卧式水箱为了承受内部压力,在结构设计和材料用量上比立式水箱要求更高、更复杂。下面我们从几个关键方面来详细解释:
1. 结构力学与压力分布(最核心的原因)
· 立式水箱: 水的压力(静水压)与水的深度成正比。立式水箱虽然高,但它的底面积相对较小。因此,它承受的最大压力主要集中在底部的一小片区域。侧壁承受的压力从顶部(几乎为零)到底部(最大)呈线性增加。这种压力分布使得水箱的侧壁可以做成上薄下厚的渐变设计,或者在底部增加局部加强筋即可有效应对,整体材料使用相对经济。
· 卧式水箱: 卧式水箱的特点是“躺”着的,它的长度远大于高度。这意味着它的整个下半部分筒体都承受着几乎相同的、最大的静水压力。为了抵抗这种均匀的、大面积的压力,防止筒体“鼓肚”变形,整个筒体(尤其是下半部分)的钢板必须整体加厚,或者在内部设置大量密集的加强圈。这直接导致了材料成本和加工工时的增加。
可以做一个形象的比喻:
· 立式水箱像一个高楼,压力集中在底层,只需要把地基和底层做坚固就行。
· 卧式水箱像一个跨江大桥,整个桥面(筒体)都需要有足够的强度和结构来支撑自身和车辆的重量(水的压力)。
2. 材料用量与成本
如上所述,由于卧式水箱需要整体更厚的钢板或额外的加强结构,其单位容积(每立方米)所消耗的钢材量通常高于立式水箱。钢材是水箱成本的主要部分,材料用得多,价格自然就上去了。
3. 制造工艺与复杂性
· 立式水箱: 通常采用环向焊接,制造工艺相对标准、简单。
· 卧式水箱:
· 封头: 卧式水箱两端的封头通常是承受内部压力的薄弱点,因此大多采用承压能力更好的椭圆形封头或碟形封头。这些封头的冲压成型比立式水箱平底所需的简单平板要复杂得多,成本也更高。
· 支座: 卧式水箱需要专门的鞍式支座,支座与筒体的接触部位会产生局部应力,需要进行额外的加强计算和设计,这也增加了制造的复杂性。
4. 运输与安装
· 立式水箱: 通常是在使用现场进行组装和焊接,运输的是板材,运输成本相对较低。
· 卧式水箱: 中小型的卧式水箱经常在工厂内制造完成,作为一个整体运输。由于其直径大、长度长,属于超宽、超大的货物,运输难度大,需要特殊的车辆和手续,运输成本非常高。即使是大型卧式水箱需要现场组装,其弧形的封头和筒体的卷制也比立式水箱的平板更复杂。