國外大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)纏繞工藝介紹
發(fā)布者：固希祥來源：http://www.chengxiangshicai.com發(fā)布時(shí)間：2017/10/10
國外大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)纏繞工藝介紹
玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)具有良好的耐腐蝕性能，在化工防腐領(lǐng)域有很好的應(yīng)用，纏制特大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)一直是玻璃鋼業(yè)界專注解決的一個(gè)工藝技術(shù)問題。跟蹤國外玻璃鋼行業(yè)，可以看到國外企業(yè)纏制特大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)一般采用以下幾種工藝方案。
兩種特大型玻璃鋼貯罐制作方法
美國市場(chǎng)已有纏制直徑為 15～20m的玻璃鋼耐腐蝕貯罐(儲(chǔ)罐)，并且已成功地應(yīng)用于某些侵蝕型的耐腐領(lǐng)域，例如作為濃鹽酸大型容器使用。
由于這些特大型耐腐蝕玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)的幾何尺寸都很大，在制作及運(yùn)輸方面都存在不少的難題。國外一般采用兩種方法纏繞特大型耐腐蝕貯罐(儲(chǔ)罐)。一種是現(xiàn)場(chǎng)纏繞；另一種是異地纏繞，先在生產(chǎn)車間纏制成型，然后再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。
第一種現(xiàn)場(chǎng)纏繞工藝方法，先在現(xiàn)場(chǎng)搭建遮蔽大棚，待殼體纏繞完成后，移走纏繞機(jī)，然后進(jìn)行貯罐(儲(chǔ)罐)組裝。國外大多數(shù)特大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)的制造者，均采用“環(huán)向纏繞－短切噴射”的制作方法，即玻璃纖維沿環(huán)向纏繞，并再在纏繞帶部位利用噴射設(shè)備，噴射短切纖維及樹脂的積層。 如湯動(dòng)力(Tankinetics)公司，即采用閉環(huán)螺旋纖維纏繞工藝。
第二種 Oblation 纏繞工藝方法，也是湯動(dòng)力(Tankinetics)公司首先研制開發(fā)成功的一項(xiàng)纏繞技術(shù)。該公司利用玻璃鋼材料具有一定的柔順性能，在生產(chǎn)車間先纏繞成貯罐(儲(chǔ)罐)殼體，在橫向施加一定壓力后裝車運(yùn)輸?shù)绞褂霉さ�，然后再恢�?fù)到原來的圓柱形狀，最后裝配成所設(shè)計(jì)的整體特大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)。
特大型玻璃鋼貯罐的FEA設(shè)計(jì)方法
Tankinetics公司曾承接一項(xiàng)制作直徑為25.15m，高度為3.05m，無頂蓋的玻璃鋼熱鹽水貯罐(儲(chǔ)罐)業(yè)務(wù)。根據(jù)用戶的要求，這一特大型貯罐(儲(chǔ)罐)，擬采用“鑲肩型”結(jié)構(gòu)，即由一個(gè)硬質(zhì)鑲肩與一個(gè)軟質(zhì)鑲肩，相應(yīng)組合拼裝而成。
由于圓柱殼體的尺寸精度要求很高，必須保證在0.001 R以內(nèi)(R為圓柱體貯罐(儲(chǔ)罐)的半徑)，并且其間采用緊配合方式，而不能采用粘結(jié)工藝，因而在對(duì)這種特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制作方面，都提出了很嚴(yán)格的要求。若采用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，是很難達(dá)到性能的設(shè)計(jì)要求。基于上述情況，該公司采用了“非線性有限元素分析設(shè)計(jì)方法”(FEA)，對(duì)這種所用材質(zhì)為各向異性材料，形狀又較為復(fù)雜的制品，進(jìn)行了特殊的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。
該公司采用了美國結(jié)構(gòu)研究和分析公司的COSMOS系統(tǒng)，并建立了FEA分析模型。由于“鑲肩”結(jié)構(gòu)和殼體均呈軸對(duì)稱形狀，因而該公司對(duì)于貯罐(儲(chǔ)罐)的底部、“鑲肩”、粘結(jié)件和殼體等都運(yùn)用軸對(duì)稱的，以大型移動(dòng)平板為元素的設(shè)計(jì)模型。
這些有限元素在環(huán)向、軸向，或者在徑向上，均呈現(xiàn)各向異性的性能。以開口面的模型作為基面，這一開口元素沿鑲肩，自下而上地開展，自動(dòng)設(shè)計(jì)出基礎(chǔ)面和鑲肩之間的表面形狀。這樣的計(jì)算方法，經(jīng)實(shí)踐證明不但較為切合實(shí)際，而且比較準(zhǔn)確。
該套FEA設(shè)計(jì)方法，還可按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間程序，對(duì)貯罐(儲(chǔ)罐)不同形式受力及其所產(chǎn)生的壓力情況進(jìn)行正確的應(yīng)力分析。為了計(jì)算出由于形變所引起的剛度變化，在每一個(gè)時(shí)間內(nèi)，將改變其所用的剛度矩陣。通過計(jì)算所得的結(jié)果，不僅能表示出所受應(yīng)力的數(shù)值，而且能反映出這種特大型貯罐(儲(chǔ)罐)上“硬鑲肩”的性能表現(xiàn)情況。據(jù)介紹，這種新設(shè)計(jì)的鑲肩結(jié)構(gòu)，至少對(duì)三種類型的位移，起到有效的比較重要的效用。
FEA方法，還可對(duì)貯罐(儲(chǔ)罐)低位人孔進(jìn)行應(yīng)力分析，也可計(jì)算出風(fēng)力和地震所產(chǎn)生的應(yīng)力的大小。由于人孔處應(yīng)力較為集中，其周圍元素的密度將得到加強(qiáng)，以便改善其計(jì)算的準(zhǔn)確度。人孔設(shè)計(jì)模型，將與殼體增強(qiáng)材料、法蘭和蓋子等，形成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)。
該公司介紹，這種高元素密度的設(shè)計(jì)方法，也同樣適用于其他“鑲肩型”的部件。所采用的FEA軟件，可應(yīng)用于多種載荷狀態(tài)，并可計(jì)算出它所受的應(yīng)力和形變情況。對(duì)于風(fēng)力和地震的情況，在所建的新設(shè)計(jì)模型中，均作為正向壓力處理。由于貯罐(儲(chǔ)罐)的直徑很大，縱橫比例很小，因而在計(jì)算地震載荷時(shí)，采用API－650方法計(jì)算。
由于該類貯罐(儲(chǔ)罐)縱橫向的比例很小，因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮液體的靜壓力，風(fēng)力或地震均不會(huì)對(duì)貯罐帶來較大的應(yīng)力或形變。尤其在貯罐(儲(chǔ)罐)的底部，幾乎全部是由于液體的靜壓壓力，所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力。在貯罐(儲(chǔ)罐)底下部位，由于底部鑲肩的不連續(xù)性，使殼體承受一個(gè)軸向的彎曲載荷，因此必須適當(dāng)增強(qiáng)這個(gè)部位的殼體設(shè)計(jì)。
特大型玻璃鋼貯罐的現(xiàn)場(chǎng)螺旋纏繞工藝
Ｔankinetics公司根據(jù)用戶的要求，這個(gè)特大直徑玻璃鋼貯罐在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行纏繞加工。該公司使用了一臺(tái)全自動(dòng)多軸纏繞機(jī)，對(duì)貯罐(儲(chǔ)罐)殼體進(jìn)行封閉式螺旋纏繞。其“封閉式”方案是指纏繞纖維帶，要一道緊挨一道，既不能出現(xiàn)空隙，也不允許有搭接現(xiàn)象，并預(yù)先設(shè)定好纖維帶的寬度，目的使一層纖維層纏繞完畢后，殼體表面正好被全部覆蓋。
該公司有關(guān)人員認(rèn)為，大直徑玻璃鋼制品的封閉式纏繞，只有通過計(jì)算機(jī)控制才能完成。機(jī)械齒輪系統(tǒng)，對(duì)于玻璃鋼管道或小直徑貯罐(儲(chǔ)罐)，可進(jìn)行封閉式纏繞。但對(duì)于大直徑玻璃鋼制品，機(jī)械齒輪系統(tǒng)就無法進(jìn)行封閉式纖維纏繞。
大直徑玻璃鋼制品的纏繞角度，以及纏繞時(shí)間的控制，都必須十分精確。纏繞角的精度范圍，要求在一百分之幾度以內(nèi)，只有實(shí)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，才可避免出現(xiàn)纏繞工藝的累積誤差。
特大型玻璃鋼貯罐的螺旋纏繞設(shè)備和技術(shù)
Tankinetics 公司，在纏制特大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)時(shí)，采用了該公司的多軸纏繞系統(tǒng)專利技術(shù)。該項(xiàng)專利技術(shù)，利用伺服電機(jī)計(jì)算機(jī)體系的優(yōu)越特性，并將多個(gè)纏繞機(jī)組成為一個(gè)整體，以得到完全封閉的螺旋纏繞玻璃鋼貯罐。
據(jù)稱，一個(gè)單個(gè)的 Tankinetics纖維纏繞機(jī)，其纏繞速度約為1000公斤/小時(shí)。倘若使用多機(jī)纏繞，其纏繞速度會(huì)隨所用機(jī)頭的數(shù)目的增加，而相應(yīng)成倍地增加。
在纏制特大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)時(shí)，由于受到樹脂膠凝時(shí)間的限制，因此必須采用多機(jī)纏繞才能制作成功。Tankinetics認(rèn)為，在樹脂膠凝以前必須完成一個(gè)纏繞周期。而對(duì)于一個(gè)給定的貯罐(儲(chǔ)罐)高度每個(gè)周期所需樹脂的用量，在厚度為一定值時(shí)，與貯罐(儲(chǔ)罐)的直徑成正比。
但對(duì)于一個(gè)纏繞單機(jī)，完成一個(gè)纏繞周期所需的時(shí)間，將與貯罐(儲(chǔ)罐)的直徑成正比關(guān)系。因此，當(dāng)貯罐直徑達(dá)到一個(gè)定值時(shí)，再利用單機(jī)纏繞的濕法成型工藝方法，已成為不可能了。
基于上述理由，對(duì)于特大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)，必須采用多機(jī)纏繞的方法。其理由是多機(jī)纏繞貯罐的纏繞時(shí)間，將與采用的機(jī)頭的數(shù)目成反比，例如雙機(jī)纏繞一個(gè)25米直徑貯罐(儲(chǔ)罐)所需的時(shí)間，作為單機(jī)，只能纏制12.5米直徑的貯罐(儲(chǔ)罐)。
特大型玻璃鋼貯罐頂?shù)撞恐谱鞣椒?BR> 由于該特大型玻璃鋼貯罐(儲(chǔ)罐)呈開口的形狀，因而在殼體頂部附近，必須加裝一個(gè)纖維纏繞固定環(huán)。這種固定環(huán)呈大小不等的四邊形形狀。該公司先在頂部位置裝上一個(gè)芯材，然后在外層纏繞上玻璃纖維。該公司開發(fā)出一種安裝這種固定環(huán)的專門技術(shù)，只要正確地制訂出纏制程序，就可纏制成質(zhì)量較好的，貯罐(儲(chǔ)罐)頂部四邊形的筋條。
這種特大型貯罐(儲(chǔ)罐)的底部，是在使用場(chǎng)所進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制作。為確保貯罐(儲(chǔ)罐)底部復(fù)合材料，在層間組分方面有良好的一致性，用戶要求貯罐(儲(chǔ)罐)底部原材料，選用玻纖氈和編織卷材，并使用噴射工藝和編織預(yù)置相結(jié)合的成型方法。由于該底部的制作時(shí)間很短，因而避免二次粘結(jié)工序，有效地節(jié)省了貯罐(儲(chǔ)罐)的制成時(shí)間
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