玻璃钢水箱设计

概 述

玻璃钢水箱是目前国际上流行的新型水箱，也是玻璃钢工业中产量较大的一种产品，适用于工矿企事业单位、民用住宅、宾馆、饭店等公共建筑，作为生活、消防用水以及水质要求较高的食品、医药、卫生等行业必备的贮水设施。自1962年在日本问世以后，逐渐在建筑工程中取代了传统材料水箱占领了市场我国在玻璃钢水箱方面起步较晚，但发展迅速，且国内市场庞大，发展前景十分广阔。 1 玻璃钢水箱的特点

玻璃钢水箱与钢板水箱和钢筋混凝土水箱相比，有以下优点:

a 质量轻 制造相同容积的高位水箱，玻璃钢水箱的质量仅为钢板水箱质量的1/4，为钢筋混凝土水箱的1/15。减少水箱的自重，以减轻建筑结构的荷载及对降低工程造价有利。

b 制造方便 玻璃钢水箱可以整体成型、制成板块现场拼装和现场制造。水箱的接管处、排水凹板等，都可以在制造水箱时完成，不需要像传统水箱制造时增加费用，也不需要像钢板水箱那样，增加油漆防腐工序。

c 耐腐蚀性好 玻璃钢水箱防水、防腐蚀性能好，不像钢筋混凝土水箱那样易渗透，也不像钢板水箱那样需要经常注意维修、涂漆防腐。

d 卫生 玻璃钢水箱选用食品级树脂制造，能够保证达到国家规定的水质卫生标准，不污染储水。而钢板水箱长期使用后，钢板易生锈，给生活用水造成二次污染。钢筋混凝土水箱不易清洗，易长青苔。

e 强度高、抗震性好 玻璃钢水箱能经受8级地震而不坏；而钢板水箱和钢筋混凝土水箱则不防震。

f 美观 玻璃钢水箱表面光泽、颜色鲜艳、造型独特，可以根据用户需求选型、着色，设计成有装饰效果的水箱，美化城市。

g 技术经济效益好 玻璃钢水箱的综合经济效益优于钢板水箱和钢筋混凝土水箱。[1]

2玻璃钢水箱的种类

玻璃钢水箱按造型可分为球形、圆筒形和方形三种；按结构构造可分为整体式、组装整体式和组合式三种；按制造工艺分为手糊成型和SMC模压成型两种[1]。

a手糊玻璃钢水箱

1

手糊玻璃钢水箱根据容积大小又可分为整体式水箱和组装整体式两种。一般容积在30m3以内的玻璃钢水箱，采用整体式水箱，而以球形水箱最受用户欢迎。因为球形水箱美观、省工省料，而且容易清洗，30m3容积以内的玻璃钢水箱，可采用组装整体式水箱。

b模压玻璃钢板块组装水箱

这种水箱是采用热固性片状模塑料热压成型为1m×0.5m，1m×1m和1m×2m等标准板块，然后根据设计需要组装成0.5 m3～500 m3玻璃钢水箱。

本设计为圆筒形玻璃钢水箱设计，体积6 m3，存储介质为生活用水，露天安装于100m高的建筑物顶部，使用温度为常温，采用组合式手糊工艺。主要设计步骤为：造型设计、性能设计、结构设计、工艺设计、零部件设计、安装连接设计，制品完成后需进行质量检验。

2

1造型设计

玻璃钢圆筒形水箱设计包括水箱体、气孔、人孔、进水孔、排污孔、溢流孔等。圆柱形水箱通常设计成三个部分箱体、箱底和箱盖，从使用和受力角度考虑，箱底一般设计成平底；考虑到上人和雪荷载，箱盖要设计成锥形断面，并留有人孔；箱体设计成圆柱形，为了美观和增强筒体刚度，有时在沿筒体高度方向有加强肋；加强肋一般都设计在水箱筒体的外面。水箱各部件的连接，主要靠各部件上的法兰翻边，采用胶接与用螺栓固定，并注意密封。具体箱体尺寸设计参见表1.1.

表1.1圆筒形水箱设计标准

型号 RXY-

容积m3

外形尺寸（mm） 入孔口直径d

高度h

直径（mm）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3 4 5 7.5 10 12 15 20 25 30

1500 1670 1800 2090 2220 2510 2860 2860 3400 3400

1730 1900 2100 2360 2590 2250 2507 3237 2857 3407

570 570 740 740 740 740 700 700 700 700

158 193 226 273 340 456 580 820 1046 1334

DN65

重量

接管预留孔孔径（mm）

排污管孔

进出水管孔

（kg） 溢流管

孔

DN65

DN50

DN65

由订货单位根据给排水图纸提供，也可水箱到位后开孔洞，但合同中需注

明

根据设计要求，水箱容积V=6.0m3；，水箱设计为平底锥形顶，参照表1.1确定水箱构造尺寸，箱体直径2R=200cm；水箱高度H=210cm；水面高度h=190cm；人孔直径r1=74cm；箱顶锥壳半顶角ø=75°，如图1.1所示

3

图1.1

箱体与箱盖、箱盖连接采用法兰翻边连接，参照表6.3经计算得出法兰直径为220cm，

法兰厚度1.0cm，螺孔直径1.3cm.螺栓数为40，螺孔环向均布于箱体、箱盖和箱底翻遍，螺孔分布圆直径210cm。

4

2 性能设计

2.1 树脂的选择

根据制品的使用条件，对复合材料的物理性能、抗老化性能及力学性能进行设计，水箱中储存介质为生活用水，使用温度为常温，安装高度为100m，露天，由此可知，所选择的树脂必须保证卫生和耐水性，还要有一定的力学承载能力和抗老化性能；考虑到工艺要求，树脂必须能在室温下凝胶、固化，固化不产生低分子物质，对玻璃纤维具有良好的浸润性，粘度适中，不产生流胶现象。[2]

水箱设计中常用树脂主要是不饱和聚酯树脂，[3]由于不饱和聚酯树脂价格便宜，可以满足水箱的使用要求，不饱和聚酯树脂的性能特点及应用见表2.1：

表2.1不饱和聚酯树脂的性能特点及应用

树脂基体 邻苯型

OP

具有一般的耐腐蚀性能，可耐海水、弱酸及大气老化环境，长期使用温度-50℃～ 60℃ ，最高使用温度达

常用于一般的腐蚀环境，海水腐蚀、弱酸腐

代号

产品性能

适用场所

100℃ ，这是一种较经济的树脂类型，耐腐蚀性一般，蚀及大气老化腐蚀。 阻燃氧指数约为26。

具有优异的耐腐蚀性能, 可耐中等浓度无机酸、碱、各

常用于酸性腐蚀较强或

间苯型

IP

种盐类等环境，长期使用温度-50℃～ 90℃ ，最高使用

碱性腐蚀一般的环境。

温度达 105℃ ，阻燃氧指数约为26。

具有优异的耐腐蚀性能，可耐酸、碱、盐溶剂或酸碱交

乙烯基

VE

型

阻燃氧指数约为28。

具有优异的耐腐蚀性能，可耐酸、碱、盐溶剂或酸碱交

常用于有阻燃要求的使

阻燃型

FI

替等恶劣的腐蚀环境，长期使用温度-50℃～ 110℃ ，

用环境。

其阻燃性能高于一般树脂，氧指数为28～35。 间苯型食品级树脂同间苯树脂一样具有优良的耐腐蚀

食品级

FO

型

105℃，阻燃氧指数约为26。

性能，长期使用温度-50℃～ 90℃ ，最高使用温度达

工厂及自来水厂。 常用于肉制品、食品加

替等恶劣的腐蚀环境，长期使用温度-50℃～ 110℃ ，

等腐蚀严重的环境。 常用于酸、碱、盐溶剂

5

玻璃钢水箱可分为三层结构，即内衬层、结构层和外表层。根据水箱的使用条件对三层材料进行不同的设计：[2]

a内衬层（防腐、防渗作用）；

水箱内表面为富树脂层，其厚度为1.5mm，表面应光滑平整，不允许有明显的伤痕，色调均匀，水箱边缘整齐、厚度均匀、无分层、加工断面应加封树脂。因为水箱所储水为生活用水，不得有任何污染，水箱内表富树脂层需选择高反应活性的间苯型食品级不饱和聚酯树脂，该树脂固化后残留苯乙烯少，能够满足卫生要求，且耐水性好，长期使用后仍能保持足够的力学性能。

ｂ结构层（承担荷载引起的各种应力）

为降低成本，可选用通用不饱和聚酯树脂191#、189#等外保护层

ｃ外保护层（防自然老化和摩擦碰撞）

选用196不饱和聚酯树脂，树脂本身耐雨水性好，水箱在离地面100m的建筑物顶露天安装，在外表层树脂中需要加入紫外线吸收剂UV-9，以增加水箱的抗老化性能。[4] 2.2固化体系的选择

引发剂采用过氧化环己酮糊，过氧化甲乙酮液；促进剂采用萘酸钴苯乙烯溶液；脱模剂采用聚乙烯醇溶液、脱模蜡等 2.3 增强材料的选择

所选增强材料必须易被树脂浸润，有足够的形变性，能满足制品复制形状的要求，气泡容易排出，能够满足制品使用条件的物理、化学性能的要求，价格合理来源丰富。

玻璃纤维价格便宜，性能优异，可以满足水箱的使用要求，增强材料选择玻璃纤维，常用的玻璃增强材料主要有无捻粗纱布、加捻布、短切毡、表面毡、玻璃纤维无捻粗纱和短切玻璃纤维。玻璃纤维按其使用要求分为: [6]

E-玻璃纤维，无碱纤维，具有优良的、耐老化性和耐水性。 C-玻璃纤维，耐酸性好，耐碱性不如无碱纤维，成本低。 A-玻璃纤维，有碱纤维，含碱量大于12% S-玻璃纤维，高强度玻璃纤维，拉伸强度较大。 中碱玻璃纤维，耐酸性好，成本低。

耐碱玻璃纤维，抗碱性较好，主要用于增强水泥制品。 空心玻璃纤维，纤维中空，弹性模量较高。

玻璃钢制品常用的增强材料为无碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维，二者性能比较见表2.2[2]。

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表2.2 中碱和无碱玻璃纤维的性能比较

机械强

种类

耐酸性

耐水性

度

无碱玻

一般

璃纤维

好

高

较好

好

较高

浸润

场合 用于强

中碱玻

好

璃纤维

差

较低

较差

低

低

润性差

场合

树脂浸

度低的

性

性

树脂易

度高的

防老化

电绝缘

成本

浸润性

件 用于强适合条

水箱存储介质为生活用水，因此增强材料可选用0.2mm厚中碱无捻粗砂方格布、玻璃纤维毡等

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3 结构设计

3.1 水箱壁厚的确定

立式圆筒形水箱在容水时，z轴向应力为零仅有圆周向拉应力

图3.1

pDpR 公式（3.1） 2tt[5]

如图图3.1所示：

式中D—圆筒的直径，cm；

R—圆筒的半径，cm；

p—筒体z处的压力（ph)，MPa； t—筒体h处厚度，cm；

—筒体轴向的拉应力,MPa；

为存储介质的密度，g/m3。

于是圆筒形水箱在z处的箱体厚度为：

thRh 公式（3.2） [] 按一般手糊玻璃钢力学性能取Et200MPa，Eb960MPa,0.3，

mt100MPa ,b150MPa,t20NMPa,考虑到长期载荷下使用15年以上及蠕变的影响,取安全系数n=5,由此FRP材料的许用应力为

[m][t]=20 MPa,[b] =30 MPa,[t]=4 MPa。

RH1.0•103kg/cm3•100cm•210cm计算的圆筒型水箱的壁厚t==1.05mm []20MPa

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圆筒形水箱壁厚设计参照立式储罐的壁厚设计表，见图3.1，确定水箱的壁厚t=tr=6.0mm,

tb=10mm

表3.1立式储罐及罐顶一定距离外侧面和底面的最小厚度/mm

贮罐顶的侧 壁距离/m

0.6 1.2 1.8 2.4 3.0

贮罐直径/m

1.5 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8

1.6 4.8 4.8 4.8 4.8 6.4

1.8 4.8 4.8 4.8 4.8 6.4

2.1 4.8 4.8 4.8 6.4 6.4

2.4 4.8 4.8 4.8 6.4 6.4

2.7 4.8 4.8 4.8 6.4 6.8

由表确定水箱的壁厚t=tr=0.6cm, tb=1.0cm。 3.2水箱荷载分析

ａ静水压：[7]

设计静水压，按水箱内的最高水位决定。静水压参照表3.2取值。

表3.2静水压取值

项 目

水箱高度/m 最高水位/m 静水压值/MPa

1.0 0.7 0.007

1.5 1.2 0.012

数 值

2.0 1.6 0.016

2.5 2.1 0.021

3.0 2.6 0.026

静水压 ：P=0.01y 式中

p—静水压（MPa）；

。 y—水面高度（m）

水箱的最高水位是从水箱底部到溢流孔的高度,即该水箱静水压

ps0.019MPa

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ｂ风压荷载

风压力的计算：

p=cqkgm2 公式（3.3）

式中c—风压系数，矩形水箱取1.4；

q—风速压，与水箱离地高度h有关。

h=0~30m时，q=6hMPa 公式（3.4）

h>30m时，q=12hMPa 公式（3.5）

代入数值h=100m得

q=120MPa

p168106kgm2

ｃ雪荷载计算

雪荷载按表3.3取值。

表3.3雪荷载取值

最大积雪深度/cm

30以内 50以内 100以内

每1cm厚雪质量/(kg/m2)

1.0 1.5 2.0

计算取值/(kg/m2)

30 75 200

已知h100m，雪载荷取值200kgm2

ｄ人荷载

人荷载以980N人计算

ｅ地震荷载

设计只考虑水平方向地震波的影响，所以引起的地震水平分力计算公式如下：

F2h00pwdy

公式（3.6）

23ly1ypw3KHh0xtanh()101 公式（3.7）

h2h0h00 10

pbsinh(3x/h0)3KHh0101 公式（3.8） 2cosh(3l/h0)式中pw—水箱侧壁发生的变动水压，MPa；

pb—水箱底发生的变动水压，MPa；

F—地震水平分力；

γ—水的密度，kg/m3；

KH—水平震度，KH=0.3g（g为重力加速度，其值取9.8ms2） h0—水位，t,cr；

l—水箱长的1/2，cm；

y—到水面的深度，cm；

x—水箱底板边缘到水箱中心线的距离，cm；

β—水箱的反应系数（满水时一次固有周期T1在0.2s以下时β=2）。

带入数据得：

pbsinh(3x/h0)3KHh0101=1.82Mpa 2cosh(3l/h0)23ly1ypw3KHh0xtanh()101=0.66MPa

h2h0h00F2pwdy=29.15MPa

0h03.3应力、挠度的计算及安全性评价

对于箱体承受的长期载荷，按下式计算各部分应力值及挠度，并与对应的许用应力及许用挠度进行比较，评价其安全性。[8]

箱体在水箱自重及静水压力作用下,受到压缩应力、弯曲应力及剪应力。该应力值在箱体与箱底联接处最大。

由自重产生的最大压缩应力ms,max的计算:

ms,max[trRm/2tHm]/t 公式（3.9） 式子中m—FRP材料的密度，kg/m3； R—水箱半径，cm；

11

H—水箱高度，cm； tr—箱顶厚度，cm； t—箱体厚度 ，cm。

代入数据得 ms,max[trRm/2tHm]/t=-0.039MPa m,max0.039MPa20MPa 安全 由静水压产生的最大弯曲应力的计算:

bx,max[3Rh/t(1v)][1R/(h)]21/2 公式（3.10）

式子中 —水的密度，kg/m3 h—水位高度，cm； —FRP材料的泊松比；

[3(1v2)(R/t)2]1/4 公式（3.11） 代入数据得：bx,max6.35MPa<30MPa 安全

由静水压产生的最大剪应力的计算:

tx,max[h/12(1v2)][2R/(h)] 公式（3.12）

代入数据得tx,max-0.57MPa

tx,max0.57MPa<4.0MPa

由静水压产生的最大周向应力及最大挠度由下式计算:

m,maxRh/tmaxRh/Ett2

代入数据m,max3.17MPa<20MPa

max0.0440cm<0.005H=1.05cm 安全 3.4箱底部位应力及应变的计算校核

设支撑台架长方形部分长边的长度为a,短边的长度为b,x，y坐标的原点在长方形的中心位置。由静水压产生最大弯曲应力和最大挠度值,可分别由下式计算: [1]

2 b,max6psb/tb2 公式（3.13，3.14）

max12(1v2)psb4/Ebtb3

12

式中 ps-------箱底的静水压力；由水箱内盛装水产生的静水压力,作为长期载荷来处理。Ps=0.019MPa；

α，β-----是参数a/b的函数，其值可由表3.4选取； Eb------FRP材料的弯曲弹性模量，MPa； tb------箱底厚度，cm；

表3.4等分布压力作用下周边固定支撑长方形板的α，β值

a/b 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

α

0.00126 0.00150 0.00172 0.00191 0.00207 0.00220

β

-0.0513 -0.0581 -0.0639 -0.0683 -0.0729 -0.0757

a/b 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 ∞

α

0.00230 0.00238 0.00245 0.00249 0.00254 0.00260

β

-0.0780 -0.0799 -0.0812 -0.0822 -0.0839 -0.0833

对箱底部分支撑台的尺寸参数r1=20cm，r2=R=100cm，a=80cm,b=40cm,a/b=2,查表得：α=0.00254，β=-0.0829，将以上参数代入箱底部的应力和挠度值，并与需用值比较，进行安全性评价。

b,max=-15.0MPa<30MPa

max=0.140cm<0.025b=1cm 安全 3.5稳定性计算

当水箱承受的应力达到某一临界值时,水箱虽不致破坏,但会失稳,该应力值就是屈曲临界应力。对水箱进行结构设计时,需先计算出屈曲临界应力,再进行比较,以确定水箱结构的稳定性。由弯矩产生的箱部的屈曲临界应力按下式计算:

Qms,cr0.61Ett/R 公式（3.15） 式中1-----R/t的函数，由图3.2选取

13

图3.2

对于箱体的剪切屈曲，其临界剪应力s,cr1.25t,cr，而t,cr根据Z值的不同，有不同的计算公式，这里Z=H2(1v2)1/2/(Rt) 公式（3.16） 当100t,crCsEtt(RZ1/4) 公式（3.17）

当Z>78(R/t)2(1v)2时：

t,cr0.261CsEt(t/R)3/2(1v2)3/4 公式（3.18） 式中Cs-----参数（R/t)的函数，由图3.3选取

图3.3

由箱顶部集中荷载产生的屈曲，其临界应力与临界荷载由下面公式计算： crr2Ettr/Rc[3(1v2)]1/2 公式（3.19）

式中 Rcr1/cos1 公式（3.20）

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pcr2Rccrcos21 公式（3.21） 式中1-----箱顶锥壳半顶角

r2-----参数Rc/tr的函数，由图3.4选取

图3.4 γ2-Rc/tr曲线图

对于箱顶部，取锥形壳体的半顶角1=75°，由图3-4查得，r1=25cm,R=100cm,代入上式得箱顶承受集中载荷时屈曲临界荷载

Pcr=3055kg=29.94KN

而箱顶实际承受的集中载荷按前述人载荷取0.98KN，远小于该值。从以上计算结果说明水箱是安全的。

15

4 工艺设计

玻璃钢水箱的制作工艺分为手糊成型工艺和SMC模压成型工艺两种。圆筒形玻璃钢水箱成型分三部分，箱底、箱体和箱盖。三部分均采用手糊成型工艺。 4.1手糊成型工艺特点

手糊成型法是手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替铺层在模具上，然后固化成型为玻璃钢制品的工艺，适用于制造形状较复杂以及非定型制品，且操作简便、专用设备少、适用性强，[10]具体优点如下：

ａ手糊成型不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产； ｂ设备简单，投资少，见效快。适合我国乡镇企业的发展； ｃ工艺简便，生产技术易掌握，只需经过短期培训即可进行生产； ｄ易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料； ｅ制品树脂含量高，耐腐蚀性好。 4.2手糊工艺流程

工艺流程图见图4.1[2]

图4.1

ａ增强材料准备：玻璃纤维布首先要进行热处理去除纤维表面的蜡，然后按要求裁剪，玻璃布的裁剪要与以后的铺放紧密配合。

ｂ树脂胶液配胶：按制品的性能要求选择树脂，胶液配制的控制指标是流动性(粘度)及凝固时间。每次配胶量不宜过多，以免胶凝不好操作[12]。

ｃ模具的准备：手糊成型时均采用木模，为脱模方便，在模具表面要涂脱模剂。 ｄ糊制成型：糊制是在模具上先涂上～层胶衣树脂，然后铺放一层玻璃布，用工具贴在玻璃布上以排除气泡。重复上述操作，直至达到所需厚度。环境温度对树脂固化影

16

响很大，一般要求环境温度不低于1 5℃ ，湿度不大于80 。

ｅ固化、脱模、修整、检验：固化为常温固化，制品经24小时后，固化大致完成。脱模后放置5～ 6天，使之充分固化，然后进行去毛边等修整工作，检验产品质量。 4.3箱体手糊成型工艺

ａ模具选择[13] 为保证玻璃钢水箱外表面光滑美观，采用阴模成型，为便于脱模采用拼装式模具，模具分三块，沿120°角分模。，为脱模时不损坏制品表面，每块模具上都设有顶出机构，顶出机构采用螺杆顶块装置，预埋在模具上。为保证模具有足够刚性，每块模具用钢架支撑补强，钢架根据模具外形尺寸预制好，在模具成型时安装上去。模具材料采用玻璃钢，母模采用水泥砂浆制作。

ｂ具体工艺流程 模具拼装→涂脱模剂→刷胶衣→糊制→刷食品级富树脂层→固化→脱模→休整→制品→检验→成品

ｃ箱体铺层 筒身厚度为6mm，铺层数由下式计算[15]

nA 公式（4.1）

mf(kfckr)筒身主要承受环向应力，所以铺层方向为0°和90°交替铺设【2】。具体铺层见表4.1：

表4.1

名称

厚度(mm)

内衬层 结构层 外保护层

1.5 3.5 1

玻璃纤维表面毡 0.4中碱方格布 玻璃纤维表面毡 增强材料

增强材料面密度(g/m2)

30 340 30

树脂含量 90% 55% 70%

6 7 2

[0/90]铺层 [0/90]铺层 [0/90]铺层

铺层数

铺层方向

4.4箱盖、箱底的成型工艺

箱盖和箱底都采用手糊成型工艺，同样为了保证外观性能采用玻璃钢阴模，模具需要钢架支撑补强，工艺和箱底基本一样，采用气动脱模。除无模具拼装步骤外，工艺流程与箱体成型基本相同。

铺层数由公式（4.1）计算，箱盖铺层见表4.2，箱底铺层见表4.3。

17

表4.2

名称

厚度(mm)

内衬层 结构层 外保护层

1.5 3.5 1

玻璃纤维表面毡 0.4中碱方格布 玻璃纤维表面毡 增强材料

增强材料面密度(g/m2)

30 340 30

树脂含量 90% 55% 70%

6 7 2

[0/90]铺层 [-45/90/45]铺层 [0/90]铺层

铺层数

铺层方向

表4.3

名称

厚度(mm)

内衬层 结构层 外保护层

1.5 7.5 1

玻璃纤维表面毡 0.4中碱方格布 玻璃纤维表面毡 增强材料

增强材料面密度(g/m2)

30 340 30

树脂含量 90% 55% 70%

6 15 2

[0/90]铺层 [0/90]铺层 [0/90]铺层

铺层数

铺层方向

4.5注意事项 ①玻璃布糊制

带胶衣层的制品，胶衣中不能混入杂质，糊制前应防止胶衣层与背衬层之间有污染，以免造成层间粘接不良，而影响制品质量。胶衣层用表面毡来增强。糊制时应注意树脂对玻璃纤维的浸渍情况，首先使树脂浸润纤维束的整个表面，然后使纤维束内部的空气完全被树脂所取代。保证第一层增强材料完全浸透树脂并紧密贴合浸渍不良及贴合不好会在胶衣层周围留下空气，而这种留下的空气在制品固化处理和使用过程种会应热膨胀而产生气泡。 ②搭缝处理

同一铺层纤维尽可能连续，忌随意切断或拼接，但由于产品尺寸、复杂程度等原因的限制难以达到时，糊制时可采取对接式铺层，各层搭缝须错开直至糊到产品所要求的厚度。糊制时用毛刷、毛辊、压泡辊等工具浸渍树脂并排尽气泡。

另外拐角处的圆角设计也要充分注意。[9] 4.6水箱的后处理

水箱主体成型后需要根据要求对其经行后处理。比如：人孔、进水口、溢水口、排水口、排污口等的开设。开设孔后要对其经行补强，此外还要特别注意密封。

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5 零部件设计

5.1进水孔、孔溢水孔、出水孔、排污孔、排气孔尺寸和相应法兰的尺寸

水箱进水孔、孔溢水孔、出水孔、排污孔、排气孔相应法兰的尺寸由表5.1确定

表5.1手糊成型法兰接管尺寸

接管内径/mm

25 38 51 76 102 152 203 254 305 356

最小壁厚/mm

5 5 5 5 5 5 5 5 5 6

法兰最小厚度/mm 轮壳最小厚度/mm 轮壳最小长度/mm

13 13 13 13 13 13 14 17 19 21

6 6 6 6 6 6 8 10 10 11

51 51 51 51 51 51 57 70 76 83

由表5.1可确定水孔、孔溢水孔、出水孔、排污孔、排气孔尺寸和相应法兰的尺寸见表5.2

表5.2（单位/cm）

名称

高度

孔径

法兰 壁厚

进水孔 出水孔 溢水孔 排气孔 排污孔

200 10 195 箱顶 0

7.5 7.5 7.5 5.0 6.5

1.3 1.3 1.3 1.3 1.3

法兰尺寸 轮壳 厚度 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6

轮壳 长度 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0

法兰 直径 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0

螺孔 直径 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2

螺孔 数 4 4 4 4 4

螺孔分布圆直径 15 15 15 --- 15

5.2人孔法兰及人孔盖

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孔径为2R=74cm，位置在人孔盖中间，其他数据参考表5.3计算确定。

表5.3顶部人孔标准（正常大气压）

公称直径/mm 450 500 550 600

法兰盖中心直径

/mm 630 700 760 810

法兰盖厚度

/mm 10 10 10 10

螺孔中心直径

/mm 580 640 680 750

螺栓孔直径

/mm 13 13 13 13

螺栓数量 /个 16 20 20 20

由表5.3经计算得出人孔盖及法兰直径为96.5cm，法兰及盖子高度1.0cm，螺孔直径1.3cm.轮壳厚度为1.5 cm，螺栓数为20，螺孔环向均布于人孔法兰及人孔板，螺孔分布圆直径89.5cm。 5.3零部件成型

进水孔、孔溢水孔、出水孔、排污孔、排气孔的相应法兰，人孔法兰及人孔盖均采用手糊成型，模具选用阳模。

工艺流程：模具清理→涂脱模剂→刷胶衣→糊制→刷食品级富树脂层→固化→脱模→休整→制品→检验→成品

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6 安装及连接

玻璃钢水箱连接主要分胶接连接和机械连接，本设计法兰与水箱的连接采用胶接连接，箱体与箱顶、箱底的连接以及人孔法兰与人孔盖的连接采用机械连接。 6.1胶接连接

胶接连接主要有搭接，斜口接、T型粘结等，其特点是胶接结构质量轻，强度高，应力分布均匀，外表光滑整洁，工艺简单，周期短，省工省时。玻璃钢圆筒形水箱法兰与箱体的连接采用胶接连接分为对接。胶黏剂采用成型玻璃钢水箱所采用的不饱和聚酯树脂加入引发剂、促进剂等配制而成。[18] 6.1.1注意事项：

ａ表面处理 胶结表面应平整，但不宜光滑。胶结前应预先使用砂纸进行打磨，把附着在表面的脱模剂、灰尘、水分等影响胶结质量的物质清除干净。

ｂ在两次胶接区，已固化层合板的最后一层最好用玻璃纤维短切原丝毡，胶接面应打磨，并清除油污及灰尘，第二次胶接的第一层也最好采用玻璃纤维短切原丝毡。

ｃ连接层的各层采用逐层增长的模式连接，如果是带角度的连接进行侧板与底板及侧板与侧板之间的补强。[11] 6.1.2法兰连接

可以待水箱安装完成后按图图纸现场开孔安装，也可在板块拼装前预先人孔接管法兰安装在特定板块上，前者位置较准确，但施工较困难，后者定位误差较大，能运输不便（运输过程中被碰坏）。一般采取箱顶部分的人孔接管法兰先在工厂安装好，侧壁部分到现场箱体拼装完成后再进行安装。此外，所有人孔、接管法兰的安装，都应按国家标准进行三角撑板加强和内外补强。 6.2机械连接

玻璃钢的机械连接主要有铆接、螺栓连接和销钉连接，形式主要有搭接和对接两种，其优点是：易于检查，易于拆卸。本设计的水箱箱体和箱底、箱顶以及人孔法兰和人孔盖的连接均采用此螺栓链接，同时出于水箱密闭性要求考虑，三处连接都需加橡胶密封垫，以保证水箱不漏水。[16]

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7 制品检验

玻璃钢水箱的检验主要有外观检验和内在质量检验两个方面： 7.1外观检验

外观质量可用眼睛观察及用手和简单工具进行检查。主要内容有:

ａ胶衣层状况(颜色均匀一致和平整光洁程度，有无针孔、裂纹等弊病); ｂ固化程度(用敲击法、巴柯尔硬度计来封断和测试); ｃ边缘平整光洁情况:

ｄ另一自然面的状况(表面树脂层状况、纤维浸透状况、表面平整及有无气泡、表面固化程度等);

ｅ附属件的安装质量; ｆ外形及尺寸情况。 7.2物理化学性能检验及参照标准

物理化学性能检验及参照标准见7.1[14]

表7.1

检验项目 拉伸强度 弯曲强度及弯曲模量

巴氏硬度

树脂含量及富树脂层树脂含量

吸水性 固化度 卫生性

参照标准 GB/T 1447 GB/T 1449 GB/T 3854 GB 2577 GB/T 1462 GB/T 2576 GB 5750

7.3渗漏检验

将水箱放置在高度为45 cm以上，与水箱使用状态相同的台架上，装满水使水位达到溢流孔位置，放置24 h后，观察有无渗漏现象。[17] 7.4进出水口密封性

在进出水孔上安装与进出水孔相适应的金属管道，在跨度70cm的一端设立一个支点，在中间加荷重0. 98 kN ，观察水箱在满水状态下1h后进出水孔是否漏水。

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7.5主要的仪器检验方法

主要仪器检验方法为X射线检验，可检验玻璃钢制品常见的缺陷如裂纹、分层、树脂集聚、疏松、皱褶、金属夹杂物等。[19]

ａ裂纹或分层 主要是指布层间的分离和布带断裂，底片影像特征为:层压板材中的裂纹或分层多是平直及两头有尖或者是“之”字形黑色线纹;布带缠绕制品中的裂纹或分层多是平直或略呈波状的黑色线纹，或是中间宽，两头尖的梭形”影像;模压产品中的裂纹形状，因产品外形而异，多呈两头有尖的弯曲黑色线纹。

ｂ树脂集聚 即产品某一局部树脂过多，底片影像特征与裂纹或分层相仿，但较同等程度的裂纹伤影像的反差为小，而且影像轮廓也不清晰。

ｃ疏松 即产品某一局部致密性降低，有微小气孔不规则地分布着，或有小裂纹，小树脂集聚存在。底片影像特征，呈不规则的层云状黑色斑纹。

ｄ皱褶 可按方向不同分为环向皱摺(沿制品环向分布)和轴向皱摺(沿制品轴向方向)。底片影像特征呈波浪状。

ｅ金属夹杂物 玻璃钢中的金属夹杂物在底片中的影像特征是同夹杂的金属物形状相同的白色影像。

圆筒形水箱所有检验项目均合格后方可使用。 7.6出厂检验 7.6.1检验项目

ａ每块单板需进行外观检验，每台水箱需进行外观渗漏性试验。 ｂ每批单板需对外观尺寸进行抽样检验。 7.6.2抽样方案

以相同外形尺寸、相同材料及工艺连续生产的1000块单板为一批，采用正常检验一次抽样方案，抽样方案见表7.1

抽样依据 GB2828

检验水平 特殊键沿水平S-2

AQL 2.5

样本 5

判定组数 ［０，１］

7.6.3判定规则

ａ外观不符合质量要求的单板，判为不合格品；

ｂ抽样检查单板外形尺寸时，如所抽5块单板均符合要求判定该批单板外形合格； ｃ水箱外观、渗漏性均符合要求，判定为合格；如不合要求允许修复。

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8 小结

圆筒形玻璃钢水箱质量轻，制造方便，耐腐蚀性好，卫生美观，强度高、抗震性能好，技术经济效益好。具有十分广阔的发展前景。

圆筒形玻璃钢水箱的设计主要包括造型设计、性能设计、结构设计、工艺设计、安装连接设计和制品检验。需根据设计要求确定玻璃钢水箱的类型和外形尺寸，再根据水箱的存储介质和使用环境对水箱进行性能设计，然后根据水箱的受力情况进行水箱的结构设计，接着由玻璃钢水箱的成型方法和组分材料进行工艺设计，水箱主体和零部件成型后进行安装和连接，玻璃钢水箱完成后对水箱质量进行检验，包括外观检验和物理化学性能的检验，各检测项目合格后方可使用。

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参考文献

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