固定顶油罐膜片式安全阀是一种能够适应油罐内压力变化的油罐内外气压平衡安全装置。本文综合考虑固定顶储油罐使用过程中可能导致油罐油气空间压力变化的各种因素,结合国内外呼吸阀、爆破片产品的设计方法和研究思路,运用性能需求分析、可行性探讨、理论分析、实验分析、虚拟样机仿真和物理样机试验的方法,设计和优化了膜片式安全阀的结构,分析了其核心部件—膜片的性能,并进行样机的试制和改进。工作主要从以下几个方面展开:(1)研究了储油罐在实际使用中影响油罐安全的因素,明确了膜片式安全阀的性能需求和设计目标;综合比较目前的超压泄放装置,选择了铝薄片和橡胶薄片作为备选膜片,通过改进和创新,确定了的装置结构方案。(2)基于大变形理论和疲劳寿命理论,采用有限元软件ANSYS,通过对比分析建立合理的膜片数值模拟模型,分析了膜片式安全阀的核心元件—膜片的力学性能,获得铝膜片和橡胶膜片的压力—中心点位移曲线和疲劳寿命理论数据,得出了橡胶膜片较铝膜片具有受压变形量大、耐疲劳性好的结论。(3)搭建膜片受压变形测试试验台,分别测量不同厚度的铝膜片、普通橡胶膜片、经模拟使用环境处理后的橡胶膜片等三种类型膜片受压后的中心点位移。通过分析膜片的受压变形情况及环境适应能力,选择了0.4mm厚度橡胶膜片作为膜片式安全阀的膜片。(4)为提高膜片式安全阀工作可靠性,改进了膜片式安全阀的刺破装置。基于Pro/E建立其三维模型,通过干涉检查,验证结构设计。最后试制膜片式安全阀物理样机,并进行实验室阶段的调试。