破裂ディスク

破裂ディスクは、圧力安全ディスク、バーストディスク、破裂ディスク、またはバーストダイヤフラムとも呼ばれ、ほとんどの用途で圧力容器、機器、またはシステムを過圧または潜在的に損傷を与える真空状態から保護する、再閉鎖しない圧力解放安全装置です。

破裂ディスクは、所定の差圧（正圧または真空）と一致する温度で機能しなくなる使い捨ての膜を備えているため、犠牲部品の一種です。膜は通常金属で作られていますが、 ^[1]特定の用途に合わせてほぼあらゆる材料（または異なる材料の層）を使用できます。破裂ディスクは、システム圧力の上昇または下降に対して瞬時に反応します（非常に小さいサイズでは数ミリ秒または数マイクロ秒以内）が、ディスクが破裂すると再密閉されません。圧力逃し弁を使用する場合と比較した破裂ディスクの主な利点には、漏れ防止、コスト、応答時間、サイズの制約、流路面積、メンテナンスの容易さなどがあります。

破裂ディスクは、石油化学、航空宇宙、航空、防衛、医療、鉄道、原子力、化学、製薬、食品加工、油田の用途で一般的に使用されています。これらは、単独の保護装置として、または従来の安全弁の二次安全装置として使用できます。圧力が上昇して安全弁が作動しなくなるか、十分な圧力を十分な速さで解放できない場合、破裂ディスクが破裂します。破裂ディスクは、安全安全弁と組み合わせて使用​​されることが多く、弁をプロセスから分離することで、弁のメンテナンスを節約し、漏れのない圧力解放ソリューションを作成します。初期コストは高くなりますが、あらゆる場合に封じ込めを提供する本質的に安全な機械設計を開発することで、緊急圧力解放装置の使用を回避することが可能であり、最高の信頼性を得るために望ましい場合があります。

一般的にはディスクの形で製造されますが、これらの装置は長方形のパネル（「破裂パネル」、「通気パネル」または爆発ベント）としても製造され、建物、密閉されたコンベヤー システム、または非常に大きな空間を爆発による過剰な圧力から保護するために使用されます。破裂ディスクのサイズは、業界の用途に応じて、0.125 インチ（3 mm）から 4 フィート（1.2 m）以上まであります。破裂ディスクと通気パネルは、特定の使用環境の要件に応じて、炭素鋼、ステンレス鋼、ハステロイ、グラファイト、およびその他の材料で作られています。

破裂ディスクは業界全体で広く受け入れられており、ほとんどの世界的な圧力機器設計コード（米国機械学会（ASME）、圧力機器指令（PED）など）で指定されています。破裂ディスクは、許容できないほど高い圧力から設備を保護するために特別に使用することも、必要な一連のアクションを高い信頼性で迅速に開始するためのワンタイムバルブまたはトリガーデバイスとして機能するように設計することもできます。

すべての破裂ディスクには、順方向（張力負荷）と逆方向座屈（圧縮）の2つの破裂ディスク技術が使用されています。両方の技術を破裂ディスクインジケータと組み合わせることで、視覚的および電気的に故障を知らせることができます。^[2]

従来の前方作動型設計では、荷重はドーム型破裂ディスクの凹面側に加えられ、引張力が材料の最大引張応力を超えてディスクが破裂するまでドームを引き伸ばします。フラット型破裂ディスクにはドームがありませんが、圧力が加えられると、やはり張力負荷を受けるため、前方作動型ディスクでもあります。製造に使用される原材料の厚さ（グラファイトディスクのウェブ厚さとも呼ばれます）とディスクの直径によって破裂圧力が決まります。ほとんどの前方作動型ディスクは、稼働率が 80% 以下のシステムに設置されています。^[3]

フォワードアクティングディスク設計のその後の反復では、製造中に材料に精密カットまたはレーザースコアが使用され、材料を正確に弱め、破裂圧力を制御するための変数を増やしました。このラプチャーディスクのアプローチは効果的ですが、制限もあります。フォワードアクティングディスクは、圧力サイクルと動作条件によって金属疲労が発生しやすく、ディスクの推奨制限を超えて急上昇し、ディスクがマークされた破裂圧力よりも低い圧力で破裂する可能性があります。低い破裂圧力も、このディスク技術の問題を引き起こします。破裂圧力が低下すると、材料の厚さが薄くなります。これにより、非常に薄いディスク（スズ箔に類似）が発生する可能性があります。このディスクは損傷を受けやすく、腐食によるピンホール漏れが発生する可能性が高くなります。これらのディスクは現在でも効果的に使用されており、状況によっては好まれています。

逆座屈破裂ディスクは、順方向ディスクを反転させたものです。ドームが反転し、圧力がディスクの凸側に負荷されます。反転しきい値に達すると、ドームが崩壊してスナップスルーし、反対方向にドームを形成します。その間、ディスクは、ディスクの下流側のスコアラインに沿って配置されたナイフの刃または金属のポイントによって開きます。逆座屈ディスクに圧縮荷重をかけることで、圧力サイクルまたは脈動状態に耐えることができます。逆座屈ディスクの材料の厚さは、同じサイズと破裂圧力の順方向ディスクよりも大幅に厚くなっています。その結果、長期にわたって寿命、精度、信頼性が向上します。逆座屈ディスクを正しく取り付けることが重要です。逆向きに設置すると、デバイスは順方向ディスクとして機能し、材料の厚さが大きいため、マークされた破裂圧力よりもはるかに高い圧力で破裂する可能性があります。^[4]

ブローアウト パネル (ブローオフ パネルとも呼ばれる) は、意図的に構造を弱めた部分で、突然の過圧が発生する可能性がある囲い地、建物、または車両で使用されます。予測可能な方法で破損することで、過圧または圧力波を、構造の壊滅的な破損を引き起こすのではなく、制御された最小限の危害を引き起こす方向に導きます。別の例としては、圧縮ガス シリンダーを保管するために使用される部屋の壁を意図的に弱くしたものが挙げられます。火災やその他の事故が発生した場合、(おそらく可燃性の) 圧縮ガスに蓄えられた膨大なエネルギーは、サーモバリック兵器と同様に構造を崩壊させる可能性はなく、「安全な」方向に向けられます。

ブローオフパネルは、一部の戦車の弾薬室で使用され、弾薬の爆発の際に乗員を保護し、壊滅的な死傷者を火力の弱い死傷者に変えます。ブローオフパネルは、 M1エイブラムスを含むいくつかの現代の主力戦車に装備されています。

軍の弾薬庫では、爆発物を保管するバンカーの設計にブローアウト パネルが組み込まれています。このようなバンカーは、通常、4 面がコンクリートの壁で、屋根は軽量素材で作られ、土で覆われています。この軽量素材は木材である場合もありますが、金属板が使用される場合もあります。弾薬バンカー (ロッカーとも呼ばれる) で爆発や火災が発生した場合、爆発の力が垂直に向かい、他の建物や人員から遠ざかるように設計されます。

ブローアウトパネルは、過去には戦艦の弾薬庫爆発の解決策として考えられていました。しかし、1920年代以降の戦艦の設計では、特に装甲要塞が機械や弾薬庫など戦艦の重要部分を囲んでいるため、全か無かの装甲方式が採用され、弾薬庫が貫通した場合の唯一の手段は、弾薬庫に水を流すことでした。ブローアウトパネルの欠如は、ティルピッツや大和を含むいくつかの戦艦の弾薬庫爆発時に壊滅的な被害をもたらしました。

遺伝子銃の一部のモデルでも破裂ディスクが使用されていますが、これは安全装置としてではありません。その代わりに、破裂ディスクの機能はデバイスの通常の動作の一部であり、サンプルへの粒子の適用を圧力に基づいて正確に制御できます。これらのデバイスでは、破裂ディスクは、組織または細胞培養への粒子の統合が成功することと経験的に関連付けられている最適なガス圧の範囲内で破裂するように設計されています。遺伝子銃の一部のモデルでは、異なるディスク強度を利用できます。

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