Разрывная мембрана , также известная как предохранительная мембрана , разрывная мембрана , разрывная мембрана или разрывная мембрана , представляет собой неповторно закрывающееся предохранительное устройство для сброса давления , которое в большинстве случаев защищает сосуд под давлением , оборудование или систему от избыточного давления или потенциального повреждения. условия вакуума .
Разрывной диск представляет собой тип жертвуемой детали , поскольку он имеет одноразовую мембрану, которая выходит из строя при заранее определенном перепаде давления, положительном или вакууме, и при соответствующей температуре. Мембрана обычно изготавливается из металла [1] , но для конкретного применения можно использовать практически любой материал (или различные материалы в слоях). Разрывные мембраны обеспечивают мгновенную реакцию (в течение миллисекунд или микросекунд при очень небольших размерах) на увеличение или уменьшение давления в системе, но после разрыва мембраны они не будут повторно уплотняться. Основные преимущества применения разрывных мембран по сравнению с использованием предохранительных клапанов включают герметичность, стоимость, время реагирования, ограничения по размеру, проходное сечение и простоту обслуживания.
Разрывные диски обычно используются в нефтехимической , аэрокосмической , авиационной , оборонной, медицинской, железнодорожной , атомной , химической , фармацевтической , пищевой и нефтедобывающей промышленности . Их можно использовать в качестве отдельных защитных устройств или в качестве вторичного предохранительного устройства для обычного предохранительного клапана ; Если давление увеличится и предохранительный клапан не сработает или не сможет достаточно быстро сбросить достаточное давление, разрывная мембрана лопнет. Разрывные мембраны очень часто используются в сочетании с предохранительными клапанами, изолируя клапаны от технологического процесса, тем самым экономя на обслуживании клапанов и создавая герметичное решение для сброса давления. Иногда для обеспечения максимальной надежности, хотя и с более высокими первоначальными затратами, иногда возможно и предпочтительно избежать использования устройств аварийного сброса давления путем разработки искробезопасной механической конструкции, которая обеспечивает локализацию во всех случаях.
Хотя устройства обычно изготавливаются в форме диска, устройства также производятся в виде прямоугольных панелей («панели разрыва», «вентиляционные панели» или взрывоотводные отверстия ) и используются для защиты зданий, закрытых конвейерных систем или любого очень большого пространства от избыточного давления, обычно возникающего из-за взрыва. . Размеры разрывного диска варьируются от 0,125 дюйма (3 мм) до более 4 футов (1,2 м), в зависимости от отрасли применения. Разрывные мембраны и вентиляционные панели изготовлены из углеродистой стали , нержавеющей стали , хастеллоя , графита и других материалов, в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
Разрывные мембраны широко используются в промышленности и указаны в большинстве мировых норм проектирования оборудования, работающего под давлением ( Американское общество инженеров-механиков (ASME), Директива по оборудованию, работающему под давлением (PED) и т. д.). Разрывные мембраны могут использоваться для специальной защиты установок от неприемлемо высоких давлений или могут быть сконструированы в качестве одноразовых клапанов или пусковых устройств, позволяющих с высокой надежностью инициировать и ускорить выполнение необходимой последовательности действий.
Во всех разрывных мембранах используются две технологии: прямое действие (нагрузка на растяжение) и обратное изгибание (сжатие). Обе технологии могут быть объединены с индикатором разрывной мембраны для визуальной и электрической индикации неисправности. [2]
В традиционной конструкции прямого действия нагрузки прикладываются к вогнутой стороне куполообразного разрывного диска, растягивая купол до тех пор, пока растягивающие силы не превысят предельное растягивающее напряжение материала и диск не лопнет. Плоские разрывные мембраны не имеют купола, но при приложении давления все еще подвергаются растягивающим усилиям и, таким образом, также являются дисками прямого действия. Толщина сырья, используемого при производстве (также известная как толщина стенки графитовых дисков), и диаметр диска определяют давление разрыва. Большинство дисков прямого действия устанавливаются в системах с коэффициентом полезного действия 80% и ниже. [3]
В более поздних версиях конструкции дисков прямого действия для точного ослабления материала использовались прецизионные или лазерные надрезы на материале во время производства, что позволяло использовать больше переменных для контроля давления разрыва. Этот подход к разрыву дисков, хотя и эффективен, имеет ограничения. Диски прямого действия склонны к усталости металла, вызванной циклическим изменением давления и условиями эксплуатации, которые могут выходить за рекомендованные пределы для диска, что приводит к разрыву диска при давлении разрыва ниже указанного. Низкое давление разрыва также представляет собой проблему для этой дисковой технологии. По мере снижения давления разрыва толщина материала уменьшается. Это может привести к тому, что диски станут чрезвычайно тонкими (похожими на оловянную фольгу), которые очень склонны к повреждению и имеют более высокую вероятность образования точечных утечек из-за коррозии. Эти диски до сих пор успешно используются и в некоторых ситуациях являются предпочтительными.
Разрывные диски с обратным изгибом представляют собой инверсию диска прямого действия. Купол перевернут, и давление теперь оказывается на выпуклой стороне диска. Как только порог разворота будет достигнут, купол рухнет и прорвется, создав купол в противоположном направлении. При этом диск открывается лезвиями ножа или металлическими точками, расположенными вдоль линии надреза на задней стороне диска. Нагружая диск обратного изгиба при сжатии, он способен противостоять циклическому давлению или пульсациям. Толщина материала диска обратного выпучивания значительно выше, чем у диска прямого действия того же размера и давления разрыва. Результатом является увеличение долговечности, точности и надежности с течением времени. Правильная установка дисков обратного продольного изгиба имеет важное значение. При установке в перевернутом положении устройство будет действовать как диск прямого действия и из-за большей толщины материала может лопнуть при давлении, значительно превышающем указанное. [4]
Панели продувки , также называемые панелями продувки , зонами с намеренно ослабленной конструкцией, используются в ограждениях, зданиях или транспортных средствах, где может возникнуть внезапное избыточное давление. Выходя из строя предсказуемым образом, они направляют избыточное давление или волну давления в том направлении, где оно причиняет контролируемый, направленный минимальный ущерб, вместо того, чтобы вызывать катастрофический отказ конструкции. Альтернативный пример — намеренно ослабленная стена в помещении, где хранятся баллоны со сжатым газом; В случае пожара или другой аварии огромная энергия, запасенная в (возможно, легковоспламеняющемся) сжатом газе, направляется в «безопасное» направление, а не потенциально разрушает конструкцию, как это происходит при термобарическом оружии .
В отсеках для боеприпасов некоторых танков используются противовыбросовые панели для защиты экипажа в случае взрыва боеприпасов, превращая катастрофическое поражение в поражение с меньшей огневой мощью. Противовыбросовые панели установлены на ряде современных основных боевых танков , в том числе на M1 Abrams .
На складах военных боеприпасов в конструкцию бункеров, содержащих взрывчатку, включены противовыбросовые панели. Такие бункеры обычно проектируются с бетонными стенами с четырех сторон и крышей из более легкого материала, покрытой землей. В некоторых случаях этим более легким материалом является дерево, хотя также используются металлические листы. Конструкция такова, что в случае взрыва или пожара в бункере для боеприпасов (также называемом шкафчиком) сила взрыва будет направлена вертикально, в сторону от других конструкций и персонала.
В прошлом противовыбросовые панели рассматривались как возможное решение проблемы взрывов магазинов на линкорах . Однако в проектах линкоров с 1920-х годов вместо этого использовалась схема брони «все или ничего» , особенно с ее бронированной цитаделью , охватывающей жизненно важные органы линкора, включая оборудование и магазины, и в случае пробития магазина единственным выходом является затопление магазина. Отсутствие противовыбросовых панелей привело к катастрофическим повреждениям при взрывах магазинов нескольких линкоров, включая « Тирпиц» и «Ямато» .
В некоторых моделях генной пушки также используется разрывной диск, но не в качестве предохранительного устройства. Вместо этого их функция является частью нормальной работы устройства, позволяя точно контролировать нанесение частиц на образец с помощью давления. В этих устройствах разрывной диск спроектирован так, чтобы выходить из строя в оптимальном диапазоне давления газа, который эмпирически связан с успешной интеграцией частиц в тканевую или клеточную культуру. Для некоторых моделей генных пушек могут быть доступны диски различной мощности.
