一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法与流程

本申请属于安全泄放，具体地说，涉及一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法。

背景技术：

1、爆破片装置要求能够准确、安全、迅速的释放设备内的压力，以防止容器超压破坏引起的重大次生事故，爆破压力的稳定是爆破片最重要的技术指标，而影响爆破压力稳定的因素有很多，例如损坏、腐蚀、污垢、温度波动或操作失误，因此需要对爆破片进行定期检测，而在一些内部压力通常处于波动状态的压力容器中，爆破片长期受到波动载荷，往往会导致爆破片产生微小的形变，导致其爆破压力异常，进而导致设备出现安全隐患，这种由疲劳破坏产生的微形变往往难以被发现，并且很难通过普通的检测方法检测出来。

2、爆破片国家执行标准要求对爆破片进行定期检查，需要检验人员肉眼观察是否有形变，同时规定爆破片在使用2到3年内需要强制替换，这种检测方法只能观察到爆破片是否具有损伤与大形变，对于疲劳造成的微小形变无法被检测到，同时强制替换年限没有考虑到实际情况，对于一些使用工况较为稳定的爆破片，在2到3年内其疲劳寿命还有很大的剩余，强制替换会造成一定的浪费；而在一些反复加载的压力容器，如高压反应釜或移动式高压储运设备，爆破片长期受到临近其允许操作压力的循环载荷，爆破片进入低周疲劳工况，其使用寿命会大大降低；同时爆破片的爆破压力也会随着循环次数的增加而发生改变，导致爆破片出现提前爆破或延迟爆破情况，使得压力容器面临巨大的安全隐患，因此在实际生产中，爆破片的疲劳与寿命问题是不可忽视的一个问题。

3、目前，对爆破片的安全监控装置大多采用接触式贴片传感器，并使用导线进行信号传输，这种检测方式由于直接接触到爆破片的膜片表面，不可避免的会对爆破片的爆破性能产生一定的影响；同时，在爆破时贴片传感器会脱落或碎裂，从而产生大量金属碎片，这在一些不允许产生碎片的工况中是无法使用的；另外，传感器的数据导线需要在夹持器中打孔以实现物理连接，这会导致爆破片的密封性受到影响，同时对位置特殊的爆破片难以放置三维扫描仪进行扫描，使得对在役期间爆破片疲劳与寿命情况无法准确测量问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题和技术缺陷，本申请实施例采用如下的技术方案，一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，包括以下步骤：

2、步骤1、对不同型号爆破片进行一定循环次数实验，记录形变量和爆破压力变化量，建立形变量-疲劳寿命数据库；

3、步骤2、对目标爆破片进行扫描前预处理；

4、步骤3、基于目标爆破片的实际工况设计目标爆破片的疲劳性能试验，使用激光三维扫描仪对试验过程中的目标爆破片进行扫描，获得目标爆破片的精准三维模型；

5、步骤4、根据爆破片的精准三维模型对爆破片外表面的形变量进行计算评价；

6、步骤5、将计算评价结果与形变量-疲劳寿命数据库中对应的数据进行比较，得到目标爆破片剩余疲劳寿命与剩余爆破压力。

7、优选地，所述预处理包括使用法兰盘对目标爆破片进行夹持固定，将安装有激光三维扫描仪的扫描仪支架固定于法兰盘上，激光三维扫描仪的目镜与目标爆破片平行。

8、进一步地，所述使用法兰盘对目标爆破片夹持固定前，还需要对目标爆破片和夹持爆破片的夹持器和法兰盘进行喷涂，增加金属表面的反射率。

9、更进一步地，所述喷涂完成后，需要对扫描的物体进行贴点，方便进行分次扫描以便拼接，贴点的位置为法兰盘表面。

10、优选地，所述使用激光三维扫描仪对试验过程中的目标爆破片进行扫描是对目标爆破片使用前和使用一定时间后的两种状态进行分别扫描，采集目标爆破片试验过程中的形变量，获得同一个爆破片不同时间的两组爆破片三维模型，对两组爆破片三维模型进行比较。

11、进一步地，所述两组爆破片三维模型进行比较时需要选择基准面将两组爆破片模型进行对准，基准面在爆破片使用过程中不发生位移与形变，在扫描时将基准面与爆破片同时进行扫描，根据基准面将两组爆破片模型进行对准。

12、更进一步地，所述基准面采用夹持爆破片夹持器的法兰盘外表面。

13、优选地，所述计算评价包括计算拱顶部高度的变化、计算剖面线的拉伸情况、计算爆破片表面所有扫描点的法向形变情况或沿单一方向的形变情况。

14、进一步地，所述计算拱顶部高度的变化，第次的形变情况可以用拱高变化计算公式如下：

15、

16、其中，为原始拱高，为第次测量的拱高。

17、进一步地，所述计算爆破片表面所有扫描点的法向形变情况是进行扫描测量，扫描模型包括数百万个网格组成，使用加权平均值计算其平均形变，计算公式为：

18、

19、其中，为形变量第个区间的中值，为第个区间的权数，为总单元数。

20、相比于现有技术，本申请实施例的有益效果为：

21、（1）本申请在不影响爆破片正常使用前提下，通过三维扫描测量爆破片形变量达到预测爆破片寿命的方法，避免了传统测量方式对爆破片密封性能和爆破性能的影响，避免了使用应变传感贴片测量形变时会产生爆破碎片的问题；

22、（2）本申请使用三维扫描的方法对爆破片疲劳寿命进行预测，可以预防爆破片由于疲劳问题造成提前爆破，消除了安全隐患，同时更规范更科学的为爆破片的更换周期提出了指导，并且量化了执行标准中要求对爆破片形变进行观察的要求，在检查爆破片疲劳寿命的同时也检查了爆破片的外伤情况，从而达到预测与预警的作用；

23、（3）本申请设计了基于爆破片的三维扫描仪支架，扫描仪支架由上下两部分组成，通过调节上下两个支架之间的角度，可以适应不同口径的法兰盘，同时上下两部分支架同法兰盘与扫描仪构成上下对称的四连杆机构，保证了当扫描仪对中的同时，扫描仪与爆破片一定为平行，通过支架与相应的夹持机构实现了扫描仪可以对任意位置爆破片进行扫描。

技术特征：

1.一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述预处理包括使用法兰盘对目标爆破片进行夹持固定，将安装有激光三维扫描仪的扫描仪支架固定于法兰盘上，激光三维扫描仪的目镜与目标爆破片平行。

3.根据权利要求2所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述使用法兰盘对目标爆破片夹持固定前，还需要对目标爆破片和夹持爆破片的夹持器和法兰盘进行喷涂，增加金属表面的反射率。

4.根据权利要求3所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述喷涂完成后，需要在法兰盘表面进行无规律性贴点，若是进行多次扫描，将这些贴点作为参考进行模型拼接或比较。

5.根据权利要求1所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述使用激光三维扫描仪对试验过程中的目标爆破片进行扫描是对目标爆破片使用前和使用一定时间后的两种状态进行分别扫描，采集目标爆破片试验过程中的形变量，获得同一个爆破片不同时间的两组爆破片三维模型，对两组爆破片三维模型进行比较。

6.根据权利要求5所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述两组爆破片三维模型进行比较时需要选择基准面将两组爆破片模型进行对准，基准面在爆破片使用过程中不发生位移与形变，在扫描时将基准面与爆破片同时进行扫描，根据基准面将两组爆破片模型进行对准。

7.根据权利要求6所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述基准面采用夹持爆破片夹持器的法兰盘外表面。

8.根据权利要求1所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述计算评价包括计算拱顶部高度的变化、计算剖面线的拉伸情况、计算爆破片表面所有扫描点的法向形变情况或沿单一方向的形变情况。

9.根据权利要求8所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述计算拱顶部高度的变化，是设第次形变测量时拱顶部高度的变化情况为拱高，拱高的计算公式如下：

10.根据权利要求8所述的一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，其特征在于，所述计算爆破片表面所有扫描点的法向形变情况是进行扫描测量，扫描模型包括数百万个网格组成，使用加权平均值计算其平均形变，计算公式为：

技术总结
本申请实施例公开了一种基于三维扫描的爆破片形变量测试与寿命预测方法，属于安全泄放技术领域，包括建立形变量‑疲劳寿命数据库，再对目标爆破片进行扫描前预处理，然后基于目标爆破片的实际工况设计目标爆破片的疲劳性能试验，使用激光三维扫描仪对试验过程中的目标爆破片进行扫描，获得目标爆破片的精准三维模型，接着根据爆破片的精准三维模型对爆破片外表面的形变量进行计算评价，最后将计算评价结果与形变量‑疲劳寿命数据库中对应的数据进行比较，得到目标爆破片剩余疲劳寿命与剩余爆破压力，本申请实施例能预防爆破片由于疲劳问题造成提前爆破，在检查爆破片疲劳寿命的同时也检查了爆破片的外伤情况。

技术研发人员：舒远,刘利利,张雪,张曼,刘洋
受保护的技术使用者：江苏八方安全设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8