هنگامی که یک مخزن پلاستیکی (پلی پروپیلن، پلی اتیلن یا FRP) تحت بارگذاری باد خارجی قرار می گیرد، دیواره مخزن به سمت داخل منحرف می شود. اگر بخاری PFA خیلی نزدیک به دیوار نصب شود، دیوار منحرف میتواند با بخاری تماس بگیرد و باعث سایش، گرمای بیش از حد موضعی یا اتصال کوتاه الکتریکی شود. فاصله ایمن D_safe=D_deflection + D_thermal + D_tolerance، که در آن D_deflection حداکثر انحراف به داخل دیواره مخزن تحت بار طراحی باد است، D_thermal انبساط حرارتی بخاری است (در صورت وجود)، و D_tolerance یک حاشیه ایمنی (10-20 میلی متر) است. برای یک مخزن پلاستیکی استوانه ای عمودی با قطر 2 متر (ضخامت دیواره 10 میلی متر) تحت باد 150 کیلومتر در ساعت، حداکثر انحراف به داخل 15 تا 30 میلی متر است. فاصله ایمن 40-60 میلی متر است. برای مخازن بزرگتر یا سرعت باد بیشتر، بر این اساس افزایش دهید. سازنده بخاری باید حداقل فاصله توقف را مشخص کند. اگر نه، از 50 میلی متر به عنوان پیش فرض محافظه کارانه استفاده کنید.
محاسبه انحراف بار باد
برای یک مخزن استوانه ای، انحراف به سمت داخل تحت بار باد Δ=(P_wind × R²) / (E × t)، که در آن P_wind فشار باد (Pa)، R شعاع مخزن (m)، E مدول الاستیک مواد مخزن (Pa) و t ضخامت دیواره (m) است. برای مخزن پلی پروپیلن (E=1,000 MPa=1e9 Pa)، R=1.0 m, t=0.01 m. فشار باد در 150 کیلومتر در ساعت (42 متر بر ثانیه)=0.5 × ρ_هوا × v²=0.5 × 1.2 × 42²=0.6 × 1،{20}}،058 Pa (≈ 1.1 کیلو پاسکال). سپس Δ=(1,058 × 1²) / (1e9 × 0.01)=1,058 / 10,000,000=0.0001 m=0.1 میلی متر - ناچیز است. تخمین قبلی 15 تا 30 میلی متر برای مخازن FRP است؟ اجازه دهید FRP را دوباره محاسبه کنم: E_FRP=10 GPa (10e9 Pa)، t=5 mm=0.005 m. Δ=(1,058 × 1²) / (10e9 × 0.005)=1,058 / 50,000،000=2.1e-5 متر=0.02 میلیمتر - هنوز ناچیز است. بنابراین انحراف باد یک مخزن پلاستیکی بسیار کم است. انحراف اصلی ناشی از فشار هیدرواستاتیک زمانی است که مخزن پر است، نه باد. برای یک مخزن پر، دیواره به سمت بیرون برآمده می شود نه به داخل. برای باد، سمت مکش (به سمت بادگیر) می تواند به سمت داخل برآمده شود، اما اختلاف فشار کم است. فاصله ایمن در واقع توسط تلورانس های تولید (مخزن خارج از گرد بودن) و انبساط حرارتی کنترل می شود.
محاسبه تجدید نظر شده: تحمل تولید
مخازن پلاستیکی به ندرت کاملا گرد هستند. گردی (بیضی) می تواند 0.5-1٪ از قطر باشد. برای مخزن با قطر 2 متر، بیضی=10-20 میلی متر است. بخاری باید برآمدگی داخل را پاک کند. علاوه بر این، دیواره مخزن ممکن است تحت فشار هیدرواستاتیک (به سمت بیرون) تغییر شکل دهد، اما این باعث افزایش ترخیص کالا می شود. مورد بحرانی خلاء است (اگر مخزن همیشه خالی و آب بندی شود). در خلاء، مخزن می تواند به طور قابل توجهی به داخل فرو بریزد (50-100 میلی متر). اما این یک نقص طراحی است، نه باد.
راهنمای فاصله ایمن
| قطر مخزن (متر) | مواد | ضخامت دیوار (میلی متر) | حداکثر انحراف به داخل (میلی متر) | فاصله ایمن توصیه شده (میلی متر) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | PP | 5 | 5 (بیضی شکل) | 20 |
| 1 | FRP | 3 | 3 | 15 |
| 2 | PP | 8 | 10 | 30 |
| 2 | FRP | 5 | 8 | 25 |
| 3 | PP | 12 | 15 | 40 |
| 3 | FRP | 8 | 12 | 35 |
| 4 | PP | 15 | 20 | 50 |
| 4 | FRP | 10 | 15 | 40 |
| 5 | PP | 20 | 25 | 60 |
عوامل اضافی
| عامل | سهم انحراف (mm) | یادداشت ها |
|---|---|---|
| بیضی مخزن (تولید) | 5–25 | عامل اصلی |
| انبساط حرارتی مخزن (پلاستیک، ΔT{0}} درجه) | 0 (شعاعی) | ناچیز |
| مکش باد (150 کیلومتر در ساعت) | <1 | ناچیز |
| فشار هیدرواستاتیک (مخزن پر) | بیرونی (افزایش ترخیص کالا از گمرک) | جای نگرانی نیست |
| وکیوم (دیفرانسیل 0.5 بار) | 20–100 | خطرناک؛ خلاء شکن اضافه کنید |
| انبساط حرارتی بخاری (شعاعی) | 1–2 | ناچیز (CTE 110 ppm/درجه) |
مثال میدانی
یک مخزن پلی پروپیلن با قطر 3 متر دارای یک بخاری PFA بود که 25 میلی متر از دیوار نصب شده بود. مخزن کاملا گرد نبود. یک برآمدگی 15 میلی متری به سمت داخل وجود داشت. بخاری با دیوار تماس گرفت و باعث سایش غلاف PFA شد. پس از 6 ماه، PFA فرسوده شد و هسته فلزی به مخزن کوتاه شد (عیب زمین). کارخانه بخاری را به 60 میلی متر از دیوار منتقل کرد. تماس دیگری رخ نداد. این کارخانه همچنین گرد بودن مخزن را اندازهگیری کرد و حداقل 40 میلیمتر را برای نصبهای بعدی تعیین کرد.
توصیه عملی برای طراحان
مخزن را اندازه گیری کنید: قبل از نصب، قطر داخلی مخزن را در چندین نقطه (بالا، وسط، پایین، 90 درجه از هم) اندازه بگیرید. حداکثر برآمدگی به سمت داخل (حداکثر شعاع - حداقل شعاع) را محاسبه کنید. 20 میلی متر به آن مقدار اضافه کنید.
از بن بست استفاده کنید: بخاری را روی پایه هایی (بلوک های پلاستیکی) نصب کنید که آن را در فاصله ثابتی از دیوار نگه می دارند، حتی اگر مخزن منحرف شود.
خلاء را در نظر بگیرید: اگر مخزن را می توان تخلیه کرد، یک خلاء شکن نصب کنید یا توقف را تا 100 میلی متر افزایش دهید.
سالانه بازرسی کنید: علائم مالش (گرد و غبار سفید PFA، خراش) را بررسی کنید. اگر پیدا شد، فاصله را افزایش دهید.
نتیجهگیری: فاصله ایمن=30–۶۰ میلیمتر برای مخازن پلاستیکی معمولی (قطر ۲ تا ۴ متر)
برای مخزن پلاستیکی که در معرض بارگذاری باد خارجی قرار دارد، فاصله ایمن بین بخاری PFA و دیواره مخزن توسط تلورانسهای ساخت (بیضی شکل) کنترل میشود، نه انحراف باد. برای یک مخزن با قطر 2-4 متر، فاصله ایمن 30-60 میلی متر کافی است. بارگذاری باد خود باعث می شود<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.
