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玻璃钢储罐中巨无霸

发表时间:2014-12-13 09:51【

玻璃钢贮罐具有良好的耐腐蚀性能,其应用范围正在日益扩大,如何缠制特大型玻璃钢贮罐,是玻璃钢业界所需要解决的一个工艺技术问题。根据国外有关刊物报道,将有关缠制特大型玻璃钢贮罐的工艺介绍如下:
一、特大型玻璃钢贮罐的两种制作方法

冀州中意玻璃钢有限责任公司,是国内著名的玻璃钢大企业之一,产品销往世界各地,尤其主要以玻璃钢罐、玻璃钢管为主。公司不断引进国外先进技术,提升自身价值,为我公司发展赢得了强有力的后盾。公司网址:http://www.zghbfrp.com

大现场玻璃钢储罐吊装就位
前些年来,美国已经缠制成功直径为15~20m的玻璃钢耐腐蚀贮罐,并且已成功地应用于某些侵蚀型的耐腐领域,例如作为浓盐酸大型容器的用途。
由于这些特大型耐腐蚀玻璃钢贮罐的几何尺寸都很大,在制作及运输方面,都存在不少的问题。据报道,目前国外有两种缠绕特大型耐腐蚀贮罐的方法。
一种是现场缠绕;另一种是先在生产车间,利用称谓Oblation的工艺方法缠制而成,然后再运到使用的地方进行现场安装。
第一种现场缠绕工艺方法,是先在现场盖起大棚,待壳体缠绕完成后,移走缠绕机,而后进行组装贮罐。大多数特大型玻璃钢贮罐的制造者,均采用“环向缠绕-短切喷射”的方法,即玻璃纤维沿环向缠绕,并再在缠绕带部位利用喷射设备,喷射短切纤维及树脂的积层。这就是汤动力(Tankinetics)公司,所采用的闭环螺旋纤维缠绕工艺方法。
第二种 Oblation缠绕工艺方法,也是汤动力公司首先研制开发成功的一项缠绕技术。该公司利用玻璃钢材料,具有一定的柔顺性质,在生产车间里先缠绕成贮罐壳体以后,在横向上施加以一定的压力装上卡车运输到使用工地,然后再恢复到原来的圆柱形状,最后再装配成所设计的特大型玻璃钢贮罐。
二、特大型玻璃钢贮罐的FEA设计新方法
Tankinetics公司在前不久,承接了一项制作直径为25.15m,高度为3.05m,无顶盖的玻璃钢热盐水贮罐业务。根据用户的要求,这一特大型贮罐,拟采用“镶肩型”结构,即由一个硬质镶肩与一个软质镶肩,相应组合拼装而成。
由于圆柱壳体的尺寸精度要求很高,必须保证在0.001
R以内(R是圆柱体贮罐的半径),并且其间采用紧配合方式,而不能采用粘结工艺,因而在对这种特殊结构的设计及制作方面,都提出了很严格的要求。若采用常规的设计方法,是很难达到性能的设计要求的。
基于上述情况,该公司采用了“非线性有限元素分析设计方法”(FEA),对这种所用材质为各向异性材料,形状又较为复杂的制品,进行了特殊的产品设计方法。
该公司采用了美国结构研究和分析公司的COSMOS系统,并建立了专门的FEA分析模型。由于“镶肩”结构和壳体,均呈轴对称形状,因而该公司对于贮罐的底部、“镶肩”、粘结件和壳体等,都运用轴对称的,以大型移动平板为元素的设计模型。
这些有限元素在环向、轴向,或者在径向上,均呈现各向异性的性能。以开口面的模型作为基面,这一开口元素沿镶肩,自下而上地开展,自动设计出基础面和镶肩之间的表面形状。
这样的计算方法,经实践证明不但较为切合实际,而且比较准确。
这样的计算方法,经实践证明,不但较为切合实际,而且比较准确。
该套FEA设计方法,还可按预先设定的时间程序,对贮罐所受不同形式的力及其所产生的压力情况,进行正确的应力分析。
为了计算出由于形变所引起的刚度变化,在每一个时间内,将改变其所用的刚度矩阵。通过计算所得的结果,不仅能表示出所受应力的数值,而且能反映出这种特大型贮罐上,“硬镶肩”的性能表现情况。
据介绍,这种新设计的镶肩结构,至少对三种类型的位移,起到有效的比较重要的效用。
FEA方法,还可对贮罐低位人孔进行应力分析,也可计算出风力和地震所产生的应力的大小。由于人孔处应力较为集中,其周围元素的密度将得到加强,以便改善其计算的准确度。人孔设计模型,将与壳体增强材料、法兰和盖子等,形成一个整体的结构。
据该公司介绍,这种高元素密度的设计方法,也同样适用于其他“镶肩型”的部件。所采用的FEA软件,可应用于多种载荷状态,并可计算出它所受的应力和形变情况。对于风力和地震的情况,在所建的新设计模型中,均作为正向压力处理。由于贮罐的直径很大,纵横比例很小,因而在计算地震载荷时,采用API-650方法计算。
由于该类贮罐纵横向的比例很小,因此产品设计时,主要考虑液体的静压力,风力或地震均不会对贮罐带来较大的应力或形变。
尤其在贮罐的底部,几乎全部是由于液体的静压压力,所产生的轴向应力。在贮罐底下部位,由于底部镶肩的不连续性,使壳体承受了一个轴向的弯曲载荷,因此必须适当增强这个部位的壳体设计。
三、特大型玻璃钢贮罐的现场螺旋缠绕工艺
Tankinetics公司根据用户的要求,这个特大直径玻璃钢贮罐,在现场进行缠绕加工。该公司使用了一台全自动多轴缠绕机,对贮罐壳体进行封闭式螺旋缠绕。其“封闭式”方案的意思,是指缠绕纤维带,要一道紧挨一道,既不能出现空隙,也不允许有搭接现象,并预先设定好纤维带的宽度,以使一层纤维层缠绕完毕后,壳体表面正好被全部覆盖。
据该公司有关人士认为,大直径玻璃钢制品的封闭式缠绕,只有通过计算机控制才能完成。机械齿轮系统,对于玻璃钢管道或小直径贮罐,可进行封闭式缠绕。但对于大直径玻璃钢制品,机械齿轮系统就无法进行封闭式纤维缠绕。
大直径玻璃钢制品的缠绕角度,以及缠绕时间的控制,都必须十分精确。缠绕角的精度范围,要求在一百分之几度以内,只有实行计算机控制系统,才可避免出现缠绕工艺的累积误差。
四、特大型玻璃钢贮罐的螺旋缠绕设备和技术
Tankinetics公司,在缠制特大型玻璃钢贮罐时,采用了该公司的多轴缠绕系统的专利技术。该项专利技术,利用伺服电机计算机体系的优越特性,并将多个缠绕机组成为一个整体,以得到完全封闭的螺旋缠绕玻璃钢贮罐。
据称,一个单个的Tankinetics纤维缠绕机,其缠绕速度约为1000公斤/小时。倘若使用多机缠绕,其缠绕速度会随所用机头的数目的增加,而相应成倍地增加。
该公司还指出,在缠制特大型玻璃钢贮罐时,由于受到树脂胶凝时间的限制,因此必须采用多机缠绕才能制作成功。他们认为,在树脂胶凝以前,就必须完成一个缠绕周期。而对于一个给定的贮罐高度每个周期所需树脂的用量,在厚度为一定值时,与贮罐的直径成正比。
但对于一个缠绕单机,完成一个缠绕周期所需的时间,将与贮罐的直径成正比关系。因此,当贮罐直径达到一个定值时,再利用单机缠绕的湿法成型工艺方法,已成为不可能了。
基于上述理由,对于特大型玻璃钢贮罐,必须采用多机缠绕的方法。其理由是多机缠绕贮罐的缠绕时间,将与采用的机头的数目成反比,例如双机缠绕一个25米直径贮罐所需的时间,作为单机,只能缠制12.5米直径的贮罐。

五、特大型玻璃钢贮罐顶底部制作方法
由于该特大型玻璃钢贮罐呈开口的形状,因而在壳体顶部附近,必须加装一个纤维缠绕固定环。这种固定环呈大小不等的四边形形状。该公司先在顶部位置装上一个芯材,然后在外层缠绕上玻璃纤维。并且该公司开发出一种安装这种固定环的专门技术,只要正确地制订出缠制程序,就可缠制成质量较好的,贮罐顶部四边形的筋条。
这种特大型贮罐的底部,是在使用场所进行现场制作。为确保贮罐底部复合材料,在层间组分方面有良好的一致性,用户要求贮罐底部原材料,选用玻纤毡和编织卷材,并使用喷射工艺和编织预置相结合的成型方法。由于该底部的制作时间很短,因而避免二次粘结工序,有效地节省了贮罐的制成时间。
该公司相信,大口径玻璃钢贮罐市场将得到进一步的开拓,不管在美国复合材料市场,还是在世界其他国家的市场,虽然会遇到各种挑战,但必将对复合材料工业,带来新的契机和起色。