水箱的设计.doc

1 概述
1.1 玻璃钢水箱的发展和应用
玻璃钢具有轻质高强、可设计性强和耐水性优良等特点，所以被广泛应用于各个行业、领域。采用玻璃钢制作水箱，解决了混凝土水箱重量大、易渗漏、易长青苔和钢板水箱易锈蚀、防锈涂层脱落污染水质等问题。而且玻璃钢具有结构形状设计的任意性，可以根据水箱不同部位受力情况设计出相应的壁厚以减少材料的浪费等[1]。
我国早在20世纪70年代就有玻璃钢水箱出现。近年来，由于玻璃钢技术上的突破，玻璃钢水箱已经在我国大部分地方推广利用。日本于1975年以法律规定禁止使用混凝土建造水箱，1986年高层建筑中的水箱有90％以上为玻璃钢水箱；美国于1984年制定了玻璃钢水箱国家标准：东南亚、中东、非洲一些国家都已广泛使用玻璃钢水箱。
主要品种有球形、圆柱形及长方体或正方体玻璃钢板块组合式，以组合式较多，此外还有整体式和组装整体式。制作方法有手糊法、SMC模压法、手糊模压法、RTM法等。玻璃钢水箱应用领域：工矿企事业单位、民用住宅、商用楼、写字楼、机关、宾馆、饭店、学校等公共建筑；生活用水、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；各种类型的循环水、冷却水、热水供应系统用水及酸碱储备等[3]。
1.2 玻璃钢水箱的特点
用玻璃钢制造水箱，有如下优点：①耐水的腐蚀，不会生锈，在长期使用过程中无需定期停产维修；②无金属离子，不会污染水质，特别适用于贮存去离子洁净水；③不会生青苔及其它微生物；④自重轻、可提高贮存水效率，降低工程造价；⑤成型制造方便，可整体成型或在工厂预先制成板块，在现场快速安装；⑥强度高，抗震性能好；⑦美观。因此特别受到制药、电子、半导体行业欢迎并广泛使用。它的唯一缺点是首次投资较水泥、钢材贵[4]。
1.3 玻璃钢水箱的种类
（1）SMC组合式玻璃钢水箱:由SMC模压板块、密封材料、金属结构件及配管系统现场组装而成。给设计和施工带来极大方便。一般水箱按标准设计，特殊水箱需要专门设计。可根据用户需要组装1-1500立方米的水箱。若原有水箱需要更换，由门运入模压单板，即可组装，玻璃钢水箱适应性很强，便于设计，施工便捷。玻璃钢水箱的密封使用专门研制的定型产品密封带，该密封带无毒、耐水、弹性大、不易变型，使用寿命在30年左右。SMC组合式玻璃钢水箱整体强度高，无渗漏，无变形，保养、检修便捷。
（2）玻璃钢组装式水箱：设计水箱主体强度时，需考虑不同地区的风压、积雪、地震及人体载荷等诸多因素，所以要根据用户需要组装成不同容量的水箱。玻璃钢组装式水箱设有扬水、给水、溢水、排水、入孔、梯水等装置，是现代建筑及旧水箱改造最理想替代产品。
（3）玻璃钢整体式水箱：整体水箱指无拼接缝的水箱，整体式水箱一般容量较小。其优点是使用安装方便、节省空间、不渗漏、重量轻、强度大、抗冲击、抗弯曲、易修复。亦可用玻璃钢内衬的方法制做整体水箱，适用于制作以混凝土、金属、各类基材水池及水箱的防腐内衬，不仅具有优良的防腐、防渗功效，而且施工方便，成本较低。整体内衬水箱目前广泛应用于消防水箱及各类防腐工程中。
本文根据设计条件，对玻璃钢水箱进行了如下设计：①造型设计，设计出外形美观且符合标准的水箱，并给出了造型图；②性能设计，通过对内衬层、结构层和外表层可选用的树脂基体和增强材料进行分析，得出满足性能要求的设计；③结构设计，根据水箱的受力条件和外界环境条件，对水箱的壁厚设计，选取合适壁厚，并对其进行了校核；④工艺设计，介绍了手糊和SMC成型工艺，并给出了水箱的成型工艺；⑤零部件设计，对水箱上需要安装的零部件进行了孔的大小和定位的确定，并附上各零部件图；⑥组装和安装，讨论了水箱的组装和安装方式；⑦检验，对水箱进行外观和内部质量的检验。通过这一系列的设计，最终能够得到符合要求的水箱。

2 球形水箱造型设计
2.1 设计条件
球形玻璃钢水箱，水箱容积，介质为盐水，安装位置：地面（室内）。
2.2 水箱造型设计
常见的手糊成型整体式玻璃钢球形水箱结构，见图2.1，玻璃钢球形水箱一般设计成上下两个半球部件。上半球设有人孔、气孔、进水孔、溢流孔；下半球设有出水孔、排污孔；附件有内外梯、托架、钢板基座等。

图2.1 玻璃钢球形水箱造型设计简图
1—人孔；2—进水孔；3—溢流孔；4—法兰盘；5—支架；6—基座；7—下球体；8—排污孔；
9—出水孔；10—上球体；11—满水线；12—气孔

2.3 水箱基本尺寸确定
设计要求：球形玻璃钢水箱，水箱容积。由公式可得，水箱的半径，取半径，即直径。经查阅中华人民共和国行业标准JC658.2-1997查表2.1，设计球形水箱的最高水位为。

表4.1 最高水位取值
项目
数值
水箱高度
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
最高水位
0.7
1.2
1.6
2.1
2.6

按行业标准HG-T 21504.1-1992查得如下结论：
（1）进水孔位于水箱上半部分侧壁略高于溢水孔位置。
（2）水箱溢流口开在水箱侧壁，是控制水位的通道，溢流口应比进水口大20mm。且应比设计水位高20mm。
（3）通气口开在水箱顶部，为防止污染应装上丝网罩。
（4）球壳的支承部分设计在赤道部位。因此每根支柱都承受相同的载荷。为保证其稳定性，且由于三角形稳定性最好。因此设计成四个支座，每个支座上有三个支柱。
（5）具体的相关零部件的定位尺寸均可以从图2.1中看出。

3 球形水箱性能设计
性能设计主要是根据设计的条件要求，进行基体材料和增强材料的选择以及辅助材料的选择。
原材料的选择原则有[5]：①比强度、比刚度高的原则；②材料与结构的使用环境相适应原则；③满足结构特殊性要求的原则；④满足工艺性要求的原则；⑤成本低效益高的原则。
表3.1为典型树脂基体的性能比较
特性
环氧树脂
聚酯树脂
酚醛树脂
呋喃树脂
耐酸性
耐碱性
耐水性
耐溶剂性
耐热性
机械性能
电气性能
固化时挥发物
固化收缩率
成型压力
最大优点
最大弱点
价格
较好
较好
最好
一般
较低
好
最好
无
小
低--中
机械性能好
不易脱模
高
一般
差
很好
差
低
好
好
无
大
低----中
工艺性好
收缩大
低
好
差
很好
好
较高
较好
好
有
较大
低---高
耐酸
性脆
较低
好
好
好
好
高
较好
好
有
较大
低---高
耐酸耐碱
工艺性差
较低

表3.2 不饱和聚酯树脂对于盐水的耐腐蚀性能比较

介质
树脂类型
邻苯型
间苯型
双酚A型
乙烯基脂型
饱和食盐水
中
中
优
优

3.1 内衬层性能设计
内衬层，其功能主要起抗腐蚀和防渗漏作用。内衬层也称富树脂层，含胶量90％以上。内衬层表面应光滑平整、不允许纤维裸露、不允许有明显气泡[6]。
3.1.1 基体树脂的选择
要达到上述要求，首先要根据水箱的使用情况选好树脂。由于水箱所盛装介质为盐水，故内衬层用树脂要耐水、耐腐蚀。如环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的双酚A系和乙烯基酯。考虑到不饱和聚酯树脂价格便宜、颜色透明，可以配成各种颜色，故该设计中选用乙烯基酯树脂，并且要保证充分固化[7]。
3.1.2 增强材料的选择
可作为增强材料的纤维有玻璃纤维及其织物、芳纶纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳纤维等。玻璃钢制品则以玻璃纤维及其织物为主。内衬层厚，考虑到耐水、耐腐蚀性，增强材料一般选择无碱玻璃纤维表面毡和短切毡。
3.2 结构层性能设计
结构层是水箱壁的主要结构，含胶量为35％~55％，用来承受外载荷。玻璃钢水箱的结构设计主要是确定这一层的铺设方式和厚度。
3.2.1 基体树脂的选择
为了降低生产成本，可选用191#、189#通用不饱和聚酯树脂，针对该产品采用191#通用不饱和聚酯树脂。
3.2.2 增强材料的选择
考虑到形变性、浸润性、成型性等方面的要求，选、中碱玻璃纤维无捻粗纱方格布，在此，选用中碱玻璃纤维无捻粗纱方格布。
3.3 外表层性能设计
外表层是水箱结构层的外保护层，含胶量为60％~70％，其功能是保护结构层免受外界机械损伤和外界环境条件引起的老化，同时也是对水箱外表面的装饰。
3.3.1 基体树脂的选择
胶衣树脂的选择。因为是放在室内不需要考虑耐候性、耐雨水侵蚀和抗老化等性能，所以可选用通用性不饱和聚酯树脂。这里选用191#通用不饱和聚酯树脂。
3.3.2 增强材料的选择
外保护层较内衬层薄，设计成，可选用中碱玻璃纤维表面毡。
3.4 辅助材料的选择
常用的辅助材料有：引发剂、促进剂、固化剂、稀释剂、填料、着色剂等。
为使树脂按工艺要求固化以及改进树脂的理化性能或固化后制品的某些性能如阻燃抗静电、耐磨等性能，通常在树脂配方中加入某些助剂如固化剂、引发剂、促进剂、阻燃剂、脱模剂、低收缩剂等。固化剂也称引发剂，它能使树脂固化，是树脂配方中不可缺少的组成部分，并且对树脂性能有极大影响，不同树脂的固化体系不一，即使同一种树脂，使用环境不同，固化剂加入的量也不尽相同，需要在使用前充分试验，确定配方后方可正式使用。在玻璃钢中使用的不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂等溶解在乙烯基单体中，它们进行共聚反应，是要由引发剂分解产生的游离基来引发，常用的引发剂有两种，有机过氧化物和偶氮化合物。
该玻璃钢水箱，鉴于是普通玻璃钢产品设计又考虑到通用的使用原则，引发剂选用过氧化环己酮糊、过氧化甲乙酮液等；促进剂用萘酸钴苯乙烯溶液；脱模剂采用聚乙烯醇溶液、脱模蜡等。

4 球形水箱结构设计
水箱结构设计主要通过结构强度、刚度计算来确定结构尺寸。设计要求是外形美观、施工方便、整体组装拆卸容易[10]。
设计要求：球形玻璃钢水箱，水箱容积。由公式可得，水箱的半径，取半径，即直径。根据表4.1，设计球形水箱的最高水位为。
4.1 设计载荷
4.1.1 静载荷
（1）壳体自重：
（2）贮存介质重量：
（3）附件重量：附件包括支柱、拉杆、人梯等等，按照一般情况取
（4）人载荷重量：考虑到球体较小，只适合一个人在上面进行操作，按照一般
况取。
综上所述：取载荷的总重量，即
4.1.2 动载荷
应为在室内所以只有地震载荷，参考文献，取地震载荷为。
综上所述，总压力为
4.2 组合载荷
在载荷组合中，因为球壳的支承带在赤道部位，所以每根支柱都承受相同的载荷。现设计为八根支柱，则每根支柱承受的载荷为。
4.3 球体应力分析
球体应力主要是由气体内压力和贮存物料的液柱静压力所产生的。玻璃钢球形水箱多属薄壁球体(外径与内径之比小于1.2)[11]。
图 4.1 支撑示意图 图 4.2 计算的几何参数

如果球壳的支承带在赤道部位，对于水箱半径为、厚度为，贮满密度为盐水介质的球体，由旋转薄壳的无力矩理论平衡方程，可求得在赤道以上区域为
（4.1）
（4.2）
在赤道以下区域，由于支座反力的存在，其计算公式为
（4.3）
（4.4）
为了计算方便，采用图3所示的几何参数，上式可演变成如下公式。
在赤道以下区域为
（4.5）
（4.6）
式中：—水箱半径；—球壳壁厚；—盐水密度，常温下为。
4.4 球体强度条件
按一般手糊玻璃钢制品力学性能取 ：

考虑到该水箱安装在室内地面上，内装介质为盐水，且考虑到长期载荷下使用10年以上及蠕变的影响，取取安全系数为10，即，由此该球体材料的许用应力为：

4.5 球体壁厚设计
由玻璃钢球壳的强度条件，将许用应力带入上式，求出玻璃钢球壳各个部分的厚度。
将球体沿水平方向平均分为五个带[12]。
当水箱中的水处于最高水位时即时进行厚度设计。
第一带 时，
故由公式（4.1） 可得
第二带 时，
故由公式（4.1） 可得
第三带 ，时，
故由公式（4.5） 可得2.9mm
第四带 ，时，
故由公式（4.5） 可得
第五带 ，时，
故由公式可得
为了手糊成型的方便采用均匀壁厚，因此设计采用最厚的壁厚即
4.6 球形水箱水平方向增量校核
由于水箱理化性能要求水箱变形侧壁不超过高度的0.5﹪。计算公式为：
（4.7）
式中，为球壳在水平方向直径的增长量；为水压；、分别为球壳玻璃钢材料的拉伸弹性模量、泊松比。查HG21504.1-92得，。则：

因此应当增加壁厚，将代入得：

考虑到实际情况，另外附加的壁厚，故。

5 球形水箱工艺设计
玻璃钢水箱的制作工艺分为喷射成型工艺、手糊成型工艺和SMC模压成型工艺等。
5.1 喷射成型
喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。
喷射成型机分压力罐式和泵供式两种：①泵式供胶喷射成型机，是将树脂引发剂和促进剂分别由泵输送到静态混合器中，充分混合后再由喷枪喷出，称为枪内混合型。树脂泵和助剂泵由摇臂刚性连接，调节助剂泵在摇臂上的位置，可保证配料比例。在空压机作用下，树脂和助剂在混合器内均匀混合，经喷枪形成雾滴，与切断的纤维连续地喷射到模具表面。②压力罐式供胶喷射机是将树脂胶液分别装在压力罐中，靠进入罐中的气体压力，使胶液进入喷枪连续喷出。工作时，接通压缩空气气源，使压缩空气经过气水分离器进入树脂罐、玻纤切割器和喷枪，使树脂和玻璃纤维连续不断的由喷枪喷出，树脂雾化，玻纤分散，混合均匀后沉落到模具上[13]。
5.2 SMC模压成型
SMC是干法生产玻璃钢制品的一种中间材料。它与其它成型材料根本区别在于它的増稠作用。在浸渍玻璃纤维时体系粘度较低，浸渍后粘度迅速上升，达到并稳定在可供模压的程度。SMC成型的特点[14]：
（1）操作方便，易于实现自动化，生产效率高，改善了湿法成型的作业环境和劳动条件。由于増稠剂的化学増稠作用，使SMC处于不粘手状态，避免了一般预成型工艺由于粘滞性带来的许多麻烦。
（2）成型流动性好，可成型结构复杂的制品和大型制品。
（3）制品尺寸稳定性好，表面光滑，光泽好，纤维浮出少，简化了后处理工序。
（4）增强材料在生产和成型过程中均无损伤，制品强度高。不足之处是设备造价较高，设备操作和过程控制较为复杂。
5.3 手糊成型
5.3.1 手糊成型工艺特点
（1）成型不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂的产品的生产。
（2）设备简单、投资少、见效快。
（3）工艺简单、生产技术易掌握，只需经过短期培训即可进行生产。
（4）易于满足产品设计需要，可在产品不同部位任意增补增强材料
（5）制品的树脂含量高，耐腐蚀性能好。
缺点：生产效率低、速度慢、生产周期长、不宜大批量生产。且产品质量不易控制，性能稳定性不高。产品力学性能较低。生产环境差、气味大、加工时粉尘多，易对施工人员造成伤害。
5.3.2 手糊成型具体过程
（1）生产准备
手糊成型工作场地的大小，根据产品大小和产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15℃～35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。
模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。
树脂胶液配制：配制时，要注意两个问题：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。
增强材料准备：增强材料的种类和规格按设计要求选择。
（2）糊制与固化
铺层糊制：手工铺层糊制分湿法和干法两种：
干法铺层：用预浸布为原料，先将预选好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。
湿法铺层：直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。
手糊工具：手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊等。
固化：制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到固化一般要24h，此时固化度达50％～70％，可以脱模，脱后在自然环境条件下固化2周才能使制品具有力学强度，其固化度达85％以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h。中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。
（3）脱模
脱模：脱模要保证制品不受损伤。
脱模方法有如下几种：
①顶出脱模：在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。
②压力脱模：模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水压入模具和制品之
间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。
③大型制品脱模可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。
④复杂制品可采用手工脱模方法 先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具中
剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。
④尺寸修整：成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；缺陷修补：包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。
5.4 工艺的选择
综合比较以上几种成型方法的优缺点可以看出，手糊成型法是一种低压成型法，它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、相对成本较低，因此在这里水箱的制作采用手糊成型工艺。

6 零部件相关
零部件的设计包括支柱、进水孔、出水孔、人孔、排污孔、气孔、溢流孔、钢板基座、地脚螺钉等的设计。由于水箱容积为的容器，以下零件的具体孔位及尺寸均可按容器行业标准HG-T 21504.1-1992以及法兰的行业标准HG21515-2005查得。
6.1 水箱上有关孔位的确定
（1）进水孔是水进入水箱的入口。一般开在水箱侧上壁略高于溢流孔的部分。在此取直径为80mm，颈高为120mm，与外接管用法兰连接。
（2）出水孔是水流出水箱的出口。为防止沉渣排出,出水口应略高出水箱内底，且不少于50mm，在此取直径为80mm，颈高为120mm，与外接管用法兰连接。
（3）排污孔开在水箱底部的最低部位，以便排出沉渣等。在此取直径为80mm，颈高为120 mm，与外接管用法兰连接。
进出水孔、排污孔零件图如下图6.1：

图6.1

（4）气孔：通气口开在水箱顶部，为防止雨水污染，气孔设计成弯头。通气孔开在箱
盖顶部，为防止污染应装上丝网罩。在此气孔内径取，颈高为。
气孔图如下图6.2：

图6.2 气孔及人孔盖板

（5）溢流孔：水箱溢流口开在水箱侧壁，是控制水位的通道，溢流口应比进水口大。
在此溢流孔内径取，颈高为。
溢流孔图如下图6.3：

图6.3溢流孔

（6）人孔：人孔是为了人进出水箱而设的开口，按照国家标准在此人孔内径取。
颈高为。
人孔图如下图6.4：

图6.4人孔

6.2 管配件
管配件可全部用短切毡增强，用钢模，用手糊成型按国家有关标准（见表6.1）制造法兰的厚度、法兰面的平整度要求很高，必须由熟练工人认真操作。
表6.1手糊成型法兰接管尺寸
接管内径

最小壁厚

法兰最小厚度

轮壳最小厚度

轮壳最小长度

25
5
13
6
51
38
5
13
6
51
51
5
13
6
51
76
102
152
508
5
5
5
6
13
13
13
25
6
6
6
13
51
51
51
102
610
6
29
14
114

6.3 支撑部件
由手糊整体式水箱行业标准JC658.2-1997查得相应水箱的支撑部件的相关尺寸为：支柱选择外径为：，壁厚6mm，长2500mm的钢管。
钢管图如下图6.5：

图6.5支撑钢管

地脚螺栓为M10，垫板为，厚10mm的碳素钢板。其中地脚螺栓和垫板都为标准件，尺寸无需设计。综上所述这些附件的设计完全符合要求。

7 球形水箱的组装和安装
7.1 水箱的组装
由于水箱安装在建筑物楼顶，因此水箱必须运抵至安装现场后才能进行组装。
在水箱运抵现场之前，也就是在工厂内，可先将水箱壳体上的进出水孔、溢流孔和排污孔都预先制作好。
人孔及接管法兰的安装可以待水箱整体拼装完成后再按前面第二部分的造型图所示位置现场开孔安装，也可在板块拼装前预先将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，可能运输不便（运输过程中被碰坏）。因此可以二者相结合，即箱顶部分的人孔接管法兰先在工厂安装到上球体上，并将各个孔连接的管件预先和相对应的法兰也在工厂预先做好，将相应的管件安装在球壳上，所有的管件在与箱体相连接都使用手糊的方式，在连接时都应按国家标准进行三角撑板加强和内外补强。管配件可全部用短切毡增强。待所有工作完成后，即可将所有组件运抵至现场后再进行安装。
7.2水箱的安装
由于排污孔和出水孔都位于箱体的底部，因此必须先将基座安装好，然后将水箱至于支架上面。
先将与地面固定的钢板基座通过螺栓连接起来，然后将支架焊接在基座上面。
接下来先将水箱下半部分安装在支架上，支架与水箱的连接为：先将支架与拉杆焊接，支架支撑在球形水箱的法兰处，通过螺栓连接起来。然后是水箱上下半球壳的连接。
上球壳和下球壳都设有法兰翻边，为保证连接的可靠性和接缝的密封性，采用粘接与螺栓连接相结合的混合连接方式，为防止接缝的渗漏，再用玻璃布条和玻璃毡条贴糊3～4层。
最后将人孔盖板用螺栓连接水箱顶部，至此，水箱就已基本安装完成。

8 产品检验
手糊成型整体式水箱，应符合JC658.2-1997标准规定。其材料中增强材料应符合GB/T14394中的规定；富树脂层应符合GB/T14354中的规定；辅助材料应复合GB 9865中的规定。玻璃钢水箱的检验可分为外观检验和内部质量检验[16]。
8.1外观检验
外观：水箱内表面为富树脂层，其厚度为，表面应光滑平整，不允许纤维裸露，不允许有明显气泡。水箱外表面有均匀胶衣层，表面光滑无裂纹，不允许有明显伤痕，色调均匀，外表面缺陷允许修补，但修补后和所用玻璃钢材料的颜色应保持一致。水箱边缘整齐、厚度均匀、无分层、加工断面应加封树脂。
8.2内部质量检验
水箱理化性能必须符合表8.1的规定。水箱水质性能必须符合GB 5749规定。根据不同实验项目分别采用整体式水箱或随炉试样，试验项目及试样形式见表8.2，其性能按相关的国家标准进行检测。
表8.1 水箱理化性能
项目
性能要求
拉伸强度

弯曲强度

弯曲模量

巴式硬度

树脂含量/%

富树脂层树脂含量/%

树脂固化度/%

吸水率/%

渗水率
不允许渗水
进出水口密封性
不允许漏水
满水变形
侧壁不超过高度的0.5%，底部不超过基条间距的2.5%

内在质量需用仪器检测，主要内容有:①物理力学性能；②化学性能；③结构力学性能（根据设计及规范要求进行）；④阻燃恻能；⑤其他性能（如透光、电性能、耐蚀性能等）。
8.2.1 拉伸性能试验
按GB/T 1447，玻璃钢板拉伸性能试验包括玻璃纤维织物增强塑料和短切玻璃纤维增强塑料的拉伸性能试验。其方法是将上述制作水箱的材料制成板材试样装在试验机夹具上，使试样在轴向载荷的作用下受到轴向拉伸，并使载荷逐渐增加、直至破坏。根据测量的载荷及试样的变形，然后计算出材料的以下拉伸性能：①拉伸强度（最大拉伸应力）；②拉伸弹性模量和拉伸割线弹性模量；③泊松比；④最大载荷伸长率和破坏伸长率；⑤拉伸应力和应变曲线。
8.2.2 压缩性能试验
按GB/T 1449，玻璃钢板压缩性能试验包括玻璃纤维织物增强玻璃钢板材压缩性能试验和短切玻璃纤维增强玻璃钢板材的压缩性能试验。其方法是将制作上述水箱的材料制成试样放在试验机上，使试样在轴向载荷作用下受到轴向压缩，并使载荷逐渐增加直至破坏。根据测量的载荷及试样的变形，然后计算材料的压缩强度和压缩弹性模量。
8.2.3 弯曲性能试验
按GB/T 1449，玻璃钢板弯曲性能试验包括玻璃纤维织物增强玻璃钢板材弯曲性能试验和短切纤维增强玻璃钢的弯曲性能试验。其方法是将试样放在试验机上，采用三点中心加载法，使试样受弯曲，载荷逐渐增加，直到使试样破坏或变形达到规定的挠度，根据测量的载荷及试样弯曲挠度，可以测定以下弯曲性能：
（1）在挠度小于或等于规定挠度下呈现最大载荷或破坏的材料，测定其最大载荷下或破坏时的弯曲应力（即弯曲强度）及其挠度。
（2）在挠度等于规定挠度下不呈现破坏的材料，测定其规定挠度下的弯曲应力。
（3）弯曲弹性模量。
（4）绘制弯曲载荷和挠度曲线。
8.2.4 巴氏硬度试验
按GB/T 3854，用巴氏硬度计的硬钢压针在标准弹簧试验力作用下，压入试样表面，用压针的压入深度确定材料试样硬度。定义每压入0.0076mm为一个巴氏硬度单位。
8.2.5 树脂含量的测定
按GB 2577，用灼烧法测定玻璃钢产品树脂含量其烧失量与原样重量的百分比即为玻璃钢的树脂含量。
8.2.6 树脂固化度的测定
固化度是检验热固性树脂基复合材料的固化质量和制品性能的重要指标。GB/T 2576，将试样粉末包在滤纸中置于索氏萃取器用沸腾溶剂反复萃取，使树脂中可溶部分萃取出来，不溶部分的树脂则认为已完全固化交联，不溶部分占树脂总量的百分比定义为固化度。
8.2.7 渗水性
将水箱放置在高度为45cm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24h后，观察有无渗漏现象。
8.2.8 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，观察水箱在满水状态下1h后进出水孔是否漏水。
8.2.9 满水变形试验
将水箱放置在高度为45cm以上，与水箱使用状态相同的台架上，在水箱侧壁及底部最大变形处装上百分表，安装时应避开加强筋，然后装满水放置1h后测定周围及底部的最大变形量。
8.3 水压失效压力试验
玻璃钢水箱水压失效压力试验是用压力泵，以一定的加压时间将清水打入密封的水箱式样内，均匀、连续加压，直至式样失效。失效包括下述内容：主要失效形式为爆破即瞬时或快速泄压现象；在打压过程中，罐体出现渗漏现象。
试验条件：
（1）试样标准环境为（23±2）℃。可将试样置于恒温的水槽内或直接在实验室空气环
境中试验。
（2）试样状态调节应在具有标准温度条件水槽内至少放置1h；或在试验标准温度条件
下至少放置16小时。
（3）加压水应保持清洁，若有特殊要求时加压用的液体介质或介质温度可另作规定。
（4）加压设备应具有对试样均匀、连续加载的能力。可以采用电动试样泵或配有压力
调节器和液压储存器的氮气瓶供压系统。
（5）压力表的误差应不大于满刻度的1％，且应使失效压力落在满刻度的60％左右。
（6）试验过程中应配备有安全防护措施，对压力系统应定期进行定期就检查。
（7）端部密封装置应具有承受最大试验压力的能力，且应避免因设计不合理而引起的
试样是试样失效。

9 设计结论
本产品的设计条件为：球形玻璃钢水箱，容积，介质为盐水，安装在地面室内。根据设计条件，本文对玻璃钢水箱进行了如下设计：
（1）造型设计：确定了外形为球形的水箱，另外对水箱的基本部件安装尺寸等都进行了初步确定。不仅符合力学要求而且美观。
（2）性能设计：内衬层选用乙烯基不饱和聚酯树脂，无碱玻璃纤维表面毡，含胶量为90％；结构层选用191#通用不饱和聚酯树脂，中碱玻璃纤维无捻粗纱方格布，含胶量为35％；外表层选用191#不饱和聚酯树脂，中碱玻璃纤维表面毡，含胶量为60％。
（3）结构设计：根据水箱的受力条件和外界环境条件，确定箱盖的厚度为，球体其中内衬层厚结构层，外表层厚，通过校核，这些厚度设计均安全。
（4）工艺设计：该水箱使用了手糊成型整体式法。
（5）零部件设计：对水箱上需要安装的零部件。进行了孔的大小和定位的确定，气孔直径为，位于水箱顶部；人孔直径，也位于箱顶；溢流孔直径，距离箱底；排污孔直径，距离箱底；出水孔直径，距离箱底；进水孔直径，距离箱底。
（6）组装和安装：在现场进行水箱零部件如进出水孔等的组装；组装完成后将水箱直接放置在钢架基座上，再用螺栓锚固，完成安装过程。
（7）检验，对水箱进行严格的外观和内部质量的检验，检验合格后方可出厂。

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