特大型玻璃鋼貯罐纏繞工藝
玻璃鋼貯罐具有良好的耐腐蝕性能，其應用範圍正在日益擴大，如何纏制特大型玻璃鋼貯罐，是玻璃鋼業界所需要解決的一個工藝技術問題。根據國外有關刊物報導，將有關纏制特大型玻璃鋼貯罐的工藝介紹如下： 一、特大型玻璃鋼貯罐的兩種製作方法 前些年來，美國已經纏制成功直徑為 15～20m的玻璃鋼耐腐蝕貯罐，並且已成功地應用於某些侵蝕型的耐腐領域，例如作為濃鹽酸大型容器的用途。 由於這些特大型耐腐蝕玻璃鋼貯罐的幾何尺寸都很大，在製作及運輸方面，都存在不少的問題。據報導，目前國外有兩種纏繞特大型耐腐蝕貯罐的方法。 一種是現場纏繞；另一種是先在生產車間，利用稱謂Oblation 的工藝方法纏制而成，然後再運到使用的地方進行現場安裝。 第一種現場纏繞工藝方法，是先在現場蓋起大棚，待殼體纏繞完成後，移走纏繞機，而後進行組裝貯罐。大多數特大型玻璃鋼貯罐的製造者，均採用“環向纏繞－短切噴射”的方法，即玻璃纖維沿環向纏繞，並再在纏繞帶部位利用噴射設備，噴射短切纖維及樹脂的積層。 這就是湯動力(Tankinetics)公司，所採用的閉環螺旋纖維纏繞工藝方法。 第二種 Oblation 纏繞工藝方法，也是湯動力公司首先研製開發成功的一項纏繞技術。該公司利用玻璃鋼材料，具有一定的柔順性質，在生產車間裏先纏繞成貯罐殼體以後，在橫向上施加以一定的壓力裝上卡車運輸到使用工地，然後再恢復到原來的圓柱形狀，最後再裝配成所設計的特大型玻璃鋼貯罐。 二、特大型玻璃鋼貯罐的FEA設計新方法 Tankinetics公司在前不久，承接了一項製作直徑為25.15m，高度為3.05m，無頂蓋的玻璃鋼熱鹽水貯罐業務。根據用戶的要求，這一特大型貯罐，擬採用“鑲肩型”結構，即由一個硬質鑲肩與一個軟質鑲肩，相應組合拼裝而成。 由於圓柱殼體的尺寸精度要求很高，必須保證在0.001 R以內(R是圓柱體貯罐的半徑)，並且其間採用緊配合方式，而不能採用粘結工藝，因而在對這種特殊結構的設計及製作方面，都提出了很嚴格的要求。若採用常規的設計方法，是很難達到性能的設計要求的。 基於上述情況，該公司採用了“非線性有限元素分析設計方法”(FEA)，對這種所用材質為各向異性材料，形狀又較為複雜的製品，進行了特殊的產品設計方法。 該公司採用了美國結構研究和分析公司的COSMOS系統，並建立了專門的FEA分析模型。由於“鑲肩”結構和殼體，均呈軸對稱形狀，因而該公司對於貯罐的底部、“鑲肩”、粘結件和殼體等，都運用軸對稱的，以大型移動平板為元素的設計模型。 這些有限元素在環向、軸向，或者在徑向上，均呈現各向異性的性能。以開口面的模型作為基面，這一開口元素沿鑲肩，自下而上地開展，自動設計出基礎面和鑲肩之間的表面形狀。 這樣的計算方法，經實踐證明不但較為切合實際，而且比較準確。
這樣的計算方法，經實踐證明，不但較為切合實際，而且比較準確。 該套FEA設計方法，還可按預先設定的時間程式，對貯罐所受不同形式的力及其所產生的壓力情況，進行正確的應力分析。 為了計算出由於形變所引起的剛度變化，在每一個時間內，將改變其所用的剛度矩陣。通過計算所得的結果，不僅能表示出所受應力的數值，而且能反映出這種特大型貯罐上，“硬鑲肩”的性能表現情況。 據介紹，這種新設計的鑲肩結構，至少對三種類型的位移，起到有效的比較重要的效用。 FEA方法，還可對貯罐低位人孔進行應力分析，也可計算出風力和地震所產生的應力的大小。由於人孔處應力較為集中，其周圍元素的密度將得到加強，以便改善其計算的準確度。人孔設計模型，將與殼體增強材料、法蘭和蓋子等，形成一個整體的結構。 據該公司介紹，這種高元素密度的設計方法，也同樣適用於其他“鑲肩型”的部件。所採用的FEA軟體，可應用于多種載荷狀態，並可計算出它所受的應力和形變情況。對於風力和地震的情況，在所建的新設計模型中，均作為正向壓力處理。由於貯罐的直徑很大，縱橫比例很小，因而在計算地震載荷時，採用API－650方法計算。 由於該類貯罐縱橫向的比例很小，因此產品設計時，主要考慮液體的靜壓力，風力或地震均不會對貯罐帶來較大的應力或形變。 尤其在貯罐的底部，幾乎全部是由於液體的靜壓壓力，所產生的軸向應力。在貯罐底下部位，由於底部鑲肩的不連續性，使殼體承受了一個軸向的彎曲載荷，因此必須適當增強這個部位的殼體設計。 三、特大型玻璃鋼貯罐的現場螺旋纏繞工藝 Ｔankinetics公司根據用戶的要求，這個特大直徑玻璃鋼貯罐，在現場進行纏繞加工。該公司使用了一台全自動多軸纏繞機，對貯罐殼體進行封閉式螺旋纏繞。其“封閉式”方案的意思，是指纏繞纖維帶，要一道緊挨一道，既不能出現空隙，也不允許有搭接現象，並預先設定好纖維帶的寬度，以使一層纖維層纏繞完畢後，殼體表面正好被全部覆蓋。 據該公司有關人士認為，大直徑玻璃鋼製品的封閉式纏繞，只有通過電腦控制才能完成。機械齒輪系統，對於玻璃鋼管道或小直徑貯罐，可進行封閉式纏繞。但對於大直徑玻璃鋼製品，機械齒輪系統就無法進行封閉式纖維纏繞。 大直徑玻璃鋼製品的纏繞角度，以及纏繞時間的控制，都必須十分精確。纏繞角的精度範圍，要求在一百分之幾度以內，只有實行電腦控制系統，才可避免出現纏繞工藝的累積誤差。
四、特大型玻璃鋼貯罐的螺旋纏繞設備和技術 Tankinetics 公司，在纏制特大型玻璃鋼貯罐時，採用了該公司的多軸纏繞系統的專利技術。該項專利技術，利用伺服電機電腦體系的優越特性，並將多個纏繞機組成為一個整體，以得到完全封閉的螺旋纏繞玻璃鋼貯罐。 據稱，一個單個的 Tankinetics纖維纏繞機，其纏繞速度約為1000公斤/小時。倘若使用多機纏繞，其纏繞速度會隨所用機頭的數目的增加，而相應成倍地增加。 該公司還指出，在纏制特大型玻璃鋼貯罐時，由於受到樹脂膠凝時間的限制，因此必須採用多機纏繞才能製作成功。他們認為，在樹脂膠凝以前，就必須完成一個纏繞週期。而對於一個給定的貯罐高度每個週期所需樹脂的用量，在厚度為一定值時，與貯罐的直徑成正比。 但對於一個纏繞單機，完成一個纏繞週期所需的時間，將與貯罐的直徑成正比關係。因此，當貯罐直徑達到一個定值時，再利用單機纏繞的濕法成型工藝方法，已成為不可能了。 基於上述理由，對於特大型玻璃鋼貯罐，必須採用多機纏繞的方法。其理由是多機纏繞貯罐的纏繞時間，將與採用的機頭的數目成反比，例如雙機纏繞一個25米直徑貯罐所需的時間，作為單機，只能纏制12.5米直徑的貯罐。 五、特大型玻璃鋼貯罐頂底部製作方法 由於該特大型玻璃鋼貯罐呈開口的形狀，因而在殼體頂部附近，必須加裝一個纖維纏繞固定環。這種固定環呈大小不等的四邊形形狀。該公司先在頂部位置裝上一個芯材，然後在外層纏繞上玻璃纖維。並且該公司開發出一種安裝這種固定環的專門技術，只要正確地制訂出纏制程式，就可纏製成品質較好的，貯罐頂部四邊形的筋條。 這種特大型貯罐的底部，是在使用場所進行現場製作。為確保貯罐底部複合材料，在層間組分方面有良好的一致性，用戶要求貯罐底部原材料，選用玻纖氈和編織卷材，並使用噴射工藝和編織預置相結合的成型方法。由於該底部的製作時間很短，因而避免二次粘結工序，有效地節省了貯罐的製成時間。 該公司相信，大口徑玻璃鋼貯罐市場將得到進一步的開拓，不管在美國複合材料市場，還是在世界其他國家的市場，雖然會遇到各種挑戰，但必將對複合材料工業，帶來新的契機和起色。
