中北大学玻璃钢卧式储罐课程设计.doc

???概述 在当前已经开发的复合材料制品中，玻璃纤维增强树脂基复合材料（俗称玻璃钢）的贮罐占有相当的比重。玻璃钢贮罐有较好的耐腐蚀性和承载能力，与金属贮罐相比，制造工艺比较简单且容易修补，所以，在石油，化工等部门已有逐步替代金属贮罐的趋势。近几年来，我国生产的玻璃钢贮罐已由中小吨位向大吨位发展，最大的玻璃钢贮罐容积已达到。 目前玻璃钢贮罐的设计方法有两种，一种是以强度为标准，在已经的安全系数下，使贮罐的应力小于材料的许用应力；另一种是以变形为标准，使贮罐的应变不超过规定值。在实际产品设计中，由于材料强度极限的数据积累较充分，而且能方便的使用最大应力失效准则及相应的设计标准，所以第一种方法较通用，而应变设计方法在变形需严格控制时才使用。 玻璃贮罐按使用功能与放置场地的不同，可以有多种结构形式。按使用压力不同，有压力贮罐和常压贮罐之分；按形状不同有圆柱形、球形、箱形等结构形式；按置于地面或运输车上有静置贮罐和运输贮罐之分。 （1）玻璃钢贮罐化学应用：贮存酸、碱、盐及各类化学用品。 （2）玻璃钢地下油罐：用于汽车加油站代替钢油罐。 （3）玻璃钢运输贮罐：分为汽车运输和火车运输贮罐两种。 本文着重讨论了卧式玻璃钢贮罐的造型设计、性能设计、结构设计、工艺设计、安装、及检验等各方面。 性能设计 2.1 原材料的选择原则 （?）比强度，比刚度高的原则 （?）材料与结构的使用环境相适应的原则 （?）满足结构特殊性能的原则 （?）满足工艺要求的原则 （?）成本低效益高的原则 2.2树脂基体的选择 ??树脂的选择按如下要求选取： （?）要求基体材料能在结构使用温度范围内正常工作； （?）要求基体材料具有一定的力学性能； （?）要求基体材料的断裂伸长率大于或者接近纤维的断裂伸长率； （?）要求基体材料具有满足使用要求的物理、化学性能； （?）要求基体材料具有一定的公益性。 ??玻璃钢制品所用的树脂原料有：聚酯、环氧、酚醛、呋喃树脂及改性树脂等。目前可供选择的的树脂主要有两类：一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、聚酰亚胺是指、酚醛树脂和聚酯树脂。连一类为热塑性树脂，如聚醚醚酮、尼龙、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺等。 ??目前树脂基复合材料中用得较多的基体是热固性树脂，它们有较高的力学性能，但工作温度低。对于需耐高温的复合材料，主要是用聚酰亚胺作为基体材料，目前较新的树脂基体有双马来酰胺、聚醚醚酮等，能满足一般高温的要求，且韧性好，有较大的复合材料强度许用值。 贮罐储存质量分数???的硫酸，根据耐酸性，力学性能和经济效益综合考虑，可选用酚醛树脂。 2.3增强材料的选择 目前已有多种纤维可作为复合材料的增强材料，如加各种玻璃纤维、凯夫拉纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳纤维等，有些纤维已经有多种不同性能的品种。 ?选择纤维类别，是根据结构的功能选取能满足一定的力学、物理和化学性能的纤维。 ????????????????????????????????????????????? 表1 四种玻璃钢常用树脂特性比较 特性 环氧树脂 聚酯树脂 酚醛树脂 呋喃树脂 耐酸性 耐碱性 耐水性 耐溶剂性 耐热性 机械性能 电气性能 固化时挥发物 固化收缩率 成型压力 最大优点 最大弱点 价格 较好 较好 最好 一般 较低（125℃） 好 最好 无 小 低→中 机械性能好 不易脱模 高 一般 差 很好 差 低（60～120℃） 好 好 无 大 低→中 工艺性好 收缩大 低 好 差 很好 好 较高(150℃) 较好 好 有 较大 低→高 耐酸 性脆 较低 好 好 好 好 高(200℃) 较好 好 有 较大 低→高 耐酸耐碱 工艺性差 较低 ? 工程上通常选用玻璃纤维、凯夫拉纤维或者碳纤维作为增强材料。对于硼纤维，由于它的刚度大和直径粗，弯曲半径大，成型困难，所以应用范围收到很大的限制。所以，在生产中一般以玻璃纤维为主。 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? (1)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12%。 (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。 耐碱玻璃纤维，抗碱性较好，主要用于增强水泥制品。 空心玻璃纤维，纤维中空，弹性模量较高。 表?????无碱和中碱纤维的性能对比 种类 耐酸性 耐水性 机械强度 防老化性 电绝缘性 成本 浸润性 适合条件 无碱玻璃纤维 一般 好 高 较好 好 较高 树脂易浸润 用于强度高的场合 中碱玻璃纤维 好 差 较低