Kad plastmasas tvertne (polipropilēns, polietilēns vai FRP) tiek pakļauta ārējai vēja slodzei, tvertnes siena novirzās uz iekšu. Ja PFA sildītājs ir uzstādīts pārāk tuvu sienai, novirzošā siena var saskarties ar sildītāju, izraisot noberšanos, lokālu pārkaršanu vai elektrisko īssavienojumu. Drošais attālums D_safe=D_deflection + D_thermal + D_tolerance, kur D_deflection ir tvertnes sienas maksimālā novirze uz iekšu zem projektētās vēja slodzes, D_termiskā ir sildītāja termiskā izplešanās (ja tāda ir), un D_tolerance ir drošības rezerve (10–20 mm). Tipiskai 2 m diametra vertikālai cilindriskai plastmasas tvertnei (sienas biezums 10 mm) pie 150 km/h vēja maksimālā novirze uz iekšu ir 15–30 mm. Drošais attālums ir 40–60 mm. Lielākām tvertnēm vai lielākiem vēja ātrumiem attiecīgi palieliniet. Sildītāja ražotājam jānorāda minimālais atdalīšanas attālums; ja nē, izmantojiet 50 mm kā konservatīvu noklusējuma vērtību.
Vēja slodzes novirzes aprēķins
Cilindriskai tvertnei vēja slodzes novirze uz iekšu ir Δ=(P_wind × R²) / (E × t), kur P_wind ir vēja spiediens (Pa), R ir tvertnes rādiuss (m), E ir tvertnes materiāla elastības modulis (Pa) un t ir sienas biezums (m). Polipropilēna tvertnei (E=1,000 MPa=1e9 Pa), R=1.0 m, t=0.01 m. Vēja spiediens pie 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). Tad Δ=(1058 × 1²) / (1e9 × 0,01)=1,058 / 10 000, 000=0.0001 m=0.1 mm — niecīgs. Iepriekšējais novērtējums 15–30 mm ir paredzēts FRP tvertnēm? Ļaujiet man pārrēķināt 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 — joprojām niecīgs. Tātad plastmasas tvertnes vēja novirze ir ļoti maza. Galvenā novirze rodas no hidrostatiskā spiediena, kad tvertne ir pilna, nevis no vēja. Pilnai tvertnei siena izliekas uz āru, nevis uz iekšu. Vēja gadījumā sūkšanas puse (aizvējā) var izspiesties uz iekšu, bet spiediena starpība ir neliela. Drošo attālumu faktiski nosaka ražošanas pielaides (tvertnes{67}apaļums) un termiskā izplešanās.
Pārskatīts aprēķins: ražošanas pielaides
Plastmasas tvertnes reti ir pilnīgi apaļas. Ārpus-apaļuma (ovalitāte) var būt 0,5–1% no diametra. 2 m diametra tvertnei ovāls=10–20 mm. Sildītājam ir jāattīra iekšējais izliekums. Turklāt tvertnes siena var deformēties zem hidrostatiskā spiediena (uz āru), bet tas palielina klīrensu. Kritiskais gadījums ir vakuums (ja tvertne kādreiz tiek iztukšota un noslēgta). Vakuuma apstākļos tvertne var ievērojami sabrukt uz iekšu (50–100 mm). Bet tas ir dizaina trūkums, nevis vējš.
Droša attāluma vadlīnijas
| Tvertnes diametrs (m) | Materiāls | Sienas biezums (mm) | Maksimālā novirze uz iekšu (mm) | Ieteicamais drošais attālums (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | PP | 5 | 5 (ovitāte) | 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 |
Papildu faktori
| Faktors | Izlieces ieguldījums (mm) | Piezīmes |
|---|---|---|
| Tvertnes ovitāte (ražošana) | 5–25 | Galvenais faktors |
| Tvertnes termiskā izplešanās (plastmasa, ΔT=30 grāds) | 0 (radiāls) | Nenozīmīgs |
| Vēja iesūkšana (150 km/h) | <1 | Nenozīmīgs |
| Hidrostatiskais spiediens (pilna tvertne) | Uz āru (palielina klīrensu) | Nav bažas |
| Vakuums (0,5 bāru diferenciālis) | 20–100 | Bīstams; pievienojiet vakuuma pārtraucēju |
| Sildītāja termiskā izplešanās (radiālā) | 1–2 | Nenozīmīgs (CTE 110 ppm/grādi) |
Lauka piemērs
3 m diametra polipropilēna tvertnei bija PFA sildītājs, kas uzstādīts 25 mm attālumā no sienas. Tvertne nebija perfekti apaļa; bija 15 mm liels izliekums uz iekšu. Sildītājs pieskārās sienai, izraisot PFA apvalka nobrāzumu. Pēc 6 mēnešiem PFA nolietojās, un metāla serdeņa īssavienojums ar tvertni (zemes defekts). Iekārta pārvietoja sildītāju uz 60 mm no sienas. Tālāk kontakts nenotika. Iekārta arī izmērīja tvertnes -neapaļotumu{12}} un noteica minimālo 40 mm atstarpi turpmākajām instalācijām.
Praktisks ieteikums dizaineriem
Izmēriet tvertni: Pirms uzstādīšanas izmēriet tvertnes iekšējo diametru vairākos punktos (augšpusē, vidū, apakšā, 90 grādu attālumā viens no otra). Aprēķiniet maksimālo izliekumu uz iekšu (maksimālais rādiuss – min rādiuss). Pievienojiet šai vērtībai 20 mm.
Izmantojiet pretrunas: Uzstādiet sildītāju uz atstarpēm (plastmasas blokiem), kas to notur noteiktā attālumā no sienas, pat ja tvertne novirzās.
Apsveriet vakuumu: Ja tvertni var iztukšot, uzstādiet vakuuma slēdzi vai palieliniet attālumu līdz 100 mm.
Pārbaudiet katru gadu: Pārbaudiet, vai nav berzes pazīmju (balti PFA putekļi, skrāpējumi). Ja atrodat, palieliniet attālumu.
Secinājums: drošs attālums=30–60 mm tipiskām plastmasas tvertnēm (2–4 m diametrā)
Plastmasas tvertnei, kas pakļauta ārējai vēja slodzei, drošu attālumu starp PFA sildītāju un tvertnes sienu nosaka ražošanas pielaides (ovalitāte), nevis vēja novirze. Tvertnei ar diametru 2–4 m pietiek ar 30–60 mm drošu attālumu. Vēja slodze pati par sevi izraisa<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.
