DE60029950T2

DE60029950T2 - Berstscheibenanordnung

Info

Publication number: DE60029950T2
Application number: DE2000629950
Authority: DE
Inventors: Donall Cullinane; John Lisboduff Cootehill DALY; Stephen Owasso FARWELL; Barry Raheen LOWE; Mitch Sand Springs ROOKER; John Claremore TOMASKO; Greg Owasso KLEIN; Geof Tulsa BRAZIER
Original assignee: BS&B Safety Systems Ltd
Current assignee: BS&B Safety Systems Ltd
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2020-05-13
Also published as: WO2000070248A1; EP1181473A1; BR0010234A; US6494074B2; DE60029950D1; US6446653B2; EP1710479B1; EP1181473B1; ATE335948T1; EP1710479A2; US20010052358A1; AU4845100A; WO2000070248A9; MXPA01011551A; CA2373273C; CN1350624A; US20010011471A1; EP1710479A3; CN1221750C; CA2373273A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Druckentlastungssysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte Berstscheibenanordnung für ein Druckentlastungssystem.
Druckentlastungssysteme werden im allgemeinen als Sicherheitsvorrichtungen in Systemen verwendet, die Druckfluide in gasförmige oder flüssiger Gestalt enthalten. Eine Druckentlastungsanordnung entlässt Fluid aus dem System, wenn der Druck im System einen gefährlichen Pegel erreicht. Eine Reihe von Notfallsituationen, die Feuer und Systemfehler beinhalten, können gefährliche Druckpegel erzeugen, die eine sofortige Entlastung verlangen, um die Sicherheit des Systems aufrechtzuerhalten.
Im allgemeinen enthält ein Druckentlastungssystem eine Berstscheibe, die dichtend zwischen zwei Trägerelementen oder Sicherheitsköpfen angeordnet ist. Das Druckentlastungssystem wird dann normalerweise zwischen zwei herkömmlichen Rohrflanschen im Drucksystem eingeklemmt oder anderweitig dichtend angeordnet. Eines dieser Rohre leitet Druckfluid zu einer Seite der Druckentlastungsanordnung, und das andere Rohr stellt einen Auslass zu einem Sicherheitsbehälter bereit oder kann sich zur Umgebung öffnen. Die Trägerelemente enthalten eine zentrale Öffnung, die einen Abschnitt der Berstscheibe zum Druckfluid im System freilegt. Der freiliegende Abschnitt der Berstscheibe birst, wenn der Druck des Fluids einen vorbestimmten Druckunterschied zwischen der Einlass- und der Auslassseite erreicht. Die geborstene Scheibe erzeugt einen Entlüftungsweg, der es dem Fluid gestattet, durch den Auslass zu entweichen, um den Druck im System zu vermindern.
Berstscheiben haben normalerweise eine kuppelförmige Gestalt und können entweder vorwärtsgerichtet oder rückwärtsgerichtet arbeiten. Bei einer vowärtsgerichtet arbeitenden Scheibe, ist die konkave Seite der Kuppel dem Druckfluid zugewandt, wodurch das Material der Scheibe einer Spannung ausgesetzt ist. Bei einer rückwärtsgerichtet arbeitenden Scheibe ist die konvexe Seite der Kuppel dem Druckfluid zugewandt, wodurch das Material der Scheibe einer Kompression ausgesetzt ist. Bei der rückwärtsgerichtet arbeitenden Scheibe (auch rückwärtsgerichtet ausknickende Scheibe genannt) knickt, wenn der Druck des Fluids den vorbestimmten Pegel überschreitet und das Material des Scheibenaufbaus dem Druck nicht widerstehen kann, die Kuppel aus und beginnt sich umzukehren. Diese Umkehrung oder dieses Ausknicken beginnt an einem speziellen Punkt auf der Scheibe, der als Ausgangspunkt der Umkehrung bekannt ist. Während sich die Scheibe weiter umkehrt, wird das Material von einer Öffnungseinrichtung gezogen, um den Entlüftungsweg zu erzeugen und so das Druckfluid freizugeben.
Beide Typen der Scheiben enthalten normalerweise Ritzlinien (Schwächungsbereiche), um die Öffnung der Scheibe zu erleichtern. Bei einer rückwärtsgerichtet ausknickenden Scheibe reißt die Scheibe entlang der Ritzlinie, wenn sich die Scheibe umkehrt. Ausgewählte Abschnitte der Scheibe bleiben normalerweise ungeritzt und dienen als Gelenkbereich, um zu verhindern, dass die Scheibe beim Bersten in Fragmente zerfällt und zusammen mit dem Druckfluid entweicht. Darüber hinaus sind Druckentlastungsanordnungen bekannt, die Sicherheitselemente enthalten, die eine Öffnung der Scheibe unterstützen und die Energie absorbieren, die durch das Bersten der Scheibe entsteht, um zu versuchen zu verhindern, dass die Scheibe in Fragmente zerfällt.
In einer Notfallsituation, in der der Systemdruck unsicher wird, ist es wichtig, den Druck so schnell wie möglich zu verringern. Der Code der American Society of Mechnaical Engineers (ASME) stellt minimale Leistungsanforderungen für Fluidflussraten durch Druckentlastungssysteme auf. Die Größe und die Form der Öffnung, die erzeugt wird, wenn die Scheibe birst, ist ein einschränkender Faktor bei der Rate, mit der das Fluid aus dem System entweichen kann. Eine Berst scheibe, die eine große, hindernisfreie Öffnung hat, verhält sich besser als eine Berstscheibe, die eine kleine, mit Hindernissen versehene Öffnung hat, da der dynamische Druckverlust (d.h. der Druckabfall) über die große, hindernisfreie Öffnung geringer sein wird als der dynamische Druckverlust über eine kleinere, mit Hindernissen versehene Öffnung. Der geringere dynamische Druckverlust geht in einen geringeren Flusswiderstand (K_r) und somit in eine größere Flussrate durch die Scheibe über.
Das Abstimmen der unterschiedlichen Facetten des Scheibenaufbaus, einschließlich der Größe des Berstabschnittes der Scheibe und des Ortes der Ritzlinie, kann die Größe und die Form der Öffnung beeinflussen, wenn die Scheibe birst. Eine größere Scheibe hat das Potential, eine größere Öffnung zu erzeugen.
Ein weiterer Faktor, der den Flusswiderstand beeinflusst, ist die Beschaffenheit des Fluides im Drucksystem. Es hat sich herausgestellt, dass sich Berstscheiben in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Fluides im System unterschiedlich öffnen. Normalerweise öffnet sich eine berstende Scheibe in einer Gasumgebung umfassender als eine Scheibe, die in einer flüssigen Umgebung birst. Um die gewünschten Flusswiderstands-Leistungsanforderungen zu erfüllen, muss der Aufbau einer Scheibe möglicherweise anders sein, sofern die Scheibe in einer Flüssigkeit eingesetzt wird, selbst wenn die Flüssigkeit denselben Druck hat, wie bei einem ähnlichen Einsatz in Gas.
Ein zusätzlicher Faktor eines Scheibenaufbaus, der den Flusswiderstand beeinflusst, ist die Dicke des Berstabschnittes der Scheibe. Eine Scheibe, die aus einem dünneren Material besteht, biegt sich einfacher als eine Scheibe, die aus einem dickeren Material gefertigt ist. Bei Scheiben, die beim selben Fluiddruck bersten, ist es somit wahrscheinlicher, dass sich eine dünnere Scheibe vollständig öffnet und eine große, hindernisfreie Öffnung erzeugt, als eine entsprechende dünnere Scheibe.
Eine Scheibe, die aus einem dünneren Material besteht, ist jedoch leichter einer Beschädigung ausgesetzt als eine dickere Scheibe. Jede Beschädigung der Berstscheibe kann den tatsächlichen Berstdruck der Scheibe verändern. Die ist insbesondere bei rückwärtsgerichtet ausknickenden Niederdruckscheiben bedeutend, bei denen das Scheibenmaterial dünn sein muss, um beim gewünschten geringen Druck zu bersten. Die dünneren Niederdruckscheiben können während der Anbringung leichter beschädigt werden, wodurch die strukturelle Unversehrtheit der Scheibe beeinträchtigt werden kann und was bewirkt, dass sich die Scheibe bei einem Druck umkehrt, der deutliche geringer ist als der gewünschte Berstdruck. In diesen Situationen reist das Material der Scheibe nicht wie erwartet, wobei sich die Scheibe vollständig umkehren kann, ohne zu reißen. Die rückwärtsgerichtet ausknickende Scheibe verhält sich dann wie eine vorwärtsgerichtet ausknickende Scheibe, wobei der Fluiddruck im Material der Scheibe eine Spannung erzeugt. Da die Zugfestigkeit des Scheibenmaterials größer ist als die entsprechende Druckfestigkeit, kann die Scheibe möglicherweise nicht reißen, um den Entlüftungsweg zu erzeugen, solange der Druck des Systems nicht deutlich den gewünschten Berstdruck überschreitet. Diese Überdrucksituation könnte zu einer Beschädigung am System führen, die mit einer Berstscheibe verhindert werden sollte.
Berstscheiben werden anhand ihres Verhaltens in einem beschädigten Zustand klassifiziert. Diese Klassifizierung ist allgemein als Beschädigungs-Sicherheitsverhältnis der Scheibe bekannt und wird durch Dividieren des tatsächlichen Drucks, bei dem eine beschädigte Scheibe birst, durch den gewünschten oder gemessenen Berstdruck der Scheibe ermittelt. Eine beschädigte Scheibe mit einem Beschädigungs-Sicherheitsverhältnis von 1 oder weniger birst beim gewünschten Berstdruck oder bevor das Druckfluid einen gewünschten Druck erreicht, wodurch eine Beschädigung des Systems verhindert wird.
Eine weitere wichtige Leistungsbewertung einer Berstscheibe ist die Berstgenauigkeit der Scheibe. Es gibt Variationen bei den Materialien, der Herstellung und der Anbringung, die bei zwei beliebigen Scheiben einer Fertigungspartie zu scheinbar identischen Scheiben führen, die nicht unter demselben Druck bersten. Somit gibt es normalerweise Variationen beim tatsächlichen Berstdruck zwischen den Scheiben, die denselben Nenndruck haben. Bei dem derzeitigen Berstscheibenaufbau und den derzeitigen Herstellungsverfahren bersten Berstscheiben bei einem Druck, der geringer ist als 5% des Nenndrucks oder weniger als 2 psig beträgt, wenn der Nenndruck unter 40 psig liegt. Um ein vorzeitiges Bersten der Scheibe zu verhindern und einen Sicherheitsspielraum zu gewähren, sollte somit der Standardbetriebsdruck eines Systems nicht 90% des Nenndrucks einer Berstscheibe überschreiten, die im System verwendet wird.
US 5.082.133 beschreibt eine Berstscheibenanordnung mit einer Berstscheibe und einen Messerklingenelement. Das Messerklingenelement enthält eine teilweise kreisförmig gezackte Schneidkante wie auch eine nichtschneidende Innenkante. Die Berstscheibe enthält eine Vielzahl von Prägungen, die in der Mitte zwischen einem Rand eines Konkav-Konvex-Abschnittes und einem Zentrum der kuppelförmigen Berstscheibe angeordnet sind. Mit Hilfe der Prägungen werden die gewünschten Umkehrdruck- und Festigkeitseigenschaften der Berstscheibe erzeugt. Bei einer Umkehrung infolge eines Fluiddrucks, der sich auf der Berstscheibe ausbreitet, kehrt sich der Konkav-Konvex-Abschnitt in die gezackte Schnittkante um und wird dadurch zerschnitten. Dieses Zerschneiden dauert an, bis der Schnitt die nichtschneidende Innenkante erreicht, an deren Punkt sich ein Teil des Konkav-Konvex-Abschnittes nach innen um die Innenkante biegt. Die Innenkante des Messerklingenelementes weist die Sehne des Kreises auf, der teilweise durch die gezackte Schnittkante definiert ist.
Im Hinblick auf das Vorgenannte besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Berstscheibenanordnung mit einem geringen Flusswiderstand sowohl in Flüssigkeiten als auch in Gasen, einem präzisen und wiederholbaren Berstdruck, wodurch sie unter erhöhten Betriebslasten eingesetzt werden kann, und einem geringen Beschädigungs-Sicherheitsverhältnis anzugeben, so dass eine unbeabsichtigt beschädigte, rückwärtsgerichtet ausknickende Scheibe keine möglicherweise gefährliche Überdrucksituation weder in Flüssigkeiten noch in Gasen erzeugt.
Das Ziel wird durch eine erfinderische Berstscheibenanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 erreicht.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Es wird eine Druckentlastungsanordnung angegeben, die einen oder mehrere der Einschränkungen und Nachteile einer Druckentlastungsanordnung des Standes der Technik beseitigt.
Die Vorteile und Zwecke der Erfindung werden zum einen Teil in der folgenden Beschreibung ausgeführt und zum anderen Teil aus der Beschreibung deutlich oder können durch praktische Umsetzung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Die Vorteile und Zwecke der Erfindung werden durch die Elemente und Kombinationen realisiert und erreicht, die in den beigefügten Ansprüchen beschrieben sind.
Es wird eine Vorrichtung zum Eindrücken einer Berstscheibe angegeben, die einen ringförmigen Flansch und einen Berstabschnitt Abschnitt hat, der eine kuppelförmige Gestalt aufweist. Die Vorrichtung enthält ein erstes Element und ein zweites Element. Das erste Element hat eine Öffnung und ist derart beschaffen, dass es mit einer ersten Seite des Berstabschnittes der Berstscheibe in Eingriff steht. Das zweite Element ist auf einer zweiten Seite des Berstabschnittes der Berstscheibe angeordnet und mit der Öffnung im ersten Element ausgerichtet. Des zweite Element steht mit dem Berstabschnitt an oder in der Nähe des Scheitels der Kuppelform in Eingriff und verschiebt einen Abschnitt des Berstabschnittes relativ zum ersten Element, um dadurch eine Vertiefung im Berstabschnitt an oder in der Nähe der Kuppelform zu erzeugen.
Es wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Vertiefung in einer Berstscheibe angegeben, die einen ringförmigen Flansch und einen Berstabschnitt aufweist, der eine Kuppelform hat. Gemäß dem Verfahren wird eine erste Seite des Berstabschnittes mit einem ersten Element gehalten, das eine Öffnung aufweist. Ein zweites Element, das mit der Öffnung im ersten Element ausgerichtet ist, steht mit einer zweiten Seite des Berstabschnittes am oder in der Nähe des Scheitels der Kuppelform in Eingriff, um einen Abschnitt des Berstabschnittes relativ zum ersten Element zu verschieben und dadurch eine Vertiefung am oder in der Nähe des Berstabschnittes der Berstscheibe zu erzeugen.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Vertiefung in einer Berstscheibe angegeben. Gemäß dem Verfahren wird eine erste Seite eines Berstscheibenrohlings mit einem ersten Element gehalten, das eine Öffnung hat. Ein zweites Element, das mit der Öffnung im ersten Element ausgerichtet ist, steht mit einer zweiten Seite des Berstscheibenrohlings am oder in der Nähe des Zentrums des Berstscheibenrohlings in Eingriff, um einen Abschnitt des Berstscheibenrohlings relativ zum ersten Element zu verschieben, wodurch eine Vertiefung am oder in der Nähe des Zentrums des Berstscheibenrohlings erzeugt wird. Ein Abschnitt des Berstscheibenrohlings wird einem Druckfluid ausgesetzt, um diesen Abschnitt des Berstscheibenrohlings als Kuppel auszubilden, so dass die Vertiefung am oder in der Nähe des Scheitels der Kuppelform angeordnet ist.
Es wird eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Berstscheibe angegeben. Die Vorrichtung enthält eine Klemmvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Außenrand des Rohlings festzuhalten. Die Klemmvorrichtung hat einen Leitungsweg, der so beschaffen ist, dass er ein Druckfluid gegen den nicht geklemmten Abschnitt des Rohlings leitet. Das Druckfluid wirkt auf den nicht geklemmten Abschnitt des Rohlings, um den nicht geklemmten Abschnitt des Rohlings relativ zur Klemmvorrichtung zu verschieben. Eine Form, die eine konkave Form hat, nimmt den nicht geklemmten Abschnitt des Rohlings auf, wenn der nicht geklemmte Abschnitt relativ zur Klemmvorrichtung verschoben wird, und bildet den nicht geklemmten Abschnitt zu einer Kuppelform aus, die im wesentlichen der konkaven Form der Form entspricht. Ein Element, das in der Form angeordnet ist, gelangt mit dem nicht geklemmten Abschnitt des Rohlings in Eingriff, wenn der nicht geklemmte Abschnitt relativ zur Klemmvorrichtung verschoben wird, um dadurch eine Vertiefung am oder in der Nähe des Scheitels der Kuppelform auszubilden.
Es wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Berstscheibe aus einem Rohling angegeben. Gemäß dem Verfahren wird der Außenumfang des Rohlings eingeklemmt und ein Druckfluid gegen einen zentralen Abschnitt des Rohlings gerichtet. Das Druckfluid verschiebt den zentralen Abschnitt des Rohlings relativ zum Außenumfang und in die Form, die konkav ist. Der zentrale Abschnitt des Rohlings wird zu einer Kuppel ausgebildet, die im wesentlichen der konkaven Gestalt der Form entspricht. Ein Element gelangt mit dem zentralen Abschnitt des Rohlings in Eingriff, wenn der zentrale Abschnitt zu einer Kuppel ausgebildet wird, um eine Vertiefung am oder on der Nähe des Scheitels der Kuppelform auszubilden.
Es wird eine Berstscheibenanordnung angegeben, die dichtend in einem Drucksystem angebracht werden soll. Die Anordnung enthält eine Berstscheibe, die so beschaffen ist, das sie sich umkehrt, wenn sie einem Fluid ausgesetzt ist, das einen vorbestimmten Druck hat. Im Berstabschnitt befindet sich eine Öffnung. Eine Auskleidung ist zwischen der Berstscheibe und dem Drucksystem angeordnet und so beschaffen, dass sie die Öffnung im Berstabschnitt der Berstscheibe abdeckt und abdichtet.
Es wird eine Berstscheibe angegeben, die dichtend mit einem Drucksystem in Eingriff gebracht werden soll. Die Berstscheibe enthält einen ringförmigen Flansch und einen Berstabschnitt, der so beschaffen ist, dass er birst, wenn er einem Fluid mit einem vorbestimmten Fluiddruck ausgesetzt wird. Der Berstabschnitt hat eine Kuppelform mit einer konvexen Oberfläche und einer entsprechenden konkaven Oberfläche, wobei sich eine strukturelle Scheitelpunktstruktur am Scheitelpunkt der Kuppel befindet. Die strukturelle Scheitelpunktstruktur enthält einen Knick, der in der konkaven und/oder konvexen Oberfläche ausgebildet ist.
Es wird eine Berstscheibenanordnung angegeben, die dichtend in einem Drucksystem angebracht werden soll. Die Berstscheibenanordnung enthält eine Berstscheibe mit einem kuppelförmigen Berstabschnitt, der eine konvexe Oberfläche und eine entsprechende konkave Oberfläche aufweist, die einen Kuppelbereich bilden. Der Berstabschnitt enthält eine Ritzlinie, die ein erstes und ein zweites Ende hat und eine Schwächungslinie erzeugt, entlang der der Berstabschnitt reißen wird, wenn der Berstabschnitt der Berstscheibe einem Fluid über einem vorbestimmten Druck ausgesetzt wird. Ein Sicherheitselement ist benachbart der konkaven Oberfläche der Berstscheibe angeordnet. Das Sicherheitselement enthält einen Flansch und ein Gelenk, das eine erste und eine zweite Vertiefung ausbildet, die so beschaffen sind, dass sie den Bereich des Berstabschnittes benach bart der entsprechenden Enden der Ritzlinie aufnehmen, wenn die Berstscheibe birst.
Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung lediglich beispielhaft und erläuternd sind, und die Erfindung nicht einschränken, wie sie beansprucht ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, die in der Beschreibung enthalten sind und einen Teil von ihr bilden, zeigen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung die Prinzipien der Erfindung.
1 ist eine Querschnittsansicht zweier Trägerelemente und einer Berstscheibe, die zwischen zwei Rohrflanschen angeordnet ist;
2 ist eine Aufsicht einer Berstscheibe und einen Sicherheitselementes gemäß der vorliegenden Erfindung;
3a ist eine Querschnittsansicht der Berstscheibe und des Sicherheitselementes aus 2 entlang der Linie Z-Z;
3b ist eine Querschnittsansicht entlang einer alternativen Berstscheibe und eines Sicherheitselementes aus 2 entlang der Linie Z-Z;
4 ist eine Querschnittsansicht der Berstscheibe und des Sicherheitselementes aus 2 entlang der Linie Y-Y;
5 ist eine Querschnittsansicht zweier Trägerelemente und einer Berstscheibe, die zwischen zwei Rohrflanschen angeordnet ist, wobei die Berstscheibe in einem geborstenen Zustand dargestellt ist;
6 ist eine Perspektivansicht einer Berstscheibe, die eine zentrale Vertiefung aufweist;
8 und 9 sind Aufsichten alternativer zentraler Vertiefungen;
10 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung für die Erzeugung einer Vertiefung in einer Berstscheibe;
11 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Alternative einer Dornspitze für die Erzeugung einer Vertiefung in einer Berstscheibe;
12a bis 12c sind Stirnansichten einer Dornspitze;
13 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Vorrichtung zum Erzeugen einer Vertiefung in einer Berstscheibe;
14 ist eine Teilquerschnittsansicht der Vorrichtung aus 13, bei der die Dornspitze in Eingriff mit dem Berstabschnitt der Berstscheibe dargestellt ist;
15 ist eine Aufsicht einer Berstscheibe, die eine Öffnung im Berstabschnitt hat;
16 ist eine Seitenansicht einer Berstscheibenanordnung, die eine Berstscheibe mit einer Öffnung im Berstabschnitt enthält;
17 ist eine Aufsicht eines weiteren Sicherheitselementes;
18 ist eine Seitenansicht der Sicherheitselementes von 17; und
19 ist eine Querschnittsansicht einer Berstscheibe, die eine Vertiefung hat.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wann immer dies möglich ist, werden dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um dieselben oder ähnlich Teile zu kennzeichnen. Eine beispielhafte Ausführungsform einer Druckentlastungsanordnung der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Druckentlastungsvorrichtung angegeben, die ein Einlass-Trägerelement, das eine Einlassbohrung zum Leiten eines Druckfluids begrenzt, ein Auslass-Trägerelement, das eine Auslassbohrung zum Entweichenlassen des Druckfluids begrenzt, und eine Berstscheibe enthält. Die Berstscheibe hat einen Berstabschnitt, der eine konvexe Oberfläche und eine entsprechende konkave Oberfläche hat, die einen Kuppelbereich definiert. Die Berstscheibe enthält zudem einen Flansch für einen dichtenden Eingriff zwischen dem Einlass- und dem Auslass-Trägerelement, um die konkave Oberfläche mit der Auslassbohrung und die konvexe Oberfläche mit der Einlassbohrung auszurichten. Bei den gezeigten Ausführungsformen ist die Druckentlastungsanordnung als Entlastungsanordnung mit einem Vor-Drehmoment dargestellt. Es wird je doch in Erwägung gezogen, dass die vorliegende Erfindung auch bei Druckentlastungsanordnungen ohne Vor-Drehmoment oder als Komponente einer geschweißten Anordnung verwendet werden kann.
Wie sie hier ausgeführt und in 1 dargestellt ist, enthält die Druckentlastungsanordnung 20 ein Einlass-Trägerelement 30 und ein Auslass-Trägerelement 32. Das Einlass-Trägerelement 30 begrenzt eine Einlassbohrung 34 und hat eine Abfolge von Innengwindelöchern 43 (von denen in 1 lediglich eines dargestellt ist), die die Einlassbohrung umgeben. Das Auslass-Trägerelement 32 begrenzt eine Auslassbohrung 36 und hat eine Abfolge von Schraubenlöchern 41 (von denen lediglich eines in 1 dargestellt ist), die Schraubenlöchern 43 des Einlass-Trägerelementes 30 entsprechen. Es wird in Erwägung gezogen, dass das Einlass- und Auslass-Trägerelement Sicherheitsköpfe, Rohrflansche oder eine beliebige Kombination von Konstruktionen sein können, die in der Lage sind, die Berstscheibe dichtend mit einem Drucksystem in Eingriff zu bringen.
Wie es ebenfalls in 1 dargestellt ist, ist eine Berstscheibe 44 zwischen dem Einlass-Trägerelement 30 und dem Auslass-Trägerelement 32 angeordnet. Die Berstscheibe 44 enthält einen Flansch 48 und einen Berstabschnitt 45. Der Flansch 48 ist mit dem Berstabschnitt 45 durch einen Übergangsbereich 49 verbunden. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Berstscheibe und das Sicherheitselement der vorliegenden Erfindung ebenfalls im Sanitärbereich eingesetzt werden können, bei dem hinlänglich bekannte Sanitär-Fittings verwendet werden, um mit der Berstscheibe in Eingriff zu stehen.
Der Berstabschnitt 45 hat eine Kuppelform, die eine konkave Oberfläche 45 und eine konvexe Oberfläche 47 enthält, die einen Kuppelbereich definieren, der allgemein mit 35 gekennzeichnet ist. Wenn der Flansch 48 mit dem Einlass- und dem Auslass-Trägerelement 30 und 32 in Eingriff steht, ist der Berstabschnitt 45 mit der Einlassbohrung 34 und der Auslassbohrung 36 ausgerichtet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die konvexe Oberfläche 47 in die Einlassbohrung 34 und ist die konkave Oberfläche der Auslassbohrung 36 zugewandt. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass die Aspekte der vorliegenden Erfindung bei vorwärtsgerichtet arbeitenden Scheiben angewendet werden können, bei denen sich die konvexe Oberfläche in die Auslassbohrung erstreckt.
Wie es in 2 gezeigt ist, enthält der Berstabschnitt 45 eine Ritzlinie 80, die ein erstes Ende 84 und ein zweites Ende 86 hat. Vorzugsweise beschreibt die Ritzlinie 80 einen Bogen von etwa 300° auf der konkaven Oberfläche des kuppelförmigen Berstabschnittes. Die vorliegende Erfindung kann mit Ritzlinien unterschiedlicher Ausbildungen verwendet werden, wie etwa einer unterbrochenen Ritzlinie, bei der die Ritzung im wesentlichen einen Bogen beschreibt, jedoch eine Abfolge von Zwischenräumen ungeritzten Materials aufweist. Die Ritzlinie kann zudem vollständig den Berstabschnitt der Scheibe umschreiben, jedoch einen Abschnitt aufweisen, bei dem die Tiefe der Ritzlinie geringer ist als beim übrigen Teil der Ritzlinie. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung würden als Punkte, an denen sich die Tiefe der Ritzlinie ändert, das erste und das zweite Ende der Ritzlinie in Erwägung gezogen.
Wie es im folgenden detaillierter beschrieben wird, erzeugt die Ritzlinie 80 eine Schwächungslinie im Berstabschnitt, entlang der das Scheibenmaterial reißen wird, wenn es einem Fluid ausgesetzt wird, das einen vorbestimmten Druck hat. Wenngleich die vorliegende bevorzugte Ausführungsform die Ritzlinie auf der Kuppel an sich vorsieht, kann sich die Ritzlinie an anderen Orten, wie etwa dem Übergangsbereich zwischen der Kuppel und dem Flansch der Scheibe oder auf dem Flansch an sich, befinden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 erstreckt sich ein Positionierungsstift 68 vorzugsweise zwischen dem Einlass-Trägerelement 30 und dem Auslass-Trägerelement 32 und durch den Flansch 48 der Berstscheibe 44. Der Positionierungsstift 68 stellt sicher, dass das Einlass-Trägerelement 30 ordnungsgemäß mit dem Auslass-Trägerelement 32 ausgerichtet ist, und dass die Berstscheibe 44 ordnungsgemäß zwischen den Trägerelementen 30 und 32 angeordnet ist. Ist die Anordnung ordnungsgemäß positioniert, ist die Einlassbohrung 34 mit der Auslassbohrung 35 ausgerichtet, um einen Fluidleitungsweg zu erzeugen, der durch den Berstabschnitt 45 der Berstscheibe 44 blockiert ist. Es können zusätzliche Positionierungsstifte in einer symmetrischen oder asymmetrischen Anord nung um die Trägerelemente angeordnet sein, um die Relativpositionen der Berstscheibe und der Trägerelemente zusätzlich zu steuern.
Eine Abfolge von Kopfschrauben 40 (von denen nur eine in 1 dargestellt ist) sind durch die Schraubenlöcher 41 verlaufend dargestellt, um in die Innengewinde-Schraubenlöcher 43 einzugreifen. Vorzugsweise enthalten die Schraubenlöcher 41 im Auslass-Trägerelement 32 eine Senkbohrung 42, um den Kopf der Kopfschraube 40 aufzunehmen. Der Eingriff der Kopfschrauben 40 mit den Schraubenlöchern 41 und 43 zieht das Auslass-Trägerelement 32 zum Einlass-Trägerelement 30, um mit dem Flansch 48 der Berstscheibe 44 dichtend in Eingriff zu gelangen.
Vorzugsweise enthält das Einlass-Trägerelement 40 eine erhabene Sitzfläche 78 und das Auslass-Trägerelement 32 eine entsprechende Sitzfläche 79, um mit dem Flansch 48 der Berstscheibe 44 in Eingriff zu stehen. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Sitzfläche 78 eine Beißdichtung oder eine ähnliche Dichtungsvorrichtung enthält, um eine Dichtung mit dem Flansch zu erzeugen. Alternativ kann ein O-Ring oder ein Dichtring zwischen dem Einlass-Trägerelement 30 und dem Flansch 48 angeordnet sein, um die Dichtung zu erzeugen.
Wie es in 1 gezeigt ist, befindet sich die Druckentlastungsanordnung 20 zwischen einem kreisförmigen Einlassrohr 22 und einem kreisförmigen Auslassrohr 28. Das Einlassrohr 22 enthält einen Einlass-Fluidleitungsweg 64 und einen Einlassrohrflansch 24. Das Auslassrohr 28 enthält einen Auslass-Fluidleitungsweg 66 und einen Auslassrohrflansch 26.
Vorzugsweise enthält der Einlassrohrflansch 24 eine erhabene Oberfläche 74, die mit einer entsprechenden Oberfläche 75 am Einlass-Trägerelement 30 in Eingriff steht, und enthält der Auslassrohrflansch 26 eine erhabene Oberfläche 76, die mit einer entsprechenden Oberfläche 77 am Auslass-Trägerelement 26 in Eingriff steht. Eine Abfolge von Schraubenelementen 60 ziehen den Einlassrohrflansch 24 zum Auslassrohrflansch 26, um eine Dichtung mit der Druckentlastungsanordnung 20 auszubilden.
Vorzugsweise greift eine U-förmige Positionierungsvorrichtung 38, die sich vom Einlass-Trägerelement 30 erstreckt, in eine Öffnung 59 im Einlassrohrflansch 24 um sicherzustellen, dass die Druckentlastungsanordnung 20 ordnungsgemäß zwischen den Rohrflanschen angeordnet ist. Die U-förmige Positionierungsvorrichtung 38 stellt zudem sicher, dass das Einlass-Trägerelement 30 benachbart zum Einlassrohrflansch 24 angeordnet ist, und verhindert somit, dass die Druckentlastungsanordnung 20 verkehrt herum an den Rohrflanschen angebracht wird. Die Druckentlastungsanordnung 20 ist ordnungsgemäß zwischen dem Einlassrohrflansch 24 und dem Auslassrohrflansch 26 angeordnet, wenn der Einlass-Fluidleitungsweg 64 mit der Einlassbohrung 34, der Auslassbohrung 36 und dem Auslass-Fluidleitungsweg 66 verbunden ist, um einen Fluidleitungsweg zu schaffen, der durch den Bertabschnitt 45 der Berstscheibe 44 blockiert ist.
Das Einlassrohr 22 ist mit einem System oder einem Behälter (nicht gezeigt) verbunden, der ein Druckfluid enthält. Das Fluid kann entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Das Einlassrohr 22 leitet das Druckfluid zur Druckentlastungsanordnung 20 und zum freiliegenden Berstabschnitt 45 der Berstscheibe 44. Der Berstabschnitt 45 ist derart beschaffen, dass er birst, wenn der Druck des Fluids einen vorbestimmten Pegel erreicht, der für einen Überdruck im System oder im Behälter kennzeichnend ist. Der Berstdruck der Scheibe kann durch Ändern unterschiedlicher Parameter des Scheibenaufbaus gesteuert werden, wie etwa, ohne darauf beschränkt zu sein, durch die Höhe des Kuppelabschnittes, die Dicke der Scheibe sowie die Tiefe und den Ort der Ritzlinie.
Wenn die Scheibe birst und entlang der Ritzlinie 80 reißt, wird eine Öffnung in der Scheibe erzeugt. Die Öffnung gestattet es dem Fluid, von der Einlassbohrung 34 zur Auslassbohrung 36 und in den Auslass-Fluidleitungsweg 66 zu fließen, wodurch der Druck im System oder im Behälter verringert wird. Der Auslass-Fluidleitungsweg kann das Fluid an die Umgebung oder einen Sicherheitsbehälter (nicht gezeigt) in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Fluids im System oder im Behälter abgeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Druckentlastungsanordnung ein Sicherheitselement, das benachbart der konkaven Oberfläche der Berstscheibe angeordnet ist. Das Sicherheitselement enthält ein Gelenk mit einem Höcker, der sich nach unten in den Kuppelbereich erstreckt, der durch den Berstabschnitt der Scheibe erzeugt ist, und verläuft seitlich über den Kuppelbereich zu einem Punkt, der sich innerhalb des Bereiches, der von der Ritzlinie umschrieben ist, oder innerhalb des Bereiches befindet, der von einem Bogen umschrieben wird, der die beiden Enden der Ritzlinie verbindet. Eine Zunge erstreckt sich weg vom Höcker und in die Auslassbohrung des Auslass-Trägerelementes in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zum Flansch des Sicherheitselementes. Vorzugsweise verläuft die Zunge über den Flansch des Sicherheitselementes hinaus, wenngleich das Ende der Zunge im wesentlichen mit der Ebene ausgerichtet sein kann, die durch den Flansch erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung zieht in Erwägung, dass das Gelenk im Bezug auf den Flansch abgewinkelt sein kann, so dass sich das Gelenk in die Auslassbohrung und zum Auslass-Trägerelement erstreckt. Es wird zudem in Erwägung gezogen, dass das Gelenk im wesentlichen flach ausgebildet sein kann.
Wie es in 1 dargestellt ist, ist ein Sicherheitselement 50 zwischen der Berstscheibe 44 und dem Auslass-Trägerelement 32 angeordnet und trägt im wesentlichen den Übergangsbereich der Berstscheibe. Vorzugsweise ist das Sicherheitselement 50 ein von der Berstscheibe 44 und vom Auslass-Trägerelement 32 getrennter Aufbau. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass das Sicherheitselement 50 integraler Bestandteil der Berstscheibe 44 oder des Auslass-Trägerelementes 32 oder mit diesen durch Punktverschweißungen in einer beliebigen anderen Art verbunden sein kann, um die beiden Aufbauten zusammenzuhalten.
Das Sicherheitselement 50 enthält einen Flansch 62 und ein Gelenkt 52. Der Flansch 62 des Sicherheitselementes 50 hat im wesentlichen dieselbe grundlegende Form wie der Flansch 48 der Berstscheibe 44 und ist in der Druckentlastungsvorrichtung 20 dichtend zwischen dem Berstscheibenflansch und dem Auslass-Trägerelement 32 angebracht. Vorzugsweise enthält, wie in 2 gezeigt, der Flansch eine Abfolge von Löchern 82, die mit einem Positionierungsstift 68 (unter Bezugnahme auf 1) in Eingriff stehen können.
Wie es in 3a dargestellt ist, enthält das Gelenk 52 einen Höcker 53 und eine Zunge 54. Der Höcker 53 erstreckt sich vom Flansch 62 in den Kuppelbereich 35. Bei der dargestellten Ausführungsform hat der Höcker 53 einen linearen Querschnitt. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass der Höcker 53 einen anderen Querschnitt, wie etwa einen gekrümmten Querschnitt, haben kann, der im wesentlichen dem Umriss des Berstabschnittes folgt. Vorzugsweise berührt der Höcker 53 nicht den Berstabschnitt 45 und lässt somit einen Zwischenraum 51 zwischen dem Höcker und dem Berstabschnitt frei. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass der Höcker 53 den Berstabschnitt 45 berühren kann, wenn sich die Berstscheibe in einem ungeborstenen Zustand befindet.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 erstreckt sich der Außenrand des Höckers 53 nach unten in den Kuppelbereich 35. Der Außenrand 53 verläuft zudem seitlich über den Kuppelbereich 35 zu einem Punkt, der sich innerhalb des Bereiches, der von der Ritzlinie 80 umschrieben ist, oder innerhalb eines Bereiches befindet, der von einem Bogen umschrieben ist, der die Enden 84 und 86 der Ritzlinie 80 verbindet. Der Außenrand des Höckers 53 bildet eine im wesentlichen gerade Linie, um die sich der Berstabschnitt biegen wird, den die Berstscheibe birst. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Außenrand 53 zu einem Punkt innerhalb, jedoch direkt benachbart zum Bereich, der von der Ritzlinie 80 umschrieben ist, oder dem Bereich, der von einem Bogen 85 umschrieben ist, der die beiden Enden der Ritzlinie verbindet. Diese Ausführungsform des Gelenkes verhindert die Fragmentbildung, maximiert jedoch die Größe der Öffnung, die erzeugt wird, wenn die Scheibe birst, wodurch der Druckabfall, oder dynamische Druckverlust über der geborstenen Scheibe minimiert werden und ein geringer Flusswiderstand K_r erzeugt wird.
Wie es in 4 gezeigt ist, ist das Gelenk 90 mit einer ersten Vertiefung 90 und einer zweiten Vertiefung 92 ausgebildet. Die erste und die zweite Vertiefung haben vorzugsweise eine Form, die dem Zwischenraum 51 (unter Bezugnahme auf 3b) zwischen dem Höcker 53 und dem Berstabschnitt 45 der Berstscheibe 44 zugewandt ist. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Vertiefung 90 und 92 benachbart zum ersten bzw. zweiten Ende 84 und 86 der Ritzlinie angeordnet. Es wird in Erwägung gezogen, dass das erste und das zweite Ende 84 und 86 der Ritzlinie 80 an einem Punkt enden, der sich direkt unter der ersten bzw. zweiten Vertiefung 90 und 92 befindet (wie es in 2 gezeigt ist). Alternativ können das erste und das zweite Ende 84 und 86 der Ritzlinie an einem Punkt enden, der direkt mit der ersten bzw. der zweiten Vertiefung 90 und 92 ausgerichtet ist oder sich kurz davor befindet.
Wie es in. 1 bis 4 gezeigt ist, erstreckt sich die Zunge 64 weg vom Höcker 53 und in die Auslassbohrung 36. Vorzugsweise enthält, wie in 2 gezeigt, die Zunge 54 einen geradlinigen Hauptabschnitt 55 mit zwei im wesentlichen geraden Seitenlaschen 56, die vom geradlinigen Hauptabschnitt 55 zum Auslass-Trägerelement 32 hervorstehen. Vorzugsweise ist, wie es In 2 gezeigt ist, der Winkel 87 zwischen den Seitenlaschen 56 und dem geradlinigen Hauptabschnitt 55 stumpf, wenngleich die vorliegende Erfindung in Erwägung zieht, dass der Winkel 87 ein rechter Winkel oder spitzer Winkel sein kann. Vorzugsweise ist der Winkel 87 größer als der Winkel zwischen dem geradlinigen Hauptabschnitt 55 und einer Linie des Radius 89, der durch das entsprechende Ende des geradlinigen Hauptabschnittes 55 verläuft. Vorzugsweise liegt der Winkel 87 im Bereich von etwa 130° bis 160°.
Bei der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, erstrecken sich die Seitenlaschen zum Auslass-Sicherheitselement 32. Vorzugsweise befinden sich die Seitenlaschen 56 in dichter Nähe zum Auslass-Sicherheitselement 32, berühren dieses jedoch nicht, wenn sich die Scheibe in einem ungeborstenen Zustand befindet.
Bei einer alternativen Ausführungsform enthält, wie es in 3b dargestellt ist, die Zunge 54 ein Zungenträgerelement 57, das vom Ende der Zunge zum Auslass-Trägerelement 32 hervorragt. Vorzugsweise erstreckt sich das Zungenträgerelement 57 zu einem Punkt, der sich in dichter Nähe zum Auslass-Trägerelement 32 befindet, dieses aber nicht berührt. Es wird in Erwägung gezogen, dass andere Ausführungsformen dieses Trägeraufbaus dem Fachmann verständlich sein werden.
Unter Bezugnahme auf 2 enthält das Sicherheitselement 50 vorzugsweise eine Abfolge von Spannungserhöhungseinrichtungen 88. Jede Spannungserhöhungseinrichtung 88 erstreckt sich weg vom Flansch 62 und in den Kuppelbereich 35 des Berstabschnittes 45 der Berstscheibe. Jede Spannungserhöhungseinrichtung 88 endet in einem oder mehreren Spannungskonzentrationspunkten. Vorzugsweise sind die Spannungskonzentrationspunkte wenigstens zweier Spannungserhöhungseinrichtungen mit der Ritzlinie 80 im Berstabschnitt 45 der Berstscheibe ausgerichtet. Die Spannungskonzentrationspunkte berühren, wie es im folgenden detaillierter ausgeführt wird, den Berstabschnitt der Berstscheibe, wenn sich die Berstscheibe umkehrt, um sicherzustellen, dass der Berstabschnitt reißt, um einen Flussweg für das Entweichen des Fluids zu erzeugen.
Das Sicherheitselement kann ausgesparte oder "ausgebogene" Bereiche zwischen jeder Spannungserhöhungseinrichtung beinhalten. Diese "ausgebogenen" Bereiche erzeugen Zwischenräume im Träger des Übergangsbereiches der Berstscheibe. Wie es ebenfalls im folgenden detaillierter beschrieben wird, sind die Zwischenräume im Träger der Berstscheibe zudem dabei hilfreich sicherzustellen, dass der Berstabschnitt reißt, um einen Flussweg für das Entweichen des Fluids zu erzeugen. Diese ausgebogenen Bereiche können sich an einigen wenigen ausgewählten Orten um den Außenrand des Sicherheitselementes herum befinden oder können alternativ dazu in regelmäßigen Abständen um den gesamten Außenrand oder den im wesentlichen gesamten Außenrand (z.B. mit Ausnahme des Gelenkbereiches angeordnet sein).
Wie es oben und unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde leitet der Fluidleitungsweg 64 Druckfluid entweder gasförmig oder flüssig zur Einlassbohrung 34 und zum Berstabschnitt 45 der Berstscheibe 44. Bei der dargestellten Ausführungsform berührt das Druckfluid die konvexe Oberfläche 47 der Berstscheibe 44, wodurch das Material der Scheibe einer Druckkraft ausgesetzt wird. Die Größe der Druckkraft entspricht dem Druck des Fluids. Wenn der Druck des Fluids einen vorbestimmten Pegel erreicht und die Druckkraft die Konstruktions- und Materialfestigkeit des Berstabschnittes der Berstscheibe überschreitet, beginnt der kuppelförmige Abschnitt auszuknicken oder sich umzukehren.
Wie es in 5 dargestellt ist, bewirkt die Umkehrung der Scheibe, dass die Scheibe entlang der Ritzlinie 80 reißt, um ein Scheibenblatt 103 auszubilden, das eine Form hat, die durch die Ritzlinie 80 und ein Scheibengelenk 102 gebildet wird, das das Scheibenblatt 103 mit dem Flansch 48 verbindet, um zu verhindern, dass die Scheibe in Fragmente zerfällt. Unter fortwährendem Fluiddruck biegt sich das Gelenk 102 im Bezug auf den Flansch, durch den Zwischenraum 51 zum Sicherheitselement 50. Da sich der Höcker 53 des Sicherheitselementes 50 dicht am Scheibengelenk 102 befindet, ist das Moment, das durch das Scheibengelenk erzeugt wird, relativ klein und wird durch den letztendlichen Kontakt mit dem Höcker aufgefangen, bevor das Scheibenblatt ein ausreichend großes Moment entwickelt, um vom Scheibengelenk abzureißen.
Wenn die Scheibe nicht entlang der Ritzlinie während des anfänglichen Ausknickens der Scheibe reißt, fährt die Scheibe damit fort, unter dem Druck des Fluids auszuknicken und sich umzukehren, bis die Scheibe den Spannungskonzentrationspunkt der Spannungserhöhungseinrichtungen 88 berührt. Die Spannungskonzentrationspunkte erhöhen die Spannung in der Ritzlinie 80, um ein Öffnen der Scheibe zu erleichtern. Darüber hinaus erzeugen die nicht gestützten Zwischenräume des Übergangsbereiches, wie sie durch die Form der "ausgebogenen" Bereiche des Sicherheitselementes definiert sind, zusätzliche Kräfte im Berstabschnitt der Scheibe, um sicherzustellen, dass sich die Scheibe öffnet, um einen Entlüftungsweg für das Fluid zu erzeugen.
Nachdem der Berstbereich gerissen ist und das Scheibengelenk 102 durch den Höcker 53 gehalten wird, bewirken die Kraft des Fluiddrucks und das Moment des Scheibenblattes 103, dass sich die Scheibe um den Außenrand des Höckers 53 biegt. Das Blatt fährt mit der Biegung um den Höcker 53 fort, bis es die Zunge 54 des Gelenks 50 berührt. Der Kontakt des Scheibenblattes 103 mit der Zunge 54 biegt die Zunge, bis die Seitenlaschen 56 das Auslass-Sicherheitselement 32 berühren. Die Abschnitte des Scheibenblattes 103, die sich auf beiden Seiten der Zunge 54 erstrecken, winden sich um die Zunge und berühren die Seitenlaschen 56.
In Abhängigkeit des Drucks im System und des Momentes, mit dem sich das Blatt bewegt, können sich die Zunge 54 und die Seitenlaschen 56 weiter biegen und sich mit dem Scheibenblatt 103 verformen, um die kinetische Energie des sich bewegenden Scheibenblattes zu absorbieren und die Bewegung des Scheibenblattes zu stoppen. Vorzugsweise sind die Seitenlaschen 56 im Bezug auf das Auslassträgerelement abgewinkelt, so dass sie sich in Abhängigkeit des Winkels 87 nach außen oder nach innen biegen können, sofern die Kontaktkraft mit dem sich bewegenden Blatt groß genug ist. Durch Absorbieren der kinetischen Energie des sich bewegenden Scheibenblattes, verringert die Zunge die Gesamtkraft auf das Scheibenblatt, wodurch verhindert wird, dass das Scheibenblatt in Fragmente zerfällt. Die Abmessungen des Gelenks und insbesondere die Abmessungen des Höckers sind so gewählt, dass das Gelenk wirkungsvoll die kinetische Energie des Scheibenblattes absorbiert, während ein großer und hindernisfreier Flussweg erreicht wird, durch den das Fluid entlüftet werden kann.
Bei der dargestellten Ausführungsform falten sich die Abschnitte des Scheibenblattes, die das Ende der Ritzlinie umgeben, zu Vertiefungen 90 und 92 des Gelenks 50. Die Vertiefungen 90 und 92 erstrecken sich im wesentlichen weg vom Flansch 62 des Sicherheitselementes und in die Richtung der Auslassbohrung. Die Vertiefungen 90 und 92 haben gekrümmte Oberflächen und sind derart beschaffen, dass sie die Abschnitte der Berstscheibe benachbart der entsprechenden Enden 84 und 86 der Ritzlinie 80 aufnehmen, ohne zusätzliche Spannungskonzentrationspunkte zu erzeugen. Die Vertiefungen bieten Halt für das Berstscheibenmaterial benachbart der Enden der Ritzlinie. Dadurch werden die Zugkräfte verringert, die auf die Enden der Ritzlinie wirken, um zu verhindern, dass das Reißen in der Berstscheibe über die Enden der Ritzlinie hinaus fortschreitet. Somit wirken die Vertiefungen unterstützend dabei zu verhindern, dass sich das Blatt vollständig von der Scheibe trennt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kehrt sich die Scheibe symmetrisch um und windet sich die Scheibe gleichzeitig um die gegenüberliegenden Vertiefungen, um dadurch die Erzeugung ungleichmäßiger Spannungen auf beiden Seiten des Scheibengelenks zu verhindern.
Die Öffnung, die durch das Bersten der Scheibe erzeugt wird, wird durch die Form und den Ort der Ritzlinie sowie durch die Form und den Ort des Gelenkes be stimmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ritzlinie und das Gelenk derart beschaffen, dass sie die Größe der Öffnung maximieren. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Form des Gelenks, wie sie durch die erste Vertiefung, die zweite Vertiefung sowie den Außenrand des Höckers bestimmt ist, eine im wesentlichen gerade Linie sein kann. Alternativ kann, wie es in 2 gezeigt ist, der Außenrand des Höckers im wesentlichen gerade sein, und die Vertiefungen, die auf beiden Seiten des Höckers angeordnet sind, können zum Flansch des Sicherheitselementes abgewinkelt sein.
Bei der bevorzugten Ausführungsform und wie es in 4 dargestellt ist, enthält der Außenrand des Höckers 53 einen im wesentlichen geraden Abschnitt, der sich an einem Punkt minimal innerhalb der Enden der Ritzlinie 80 befindet. Der gerade Abschnitt kann sich innerhalb des Bereiches 83 befinden, der von der Ritzlinie 80 umschrieben wird, jedoch direkt an diesen grenzen. Alternativ kann sich der gerade Abschnitt innerhalb des Bereiches befinden, der von einem Bogen 85 beschrieben wird, der die Enden 84 und 86 der Ritzlinie 80 verbindet, jedoch direkt an diesen Grenzen. Die Linie 85 erscheint zu Darstellungszwecken in den Zeichnungen und ist auf der Scheibe nicht tatsächlich zu sehen.
Wenn sich das Scheibenblatt 103 um den Außenrand 53 des Gelenks 50 biegt, bildet der Biegeabschnitt des Blattes vorzugsweise eine im wesentlichen gerade Linie zwischen den Enden 84 und 86 der Ritzlinie aus. Somit biegt sich ein maximaler Abschnitt des Scheibenblattes 103 aus dem Fluidleitungsweg. Auf diese Weise wird die Öffnung maximiert, die erzeugt wird, wenn die Scheibe birst.
Bei einer weiteren Ausführungsform, und wie in 17 und 18 dargestellt, ist das Sicherheitselement im wesentlichen flach. Bei bestimmten Anwendungen, wie etwa bei einem elektrischen Schaltgetriebe, erfordert es der Platz, der für die Druckentlastungsanordnung verfügbar ist, dass der Auslass-Sicherheitskopf und das Gelenk durch eine flache Platte ersetzt sind, die an das System geschraubt oder an diesem auf andere Art direkt angebracht werden können.
Wie es in 17 dargestellt ist, enthält das Sicherheitselement 50 ein Gelenk 52. Das Gelenk 52 enthält eine Zunge 53, die einen im wesentlichen geraden Außen abschnitt und eine Vertiefung 190 und 192 auf beiden Seiten der Zunge aufweist. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt das Gelenk 52 in derselben Ebene wie der Flansch 62. Die vorliegende Erfindung zieht jedoch in Erwägung, dass das Gelenk 52 gebogen sein kann, so dass es sich nach unten in die Kuppel der Berstscheibe oder nach oben, weg von der konkaven Seite der Scheibenkuppel erstreckt. Darüber hinaus kann der Außenrand des Gelenks eine gekrümmte Form haben.
Vorzugsweise enthält der Flansch 62 eine Abfolge von Schraubenlöchern (nicht gezeigt), die es gestatten, dass das Sicherheitselement 50 direkt mit dem Drucksystem verbunden werden kann. Der Flansch der Berstscheibe kann direkt am Flansch 62 der Berstscheibe mit einem Klebstoff oder durch Verschweißung befestigt sein.
Vertiefungen 190 und 192 sind benachbart dem ersten und dem zweiten Ende 84 und 86 der Ritzlinie (unter Bezugnahme auf 2) angebracht. Es wird in Erwägung gezogen, dass das erste und das zweite Ende 84 und 86 der Ritzlinie 80 an einem Punkt direkt unter der ersten und der zweiten Vertiefung 190 und 192 enden. Alternativ können das erste und das zweite Ende 84 und 86 der Ritzlinie an einem Punkt enden, der sich direkt unter dem Rand des Gelenks 53 befindet, der erste und zweite Vertiefungen 190 und 192 bildet.
Wie es oben detaillierter beschrieben wurde, biegt sich, wenn sich die Berstscheibe öffnet, das Blatt 103 der Berstscheibe um das Gelenk 52, um die Energie der Scheibenöffnung zu absorbieren. Das Gelenk 52 kann sich mit dem Blatt 103 biegen, wenn sich die Berstscheibe öffnet, um zusätzlich die Energie der Scheibenöffnung zu absorbieren. Vorzugsweise enthält das Sicherheitselement 50 zudem Spannungserhöhungseinrichtungen 88, die, wie es ebenfalls oben erläutert wurde, sicherstellen, dass sich die Berstscheibe vollständig entlang der Ritzlinie öffnet.
Die Abschnitte des Scheibenblattes, die die Enden der Ritzlinie umgeben, falten sich in die Vertiefungen 190 und 192. Dadurch wird die Größe der Spannungen verringert, die auf die Enden der Berstlinie wirken, um zu verhindern, dass die Rissbildung in der Berstscheibe über die Enden der Ritzlinie hinaus fortschreitet und schließlich bewirkt, dass das Scheibenblatt in Fragmente zerfällt.
Ein weiterer Faktor beim Erreichen einer großen und hindernisfreien Öffnung bei allen Servicezuständen ist das Steuern des Anfangsumkehrpunktes der Scheibe. Der Anfangsumkehrpunkt der Scheibe ist der Punkt, an dem die Scheibe beginnt, unter der Kraft des Druckfluids auszuknicken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Ausgangsumkehrpunkt am Scheitelpunkt des kuppelförmigen Berstabschnittes. Dies ist eine zentrale Position auf der Berstscheibe und zudem die Position auf dem Berstabschnitt, die am weitesten vom Übergangsbereich der Scheibe entfernt ist. Der Beginn der Umkehrung an dieser Position stellt sicher, dass sich die Scheibe symmetrisch umkehrt.
Eine symmetrische Scheibenumkehr führt zu einer verbesserten Scheibenöffnung sowohl bei geritzten als auch nicht geritzten Scheiben. Bei einer geritzten Scheibe stellt die symmetrische Umkehrung sicher, dass sich dieselbe Kraft entlang der gesamten Ritzlinie verteilt, so dass das Scheibenmaterial vollständig entlang der Ritzlinie reißt und sich vollständig öffnet. Bei einer nicht geritzten Scheibe, bei dem ein Sekundärschneidmechanismus, wie etwa Umfangszähne, verwendet werden, um die Scheibe zu punktieren und zu öffnen, faltet sich das Material gleichmäßig über den Sekundärschneidmechanismus. Der Sekundärschneidmechanismus bewirkt anschließend, dass sich die Scheibe vollständig öffnet, und gestattet es dem Scheibenblatt, sich um das Scheibengelenk zu biegen und die Größe der Öffnung zu maximieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Kuppel des Berstabschnittes eine strukturelle Scheitelpunktstruktur. Eine strukturelle Scheitelpunktstruktur der vorliegenden Erfindung erzeugt eine strukturelle Schwächung, wie etwa eine Ausdünnung oder Streckung des Scheibenmaterials im Berstabschnitt der Berstscheibe. Die Ausdünnung oder Streckung des Scheibenmaterials geht zu Lasten der strukturellen Festigkeit der Scheibenkuppel. Es hat sich gezeigt, dass, wenn die Scheibe einem Fluid ausgesetzt ist, das einen bestimmten Druck hat, die Berstscheibe ihre Umkehrung an der strukturellen Schwächung beginnt. Somit kontrolliert eine geeignet beschaffene strukturelle Scheitelpunktstruktur den Ausgangsumkehrpunkt der Scheibe.
Es sollte ebenfalls darauf hingewiesen werden, das die strukturelle Scheitelpunktstruktur den erwarteten Berstdruck der Berstscheibe verringern wird. Mit anderen Worten birst eine Scheibe mit einer strukturellen Scheitelpunktstruktur bei einem geringeren Druck als eine ähnliche Scheibe ohne einer strukturellen Scheitelpunktstruktur. Dies ist dahingehend erwähnungswürdig, dass eine Scheibe ohne strukturelle Scheitelpunktstruktur aus einem dünneren Material gefertigt sein muss, um denselben Berstdruck zu erreichen wie die Scheibe mit einer strukturellen Scheitelpunktstruktur. Es hat sich zudem gezeigt, dass es eine Korrelation zwischen Größe und Form der strukturellen Scheitelpunktstruktur und dem Umfang der Verringerung des Berstdrucks gibt. Im allgemeinen führt eine größere strukturelle Scheitelpunktstruktur zu einer größeren Verringerung des Berstdrucks.
Das Konzept der strukturellen Scheitelpunktstruktur eröffnet die Möglichkeit einer großen Verbesserung der Zuverlässigkeit und Präzision von Berstscheiben, insbesondere jener Scheiben, die so beschaffen sind, dass sie bei geringem Druck bersten. Die Niederdruck-Scheiben müssen normalerweise aus einem dünnen Material bestehen, das leicht beschädigt wird. Jede Beschädigung der Scheibe vor oder während der Anbringung kann den Berstdruck der Scheibe dramatisch verändern. Darüber hinaus können jegliche Unregelmäßigkeiten bei der Anbringung, wie etwa eine Fehlausrichtung von Sicherheitsköpfen oder der Scheibe an sich, durch den Kopf hervorgerufene Unregelmäßigkeiten sowie ein Nichtpassen von Schraube oder Flansch, weiterhin den Berstdruck der Scheibe verändern. Da eine Scheibe mit einer strukturellen Scheitelpunktstruktur aus einem dickeren Material hergestellt werden kann, das für diese Art von Problemen weniger anfällig ist, wird die Einführung der strukturellen Scheitelpunktstruktur die Zuverlässigkeit der Berstscheiben verbessern.
Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass Größe und Form der strukturellen Scheitelpunktstruktur die bestimmenden Faktoren bei der Bestimmung des Berstdrucks der Berstscheibe sind. Mit anderen Worten hebt die Beschaffenheit der struktu rellen Scheitelpunktstruktur andere Konstruktionsfaktoren, wie etwa die Tiefe und den Ort der Berstlinie, die zuvor den Berstdruck der Berstscheibe beeinflussten, auf.
Wie es in 6 und 7 gezeigt ist, ist die strukturelle Scheitelpunktstruktur eine Vertiefung 140, die sich am Scheitelpunkt der Kuppelform des Berstabschnittes befindet. Vorzugsweise ist, wie in 7 gezeigt, die Vertiefung 140 in der konvexen Oberfläche 47 der Kuppel ausgebildet, wodurch ein Hohlraum 143 in der konvexen Oberfläche 47 und ein entsprechender nippelförmiger Vorsprung/Einbuchtung 144 in der konkaven Oberfläche 46 erzeugt wird. Alternativ kann die Vertiefung 140 in der konkaven Oberfläche 46 der Kuppel ausgebildet sein, wodurch ein Hohlraum in der konkaven Oberfläche 46 und ein entsprechender nippelförmiger Vorsprung in der konvexen Oberfläche 47 erzeugt wird.
Wie es in 7 gezeigt ist, enthält die Vertiefung einen kreisförmigen Außenrand 142. Vorzugsweise ist der Abstand vom Außenrand 142 zum Übergangsbereich 49 derselbe bei allen Punkten entlang des Außenrandes 142 der Vertiefung 140.
Wie es in 8 und 9 dargestellt ist, kann die Vertiefung eine Vielfalt von Formen haben. Beispielsweise kann, wie in 8 gezeigt, die Vertiefung eine gerade Linie sein, die einen Mittelpunkt hat, der mit Scheitelpunkt der Kuppel übereinstimmt. Darüber hinaus kann, wie in 9 gezeigt, die Vertiefung zwei gerade Linien beinhalten, die sich am Scheitelpunkt der Kuppel schneiden.
Es wird in Erwägung gezogen, dass ein Ändern der Größe und der Form der strukturellen Scheitelpunktstruktur umfassende Variationen beim Druck bewirken kann, bei dem eine Scheibe einer bestimmten Größe und eines bestimmten Materials bersten wird. Beispielsweise birst eine 1"-Scheibe, die aus einem 0,003" dicken Material besteht, das eine kleine Vertiefung hat, bei einem höheren Druck als eine ähnliche Scheibe mit einer größeren Vertiefung. Somit gestatt die Veränderung der Beschaffenheit der strukturellen Scheitelpunktstruktur, dass eine Berstscheibe bestimmter Größe und Dicke auf die einzelnen Druckentlastungsanforderungen einer Vielzahl unterschiedlicher kommerzieller Anwendungen angepasst werden kann.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass, um eine Berstscheibe herzustellen, die beim gewünschten Druck präzise birst, die Vertiefung oder andere strukturelle Scheitelpunktstruktur in einer Weise ausgebildet sein muss, die sicherstellt, dass die Beschaffenheit der strukturellen Scheitelpunktstruktur zwischen den Scheiben konsistent ist. Ein Verfahren zum Ausbilden einer Vertiefung in einer Berstscheibe ist im US-Patent No. 6.006.938 für Mozely beschrieben. Beim hier beschriebenen Verfahren wird die Vertiefung dahingehend "frei ausgebildet", dass ein Werkzeug auf die Scheibe auftrifft, wenn die Scheibe ausgebildet wird. Wie es im Versuchsdatensatz unten dargestellt ist, wird die durch dieses Verfahren ausgebildete Berstscheibe nicht beständig bei einem gewünschten Druck bersten. Diese Verfahren erzeugt somit keine Scheibe mit einem hohen Grad einer Berstdruckgenauigkeit, die von zahlreichen kommerziellen Anwendungen verlangt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Vertiefung in der Kuppel einer Berstscheibe angegeben. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Vertiefung zu jedem Herstellungsstadium der Scheibe ausgebildet werden kann. Demzufolge bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Vertiefung in einer ausgebildeten Berstscheibe oder einem Berstscheibenrohling und auf eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Vertiefung in einer Berstscheibe wenn die Kuppel der Scheibe ausgebildet wird. Die Vertiefungsausbildungsvorrichtungen gestatten die Ausbildung von Vertiefungen in Berstscheiben in einer zuverlässigen und konsistenten Art und Weise, was, wie es in den unten aufgeführten Versuchsdaten gezeigt ist, zu einer Verbesserung der Berstgenauigkeit der Berstscheiben führt.
Wie es in 10 gezeigt ist, enthält eine Vertiefungsausbildungsvorrichtung 148 ein erstes Element, das vorzugsweise ein Amboss 154 ist. Der Amboss 154 weist eine Stützfläche 155 auf, die eine Öffnung 164 begrenzt. Vorzugsweise ist die Öffnung 164 kreisförmig, wenngleich in Erwägung gezogen wird, dass die Öffnung 164 andere Formen haben kann.
Die Stützfläche 155 ist derart beschaffen, dass sie mit einer Seite des Berstabschnittes 45 am Scheitelpunkt der Kuppelform derart in Eingriff steht, dass die Öffnung 164 den Scheitelpunkt umschließt. Es wird in Erwägung gezogen, das die Stützfläche 155 eine geringe Breite haben kann, so dass lediglich ein gewählter Abschnitt des Berstabschnittes 45 gestützt wird. Alternativ kann die Stützfläche 155 eine Form haben, die dem Umriss der Berstscheibenkuppel entspricht und sich zum Übergangsbereich der Scheibe derart erstreckt, dass der gesamte Berstabschnitt 45 außerhalb der Öffnung gestützt wird.
Vorzugsweise steht die Stützfläche 155 mit der konkaven Seite der Kuppelform in Eingriff, wenngleich die Stützfläche mit der konvexen Seite der Kuppelform in Eingriff stehen kann. Alternativ kann der Amboss mit einer Seite des Berstscheibenrohlings in Eingriff stehen, der, wie es unten detaillierte beschrieben wird, letztendlich zu einer Berstscheibe ausgebildet wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Mittellinie 162 des Ambosses 154 mit dem Scheitelpunkt der Kuppelform des Berstabschnittes 45 ausgerichtet. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass die Mittellinie 162 vom Scheitelpunkt der Kuppelform verschoben sein kann.
Ein Rahmen 156 umgibt den Amboss 154. Der Rahmen 156 enthält eine Innenwand 158, die einen Hohlraum begrenzt, der derart beschaffen ist, dass er den Flansch 48 der Berstscheibe aufnimmt. Vorzugsweise ist die Höhe der Innenwand 158 derart gewählt, dass sichergestellt ist, dass der Flansch 48 nicht die Bodenfläche 159 des Hohlraumes berührt, so dass der Amboss 154 die einzige Stützvorrichtung für die Berstscheibe ist. Darüber hinaus entspricht der Durchmesser der Innenwand 158 beinahe dem Durchmesser des Flansches 48. Auf diese Weise stellt die Innenwand 158 sicher, dass die Berstscheibe korrekt mit dem Amboss 154 ausgerichtet ist.
Der Rahmen 156 kann einen oder mehrere Stifte 160 (lediglich ein Stift ist in 10 dargestellt) enthalten. Die Stifte 160 sind derart beschaffen, dass sie in Löcher 88 im Flansch 48 (unter Bezugnahme auf 6) eingreifen. Der Eingriff 160 mit den Löchern 88 stellt weiterhin sicher, dass die Berstscheibe korrekt auf dem Amboss ausgerichtet ist.
Die Vertiefungsausbildungsvorrichtung 148 enthält zudem ein zweites Element, das vorzugsweise ein Dorn 150 ist, der im wesentlichen mit der Öffnung 164 im Amboss 154 ausgerichtet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Mittellinie 166 des Dorns 150 direkt mit der Mittellinie 162 des Ambosses ausgerichtet. Die vorliegende Erfindung zieht jedoch in Erwägung, dass der Dorn 150 im Bezug auf den Scheitelpunkt und/oder den Amboss versetzt sein kann, vorausgesetzt, dass sich die Dornspitze innerhalb des Bereiches befindet, der durch die Dornöffnung 164 umschrieben ist.
Der Dorn 150 enthält eine Spitze 152, die mit der zweiten Seite des Berstabschnittes 45 in Eingriff steht. Wenn sich der Dorn 150 relativ zum Amboss 154 bewegt, wird das Material des Berstabschnittes, das der Öffnung 164 entspricht. relativ zum Amboss 154 verschoben. Diese erzwungene und gesteuerte Verschiebung bewirkt, dass sich das Scheibenmaterial entlang des Randes und des nach unten abfallenden Abschnittes der Vertiefung durch Dehnen, Ausdünnen oder Scheren relativ zum umgebenden Scheibenmaterial verformt.
Die Stützkraft des Ambosses, die der Kraft des Dorns entgegenwirkt, erzeugt eine permanente Verformung, wie etwa einen Knick 200 (unter Bezugnahme auf 19) in der Oberfläche des Berstabschnittes 45. Diese permanente Verformung wird erzeugt, wenn der Dorn eine Verschiebung des Materials des Berstabschnittes relativ zum Material erzwingt, das vom Amboss gestützt wird. Vorzugsweise wird die konkave Oberfläche der Scheibe durch den Amboss gestützt, und somit wird die Verformung wenigstens in der konkaven Oberfläche ausgebildet. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Verformung ebenso in der konvexen Oberfläche oder sowohl in der konkaven als auch in der konvexen Oberfläche ausgebildet werden kann.
Die Verformung, das Dehnen, Ausdünnen oder Scheren des Scheibenmaterials erzeugt die strukturelle Schwächung in der Scheibenkuppel. Durch präzises Steuern der Bewegung und des Ortes des Dorns und des Ambosses, können ähnliche Größen einer Ausdünnung, Dehnung oder Scherung in aufeinanderfolgenden Scheiben hervorgerufen werden. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit und Genauigkeit einer Serie von Berstscheiben auf einem Niveau aufrechterhalten werden, das für kommerzielle Anwendungen erforderlich ist.
Vorzugsweise wird die Bewegung des Dorns 150 präzise gesteuert. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der zulässige Bewegungsbereich der Dornspitze 152 durch ein Mikrometer geregelt, das Einstellungen von 0,0001" zulässt. Auf diese Weise kann die Tiefe der Einbuchtung im Bezug auf den Scheitelpunkt der Kuppel, die in der Berstscheibe erzeugt wird, akkurat und präzise gesteuert werden.
Alternativ können die Dornspitze 152 und die Ambossöffnung 164 eng bemessen sein, so dass das Scheibenmaterial durch Scherung verschoben wird. Wie es in 19 gezeigt ist, führt die Vertiefung 140, die durch Scheren des Berstabschnittes 45 ausgebildet wird, zu einem Außenrand 142, der eine scharfe Ecke hat. Darüber hinaus wird ein Knick 200 auf der gegenüberliegenden Seite des Berstabschnittes 45 ausgebildet, die bei der dargestellten Ausführungsform die konkave Oberfläche ist. Die Scherung des Dorns erzeugt zudem einen deutlich begrenzten ausgedünnten Bereich 202 im Berstabschnitt 45. Dieser Ausgedünnte Bereich repräsentiert die strukturelle Schwächung, die mit dem Ausgangsumkehrpunkt zusammenfällt.
Wie es in 11 gezeigt ist, enthält eine Dornspitze 152 zum Scheren des Materials des Berstabschnittes 45 vorzugsweise eine konkave Oberfläche 168. Wenn die Dornspitze 152 mit dem Berstabschnitt 45 in Eingriff steht, gelangt zunächst der Rand 167 mit der gekrümmten Oberfläche des Berstabschnittes in Eingriff. Dadurch ist sichergestellt, dass jede Vertiefung, in einer nachfolgenden Scheibe ausgebildet wird, im wesentlichen dieselbe Form haben wird. Eine flache Dornspitze nutzt sich mit der Verwendung ab und kann letztendlich zu unebenen und ungleichmäßigen Vertiefungen führen.
Das Profil der Dornspitze kann eine beliebige Form oder Größe haben. Beispielsweise kann, wie in 12a bis 12c dargestellt, die Dornspitze ein kreisförmiges Profil (unter Bezugnahme auf 12a), ein D-förmiges Profil (unter Bezugnahme auf 12b) oder ein Tropfenprofil (unter Bezugnahme auf 12c) ha ben. Die Form der Ambossöffnung 164 kann oder kann nicht so beschaffen sein, dass sie dem Profil der Dornspitze 152 entspricht. Beispielsweise kann ein tropfenförmiges Dornprofil in Verbindung entweder mit einer kreisförmigen Ambossöffnung oder einer tropfenförmigen Ambossöffnung verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung zieht in Erwägung, dass die Beschaffenheit der Vertiefung 140 in einer Reihe von Varianten in der Vertiefungsausbildungsvorrichtung variiert werden kann. Beispielsweise können die Größe und die Form der Dornspitze 152 und der Ambossöffnung 164 einzeln oder in Kombination variiert werden, um die resultierende Form der Vertiefung zu verändern. Darüber hinaus können die Dornspitze 152 und/oder die Ambossöffnung vom Scheitelpunkt der Kuppelform versetzt sein, um die Beschaffenheit der Vertiefung weiter zu variieren. Es wird erwartet, dass ein fortgeführtes Experimentieren mit Dornspitzen und Ambossöffnungen unterschiedlicher Form und Größe zu einer Beschaffenheit der Vertiefung führen, die optimale Leitungseigenschaften aufweist.
Eine Vorrichtung 160 zum Ausbilden einer Vertiefung im Berstabschnitt während die Berstscheibe ausgebildet wird, ist in 13 und 14 dargestellt. Wie es nach dem Stand der Technik bekannt ist, werden Berstscheiben normalerweise aus einem flachen, kreisförmigen Blatt eines Materials ausgebildet, das als Berstscheibenrohling bekannt ist. Ein Abschnitt des flachen Materialblattes wird einem pneumatischen oder hydraulischen Druck ausgesetzt, um den kuppelförmigen Berstabschnitt auszubilden.
Die Vorrichtung 160 enthält eine Klemmvorrichtung 161, die den Umfang eines Scheibenrohlings (gekennzeichnet mit einer Strichlinie 172) fest hält. Die Klemmvorrichtung 161 enthält einen Träger 162 und eine Form 164. Der Träger 162 enthält einen zentralen Leitungsweg 168, der mit eine Quelle des Druckfluids verbunden ist. Ist er Scheibenrohling sicher in der Klemmvorrichtung 161 befestigt, leitet der Leitungsweg das Druckfluid (wie es mit den Pfeilen 170 gekennzeichnet ist) gegen den zentralen, nicht geklemmten Abschnitt des Scheibenrohlings. Die Kraft des Fluids wirkt auf das nicht geklemmte Material des Scheibenrohlings, um das nicht geklemmte Material relativ zur Klemmvorrichtung und in die Form 164 zu verschieben.
Die Form 164 enthält eine konkave Oberfläche 176, die dem Scheibenrohling zugewandt ist. Wenn das nicht geklemmte Material relativ zur Klemmvorrichtung verschoben ist, steht das Material mit der konkaven Oberfläche 167 in Eingriff. Die Form der konkaven Oberfläche 176 definiert die resultierende Form des Berstabschnittes 45.
Die Form 164 weist eine Öffnung 150 auf, in der sich ein Element befindet, das vorzugsweise ein Dorn 150 ist. Der Dorn 150 enthält eine Spitze 152, die aus der konkaven Oberfläche 176 am oder in der Nähe des Punktes hervorragt, der dem Scheitelpunkt der Kuppelform entspricht. Vorzugsweise ist der Dorn 150 im Bezug auf die Form 164 beweglich, um den Abstand zu variieren, um den die Dornspitze 152 aus der konkaven Oberfläche 176 hervorragt. Zudem hat die Form 164 eine Entlüftungsöffnung 174, durch die das Druckfluid entweichen kann, wenn Probleme während der Ausbildung der Berstscheibe auftreten.
Wie es in 14 gezeigt ist, gelangt die Dornspitze 152 mit dem Material des Scheibenrohlings in Eingriff, wenn dieses durch das Druckfluid verschoben wird. Die fortwährend wirkende Kraft des Fluids auf das Rohlingsmaterial bewirkt, dass das Material um die Dornspitze abgelenkt wird, was zur Ausbildung der Vertiefung 140 führt. Die Form der Vertiefung 140 und des Vertiefungsrandes 142 können durch Variieren des Drucks des Ausbildungsfluids verändert werden. Ein höherer Fluiddruck führt zu einem engeren Krümmungsradius des Vertiefungsrandes 142. Im Gegensatz dazu führt ein geringerer Fluiddruck zu einem größeren Krümmungsradius des Vertiefungsrandes.
Durch Ausbilden der Berstscheibe mit der Form- und Dornkombination kann die resultierende Beschaffenheit der Vertiefung präzise gesteuert werden. Insbesondere kann die Tiefe der Vertiefung im Bezug auf den Scheitelpunkt der Kuppel präzise gesteuert werden. Darüber hinaus kann die Höhe der Kuppel im Bezug auf den Scheibenflansch, die ein weiterer Faktor ist, der beträchtlichen Einfluss auf den Berstdruck der Scheibe hat, präzise gesteuert werden. Somit können die Zuverlässigkeit und die Präzision der Berstscheiben auf einem Niveau beibehalten werden, das für kommerzielle Anwendungen erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung zieht in Erwägung, dass die Dornspitze 152 eine Querschnittsform haben kann, wie sie in 11 gezeigt ist, und ein beliebiges Profil, das beispielsweise jene Profile beinhaltet, die in 12a bis 12c dargestellt sind. Es wird weiterhin in Erwägung gezogen, dass die Dornspitze vom Scheitelpunkt der Kuppelform versetzt sein kann.
Die Beschaffenheit der Vertiefung 140 kann zudem durch Bewegen der Dornspitze und Neuformen der Scheibenkuppel variiert werden. Nachdem die Scheibe mit einem Fluid eines ersten Drucks ausgebildet worden ist, kann die Dornspitze 152 teilweise oder vollständig im Bezug auf die konkave Form der Form zurückgezogen werden. Anschließend wird die Berstscheibe einem Druckfluid eines zweiten Drucks ausgesetzt, der vorzugsweise geringer ist als der ursprüngliche Ausbildungsdruck. Das Druckfluid wirkt erneut auf die Scheibe, um die Kuppel neuzuformen. Da die Dornspitze nicht länger mit dem Berstabschnitt in Eingriff steht, bewirkt das Fluid eine Verringerung der Tiefe der Vertiefung relativ zum Scheitelpunkt der Kuppelform. Auf diese Weise kann die Beschaffenheit der Vertiefung verändert werden.
Die vorliegende Erfindung zieht weiterhin in Erwägung, dass eine Berstscheibenkuppel, die eine Vertiefung hat aus einem Berstscheibenrohling gestanzt werden kann. Dies würde durch ein Werkzeug erreicht werden, das so beschaffen ist, dass es die gewünschte Form der Berstscheibenkuppel aus dem Berstscheibenrohling erzeugt. Bei dieser Ausführungsform ist der Dorn gleitend im Werkzeug angeordnet. Dadurch kann die Tiefe der Vertiefung im Bezug auf den Scheitelpunkt der Kuppel zwischen Scheiben verändert werden, die ähnliche Kuppelhöhen und Formen haben. Wie es oben erläutert wurde, bestimmt die Beschaffenheit der Vertiefung den Berstdruck der Berstscheibe. Somit kann der Berstdruck anderweitig ähnlicher Scheiben auf einfache Weise abgeändert werden, um die Anforderungen unterschiedlicher kommerzieller Anwendung zu erfüllen.
Alternativ dazu kann, wie es in 15 und 16 gezeigt ist, die strukturelle Scheitelpunktstruktur eine Öffnung 180 im Berstabschnitt 45 der Berstscheibe sein. Wie es in 15 dargestellt ist, ist die Öffnung 180 vorzugsweise am Scheitelpunkt der Kuppelform der Berstabschnittes 45 zentriert. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass die Öffnung 180 vom Scheitelpunkt der Kuppelform versetzt sein kann.
Wie es in 15 gezeigt ist, ist die Öffnung vorzugsweise kreisförmig. Die vorliegende Erfindung zieht jedoch in Erwägung, dass die Öffnung 180 andere Formen, wie etwa ein Dreieck, ein Quadrat, ein Fünfeck, ein Sechseck oder ein Oval, haben kann.
Wie es in 16 gezeigt ist, bedeckt eine Auskleidung 182 die Öffnung 180 und dichtet diese ab. Vorzugsweise besteht die Auskleidung 182 aus einem Material, das leichter und flexibler ist als das Material der Berstscheibe. Vorzugsweise bedeckt die Auskleidung 182 die gesamte Berstscheibe, wenngleich sich die Auskleidung nur einen geringen Abstand über die Öffnung 180 hinaus erstrecken kann. Die Auskleidung kann mit einem haftenden Material oder durch Anschweißen an einen beliebigen Teil der Berstplatte, wie etwa dem Berstabschnitt und/oder dem Flansch angebracht sein.
Es hat sich herausgestellt, wie es aus den Beispielen hervorgeht, dass das Vertiefen der Kuppel der Scheibe am Scheitelpunkt gemäß den Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Berstgenauigkeit der Berstscheibe verbessert. Berstscheiben werden in Mengen einer bestimmten Anzahl (normalerweise fünf bis zehn Stück) hergestellt, wobei sämtliche Scheiben in einer Menge einen Nenndruck auf der Basis einer statistischen Probennahme von Versuchsscheiben aus derselben Herstellungsmenge aufnehmen. Normalerweise werden sämtliche Scheiben aus der Menge innerhalb 5% des Nenndrucks bersten. Um ein vorzeitiges Bersten der Scheibe zu verhindern, sollte somit der Betriebsdruck des Systems 90% des Nennberstdrucks der Scheibe nicht überschreiten. Eine Verbesserung der Genauigkeit und der Wiederholbarkeit der Scheibe gestattet es, dass das System bei mehr als 90% des Nenndrucks der Berstscheibe betrieben werden und dennoch ein akzeptabler Sicherheitsspielraum erreicht werden kann.
Berstscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung sind hinsichtlich ihres tatsächlichen Berstdrucks deutlich konsistenter. Die folgenden Berstgenauigkeits-Versuchsdaten repräsentieren Vergleichsversuche, die an Berstscheiben ausgeführt wurden, die über eine Vertiefung verfügen, die mit einem der drei unterschiedlichen Verfahren ausgebildet wurde: (1) Ausbilden der Vertiefung mit einer Freiform, (2) Ausbilden der Vertiefung durch eine Form und (3) Ausbilden der Vertiefung mit einem Amboss.
Berstgenauigkeitsversuch 1 – Scheiben mit einer durch eine Freiform ausgebildeten Vertiefung:
Dieser Berstgenauigkeitsversuch wurde an 1,5"-Scheiben mit einer Vertiefung ausgeführt, die mit einem "Freiform"-Verfahren ausgebildet wurde, bei dem ein Werkzeug mit der Scheibenkuppel während der Ausbildung in Eingriff gebracht wurde, ohne dass eine Form oder eine andere Stützvorrichtung Verwendung fanden. Es wurden zahlreiche Bauformen von Scheiben mit unterschiedlichen Dicken, Kuppelhöhen und Vertiefungstiefen zum Bersten gebracht, um den tatsächlichen Berstdruck jeder Scheibe zu ermitteln. Die tatsächlichen Berstdrücke für jede Bauform der Scheibe wurden anschließend verglichen, um die Berstgenauigkeit für diese Scheibenbauform zu ermitteln.

*Steht für die dreifache Standardabweichung bei tatsächlichen Berstdrücken als Prozentsatz des durchschnittlichen Nennberstdrucks.

Berstgenauigkeitsversuch 2 – Scheiben mit einer durch eine Form ausgebildeten Vertiefung
Dieser Berstgenauigkeitsversuch wurde mit 1,5"-Scheiben durchgeführt, die eine Vertiefung haben, die mit einer Form ausgebildet wurde, wie es detaillierter oben beschrieben ist. Zahlreiche Bauformen von Scheiben mit unterschiedlichen Dicken, Kuppelhöhen und Vertiefungstiefen wurden zum Bersten gebracht, um den tatsächlichen Berstdruck für jede Scheibe zu bestimmen. Die tatsächlichen Berstdrücke für jede Bauform der Scheibe wurden anschließend verglichen, um die Berstgenauigkeit für diese Scheibenbauform zu ermitteln.

Berstgenauigkeitsversuch 3 – Scheiben mit einer durch einen Amboss ausgebildeten Vertiefung
Dieser Versuch wurde an 1"-Scheiben mit einer Vertiefung ausgeführt, die mit einem Amboss nach der Ausbildung der Scheibenkuppel ausgebildet wurde, wie es oben detaillierter beschrieben ist. Zahlreiche Bauformen von Scheiben mit unterschiedlichen Dicken, Kuppelhöhen und Vertiefungstiefen wurden zum Bersten gebracht, um den tatsächlichen Berstdruck für jede Scheibe zu ermitteln. Die tatsächliche Berstdrücke für jede Scheibenbauform wurden anschließend verglichen, um die Berstgenauigkeit für diese Scheibenbauform zu ermitteln.

Zusammenfassung der Berstgenauigkeit
Die folgenden Tabelle fasst die vorangehenden Versuchsatten zusammen. Diese Tabelle stellt den Durchschnitt der Berstgenauigkeiten für die unterschiedlichen Verfahren zum Ausbilden einer Vertiefung in der Kuppel der Berstscheibe dar.

*Steht für einen Durchschnitt der Berstgenauigkeiten, wie sie im oberen Versuch ermittelt wurden.

Wie es die obigen Versuche und die Zusammenfassung in der vorangehenden Tabelle zeigen, haben Berstscheiben mit einer Vertiefung, die gemäß der vorlie genden Erfindung ausgebildet sind, eine weitaus größere Berstgenauigkeit als Scheiben mit Vertiefungen, die durch andere Verfahren ausgebildet werden.
Das Einstellen andere Konstruktionsparameter, wie etwa des Ortes der Ritzlinie, kann zu zusätzlichen Verbesserungen der Berstgenauigkeit der Scheibe führen. Die vorliegende Erfindung zieht in Erwägung, dass eine Berstscheibe, die eine strukturelle Scheitelpunktstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Ritzlinie im Übergangsbereich der Scheibe hat, im Vergleich zu den Berstgenauigkeitseigenschaften herkömmlicher Berstscheiben ebenso stark verbesserte Berstgenauigkeitseigenschaften haben wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ein verringertes Beschädigungs-Sicherheitsverhältnis. Das Beschädigungs-Sicherheitsverhältnis einer Scheibe wird durch Dividieren des tatsächlichen Berstdrucks einer beschädigten Scheibe durch den Nenndruck der Scheibe bestimmt. Die folgenden Daten zeigen das Beschädigungsverhältnis von Berstscheiben, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, mit unterschiedlichen Beschädigungstypen.
Beschädigungsversuch
Der folgende Beschädigungsversuch wurde an 1"-Berstscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Diese Berstscheiben wurden aus 0,004" Ni hergestellt, das mit 275 psig geformt wurde, wobei eine resultierende Kronenhöhe 0,190" betrug. Der durchschnittliche Berstdruck der getesteten Scheibenmenge betrug in einem unbeschädigten Zustand 50,6 psig. Gemäß den ASME-Standards ist eine zulässige Berstdrucktoleranz ± 5 psig des Nennberstdrucks. Somit ist bei den Berstscheiben dieses Versuchs der minimal zulässige Berstdruck 48,1 psig und der maximale zulässige Berstdruck 53,1 psig.

*Eine Scheibe wird als beschädigt betrachtet, wenn die Kuppel der Scheibe physikalisch verändert ist, so dass sie ein Merkmal aufweist, das auf beiden Seiten des Berstabschnittes der Scheibe sichtbar ist
**Eine stumpfe Beschädigung wurde an der Scheibe unter Verwendung eines im wesentlichen flachen Gegenstandes mit einem kreisförmigen Profil, wie etwa eines Hammers mit einem Durchmesser von etwa 0,75", erzeugt.
***Eine scharfe Beschädigung wurde an der Scheibe unter Verwendung eines Werkzeuges hervorgerufen, das eine rechteckig profilierte Spitze hat, wie etwa ein Schraubendreher mit den Abmessungen 0,200" × 0,040".

Wie es der obige Versuch zeigt, hat eine Berstscheibe, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird ein Beschädigungs-Sicherheitsverhältnis von weniger als 1. Wird eine Berstscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung vor oder nach der Installation beschädigt, wird die Scheibe somit dennoch bei einem Druck bersten, der nicht größer als der maximal zulässige Berstdruck der Scheibe ist (der in diesem Beispiel der Nennberstdruck plus 5% ist).
Wie es zuvor erwähnt wurde, kann die beschriebene Druckentlastungsanordnung in einem Drucksystem verwendet werden, das entweder ein Druckgas oder eine Druckflüssigkeit enthält. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Berstschei be angegeben, die, wenn sie birst, einen geringen Flusswiderstand K_r sowohl bei einer flüssigen Anwendung als auch bei einer gasförmigen Anwendung hat.
Der Flusswiderstand K_r einer Berstscheibe bestimmt die Rate, mit der die Berstscheibe Fluid ablassen wird, um den Druck eines Systems zu verringern. Der Flusswiderstand ist eine Funktion des Druckabfalls oder des dynamischen Druckverlustes über die geborstene Berstscheibe. Ein starker dynamischer Druckverlust führt zu einem großen K_r und somit zu einer niedrigeren Fluidentlastungsrate. Die American Society of Mechanical Engineers (ASME), Standard ASME PTC 25, haben Leistungstestanforderungen für Fluidentlastungsraten einer Berstscheibe aufgestellt.
Berstscheiben, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, haben ein geringes K_r sowohl in Flüssigkeits- als auch in Gasumgebungen. Die K_r-Klasse einer Berstscheibe wird mit einer Standardprozedur ermittelt. Bei einem Verfahren wird die K_r-Klasse eines speziellen Scheibenaufbaus durch Berstenlassen dreier Proben von drei unterschiedlichen Größen der Berstscheibe beim minimalen Nenndruck für die Scheibe ermittelt. Anschließend wird der K_r-Wert für jede der neun Berstscheiben ermittelt. Als nächstes werden die Durchschnitts- und die Standardabweichung der neun K_r-Werte ermittelt. Die K_r-Klasse für die Berstscheibe ist gleich dem Durchschnitt der neun K_r-Werte plus das Dreifache der Standardabweichung der neun K_r-Werte. Die folgenden Versuchsdaten zeigen Versuche, die an Scheiben, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, in einer Gasumgebung gemäß den ASME-Standards durchgeführt wurden:
Wie es der obige Versuch zeigt, hat eine Berstscheibe, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, ein kleines K_r in einer Gasumgebung. Wenngleich das K_r in einer Flüssigkeitsumgebung geringfügig größer sein kann, erzeugt die vorliegende Erfindung dennoch einen geringen K_r-Wert unter Flüssigkeitsbedingungen. Vorzugsweise ist das K_r der Berstscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner als etwa 1,6 sowohl bei Gas- als auch bei Flüssigkeitsanwendungen. Besser ist das K_r der Berstscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung geringer als etwa 1,0 sowohl bei Gas- als auch bei Flüssigkeitsanwendungen. Und im Idealfall ist das K_r der Berstscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner als etwa 0,7 bei Gas- und/oder Flüssigkeitsanwendungen.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ein Berstscheibenaufbau, der geringe Berstdrücke bei Verwendung in einer Flüssigkeit erzeugt. Herkömmliche, nicht in Fragmente zerfallende Berstscheiben eignen sich nicht für Niederdruckanwendungen in Flüssigkeiten, da sich die Scheiben bei einer derartigen Verwendung nicht vollständig öffnen. Die Berstscheibe der vorliegenden Erfindung erfüllt jedoch die ASME-Leistungsstandards bei Verwendung in Flüssigkeiten mit Betriebsdrücken von unter 100 psig.
Der Fachmann wird verstehen, dass unterschiedliche Abänderungen und Variationen an der Berstscheibenanordnung der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von Geist der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsformen werden dem Fachmann durch das Studium der Beschreibung und die praktischen Umsetzung der darin beschriebenen Erfindung verständlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und Beispiele als exemplarisch anzusehen sind und der wahre Geltungsbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Berstscheibenanordnung, die dichtend zwischen einem Einlass-Trägerelement (30) mit einer Einlassbohrung (34) und einem Auslass-Trägerelement (32) mit einer Auslassbohrung (36) anzuordnen ist, wobei sie umfasst: eine Berstscheibe (44) mit einem kuppelförmigen Berstabschnitt (45), der eine konvexe Fläche (47) und eine entsprechende konkave Fläche (46) enthält, die einen Kuppelbereich (35) bilden, wobei der Berstabschnitt (45) eine Ritzlinie (80) mit einem ersten (84) und einem zweiten Ende (86) aufweist und die Ritzlinie (80) eine Schwächungslinie schafft, entlang der der Berstabschnitt (45) aufreißt, wenn der Berstabschnitt (45) der Berstscheibe (44) einem Fluid über einem vorgegebenen Druck ausgesetzt wird; und ein Sicherheitselement (50), das an die konkave Fläche (46) der Berstscheibe (44) angrenzend angeordnet ist, wobei das Sicherheitselement (50) einen Flansch (62) und ein Gelenk (52) enthält, das Gelenk (52) einen Höcker (53) aufweist, der sich nach unten in den Kuppelbereich hinein erstreckt und sich quer über den Kuppelbereich (35) bis zu einem Punkt erstreckt, der innerhalb des Bereiches, der von der Ritzlinie (80) umschrieben wird, oder innerhalb des Bereiches liegt, der von einem Bogen (45) umschrieben wird, der die zwei Enden (84, 86) der Ritzlinie (80) verbindet, jedoch direkt daran angrenzt, wobei die Form des Gelenks (52), die eine Öffnung bestimmt, die durch das Bersten der Berstscheibe (44) erzeugt wird, so definiert ist, dass sie drei Segmente umfasst, wobei eines der Segmente durch eine Außenkante des Höckers (53) gebildet wird, wenigstens zwei der Segmente im Wesentlichen geradlinig sind und jedes der Segmente in einem Winkel mit dem angrenzenden Segment verbunden ist, und das Gelenk (52) des Weiteren eine Zunge (54) enthält, die sich von dem Höcker (53) weg und in die Auslassbohrung (36) hinein in eine Richtung im Allgemeinen senkrecht zu dem Flansch (62) des Sicherheitselementes (50) erstreckt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gelenk (52) einen Zungenträger enthält, der sich von der Zunge (54) aus bis zu einem Punkt an das Auslass-Trägerelement angrenzend erstreckt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 2, wobei die Zunge (54) des Weiteren einen geradlinigen Abschnitt (55) enthält und der Zungenträger zwei Laschen (56) umfasst, die sich von einander gegenüberliegenden Seiten des geradlinigen Abschnitts in einem stumpfen Winkel (87) erstrecken.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 3, wobei die zwei Laschen (56) an das Auslass-Trägerelement (32) angrenzend angeordnet sind und ein Spalt dazwischen gebildet wird, wenn sich die Berstscheibe (44) in einem ungeborstenen Zustand befindet.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 3, wobei der Berstabschnitt (55) der Berstscheibe (44) mit der Zunge (54) des Gelenks (52) in Kontakt kommt, nachdem der Berstabschnitt (45) entlang der Ritzlinie (80) aufgerissen ist, wodurch die Zunge (54) verformt wird und bewirkt wird, dass die Laschen (56) mit dem Auslass-Trägerelement (32) in Kontakt kommen.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Form des Höckers (53) im Allgemeinen mit der Kontur der konkaven Fläche des Berstabschnitts (45) übereinstimmt.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gelenk (52) des Weiteren eine erste und eine zweite Vertiefung (90, 92) an einander gegenüberliegenden Seiten des Höckers (53) enthält, das erste Ende (84) der Ritzlinie (80) an die erste Vertiefung (90) angrenzend angeordnet ist und das zweite Ende (86) der Ritzlinie (80) an die zweite Vertiefung (92) angrenzend angeordnet ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 7, wobei sich die erste und die zweite Vertiefung (90, 92) in der Richtung der Auslassbohrung (36) von dem Flansch (62) weg erstrecken.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sicherheitselement (50) eine Spannungserhöhungseinrichtung (88) enthält, die so aufgebaut ist, dass sie mit dem Berstabschnitt (45) der Berstscheibe (44) in Eingriff kommt, um zu gewährleisten, dass der Berstabschnitt (45) aufreißt, wenn das unter Druck stehende Fluid den vorgegebenen Pegel übersteigt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 9, wobei die Spannungserhöhungseinrichtung (88) wenigstens einen Spannungskonzentrationspunkt enthält, der so aufgebaut ist, dass er mit der Ritzlinie (80) in dem Berstabschnitt (45) in Kontakt kommt, um zu gewährleisten, das der Berstabschnitt (45) entlang der Ritzlinie (80) aufreißt.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Berstabschnitt (45) der Berstscheibe (44) mit der Zunge (45) des Gelenks (42) in Kontakt kommt, nachdem der Berstabschnitt (45) entlang der Ritzlinie (80) aufgerissen ist, und sich die Zunge (44) verformt, um die kinetische Energie des Berstabschnitts (45) zu absorbieren.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 7, wobei die erste Vertiefung, die zweite Vertiefung, der Höcker (53) und die Zunge (54) in einer im Allgemeinen geraden Linie angeordnet sind, um die sich der Berstabschnitt (45) biegt, wenn die Berstscheibe (44) birst.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Berstscheibenanordnung des Weiteren ein Einlass-Trägerelement (30) mit einer Einlassbohrung (34) und ein Auslass-Trägerelement (33) mit einer Auslassbohrung (36) enthält, das Einlass- und das Auslass-Trägerelement (30, 32) so aufgebaut sind, dass sie dichtend mit der Berstscheibe (44) in Eingriff kommen, und das Gelenk (62) einen Zungen-Träger enthält, der sich von der Zunge (54) zu einem Punkt an das Auslass-Trägerelement angrenzend erstreckt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 13, wobei die Zunge (54) des Weiteren einen geradlinigen Abschnitt enthält, der Zungen-Träger zwei Laschen (56) umfasst und sich die zwei Laschen in einem stumpfen Winkel (87) von einander gegenüberliegenden Seiten des geradlinigen Abschnitts erstrecken.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 7, wobei die Berstscheibenanordnung des Weiteren ein Einlass-Trägerelement mit einer Einlassbohrung und ein Auslass-Trägerelement mit einer Auslassbohrung enthält, und sich die erste sowie die zweite Vertiefung in der Richtung der Auslassbohrung von dem Flansch weg erstrecken.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Berstscheibe (44) einen Flansch, der den Berstabschnitt (45) umgibt, sowie einen Übergangsbereich (49) enthält, der den Flansch mit dem Berstabschnitt (45) verbindet.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 16, wobei die Schwächungslinie (80) in dem Berstabschnitt (45) liegt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 16, wobei die Schwächungslinie (80) in dem Übergangsbereich liegt.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Berstabschnitt (45) eine Vertiefung (140) enthält, die an dem Scheitelpunkt der Kuppelform ausgebildet ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 19, wobei die Vertiefung (140) im Wesentlichen die gleiche Dicke hat wie der Berstabschnitt (45) der Kuppel, der die Vertiefung umgibt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 19, wobei die Ritzlinie (80) in dem Berstabschnitt (45) der Berstscheibe (44) liegt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 19, wobei das Gelenk (52) des Weiteren eine erste und eine zweite Aussparung (90, 92) an einander gegenüberliegenden Seiten des Höckers (53) enthält, das erste Ende (84) der Ritzlinie (80) an die erste Aussparung (90) angrenzend angeordnet ist und das zweite Ende (86) der Ritzlinie (80) an die zweite Aussparung (92) angrenzend angeordnet ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 19, wobei das Gelenk (52) einen Zungen-Träger enthält, der sich von der Zunge (54) zu einem Auslass-Sicherheitselement (50) des unter Druck stehenden Systems hin erstreckt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 13, wobei der Berstabschnitt (45) der Berstscheibe (44) mit der Zunge (54) des Gelenks (52) in Kontakt kommt, nachdem der Berstabschnitt (45) entlang der Ritzlinie (80) aufgerissen ist, und so die Zunge (54) verformt und bewirkt, dass das Zungen-Trägerelement mit dem Auslass-Trägerelement (32) in Eingriff kommt.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Berstscheibenanordnung so aufgebaut ist, dass sie dichtend in einem unter Druck stehenden System angeordnet wird, und der Berstabschnitt (45) so aufgebaut ist, dass er sich umkehrt, wenn er einem Fluid mit einem vorgegebenen Druck ausgesetzt wird, wobei der Berstabschnitt (4.5) eine Öffnung aufweist; und eine Auskleidung zwischen der Berstscheibe (44) und dem unter Druck stehenden System angeordnet ist, wobei die Auskleidung so aufgebaut ist, dass sie die Öffnung in dem Berstabschnitt (45) der Berstscheibe (44) abdeckt und abdichtet.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 25, wobei die Öffnung den Scheitelpunkt der Kuppelform umschließt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 25, wobei die Auskleidung die Gesamtheit der Berstscheibe (44) abdeckt.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 25, wobei die Auskleidung an der Berstscheibe (44) mit einem Klebstoff angebracht ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 25, wobei die Auskleidung aus einem Metallmaterial besteht und die Auskleidung an der Berstscheibe (44) angeschweißt ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 25, wobei die Auskleidung aus einem Material besteht, das eine größere Flexibilität hat als das Material der Berstscheibe (44).
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 25, wobei die Öffnung kreisförmig ist.
Berstscheibenanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Berstscheibenanordnung so aufgebaut ist, dass sie dichtend in einem unter Druck stehenden System angeordnet wird, der Berstabschnitt (45) eine strukturelle Scheitelpunktstruktur enthält, die an dem Scheitelpunkt der Kuppel angeordnet ist, und die strukturelle Scheitelpunktstruktur einen Knick enthält, der in wenigstens der konkaven oder der konvexen Fläche ausgebildet ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 32, wobei die strukturelle Scheitelpunktstruktur eine Vertiefung (140) ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 3, wobei die Vertiefung an dem Scheitelpunkt der Kuppelstruktur zentriert ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 3, wobei die Vertiefung im Allgemeinen kreisförmig ist.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 32, wobei sich der Knick in der konkaven Fläche befindet.
Berstscheibenanordnung nach Anspruch 32, wobei der Knick im Allgemeinen kreisförmig und um den Scheitelpunkt der Kuppelform herum zentriert ist.