形式和制造工艺方法,达到降低成本,满足使用要求的目的[2]。 1 1. 造型设计 1.1 贮罐的构造尺寸确定 初取贮罐的直径 3.6m,则贮罐高度 H= 寸为:D=3.6m;H=12m。 1.2 贮罐顶盖的设计 玻璃钢贮罐顶盖有平顶盖、锥形顶盖和椭圆形顶盖三种形式。本设计采用拱形顶盖, 与锥形顶盖相比,其结构简单、刚性好、承载能力强,是立式贮罐广为使用的一种形式。 为取得罐顶与罐壁等强度,罐顶的曲率半径与贮罐直径差值不超过 20%。即 (0.8 。 = = =11.8m,故可初选贮罐的结构尺 1.3 贮罐罐底设计 立式贮罐罐底采用平底,罐体与罐底的拐角处理,对贮罐设计极为重要。尤其是立 式贮罐底部受力较为复杂,应引起足够的重视。一般在拐角处都应设计成一定的圆弧过 渡区,圆弧半径不应小于 38mm。 1.4 支座设计 常用立式贮罐支座有床式、悬挂式、角环支撑式和裙式 4 钟形式。床式支座是将贮 罐直接置于基础上,属于直接支撑形式。因为支承面积大、设备底部的应力状态均匀、 应力集中的现象较少,所以这种支承方式可以不再采取其他固定措施,对于室外大型设 备,大多要另加地角螺栓固定[3],本设计采用床式支座。 1.5 造型设计简图 如图 2.1 所示 2 图 2.1 2. 性能设计 2.1 树脂的选择 根据制品的使用条件,对复合材料的物理性能、耐化学腐蚀性能及力学性能进行设 计,储罐中储存的物质为饱和盐水,使用温度为 80℃,有使用条件可知,所选择的树脂 必须耐盐,具有高的热变形温度,此外还要有一定的力学承载能力。 贮罐设计中常用树脂主要是不饱和聚酯树脂,由于不饱和聚酯树脂价格便宜,也可 以满足储罐的使用要求,常用不饱和聚酯树脂的牌号如下: 表 3-1 树脂的选择要点 树脂基体 邻苯型 代号 OP 产品性能 适用场所 常用于一般的腐蚀环境, 海 水腐蚀、 弱酸腐蚀及大气老 化腐蚀。 常用于酸性腐蚀较强或碱 性腐蚀一般的环境。 常用于酸、碱、盐溶剂等腐 具有一般的耐腐蚀性能,可耐海水、弱酸及大气老化环境,长期 使用温度-50℃~60℃ ,最高使用温度达 100℃ ,这是一种较 经济的树脂类型,耐腐蚀性一般,阻燃氧指数约为 26。 具有优异的耐腐蚀性能, 可耐中等浓度无机酸、碱、各种盐类等 间苯型 IP VE 环境,长期使用温度-50℃~90℃ ,最高使用温度达 105℃ , 阻燃氧指数约为 26。 具有优异的耐腐蚀性能,可耐酸、碱、盐溶剂或酸碱交替等恶劣 具有优异的耐腐蚀性能,可耐酸、碱、盐溶剂或酸碱交替等恶劣 乙烯基型 的腐蚀环境,长期使用温度-50℃~110℃ ,阻燃氧指数约为 28。 蚀严重的环境。 的腐蚀环境,长期使用温度-50℃~110℃ ,其阻燃性能高于一 般树脂,氧指数为 28~35。 间苯型食品级树脂同间苯树脂一样具有优良的耐腐蚀性能,长期 常用于有阻燃要求的使用 环境。 常用于肉制品、 食品加工厂 及自来水厂。 阻燃型 FI 食品级型 FO 使用温度-50℃~90℃ ,最高使用温度达 105℃,阻燃氧指数约 为 26。 根据本储罐的使用条件,可以选择乙烯基型不饱和聚酯树脂。 3 2.2 增强材料的选择 玻璃纤维价格便宜,性能优异,可以满足储罐的使用要求,增强材料选择玻璃纤维, 常用的玻璃增强材料主要有无捻粗纱布、加捻布、短切毡、表面毡、玻璃纤维无捻粗纱 和短切玻璃纤维。玻璃纤维按其使用要求分为[4]: E-玻璃纤维,无碱纤维,具有优良的、耐老化性和耐水性。 ( 2 )C-玻璃纤维,耐酸性好,耐碱性不如无碱纤维,成本低。 ( 3 )A-玻璃纤维,有碱纤维,含碱量大于 1 2 % ( 4 )S-玻璃纤维,高强度玻璃纤维,拉伸强度较大。 ( 5 )中碱玻璃纤维,耐酸性好,成本低。 ( 6 )耐碱玻璃纤维,抗碱性较好,主要用于增强水泥制品。 ( 7 )空心玻璃纤维,纤维中空,弹性模量较高。 表 3.2 无碱和中碱纤维的性能对比 种类 无碱玻璃 一般 纤维 中碱玻璃 好 纤维 差 较低 较差 低 低 性差 低的场合 好 高 较好 好 较高 润 树脂浸润 高的场合 用于强度 耐酸性 耐水性 机械强度 防老化性 电绝缘性 成本 浸润性 树脂易浸 适合条件 用于强度 储罐用来储存饱和盐水,使用温度为 80℃,并且有一定的力学承载,以及经济效益 综合考虑选择无碱玻璃纤维,因为无碱玻璃纤维耐水性好,但成本较高。 2.3 助剂选择 2.3.1 引发剂的选择 A.过氧化酮类引发剂 国内玻璃钢工业大多用 50%过氧化环已酮糊。纯净的过氧化环已酮为粉末状,很不 稳定,需配成糊状产品使用,单独使用固化时间长。过氧化环已酮存在着易分层,在树 脂中不易分散、活性低、添加量大、固化程度不高、在低温下易出现结晶等缺点。 B.过氧化甲乙酮 过氧化甲乙酮是不饱和聚酯树脂固化在世界上应用最广泛的引发剂,其价格低、性 能好,使用方便,和树脂容易混溶[5]。 4 通过比较,选用过氧化甲乙酮做为引发剂。 2.3.2 促进剂的选择 由于引发剂选用了过氧化甲乙酮,所以促进剂选用钴盐类促进剂,且常用邻苯二甲 酸二甲酯稀释后使用。 2.3.3 脱模剂的选择 脱模剂采用聚乙烯醇溶液、脱模蜡等。 3 结构设计 3.1 立式贮罐结构设计 3.1.1 立式贮罐设计条件 装满饱和盐水的立式贮罐, 贮罐的高度为 H, 半径为 R, 充满饱和盐水密度 贮罐安装在太原地区,贮罐顶均匀雪荷载 =400N/ ,风压为 =300N/ / , ,无地震。玻璃 钢材料的拉伸强度 ,安全系数取 K=10。贮罐内装满液体介质,以地面完全接触方 式安装在水平面基础上。 3.1.2 贮罐壁厚计算[6] 罐体沿高度分为 12 段,先计算罐下 1m 处的壁厚 t= 式中 p-----荷载引起的罐壁压力。 P= 3.6N/cm (4.1) (4.2) = 依次求得 =0.77cm =0.93cm =1.08cm (4.3) 5 =1.23cm =1.39cm =1.54cm =1.70cm =1.85cm =2.01cm =2.16cm =2.31cm 由表查得贮罐对应段最小厚度均小于计算厚度,所以贮罐厚度以计算值为准。 3.1.3 贮罐顶盖的厚度设计 拱形顶盖的曲率半径 =D=3.6m。 为罐顶高, 为转角曲率半径, 小则 h 也小, h r r 一般取 r=0.2D, 此时 h 0.2D, 贮罐顶盖受均布荷载 为 =4 =4 =400N/ 拱顶顶板的最小厚度 =0.27cm (4.4) 式中 --------顶板最小厚度,mm; P--------作用在顶盖上的荷载,MPa; E-------拱顶材料的弹性模量,MPa。 按强度设计的拱顶厚度,还必须进行稳定性验算,拱顶的最小厚度不得小于 5mm,大 于计算结果,故取顶盖厚度 5mm。 在外载荷的作用下,拱顶的许用临界荷载为 [ ]=0.1 =0.1 1.1 =2121.9N/ p (4.5) 故设计安全。 3.1.4 贮罐底板设计 6 罐底为平板,直接安装在平面基础上。贮罐内的液体重可直接传给混凝土基础,因 此罐底所受的应力很小。但罐底和罐壁连接处受力十分复杂,一般需要加强, 根据 ASTM—D3299 中规定,底板厚度 处 =32.6mm,L=300mm,M=100mm。 根据底板厚度,可计算得,底板需铺层的层数: n= (4.6) 纤维选用 无碱玻璃纤维毡, 其单位面积质量为 600g/ , 树脂选用不饱和聚 = 取 9.5mm,罐壁下部 t=23.1mm 时,拐角 酯树脂,密度为 1.3g/ 。铺层时可采用 各四层交替铺层。 3.1.5 风荷作用下贮罐强度设计 贮罐设计地区风压 W=0.72 =300Pa,计算风压为 =0.72 300=216Pa (4.7) 贮罐沿高度方向承受的均布荷载为 =0.72 =0.72 777.6N/m (4.8) 由风压引起的最大弯矩和剪力为 = 2=777.6 2=55987.2N m (4.9) = (4.10) 贮罐迎风面的最大拉伸应力,应小于玻璃钢材料的许用拉伸强度;背风面的最大压 缩应力;应小于玻璃钢材料的许用压缩强度。在最大风荷载下贮罐的厚度: 7 = = =0.039cm (4.11) 贮罐自重为 =罐体重+罐底重+罐顶重 D + +[ ] =360 95 — ] =2441.66+174+407.5=3023kg 302.3kN (4.12) 贮罐自重引起的抗风弯矩为 = =302.3 (4.13) 风压引起贮罐的倾覆弯矩为 =55987.2N 5598.7kN (4.14) 贮罐不会因风压而倾覆。 3.1.6 设计结果 管壁厚度 底部厚 23.1mm 上端厚 6.2mm 罐底厚 9.5mm 罐顶厚 5mm 3.2 支座设计 本设计采用的是床式支座, 因为该贮罐比较大, 所以要另加地脚螺栓固定。 如图 4.1 所示。 8 立式贮罐设计结果如下: 图 3.1 4 工艺设计 玻璃钢储罐的成型方法主要有手糊成型工艺、缠绕成型工艺和预应力组装成型。 4.1 预应力玻璃钢组装贮罐制造技术[7] 预应力玻璃钢组装贮罐制造,适用于大型贮罐。其特点是罐体构件在工厂内预制 , 运输到现场后,用螺栓把玻璃钢构件连接制成储罐壳体,然后在罐体外缠绕钢丝绳,使 罐体受压应力。当储罐装满液体介质后,环向压应力变成拉应力,而拉应力主要用钢丝 绳承担。 玻璃钢贮罐由 2 块加肋顶盖板、 块周边带法兰的拱板和整块底板组成。 18 各构件之 间的连接主要由法兰螺栓,并用作内衬层的材料。 这种贮罐的制造技术分为:玻璃钢构件工厂制造;运输到现场后拼装;缠绕钢丝绳 预加应力。 4.1.1 储罐玻璃钢构件制造 罐底、罐壁及罐顶玻璃钢构件采用手糊成型工艺,工艺流程如下: 树脂胶液的配制 玻璃纤维布制品裁剪 9 手糊成型工艺 固化 模具准备 脱模 修整 检验 构件(拱板、底板、顶板) A、原材料的准备 根据储罐的性能要求选用玻璃纤维和树脂种类及牌号。本设计中选用乙烯基型不饱 和聚酯树脂,增强材料选用无碱玻璃纤维表面毡,无碱玻璃纤维布,无碱玻璃纤维短切 毡,玻璃纤维需用浸润剂处理。 B、模具的准备 根据储罐的生产数量和外观质量要求,本工艺选用玻璃钢模具。底板和顶盖选用阳 模成型; 拱板的表面质量要求高, 并且要保证法兰连接的尺寸, 拱形壁板选用阴模成型。 拱板选用阴模的原因,是为了保证法兰尺寸及表面精确。 C、构件的糊制 先在模具上涂脱模剂, 将加入引发剂和促进剂的不饱和聚酯树脂涂刷在磨具表面上, 内衬层采用玻璃纤维采用表面毡,保证内衬层的树脂含量在 9 0 % 以上;结构层使用玻璃 纤维布,保证结构层厚度和控制含胶量在 70%~80%;外表层糊制时树脂中要加入紫外 线吸收剂, 采用中碱玻璃纤维表面毡, 糊制完以后铺一层聚酯薄膜, 使制件获得双面光。 4.1.2 储罐现场安装 储罐装配时,将罐体拱形板法兰重合,拧紧螺栓,用聚酯树脂胶泥填缝,并在储 罐内的接缝处糊制和内衬层材料相同的玻璃钢层密封。 贮罐壳体装配好后,根据设计要求,在法兰上开槽,在罐体外缠绕钢丝绳。法兰上 的槽可作为导槽,使钢丝绳按设计间距缠绕到玻璃钢罐体上。由于贮罐受的环向应力是 由底顶逐渐减少, 因此, 钢丝绳的间距也逐渐由小变大。 钢丝绳缠绕张力控制十分重要, 10 最佳的张力大小是使贮罐装满液体介质后,罐体的环向应力等于零,即应力完全由钢丝 绳承担。 4.2 整体式玻璃钢贮罐制造技术 整体式玻璃钢贮罐多为中小型,常采用手糊成型。本设计中贮罐为大型贮罐,不采 用这种成型方式,故不做详细介绍。 4.3 缠绕成型储罐的制造技术 缠绕玻璃钢成型是先将储罐分成“钟罩”和封头。将这两部分组装在一起即构成储 罐的完整结构,然后再进行结构层缠绕。 4.3.1 “钟罩”的成型 A、模具的清理 缠绕成型的储罐的模具一般为钢模,对模具进行清理是为了保证其表面平滑无异 物,使制得的产品内表面光滑,便于脱模。清理完后,胶黏带堵住模具上的脱模孔, B、涂脱模剂 用脱模蜡或聚乙烯醇脱模剂在钟罩模上均匀涂层,要求厚度均匀,防止漏涂。 C、加热树脂 使其温度达到 35~40℃。 D、按设计要求的原材料和厚度制造内衬层 封头的内衬层用喷射成型或手工成型,铺覆方法根据设计要求,可选用喷射、干法 或者湿法缠绕。制作封头的加强层,采用喷射和铺玻璃纤维布。 E、脱模 待钟罩固化完全后脱模。脱模是利用液压空气,通过模具上的脱模孔使模具和钟罩 间形成一层空气垫,靠空气压力将钟罩推出。 4.3.2 第二个封头制造 A、清理模具,堵脱模气孔; B、涂脱模剂; C、按设计要求缠制内衬层和加强层。在制作过程中,始终进行手动滚压,排除气泡, 待树脂固化后脱模。 4.3.3 组装 将第二个封头和钟罩对接成一个整体。对接时先将两部分对接边磨成坡口,用短切 毡片和聚酯树脂进行加强,保证组装区平整。 11 4.3.4 在缠绕机上进行缠绕 由于此卧式储罐具有轴向应力,要进行螺旋缠绕;缠绕工序在缠绕机上进行。缠绕 成型用的原材料为乙烯基酯树脂,增强材料为中碱玻璃纤维。缠绕成型需要在全自动缠 绕机上进行。 缠绕成型工艺参数控制[8]: A、缠绕角 B、无捻粗纱的烘干处理 玻璃纤维表面的含有水分,不仅影响树脂基材与玻璃纤维之间的粘结性能,同时将 引起应力腐蚀,并且使微裂纹等缺陷进一步扩展,从而使制品强度和耐老化性下降。因 此玻璃纤维在使用之前必须进行烘干处理。无捻粗纱在 60~80℃烘干 24h。 C、玻纤浸胶含量分布 玻纤含胶量的高低及其分布对玻璃钢制品性能影响很大,直接影响制品的重量及厚 度;含胶量过高,玻璃钢制品的复合强度降低;含胶量过低,制品的纤维孔隙率增加, 使制品的气密性、防老化性能及剪切强度下降,同时也影响纤维强度的发挥;此外含胶 量变化大会引起应力分布不均,并在某些区域引起破坏。因此,过程必须严格控制,控 制结构层含胶量在 25%~30%。 D、缠绕张力 缠绕张力大小、各纤维束间张力的均匀性,以及各缠绕层之间纤维张力的均匀性, 对制品的质量影响极大。张力过小,制品的强度低,内衬层所受压缩应力较小,因而内 衬在充压时的变形较大,其疲劳性能就越低。张力过大,则纤维磨损大,使纤维和制品 强度下降。此外,缠绕张力对制品的密实度和含胶量会产生很大的影响。 为了使制品里的各缠绕层不会由于缠绕张力作用导致产生内松外紧的现象,采用张 力递减制度,使内外层纤维的初始应力相同,容器充压后内外层纤维能同时承受荷载。 E、纱片宽度的变化和缠绕位置 纱片间隙会成为富树脂区,结构上的薄弱环节。纱片宽度很难精确控制,这是因为 它会随着缠绕张力的变化而变化,选取纱片宽度 20mm。 F、缠绕速度 缠绕速度通常是指纱线速度, 应控制在一定范围内。 因为纱线速度过低, 生产率低; 纱线速度过大,运行不稳,因产生颠簸振动。缠绕速度控制为 0.85m/s。 G、固化制度 12 玻璃钢的固化主要有常温固化和加热固化两种,加热固化制度包括加热的范围,升 温速度,恒温温度及保温时间。本设计采用加热固化,因为加热固化可以提高化学反应 的速度, 缩短固化时间, 缩短生产周期, 提高生产率。 升温速率一般在 0.5℃/min~1℃/min, 本设计选用 1℃/min,既可以提高生产周期,提高生产率,又不至于影响玻璃钢制品的 质量。保温时间由树脂发生聚合反应所需要的时间和传热时间决定;降温冷却阶段速度 要始终,防止使制品产生内应力,并且要尽量缩短生产周期。 采用分层固化制度,这样可以消弱环向应力沿筒壁的分布高峰;可以提高纤维的初 始张力;减缓树脂含量沿筒壁分布不均的现象,同时利于溶剂的挥发,提高制品内外质 量的均匀性。 H、环境温度 环境温度降低,树脂的粘度升高,纤维浸渍不充分。所以环境温度要控制在一定的 范围内,保证缠绕过程的浸渍效果,避免某些固化剂的低温析出。环境温度控制在 15℃ 以上。 综上三种方法,选用缠绕成型工艺,考虑到本贮罐体积较大,采用现场制作的缠绕 成型工艺。 5 零部件设计 零部件是贮罐必不可少的部分。它主要涉及贮罐的开孔、补强、人孔、进出管设计、 支座设计等。 5.1 贮罐的开孔与补强[9] 由于工艺和结构上的需要,复合材料贮罐要有各种开孔,供工艺接管或零部件安装 时使用。开孔的大小决定于开孔的用途,开孔的形状应该是圆形或长短轴比不超过 2 的 椭圆形。用连续纤维制成的设备,再用机械方法切孔后,无凝会破坏纤维的连续性。纤 维被切断, 不单会削弱贮罐强度, 而且由于结构连接性受破坏, 壳体和接管变形不一致, 在开孔和接管出将产生较大的附加内力分量。其中影响最大的是附加弯曲内力,局部地 区的应力可达壳体壁基本应力的三倍以上。这种局部应力增长现象,称为应力集中[10]。 大量实验表明,如果将连接处的接管或壳体壁厚适当加厚,上述局部区域的应力集 中现象在很大程度上会得到缓和,应力集中系数有人可以控制在所允许的范围内。所谓 “开孔补强设计” ,就是指采取适当加厚接管或壳体壁厚的方法,使之达到提高壳壁强 度,并把应力集中系数降低到某一允许数值的目的。 在实际工作中较多的采用局部补强形式。即在壳体开孔处的一定范围内将增加壳体 13 的壁厚。补强设计方法可采用等面积补强发,即局部的符合材料截面积。也就是用的开 孔相等截面的外加复合材料来补偿被消弱的壳壁强度。 5.2 贮罐进出口管和人孔设计[10] 5.2.1 进出口管 进出口管一般采用带法兰的短接管,其规格与管子相同,接管长度一般不小于 180 100mm。壳体与进出口管的链接部位,要求兼顾耐用,不渗漏。建议在管口处设置 3 个或 4 个角撑板以提高接管强度。管口与壳体的链接课采用带塑料衬里的伸入式支管 结构。手糊成型的法兰接管尺寸如表 5.1 所示。有时进口管插入壳体 50 80mm,除了祈 祷增强作用外,并能避免腐蚀液体进入壳体内时沿着壳壁流淌,冲刷壳壁[9]。法兰接管 尺寸选接管内径 51mm。 5.2.2 人孔 人孔是为了检查设备的内部空间,对设备内部进行清洗、安装及拆卸内部结构而设 置的。手孔通常是在短接管加一个盲板而构成。 表 5.1 手糊成型法兰接管尺寸(额定压力 0.18MPa) 接管内 径 db/mm 25 38 51 76 102 152 203 最小壁 厚 tn/mm 5 5 5 5 5 5 5 法 兰 最 小 厚 度 th/mm 13 13 13 13 13 13 14 轮 壳 最 小 厚 度 th/mm 6 6 6 6 6 6 8 轮壳最 小长度 h/mm 51 51 51 51 51 51 57 接管内 径 db/mm 254 305 356 406 457 508 610 最小壁 厚 tn/mm 5 5 6 6 6 6 6 法 兰 最 小 厚 度 th/mm 17 19 21 22 24 25 29 轮 壳 最 小 厚 度 th/mm 10 10 11 11 13 13 14 轮壳最 小长度 h/mm 70 76 83 89 95 102 114 直径大于 900mm 的容器和贮罐应开设人孔,方便检修时工作人员能进入设备内部, 及时发现内表面的腐蚀、磨损或裂纹,并进行修补。常用的人孔形式为圆形。人孔的处 的构造处理应该按照大型接管一样处理,要充分注意连接处的加固。人孔的大小及其位 置应以工作人员进出壳体方便为原则。人孔直径一般为 450 600mm,颈高 100 150mm。 人孔尺寸如表 6.2 所示。深度大于 3m 的贮罐,应考虑设置两个人孔,一个在顶部,一 14 个在紧靠罐基础上部以利于进出。人孔盖可以是平的,带有手柄;但也可以是盘形的。 人孔一般设置角撑板。人孔尺寸选取人孔直径 508mm。 表 5.2 典型人孔尺寸 壳体侧面人孔(0.1MPa) 人孔直 径 db/mm 法兰及 盖子直 径/mm 457 508 559 610 635 699 762 813 法兰及 盖子厚 度/mm 25 25 25 29 螺孔分 布圆直 径/mm 578 635 686 749 19 22 25 25 457 508 559 610 螺栓孔 直径/mm 人孔直 径 db/mm 顶部人孔(0.1MPa) 法兰及 盖子直 径/mm 635 699 762 813 法兰及 盖子厚 度/mm 10 10 10 10 螺孔分 布圆直 径/mm 578 635 686 749 13 13 13 13 螺栓孔 直径/mm 5.3 排液管 贮罐的排液管通常设置在罐底和罐壁下部。其典型设计如图 5.1 所示。 图 5.1 5.4 排气孔 各种顶端封闭的直接排到大气的常压贮罐,必须开设能自由排气道大气中的排气孔。 最小排气孔尺寸应该满足控制所有的联合入口或排出口的排气量,使封闭贮罐不产生正 压或负压。 5.5 液面计孔 液面计口用于测量液面高度。 经查阅中华人民共和国行业标准,玻璃钢储罐标准系列 HG 21504.1-92,立式储罐 15 容积 V ? 50m 3 ,选用液面计口内径 d a ? 25m m 。 6 安装设计 (1)立式平底贮罐应安装在连续支承的平面基础上,并有足够的强度,以支承充满液体 的贮罐。 (2)在罐底排液口处,基础上应有凹槽便于排液,排液接管法兰不得与基础接触。 (3)与设备连接的管道及附件应避免其重量直接作用在设备上。起吊时,设备上的 接管、人孔等不得作为着力点使用。 (4)储罐下部如有接头或法兰连接的管子要垂直于桶壁,最好使用软连接,以免装 满液体后,桶壁上下不均匀膨胀导致接头连接受损导致泄漏,严重时损坏接头和桶体。 (5)开口断面处应进行封闭处理,所用材料应与内衬层材料相同。 (6)开孔补强 [11] 贮罐是用连续纤维制成的整天成型的设备,由于工艺和结构上的需要,贮罐要开设 各种孔,供成型接管或者零部件安装时使用。用机械方法切孔后,无疑会破坏纤维的连 续性,纤维被切断后,不但会削弱贮罐强度,而且由于结构连续性受到破坏,壳体和接 管变形不一致,在开孔和接管处将产生较大的附加内力分量,因此开孔处必须采取适当 加厚接管或壳体厚度的方法,使之达到提高壳体强度,降低应力集中系数。 在实际工作中较多采用局部补强形式,即在开孔处的一定范围内增加壳体的壁厚, 16 补强设计采用等面积补强法, 即局部补强的面积必须大于或等于开孔所挖去的壳壁截面 积。 在贮罐筒壁和封头开设,按图纸要求的直径,并且在图纸要求的位置开设圆孔,本 设计总共开设八个孔,其中包括人孔、手孔、排液孔、排气孔和液面计孔。 (7)装配法兰及配件 贮罐缠绕层全固化后,从缠绕机上卸下,并拆除旋转支撑环,然后按照图纸安装预 先做好的进料口、出料口、排气口、人孔和其他配件。 7 制品检验 每个产品必须进行出厂检验,检验项目有各层厚度,总厚度,溢流管尺寸,法兰平 面与管轴线垂直度,法兰接管方位偏差,管接头力矩载荷,管接头扭转载荷,总质量, 总长度,渗漏,巴氏硬度和外观检验[12]。 7.1 各层厚度 用精度为 0.05mm 的卡尺对开孔处切取的试样进行测量,测量五个点取最小值。 7.2 筒体和封头厚度 用精度为 0.05mm 的卡尺对开口处切取的试样进行测量,或测量筒体的内、外径。 7.3 按设计充水,检查溢流功能。 7.4 贮罐装满清水后,用静态电阻应变仪测量环向应变,取最大值 7.5 内壁锥度用精度为 lmm 的钢卷尺测量筒体两端内径差与其对应的长度, 按锥度公式 求得。 7.6 弯曲强度和弯曲弹性模量按 GB 1449 测试,试样从贮罐开口处切取,其长度方向的 曲率可与贮罐的曲率一致。 7.7 筒身轴向拉伸强度可用同工艺同层次的小直径管试样按 GB 5349 测试。 17 7.8 法兰平面与接管轴线的垂直度用角尺检验。 7.9 法兰接管的方位偏差用精度为 lmm 的钢卷尺测量;角度偏差用角度尺测量。 7.10 管接头力矩载荷通过连接在管接头法兰上的一根 lin 长的管,将力矩载荷加到贮 罐管接头上来测量,加载增量为规定载荷的 20%,直至加到规定的力矩载荷。 7.11 管接头扭转载荷通过连接在管接头法兰上的一根 lin 长的管将扭转载荷加到贮罐 管接头上来测量,加载增量为规定载荷的 20%,直至加到规定扭矩载荷。 7.12 总质量用地中衡或起吊时串接测力传感器测量。 7.13 贮罐总长度用精度为 lmm 钢卷尺或合适的仪器测量。 7.14 渗漏检验是将贮罐注满清水, 卧式贮罐打压 0.1MPa, 保压 30min, 观察有无渗漏。 7.15 树脂含量按 GB 2577 测定,树脂的固化度不低于 85%[13]。 测定固化度方法也很多,如:溶剂萃取法,差示扫描量热法及红外光谱法。但目前 应用较广的仍是溶剂萃取法。 萃取就是利用不同物质在选定的溶剂中溶解度的不同分离 混合物中组分的方法。萃取所选用的溶剂,要求对液体或固体混合物中被提取的组分具 有选择性的溶解能力。并要求有较大热稳定性和化学稳定性,较小的毒性和腐蚀性。 将玻璃钢粉末试样(或其它增强材料的粉末试样)用丙酮溶剂萃取。使没固化的部 分通过丙酮萃取而分离出来,根据萃取前后试样的质量变化计算树脂的固化度。丙酮溶 剂萃取法适用于以环氧、不饱和聚酯、酚醛等为树脂基体;以玻璃纤维、碳纤维,芳纶 为增强材料的纤维增强塑料树脂固化度的测定[14]。 7.16 外观检测 内表面外观质量在 100W 白炽灯照明下目测,外表面在充足的日照下用肉眼目测, 储罐内表面应该平整光滑,色泽均匀,无杂质混入,无纤维外露,无目测可见的裂纹、 划痕、瑕疵点及白化分层等缺陷。玻璃钢层间粘结,不允许有分层脱层、异物夹杂、树 脂脱节等现象。其余外观质量及修补办法按照 CD130A19-85 规定[15]。 18 8 小结 玻璃钢贮罐的应用由它自身的优势,应用越来越广,但在设计贮罐时也要注意一些 问题,在本产品设计时,它包括有造型设计、性能设计、结构设计、工艺设计、零部件 设计、安装设计及制品检验。在性能设计时,要充分考虑它所贮存的介质,选择合适的 基体材料和增强材料,以满足使用要求;在结构设计时,要充分考虑到它的受力情况, 按标准选择合适的直径、高度等;在工艺设计时,要考虑到它的经济性、方便性和可行 性等,以使产品可以制造出来;在安装设计时,要考虑到它的安装场地及风雪等因素, 根据不同的情况,对贮罐进行加固及其它处理;制品检验时要依照相关的标准,检验合 格才可以使用,以免造成不必要的损失。 总之,我们在进行设计时,一定要考虑的谨慎细致,以使我们的产品可以达到使用 要求。 19 参考文献 [1].陈博.我国玻璃管道和贮罐的生产与应用[J].中国建材.1995.11:21~22. 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