工程学院课程设计说明书课程名称：复合材料课程设计题目：容积为30m3的卧式玻璃钢原油储罐的设计**：陆勇胜**：205141626学院（系、部）：材料工程学院班级：复合材料与工程142设计地点：学工办1号楼创新学院202 2016年 12月 6日. z.-课程设计任务书设计题目30m3卧式玻璃钢原油储罐的设计技术参数：（1）卧式玻璃钢储罐，容积为30m3（2）储存原油，常温常压（3）采用半椭圆形封头设计设计任务：1.设计储罐外形与零部件构造2.设计储罐结构层厚度与铺层数3.封头与其他零部件的选用与制备4.产品工艺流程5.产品受力校核6.产品质量检验工作计划与进度安排：选定设计课题，下达设计任务，教师讲解 1天确定复合材料设计方案 1天复合材料的结构设计与计算 2天原材料及成型工艺选择 1天编写设计说明书 4天教师审查和考核 1天合计 10天目录1.前言21.1选题意义21.2研究现状21.3本课题研究的容22选型设计22.1储罐构造尺寸的确定22.2封头的选择22.3支座及间距22.4零部件23性能设计23.1树脂的类型及性能23.2玻璃纤维选用及性能23.3小结24.结构设计24.1储罐尺寸的确定24.2鞍座位置确定24.3支座反力与轴向，周向应力的计算24.4缠绕成型筒体的厚度及层数计算24.5筒体载荷强度校核24.6封头强度层厚度的确定与校核25.工艺设计25.1筒身设计25.2封头的制造工艺及模具制造方法26. 零部件设计26.1 储罐的开孔与补强26.2 排气孔26.3 储罐进出口和人孔设计26.4 排液管26.5支座设计27. 安装设计27.1卧式储罐的安装27.2修补裂缝施工方法分类27.3小结28.制品检验28.1尺寸公差28.2外观检测28.3满载试验28.4质量控制检验28.5表面固化试验28.6检验29. 参考文献2. z.-1.前言1.1选题意义：玻璃钢贮罐是玻璃钢制品中应用非常广泛的一种，主要是采用微电脑控制的缠绕工艺制成。
与传统的金属、钢筋混凝土相比，它有如下特点：耐腐蚀性能好；强度高、自重轻；隔热保温效果好；成型容易；安装、运输方便等等目前对于玻璃钢贮罐的设计主要分卧式和立式目前我国在玻璃钢贮罐方面的设计和检测标准已经比较健全，如国家石油和化学工业局发布的《HG-T20696-1999玻璃钢化工设备设计规定》，我国工业和信息化部发布的建筑行业标准《JCT 587-2012玻璃纤维缠绕增强热固性树脂耐腐蚀立式贮罐》，《JCT 718-2012 玻璃纤维缠绕增强热固性树脂耐腐蚀卧式贮罐》但是对于特定的贮罐，如何对其进行结构计算和受力分析，对此进行细致深入的研究很少1.2研究现状：卧式玻璃纤维增强塑料储罐主要用作化工化工储罐、运输罐车、反应釜、喷雾洗涤剂器等与立式贮罐相比，卧式储罐的容积较小，具有搬运方便，可异地安装使用的特点玻璃钢容器、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提高贮罐的物理化学性能，以适应不同介质和工作条件的需要玻璃钢贮罐具有一系列的优点，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。
我国玻璃钢贮罐发展十分迅速，已经颁布了纤维增强塑料的标准，规定了贮罐用的原材料、生产工艺、结构形式、产品性能和几何尺寸、验收条件等等，规了玻璃钢产品市场，对提高玻璃钢贮罐产品的质量起到了促进作用目前国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、气体和粉末状物料，应用在石油、化工、冶金、造纸、城市供水等领域1.3本课题研究的容：本课题研究一种容积为30m3卧式玻璃钢原油储罐，储存介质为原油（20oC，0.1MPa）密度为810kg/m3，工作温度为20oC，所受的压力为6.9KPa2选型设计图2.12.1储罐构造尺寸的确定：玻璃钢贮罐按形式分类可分为立式贮罐、卧式贮罐等100m3以上为大型贮罐，多为立式贮罐；100m3以下的为小型贮罐，多为卧式贮罐本次设计的储罐要求容积为30m3，所以选择卧式储罐本次设计的直径D=2800mm，高度，桶体长度4000mm，封头壁高度700mm储罐尺寸的确定：取储油罐径2800mm，储罐容积V计算公式为： V式中 L－储罐两封头切线间筒体的长度； H－封头壁面高度。
选用标准椭圆形封头，则H=0.25D=700mm，故取L=4000mm2.2封头的选择：卧式圆桶形的封头一般采用凸形封头，常用的封头有半球形，半椭圆形封头和蝶形封头1）半球形封头：受力最佳与筒体平滑过渡，局部附加应力小但是由于这样的封头深度大，手糊成型不方便，脱模比较困难，所以很少选用2）半椭圆形封头：其是由半个椭圆球壳和一段高度为H的圆桶形部分构成由于半椭圆封头曲线曲率半径变化是连续的，所以封头中应力分布比较均匀，受力仅次于半球形分头，加工也比较方便3）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的圆筒形部分以及半径为r的过度部分组成应力分布不如椭圆形分布均匀，缓和小结：综上分析，选择半椭圆形封头，因为其加工简单，且受力条件好，依据本课题要求，满足使用条件H=0.25D=700mm）2.3支座及间距：为充分利用封头的加强作用，使A≤0.5R，取A=660mm取鞍座的包角150°，采用双鞍座，鞍座间距L-2A=2680mm，小于公称直径的1.5倍，因此可以采用双鞍座2.4零部件：（1）进水孔、出水孔、人孔、页面计口备用口安装标准按HG21504.1-92《玻璃钢储槽标准系列》（2）所需法兰按 HG/T21633-1991选用3性能设计要求：常温常压下储存原油玻璃钢储罐典型的玻璃钢贮罐其结构分为四层：表层、次表层、结构层和外表层。
1） 衬层：主要起防腐、防渗作用一般用玻璃纤维表面毡、有机纤维表面毡或其他增强材料的富树脂层，要求胶量达90%左右，其厚度为0.25~0.5mm2） 次表层：主要是防止介质渗漏结构层承受载荷引起的各种应力，其含胶量比表层低，通常有短切纤维制成的短切毡铺成3） 结构层：贮罐的所有载荷靠该层次来承受通常由连续纤维缠绕成型，玻璃钢储罐的结构设计主要是确定这一层的铺层方式和厚度4） 外表层：其作用用于美观，防止自然老化和机械损伤3.1树脂的类型及性能：表1 不饱和聚酯性能对比树脂基体代号产品性能适用产所邻苯型OP这是一种较经济的树脂类型，长期使用温度-50℃～60℃，最高可达100℃，可耐大气、弱酸、海水腐蚀，具有一般的耐腐蚀性能常用于一般的腐蚀环境，海水腐蚀、弱酸腐蚀及大气老化腐蚀间苯型IP长期使用温度-50℃～90℃，最高达 105℃，可耐中等浓度无酸、碱、盐等环境，具有优异的耐腐蚀性能常用于酸性腐蚀较强或碱性腐蚀一般的环境乙烯基型VE长期使用温度-50℃～110℃，可耐酸、碱、盐溶剂或酸碱交替等恶劣的腐蚀环境，具有优异的耐腐蚀性能常用于酸、碱、盐溶剂等腐蚀严重的环境阻燃型FI长期使用温度-50℃～110℃，可耐酸、碱、盐溶剂或酸碱交替等恶劣的腐蚀环境，具有优异的耐腐蚀性能，其阻燃性能高于一般树脂常用于有阻燃要求的使用环境双酚Ａ型BPA是一种食品级树脂，长期使用温度-50℃～80℃，逐渐被乙烯基取代，具有优良的耐腐蚀性能常用于耐腐蚀层，温度较低环境3.2玻璃纤维选用及性能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。
对于硼纤维，由于它的刚度大和直径粗，弯曲半径大，成型困难，所以应用围收到很大的限制所以，在生产中一般以玻璃纤维为主玻璃纤维价格便宜，性能优异，可以满足储罐的使用要求，增强材料选择玻璃纤维，常用的玻璃增强材料主要有无捻粗纱布、捻布、短切毡、表面毡、玻璃纤维无捻粗纱和短切玻璃纤维玻璃纤维按其使用要求分为：（1）E-玻璃纤维，无碱纤维，具有优良的、耐老化性和耐水性2）C-玻璃纤维，耐酸性好，耐碱性不如无碱纤维，成本低3）A-玻璃纤维，有碱纤维，含碱量大于12%4）S-玻璃纤维，高强度玻璃纤维，拉伸强度较大5）中碱玻璃纤维，耐酸性好，成本低6）耐碱玻璃纤维，抗碱性较好，主要用于增强水泥制品7）空心玻璃纤维，纤维中空，弹性模量较高 表2 无碱玻纤与中碱玻纤性能对比种类耐酸性耐水性机械强度防老化性电绝缘性成本浸润性适合条件无碱玻纤一般好高较好好较高好高强度场合中碱玻纤好差较低较差低低差低强度场合3.3小结：材料表层乙烯基型树脂VER-2/4602短切纤维原丝毡（0.2kg/m2）次层乙烯基型树脂VER-2/4602短切纤维原丝毡（0.2kg/m2）结构层间苯型树脂9494无捻粗纱方格布（0.8kg/m2）外表层间苯型树脂9406S表面薄毡4. 结构设计4.1储罐尺寸的确定：取储油罐径2800mm，储罐容积V计算公式为：V式中 L－储罐两封头切线间筒体的长度； H－封头壁面高度。
选用标准椭圆形封头，则H=0.25D=700mm，故取L=4000mm4.2鞍座位置确定为充分利用封头的加强作用，使A≤0.5R，A=660mm，取鞍座包角150o，采用双鞍座4.3支座反力与轴向，周向应力的计算在工程中储罐自重所占的比例仅为介质的5%~10%，储罐容积越大，其比例越小所以取储罐自重为介质质量的8%，于是总载荷为： =1.08π * 2.82 * 810 * 9.8 * (1+0.233) =2.60*105N支座反力：F=W/2=1.3*105N求筒体的最大轴的弯矩鞍座截面处，按式：≈4497.45N跨中截面处，按式： =≈38973.65N可知最大弯矩在跨中处计算筒体承受的最大单位载荷N 计算筒体周向单位载荷：4.4缠绕成型筒体的厚度及层数计算筒体衬层外成型短切毡2层（规格为200g/m2），然后采用单螺旋缠绕成型，缠绕角±55o在进行强度计算时，不考虑衬层的强度取总安全系数为10确定许用应变，短切毡单层的许用应变为：连续纤维缠绕单层的许用应变为：所以层和结构的许。