07级中北大学玻璃钢水箱课程设计正文.docx

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1、1.1 玻璃钢水箱的开展和应用玻璃钢水箱式建筑物楼顶的储水器，故也称高位水箱。其功能是保证住在楼房内的居民日常生活用水不会间断。随着城市建设的开展，越来越多的城市感到供水缺乏。在城市供水系统中，我国规定上水压力位0.3MPa,这样高的水压力，对于高层建筑很难保证全日供水。因此，就需要在三层以上的建筑楼顶设置高位水箱。由于玻璃钢水箱的性能优越，越来越受到人们的青睐川。因此，在公共建筑和民用住宅上都得到了广泛的应用，而且效果很好。现在玻璃钢水箱的市场需求量很大，全国各地的玻璃钢制品厂都把玻璃钢水箱作为骨干产品开发应用。在大型给水设施上，1974年常州建造了国内第一个75/容量的全玻璃钢整体结构水塔

2、；1996年由武汉工业大学设计，5727厂制造的武汉民众乐园屋顶整体组装式396m3水箱，至今使用情况良好。国内外实际应用情况说明，只要按照有关标准严格把好质量关，玻璃钢水箱将有更广泛的应用前景。玻璃钢水箱是目前国际上流行的新型水箱，也是玻璃钢工业中产量较大的一种产品。玻璃钢水箱自1962年在日本问世之后，逐渐在建筑工程中取代了传统材料水箱占领市场。我国早在20世纪70年代就有玻璃钢水箱出现，但因当时国内没有食品级不饱和聚酯树脂，玻璃钢产品的毒性问题没有解决，因此在较长一段时间内，不能得到卫生部门认可。直到1989年末，国内有了食品级树脂，国家也立项研究玻璃钢食品容器性能要求、生产技术，并经卫

3、生部门平安性评价和检测获得认可。1996年初由国家玻璃纤维增强塑料标准化技术委员会审议通过了我国玻璃钢水箱标准。近年来，玻璃钢水箱已在我。国大局部地区推广应用。根据建设部提供的资料，九五方案和到2021年，安居工程将是国民经济开展的重点。据其预测，我国今后十年，每年竣工的住宅面积到达16亿立方米，需要高位水箱140万个。有这样一个如此庞大的市场，其开展前景将十分广阔。1.2 玻璃钢水箱特点及种类1.2.1 玻璃钢水箱特点目前建筑工程领域用的水箱有钢板水箱、钢筋混泥土水箱及玻璃钢水箱三大类。玻璃钢水箱是后起之秀，其开展趋势将取代传统的钢板水箱和钢筋混凝土水箱。玻璃钢水箱与钢板水箱和钢筋混凝土水箱

4、相比，有以下优点： 质量轻制造相同容积的高位水箱，玻璃钢水箱的质量仅为钢板水箱质量的1/4,为钢筋混凝土水箱的1/15。减少水箱的自重，以减轻建筑结构的荷载及对降低工程造价有利。 制造方便 玻璃钢水箱可以整体成型、制成板块现场拼装和现场制造。水箱的接管处、排水凹板等，都可以在制造水箱时完成，不需要像传统水箱制造时增加费用，也不需要像钢板水箱那样，增加油漆防腐工序。 耐腐蚀性好玻璃钢水箱防水、防腐蚀性能好，不像钢筋混凝土水箱那样易渗透，也不像钢板水箱那样需要经常注意维修、涂漆防腐。 卫生玻璃钢水箱选用食品级树脂制造，能够保证到达国家规定的水质卫生标准，不污染储水。而钢板水箱长期使用后，钢板易生锈

5、，给生活用水造成二次污染。钢筋混凝土水箱不易清洗，易长青苔。 强度高、抗震性好 玻璃钢水箱能经受8级地震而不坏；而钢板水箱和钢筋混凝土水箱那么不防震。美观玻璃钢水箱外表光泽、颜色鲜艳、造型独特，可以根据用户需求选型、着色,设计成有装饰效果的水箱，美化城市。 技术经济效益好玻璃钢水箱的综合经济效益优于钢板水箱和钢筋混凝土水箱。1.2. 2玻璃钢水箱种类玻璃钢水箱按造型可分为球形、圆筒形和方形三种；按结构构造分为整体式、组装整体式和组合式；按制造工艺可分为手糊成型和SMC模压成型两种。手糊玻璃钢水箱手糊玻璃钢水箱根据容积大小又可分为整体式水箱和组装整体式两种。一般容积在30加以内的玻璃钢水箱，采用

6、整体式水箱，而以球形水箱最受用户欢送。因为球形水箱美观、省工省料，而且容易清洗，30/容积以内的玻璃钢水箱，可采用组装整体式水箱。模压玻璃钢板块组装水箱这种水箱是采用热固性片状模塑料热压成型为lmx.5m, lmxlm和lmx2加等标准板块，然后根据设计需要组装成0.5 500 /玻璃钢水箱。本文选择性地对玻璃钢球形水箱的造型设计、性能设计、结构设计、工艺设计进行了详细说明，并对球形水箱的安装方法和检验方法等其他内容进行了简单阐述。玻璃钢球形水箱组合整体式的结构：分为连个球体，在上下壳体的结合部有法兰盘，中间有密封垫片，可采用机械和粘接相结合的连接方式。支撑台架用型钢做成，在法兰处用螺栓固定这

7、种结构形式有两大优点： 从力学角度分析，在相同内压作用下，直径和板厚相同球瓣膜应力仅为圆柱形容器周向膜应力的一半； 在容积相同的条件下，球形的外表最小，所以省工省料，易于成型且美观。2玻璃钢水箱的造型设计玻璃钢球形水箱是将已成型好的半球壳，上下两半结合成一体的结构。在上下壳体的结合部有法兰盘，中间有密封垫片，可采用机械和粘接相结合的连接方式。玻璃钢球形水箱一般设计成上下两个半球部件。上半球设有人孔、气孔、进水口、溢流口；下半球设有出水口、排污口；附件有内外梯、托架、钢板基座等。(1)进水口是水进入水箱的入口。一般开在水箱侧壁略高于溢流孔的局部。(2)出水口是水流出水箱的出口。为防止沉渣排出，出

8、水口应略高出水箱内底。(3)水箱溢流口开在水箱侧壁，是控制水位的通道；(4)通气口开在水箱顶部，为防止污染应装上丝网罩；(5)排污口开在水箱底部的最低部位，以便排出沉渣等；(6)人孔是为了人进出水箱而设的开口开在水箱顶部。Q.465m 。.处 5m图2.1玻璃钢球形水箱造型设计图1人孔；2注水孔；3一溢流孔；4法兰；5托架；6钢板基座；7卜球体;8一排污孔；9一出水孔；10上球体；11最高水位线。3性能设计玻璃钢球形水箱设计任务要求：水箱容积V=18Q (在此公称容积设计为20加)；介质为盐水(在此认为盐水是饱和的，密度 = 1.33go安装位置为建筑物顶上，离地面高100加(露天)。性能设计

9、主要是根据设计的条件要求，进行基体材料和增强材料的选择以及辅助材料的选择。原材料的选择原那么有：(1)比强度、比刚度高的原那么；(2)材料与结构的使用环境相适应原那么；(3)满足结构特殊性要求的原那么；(4)满足工艺性要求的原那么；(5)本钱低效益高的原那么。3.1树脂材料选择树脂是玻璃钢的基体材料，其作用是传递载荷，并使载荷平衡，基体材料的性能，如耐腐蚀、耐热性等，直接决定玻璃钢的性能。首先，内衬树脂直接与介质接触，容器的设计寿命长短很大程度上取决于内衬树脂的耐腐蚀性。其次，容器的压力等级越高，要求内衬树脂的断裂延伸率越高。常用的树脂包括：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂三大类，其中以不饱

10、和聚酯树脂使用最为广泛。不同树脂性能比拟如下图。表3.1不饱和聚酯树脂对于盐水的耐腐蚀性能比拟介质树脂类型邻苯型间苯型双酚A型乙烯基脂型饱和食盐水中中优优表3.2通用型不饱和聚酯树脂力学性能网性能数值拉伸强度WRz)4271拉伸弹性模量MPa)(2.14.5) 103伸长率MPa1.3压缩强度W4)92-190弯曲强度60-120表3.3典型树脂基体的性能比拟特性环氧树脂聚酯树脂酚醛树脂吠喃树脂耐酸性较好一般好好耐碱性较好差差好耐水性最好很好很好好耐溶剂性一般差好好耐热性较低低较高高机械性能好好较好较好电气性能最好好好好固化时挥发物无无有有固化收缩率小大较大较大成型压力低中低中低高低高最大优点

11、机械性能工艺性好耐酸耐酸耐碱最大弱点不易脱模收缩大性脆工艺性差价格高低较低较低玻璃钢水箱的树脂一般选择不饱和聚酯树脂，不饱和聚酯树脂有诸多优点。不饱和聚酯树脂相对密度在1.11l20gc左右，固化时体积收缩率较大。其性能特点有：耐热性大多数不饱和聚酯树脂热变形温度在5060 V；力学性能不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度，其力学性能如表3.2所示；耐化学腐蚀性不饱和聚酯树脂奶水、稀酸、稀碱性能较好。具体不饱和聚酯树脂的选择如下所示：（1）胶衣树脂：对于内层考虑耐水性、耐侯性等方面要求，可选用TMG33胶衣树脂；而对于外表层，选用能吸收紫外线，并且抗老化性能好的UV-9胶衣树脂。（2

12、）基体树脂：内壁选用食品和卫生部门认可的Crysticl96邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂。增强层选用189#通用不饱和聚酯树脂。3.2 增强材料选择增强材料有无碱玻璃纤维（E玻纤）、中碱玻璃纤维（C玻纤）、高强玻璃纤维（S玻纤）。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3.4常用玻璃纤维性能比拟玻璃纤维的种类耐水性耐酸性耐碱性沸水煮lh后试验后水的在硫酸沸液煮lh在氢氧化钠煮沸失重电阻0失重lh失重%无碱玻璃纤维1.71000()48.29.7中间玻璃纤维().13720000.1高碱玻璃纤维1125006.212.0-15.0无碱玻璃纤维是应用很广的一种玻璃

13、纤维，具有良好的电气绝缘性及机械性能，缺点是易被无机酸侵蚀，故不适用在酸性环境。中碱玻璃纤维的特点是，耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃纤维，但电气性能差，机械强度比无碱玻璃纤维低10%20%。高强玻璃纤维的特点是具有高强度、高模量，但价格昂贵。考虑到介质溶液是饱和食盐水故应选用无碱玻璃纤维，考虑到形变性、浸润性、成型性等方面的要求，选用0.2?加、0.4机机中碱无捻粗纱方格布。3.3 辅助材料的选择辅助材料主要有引发剂、促进剂、脱模剂、着色剂等。鉴于是普通玻璃钢产品设计乂考虑到通用的使用原那么，故引发剂选用过氧化环己酮糊，促进剂用秦酸钻，脱模剂选用聚乙烯醇溶液。为使树脂按工艺要求固化以及改良树

14、脂的理化性能或固化后制品的某些性能如阻燃抗静电、耐磨等性能，通常在树脂配方中参加某些助剂如固化剂、引发剂、促进剂、阻燃剂、脱模剂、低收缩剂等。固化剂也称引发剂，它能使树脂固化，是树脂配方中不可缺少的组成局部，并且对树脂性能有极大影响，不同树脂的固化体系不一，即使同一种树脂，使用环境不同，固化剂参加的量也不尽相同，需要在使用前充分试验，确定配方前方可正式使用。在玻璃钢中使用的不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂等溶解在乙烯基单体中，它们进行共聚反响，是要由引发剂分解产生的游离基来引发，常用的引发剂有两种，有机过氧化物和偶氮化合物。4结构设计按照设计任务：水箱容积V=185介质为饱和食盐水；安装位置为建筑物顶上，离地面100小(露天)。根据手糊整体式玻璃钢水箱的规格制定，根据JC658.21997标准，其规格如下：水箱的公称容积系列为：3; Im3； 3 in ； 5m ； 8机 10P； 15机；20/；25 m3 ；30 m3 ； 40 M ； 50 m3 ； 60 m3。将水箱的容积由V=18改为V=2Qm3oA由水箱的体积V=20帆3,由公式V=万N可得，水箱的半径R = .68m,取半径3R = 7m即直径) = 3.4机。设计球形水箱的最高水位为? = 3