玻璃钢水箱的设计

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1、前言玻璃钢水箱是指用玻璃钢做为原材料加工而成的水箱。玻璃钢具有轻质高强、可设计性强和耐水性优良等特点，所以被广泛应用于工矿企事业单位、民用住宅、宾馆、饭店等公共建筑，作为生活用水、消防用水以及水质要求较高的食品、医药、卫生等行业必备的贮水设施。玻璃钢水箱成为玻璃钢工业产量中较大的一种产品。玻璃钢水箱解决了混凝土水箱重量大、易渗漏、易长青苔和钢板水箱易锈蚀、防锈涂层脱落污染水质等问题，具有水质好、无渗漏、重量轻、外形美观、使用寿命长和安装方便等优点。用FRP复合材料制造水箱，有如下优点：①耐水的腐蚀，不会生锈；②无金属离子，不会污染水质，特别适用于贮存去离子洁净水；③不会生青苔及其它微

2、生物；④自重轻、可提高贮存水效率；⑤成型制造方便可在工厂预先制成板块，在现场快速安装，在长期使用过程中无需定期停产维修。因此特别受到制药、电子、半导体行业欢迎并广泛使用。它的唯一缺点是首次投资较水泥、钢材贵。玻璃钢水箱按造型可分为球形、圆筒形和方形三种；按结构构造可分为整体式、组装整体式和组合式三种；按制造工艺分为手糊成型和SMC模压成型两种。由于社会的发展和玻璃钢水箱的性能的优越性，玻璃钢水箱得到越来越多的应用。我国早在20世纪70年代就有玻璃钢水箱出现。近年来，由于玻璃钢技术上的突破，玻璃钢水箱已经在我国大部分地方推广利用。根据目前的实用情况,本文着重讨论了整体式圆筒形玻璃钢水箱

3、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[1]。本课程设计的题目为玻璃钢圆筒形水箱，水箱容积V=6.5m3，介质为生活用水，安装位置为建筑物顶上，离地面50m（露天），设计过程可分为造型设计、性能设计、结构设计、零部件设计、工艺设计、安装连接及检验方法。261造型设计玻璃钢圆柱形水箱通常会设计成三部分：箱底、箱体及箱盖。从使用和受力角度考虑，箱底一般设计成平底。考虑到上人和雪荷载，箱盖要设计成锥形断面，并留有人孔。水箱筒形设计成圆柱形，为了美观和增强筒体刚度，有时在沿高度方向有加强肋；加强肋一般都设计在水箱筒体的外面。图1.1为玻璃钢圆柱形水箱的结构及其零部件，

4、包括进水孔、出水孔、人孔、排污孔、气孔、溢流孔、人梯等。图1.1玻璃钢圆柱形水箱的结构及其零部件玻璃钢圆柱形水箱的结构及各部分的尺寸如下图1.226图1.2圆筒形水箱结构模型R—水箱半径；H水箱高度；h水位高度；t箱体厚度；tb箱底厚度；t箱顶厚度。根据设计任务要求：水箱容积V=6.5m3，介质为生活用水，安装位置：建筑物顶上，离地面50m（露天）。箱体直径2R=200cm，高H=220cm，水位高h=207cm，箱体厚度t，箱底厚度t，箱顶厚度t，水的密度γ=1.0×，人孔半径r=250mm，箱顶锥壳半顶角ø=75°。262性能设计2.1原材料的选择原则(1)比强度，比刚度高的原则

5、(2)材料与结构的使用环境相适应的原则(3)满足结构特殊性能的原则(4)满足工艺要求的原则(5)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[2]：(1)要求基体材料能在结构使用温度范围内正常工作；(2)要求基体材料具有一定的力学性能；(3)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；(4)要求基体材料具有满足使用要求的物理、化学性能；(5)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

6、，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。26表2.1四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

7、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。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[3]。对于硼纤维，由于它的刚度大和直径粗，弯曲半径大，成型