玻璃钢水箱课程设计(二)

1 引 言

玻璃钢水箱是建筑物楼顶的储水器，故也称为高位水箱，是为保证现代城市生活用水的正常供应而制作安装的设备，随着人口和建筑物高度的增加，越来越多的城市将会感到供水压力，在城市供水系统中我国规定上水压力为0.3Mpa,这样的高水压对高层建筑的供水系统提出很高的要求，因此需要在高层建筑物楼顶设置高位水箱。利用夜间用水低峰的间隙将水存储在楼顶的水箱中，保证白天高峰时用水，达到均衡供水的目的。

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玻璃钢水箱适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，相信随着科学的发展和高性能树脂和增强材料的不断研发玻璃钢水箱的优势会更加凸显。

玻璃钢水箱以重量轻、无锈蚀、不渗漏、水质好、使用范围广、使用寿命长、保温性能好，外形美观、安装方便、清洗维修简便、适应性强等特点，广泛应用目前我国主要采用混凝土和钢板水箱，但混凝土水箱的渗漏、结垢，钢板水箱的锈蚀，对水箱的使用造成很大影响，据北京市环保局现场检测，目前我国85%的水箱供水系统，由于水箱的菌藻、锈蚀污染而无法达到供水水质标准。 自八十年代，普遍采用组装式玻璃钢水箱，很好地解决了上述问题，由于加工制造方便，可以使用不同的工艺，玻璃钢水箱的种类也是各种各样。 1.1 玻璃钢水箱的特点

玻璃钢水箱与钢板水箱和钢筋混凝土水箱相比，有以下优点[1] (1) 高容量、低质量

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。

(2) 加工制造方便

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。

(3) 耐化学腐蚀性好

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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。

(4) 可达较高卫生标准

玻璃钢水箱选用食品级树脂制造，能够保证达到国家规定的水质卫生标准符合 GB/T7219-98 《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价规范》要求，水质符合国家《生活饮用水标准》（ GB5749-85 ），不污染储水。而钢板水箱长期使用后，钢板易生锈，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。

(5) 抗震性能好

玻璃钢水箱强度较高但比强度很高，抗冲击性能中等能经受8级地震而不坏； (6) 美观

玻璃钢水箱表面光洁度高，颜色、造型可以根据用户需求进行并可设计成有装饰效果的水箱，美化环境。

(7) 高效益低成本

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 玻璃钢水箱的种类

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。

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30m3以内的玻璃钢水箱，采用整体式，而以球形水箱最受用户欢迎。因为球形水箱美观、省工省料，而且容易清洗，30m3容积以上玻璃钢水箱，可采用组装整体式。

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1m×0.5m，1m×1m和1m×2m等标准板块，然后根据设计需要组装成0.5m3～500m3玻璃钢水箱。

本设计分别从造型、性能、结构、工艺、质检、安装等方面进行，在保证产品质量的前提下尽可能的降低生产成本，使用户和生产厂家都感到满意。另外该水箱将分别加工成型的箱盖、箱体和箱底包缠对接，对接时要保证拼缝的强度，局部地区要补强。产品在加工成型后要进行严格的质量检验。

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2 玻璃钢水箱的造型和零件设计

2.1 造型设计

设计要求造型为圆筒形且水箱容积为V=14m3小于30m3 ，宜采用整体式结构。主要有气孔、人孔、进水孔、出水孔、排污孔、溢流孔、内外人梯、水箱体等组成。但为了施工的方便，制造的流程简单，通常把整体式玻璃钢水箱人为设计成几个单元部件，而圆筒形水箱常常设计成三个主要部件：

箱底：从使用、受力、成型工艺以及安装角度考虑，该玻璃钢水箱箱底设计成平底，底面上留有排污孔；

箱体：水箱筒体设计成圆柱形，内部设有内人梯，参照圆筒形玻璃钢水箱规格，容积在5～7m3高度范围为2100mm～2360mm，上部设进水孔和溢流孔下端靠近底部设出水孔；

箱盖：因考虑到雪荷载，箱盖设计成锥形断面并留有人孔。整体造型如图2.1

图2.1 玻璃钢水箱结构简图

2.2 零件设计

玻璃钢圆筒形水箱配套的零件有人孔法兰、带有气孔的法兰盖、进水孔法兰、出水孔法兰、溢流孔、排污孔及内外人梯等[2]。 2.2.1 各零件设计尺寸

人孔法兰，内径724mm,外径960mm,安装螺栓M27（24）图2.2即为有顶盖的人孔法兰；

人孔盖，直径960安装螺栓M27（24）；

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图2.2 人孔法兰

溢流孔整体式法兰，内径75mm，外径180mm，安装螺栓M16(4)；

排污孔法兰，内径60mm，外径160mm，安装螺栓M16(4)； 出水口，内径60mm，外径160mm，安装螺栓M16(4)；

进水口整体式法兰，内径75mm，外径180mm，安装螺栓M16(4)； 气孔通径50mm；

外人梯高度2200mm，宽度600mm；

内人梯高度1800mm，宽度400mm。 2.2.2 法兰零件的制作

玻璃钢法兰的制作、检验及验收按照HG/T21633-1991《玻璃钢管和管件》标准。法兰连接尺寸标准按HG20592-1997、HG20615-1997、HGJ44-1991、HG5010-1958、ASME B16.5-1996、ANSI B16.5-1988标准，或根据用户要求设计制作[3]。 (1) 准备原材料

根据工况条件确定所用原材料的规格、型号，原材料进厂后进行检验,并出具检验报告。

(2) 法兰工艺流程

模具→整理→制衬→加强→脱模→检验→入库

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3 玻璃钢水箱的性能设计

玻璃钢水箱的材料性能主要取决于原材料种类和用量，且由于复合材料设计的特殊性质，复合材料中结构设计包含材料设计。但在复合材料结构设计时，可以从材料与结构两方面考虑，以满足各种设计要求。 3.1 原材料的选择原则

(1) 材料与结构的使用环境相适应原则； (2) 满足结构特殊性要求的原则； (3) 满足工艺性要求的原则。 (4) 成本低效益高的原则。 3.1.1 树脂基体的种类和性能

树脂一般按如下要求选取

(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，以确保发挥纤维的增强作用；

(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工艺性。粘度、凝胶时间、挥发份含量、等能满足工艺要求。

一般的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。 表3.1是几种常用树脂特性的比较[4]。

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