基于ANSYS的某正拱带槽爆破片的设计及仿真

2012-02-21焦仁雷谈乐斌潘孝斌

装备制造技术 2012年11期

焦仁雷，谈乐斌，潘孝斌

（南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094）

爆破片是压力容器、压力管道的断裂型安全泄放装置。在规定的温度下，当压力容器内的压力达到爆破片的标定压力时，爆破片会自行爆破，泻放出压力介质，但泄压后压力容器、压力管道也中断运行，以保障生命财产的安全[1～2]。随着爆破片技术的快速发展，需要安装爆破片装置的压力容器日益增多，而不同压力容器的设计参数各不相同，为了保证爆破片在特定的设计压力下准确爆破，每批爆破片装置都必须针对特定的压力容器进行设计，因此，设计任务非常繁重。由于爆破片的可靠性要求较高，采用传统的设计方法，设计速度慢，效率低以及造成材料的浪费等缺陷。通过ANSYS软件的有限元分析与优化，理论结合实际，从而最大限度的将问题解决在设计阶段，节省设计经费，缩短设计周期，具有重要的现实意义。

1 正拱带槽爆破片

正拱带槽爆破片是在普通的正拱型爆破片的拱面(通常在凸面侧)上加工有“十”字形减弱槽，在爆破压力下，减弱槽处因强度不足而断裂，整个拱面沿减弱槽掀起成为4瓣，如图1所示。正拱带槽型爆破片的最大特点是，爆破不产生碎片[3]。与其他正拱形爆破片相比，在一定爆破压力下，允许的工作应力较高，疲劳强度较好。

爆破片能否达到预期的功能，能否真正保护压力设备，配置、安装与维护是非常重要的。爆破片可以单独设置，作为唯一的安全泄压设备，爆破压力应不大于保护设备的设计压力[3]。爆破片可以是并联或者串联设置，爆破片还可以与安全阀串联或者并联使用。当爆破片与安全阀串联使用时，爆破片串联在安全阀的入口侧；而当爆破片与安全阀并联使用时，爆破片串联在安全阀的出口侧，否则，安全阀将失去作用。爆破片安装正确与否，对爆破片及其设备具有较大的影响。在实际应用中，爆破片安装不当会造成安全事故[3]。因此，在使用爆破片过程中，不要损伤爆破片的拱面，因为拱形金属薄片是爆破片的敏感元件，极易损伤。鉴于爆破片的安全性能对整个设备的重要性，所以要定期检查、更换。

图1 正拱带槽性爆破片爆破前后状态

图2 正拱带槽性爆破片的结构尺寸

2 爆破片力学模型

在室温下工作，材料选用SUS316，材料密度为7 930 kg/m3，坯料的厚度 S0=0.881 mm，槽宽 b=0.8 mm，d=80 mm，选 H/a=0.4[4]，如图 2 所示，其抗拉强度1 360 MPa，屈服强度820 MPa[11]，弹性模量195 GPa，泊松比0.3，正常的操作压力为0.2 MPa。正拱带槽爆破片的爆破压力可由下式估算[3～4]。