Ko je plastični rezervoar (polipropilen, polietilen ali FRP) izpostavljen zunanji obremenitvi vetra, se stena rezervoarja upogne navznoter. Če je grelnik PFA nameščen preblizu stene, se lahko odklonska stena dotakne grelnika, kar povzroči odrgnino, lokalno pregrevanje ali električni kratki stik. Varna razdalja D_safe=D_deflection + D_thermal + D_tolerance, kjer je D_deflection največja notranja deformacija stene rezervoarja pod projektno obremenitvijo vetra, D_thermal je toplotna ekspanzija grelnika (če obstaja) in D_tolerance je varnostna meja (10–20 mm). Za tipičen navpični cilindrični plastični rezervoar s premerom 2 m (debelina stene 10 mm) pri vetru s hitrostjo 150 km/h je največji odklon navznoter 15–30 mm. Varna razdalja je 40–60 mm. Za večje rezervoarje ali višje hitrosti vetra ustrezno povečajte. Proizvajalec grelnika mora določiti najmanjšo razdaljo odmika; če ne, uporabite 50 mm kot konzervativno privzeto vrednost.
Izračun odklona obremenitve zaradi vetra
Za cilindrični rezervoar je upogib navznoter pod obremenitvijo vetra Δ=(P_veter × R²) / (E × t), kjer je P_veter tlak vetra (Pa), R polmer rezervoarja (m), E modul elastičnosti materiala rezervoarja (Pa) in t debelina stene (m). Za polipropilenski rezervoar (E=1,000 MPa=1e9 Pa), R=1.0 m, t=0.01 m. Tlak vetra pri 150 km/h (42 m/s)=0.5 × ρ_zrak × v²=0.5 × 1,2 × 42²=0.6 × 1,764=1,058 Pa (≈ 1,1 kPa). Potem Δ=(1.058 × 1²) / (1e9 × 0,01)=1,058 / 10.000,000=0.0001 m=0.1 mm – zanemarljivo. Prejšnja ocena 15–30 mm je za rezervoarje FRP? Naj se spomnim za 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 – še vedno zanemarljivo. Tako je odklon plastične posode zaradi vetra zelo majhen. Glavni odklon je posledica hidrostatičnega tlaka, ko je rezervoar poln, ne vetra. Pri polnem rezervoarju se stena izboči navzven, ne navznoter. Pri vetru se lahko sesalna stran (zavetrna) izboči navznoter, vendar je razlika v tlaku majhna. Varno razdaljo dejansko urejajo proizvodna toleranca (okroglost rezervoarja-) in toplotno raztezanje.
Spremenjen izračun: Tolerance pri izdelavi
Plastični rezervoarji so redko popolnoma okrogli. Iz-o-okroglost (ovalnost) je lahko 0,5–1 % premera. Za rezervoar s premerom 2 m, ovalnost=10–20 mm. Grelec mora očistiti notranjo izboklino. Poleg tega se lahko stena rezervoarja deformira pod hidrostatičnim pritiskom (navzven), vendar to poveča zračnost. Kritičen primer je vakuum (če se rezervoar kdaj izprazni in zapre). Pod vakuumom se lahko rezervoar močno zruši navznoter (50–100 mm). Toda to je konstrukcijska napaka, ne veter.
Smernica za varno razdaljo
| Premer rezervoarja (m) | Material | Debelina stene (mm) | Največji upogib navznoter (mm) | Priporočena varna razdalja (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | PP | 5 | 5 (ovalnost) | 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 |
Dodatni dejavniki
| Faktor | Prispevek deformacije (mm) | Opombe |
|---|---|---|
| Ovalnost rezervoarja (izdelava) | 5–25 | Glavni dejavnik |
| Toplotna ekspanzija rezervoarja (plastika, ΔT=30 stopinj) | 0 (radialno) | Zanemarljivo |
| Sesanje vetra (150 km/h) | <1 | Zanemarljivo |
| Hidrostatični tlak (poln rezervoar) | Navzven (poveča razdaljo) | Ne skrbi |
| Vakuum (0,5 bara razlike) | 20–100 | Nevarno; dodajte vakuumsko varovalko |
| Toplotna ekspanzija grelnika (radialna) | 1–2 | Zanemarljivo (CTE 110 ppm/stopinja) |
Primer polja
Polipropilenski rezervoar s premerom 3 m je imel PFA grelec nameščen 25 mm od stene. Rezervoar ni bil popolnoma okrogel; obstajala je izboklina 15 mm navznoter. Grelnik se je dotaknil stene in povzročil odrgnino plašča PFA. Po 6 mesecih se je PFA obrabil in kovinsko jedro je prišlo do kratkega stika z rezervoarjem (napaka na tleh). Obrat je premaknil grelec na 60 mm od stene. Do nadaljnjega stika ni prišlo. Tovarna je tudi izmerila--okroglost rezervoarja in določila najmanjši odmik 40 mm za prihodnje namestitve.
Praktično priporočilo za oblikovalce
Izmeri rezervoar: Pred montažo izmerite notranji premer rezervoarja na več točkah (zgoraj, na sredini, spodaj, 90 stopinj narazen). Izračunajte največjo izboklino navznoter (največji polmer – najmanjši polmer). Tej vrednosti dodajte 20 mm.
Uporabite odstopanja: Namestite grelnik na stojala (plastične bloke), ki ga držijo na fiksni razdalji od stene, tudi če se rezervoar odkloni.
Razmislite o vakuumu: Če je rezervoar mogoče izprazniti, namestite vakuumsko varovalko ali povečajte odmik na 100 mm.
Pregledajte letno: Preverite znake drgnjenja (bel PFA prah, praske). Če ga najdete, povečajte razdaljo.
Zaključek: Varna razdalja=30–60 mm za tipične plastične rezervoarje (premer 2–4 m)
Pri plastičnem rezervoarju, ki je podvržen zunanjim obremenitvam z vetrom, je varna razdalja med grelnikom PFA in steno rezervoarja določena s tolerancami izdelave (ovalnost), ne z odklonom zaradi vetra. Za rezervoar s premerom 2–4 m zadostuje varna razdalja 30–60 mm. Sama obremenitev z vetrom povzroča<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.
