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1、1中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 詹锋 学 号： 0603044238 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 复合材料与工程 题 目：容积为 60m3 贮存质量分数为 37%的硝酸 卧式玻璃钢储罐设计 指导教师： 陈剑楠 曹 杨 职称: 讲 师 讲 师 2009 年 12 月 31 日2中北大学课程设计任务书学年第 一 学期学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 复合材料与工程 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目：容积为 60m3 贮存质量分数为 37%的硝酸卧式玻璃钢储罐设计 起 迄 日 期：2009 年 12 月 21 日2009 年 12 月 31 日 课程设计地点
2、： 中北大学材料科学与工程学院 指 导 教 师： 陈剑楠 曹 杨 系 主 任： 李迎春 下达任务书日期: 2009 年 12 月 18 日3课 程 设 计 任 务 书1设计目的：通过复合材料玻璃钢产品课程设计，强化学生课堂上学习到的复合材料产品设计的知识，加深学生对复合材料设计思路的理解，培养学生独立设计复合材料产品的能力，使学生熟练掌握 Auto CAD 等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作打下良好的基础。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：（1）卧式玻璃钢贮罐，容积为 60m3；（2）贮存质量分数为 37%的硝酸；（3）使用温度为常温，采用蝶形封头
3、设计；（4）设计内容包括卧式玻璃钢贮罐装配图一张及铺层表，全部非标准件零件图及铺层表，并打印设计说明书。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文) 、图纸、实物样品等：本次课程设计的工作内容包括以下几个部分：（1）产品设计图纸一张，要求写明技术要求以及所用原材料；（2）产品设计图（零号图纸）一张；（3）产品零件图（除标准件） ；（4）复合材料产品结构计算说明书一本。注：以上各项内容均要求打印。4课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：15 篇以上5设计成果形式及要求：本次课程设计的设计成果以复合材料产品设计图纸和设计计算说明书的形式提交。6工作计划及进度：2009 年 12
4、月 21 日2009 年 12 月 22 日 查阅相关文献2009 年 12 月 23 日2009 年 12 月 24 日 结构设计与计算2009 年 12 月 25 日2009 年 12 月 27 日 图纸的绘制2009 年 12 月 28 日 2010 年 12 月 30 日 设计计算说明书的撰写2009 年 12 月 31 日 答辩和成绩考核系主任审查意见：签字： 年 月 日5目 录1.前言12.造型设计22.1 储罐构造尺寸确定22.2 封头的选择22.3 伸臂长度确定32.4 支座及间距33.性能设计43.1 基体材料性能及其特点介绍53.2 增强材料介绍64.节构设计74.1 储罐
5、荷载计算和设计简图74.2 由储罐的轴向应力计算壁厚84.3 由储罐的剪力计算储罐的壁厚84.4 由储罐的环形应力计算储罐壁厚84.5 由蝶形封头设计壁厚104.6 设计结果105.工艺设计115.1 筒身设计115.2 封头的制造工艺及模具制造方法126.玻璃钢卧式贮罐零部件设计146.1 贮罐的开孔与补强146.2 排气孔146.3 贮罐进出口管和人孔设计146.4 排液管166.5 支座设计167.安装设计178.制品检验189.小结1910.参考文献206前 言卧式玻璃纤维增强塑料贮罐主要用做化工贮罐、运输罐车、反应釜、喷雾洗涤器等。与立式贮罐相比，卧式贮罐的容积较小，但具有搬运方便，
6、可异地安装使用的特点。玻 璃 钢 容 器 、 玻 璃 钢 储 罐 耐 化 学 腐 蚀 ， 使 用 寿 命 长 ， 玻 璃 钢 具 有 特 殊 的 耐 腐性 能 ， 在 储 存 腐 蚀 性 介 质 时 ， 玻 璃 钢 显 示 出 其 他 材 料 所 无 法 比 拟 的 优 越 性 ， 可 以耐 多 种 酸 、 碱 、 盐 和 有 机 溶 剂 1。玻 璃 钢 容 器 、 玻 璃 钢 储 罐 设 计 灵 活 性 大 ， 罐 壁 结 构 性 能 优 异 ， 纤 维 缠 绕 玻 璃钢 可 以 改 变 树 脂 系 统 或 增 强 材 料 来 高 速 玻 璃 钢 贮 罐 及 非 标 装 置 的 物 理 化
7、学 性 能 ， 以适 应 不 同 介 质 和 工 作 条 件 的 需 要 。 通 过 结 构 层 厚 度 、 缠 绕 角 和 壁 厚 结 构 和 设 计 来 调整 罐 体 的 承 载 能 力 ， 制 成 不 同 压 力 等 级 或 某 些 特 殊 性 能 的 玻 璃 钢 贮 罐 及 非 标 装 置 ，这 是 各 向 同 性 的 金 属 材 料 无 法 与 其 相 比 的 。因 为 玻 璃 钢 的 比 重 通 常 为 1.8-2.1， 是 钢 的 1/4-1/5， 比 钢 、 铸 佚 和 塑 料 的 比 强度 都 高 。 玻 璃 钢 的 热 膨 胀 系 数 与 钢 大 体 相 当 ， 热 传 导
8、 系 数 只 有 钢 的 0.5%。 玻璃钢贮罐具有一系列特点，如质量轻、耐腐蚀性强、强度高、保温隔热效果好、成型容易、安装和运输方便、维护费用低等，在各工业领域得到广泛应用 2。我国玻璃钢贮罐的发展十分迅速，已经颁布了纤维增强塑料贮罐的标准，规定了贮罐用原材料、生产工艺、结构形式、产品性能和几何尺寸、验收条件等等，规范了玻璃钢产品市场，对提高玻璃钢贮罐产品质量起到了促进作用。目前国内玻璃钢贮罐主要用于地下石油贮罐、化工及食品容器、运输罐、三次采油聚丙烯酰胺母液贮罐、工业用超纯水贮罐、污染回收罐等等纤维增强塑料贮罐是复合材料制品最广泛应用的一种产品结构形式，主要用于储存各种腐蚀性液体、气体和粉
9、末状物料，应用在石油、化工、冶金、造纸、城市供水等领域。这类贮罐强度、刚度和防渗漏性要求较高，对于容积较大的贮罐，特别适合于纤维缠绕工艺或喷射工艺整体成型，不宜采用手糊工艺分块制造、最后组装的结构形式。72 造型设计2.1 储罐构造尺寸确定造型设计如图 2-1：图 2-1设计标准：中华人民共和国行业标准 玻璃钢储罐标准系列 HG 21504.1-92 ，卧式储罐容积 ，可选直径系列有 和 ，本设计初选360Vm280Dm30，因此储罐的长度30D。852()L2.2 封头的选择卧式圆筒形储罐的封头一般采用凸形封头，常用的凸形封头形式有半球形、半椭球形和蝶形封头 3。半球形封头 受力最佳，与筒体
10、的连接平滑过渡，局部附加应力小。但是由于（ 1）这样封头深度大，手糊成型不方便，脱模比较困难，所以玻璃钢储罐很少采用这样封头。半椭球形封头 其是由半个椭球壳和一段高度为 h 的圆筒形部分组成。由于半（ 2）椭球形曲线的曲率半径变化是连续的，所以封头中的应力分布比较均匀，受力仅此于半球形封头，加工制造比较方便。蝶形封头 其是有折边的球形封头，由半径为 R 的部分球面和高度为 h 的圆（ 3）8筒形部分以及半径为 r 的过渡部分组成，标准蝶形封头 且 。在连接0.9RD.17r处，经线曲率半径有突变，应力分布不如椭球形分布均匀，缓和，但是蝶形封头的加工制作最方便。综合以上分析，选择蝶形封头，因为它
11、加工制造最方便，本设计中的卧式储罐不是压力储罐，因此标准蝶形封头可以满足应力使用要求，因此 且 ，0.9RD.17r封头高度 。0.52()DHRrm2.3 伸臂长度确定 根据0.27.39ALL计算出 。123G2.4 支座及间距 卧式储罐一般是水平安装在支座上的，支座主要分为双边连续支座、鞍座、圈座和支腿。其中鞍座应用最多,所以选择鞍式支座。鞍座间距 1260LAm如图 2-2 所示 q=7.5kN/m3.0m3.0mFA FB85图 2-22.4 小节：（1）储罐鞍座选用三鞍座（如图 2-1）,鞍座间距为 3300mm（2）封头采用蝶形封头设计；（3）罐身长 8500mm,内径 3000
12、mm；9（4）进水、出水孔、人孔、液面计口、备用口安装标准按 HG 21504.1-92玻璃钢储槽标准系列（5）所用法兰按 HG/T 21633-1991 选用3 性能设计任务要求: 贮存质量分数 37%的盐酸，使用温度为常温，属于典型的玻璃钢贮罐。表一 6 各种材料规格 铺层数材料名称 规格（gm 2）层数 纤维（kg） 内衬树脂（kg）结构层树脂（kg）聚酯毡 30 1 2.15 40.83网眼布 65 1 4.27喷射纱 150 1 9.49 28.47网眼布 65 1 4.27喷射纱 450 4 113.89 292.86网眼布 65 4 17.070.4 布 450 4 105.05 105.05筒身网眼布 65 2 8.54表面毡 350 1 0.62 11.86喷射纱 150 1 2.76 8.27喷射纱 450 4 33.09 89.470.4 布 400 3 22.89 22.89喷射纱 450 2 16.55 44.74以上两步交替重复 3 遍拐角加喷，宽度 300m封头喷射纱 300 gm 2 12 14.39纱片宽纱股数参数纤维类型TEX聚酯毡 2.77 内衬层树脂 4
