手糊法制备玻璃钢冷却塔塔体的设计.doc

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1、手糊法制备玻璃钢冷却塔塔体的设计摘要早期冷却塔大多采用砖木结构或旧式钢筋混凝土结构，笨重粗大。由于冷却性能差，效率低，造价高，技术经济不合理，不能满足实际需要，没有得到广泛应用。自从玻璃纤维增强材料问世以后，由于它具有质轻高强，耐腐蚀，有可设计性，加工容易，外表美观，价格适中的优点，很快被用在冷却塔上。玻璃钢手糊成型施工工艺具有投资少、施工方便灵活的特点，此工艺是玻璃钢工业中的一种主要成型方法。玻璃钢冷却塔的寿命、工作可靠性在很大程度上取决于冷却塔壳体的强度。本设计课题通过对手糊成型工艺的探讨以及对冷却塔上下塔体的结构计算，了解玻璃钢冷却塔壳体制作技术以及设计出合理的玻璃钢冷却塔塔体。关键词：

2、手糊成型 玻璃钢 冷却塔 设计The design of cooling tower of glass fiber reinforced plastics prepared by hand lay-up moldingAbstract Most of the early cooling towers prepared by brick-wood structure and old reinforced concrete structures，they are ponderosity and coarse. Due to the poor cooling performance，low effi

3、ciency，high cost，unreasonable technical economy，they cant meet actual needs, and cant be widely used. Since the glass-fiber-reinforced materials came out，they are soon used to produce cooling tower because of the advantages such as light weight, high strength, corrosion resistance，designable，easy pr

4、ocessing，aesthetic appearance and medium price. The construction process of fiber glass reinforced plastics (FRP) hand paste has more characteristics，such as less investment，convenient construction and flexibility. This process is a mainly kind of FRP industry molding methods. The life and the worki

5、ng reliability of FRP depend largely on the strength of the cooling tower shell. By the discussion of the hand lay-up molding techniques and the structure calculation of cooling tower body, we understand preparation technology of FRP cooling tower，and then we can design reasonable FRP cooling tower

6、body.Key Words：Hand lay-up molding; FRP; Cooling tower; Design目录摘要IAbstractII第一章 文献综述11.1 引言11.2 树脂基复合材料成型工艺简介11.3 玻璃钢手糊工艺的特点和用途21.3.1玻璃钢手糊成型施工工艺21.3.2手糊工艺的用途31.4 玻璃钢冷却塔的介绍31.5 冷却塔的分类41.6冷却塔塔体结构材料分析41.6.1木结构41.6.2混凝土结构51.6.3钢结构51.6.4全玻璃钢结构61.6.5混合结构61.6.6综合比较7第二章 设计目的及流程82.1 设计目的82.2 工艺流程及原料选择82.2.1

7、玻璃钢冷却塔塔体成型工艺设计82.2.2 冷却塔塔体手糊成型工艺10第三章 设计过程133.1 塔体结构分析及设计133.2 强度计算及工艺铺层设计143.2.1 上塔玻璃钢壳体结构设计143.2.2 下塔体水槽强度核算183.2.3 铺层设计193.3 产品外观设计22第四章 结论与展望264.1 结论264.2 展望26参考文献28第一章 文献综述1.1 引言玻璃钢具有耐腐蚀、强度高、质量轻、易成型及性能可以根据使用条件进行设计等优点，用来制作冷却塔可以使塔体小、占地面积少、耗电低、造型美观、冷效高、耐腐蚀、使用寿命长及安装方便和造价低等。很好的解决了冷却塔技术中的一系列难题，从而实现了工

8、厂化生产，现场快速安装，大大的缩短了冷却塔的建造周期。1.2 树脂基复合材料成型工艺简介复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产1。 手糊成型工艺：所谓手糊成型工艺(Hand laying-up)，是指用手工或在机械辅助下将增强材料和热固性树脂铺覆在模具上，树脂固化形成复合材料的一种成型方法2，喷射成型工艺：喷射成型工艺(Spray Moulding)是利用喷枪将短纤维及树脂同时喷到模具上，压实固化成制件的工艺方法，袋压成形

9、工艺：袋压成型工艺(Bag Moulding)是在手糊成型的制品上，装上橡胶袋或聚乙烯、聚乙烯醇袋，将气体压力施加到未固化的玻璃钢制品表面而使制品成型的工艺方法。 层压成型工艺：层压成型工艺(Lamination Process)，是把一定层数的浸胶布(纸)叠在一起，送入多层液压机，在一定的温度和压力下压制成板材的工艺。模压成型工艺：模压成型工艺(Pressure Molding)是指将模压料置于金属对模中，在一定的温度下，加压固化为复合材料制品的一种成型工艺，是一种对热固性树脂和热塑性树脂都适用的纤维增强复合材料的成型方法。 (1)短纤维料模压法：该法是将经过预混或预浸后的短纤维状物料在模具

10、中成型为复合材料制品 。(2)毡料模压法：该法是将浸毡机组制备的连续玻璃纤维预浸毡剪裁成所需形状，在金属对模中压制成制品。 (3)碎布料模压法：该法是将浸渍过树脂的玻璃布或其他织物的下脚料剪成碎块，在模具中压制成型 。(4)层压模压法：该法是介于层压与模压之间的一种工艺，系将预浸渍的玻璃布或其他织物裁剪成所需形状，在金属对模中层叠铺设压制成异型制品。(5)缠绕模压法：该法是结合缠绕成型与模压成型的一种工艺，系将预浸渍的玻璃纤维或布带缠绕在模型上，再在金属对模中加热加压成型制品 。(6)织物模压法：该法是将预先织成所需形状的二维或三维织物浸渍树脂后，在金属对模中压制成型。 (7)定向铺设模压法：

11、该法是按制品的受力状态进行定向铺设，然后将定向铺设的坯料放在金属对模内成型。 (8)预成型坯模压法：先将玻璃纤维用吸附法制成与制品形状相似的预成型坯，再把它放人金属模具内，预成型坯上倒入配制好的树脂，在一定的温度压力下压制成型。 (9)片状模塑料模压法：片状模塑料是用不饱和聚酯树脂作为黏结剂充分浸渍短切纤维或毡片，经增稠而得。 缠绕成型工艺：将连续纤维或带浸渍树脂胶液后的纤维，按照一定的规律缠绕到芯模上，然后在加热或常温下固化，制成一定形状制品的工艺称为缠绕成型工艺。 (1)干法：干法缠绕采用预浸渍带，即在缠绕前预先将玻璃纤维制成预浸渍带，然后卷在卷盘上待用。使用时将浸渍带加热软化后绕制在芯模

12、上。 (2)湿法：缠绕成型时玻璃纤维经集束后进入树脂胶槽浸胶，在张力控制下直接缠绕在芯模上，然后固化成型。 (3)半干法3 拉挤成型工艺：拉挤成型工艺(Pultrusion Process)是将浸渍了树脂胶液的连续纤维，通过成型模具，在模腔内加热固化成型，在牵引机拉力作用下，连续拉拔出型材制品。1.3 玻璃钢手糊工艺的特点和用途1.3.1玻璃钢手糊成型施工工艺玻璃钢手糊成型施工工艺具有投资少、施工方便灵活的特点，此工艺是玻璃钢工业中的一种主要成型方法。(1)树脂配方为不饱和聚酯树脂：引发剂：促进剂=100：4：(14)。(2)施工顺序为池顶四周池壁池底。(3)基层混凝土表面应全部干燥，并清理干

13、净平整。(4)主要施工技术如下施工前，应按照上述配方进行树脂的试配，并测定出树脂的凝胶时间，以便正式施工时参考。施工时在混凝土表面均匀地涂刷一层配制好的树脂，要求涂刷均匀，不得有漏刷。接着铺放一层玻璃纤维方格布(剪去毛边)，由中间向四周用力挤压，以消除皱纹及树脂与玻璃纤维布之间的气泡(必须在树脂凝胶时间之前完成)16。然后再刷一层树脂，使玻璃纤维布充分浸渍，无皱纹和气泡，再继续铺放玻璃纤维布。按此操作依次糊至7层(第7层铺放玻纤表面毡)，达到设计要求4mm厚。施工时，不得将两层以上的玻璃纤维布同时铺设，必要时，可用辊子滚压，将玻璃纤维布压紧、浸渍并消除气泡。相邻的两块玻璃纤维布连接时，可采用对

14、接或搭接。对接时不要使对接的两端脱空；搭接时，接头长度一般不超过50mm，上下两层的搭接缝要相互错开，不允许在同一位置。(5)玻璃钢成品的含胶量应控制在以下范围：表面耐腐蚀层控制在90%以上；中间耐腐蚀层控制在75%以上；增强层控制在55%以上4。1.3.2手糊工艺的用途手糊成型工艺可制作的FRP产品非常广泛。(一) 建筑制品主要产品有：波形瓦、采光罩、风机、风道、浴盆、组合式卫生间、化粪槽、冷却塔、活动房屋、售货亭、装饰制品、坐椅、门、窗、建筑雕塑、玻璃钢大篷、体育场馆采光层顶等。(二) 造船业渔船、游船、游艇、交通艇、救生艇、汽垫船、舢舨、海底探测船、军用折叠船、水中浮标、灯塔、巡逻艇、养

15、殖船等。(三) 汽车、火车、汽车车壳、电动车壳、机器盖、保险杠、大型旅游车外板、工程车、高尔夫球车、汽车卫生间、消防车、火车箱内板、火车门窗、火车卫生间、地铁车箱、路标等。(四) 防腐产品各种油罐、酸罐、水泥槽内防腐衬层、钢罐内防腐层、管道、管件、地下罐的外防腐层、地面用格栅等。(五)机械电器设备 机器罩、配电箱、医疗器械外罩、电池箱、开关盒等。(六)体育、游乐设备 赛艇、舢板、滑板、各种球杆、人造攀岩墙、冰车、风帆车、游乐车、碰碰车、碰碰船、水滑梯、海底游乐设备等6。1.4 玻璃钢冷却塔的介绍冷却塔是集空气动力学、热力学、流体学、化学、生物化学、材料学、静、动态结构力学，加工技术等多种学科为

16、一体的综合产物。水质为多变量的函数，冷却更是多因素，多变量与多效应综合的过程。冷却塔按水与空气相对流动状况不同，不同类型冷却塔优、劣，是冷却塔业界在学术上长期争论不休的问题，这种争论有力地促进了冷却塔的技术的发展，在争论中各自扬长避短，使冷却塔技术不断完善，向节能降耗，提高效率，降低投资等目标不断技术进步。玻璃钢冷却塔设计气象条件：大气压力：P =99.4103 kPa干球温度： =31.5湿球温度： =28(方形和普通型为27)冷却塔设计参数： 1.标准型：进塔水温37，出塔水温322.中温型：进塔水温43，出塔水温33 3.高温型：进塔水温60，出塔水温35 4.普通型：进塔水温37，出塔

17、水温32 5.大型塔：进塔水温42，出塔水温32工业中，使热水冷却的一种设备。水被输送到塔内，使水和空气之间进行热交换，或热、质交换，以达到降低水温的目的7。 1.5 冷却塔的分类1)按通风方式分有自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔。 2)按热水和空气的接触方式分有湿式冷却塔、干式冷却塔、干湿式冷却塔。 3)按热水和空气的流动方向分有逆流式冷却塔、横流(交流)式冷却塔、混流式冷却塔。 4)按用途分一般空调用冷却塔、工业用冷却塔、高温型冷却塔。 5)按噪声级别分为普通型冷却塔、低噪型冷却塔、超低噪型冷却塔、超静音型冷却塔。 6)其他如喷流式冷却塔、无风机冷却塔、双曲线冷却塔等8。1.

18、6冷却塔塔体结构材料分析冷却塔塔体主要有木结构、混凝土结构、钢结构、全玻璃钢结构、混合结构等1.6.1木结构木结构冷却塔在冷却塔发展的早期是一种使用较多的结构，50 年代我国从前苏联引进的装置中，木结构冷却塔占有一定的比例。由于木结构重量较轻，木材经过专门的化学处理，因而能长期在湿热环境中使用，若循环水中含有腐蚀介质，木结构也能有效地防止腐蚀。由于木材本身具有一定的吸振作用，故冷却塔风机在运行时所产生的振动能部分地被木材吸收从而减弱了振动，使塔体结构稳定。木结构塔体的所有梁柱均用不锈钢紧固件连接，冷却塔的安装较为方便，安装时间也较短，使用中万一局部损坏，调换也很方便。在美国，由于木材价格低廉，

19、冷却塔结构用木材已大量专业化、工业化生产，设计制造技术成熟，许多制造商及用户倾向于木结构冷却塔，约占整个市场40% 50%。中国由于木材缺乏，木材的化学处理技术落后，木材价格昂贵，因此在一定程度上影响了冷却塔的设计、选材思路9。在冷却塔市场中，木结构塔所占的份额微乎其微，用户也缺乏对木结构塔的认识，所以木结构冷却塔在中国的发展受到了限制。1.6.2混凝土结构混凝土结构冷却塔是应用最为广泛的冷却塔结构，塔内的所有主要梁柱、风机平台、墙体均采用混凝土现浇。该结构冷却塔整体稳定性很好，运行可靠性高，使用寿命可达40 年以上，塔体结构的维修保养可以不予考虑，冷却塔防腐性能也很好。其缺点是施工周期较长，

20、施工组织较为麻烦，塔的建造成本最高。由于重量大对冷水池的地基承重要采取一定的措施，对那些冷却塔需建在建筑上面的场合，其就不具有优势，一般就不予考虑。另外由于塔内的梁柱截面较其它结构大，塔内气流会受到一定阻挡，塔内涡流现象较严重，对冷却塔风机的性能要求较高，在达到相同冷却能力下，风机能耗较其它结构高。在设计混凝土结构冷却塔中为避免上述现象采取了一些措施，如在满足所需强度与刚度的情况下尽可能减小梁柱截面。通常如果在冷却塔内空气流通截面中梁柱所占截面 15% 时，塔内的涡流现象并非十分严重，因此为了减少梁的数量，采用过悬吊填料的方法，在梁柱的迎风面避免直角，采用倒角或圆角; 此外，在风机平台风筒底部

21、进风口也采取了一些减少涡流的措施等。从实际运行效果来看，冷却塔的冷却能力还是相当不错的，其能耗也能保持在较低水平。但在横流设计的混凝土结构冷却塔中，因结构较逆流塔复杂，较难解决上述问题。在单台处理水量大于500t/h 的冷却塔中，该结构冷却塔在中国冷却塔市场还是占有最大份额的，约为60%70% ，将来仍是冷却塔的主要结构形式，其发展方向是采用更优化的结构设计，塔内空气流场合理，塔、风机匹配合理，施工简单。1.6.3钢结构钢结构冷却塔是80 年代开始在国内市场逐步发展起来的，其结构全部采用各种型钢连接，结构设计合理，塔内梁柱截面很小且轻巧，全部构件都在工厂制造，现场用螺栓连接组装，安装周期极短，

22、一台处理水量1000t/h 的钢结构冷却塔只需21天就能组装完毕交付使用，大大缩短了工程周期。由于结构轻巧，塔内空气流动较为通畅，空气阻力较小，风机的能耗也较低。整塔的重量较轻，可以建造在各类建筑上面。该结构冷却塔缺点是钢结构防腐能力一般，目前采取的防腐措施主要有热镀锌、氯磺化聚乙烯涂料、环氧类油漆等，在工程设计中多次采用过环氧富锌底漆加环氧沥青面漆的防腐措施，均取得了较好的效果，冷却塔投用5年后尚未发生严重腐蚀10。国外厂商的钢结构塔的防腐主要采用的是热镀锌工艺，因工艺成熟，镀锌层较厚，其防腐效果也较佳。国内的热镀锌工艺较落后，质量不够稳定，不推荐使用热镀锌方法。1.6.4全玻璃钢结构随着科

23、技的日益发展，复合材料越来越多地应用到冷却塔行业。90年代以来，欧美开发出了挤拉玻璃钢型材，玻璃钢型材具有优良的防腐性能。在石化工业中，某些装置经常会发生泄漏，从而导致循环水水质的变化，有些循环水甚至腐蚀性极大，对木质、混凝土、钢结构产生严重的腐蚀，这样用玻璃钢型材制造的全玻璃钢结构冷却塔就诞生了17。该结构塔的所有玻璃钢构件均由工厂专业化生产，所有连接及紧固件采用不锈钢制作，现场组装方便，施工周期也较短，与其它结构相比冷却塔的整体重量也最轻。该塔的不足主要有以下几方面:(1) 冷却塔的整体刚性较差;(2) 冷却塔的强度受温度影响较大，有关数据如表1-1 所示; (3) 随着时间推移，玻璃钢会

24、老化，影响冷却塔使用寿命;(4) 造价较昂贵。表1-1 材料性能与温度的关系11Table 1-1 The relationship between material properties and temperature温度25378517656材料性能100%85%70%50%目前国内全玻璃钢结构塔较少，但随着复合材料时代的到来，玻璃钢型材的价格将会逐步降低，因此全玻璃钢结构塔将会有较好的发展前景11。1.6.5混合结构混合结构冷却塔可以有多种形式，主要形式是主梁、主柱采用混凝土，次梁柱采用钢结构或玻璃钢，塔围护也采用玻璃钢。该种结构冷却塔，部分避免了塔内的肥梁胖柱，整体刚性又较木结构、钢结

25、构、全玻璃钢结构佳，冷却塔的总重量又大大降低，施工周期也较短，整体造价也较低。冷却塔围护采用玻璃钢，用户可以充分选择颜色和造型，达到和周围建筑相协调的目的。该种结构的防腐性能也较好。在国内该种混合结构还是比较受用户欢迎的，如将塔内的次梁、次柱都用玻璃钢挤拉型材代替，所有连接紧固件全部采用不锈钢，该种结构将会更受欢迎，更有发展前途。1.6.6综合比较各种结构的冷却塔均有其优缺点，在选择冷却塔确定塔体结构时，可根据对循环水的水质、预期的使用寿命、运行的可靠性、维修保养等多方面进行的比较，最后确定适合该装置循环水的冷却塔塔体结构。表1-2 各类不同塔体结构的冷却塔综合比较Table 1-2 The

26、structure of different types of tower cooling to wer comprehensive comparison塔体结构木结构混凝土结构钢结构全玻璃钢混合结构运行重量(t)轻最重较轻最轻重运行可靠性好好一般一般较好结构稳定性较好好较好差较好使用寿命20年以上40年以上20年以上20年以上20年以上耐湿热能力好好较好差好维修保养较好好一般好一般防腐性能好好一般好一般制造成本较高最高中高较高第二章 设计目的及流程2.1 设计目的目前国内外玻璃钢冷却塔的研究，主要集中在以下几个方面。(1)进一步提高冷却塔的冷却效率: 主要研究开发动力消耗少、热了性能高的冷却

27、塔。(2)改进风机叶片: 采用变速电机提高风机效率，降低能耗。(3)研究超低噪声冷却塔，降低噪声污染，改善居住环境。(4)研究高效率亲水材料，提高热交换效率。(5)研究新型高效收水技术，解决飘水问题，控制环境污染。(6)开发高效水质稳定剂，提高水稳效果。(7)加强冷却塔支撑结构的防腐和稳定研究，提高冷却塔的使用寿命。(8)加强冷却塔的基础理论研究，寻求新的高效冷却途径。消除大气污染，回收能源。本课题的研究内容是手糊法制玻璃钢冷却塔塔体。涉及的主要学科和知识领域为无机化学、物理化学、材料科学基础、材料科研导论、材料物理性能、复合材料结构力学、复合材料成型工艺等。本课题要求按照玻璃钢冷却塔的使用条

28、件进行壳体设计、然后进行壳体校核，了解玻璃钢冷却塔壳体制作技术。玻璃钢冷却塔塔体直径5000mm，出风口直径3000mm，冷却塔重心高4000mm，基础墩数：4个，上塔体垂直荷载：12000N，超载系数：1.2，动荷系数：1.4，底部水槽宽度600mm，水槽高300mm，水深：150mm，安装高度为60m，手糊玻璃钢弯曲强度200MPa，弯曲模量15GPa，泊松比0.3。据此进行设计.2.2 工艺流程及原料选择2.2.1玻璃钢冷却塔塔体成型工艺设计模具制作(1)材料选择胶衣层-此层应重视模具的耐热、光泽和耐裂性。以乙烯基醋树脂为主。表面层-此层应重视耐热和耐裂性，通常采用表面毡作增强材料，以减

29、少模具表面出现布纹，树脂用乙烯基醋树脂。中间层-此层应重视强度。重视纤维的力学分布，对纤维加予预应力的实施。通常使用模具树脂或乙烯基醋树脂或间苯二甲酸型树脂。背衬层-此层应重视强度、耐水、耐候性保护。补强层-此层应重视应变和变形。背面压粘耐水胶合板，使之耐冲击和防止变形，但使用时间一长，常出现模具表面找平情况变坏现象，其原因可能是玻璃钢层与胶合板间剥离加上胶合板的刚性疲劳等12。(2)设备与工具制做玻璃钢模具属于手工操作的简单工艺，毛刷是涂覆树脂的主要工具。工人在操作中用得恰当，毛刷产生的小气泡就少一点，用得不好，会有小气泡的产生，所以在操作前要选好毛刷毛要齐，毛根要直。辊轮是排泡的主要工具，

30、它不但要把气泡排出来，还要负责把纤维压紧密，把满足纤维浸透以外的树脂滚压出来，使其模具树脂与纤维比相差越小越好，这是提高玻璃钢模具和玻璃钢产品质量一个很重要措施。(3)严格成型工艺的实施流程玻璃钢模具与主要材料树脂、纤维、辅料之间关系很复杂，它们的反应还有很多外界影响因素，如温度、相对湿度、完成操作时间等等，所以在操作工艺上要采取一些必要工艺手段。为了使玻璃钢模具的质量能达到预期的最佳效果，在铺层工艺上应采用一些必要的办法，以控制整个玻璃钢模具在变形收缩问题上尽量减至最小，力学性能处于最佳状态，整体综合成本降低。间歇法：是利用时间差使其树脂的变形收缩减至最少。方法为先做一层表面毡或短切毡，让这

31、一层有足够的固化时间定形后，再做一层纤维。RM法：在铺设中间层的过程中，采用一毡一布即短切毡、方格布重叠的工艺。若用两层方格布铺设，层间的剪切力很差单用短切毡铺放，它的纤维线短，力学性能不集中，而且含胶量大。45铺设法：在产品或模具结构上直角的地方应采用嗡设法，使其两根在直角位置上的纤维形成13，这时，我们在操作工艺上加之轻微预应力，使纤维的力向拉得更紧，产品结构上的应力得到更好的发挥。模具的打磨抛光，除了更人性化以外，很关键的因素就是水磨工序的水砂纸质量。水磨工艺开始就应该用一水砂纸，只有表面太粗糙的才用。因为开始用太粗的水磨砂纸，砂痕很粗，水磨砂的时间就很长，而且每次都要把上次的砂痕去掉，

32、才看不到有水砂痕迹，这是一道很讲究耐心细致的工序，待这道工序满足工艺要求以后，才可以开始抛光。采用号抛光水，均涂在模具上，用羊毛抛光机抛光，这时要注意一个抛光盘的转向问题，根据抛光盘的转向，把抛光水带进去使其达到抛光的效果，不能让抛光盘把抛光水甩出去，这样不仅起不到抛光的效果，还费工、费时、费材料。这道工序完成以后，模具基本上出现光亮面。此时再采用号抛光水，同样要注意以上的问题。2.2.2 冷却塔塔体手糊成型工艺手糊工艺的优点(1)不需复杂的设备，只需简单的模具、工具，故投资少、见效快，适合我国乡镇企业的发展；(2)生产技术易掌握，只需经过短期培训即可进行生产；(3)所制作的FRP产品不受尺寸

33、、形状的限制，如：大型游船、圆屋顶、水槽等均可；(4)可与其他材料(如：金属、木材、泡沫等)同时复合制作成一体；(5)对一些不宜运输的大型制品(如：大罐、大型屋面)皆可现场制作5。但是，手糊工艺也存在许多缺点：(1)生产效率低、速度慢、生产周期长，对于批量大的产品不太适合；(2)产品质量不够稳定。由于操作人员技能水平不同及制作环境条件的影响故产品质量稳定性差；(3)生产环境差，气味大，加工时粉尘多，故需从劳动保护上加以解决。总之，手糊成型工艺的优点是其他工艺方法所不能替代的，其存在的缺点，须在操作过程中加以克服。1)原材料的选用增强材料选择 制造冷却塔壳体用的纤维增强材料，一般选用粗直径中碱玻

34、璃纤维纱、织的方格布，厚度从0.20.8mm。玻纤表面需经过偶联处理。严禁使用土坩埚生产的高碱玻璃纤维布。为提高外观质量，表面采用树脂含量高的玻璃纤维表面毡。基体材料选择 由于复合材料壳体的材料玻璃钢要求具有耐水和减缓老化等功能，故基体材料选用常州253厂生产的TM-189树脂，并要求加入UV9紫外线吸收剂。如果表面采用胶衣层时，则TM-189树脂中可不加紫外线吸收剂；仅在胶衣树脂中加UV9紫外线吸收剂。胶衣树脂一般选用TM-33或天津合成材料厂生产的SGL-22胶衣树脂。如果选用武汉理工大学刘雄亚教授研制的高性能无机胶黏剂，将能获得更高的技术经济效益。2)制造技术复合材料冷却塔壳体造型复杂，

35、不宜于批量流水线生产，在国内常采用手糊工艺成型；也有采用手糊和喷射相结合的生产工艺。手糊成型冷却塔壳体构件与一般玻璃钢制品的糊制，没有很大的区别，但应注意以下几个问题。(1)外观质量 冷却塔对玻璃钢壳体外观要求较高。要求表面光滑、色泽均匀、无裂纹。表面上气泡直径大小35mm，并且每平方米内不得超过3个；不允许有直径大于5mm的气泡出现，而所有气泡在产品出厂前都应进行修补。(2)因为冷却塔壳体外表面质量要求高，故壳体制造时常采用玻璃钢阴模成型。玻璃钢模具表面要求达到镜面光洁度。(3)翻制壳体构件的玻璃钢模具，必须保证尺存精度，其误差应在设计公差允许范围以内。(4)为了防止变形，壳体构件脱模时，必

36、须保证充分固化。当室温在1530，固化时间为824h。控制配方，可使8h后脱模。糊制好的壳体构件，在6080条件下加热12h，即可脱模，这样可以提高模具周转率。(5)壳体翻边是壳体构件的连接法兰，必须相互平行，为此在设计模具时，不仅要保证尺寸精确，而且要预先估计到变形的可能性。(6)为了避免应力集中，法兰翻边的厚度不能偏差太大也不允许发生树脂积聚现象。(7)法兰部位的形状如图2-1所示。(8)对于有防火要求的冷却塔，必须采用阻燃树脂。图2-1 连接法兰的形状16Fig.2-1 The shape of connecting flange3)塔体手糊成型工艺流程14图2-2所示为手糊成型工艺流程

37、图：玻璃纤维毡、布烘干处理裁剪模具准备涂脱模剂胶衣层成型手糊成型固化脱模后处理检验树脂胶液配置制品图2-2 塔体手糊成型工艺流程Fig. 2-2 Tower hand lay-up process4)玻璃钢件的质量检测外观 塔体外表面应有均匀的胶衣层，表面应光滑、无裂纹、色泽均匀；塔体表面的气泡和缺损允许修补，但应保持色泽基本一致，修补后的塔体外表面上直径35mm的气泡在1m2内不允许超过3个，不允许有直径大于5mm以上的气泡；下塔体内表面应为富树脂层；塔体边缘应整齐、厚度均匀、无分层、切割加工断面应加封树脂。固化度和巴氏硬度 聚酯玻璃钢的固化度不小于80%，巴氏硬度不小于35；环氧玻璃钢的古

38、化度不小于90%。弯曲强度 织物增强聚酯玻璃钢的弯曲强度不低于147MPa，织物增强环氧玻璃钢的弯曲强度不低于196MPa；短切毡增强玻璃钢的弯曲强度不低于78.4MPa15。第三章 设计过程3.1 塔体结构分析及设计冷却塔结构设计 一般应进行荷载确定及组合、塔体钢架结构设计、玻璃钢塔体外壳设计及安全系数选择等内容。塔体尺寸：塔体结构尺寸包括：上下塔体高度、塔体直径、进风口尺寸、淋水装置高度及风筒外形尺寸等。其中冷却塔的塔体直径是冷却塔设计的主要指标，应依据冷却塔淋水装置的热力学特性设计值与已知该种填料的热力特性试验值进行比较确定。塔体设计:(1)外荷载的确定 塔体承受的外载荷主要有风机质量、

39、风荷载、塔各部件质量、填料与塔正常运行时的积水质量、风机运行时塔内的负静压力、维修安装入员质量、积雪荷载和地震力等。风荷载可以根据塔体形状、使用地点气候条件及安装高度查阅有关规定而确定。塔内积水量及正常运行时的循环水量可以根据实际需要，由试验实测数据计算。风机运行时在塔内造成的负压，可根据风量及风道阻力计算。(2)强度与刚度计算 逆流塔的上下塔体，一般都采用回转壳体的形式。为广增加壳体的局部刚度和改善壳体转折处的加应力状态，一般都在壳体母线及转折处设置周向加强筋。壳体连接处一般都采用翻边结构，用螺栓连接，在壳体上自然地形成丁一条T型筋。所以整个壳体形成一个变厚度的加强回转筋。应当着重指出的是，

40、要重视壳体的稳定问题，特别要注意壳体母线转折处及翻边连接处的局部强度和刚度。(3)安全系数的考虑 玻璃钢受材料性能不稳定性及成型工艺条件的影响，使其性能有较大的离散。玻璃钢的湿态强度明显比干态强度低。从常温开始，随着温度的升高强度也逐渐下降、因此设计时必须考虑湿热联合作用对玻璃钢性能的影响。下塔体设计：冷却塔集水池的作用是汇集淋水装置掉落下来的水滴，同时起储存和调节水量的作用。如果不考虑储存和调节水量时，可设计成集水盘。集水盘高度一般在300400mm，有效集水高度为250350mm。对中型和大型冷却塔设计都采用混凝土集水池。混凝土集水池的有效水深一般为1.21.5m，水池边舷高为0.3m。冷

41、却塔集水盘或集水池底部都设有水坑，坑深300500mm，坑内设有出水管和排污管，在出水口处应装设格栅或滤网。冷却塔水池底部应有不小于5%坡度的坡向集水坑。集水池还应设置溢流管、自动补给水管及强制补给水管。3.2 强度计算及工艺铺层设计3.2.1 上塔玻璃钢壳体结构设计3.2.3 铺层设计3.3 产品外观设计Catia制图:绘制冷却塔图步骤为:1. 构造冷却塔外形曲线2. 退出草图，旋转成型3. 根据冷却塔实体外形，对初步图形修改，进行凸台等基本操作。4. 操作界面上，新建平面，准备画下塔体5. 在新建平面上画上基本图形6. 退出草图界面，凸台成型7. 构建支架底座8. 在支架底部新建平面，构造

42、支架底部草图9. 退出草图界面凸台成型10. 绘图完成，进行尺寸标注图3-6 冷却塔外观视图Fig.3-6 The appearance view of cooling tower图3-7 冷却塔正视图Fig.3-7 The front view of cooling tower图3-8 冷却塔俯视图Fig.3-8 The top view of cooling tower第四章 结论与展望4.1 结论玻璃钢冷却塔的主要技术指标有热力性能、冷却效果、噪音大小、风机电耗等，这都是很重要的。但是玻璃钢冷却塔的寿命、工作可靠性在很大程度上取决于冷却塔壳体的强度。然而，实际上玻璃钢冷却塔因强度不足造成

43、的损坏却时有发生，主要表现在上壳体及下壳体严重变形。上壳体变形危害更大，因为上壳体一变形，风机叶片与壳体的间隙也随之改变，严重的会造成叶片端部与上壳体内壁相磨擦、碰撞，发生风机叶片将变形的上壳体磨穿的“割脖子自杀”现象。若不及时发现停机，则上壳进一步变形，将会发生上壳体塌陷，叶片、布水器损坏等严重事故。本设计课题针对以上问题，在冷却塔上下塔体设计上进行了缜密的计算过程，通过载荷计算、强度校核等确保冷却塔塔体设计的安全规范。其中上塔体肋加长到12cm，法兰翻边为12mm，塔体厚度为6mm.增强材料选择粗直径中碱玻璃纤维纱、织的方格布，集体材料选择常州253厂生产的TM-189树脂，并加入UV9紫

44、外线吸收剂，以此不仅增强了冷却塔的安全性也获得了更高的经济效益。4.2 展望冷却塔的设计包括塔体尺寸、淋水装置、进风口设计、配水系统、风机、收水器、风筒和导圈、下塔体设计、塔体设计、降噪这十个方面，淋水装置的类型及种类直接关系到冷却塔的工作效率。填料的研究目的能提高热力特性，同时能降低通风阻力。进风口的设计一定程度上会影响填料的使用效率。冷却塔的各个组件在设计或者选型中相互影响，对冷却塔的性能发挥了重要的作用。但与复合材料直接有关的内容，只有上下塔体的复合材料壳体结构，为此，本设计仅仅对上塔体和下塔体(集水池)的设计和制造进行论述。而其他方面的设计研究仁需关注，在玻璃钢壳体计算中，计算公式和实际制品结构很难保持一致，再加上玻璃钢壳体在外力作用下会发生应力变形，所以在实际设计过程中，只能根据计算公式大概的进行设计，然后再根据实物模拟实验最后决定结构尺寸，才是较为合理的。冷却塔结构是一空间高耸薄壳结构，属特种结构范筹。人们在过去几十年的电力生产实践中对冷却塔结构有了一定的认识和了解，也取得了不少的成功经验，但仍有不少的课题仍需要进一步去深化、去探索、去研究。例如怎样从理论上解决运行期的屈曲稳定间题，施工期的屈曲稳定间题如何表述，通风筒壳体曲线和尺寸变化时的空气动力特性，风压分布随塔变化的规律，怎样进行冷却塔的优化乃至循环水系统的全面优化，总之，还有许多值得去解决去研究的间题，相信随着