Kai plastikinį baką (polipropileną, polietileną arba FRP) veikia išorinė vėjo apkrova, bako sienelė pakrypsta į vidų. Jei PFA šildytuvas sumontuotas per arti sienos, nukreipianti siena gali liestis su šildytuvu ir sukelti dilimą, vietinį perkaitimą arba trumpąjį elektros jungimą. Saugus atstumas D_safe=D_deflection + D_thermal + D_tolerance, kur D_deflection yra didžiausia rezervuaro sienelės deformacija į vidų esant projektinei vėjo apkrovai, D_terminis yra šildytuvo šiluminis plėtimasis (jei yra), o D_tolerancija yra saugos riba (10–20 mm). Tipiškam 2 m skersmens vertikaliam cilindriniam plastikiniam bakui (sienelės storis 10 mm), esant 150 km/h vėjui, didžiausias įlinkis į vidų yra 15–30 mm. Saugus atstumas yra 40–60 mm. Didesniems bakams arba didesniam vėjo greičiui atitinkamai padidinkite. Šildytuvo gamintojas turėtų nurodyti mažiausią atstumą, kurį reikia atlikti; jei ne, naudokite 50 mm kaip konservatyvų numatytąjį.
Vėjo apkrovos įlinkio skaičiavimas
Cilindrinio rezervuaro įlinkis į vidų veikiant vėjo apkrovai yra Δ=(P_vėjas × R²) / (E × t), kur P_vėjas yra vėjo slėgis (Pa), R yra bako spindulys (m), E yra rezervuaro medžiagos tamprumo modulis (Pa), o t yra sienelės storis (m). Polipropileno bakui (E=1,000 MPa=1e9 Pa), R=1.0 m, t=0.01 m. Vėjo slėgis esant 150 km/h (42 m/s)=0.5 × ρ_air × v²=0.5 × 1,2 × 42²=0.6 × 1, 764=1,058 Pa (≈ 1,1 kPa). Tada Δ=(1 058 × 1²) / (1e9 × 0,01)=1, 058 / 10 000, 000=0.0001 m=0.1 mm – nereikšminga. Ankstesnis 15–30 mm įvertinimas skirtas FRP bakams? Leiskite perskaičiuoti FRP: 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 m=0.02 mm – vis dar nereikšminga. Taigi plastikinio bako vėjo nukreipimas yra labai mažas. Pagrindinis įlinkis atsiranda dėl hidrostatinio slėgio, kai bakas yra pilnas, o ne dėl vėjo. Jei bakas pilnas, siena išsikiša į išorę, o ne į vidų. Vėjo atveju siurbimo pusė (pavėjinė) gali išsipūsti į vidų, tačiau slėgio skirtumas yra mažas. Saugus atstumas iš tikrųjų priklauso nuo gamybos leistinų nuokrypių ({67}}apvalumo rezervuaro) ir šiluminio plėtimosi.
Patikslintas skaičiavimas: gamybos leistini nuokrypiai
Plastikinės talpyklos retai būna visiškai apvalios. Neapvalumas (ovalumas) gali būti 0,5–1 % skersmens. 2 m skersmens bakui ovalumas=10–20 mm. Šildytuvas turi pašalinti vidinį išsipūtimą. Be to, bako sienelė gali deformuotis veikiant hidrostatiniam slėgiui (į išorę), tačiau tai padidina tarpą. Kritinis atvejis yra vakuumas (jei bakas kada nors ištuštinamas ir uždaromas). Esant vakuumui, bakas gali smarkiai įkristi į vidų (50–100 mm). Bet tai dizaino trūkumas, o ne vėjas.
Saugaus atstumo gairės
| Bako skersmuo (m) | Medžiaga | Sienelės storis (mm) | Maksimalus įlinkis į vidų (mm) | Rekomenduojamas saugus atstumas (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | PP | 5 | 5 (ovalumas) | 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 |
Papildomi veiksniai
| veiksnys | Įnašas į deformaciją (mm) | Pastabos |
|---|---|---|
| Bako ovalumas (gamyba) | 5–25 | Pagrindinis veiksnys |
| Bako terminis plėtimasis (plastikas, ΔT=30 laipsnis) | 0 (radialinis) | Nereikšmingas |
| Vėjo siurbimas (150 km/h) | <1 | Nereikšmingas |
| Hidrostatinis slėgis (pilnas bakas) | Išorė (padidina prošvaisą) | Nerūpi |
| Vakuumas (0,5 baro diferencialas) | 20–100 | Pavojingas; pridėkite vakuuminį pertraukiklį |
| Šildytuvo šiluminis plėtimasis (radialinis) | 1–2 | Nereikšmingas (CTE 110 ppm/laipsnis) |
Lauko pavyzdys
3 m skersmens polipropileno bakas turėjo PFA šildytuvą, sumontuotą 25 mm atstumu nuo sienos. Bakas nebuvo visiškai apvalus; buvo 15 mm iškilimas į vidų. Šildytuvas susilietė su siena, todėl PFA apvalkalas nusitrynė. Po 6 mėnesių PFA susidėvėjo, o metalinė šerdis sutrumpėjo su baku (įžeminimo gedimas). Įrenginys perkėlė šildytuvą į 60 mm nuo sienos. Daugiau kontakto neįvyko. Gamykla taip pat išmatavo rezervuaro -neapvalumą{12}} ir nurodė minimalų 40 mm atstumą būsimiems įrengimams.
Praktinė rekomendacija dizaineriams
Išmatuokite baką: Prieš montuodami išmatuokite vidinį bako skersmenį keliuose taškuose (viršuje, viduryje, apačioje, 90 laipsnių atstumu). Apskaičiuokite didžiausią išsikišimą į vidų (maksimalus spindulys – min spindulys). Prie šios vertės pridėkite 20 mm.
Naudokite priešpriešas: Sumontuokite šildytuvą ant atramų (plastikinių blokelių), kurie jį laiko fiksuotu atstumu nuo sienos, net jei bakas pasislenka.
Apsvarstykite vakuumą: Jei rezervuarą galima ištuštinti, sumontuokite vakuuminį pertraukiklį arba padidinkite atotrūkį iki 100 mm.
Kasmet tikrinti: Patikrinkite, ar nėra trynimo požymių (baltos PFA dulkės, įbrėžimai). Jei radote, padidinkite atstumą.
Išvada: saugus atstumas=30–60 mm tipiniams plastikiniams bakams (2–4 m skersmens)
Plastikiniam bakui, kurį veikia išorinė vėjo apkrova, saugus atstumas tarp PFA šildytuvo ir bako sienelės priklauso nuo gamybos leistinų nuokrypių (ovalumo), o ne nuo vėjo deformacijos. 2–4 m skersmens bakui pakanka saugaus 30–60 mm atstumo. Pati vėjo apkrova sukelia<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.
