爆破管及其高压处理工艺.pdf

本发明属于一种高压系统安全技术的泄压装置及其工艺，特别是爆破管及其高压处理工艺，属于IPC分类中F17C13/12。
    现有的高压工程中，如苏联专利SU-889-999、SU-838-242等主要采用爆破膜、爆破帽两类，某些类型的爆破帽沟槽中充入易熔粉末。作用是高压设备（如高压聚乙烯反应釜或管及高压人造水晶釜）工作中出现异常高压或高温时，此类膜或帽破裂后形成泄压通道，使系统压力下降到安全范围内，以保障设备安全。结构中主要敏感元件是爆破片（带环形或径向切槽的圆形片或拱形片）或带环形槽的爆破帽。达到预定爆破内压时，上述敏感元件破裂达到泄压目的。为达到精确泄压，要求敏感元件的材质、尺寸及形状等有严格要求，而且制造和检测有专门的设备和仪器。生产中要求很高的技术等级，因而仅有少数单位能掌握。由于产品成本高，形成价格昂贵，以致很多高压有危险的装置（如人造水晶釜）中未能普遍采用。此外，由于爆破压力提高带来工艺方面的困难，最高预定泄压上限只有700MPa的报导。

    本发明的目的在于提供一种能够具有高精度、高疲劳寿命的爆破管及其高压处理工艺。

    本发明是由下列措施实现的：本发明是一种用于高压系统泄压的爆破管及其高压处理工艺。爆破管也可以说是泄压元件，与高压系统结合就是泄压装置。爆破管径比即外直径与内直径之比为1.05-2.5、爆破管爆破压力P＝1.0-1400MPa。对爆破管进行高压处理的工艺是首先要对使用的设备、仪器进行安装、调整;第二步是对爆破管进行高压处理并进行记录;第三步是系统泄压，最后一步是测量爆破管的内、外直径，并确定爆破管的预定泄放压力。其详细步骤如下：首先进行设备连接，对爆破管进行高压处理所用的设备及仪器有爆破管安装座、卸压阀门、四通接头、高压发生器、压力传感器、高压管、压力显示放大器、函数记录仪、动态应变仪和数个应变计。它们连接关系是将被进行高压处理的爆破管安装在爆破管安装座上，爆破管安装座通过高压管71，同四通接头相接，四通接头还通过高压管72、73、74分别同卸压阀门、高压发生器、压力传感器相连接，压力传感器引线端同压力显示放大器地一端相连接，压力显示放大器的输出端同函数记录仪的X通道相连接。应变计按圆周方向贴在需要进行高压处理的爆破管外表面上，应变计连接到动态应变仪的输入端，动态应变仪的应变计放大信号同函数记录仪的Y通道相连接。然后对爆破管进行高压处理：首先将卸压阀门关闭，压力显示放大器、动态应变仪调整零位，使函数记录仪的记录笔选好内压一外表面切向应变曲线的起点（左上角或右下角）并落笔。之后，由高压发生器通过高压管73、四通接头、高压管71、72、74、爆破管安装座等施压于爆破管内腔、压力传感器和卸压阀门。压力传感器的信号通过压力显示放大器进行放大，输入函数记录仪的X通道;爆破管在内压作用下，其外表面切向（环向）应变信号通过应变计检测、动态应变仪放大后输入函数记录仪的Y通道（如双笔或三笔式函数记录仪，其他应变计输出可以分别接在Y2、Y3通道上），据此，函数记录仪绘出爆破管内压P（X轴）同爆破管外表面切向（环向）应变8t（Y轴）的P-8t（即X-Y）函数曲线，该曲线在压力开始上升阶段是一直线，其斜率除决定于仪器参数外，主要决定于爆破管的材料及径比，随着压力逐渐上升，该曲线首先达到弹性变形极点（也就是弹性极限内压值）后向8t轴方向弯曲，达到壁厚呈现100%屈服的预定压力值时，则停止加压。第三步是系统泄压：将卸压阀门逐步打开，使系统压力下降，最后压力为零。第四步是测量爆破的内、外直径：将爆破管从爆破管安装座上取下，测量爆破管的内、外直径，作好记录，并进行必要的表面处理。至此，对爆破管进行高压处理工艺结束，获得高精度、高疲劳寿命的爆破管。爆破管预计的爆破压力通过高压处理曲线，圆管爆破公式以及同类爆破管的爆破试验曲线能精确推算求得。

    本发明与现有技术相比有如下显著特点：（1）疲劳寿命高，由于进行高压处理爆破管存在有利的残余应力分布，因而成倍提高其疲劳寿命，且其最大爆破压力可达1400MPa以上;（2）预计爆破压力值精度高，因为每个爆破管都求得实际内压/应变曲线，因而可准确定出其爆破压力，并可通过对外表面少量加工调整爆破压力;（3）成本低。成本为目前其他类型的 1/2 以内;（4）材料来源容易、加工方便，因为对爆破管的材料要求为一般钢材及有色金属合金等，且工艺上无特殊要求，所以容易加工;（5）工艺操作简单、方便。因为所用设备和仪器是通用设备。鉴于上述优点，本发明可以推广应用，确保高压设备（如高压水晶釜）及人身安全。

    附图说明：附图1是爆破管结构示意图;附图2是对爆破管进行高压处理的工艺流程图。

    现结合附图对本发明作进一步描述：

    本发明爆破管可以采用铜合金、铝合金、钢和不锈钢，也可用其他金属及合成材料。该管的径比即外直径与内直径之比为1.05-2.5，其高压处理后的爆破压力P＝1.0-1400MPa以上。图1-1为螺纹连接式爆破管，它包括带底的均匀圆筒部12，扳手部13，螺纹部14及密封端面15。图1-2为肩部固定式爆破管，它包括带底的均匀圆筒部16，肩部17和密封端面18。现以300MPa爆破管的制造和高压处理工艺进一步说明：爆破管材料采用合金钢40Cr，热处理达到屈服极限σs为800MPa，加工成图1-1形式，外径同内径之比为1.4，具体内径尺寸决定于所需泄压的截面积。将此爆破管安装在爆破管安装座（2）上，进行高压处理。进行高压处理所需的仪器设备是卸压阀门（3）采用同工作压力相应的手动（或电动或气动或液动式）卸压阀门，四通接头（4）是因选用钢管结构不同而设计或选用的，高压发生器（5）是在70MPa以内选用德州液压机具厂的DYB型电动泵或浙江慈溪液压机械厂生产的SYK型手动泵，在800MPa以内，选用上海大隆机器厂生产的LX9-8增压系统，在1500MPa以内，选用英国QUB生产的15000MPa增压系统。压力传感器（6）选用高压工作可靠、精度好及可以承受瞬间卸压的结构，应变式较好，如上海华东仪器厂生产的DPR-10型、南京华东工学院生产的SPT型或英国QUB产品。高压管71、72、73、74采用安全工作压力高于爆破管处理压力的高压管。选上海生产外径为12mm，内径为3mm合金钢钢管，可耐压达800MPa。压力显示放大器（8）选用数字式仪表为好，如美国Flyde公司产品或南京华东工学院、钟山仪表厂的M104型。函数记录仪（9）选用日本三荣（San-ei）公司8U27型或四川仪表厂的J086型。动态应变仪（10）可选用多通道式，如华东电子仪器厂生产的Y6D-3A型、YD-15型等。应变计（11）选用汉中中原仪器厂生产的BE或BA等普通箔式应变计。爆破管安装座（2）及相应密封元件可自行设计。工艺步骤一，设备连接：它们连接关系，爆破管安装在安装座（2）上，爆破管安装座（2）通过高压管71同通用的四通接头（4）相连接，四通接头（4）通过高压管72、73、74分别同1000MPa卸压阀门（2）、LX9-8高压发生器（5）、SPT500压力传感器（6）相连接，SPT500压力传感器（6）引线端同M104型3 1/2 位数字压力显示放大器（8）的输入端相连接，M104型压力显示放大器（8）的模拟放大输出端同8U27型函数记录仪（9）的X轴输入端相连接。Y6D-3A型动态应变仪（10）的输入端同圆管外表的应变计（11）等组成的桥路相连接，应变计（11）贴于爆破管均匀圆筒段外表面的切向方向，Y6D-3A型动态应变仪（10）的输出端同8U27型函数记录仪（9）的Y轴输入端相连接。工艺步骤二，高压处理：在工艺步骤一的基础上，对爆破管进行高压处理，先将卸压阀门（3）关闭，M104型压力显示器（8）、Y6D-3A型动态应变仪（9）的记录笔选好内压一外表面切向应变曲线的起点并落笔。之后，由LX9-8高压发生器（5）通过四通接头（4）、高压管71、72、73、74爆破管安装座（2）施压于爆破管（1）内腔、SPT500压力传感器（6）和卸压阀门（3），SPT500型压力传感器（6）的信号通过M104型压力显示放大器（8）放大后输入8U27型函数记录仪（9）的X通道;爆破管（1）在内压作用下，其外表面切向（环向）应变信号通过BE应变计（11）检测、Y6D-3A动态应变仪（10）放大后输入8U27型函数记录仪（9）的Y通道，据此，8U27型函数记录仪（9）绘出内压P（X轴）同爆破管（1）外表面切向（环向）应变8t（Y轴）的P-8t函数曲线。该曲线在压力开始上升阶段是一直线，随着压力逐渐上升，该曲线达到P值弹性段极点时向8t轴方向弯曲，达到290-10MPa或由曲线上判断100%屈服时，停止加压。在第二步工艺中，为了能够得到一个相对标准的P-8t曲线，以对不同爆破管进行高压处理，在高压处理工艺中要求P-8t曲线进入曲线段时逐渐减慢加载速度，以控制最终的处理压力。工艺步骤三是系统泄压：将卸压阀门（3）逐渐打开泄压，最后M104型3 1/2 位数字压力显示放大器（8）显示压力为零;工艺步骤四是测量爆破管（1）的内、外直径：将爆破管（1）从爆破管安装座上取下，测量其内、外直径作好记录，并对爆破管（1）内表面或外表面进行必要的表面处理，至此，爆破管（1）高压处理工艺结束。为了得到准确的爆破压力，对同一批材料、尺寸、结构相同的爆破管需要选出数个进行上述加载过程直至爆破管爆破，以确定P-8t由加载到爆破的完整曲线。通过此曲线来控制其它高压处理工艺，以求得每支爆破管被高压处理后，得到预计准确的爆破压力。例如上述处理爆破管的压力曲线与之核对可以预计最终爆破压力。对经过高压处理后的爆破压力通过加工爆破管外表面或内表面，可向压力小的方面修正以达到精确的设计爆破压力，其具体办法是：已知现有爆破管的径比为W1及其预计的爆破压力P1。要求修正后达到爆破压力P2（P2≤P1）。修正后的爆破管径比为W2，此W2的计算公式为。计算出W2后可以通过加工，车去爆破管外表面或膛去内表面，使之最后的径比为W2时，则修正后的爆破管预计的爆破压力即为要求的P2。