CN113339553B - 一种爆破片安全装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爆破片安全装置，包括立式爆破片筒体和爆破片组件；爆破片组件包括爆破片和夹持器，夹持器将爆破片横向夹持固定，爆破片和夹持器通过压紧法兰安装于爆破片筒体的顶端；爆破片筒体的侧壁设置有气孔，筒体底部端口与设备管道通过连接法兰固定连通，爆破片呈向下凹陷的弧形结构。使用本发明时，根绝泄放介质的特性，选择对空排放，或通过泄放管排放到收集罐。使用本发明时，一旦设备管道内压力升高至爆破片压力要求，爆破片爆破，此时实现安全泄放；一旦管道内发生水锤时，在冲击波作用下，介质上下运动，形成动态平衡，通过气腔空间可有效地消除水锤效应，降低水锤危害，此时爆破片装置起水锤吸纳作用。

Description

一种爆破片安全装置

技术领域

本发明涉及管道上的水锤防护技术，特别是一种具有超压泄放功能和水锤吸纳功能的爆破片安全装置。

背景技术

在很多设备的液体管道中，会存在突然停电或者在阀门关闭太快时，由于压力液体流动惯性，会产生液体的冲击波，即产生水锤现象。

比如：电动水泵全电压起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过高或过低的冲击，以及出现“空化”现象。 压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，即水锤效应。可见，这类冲击波来回产生的力，某些时候会很大，从而破坏阀门和/或水泵。

为满足系统超压泄放要求，同时避免水锤对系统的破坏，也会设计相应的防护结构，往往需要分别安装爆破片安全装置和水锤吸纳器，相应公开的技术方案：

例如，公开日为2020年1月21日，公开号为CN209975621U的中国实用新型专利文献公开了一种沉井式水锤防护设施，该设施包括有沉井、隔墙、进人孔、钢爬梯、倒U型钢管、支管、爆破片、空气阀、简易房屋。沉井内部被隔墙一分为二，隔墙的一侧安装有倒U型钢管，另一侧为水池。倒U型钢管的顶部安装有支管，支管上方安装有空气阀，支管管口安装有爆破片。当管道中出现正水锤压力导致压力过大时，爆破片爆破，泄放流量，降低管道中的压力，保证供水系统的安全运行。当供水管道中发生负水锤压力时以及因更换爆破片的间隙中空气进入支管时，空气阀用于进气和排气。本实用新型在不影响沉井原有功能的同时，可起到防护正负水锤压力的作用，且征地面积小，投资省，造价低，易安装。

再如，公开日为2021年3月12日，公开号为CN212689085U的中国实用新型专利文献公开了一种加强型水锤吸纳器，其结构包括吸纳器、加压阀和压力表，吸纳器顶端左侧锁接有加压阀，本实用新型具有以下有益效果，通过在吸纳机体内部设有双活塞，且在活塞之间设有气囊，使设备在单一活塞乃至双活塞损坏或者气舱泄压时仍旧能够右防水锤吸纳作用，且双活塞和气囊的三重组合，使设备对于水锤的抵消效果更强，更好的对管道和设施进行保护，通过在活塞一顶部设有敲击球和在维护盖设有敲击板，使设备出现泄压导致气舱压力不足情况时，因为活塞失去效果，活塞一在气囊生效前会被顶压至与维护盖相接，此时，敲击球会与敲击板触碰并发出敲击声响，使用户能够通过声音及时知晓设备压力不足情况，及时进行维护。

通过上述公开的技术方案，可以看出现有爆破片安全装置不具备水锤吸纳功能，而水锤吸纳器也是单一起水锤吸纳作用，所以很多场合需同时安装上述这两种设备。

所以，需要设计一种具有超压泄放功能和水锤吸纳功能的爆破片安全装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种爆破片安全装置，该装置结构简单，生产制造容易，安装也便捷，同时具有超压泄放和水锤吸纳双重功能，可用于泄放介质为液体的设备，该装置实用性和经济性强。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种爆破片安全装置，包括纵向设置的爆破片筒体和爆破片组件；所述爆破片组件包括爆破片和夹持器，夹持器将爆破片横向夹持固定，爆破片和夹持器通过压紧法兰安装于爆破片筒体的顶端；所述爆破片筒体的侧壁设置有气孔，爆破片筒体底部端口与设备管道通过连接法兰固定连通；

所述爆破片安全装置的工作原理为：

当设备管道正常运行时，气孔处于封堵状态，介质从设备管道自下而上通入到爆破片筒体内，爆破片筒体内上端封存一定量的气体并形成气腔；其中，爆破片筒体内的介质上表面低于气孔位置；

当设备管道内压力升高时，爆破片筒体内的介质上表面随之升高，气腔被压缩；压力持续升高，当气腔被压缩后的压力升至爆破片的爆破压力值时，爆破片爆破，实现泄压；

当设备管道内发生水锤时，在冲击波作用下，爆破片筒体内的介质上表面上下起伏，形成动态平衡，爆破片配合气腔吸纳设备管道内的水锤，保护设备管道不被破坏，实现防护。

对于上述爆破片安全装置，针对爆破片的进一步设计为：

（1）所述爆破片为弧形片状结构，该弧形片状结构的弧度是从水平线方向向下凹陷的。

（2）根据爆破片的爆破要求，计算气腔的最小气腔空间V _min1，计算公式为：

式中：R为爆破片的球冠半径；h为爆破片的球冠高度。

（3）根据设备的水锤吸纳要求，计算气腔的最小气腔空间V _min2，计算公式为：

式中：ρ为设备管道内介质的密度；c为介质的冲击波的传播速度；V _介质为爆破片筒体内的介质的体积；Δv为设备管道内介质流速度变化量，如果按阀门突然关闭考虑，Δv =1m/s；P ₁为运行压力，P ₂为爆破片的爆破压力值；k为爆破片筒体内的气体绝热指数；K _w 为介质的弹性模量。

对于上述爆破片安全装置，对于气腔的进一步设计为：

根据爆破片的爆破要求和水锤的吸纳要求，确定最终适用的最小气腔空间V _min，V _min=max（V _min1 ，V _min2）。

在设备未运行时，气孔作为充气孔，通过充气孔接管向气腔内充入满足使用需求的气体。

根据设备管道的运行压力、爆破片的爆破要求和水锤的吸纳要求，通过调整充入气体的量，调整气腔内的压力和气腔空间。

对于上述爆破片安全装置，根据泄放介质特性，例如泄放介质是否易燃、易爆、具有放射性、或其它危险介质，是否需要收集等，可以选择对空排放，或者，爆破片组件的上端连接泄放管，再通过泄放管向收集罐排放。

对于上述爆破片安全装置，所述设备管道的水平段管道上可设置有一段立式管道或者三通管，所述立式管道或三通管的纵向管道的顶部端口通过连接法兰与爆破片筒体底部端口连通。

本发明的有益效果如下：

本发明设计了具备多重功能的气腔和具有高操作压力比的爆破片组件，通过设备管道的运行压力、爆破片的爆破要求和水锤的吸纳要求，得到适度的气腔空间，可在设备运行压力不正常时，或者变化太快时，都可安全泄放，减小设备管道水锤破坏效应，有效实现超压泄放和水锤吸纳的功能，大大提高了设备的使用安全性，也提高了设备使用寿命。本发明还特别适用于泄放介质为液体的设备，因为具有高操作压力比。

附图说明

图1为本发明的一种状态的结构示意图。

图2为本发明另一种状态的结构示意图。

具体实施方式

一种爆破片安全装置，包括纵向设置的爆破片筒体和爆破片组件；所述爆破片组件包括爆破片和夹持器，夹持器将爆破片横向夹持固定，爆破片和夹持器通过压紧法兰安装于爆破片筒体的顶端；所述爆破片筒体的侧壁设置有气孔，爆破片筒体底部端口与设备管道通过连接法兰固定连通。

对于上述爆破片安全装置，针对爆破片的进一步设计为：

（1）所述爆破片为弧形片状结构，该弧形片状结构的弧度是从水平线方向向下凹陷的。

当需泄放的介质为液体时，一般技术人员根据传统技术，会一般选用向上拱起或平板型的爆破片，但是本发明中通过无数实验证明，与向下凹陷的爆破片相比，前两种爆破片的抗疲劳性能差，操作压力比低，而且爆破时还有碎片。

（2）根据爆破片的爆破要求，计算气腔的最小气腔空间V _min1，计算公式为：

式中：R为爆破片的球冠半径；h为爆破片的球冠高度。

（3）根据设备的水锤吸纳要求，计算气腔的最小气腔空间V _min2，计算公式为：

式中：ρ为设备管道内介质的密度；c为介质的冲击波的传播速度；V _介质为爆破片筒体内的介质的体积；Δv为设备管道内介质流速度变化量，如果按阀门突然关闭考虑，Δv =1m/s；P₁为运行压力，P ₂为爆破片的爆破压力值；k为爆破片筒体内的气体绝热指数；K _w 为介质的弹性模量。

对于上述爆破片安全装置，对于气腔的进一步设计为：

根据爆破片的爆破要求和水锤的吸纳要求，确定最终适用的最小气腔空间V _min，V _min=max（V _min1 ，V _min2）。

在设备未运行时，气孔作为充气孔，通过充气孔接管向气腔内充入满足使用需求的气体。

根据设备管道的运行压力、爆破片的爆破要求和水锤的吸纳要求，通过调整充入气体的量，调整气腔内的压力和气腔空间。

对于上述爆破片安全装置，根据泄放介质特性，例如泄放介质是否易燃、易爆、具有放射性、或其它危险介质，是否需要收集等，可以选择对空排放，或者，爆破片组件的上端连接泄放管，再通过泄放管向收集罐排放。

对于上述爆破片安全装置，所述设备管道的水平段管道上可设置有一段立式管道或者三通管，所述立式管道或三通管的纵向管道的顶部端口通过连接法兰与爆破片筒体底部端口连通。

所述爆破片安全装置的工作原理为：

当设备管道正常运行时，气孔处于封堵状态，介质从设备管道自下而上通入到爆破片筒体内，爆破片筒体内上端封存一定量的气体并形成气腔；其中，爆破片筒体内的介质上表面低于气孔位置；

当设备管道内压力升高时，爆破片筒体内的介质上表面随之升高，气腔被压缩；压力持续升高，当气腔被压缩后的压力升至爆破片的爆破压力值时，爆破片爆破，实现泄压；

当设备管道内发生水锤时，在冲击波作用下，爆破片筒体内的介质上表面上下起伏，形成动态平衡，爆破片配合气腔吸纳设备管道内的水锤，保护设备管道不被破坏，实现防护。

根据上述结构和原理，以下结合附图，举例做具体实施说明：

如图1-2所示，当运行的介质为水时，这里假设：爆破片筒体内水的体积为

，且

；系统设备的运行温度20℃，系统运行压力p ₁=1MPa；要求系统有安全泄放功能，安全泄放量W _s = 3×10⁵ kg/h，可对空排放。系统设备运行时有循环波动载荷，要求爆破片抗疲劳性能好。系统设备需快速开关阀门，设备管道允许的水击压力最高1.8MPa，设备管道内平均流速为v =1m/s。系统设备的管道材质为0Cr18Ni9。系统设备的设计压力2MPa。

根据上述要求：

1.根据系统运行温度、运行压力、设计压力，选择爆破片设计爆破温度20℃，设计爆破压力P ₂=1.5MPa。

2.根据系统安全泄放量，计算最小泄放面积，根据爆破片装置受载情况，开展设计计算，进而确定爆破片筒体规格为：φ89×4.5。

3.设备管道通过三通引出接管，并通过法兰与爆破片装置连接。法兰为DN80标准带颈对焊钢制管法兰。

4.为提高系统最大操作压力比大（运行压力与爆破压力之比），并保证爆破片抗疲劳性能，选择反拱形爆破片。

5.根据反拱形爆破片爆破要求，计算爆破片上游气体最小气腔空间V _min1。

6.根据系统水锤吸纳要求，计算爆破片上游气体最小空间V _min2。

7.综合考虑反拱形爆破片爆破要求和水锤吸纳要求，确定最小气腔空间V _min，取V _min = max(V _min1,V _min2)，在V _min基础上留有一定保守裕量，最终确定爆破片上游气腔空间高度为H = 300mm。

8.通过充排气接管，调整爆破片上游气腔压力和体积，满足系统运行压力要求和气腔高度要求。

通过上述实施例，可以看出，本发明用于运行设备时，可保证设备的安全运行。

Claims (6)

1.一种爆破片安全装置，其特征在于：包括纵向设置的爆破片筒体和爆破片组件；所述爆破片组件包括爆破片和夹持器，夹持器将爆破片横向夹持固定，爆破片和夹持器通过压紧法兰安装于爆破片筒体的顶端；所述爆破片筒体的侧壁设置有气孔，爆破片筒体底部端口与设备管道通过连接法兰固定连通；

所述爆破片安全装置的工作原理为：

当设备管道正常运行时，气孔处于封堵状态，介质从设备管道自下而上通入到爆破片筒体内，爆破片筒体内上端封存一定量的气体并形成气腔；其中，爆破片筒体内的介质上表面低于气孔位置；

当设备管道内压力升高时，爆破片筒体内的介质上表面随之升高，气腔被压缩；压力持续升高，当气腔被压缩后的压力升至爆破片的爆破压力值时，爆破片爆破，实现泄压；根据爆破片的爆破要求，计算气腔的最小气腔空间V _min1，计算公式为：

式中：R为爆破片的球冠半径；h为爆破片的球冠高度；

当设备管道内发生水锤时，在冲击波作用下，爆破片筒体内的介质上表面上下起伏，形成动态平衡，爆破片配合气腔吸纳设备管道内的水锤，保护设备管道不被破坏，实现防护；根据设备的水锤吸纳要求，计算气腔的最小气腔空间V _min2，计算公式为：

式中：ρ为设备管道内介质的密度；c为介质的冲击波的传播速度；V _介质为爆破片筒体内的介质的体积；Δv为设备管道内介质流速度变化量，如果按阀门突然关闭考虑，Δv =1m/s；P ₁为运行压力，P ₂为爆破片的爆破压力值；k为爆破片筒体内的气体绝热指数；K _w 为介质的弹性模量；

根据爆破片的爆破要求和水锤的吸纳要求，确定最终适用的最小气腔空间V _min，V _min=max（V _min1，V _min2）。

2.根据权利要求1所述的爆破片安全装置，其特征在于：所述爆破片为弧形片状结构，该弧形片状结构的弧度是从水平线方向向下凹陷的。

3.根据权利要求1所述的爆破片安全装置，其特征在于：在设备未运行时，气孔作为充气孔，通过充气孔接管向气腔内充入满足使用需求的气体。

4.根据权利要求3所述的爆破片安全装置，其特征在于：根据设备管道的运行压力、爆破片的爆破要求和水锤的吸纳要求，通过调整充入气体的量，调整气腔内的压力和气腔空间。

5.根据权利要求1所述的爆破片安全装置，其特征在于：根据泄放介质特性，选择对空排放，或者在爆破片组件的上端连接泄放管，再通过泄放管向收集罐排放。

6.根据权利要求1所述的爆破片安全装置，其特征在于：对于上述爆破片安全装置，所述设备管道的水平段管道上设置一段立式管道或者三通管，所述立式管道或三通管的纵向管道的顶部端口通过连接法兰与爆破片筒体底部端口连通。

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