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玻璃钢管道价格--内压容器的圆筒段设计
编辑 :

恒德环保科技

时间 : 2022-03-29 19:40 浏览量 : 109

玻璃钢管道价格--内压容器的圆筒段设计

在设计内压缠绕容器时,通常采用的设计方法都要考虑本章前面提到过的那些假定·。如图7-9所示,如采用定螺旋角网格分析,应使全部纤维处于拉应力状态。在这类圆筒形壳体中,可把环向力和纵向力变换为沿着纤维方向作用的合力。再把这个合力除以纤维的截面积,就可以求出实际的纤维应力。从下面的分析可以看出,圆筒的环向力和sin2a成正比,而纵向力则和cos2a成正比。如薄壁圆筒的环向力是纵向力的两倍时,理论上的最佳螺旋角(a)是54.75°。

设计过程使用的符号如下:

F――荷载(力)

Fa——环向力

F:——纵向力

a——螺旋角(相对于轴,即缠绕角)

t――壁厚

x―――轴向距离

Y——径向距离

S——应力

S。——环向应力

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S1——纵向应力

S1——纤维应力

W——纱片的宽度

在确定环向力时,认为:

如图7-10所示,在确定纵向力时,只需把方程(52)~(60)中的正弦和环向力分别用余弦和纵向力代换即可。由此可以得到:S1=Sfcos2a(61)众所周知,薄壁圆筒的环向应力是纵向应力的两倍。为使纤维缠绕圆筒结构的比强度达到理论上的最大值,缠绕角必须满足

下述条件:

圆筒试验表明,这种理论推导是正确的,所用试验圆筒的缠绕角为57.75°,比理论值大3°。在进行水静压力试验时,圆筒直径没有增加,全部应变集中在长度方向上。如缠绕角小于理论值,则圆筒试验的情形刚好相反。上述两类圆筒是不平衡结构,如纤维缠绕玻璃钢圆筒是一个平衡结构,则各个方向上的应变也相等。

在早期的纤维缠绕玻璃钢圆筒设计中,认为54.75°是最佳缠绕角。在对各种设计方案进行比较并做了一系列结构试验后则认为,要想缠成最有效的壳体,必须组合使用几种不同的绕型。

所谓组合使用,就是把低螺旋角缠绕和环向缠绕组合在一起。在这类绕型中,低螺旋角缠绕主要承受纵向应力,环向缠绕则主要承受环向应力。低螺旋角缠绕可连续地排列纤维而没有交叉,从而形成整体封头。在选择绕型时,应考虑容器尺寸、封头形式、原材料、缠绕机类型以及荷载要求等许多有关因素。目前正在设计和缠绕直径为156时,长度为25呎的缠绕玻璃钢火箭发动机壳体,最低爆破压力为1,200磅/时2,复合材料的环向应力为8.5×10“磅/时(设计值)。为了满足结构荷载要求,组合使用低螺旋角缠绕和环向缠绕,由低螺旋角缠绕形成前后端封头。极孔连接件重量为2×10“磅,约占总重的27%。玻璃纤维用量约为9.6×103磅。

假定低碳钢的最低抗拉强度为7×10‘磅/时2,则相应尺寸的钢壳体,其重量约为玻璃钢壳体的五倍。制造这种金属壳体时,必须把封头和筒身分别制造,然后再把封头和筒身焊接起来,而且至

少有一道纵向焊缝。金属壳体的制造成本为玻璃钢壳体的两倍,如果把设备费和工具费等折算在内,则至少是玻璃钢壳体的六倍。

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