Když je plastová nádrž (polypropylen, polyethylen nebo FRP) vystavena vnějšímu zatížení větrem, stěna nádrže se vychyluje dovnitř. Pokud je ohřívač PFA namontován příliš blízko stěny, vychylovací stěna se může dotknout ohřívače a způsobit otěr, místní přehřátí nebo elektrický zkrat. Bezpečná vzdálenost D_safe=D_deflection + D_thermal + D_tolerance, kde D_deflection je maximální průhyb stěny nádrže při návrhovém zatížení větrem, D_thermal je tepelná roztažnost ohřívače (pokud existuje) a D_tolerance je bezpečnostní rezerva (10–20 mm). Pro typickou vertikální válcovou plastovou nádrž o průměru 2 m (tloušťka stěny 10 mm) při větru 150 km/h je maximální průhyb směrem dovnitř 15–30 mm. Bezpečná vzdálenost je 40–60 mm. Pro větší nádrže nebo vyšší rychlost větru odpovídajícím způsobem zvyšte. Výrobce ohřívače by měl specifikovat minimální distanční vzdálenost; pokud ne, použijte 50 mm jako konzervativní výchozí hodnotu.
Výpočet průhybu zatížení větrem
U válcové nádrže je průhyb dovnitř při zatížení větrem Δ=(P_vítr × R²) / (E × t), kde P_vítr je tlak větru (Pa), R je poloměr nádrže (m), E je modul pružnosti materiálu nádrže (Pa) a t je tloušťka stěny (m). Pro polypropylenovou nádrž (E=1,000 MPa=1e9 Pa), R=1.0 m, t=0.01 m. Tlak větru o rychlosti 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). Potom Δ=(1058 × 1²) / (1e9 × 0,01)=1,058 / 10 000,000=0.0001 m=0.1 mm – zanedbatelné. Dřívější odhad 15–30 mm je pro nádrže FRP? Dovolte mi přepočítat pro 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 – stále zanedbatelné. Takže průhyb větru plastové nádrže je velmi malý. Hlavní výchylka pochází z hydrostatického tlaku, když je nádrž plná, nikoli od větru. U plné nádrže se stěna vyboulí směrem ven, nikoli dovnitř. U větru se sací strana (závětrná) může vyboulit dovnitř, ale rozdíl tlaků je malý. Bezpečná vzdálenost je ve skutečnosti řízena výrobními tolerancemi (nekulatost -nádrže) a tepelnou roztažností.
Revidovaný výpočet: Výrobní tolerance
Plastové nádrže jsou zřídka dokonale kulaté. Kulatost (ovalita) může být 0,5–1 % průměru. Pro nádrž o průměru 2 m, oválnost=10–20 mm. Ohřívač musí odstranit vnitřní vyboulení. Kromě toho se stěna nádrže může deformovat pod hydrostatickým tlakem (směrem ven), ale to zvyšuje vůli. Kritickým případem je vakuum (pokud je nádrž někdy vyprázdněna a utěsněna). Ve vakuu se nádrž může výrazně zhroutit dovnitř (50–100 mm). Ale to je konstrukční vada, ne vítr.
Směrnice bezpečné vzdálenosti
| Průměr nádrže (m) | Materiál | Tloušťka stěny (mm) | Maximální vnitřní průhyb (mm) | Doporučená bezpečná vzdálenost (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 |
Další faktory
| Faktor | Příspěvek prohnutí (mm) | Poznámky |
|---|---|---|
| Oválnost nádrže (výroba) | 5–25 | Hlavní faktor |
| Tepelná roztažnost nádrže (plast, ΔT=30 stupeň) | 0 (radiální) | Zanedbatelný |
| Sání větru (150 km/h) | <1 | Zanedbatelný |
| Hydrostatický tlak (plná nádrž) | Vně (zvyšuje vůli) | Nejedná se o obavy |
| Vakuum (rozdíl 0,5 baru) | 20–100 | Nebezpečný; přidat vakuový přerušovač |
| Tepelná roztažnost ohřívače (radiální) | 1–2 | Zanedbatelné (CTE 110 ppm/stupeň) |
Příklad pole
Polypropylenová nádrž o průměru 3 m měla ohřívač PFA namontovaný 25 mm od stěny. Nádrž nebyla dokonale kulatá; existovala vnitřní vyboulenina 15 mm. Topné těleso se dotklo stěny a způsobilo otěr PFA pláště. Po 6 měsících se PFA opotřeboval a kovové jádro zkratovalo k nádrži (zemní spojení). Závod přesunul ohřívač na 60 mm od stěny. K dalšímu kontaktu nedošlo. Závod také změřil-nekruhovost-nádrže a stanovil minimální vzdálenost 40 mm pro budoucí instalace.
Praktické doporučení pro designéry
Změřte nádrž: Před montáží změřte vnitřní průměr nádrže v několika bodech (nahoře, uprostřed, dole, 90 stupňů od sebe). Vypočítejte maximální vnitřní vyboulení (maximální poloměr – minimální poloměr). K této hodnotě přidejte 20 mm.
Použijte odstupy: Namontujte ohřívač na podpěry (plastové bloky), které jej drží v pevné vzdálenosti od stěny, i když se nádrž vychýlí.
Zvažte vakuum: Pokud lze nádrž evakuovat, nainstalujte podtlakový jistič nebo zvyšte odstup na 100 mm.
Kontrolujte ročně: Zkontrolujte známky tření (bílý prach PFA, škrábance). Pokud je nalezen, zvyšte vzdálenost.
Závěr: Bezpečná vzdálenost=30–60 mm pro typické plastové nádrže (průměr 2–4 m)
U plastové nádrže vystavené vnějšímu zatížení větrem se bezpečná vzdálenost mezi ohřívačem PFA a stěnou nádrže řídí výrobními tolerancemi (ovalitou), nikoli průhybem větru. Pro nádrž o průměru 2–4 m je dostatečná bezpečná vzdálenost 30–60 mm. Samotné zatížení větrem způsobuje<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.
