消防气瓶用爆破片性能研究与分析.docVIP

消防气瓶用爆破片性能研究与分析 关键词：消防气瓶；爆破片；压环；爆破压力 1 爆破片在消防行业的使用背景 随着经济的逐步发展，人们对消防的作用越来越重视。现今的工业用灭火系统主要有：CO2(高压和低压)、混合气体、七氟丙烷等气体灭火系统，原有的卤代烷由于会对臭氧层造成破坏，已经基本被淘汰使用。为了保证灭火效果，消防气瓶一般都是在高压状态下工作，气瓶本身也都是按压力容器要求来设计的，因此从安全角度考虑，需安装超压泄放装置。根据公安部天津消防研究所的规定，这些灭火系统中安全阀及瓶头阀上应安装有安全膜片和刺破膜片。安全膜片用于保护装有灭火气体的气瓶，刺破膜片用于启动灭火系统。 2 消防气瓶用爆破片性能研究 用于消防系统的安全泄放装置一般要求泄放口径小、泄放压力高；爆破片具有泄放压力精度高、密封性好、动作灵敏、耐疲劳、安全可靠等特点，因而是消防系统的首选泄放装置；正拱普通型爆破片又正好可以满足泄放口径小、泄放压力高这一要求，理所当然也就成为现今最为推广、流行的消防气瓶用爆破片。 2．1 圆板型爆破片 这是在消防气瓶上较早期使用的一种爆破片，整个爆破片是一简单的金属圆平片，因而加工简单，爆破压力主要由膜片厚度和其上压紧装置内径来决定；但由于未预拱成型，从而在工作过程中会产生较为明显的塑性变形，抗疲劳性差，容易提前爆破，现今基本不再使用。 2．2 正拱普通(LP)型爆破片 是现今最为推广、流行的消防气瓶用爆破片，由于使用前已经预拱成型，因而抗疲劳性较好。和圆板型爆破片一样，它必须与配套压环一起使用，压环上有一个经过机械加工的尺寸精确的泄放孔和一个支撑爆破片的圆角，且这些尺寸会影响爆破压力。 (1)爆破机理 正拱普通型爆破片由一个周边被夹持的金属圆平片在一侧施加静液压(或气压)，使其膨凸成拱形，如图l所示。预拱成型压力(为爆破压力的85％～92％)一般大于其工作压力，因此爆破片在工作压力下不再产生显著的塑性变形。随所受压力的增加，拱形膜片发生拉伸变形，拱形高度增加，膜片厚度减薄。当拱形膜片上的应力强度达到材料的强度极限时，膜片首先在拱形顶部(极点)破裂，随即整个膜片沿夹持边缘无规则地撕开。因此，这种爆破片又叫做拉伸型爆破片。 图1 LP型爆破片结构尺寸示意图 (2)爆破压力计算公式 经过严密的理论分析和多年的使用实践，正拱普通型爆破片的爆破压力可以采用以下公式进行估算： PB= KóbS/D PB——爆破片的爆破压力，MPa； ób——材料的强度极限，MPa； S——爆破片的初始厚度，取坯片厚度，mm K——与材料应变硬化程度有关的系数，K＝3～3.8，初步估算可取3.5； D——爆破片的泄放口径，mm； 考虑到膜片圆角半径对小口径爆破片爆破压力影响较大，我们在计算爆破压力时D应按下式计算： D=Do+2kr Do——爆破片的名义直径，取压环的内径，mm r——爆破片圆角半径，mm； k—一般可取k＝0.6； (3)影响爆破压力的几个主要因素 从正拱普通型爆破片的爆破压力计算公式可以看出，影响爆破压力的因素除了材料本身的强度以外。还与爆破片的厚度、名义直径及圆角有关。在其它条件相同情况下，膜片越厚，则爆破压力越大；泄放口径越小，压力也越大。在实际使用过程中，还发现温度对消防气瓶用爆破片有较为显著的影响，关于这一点，后面还要详细讨论。 (4)计算公式试验验证 本试验是在上海华理安全装备有限公司的爆破试验装置上进行的。利用其装置选用同——种材料(且已测得材料强度极限为750 MPa)在20oC下进行了五组试验，以下是试验结果。 表1 试验爆破片原始数据及结果分析(单位为mm) 由于影响爆破片爆破压力因素诸多，比如材料性能、生产制造工艺、爆破试验装置等等，因而任何理论计算公式仅能作为参考，爆破片的最终爆破压力仍需由试验来决定。但从上面试验结果分析可以看出，本文所推荐的计算公式理论计算值和相应试验数据误差基本控制在10％以内。应该说对工程实践是有很大参考意义的。 2．3 消防气瓶用爆破片组合装置 消防气瓶用爆破片装置一般由压环、膜片、密封垫片三部分组成，安装在瓶头阀中或类似于瓶头阀的其它定位结构上，安装后爆破片拱的凹面处于压力系统的高压侧。由于气瓶工作压力较高，一般需加垫片以保证密封，而爆破片的爆破压力则靠压在其上面的压环来保证。图2为一安装在螺塞座(相当于瓶头阀)上的爆破片组合装置示意图。 图2 安装在螺塞座上的爆破片组合装置示意图 2．4 温度对LP型爆破片爆破压力的影响 温度对LP型爆破片爆破压力影。向较大，虽