玻璃钢贮罐设计

《玻璃钢产品设计》课程任务报告书

项目三

玻璃钢贮罐设计

复材141 第 13 组

项目负责人：

项目组成员：

起止时间：2016.3.21--2016.4.4

指导老师：杨娟

绵阳职业技术学院材料工程系

2014-2015 学年第2学期

玻璃钢产品设计课程任务书

班级复材141 部门（组）第13 组任务项目三

一、任务题目：

任务一：设计任务为50t卧式贮罐，贮存质量分数为50%的硝酸，使用温度为常温。

任务二：设计条件贮罐直径D=3.5m，高H=7m；罐顶为锥形顶盖，锥体母线与水平面夹角θ=20º；罐底为平底，直接安装在基础平面上，罐体内液体密度ρl=1.2t/m3。贮罐顶均匀雪荷载p=400N/m2，风压W=300N/m2，无地震。玻璃钢材料的拉伸强度=140Mpa，安全系数K=10。

二、任务内容和要求：

（1）内容及要求：

1. 通过查阅资料选择贮罐各层所用的原材料；

2. 分析已知条件，初步确定贮罐结构尺寸；

3. 通过对贮罐受力分析，确定设计贮罐筒体壁厚；

4. 确定封头、支座壁厚，宽度等参数。

（2）任务报告要求

任务报告内容包括封面、任务书、正文、总结（收获体会）、参考文献。

任务报告统一用A4纸打印，版面边距上空2.5cm，下空2cm，左空2.5cm，右空2cm；正文用宋体小四号字；页码底端居中，小五号字；行间距：固定值19磅。

（3）进度要求：

任务下达日期：2016 年3月21 日

任务完成日期：2016 年 4 月 4 日

（4）其它要求

各组成员必须服从组长安排，积极配合、认真完成下达任务并按时提交任务报告。

任务一：设计任务为50t卧式贮罐，贮存质量分数为50%的硝酸，使用温度为常温。

一、选择贮罐各层所用的原材料

（1）内表层：其功能是抵抗介质腐蚀，是防腐蚀结构的主要组成部分。其制造方法有两种。一是用玻璃纤维表面毡、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，其厚度为0.25mm—0.5mm。二是采用热塑性塑料，如聚氯乙烯或橡胶等内衬材料。（呋喃树脂，中碱纤维）

（2）次表层：其含胶量比内表层低，约70%—80%。通常采用短切纤维做成的短切毡铺成；其主要功能是防止介质渗漏。次表层通常至少含有1200g/㎡的短切原丝毡。

内表层和次表层因选用韧性好、冲击强度搞高的耐腐蚀性树脂。内表层和次表层的组合纤维含量应为（27±5）%，组合厚度不小于2.5mm。

（3）结构层：其是储罐的主要结构，用来承受外载荷，由连续纤维缠绕成型或由纤维织物手糊成型，含胶量35%—55%。玻璃钢储罐的结构设计主要是确定这一层的普曾方式和厚度。

（4）外表层：它是储罐结构层的外保护层。主要功能是保护结构层免受外界机械损伤和外界环境条件引起的老化。同时也是对储罐外表面的装饰。其含胶量约为60%—70%。外表层也可以用树脂腻子修补后喷漆处理。

二、结构设计

1、贮罐构造设计

①容积换算

=1.25t/m2 , 50t硝酸的体积为浓度为质量分数50%的硝酸, 其密度为ρ

L

V=50/1.25=40m3。

②贮罐构造尺寸确定

贮罐直径取2.5m，则贮罐长度为L=V/(D/2)2π=40/4.9=8.16m。

初定贮罐结构尺寸为 :

D=2.5m L=8m

③封头形式确定

选用半椭球形封头，H=0.6×(D/2)=0.75m.

④伸臂长度确定

根据规定A≤0.2L，即A=0.2ｘ8=1.6m。

⑤支座及间距

选用鞍形支座，宽0.2m，包角120°。支座间距为:

L-2A=8-3.2=4.8m

2、贮罐荷载和设计简图

①贮罐构造，如图所示

②荷载计算单位长度荷载为

=1.1×3.14×1.252×1.25=6.74t/m=67.4KN/m q=1.1πR2ρ

L

3、贮罐应力计算

按双支座外伸梁计算贮罐受力。计算长度

=L+2×2/3H=8+2×2/3×0.75=9m L

计

①贮罐承受荷载的弯矩及剪力如图。

②受力计算

a．支座反力

F

A =F

B

=1/2q(L+4/3H)

=67.4/2(8+4/3×0.75) =303.3kN

b．支座处剪力

当取支座内侧截面时，

Q

内=F

A

-qA-2/3Qh=303.3-67.4×1.6-2/3×67.4×0.75=161.8kN

当取支座外侧截面时，

Q

外

=qA+2/3qH=67.4×1.6+2/3×67.4×0.75=141.5kN

c．支座和跨中弯矩

支座处弯矩计算

M

A

=-1/2q(A+2/3H)2=67.4/2×(1.6+2/3×0.75)2=-148.6kN ·m 跨中弯矩计算

M

m

=1/2q(L+4/3H)2-1/2q(L+4/3H) ×(L/2-A)

=67.4/2×(8+4/3×0.75)2-67.4/2×(8+4/3×0.75) ×(8/2-1.6)

=2001.8kN·m

4、由贮罐轴向应力计算壁厚

贮罐贮罐轴向应力发生在跨中贮罐底部和支部处贮罐的顶部，计算结果取最大值。

①跨中贮罐底部轴向应力按公式δ=R2ρ

L /t+M

max

/πR2t≤[δ

x

]

缠绕聚酯玻璃钢的轴向拉伸强度由《材料力学》第3章表3-13差得为85~165MPa，取

强度值160MPa。则[δ

x ]=160/K，K为载荷系数，试验表明K=13.4。则[δ

x

]=11.9 MPa

（119kg/cm2）, 由《材料力学》改变式（4—10）为求贮罐底部厚度，则

t=R2ρ

L /[δ

x

]+M

max

/πR2[δ

x

]

=1252×0.00125/119.4＋20018000/3.14×1252×119.4 =3.69cm

②支座处贮罐顶部厚度

δ

Max =M

A

/πR2t即t= M

A

/πR2[δ

x

]

t=1486000/3.14×1252×119=0.254cm

5、按剪力计算支座处贮罐厚度

贮罐的最大剪力发生在支座底部，当支座处有加强圈时，按式（4—14）计算。

τ

Max =Q

Max

/πRt≤[τ]

即t= Q

Max

/πR[τ]

聚酯玻璃钢的剪切强度为8.9 MPa，取安全系数为8，则[τ]=1.11 MPa t=16180/3.14×125×11.1=3.7cm

6、按环向应力计算贮罐厚度