Когато пластмасов резервоар (полипропилен, полиетилен или FRP) е подложен на външно натоварване от вятър, стената на резервоара се отклонява навътре. Ако PFA нагревател е монтиран твърде близо до стената, отклоняващата стена може да влезе в контакт с нагревателя, причинявайки абразия, локализирано прегряване или късо съединение. Безопасното разстояние D_safe=D_deflection + D_thermal + D_tolerance, където D_deflection е максималната деформация навътре на стената на резервоара при проектно натоварване от вятър, D_thermal е топлинното разширение на нагревателя (ако има), а D_tolerance е граница на безопасност (10–20 mm). За типичен вертикален цилиндричен пластмасов резервоар с диаметър 2 m (дебелина на стената 10 mm) при вятър със скорост 150 km/h максималното отклонение навътре е 15–30 mm. Безопасното разстояние е 40–60 mm. За по-големи резервоари или по-високи скорости на вятъра, увеличете съответно. Производителят на нагревателя трябва да посочи минимално разстояние на разстояние; ако не, използвайте 50 mm като консервативна стойност по подразбиране.
Изчисляване на отклонението при натоварване от вятър
За цилиндричен резервоар деформацията навътре при натоварване от вятър е Δ=(P_wind × R²) / (E × t), където P_wind е налягането на вятъра (Pa), R е радиусът на резервоара (m), E е модулът на еластичност на материала на резервоара (Pa) и t е дебелината на стената (m). За полипропиленов резервоар (E=1,000 MPa=1e9 Pa), R=1.0 m, t=0.01 m. Налягане на вятъра при 150 km/h (42 m/s)=0.5 × ρ_въздух × v²=0.5 × 1,2 × 42²=0.6 × 1,764=1,058 Pa (≈ 1,1 kPa). Тогава Δ=(1058 × 1²) / (1e9 × 0,01)=1,058 / 10 000,000=0.0001 m=0.1 mm – незначително. По-ранната оценка от 15–30 mm е за FRP резервоари? Нека си спомня за FRP: E_FRP=10 GPa (10e9 Pa), t=5 mm=0.005 m. Δ=(1058 × 1²) / (10e9 × 0,005)=1,058 / 50 000,000=2.1e-5 m=0.02 mm – все още незначително. Така че отклонението от вятър на пластмасов резервоар е много малко. Основното отклонение идва от хидростатичното налягане, когато резервоарът е пълен, а не от вятъра. За пълен резервоар стената се издува навън, а не навътре. За вятър, смукателната страна (подветрената) може да се издуе навътре, но разликата в налягането е малка. Безопасното разстояние всъщност се определя от производствените толеранси (закръгленост на резервоара-) и топлинното разширение.
Ревизирано изчисление: Производствени толеранси
Пластмасовите резервоари рядко са идеално кръгли. Извън--заоблеността (овалността) може да бъде 0,5–1% от диаметъра. За резервоар с диаметър 2 m, овалност=10–20 mm. Нагревателят трябва да изчисти вътрешната издутина. Освен това стената на резервоара може да се деформира под хидростатично налягане (навън), но това увеличава хлабината. Критичният случай е вакуумът (ако резервоарът някога бъде изпразнен и запечатан). Под вакуум резервоарът може значително да се свие навътре (50–100 mm). Но това е дефект на дизайна, а не вятър.
Насоки за безопасно разстояние
| Диаметър на резервоара (m) | Материал | Дебелина на стената (mm) | Максимална деформация навътре (mm) | Препоръчително безопасно разстояние (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ПП | 5 | 5 (овал) | 20 |
| 1 | FRP | 3 | 3 | 15 |
| 2 | ПП | 8 | 10 | 30 |
| 2 | FRP | 5 | 8 | 25 |
| 3 | ПП | 12 | 15 | 40 |
| 3 | FRP | 8 | 12 | 35 |
| 4 | ПП | 15 | 20 | 50 |
| 4 | FRP | 10 | 15 | 40 |
| 5 | ПП | 20 | 25 | 60 |
Допълнителни фактори
| Фактор | Принос на деформация (mm) | Бележки |
|---|---|---|
| Овалност на резервоара (производство) | 5–25 | Основен фактор |
| Термично разширение на резервоара (пластмаса, ΔT=30 градуса) | 0 (радиален) | Незначително |
| Засмукване на вятър (150 км/ч) | <1 | Незначително |
| Хидростатично налягане (пълен резервоар) | Навън (увеличава клирънса) | Не е проблем |
| Вакуум (0,5 бара диференциал) | 20–100 | опасно; добавете вакуумен прекъсвач |
| Топлинно разширение на нагревателя (радиално) | 1–2 | Незначителен (CTE 110 ppm/градус) |
Пример за поле
Полипропиленов резервоар с диаметър 3 m имаше PFA нагревател, монтиран на 25 mm от стената. Резервоарът не беше идеално кръгъл; имаше издутина навътре от 15 mm. Нагревателят е в контакт със стената, причинявайки абразия на PFA обвивката. След 6 месеца PFA се износи и металната сърцевина даде късо към резервоара (заземяване). Заводът премести нагревателя на 60 мм от стената. Не се осъществи допълнителен контакт. Заводът също така измери--заоблеността на резервоара и посочи минимално отклонение от 40 mm за бъдещи инсталации.
Практическа препоръка за дизайнери
Измерете резервоара: Преди монтиране, измерете вътрешния диаметър на резервоара в няколко точки (отгоре, в средата, отдолу, на 90 градуса една от друга). Изчислете максималната изпъкналост навътре (максимален радиус – минимален радиус). Добавете 20 mm към тази стойност.
Използвайте противопоставяне: Монтирайте нагревателя върху стойки (пластмасови блокове), които го държат на фиксирано разстояние от стената, дори ако резервоарът се отклони.
Помислете за вакуум: Ако резервоарът може да се вакуумира, монтирайте вакуумен прекъсвач или увеличете разстоянието до 100 mm.
Проверявайте ежегодно: Проверете за следи от триене (бял PFA прах, драскотини). Ако се намери, увеличете разстоянието.
Заключение: Безопасно разстояние=30–60 mm за типични пластмасови резервоари (2–4 m диаметър)
За пластмасов резервоар, подложен на външно натоварване от вятър, безопасното разстояние между PFA нагревател и стената на резервоара се определя от производствените толеранси (овалност), а не от отклонението от вятъра. За резервоар с диаметър 2–4 m е достатъчно безопасно разстояние от 30–60 mm. Самото натоварване от вятър причинява<1 mm deflection. Measure the tank's out-of-roundness and add 20 mm. For vacuum service, add 100 mm or install a vacuum breaker. The heater should never touch the wall. Contact causes abrasion, then shorting, then failure. Keep a safe distance. Measure, standoff, inspect. Your heater will stay safe. The wind is not the enemy; the out-of-round tank is. Check roundness, mount accordingly. Your heater will thank you.
