玻璃鋼立式儲(chǔ)罐課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　玻璃鋼貯罐是樹脂基復(fù)合材料制品中應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品之一，與傳統(tǒng)的金屬、鋼筋混凝土貯罐相比，它具有耐腐蝕性能好、強(qiáng)度高、自重輕、隔熱保溫效果好、成型容易、維修方便、耐久性好及安裝、運(yùn)輸方便的特點(diǎn)[1]。</p><p>　　由于玻璃鋼貯罐具有這些特點(diǎn)，它已廣泛用于化工、石油、造紙、醫(yī)藥、食品、冶金、糧食、飼料

2、等領(lǐng)域。我國玻璃鋼貯罐的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)頒布了纖維增強(qiáng)塑料貯罐的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了貯罐用原材料、生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)形式、產(chǎn)品性能和幾何尺寸、驗(yàn)收條件等等，規(guī)范了玻璃鋼產(chǎn)品市場，對提高玻璃鋼貯罐產(chǎn)品質(zhì)量起到了促進(jìn)作用。國產(chǎn)玻璃鋼貯罐主要采用機(jī)械化纏繞成型工藝，手糊成型已基本淘汰。工廠纏繞成型玻璃鋼貯罐容積可達(dá)150 ；現(xiàn)場纏繞成型的貯罐直徑達(dá)15m、容積可達(dá)2500 </p><p>　　玻璃鋼貯罐向著抗?jié)B漏性、多功能（阻

3、燃性、防靜電、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）、復(fù)合化（熱塑性內(nèi)襯、玻璃鋼結(jié)構(gòu)層）低成本的方向發(fā)展。玻璃鋼貯罐設(shè)計(jì)要求適應(yīng)這一發(fā)展方向，不斷拓展玻璃鋼貯罐的應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)使用條件和結(jié)構(gòu)要求，合理選擇材料，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式和制造工藝方法，達(dá)到降低成本，滿足使用要求的目的[2]。</p><p><b>　　造型設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　貯罐的構(gòu)造尺寸確定</b

4、></p><p>　　初取貯罐的直徑3.6m，則貯罐高度H= = =11.8m，故可初選貯罐的結(jié)構(gòu)尺寸為：D=3.6m；H=12m。</p><p><b>　　貯罐頂蓋的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　玻璃鋼貯罐頂蓋有平頂蓋、錐形頂蓋和橢圓形頂蓋三種形式。本設(shè)計(jì)采用拱形頂蓋，與錐形頂蓋相比，其結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、承載能力強(qiáng)，是立式貯罐

5、廣為使用的一種形式。為取得罐頂與罐壁等強(qiáng)度，罐頂?shù)那拾霃脚c貯罐直徑差值不超過20%。即 =（0.8 。</p><p><b>　　貯罐罐底設(shè)計(jì)</b></p><p>　　立式貯罐罐底采用平底，罐體與罐底的拐角處理，對貯罐設(shè)計(jì)極為重要。尤其是立式貯罐底部受力較為復(fù)雜，應(yīng)引起足夠的重視。一般在拐角處都應(yīng)設(shè)計(jì)成一定的圓弧過渡區(qū)，圓弧半徑不應(yīng)小于38mm。</p&

6、gt;<p><b>　　支座設(shè)計(jì)</b></p><p>　　常用立式貯罐支座有床式、懸掛式、角環(huán)支撐式和裙式4鐘形式。床式支座是將貯罐直接置于基礎(chǔ)上，屬于直接支撐形式。因?yàn)橹С忻娣e大、設(shè)備底部的應(yīng)力狀態(tài)均勻、應(yīng)力集中的現(xiàn)象較少，所以這種支承方式可以不再采取其他固定措施，對于室外大型設(shè)備，大多要另加地角螺栓固定[3]，本設(shè)計(jì)采用床式支座。</p><p&g

7、t;　　造型設(shè)計(jì)簡圖 如圖2.1所示</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p><b>　　性能設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　樹脂的選擇</b></p><p>　　根據(jù)制品的使用條件，對復(fù)合材料的物理性能、耐化學(xué)腐蝕性能及力學(xué)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，儲(chǔ)

8、罐中儲(chǔ)存的物質(zhì)為飽和鹽水，使用溫度為80℃，有使用條件可知，所選擇的樹脂必須耐鹽，具有高的熱變形溫度，此外還要有一定的力學(xué)承載能力。</p><p>　　貯罐設(shè)計(jì)中常用樹脂主要是不飽和聚酯樹脂，由于不飽和聚酯樹脂價(jià)格便宜，也可以滿足儲(chǔ)罐的使用要求，常用不飽和聚酯樹脂的牌號如下：</p><p>　　表3-1 樹脂的選擇要點(diǎn)</p><p>　　根據(jù)本儲(chǔ)罐的使用條件，

9、可以選擇乙烯基型不飽和聚酯樹脂。</p><p><b>　　增強(qiáng)材料的選擇</b></p><p>　　玻璃纖維價(jià)格便宜，性能優(yōu)異，可以滿足儲(chǔ)罐的使用要求，增強(qiáng)材料選擇玻璃纖維，常用的玻璃增強(qiáng)材料主要有無捻粗紗布、加捻布、短切氈、表面氈、玻璃纖維無捻粗紗和短切玻璃纖維。玻璃纖維按其使用要求分為[4]:</p><p>　　E-玻璃纖維，無堿纖

10、維，具有優(yōu)良的、耐老化性和耐水性。</p><p>　　C-玻璃纖維，耐酸性好，耐堿性不如無堿纖維，成本低。</p><p>　　A-玻璃纖維，有堿纖維，含堿量大于</p><p>　　S-玻璃纖維，高強(qiáng)度玻璃纖維，拉伸強(qiáng)度較大。</p><p>　　中堿玻璃纖維，耐酸性好，成本低。</p><p>　　耐堿玻璃纖維，

11、抗堿性較好，主要用于增強(qiáng)水泥制品。</p><p>　　空心玻璃纖維，纖維中空，彈性模量較高。</p><p>　　表3.2 無堿和中堿纖維的性能對比</p><p>　　儲(chǔ)罐用來儲(chǔ)存飽和鹽水，使用溫度為80℃，并且有一定的力學(xué)承載，以及經(jīng)濟(jì)效益綜合考慮選擇無堿玻璃纖維，因?yàn)闊o堿玻璃纖維耐水性好，但成本較高。</p><p><b>

12、;　　2.3 助劑選擇</b></p><p>　　2.3.1引發(fā)劑的選擇</p><p>　　A.過氧化酮類引發(fā)劑</p><p>　　國內(nèi)玻璃鋼工業(yè)大多用50%過氧化環(huán)已酮糊。純凈的過氧化環(huán)已酮為粉末狀，很不穩(wěn)定，需配成糊狀產(chǎn)品使用，單獨(dú)使用固化時(shí)間長。過氧化環(huán)已酮存在著易分層，在樹脂中不易分散、活性低、添加量大、固化程度不高、在低溫下易出現(xiàn)結(jié)晶等缺

13、點(diǎn)。</p><p><b>　　B.過氧化甲乙酮</b></p><p>　　過氧化甲乙酮是不飽和聚酯樹脂固化在世界上應(yīng)用最廣泛的引發(fā)劑，其價(jià)格低、性能好，使用方便，和樹脂容易混溶[5]。</p><p>　　通過比較，選用過氧化甲乙酮做為引發(fā)劑。</p><p>　　2.3.2 促進(jìn)劑的選擇</p>&

14、lt;p>　　由于引發(fā)劑選用了過氧化甲乙酮，所以促進(jìn)劑選用鈷鹽類促進(jìn)劑，且常用鄰苯二甲酸二甲酯稀釋后使用。</p><p>　　2.3.3 脫模劑的選擇</p><p>　　脫模劑采用聚乙烯醇溶液、脫模蠟等。</p><p><b>　　3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 立式貯罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p

15、><p>　　3.1.1立式貯罐設(shè)計(jì)條件</p><p>　　裝滿飽和鹽水的立式貯罐，貯罐的高度為H，半徑為R，充滿飽和鹽水密度 / ，貯罐安裝在太原地區(qū)，貯罐頂均勻雪荷載 =400N/ ，風(fēng)壓為 =300N/ ，無地震。玻璃鋼材料的拉伸強(qiáng)度 ，安全系數(shù)取K=10。貯罐內(nèi)裝滿液體介質(zhì)，以地面完全接觸方式安裝在水平面基礎(chǔ)上。</p><p>　　3.1.2 貯罐壁厚計(jì)算

16、[6]</p><p>　　罐體沿高度分為12段，先計(jì)算罐下1m處的壁厚</p><p>　　t= （4.1）</p><p>　　式中 p-----荷載引起的罐壁壓力。</p><p>　　P= 3.6N/cm

17、 （4.2）</p><p>　　= （4.3）</p><p><b>　　依次求得</b></p><p><b>　　=0.77cm</b></p><p><b>　　=0.93cm</b>

18、;</p><p><b>　　=1.08cm</b></p><p><b>　　=1.23cm</b></p><p><b>　　=1.39cm</b></p><p><b>　　=1.54cm</b></p><p>&l

19、t;b>　　=1.70cm</b></p><p><b>　　=1.85cm</b></p><p><b>　　=2.01cm</b></p><p><b>　　=2.16cm</b></p><p><b>　　=2.31cm</b&g

20、t;</p><p>　　由表查得貯罐對應(yīng)段最小厚度均小于計(jì)算厚度，所以貯罐厚度以計(jì)算值為準(zhǔn)。</p><p>　　3.1.3 貯罐頂蓋的厚度設(shè)計(jì) </p><p>　　拱形頂蓋的曲率半徑 =D=3.6m。h為罐頂高，r為轉(zhuǎn)角曲率半徑，r小則h也小，一般取r=0.2D，此時(shí)h 0.2D，貯罐頂蓋受均布荷載 =400N/ 拱頂頂板的最小厚度為</p>&

21、lt;p>　　=4 =4 =0.27cm （4.4）</p><p>　　式中 --------頂板最小厚度，mm；</p><p>　　P--------作用在頂蓋上的荷載，MPa；</p><p>　　E-------拱頂材料的彈性模量，MPa。</p>&l

22、t;p>　　按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的拱頂厚度，還必須進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，拱頂?shù)淖钚『穸炔坏眯∮?mm，大于計(jì)算結(jié)果，故取頂蓋厚度5mm。</p><p>　　在外載荷的作用下，拱頂?shù)脑S用臨界荷載為</p><p>　　[ ]=0.1 =0.1 1.1 =2121.9N/ >p （4.5）</p><p><b>　　故

23、設(shè)計(jì)安全。</b></p><p>　　3.1.4 貯罐底板設(shè)計(jì) </p><p>　　罐底為平板，直接安裝在平面基礎(chǔ)上。貯罐內(nèi)的液體重可直接傳給混凝土基礎(chǔ)，因此罐底所受的應(yīng)力很小。但罐底和罐壁連接處受力十分復(fù)雜，一般需要加強(qiáng)，</p><p>　　根據(jù)ASTM—D3299中規(guī)定，底板厚度 取9.5mm，罐壁下部t=23.1mm時(shí)，拐角處 =32.6m

24、m，L=300mm，M=100mm。</p><p>　　根據(jù)底板厚度，可計(jì)算得，底板需鋪層的層數(shù)：</p><p>　　n= = （4.6）</p><p>　　纖維選用 無堿玻璃纖維氈，其單位面積質(zhì)量為600g/ ，樹脂選用不飽和聚酯樹脂，密度為1.3g/ 。鋪層時(shí)可采用 各四層交替鋪層。</p>&l

25、t;p>　　3.1.5 風(fēng)荷作用下貯罐強(qiáng)度設(shè)計(jì) </p><p>　　貯罐設(shè)計(jì)地區(qū)風(fēng)壓 =300Pa，計(jì)算風(fēng)壓為</p><p>　　W=0.72 =0.72 300=216Pa （4.7）</p><p>　　貯罐沿高度方向承受的均布荷載為</p>

26、<p>　　=0.72 =0.72 777.6N/m （4.8）</p><p>　　由風(fēng)壓引起的最大彎矩和剪力為</p><p>　　= 2=777.6 2=55987.2N m （4.9）</p>

27、<p>　　= （4.10）</p><p>　　貯罐迎風(fēng)面的最大拉伸應(yīng)力，應(yīng)小于玻璃鋼材料的許用拉伸強(qiáng)度；背風(fēng)面的最大壓縮應(yīng)力；應(yīng)小于玻璃鋼材料的許用壓縮強(qiáng)度。在最大風(fēng)荷載下貯罐的厚度： </p><p>　　= = =0.039cm

28、 （4.11）</p><p><b>　　貯罐自重為</b></p><p>　　=罐體重+罐底重+罐頂重 D + +[ ]</p><p>　　=360 95 — ]</p><p>　　=2441.66+174+407.5=3023kg 302.3kN

29、 （4.12）</p><p>　　貯罐自重引起的抗風(fēng)彎矩為</p><p>　　= =302.3 （4.13）</p><p>　　風(fēng)壓引起貯罐的傾覆彎矩為</p><p>　　=5598

30、7.2N 5598.7kN （4.14）</p><p>　　貯罐不會(huì)因風(fēng)壓而傾覆。</p><p>　　3.1.6 設(shè)計(jì)結(jié)果 立式貯罐設(shè)計(jì)結(jié)果如下：</p><p><b>　　管壁厚度</b></p><p>　　底部厚 2

31、3.1mm</p><p><b>　　上端厚 6.2mm</b></p><p><b>　　罐底厚 9.5mm</b></p><p><b>　　罐頂厚 5mm</b></p><p><b>　　3.2 支座設(shè)計(jì)</b></p>&l

32、t;p>　　本設(shè)計(jì)采用的是床式支座，因?yàn)樵撡A罐比較大，所以要另加地腳螺栓固定。如圖4.1所示。</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p><b>　　4 工藝設(shè)計(jì)</b></p><p>　　玻璃鋼儲(chǔ)罐的成型方法主要有手糊成型工藝、纏繞成型工藝和預(yù)應(yīng)力組裝成型。</p><p&

33、gt;　　4.1 預(yù)應(yīng)力玻璃鋼組裝貯罐制造技術(shù)[7]</p><p>　　預(yù)應(yīng)力玻璃鋼組裝貯罐制造，適用于大型貯罐。其特點(diǎn)是罐體構(gòu)件在工廠內(nèi)預(yù)制 ，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后，用螺栓把玻璃鋼構(gòu)件連接制成儲(chǔ)罐殼體，然后在罐體外纏繞鋼絲繩，使罐體受壓應(yīng)力。當(dāng)儲(chǔ)罐裝滿液體介質(zhì)后，環(huán)向壓應(yīng)力變成拉應(yīng)力，而拉應(yīng)力主要用鋼絲繩承擔(dān)。</p><p>　　玻璃鋼貯罐由2塊加肋頂蓋板、18塊周邊帶法蘭的拱板和整塊底板組

34、成。各構(gòu)件之間的連接主要由法蘭螺栓，并用作內(nèi)襯層的材料。</p><p>　　這種貯罐的制造技術(shù)分為：玻璃鋼構(gòu)件工廠制造；運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后拼裝；纏繞鋼絲繩預(yù)加應(yīng)力。</p><p>　　4.1.1 儲(chǔ)罐玻璃鋼構(gòu)件制造</p><p>　　罐底、罐壁及罐頂玻璃鋼構(gòu)件采用手糊成型工藝，工藝流程如下：</p><p><b>　　A、原材料

35、的準(zhǔn)備</b></p><p>　　根據(jù)儲(chǔ)罐的性能要求選用玻璃纖維和樹脂種類及牌號。本設(shè)計(jì)中選用乙烯基型不飽和聚酯樹脂，增強(qiáng)材料選用無堿玻璃纖維表面氈，無堿玻璃纖維布，無堿玻璃纖維短切氈，玻璃纖維需用浸潤劑處理。</p><p><b>　　B、模具的準(zhǔn)備</b></p><p>　　根據(jù)儲(chǔ)罐的生產(chǎn)數(shù)量和外觀質(zhì)量要求，本工藝選用玻璃

36、鋼模具。底板和頂蓋選用陽模成型；拱板的表面質(zhì)量要求高，并且要保證法蘭連接的尺寸，拱形壁板選用陰模成型。拱板選用陰模的原因，是為了保證法蘭尺寸及表面精確。</p><p><b>　　C、構(gòu)件的糊制</b></p><p>　　先在模具上涂脫模劑，將加入引發(fā)劑和促進(jìn)劑的不飽和聚酯樹脂涂刷在磨具表面上，內(nèi)襯層采用玻璃纖維采用表面氈，保證內(nèi)襯層的樹脂含量在以上；結(jié)構(gòu)層使用玻

37、璃纖維布，保證結(jié)構(gòu)層厚度和控制含膠量在70%~80%；外表層糊制時(shí)樹脂中要加入紫外線吸收劑，采用中堿玻璃纖維表面氈，糊制完以后鋪一層聚酯薄膜，使制件獲得雙面光。</p><p>　　4.1.2 儲(chǔ)罐現(xiàn)場安裝</p><p>　　儲(chǔ)罐裝配時(shí)，將罐體拱形板法蘭重合，擰緊螺栓，用聚酯樹脂膠泥填縫，并在儲(chǔ)罐內(nèi)的接縫處糊制和內(nèi)襯層材料相同的玻璃鋼層密封。</p><p>　　

38、貯罐殼體裝配好后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在法蘭上開槽，在罐體外纏繞鋼絲繩。法蘭上的槽可作為導(dǎo)槽，使鋼絲繩按設(shè)計(jì)間距纏繞到玻璃鋼罐體上。由于貯罐受的環(huán)向應(yīng)力是由底頂逐漸減少，因此，鋼絲繩的間距也逐漸由小變大。鋼絲繩纏繞張力控制十分重要，最佳的張力大小是使貯罐裝滿液體介質(zhì)后，罐體的環(huán)向應(yīng)力等于零，即應(yīng)力完全由鋼絲繩承擔(dān)。</p><p>　　4.2 整體式玻璃鋼貯罐制造技術(shù)</p><p>　　整體式

39、玻璃鋼貯罐多為中小型，常采用手糊成型。本設(shè)計(jì)中貯罐為大型貯罐，不采用這種成型方式，故不做詳細(xì)介紹。</p><p>　　4.3 纏繞成型儲(chǔ)罐的制造技術(shù)</p><p>　　纏繞玻璃鋼成型是先將儲(chǔ)罐分成“鐘罩”和封頭。將這兩部分組裝在一起即構(gòu)成儲(chǔ)罐的完整結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)層纏繞。</p><p>　　4.3.1 “鐘罩”的成型</p><p>

40、;<b>　　A、模具的清理 </b></p><p>　　纏繞成型的儲(chǔ)罐的模具一般為鋼模，對模具進(jìn)行清理是為了保證其表面平滑無異物，使制得的產(chǎn)品內(nèi)表面光滑，便于脫模。清理完后，膠黏帶堵住模具上的脫?？?，</p><p><b>　　B、涂脫模劑</b></p><p>　　用脫模蠟或聚乙烯醇脫模劑在鐘罩模上均勻涂層，要求

41、厚度均勻，防止漏涂。</p><p><b>　　C、加熱樹脂</b></p><p>　　使其溫度達(dá)到35~40℃。</p><p>　　D、按設(shè)計(jì)要求的原材料和厚度制造內(nèi)襯層</p><p>　　封頭的內(nèi)襯層用噴射成型或手工成型，鋪覆方法根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可選用噴射、干法或者濕法纏繞。制作封頭的加強(qiáng)層，采用噴射和鋪玻璃纖

42、維布。</p><p><b>　　E、脫模</b></p><p>　　待鐘罩固化完全后脫模。脫模是利用液壓空氣，通過模具上的脫?？资鼓＞吆顽娬珠g形成一層空氣墊，靠空氣壓力將鐘罩推出。</p><p>　　4.3.2 第二個(gè)封頭制造</p><p>　　A、清理模具，堵脫模氣孔；</p><p>

43、;<b>　　B、涂脫模劑；</b></p><p>　　C、按設(shè)計(jì)要求纏制內(nèi)襯層和加強(qiáng)層。在制作過程中，始終進(jìn)行手動(dòng)滾壓，排除氣泡，待樹脂固化后脫模。</p><p><b>　　4.3.3 組裝</b></p><p>　　將第二個(gè)封頭和鐘罩對接成一個(gè)整體。對接時(shí)先將兩部分對接邊磨成坡口，用短切氈片和聚酯樹脂進(jìn)行加強(qiáng)，

44、保證組裝區(qū)平整。</p><p>　　4.3.4 在纏繞機(jī)上進(jìn)行纏繞</p><p>　　由于此臥式儲(chǔ)罐具有軸向應(yīng)力，要進(jìn)行螺旋纏繞；纏繞工序在纏繞機(jī)上進(jìn)行。纏繞成型用的原材料為乙烯基酯樹脂，增強(qiáng)材料為中堿玻璃纖維。纏繞成型需要在全自動(dòng)纏繞機(jī)上進(jìn)行。</p><p>　　纏繞成型工藝參數(shù)控制[8]：</p><p><b>　　A、

45、纏繞角 </b></p><p>　　B、無捻粗紗的烘干處理</p><p>　　玻璃纖維表面的含有水分，不僅影響樹脂基材與玻璃纖維之間的粘結(jié)性能，同時(shí)將引起應(yīng)力腐蝕，并且使微裂紋等缺陷進(jìn)一步擴(kuò)展，從而使制品強(qiáng)度和耐老化性下降。因此玻璃纖維在使用之前必須進(jìn)行烘干處理。無捻粗紗在60~80℃烘干24h。</p><p>　　C、玻纖浸膠含量分布</p

46、><p>　　玻纖含膠量的高低及其分布對玻璃鋼制品性能影響很大，直接影響制品的重量及厚度；含膠量過高，玻璃鋼制品的復(fù)合強(qiáng)度降低；含膠量過低，制品的纖維孔隙率增加，使制品的氣密性、防老化性能及剪切強(qiáng)度下降，同時(shí)也影響纖維強(qiáng)度的發(fā)揮；此外含膠量變化大會(huì)引起應(yīng)力分布不均，并在某些區(qū)域引起破壞。因此，過程必須嚴(yán)格控制，控制結(jié)構(gòu)層含膠量在25%~30%。</p><p><b>　　D、纏繞張

47、力</b></p><p>　　纏繞張力大小、各纖維束間張力的均勻性，以及各纏繞層之間纖維張力的均勻性，對制品的質(zhì)量影響極大。張力過小，制品的強(qiáng)度低，內(nèi)襯層所受壓縮應(yīng)力較小，因而內(nèi)襯在充壓時(shí)的變形較大，其疲勞性能就越低。張力過大，則纖維磨損大，使纖維和制品強(qiáng)度下降。此外，纏繞張力對制品的密實(shí)度和含膠量會(huì)產(chǎn)生很大的影響。</p><p>　　為了使制品里的各纏繞層不會(huì)由于纏繞張力

48、作用導(dǎo)致產(chǎn)生內(nèi)松外緊的現(xiàn)象，采用張力遞減制度，使內(nèi)外層纖維的初始應(yīng)力相同，容器充壓后內(nèi)外層纖維能同時(shí)承受荷載。</p><p>　　E、紗片寬度的變化和纏繞位置</p><p>　　紗片間隙會(huì)成為富樹脂區(qū)，結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)。紗片寬度很難精確控制，這是因?yàn)樗鼤?huì)隨著纏繞張力的變化而變化，選取紗片寬度20mm。</p><p><b>　　F、纏繞速度</

49、b></p><p>　　纏繞速度通常是指紗線速度，應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。因?yàn)榧喚€速度過低，生產(chǎn)率低；紗線速度過大，運(yùn)行不穩(wěn)，因產(chǎn)生顛簸振動(dòng)。纏繞速度控制為0.85m/s。</p><p><b>　　G、固化制度</b></p><p>　　玻璃鋼的固化主要有常溫固化和加熱固化兩種，加熱固化制度包括加熱的范圍，升溫速度，恒溫溫度及保溫時(shí)間

50、。本設(shè)計(jì)采用加熱固化，因?yàn)榧訜峁袒梢蕴岣呋瘜W(xué)反應(yīng)的速度，縮短固化時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率。升溫速率一般在0.5℃/min~1℃/min，本設(shè)計(jì)選用1℃/min，既可以提高生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率，又不至于影響玻璃鋼制品的質(zhì)量。保溫時(shí)間由樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)所需要的時(shí)間和傳熱時(shí)間決定；降溫冷卻階段速度要始終，防止使制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并且要盡量縮短生產(chǎn)周期。</p><p>　　采用分層固化制度，這樣可以消弱環(huán)向應(yīng)力沿

51、筒壁的分布高峰；可以提高纖維的初始張力；減緩樹脂含量沿筒壁分布不均的現(xiàn)象，同時(shí)利于溶劑的揮發(fā)，提高制品內(nèi)外質(zhì)量的均勻性。</p><p><b>　　H、環(huán)境溫度</b></p><p>　　環(huán)境溫度降低，樹脂的粘度升高，纖維浸漬不充分。所以環(huán)境溫度要控制在一定的范圍內(nèi)，保證纏繞過程的浸漬效果，避免某些固化劑的低溫析出。環(huán)境溫度控制在15℃以上。</p>

52、<p>　　綜上三種方法，選用纏繞成型工藝，考慮到本貯罐體積較大，采用現(xiàn)場制作的纏繞成型工藝。</p><p><b>　　5 零部件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　零部件是貯罐必不可少的部分。它主要涉及貯罐的開孔、補(bǔ)強(qiáng)、人孔、進(jìn)出管設(shè)計(jì)、支座設(shè)計(jì)等。</p><p>　　5.1貯罐的開孔與補(bǔ)強(qiáng)[9]</p><

53、;p>　　由于工藝和結(jié)構(gòu)上的需要，復(fù)合材料貯罐要有各種開孔，供工藝接管或零部件安裝時(shí)使用。開孔的大小決定于開孔的用途，開孔的形狀應(yīng)該是圓形或長短軸比不超過2的橢圓形。用連續(xù)纖維制成的設(shè)備，再用機(jī)械方法切孔后，無凝會(huì)破壞纖維的連續(xù)性。纖維被切斷，不單會(huì)削弱貯罐強(qiáng)度，而且由于結(jié)構(gòu)連接性受破壞，殼體和接管變形不一致，在開孔和接管出將產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力分量。其中影響最大的是附加彎曲內(nèi)力，局部地區(qū)的應(yīng)力可達(dá)殼體壁基本應(yīng)力的三倍以上。這種局部

54、應(yīng)力增長現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中[10]。</p><p>　　大量實(shí)驗(yàn)表明，如果將連接處的接管或殼體壁厚適當(dāng)加厚，上述局部區(qū)域的應(yīng)力集中現(xiàn)象在很大程度上會(huì)得到緩和，應(yīng)力集中系數(shù)有人可以控制在所允許的范圍內(nèi)。所謂“開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)”，就是指采取適當(dāng)加厚接管或殼體壁厚的方法，使之達(dá)到提高殼壁強(qiáng)度，并把應(yīng)力集中系數(shù)降低到某一允許數(shù)值的目的。</p><p>　　在實(shí)際工作中較多的采用局部補(bǔ)強(qiáng)形式。即在殼

55、體開孔處的一定范圍內(nèi)將增加殼體的壁厚。補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法可采用等面積補(bǔ)強(qiáng)發(fā)，即局部的符合材料截面積。也就是用的開孔相等截面的外加復(fù)合材料來補(bǔ)償被消弱的殼壁強(qiáng)度。</p><p>　　5.2貯罐進(jìn)出口管和人孔設(shè)計(jì)[10]</p><p>　　5.2.1進(jìn)出口管 </p><p>　　進(jìn)出口管一般采用帶法蘭的短接管，其規(guī)格與管子相同，接管長度一般不小于180 100mm。殼

56、體與進(jìn)出口管的鏈接部位，要求兼顧耐用，不滲漏。建議在管口處設(shè)置3個(gè)或4個(gè)角撐板以提高接管強(qiáng)度。管口與殼體的鏈接課采用帶塑料襯里的伸入式支管結(jié)構(gòu)。手糊成型的法蘭接管尺寸如表5.1所示。有時(shí)進(jìn)口管插入殼體50 80mm，除了祈禱增強(qiáng)作用外，并能避免腐蝕液體進(jìn)入殼體內(nèi)時(shí)沿著殼壁流淌，沖刷殼壁[9]。法蘭接管尺寸選接管內(nèi)徑51mm。</p><p><b>　　5.2.2人孔 </b></p

57、><p>　　人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間，對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行清洗、安裝及拆卸內(nèi)部結(jié)構(gòu)而設(shè)置的。手孔通常是在短接管加一個(gè)盲板而構(gòu)成。</p><p>　　表5.1 手糊成型法蘭接管尺寸（額定壓力0.18MPa）</p><p>　　直徑大于900mm的容器和貯罐應(yīng)開設(shè)人孔，方便檢修時(shí)工作人員能進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面的腐蝕、磨損或裂紋，并進(jìn)行修補(bǔ)。常用的人孔形式為圓形。

58、人孔的處的構(gòu)造處理應(yīng)該按照大型接管一樣處理，要充分注意連接處的加固。人孔的大小及其位置應(yīng)以工作人員進(jìn)出殼體方便為原則。人孔直徑一般為450 600mm，頸高100 150mm。人孔尺寸如表6.2所示。深度大于3m的貯罐，應(yīng)考慮設(shè)置兩個(gè)人孔，一個(gè)在頂部，一個(gè)在緊靠罐基礎(chǔ)上部以利于進(jìn)出。人孔蓋可以是平的，帶有手柄；但也可以是盤形的。人孔一般設(shè)置角撐板。人孔尺寸選取人孔直徑508mm。</p><p>　　表5.2

59、典型人孔尺寸</p><p><b>　　5.3排液管 </b></p><p>　　貯罐的排液管通常設(shè)置在罐底和罐壁下部。其典型設(shè)計(jì)如圖5.1所示。</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p><b>　　5.4排氣孔 </b></p>&l

60、t;p>　　各種頂端封閉的直接排到大氣的常壓貯罐，必須開設(shè)能自由排氣道大氣中的排氣孔。最小排氣孔尺寸應(yīng)該滿足控制所有的聯(lián)合入口或排出口的排氣量，使封閉貯罐不產(chǎn)生正壓或負(fù)壓。</p><p><b>　　5.5 液面計(jì)孔</b></p><p>　　液面計(jì)口用于測量液面高度。</p><p>　　經(jīng)查閱中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，玻璃鋼儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)

61、系列HG 21504.1-92，立式儲(chǔ)罐容積，選用液面計(jì)口內(nèi)徑。</p><p><b>　　6 安裝設(shè)計(jì)</b></p><p>　　（1）立式平底貯罐應(yīng)安裝在連續(xù)支承的平面基礎(chǔ)上,并有足夠的強(qiáng)度,以支承充滿液體的貯罐。</p><p>　?。?）在罐底排液口處,基礎(chǔ)上應(yīng)有凹槽便于排液,排液接管法蘭不得與基礎(chǔ)接觸。</p>&l

62、t;p>　?。?）與設(shè)備連接的管道及附件應(yīng)避免其重量直接作用在設(shè)備上。起吊時(shí)，設(shè)備上的接管、人孔等不得作為著力點(diǎn)使用。</p><p>　　（4）儲(chǔ)罐下部如有接頭或法蘭連接的管子要垂直于桶壁，最好使用軟連接，以免裝滿液體后，桶壁上下不均勻膨脹導(dǎo)致接頭連接受損導(dǎo)致泄漏，嚴(yán)重時(shí)損壞接頭和桶體。</p><p>　　（5）開口斷面處應(yīng)進(jìn)行封閉處理，所用材料應(yīng)與內(nèi)襯層材料相同。</p&

63、gt;<p>　?。?）開孔補(bǔ)強(qiáng)[11]</p><p>　　貯罐是用連續(xù)纖維制成的整天成型的設(shè)備，由于工藝和結(jié)構(gòu)上的需要，貯罐要開設(shè)各種孔，供成型接管或者零部件安裝時(shí)使用。用機(jī)械方法切孔后，無疑會(huì)破壞纖維的連續(xù)性，纖維被切斷后，不但會(huì)削弱貯罐強(qiáng)度，而且由于結(jié)構(gòu)連續(xù)性受到破壞，殼體和接管變形不一致，在開孔和接管處將產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力分量，因此開孔處必須采取適當(dāng)加厚接管或殼體厚度的方法，使之達(dá)到提高殼

64、體強(qiáng)度，降低應(yīng)力集中系數(shù)。</p><p>　　在實(shí)際工作中較多采用局部補(bǔ)強(qiáng)形式，即在開孔處的一定范圍內(nèi)增加殼體的壁厚，補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，即局部補(bǔ)強(qiáng)的面積必須大于或等于開孔所挖去的殼壁截面積。</p><p>　　在貯罐筒壁和封頭開設(shè)，按圖紙要求的直徑，并且在圖紙要求的位置開設(shè)圓孔，本設(shè)計(jì)總共開設(shè)八個(gè)孔，其中包括人孔、手孔、排液孔、排氣孔和液面計(jì)孔。</p><

65、p>　?。?）裝配法蘭及配件</p><p>　　貯罐纏繞層全固化后，從纏繞機(jī)上卸下，并拆除旋轉(zhuǎn)支撐環(huán)，然后按照圖紙安裝預(yù)先做好的進(jìn)料口、出料口、排氣口、人孔和其他配件。</p><p><b>　　7 制品檢驗(yàn)</b></p><p>　　每個(gè)產(chǎn)品必須進(jìn)行出廠檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目有各層厚度，總厚度，溢流管尺寸，法蘭平面與管軸線垂直度，法蘭接管

66、方位偏差，管接頭力矩載荷，管接頭扭轉(zhuǎn)載荷，總質(zhì)量，總長度，滲漏，巴氏硬度和外觀檢驗(yàn)[12]。</p><p><b>　　7.1 各層厚度</b></p><p>　　用精度為0.05mm的卡尺對開孔處切取的試樣進(jìn)行測量，測量五個(gè)點(diǎn)取最小值。7.2 筒體和封頭厚度</p><p>　　用精度為 0.05mm的卡尺對開口處切取的試樣進(jìn)行測量，或

67、測量筒體的內(nèi)、外徑。7.3 按設(shè)計(jì)充水，檢查溢流功能。7.4 貯罐裝滿清水后，用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測量環(huán)向應(yīng)變，取最大值7.5 內(nèi)壁錐度用精度為lmm的鋼卷尺測量筒體兩端內(nèi)徑差與其對應(yīng)的長度，按錐度公式求得。7.6 彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量按GB 1449測試，試樣從貯罐開口處切取，其長度方向的曲率可與貯罐的曲率一致。7.7 筒身軸向拉伸強(qiáng)度可用同工藝同層次的小直徑管試樣按 GB 5349測試。7.8 法蘭平面與接管軸線的垂直度

68、用角尺檢驗(yàn)。7.9 法蘭接管的方位偏差用精度為lmm的鋼卷尺測量；角度偏差用角度尺測量。7.10 管接頭力矩載荷通過連接在管接頭法蘭上的一根lin長的管，將力矩載荷加到貯罐管接頭上來測量，加載增量為規(guī)定載荷的20％，直至加到規(guī)定的力矩載荷。7.11管接頭扭轉(zhuǎn)載荷通過連接在管接頭法蘭上的一根 lin長的管將扭轉(zhuǎn)載荷加到貯罐管接頭上來測量，加載增量為規(guī)定載荷的20％，直至加到規(guī)定扭矩載荷。7.12 總質(zhì)量用地中衡或起吊時(shí)串接測力傳感

69、器測量。7.13 貯罐總長度用精度為 lmm鋼卷尺或合適的儀</p><p>　　測定固化度方法也很多，如：溶劑萃取法，差示掃描量熱法及紅外光譜法。但目前應(yīng)用較廣的仍是溶劑萃取法。萃取就是利用不同物質(zhì)在選定的溶劑中溶解度的不同分離混合物中組分的方法。萃取所選用的溶劑，要求對液體或固體混合物中被提取的組分具有選擇性的溶解能力。并要求有較大熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，較小的毒性和腐蝕性。</p><p

70、>　　將玻璃鋼粉末試樣（或其它增強(qiáng)材料的粉末試樣）用丙酮溶劑萃取。使沒固化的部分通過丙酮萃取而分離出來，根據(jù)萃取前后試樣的質(zhì)量變化計(jì)算樹脂的固化度。丙酮溶劑萃取法適用于以環(huán)氧、不飽和聚酯、酚醛等為樹脂基體；以玻璃纖維、碳纖維，芳綸為增強(qiáng)材料的纖維增強(qiáng)塑料樹脂固化度的測定[14]。7.16 外觀檢測</p><p>　　內(nèi)表面外觀質(zhì)量在 100W白熾燈照明下目測，外表面在充足的日照下用肉眼目測，儲(chǔ)罐內(nèi)表面應(yīng)

71、該平整光滑，色澤均勻，無雜質(zhì)混入，無纖維外露，無目測可見的裂紋、劃痕、瑕疵點(diǎn)及白化分層等缺陷。玻璃鋼層間粘結(jié)，不允許有分層脫層、異物夾雜、樹脂脫節(jié)等現(xiàn)象。其余外觀質(zhì)量及修補(bǔ)辦法按照CD130A19-85規(guī)定[15]。</p><p><b>　　8 小結(jié)</b></p><p>　　玻璃鋼貯罐的應(yīng)用由它自身的優(yōu)勢，應(yīng)用越來越廣，但在設(shè)計(jì)貯罐時(shí)也要注意一些問題，在本產(chǎn)品

72、設(shè)計(jì)時(shí)，它包括有造型設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、安裝設(shè)計(jì)及制品檢驗(yàn)。在性能設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮它所貯存的介質(zhì)，選擇合適的基體材料和增強(qiáng)材料，以滿足使用要求；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到它的受力情況，按標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的直徑、高度等；在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到它的經(jīng)濟(jì)性、方便性和可行性等，以使產(chǎn)品可以制造出來；在安裝設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到它的安裝場地及風(fēng)雪等因素，根據(jù)不同的情況，對貯罐進(jìn)行加固及其它處理；制品檢驗(yàn)時(shí)要依照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)

73、合格才可以使用，以免造成不必要的損失。</p><p>　　總之，我們在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮的謹(jǐn)慎細(xì)致，以使我們的產(chǎn)品可以達(dá)到使用要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].陳博.我國玻璃管道和貯罐的生產(chǎn)與應(yīng)用[J].中國建材.1995.11：21~22.</p><p>　　[2

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