Keď je plastová nádrž (polypropylén, polyetylén alebo FRP) vystavená vonkajšiemu zaťaženiu vetrom, stena nádrže sa vychýli dovnútra. Ak je ohrievač PFA namontovaný príliš blízko steny, vychyľovacia stena sa môže dostať do kontaktu s ohrievačom, čo spôsobí odretie, lokálne prehriatie alebo elektrický skrat. Bezpečná vzdialenosť D_safe=D_deflection + D_thermal + D_tolerance, kde D_deflection je maximálna deformácia steny nádrže smerom dovnútra pri projektovanom zaťažení vetrom, D_thermal je tepelná rozťažnosť ohrievača (ak existuje) a D_tolerance je bezpečnostná rezerva (10–20 mm). Pre typickú vertikálnu valcovú plastovú nádrž s priemerom 2 m (hrúbka steny 10 mm) pri vetre 150 km/h je maximálne vychýlenie smerom dovnútra 15–30 mm. Bezpečná vzdialenosť je 40-60 mm. Pri väčších nádržiach alebo vyššej rýchlosti vetra primerane zvýšte. Výrobca ohrievača by mal špecifikovať minimálnu dištančnú vzdialenosť; ak nie, použite 50 mm ako konzervatívnu predvolenú hodnotu.
Výpočet priehybu zaťaženia vetrom
V prípade valcovej nádrže je priehyb smerom dovnútra pri zaťažení vetrom Δ=(P_vietor × R²) / (E × t), kde P_vietor je tlak vetra (Pa), R je polomer nádrže (m), E je modul pružnosti materiálu nádrže (Pa) a t je hrúbka steny (m). Pre polypropylénovú nádrž (E=1,000 MPa=1e9 Pa), R=1.0 m, t=0.01 m. Tlak vetra pri rýchlosti 150 km/h (42 m/s)=0.5 × ρ_vzduch × v²=0.5 × 1,2 × 42²=0.6 × 1,764=1,058 Pa (≈ 1,1 kPa). Potom Δ=(1 058 × 1²) / (1e9 × 0,01)=1, 058 / 10 000,000=0.0001 m=0.1 mm – zanedbateľné. Skorší odhad 15–30 mm je pre nádrže FRP? Dovoľte mi prepočítať pre 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 – stále zanedbateľné. Takže priehyb vetra plastovej nádrže je veľmi malý. Hlavná výchylka pochádza od hydrostatického tlaku, keď je nádrž plná, nie od vetra. Pri plnej nádrži sa stena vydúva smerom von, nie dovnútra. Pri vetre sa sacia strana (závetrie) môže vyduť dovnútra, ale tlakový rozdiel je malý. Bezpečná vzdialenosť sa v skutočnosti riadi výrobnými toleranciami (neguľatosť -nádrže) a tepelnou rozťažnosťou.
Revidovaný výpočet: Výrobné tolerancie
Plastové nádrže sú zriedka dokonale okrúhle. Mimo-z-kruhovosti (ovalita) môže byť 0,5 – 1 % priemeru. Pre nádrž s priemerom 2 m, oválnosť=10–20 mm. Ohrievač musí vyčistiť vydutie dovnútra. Okrem toho sa stena nádrže môže deformovať pod hydrostatickým tlakom (smerom von), ale to zvyšuje vôľu. Kritickým prípadom je vákuum (ak je nádrž niekedy vyprázdnená a utesnená). Vo vákuu sa nádrž môže výrazne zrútiť dovnútra (50–100 mm). Ale to je chyba dizajnu, nie vietor.
Smernica o bezpečnej vzdialenosti
| Priemer nádrže (m) | Materiál | Hrúbka steny (mm) | Maximálna vnútorná deformácia (mm) | Odporúčaná bezpečná vzdialenosť (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | PP | 5 | 5 (ovalita) | 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 |
Ďalšie faktory
| Faktor | Príspevok vychýlenia (mm) | Poznámky |
|---|---|---|
| Oválnosť nádrže (výroba) | 5–25 | Hlavný faktor |
| Tepelná rozťažnosť nádrže (plast, ΔT=30 stupeň) | 0 (radiálne) | zanedbateľné |
| Sanie vetra (150 km/h) | <1 | zanedbateľné |
| Hydrostatický tlak (plná nádrž) | Smerom von (zvyšuje vôľu) | Nejde o obavy |
| Vákuum (rozdiel 0,5 baru) | 20–100 | Nebezpečný; pridajte vákuový prerušovač |
| Tepelná rozťažnosť ohrievača (radiálna) | 1–2 | Zanedbateľné (CTE 110 ppm/stupeň) |
Príklad poľa
Polypropylénová nádrž s priemerom 3 m mala ohrievač PFA namontovaný 25 mm od steny. Nádrž nebola dokonale okrúhla; existovalo vnútorné vydutie 15 mm. Ohrievač sa dotkol steny, čo spôsobilo obrusovanie plášťa PFA. Po 6 mesiacoch sa PFA opotreboval a kovové jadro skratovalo k nádrži (zemné spojenie). Zariadenie posunulo ohrievač na 60 mm od steny. K ďalšiemu kontaktu nedošlo. Závod tiež zmeral-neokruhlosť{12}}cisterny a určil minimálnu vzdialenosť 40 mm pre budúce inštalácie.
Praktické odporúčanie pre dizajnérov
Zmerajte nádrž: Pred montážou zmerajte vnútorný priemer nádrže vo viacerých bodoch (hore, v strede, dole, 90 stupňov od seba). Vypočítajte maximálne vnútorné vydutie (maximálny polomer – minimálny polomer). K tejto hodnote pridajte 20 mm.
Použite odstupy: Namontujte ohrievač na podpery (plastové bloky), ktoré ho držia v pevnej vzdialenosti od steny, aj keď sa nádrž vychýli.
Zvážte vákuum: Ak je možné nádrž evakuovať, nainštalujte vákuový istič alebo zväčšite odstup na 100 mm.
Každoročne skontrolujte: Skontrolujte známky odierania (biely prach PFA, škrabance). Ak sa nájde, zväčšite vzdialenosť.
Záver: Bezpečná vzdialenosť=30–60 mm pre typické plastové nádrže (priemer 2–4 m)
Pre plastovú nádrž vystavenú vonkajšiemu zaťaženiu vetrom sa bezpečná vzdialenosť medzi ohrievačom PFA a stenou nádrže riadi výrobnými toleranciami (ovalitou), nie priehybom vetra. Pre nádrž s priemerom 2 – 4 m postačuje bezpečná vzdialenosť 30 – 60 mm. Spôsobuje samotné zaťaženie vetrom<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.
