立式贮罐课程设计说明书

图4.1 手糊成型贮罐工艺流程
A原材料的准备
根据贮罐的性能要求选用玻璃纤维和树脂种类及牌号。
B模具的准备
根据贮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；拱形贮罐板选用阴模成型。
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表面毡，保证内衬层的树脂含量在 以上；结构层选用玻璃纤维布，保证结构层厚度，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，糊完后，表面铺一层聚酯薄膜，使制件双面光[10]。
立式贮罐设计
前言
玻璃钢罐分为立式、卧式机械缠绕玻璃钢储罐、运输罐、反应罐、各种化工设备，玻璃钢卧式罐、立式贮罐、运输罐、容器及大型系列容器、根据所用(贮存或运输)介质选用环氧呋喃树脂、改性或聚酯树脂、酚醛树脂为粘结剂，由高树脂含量的耐腐蚀内衬层、防渗层、纤维缠绕加强层及外表保护层组成。
玻璃钢具有耐压、耐腐蚀、抗老化、使用寿命长、重量轻、强度高、防渗、隔热、绝缘、无毒和表面光滑等特点。机械缠绕玻璃钢容器可以通过改变树脂系统或采用不同的增强材料来调整产品的物理化学性能以适应不同介质和工作条件需要，通过结构层厚度、缠绕角和壁厚设计制不同压力，是纤维缠绕复合材料的显著特点。
1.5.2 悬挂式支座悬挂式支座又称耳式支座或耳架，是立式贮罐中用得极为广泛的一种，尤其对中小型贮罐更是如此。每台贮罐一般配置两个或四个支座，必要时也可多一些，但在安装时不容易保证各支座在同一平面上，也不能保证各支座受力均匀。对于较大的薄壁容器或支座上荷载较大时可将各支座连成一体组成环梁式。
1.5.3 角环支承式支座对于高度不大的贮罐，而且离地面比较低的情况下，可采用角环支承式支座。即通过角环与设备本身连接，在由数根支柱直接支承在楼板和基础地面上。
（式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。用下式计算最大风荷载下贮罐的厚度，即 （式4.11）
贮罐自重为 （式4.12）
贮罐自重引起的抗风弯矩为
（式4.13）
风压引起贮罐的倾覆弯矩为
（式4.14）
贮罐不会因风压而倾覆，故不需要对贮罐进行锚固[1]。
4.3 缠绕玻璃钢贮罐制造技术
缠绕玻璃钢成型是先将贮罐分成钟罩和封头（本设计中为贮罐底板）。将这两部分组装在一起即构成贮罐的完整结构，然后再进行结构层缠绕。
4.3.1 “钟罩”成型
m(f)=250g/m²k(f)=0.408k(r)=0.769A=0.5mmc=60/(100-60)=1.5
层数为：
3.5.5 罐底板总层数：
。
3.6风荷作用下贮罐强度设计
贮罐设计地区风压 ，计算风压为
（式4.7）
贮罐沿高度方向承受的均布载荷为
（式4.8）
由风压引起的最大弯矩和剪力为
（式4.9）
它是贮罐结构的外保护层，其功能是保护结构免受外界的机械损伤和外界环境条件引起的老化，同时也是对贮罐外表面的装饰。这一层的含胶量较高，大约为60％~70％。外表层可用树脂腻子修饰后喷漆处理，最后涂一层防老化剂，厚度约0.2mm，再包一层聚乙烯薄膜。
3．结构设计
3.1 设计条件
贮罐直径D=3.8m，高H=12.4m；罐顶为拱形顶盖，罐底为平底，直接安装在基础平面上。贮罐内液体为10%醋酸，密度为1.05t/m3。贮罐顶均匀雪荷载P雪=400N/m2，风压为W0=300N/m2，无地震。玻璃钢材料的拉伸强度σ=140MPa，安全系数K=10。
图 1.1平底贮罐底部示意
表1.1 平底贮罐底部尺寸要求
贮罐内直径
过渡段最小宽度
加强段最小宽度
＜1200
80
200
≥1200
100
300
立式贮罐造型简图如下。
图1.2 立式贮罐造型简图
1.5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种形式。
1.5.1 床式支座这种支座是将贮罐直接置于基础上，属于直接支承形式。因为支承面积大、设备底部的应力状态均匀、应力集中地现象较少，所以这种支承方式可以不再采取其他固定措施，不过，对于室外的大型设备，大多要另加地脚螺栓固定。
3.5层合板铺层设计
贮罐底板为层压板，对其进行铺层设计。
铺层层数计算公式：
（式4.6）
式中： —— 增强材料铺层层数
——增强纤维单位面积质量；
——增强材料的厚度常数；
——树脂与增强材料的质量比；
——制品的厚度；mm
——树脂基体的厚度常数。
3.5.1内表层层数：
m(f)=35g/m²k(f)=0.408k(r)=0.769A=0.5mmc=90/(100-90)=9
式中 ——拱顶球面曲率半径， ;
——贮罐内径， ，等于 。
取罐顶高为h，r为转角曲率半径，r小则h小，一般取 此时 [1]。
所以
1.4贮罐罐底设计
罐体和罐底的拐角处理，对贮罐设计极为重要。尤其是立式贮罐底部附近的受力较为复杂，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38 。如果罐壳和罐底分开制造，则应注意在罐壳和罐底的结合处内外进行有效的补强。拐角区域的最小厚度等于壳壁和底部的组合厚度。拐角区域的加强应逐层递减，避免截面上突变产生应力集中[1]。如图1.1[2]。
1.5.4 裙式支座裙式支柱简称裙座。其高度由生产工艺过程和维修要求确定。裙式支柱大多采用圆筒形形式。裙座体一般搭接在罐底封头外侧，因此，在贮罐与裙座的连接处会产生很大的剪切应力。这种支座仅适用于小型贮罐。
1.5.5 支座选择由于设计贮罐公称直径达到3.8m，高度超过12.4m，设计为平底，属于室外的大型设备，所以，选择床式支座[1]。
表2.2 几种常用典型玻璃纤维的化学性能比较
玻璃纤维种类
耐水性
耐酸性
耐碱性
沸水煮1h后失重/%
试验后水的电阻/Ω
在硫酸沸液中煮1h失重/%
NaOH沸液中煮1h失重/%
无碱玻璃纤维
1.7
10000
48.2
9.7
中碱玻璃纤维
0.13
72000
0.1
—
高碱玻璃纤维
11
2500
6.2
12.0～15.0
由表中可知，中碱玻璃纤维的耐酸性最好，设计要求贮存10%醋酸，所以增强材料
4.1.2贮罐现场安装
贮罐装配时，将罐体拱形板法兰重合，拧紧螺栓，用聚酯树脂胶泥填缝，并在贮罐内的接缝处糊制和内衬层材料相同的玻璃钢层密封[11]。
4.2 整体式玻璃钢储罐的成型工艺
先制作一个玻璃钢贮罐的芯模，然后在芯模上糊制结构层，芯模成型后不必取出，它就代替了贮罐的内衬层。除芯模制作外，其它的成型工艺与手糊玻璃钢制品相同。
度之和。
图3.1平形底贮罐拐角加强示意图[6]
罐底为平板，直接安装在平面基础上的沥青砂浆垫层上。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[7]。但罐底和罐壁连接处受力十分复杂，一般都需要加强。根据规定，底板厚度 取 ，罐壁下部 时，拐角处厚度 ，加强段 ，过渡段 ，底部拐角半径取 。
根据上述原则，主要有以下三种玻璃钢贮罐制造方法。
4.1预应力组装储罐的制造技术
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[9]。
4.1.1贮罐玻璃钢构件制造
罐底、罐壁及罐顶玻璃钢构件均选用手糊成型，其工艺流程如图4.1所示[1]。
由于有以上的特点，玻璃钢贮罐可广泛应用于石油、化工、纺织、印染、电力、运输、食品酿造、给排水、海水淡化、水利灌溉及国防工程等行业。储存各种腐蚀性介质可以耐多种酸、碱、盐和有机溶剂，主要应用于石油、化工、制药、印染、酿造、给排水、运输等行业，适应于盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、双氧水、污水、次氯酸钠等多种产品的贮存、运输，也可作地下油槽、保温储槽、运输槽车等[1]。
层数为：
3.5.2 次表层层数：
m(f)=400g/m²k(f)=0.408k(r)=0.769A=2mmc=75/(100-75)=3
层数为：
3.5.3 结构层层数：
m(f)=340g/m²k(f)=0.408k(r)=0.769A=17mmc=50/(100-50)=1
层数为：
3.5.4 外表层层数：
3.2 贮罐壁厚计算
罐体沿高度分为7段，先计算罐下2m处壁厚
（式4.1）
式中 P——荷载引起的罐壁压力。
（式4.2）
依次求得
根据最小壁厚原则，对应计算结果，贮罐靠近顶部的壁厚取 ，靠近底部壁厚取 。
3.3 贮罐顶盖厚度设计
拱顶顶板的最小厚度为
（式4.3）
式中 ——拱顶球形曲率半径，3.8m；
——作用在顶盖上的载荷，12.0MPa；
选用中碱玻璃纤维无捻粗纱、中碱玻璃纤维表面毡和短切毡。
2.3 各层材料设计
2.3.1 内表层
内表层也称防腐防渗层，其作用是抵抗介质腐蚀，防止液体渗漏.此层的形成一般有两种方法：一是采用玻璃纤维表面毡，有机纤维表面毡或其他增强材料的富树脂层，要求含胶量达到90％左右，其厚度约为0.5mm；另一种方法是采用热塑性塑料如聚氯乙烯或橡胶等内衬材料。
2．性能设计
2.1树脂选择
玻璃钢的耐腐蚀性能主要取决于树脂[3]。由于设计要求为贮存10%的醋酸，使用温度常温，而且考虑价格因素，选择双酚A型 不饱和树脂即可。以下是部分玻璃钢在化学介质中的使用实例[4]。
表2.1 部分玻璃钢在化学介质中使用实例
介质
最高使用温度
设备名称使用部位
树脂品种
使用形式
35%HCl
3.7设计结果