DE2708505A1

DE2708505A1 - Ueberdrucksicherung mit konkav-konvexem bruchglied

Info

Publication number: DE2708505A1
Application number: DE19772708505
Authority: DE
Inventors: Iii Edward H Short; Loren Edwin Wood
Original assignee: Black Sivalls and Bryson Inc
Current assignee: BS&B Safety Systems LLC
Priority date: 1977-02-26
Filing date: 1977-02-26
Publication date: 1978-08-31

Description

BLACK, SIVALLS ft BRYSON, INC., Houston, Texas (USA)

überdrucksicherung mit konkav-konvexem Bruchglied

Die Erfindung betrifft Überdrucksicherungen.

Es sind bereits viele Formen derartiger Überdrucksicherungen vom Bruchscheibentyp entwickelt worden, wozu auch solche gehören, bei denen eine Bruchscheibe zwischen zwei Traggliedern angeordnet 1st und die durch Schraubverbindung mit einem Kessel oder einem Drucksystem verbunden werden können. Wenn der Druck die festgelegte Bruchgrenze der Scheibe übersteigt, bricht diese und bewirkt so eine Entspannung des Überdruckes. Die vorbekannten Vorrichtungen wurden durch Schweißen, Löten, Verschrauben oder auf andere Weise miteinander verbunden und die Bruchscheibe wurde im allgemeinen aus einem dünnen zerbrechlichen Metall oder anderem Werkstoff hergestellt und au einer konkav-konvexen Gestalt verformt.

Die Scheibe kann derart angeordnet werden, daß der Kesseloder Leitungedruck gegen die konkave Seite der Scheibe

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Talafon (0911) 20 40 81-8S

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Nbg. 83111

Nbg. 1.528.364

Postscheckkonto NOrnbare

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wirkt, so daß die Scheibe gespannt wird und es muß, um fehlerhaftes frühzeitiges Brechen der Scheibe zu vermeiden, dafür gesorgt werden, daß der Arbeitsdruck dem die Scheibe ausgesetzt ist, das ist also der normale Arbeitsdruck im Kessel oder Leitungssystem, beträchtlich unterhalb des Nennbruchdruckes liegt.

In weiter zurückliegenden Jahren wurden Bruchscheiben vom sogenannten "reverse buckling"-Typ (ümstülp-Typ) entwickelt, die in der Lage Waren bei 90 % oder mehr des Nennbruchdruckes zu arbeiten. Aber auch bei diesen Sicherungen waren die verschiedenen Teile durch Schweißen, Löten, Versehrauben oder anderweitig miteinander verbunden und die Bruchscheibe wurde so angeordne, daß der Kessel- oder Leitungsdruck die konvexe Seite der Scheibe beaufschlagte. Die Scheibe ist auf diese Weise während des Betriebes unter Vorspannung und gestattet es, den normalen Arbeitsdruck ziemlich nahe beim Nennbruchdruck zu halten. "Umstülp"-Bruchscheiben können Druckänderungen im Kessel oder Leitungssystem über eine lange Zeit ohne vorzeitigen Ausfall standhalten. Es können auch Schneidblätter vorgesehen werden, die die Scheibe durchstoßen, wenn diese bei überdruck duchgebogen wird, oder es können Riefen oder Rillen in eine Oberfläche des konkav-konvexen Teiles der Scheibe eingearbeitet werden, so daß die Scheibe bei Verformung entlang den Schwächungslinien reißt und sich dadurch öffnet.

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In allen vorbekannten Vorrichtungen dieser Art werden die verschiedenen Teile zusammengebaut und dann miteinander verklemmt. In Vorrichtung nach dem "Umsttilp"-Typ sind die Bruchscheiben häufig zwischen einem Paar spezieller Ringglieder verklemmt, welche ihrerseits zwischen Einlaß- und Auslaßflanschen eingeklemmt sind. Unabhängig von der speziellen Technik, die für das Einklemmen der Bruchscheibe zwischen den Traggliedern angewandt wird, wird der Bruchdruck häufig durch die Klemmmittel beeinflußt und kann beträchtlich verändert werden. Wenn das Festklemmen durch Schweißen oder Löten erfolgt, kann der Bruchdruck durch Änderungen der Schweiß- oder Lötwärme beeinflußt werden sowie durch die Geschwindigkeit, mit der der Schweiß- oder Lötvorgang durchgeführt wird und damit mit der Kraft, die auf die Bruchscheibe Ober die Spannglieder ausgeübt wird. Bei angeschraubten Vorrichtungen wird der Druck beeinflußt und häufig wesentlich verändert durch Variation der Flanschkonfiguration, durch die Schraubenvorspannung, die auf die Bruchecheibe übertragen wird und durch fehlerhafte Anordnung der Bruchscheibe zwischen den Traggliedern.

Erfindungsgemäß wird nun eine Oberdrucksicherung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sicherung einen aus duktilem Werkstoff bestehenden Grundkörper mit einander gegenüberliegenden Enden aufweist, von denen sich wenigstens eine Ausnehmung nach innen erstreckt

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und daß das innere Ende dieser wenigstens einen Ausnehmung durch einen mit dem Grundkörper eine Einheit bildenden verhältnismäßig dünnen Teil besteht, der eine konkav-konvexe Form aufweist, die durch Druckeinwirkung auf den ursprünglich flachen Teil entstanden ist.

Durch eine derartige Ausbildung entfällt die frühere Notwendigkeit, die Teile gegeneinander zu verklemmen.

Es soll hervorgehoben werden, daß die vorbekannten Anordnungen lediglich in solchen Fällen angewandt werden können, in denen der Nennbruchdruck verhältnismäßig klein ist und zwar üblicherweise auf unter 2000 psig begrenzt ist. Diese Begrenzung beruht im allgemeinen auf der Tatsache, daß ⁿUmstülpⁿ-Bruchscheiben, die für hohe Drücke geeignet sind, ein verhältnismäßig dickwandiges konkav-konvexes Teil aufweisen müssen, welches in eine ringförmige Flanschzone mit großem Radius übergeht. Wenn hohe Drücke auf eine derartige Scheibe einwirken, kommen häufig unbestimmbare Fehler in der mit großem Radius ausgeführten Übergangszone zur Auswirkung, durch die der Durchmesser des konkav-konvexen Teiles reduziert wird, da die einwirkende Druckkraft den gebogenen Teil veranlaßt, sich nach innen zu rollen, bis schließlich die Scheibe durch Aufrollen des Tragegliedes ausfällt.

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Erfindungsgemäß wird eine mit dem Grundkörper eine Einheit bildende "ümstülp"-Vorrichtung vorgeschlagen, die aus nur einem einzigen Teil besteht, wodurch alle vorgenannten Probleme eliminiert werden. Desweiteren ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere für Hochdurckanwendungen geeignet, da das Bruchglied der Vorrichtung keine Ubergangszone mit großem Radius aufweist und folglich die vorher aufgezeigten Probleme bezüglich des unvorhersehbaren Ausfalles überwunden sind.

Erfindungsgemäß wird desgleichen ein Verfahren zur Herstellung einer Oberdrucksicherung mit konkav-konvexem Bruchglied vorgeschlagen, welches darin besteht, daß zunächst ein Grundkörper aus duktilem Werkstoff hergestellt wird und sodann von wenigstens einem Ende her Ausnehmungen gebildet werden, derart, daß ein verhältnismäßig dünnes Teil am inneren Ende wenigstens einer der Ausnehmungen erhalten bleibt und daß dieses Teil durch Druckanwendung zu einem konkav-konvexen Teil verformt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung, die einige Ausführungsbeispiele zeigt, näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungs-

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form der erfindungsgemäßen Vorrichtimg, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß

Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, die die Vorrichtung

nach Reversion des Bruchgliedes zeigt, Fig. 4 eine ähnliche Ansicht nach Reversion und Bruch

des Bruchgliedes,
Fig. 5 ein vergrößerter Teillängsschnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1, bevor das Bruchglied konkav-konvex

verformt ist,
Fig. 6 eine ähnliche Darstellung, nachdem das Bruchglied konkav-konvex verformt worden ist,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß

Fig. 7,
Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 mit einer weiteren

Anordnung des Bruchgliedes, Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 9 mit wiederum einer

anderen Anordnung, und
Fig. 11 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 10, die jedoch eine andere Anordnung der Teile zeigt.

Die Vorrichtungen gemäß den Fig. 1-4 weisen einen zylindrischen Grundkörper 12 auf, der aus duktilem Werkstoff besteht und der einander entgegengesetzte parallele Endflä-

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chen 14 und 16 hat. Im Grundkörper 12 sind einlaßseitig eine zylindrische Ausnehmung 18 und auslaßseitig eine zylindrische Ausnehmung 20 angeordnet, die sich jeweils von den Enden 14 und 16 in den Körper 12 erstrecken, wobei ein verhältnismäßig dünnes mit dem Grundkörper eine Einheit bildendes Teil 22 innerhalb des Grundkörpers 12 verbleibt. Wenn das Teil 22 zu einer konkav-konvexen Gestalt verformt ist, bildet die konvexe Seite 24 die Einlaßöffnung 18 und die konkave Seite 26, die Auslaßöffnung 20. Der zylindrische Grundkörper 12 sowie die zylindrische Einlaß- und Auslaßöffnung 18 und 20 sind koaxial zueinander angeordnet, so daß das Bruchteil 22 des Körpers 12 mit dem verbleibenden ringförmigen Teil 28 durch eine ringförmige Verbindung 30 verbunden ist, welche in einer Ebene liegt, die sich senkrecht zur Längsachse des Grundkörpers 12 erstreckt.

Das Bruchteil 22 des Körpers 12 wird zunächst durch Ausarbeiten einer flachen Konfiguration hergestellt, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Alsdann wird Druck in die Auslaßöffnung 20 eingeleitet, so daß das Bruchteil 22 in die erwünschte konkav-konvexe Form gedehnt wird. Obgleich dies durch Anwendung mechanischer Mittel durchgeführt werden kann, z.B. durch Einpressen eines Stempels mit konvexer Oberfläche gegen das Bruchteil 22 von der Auslaßöffnung 20 her, wird doch die Verformung vorzugs-

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weise durch Einwirkung von Flüssigkeitsdruck auf die Seite 26 durchgeführt, also ebenfalls über die Ausnehmung 20, In beliebiger Technik, die sicherstellt, daß die Verbindung 30 des Bruchteiles 22 zum ringförmigen Teil 28 des Körpers 12 hinreichende Festigkeit aufweist, d.h. jedem Reißen oder Brechen bei der Verformung des Teiles 22 zu konkav-konvexen Gestalt widersteht, können die öffnungen 18 und 20 maschinell oder auf andere Weise in den Körper 12 eingearbeitet werden, wobei die Verbindung 30 sanft gebogene Übergangsteile auf beiden Seiten des Teiles 22 aufweist und wobei das Teil 22 im wesentlichen flach ist. Die gebogenen Bereiche der Verbindung 30 auf den Seiten 26 und 24 des Bruchteiles 22 haben Kreisbögen, deren Radius jeweils mit R und R* bezeichnet ist.

Die Wandstärke des Bruchteiles 22, der Werkstoff aus dem die Vorrichtung hergestellt ist, z.B. rostfreier Stahl, Kohlenstoffstahl, InconeI sowie der angewandte Flüssigkeitsdruck bei der Herstellung der konkav-konvexen Gestalt sowie auch der Durchmesser des Bruchteiles 22 bestimmen die Druckgrenze, bei der das Teil 22 reversiert und bricht. Diese Variablen werden so eingestellt, daß sich die erwünschten Resultate bei der Herstellung der Vorrichtung ergeben. Es ist vorteilhaft, wenn die Radien R und R¹ von bestimmter Größe sind, um ein Reißen oder

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andere Verforraungsfehler während der Bildung des Bruchteiles 22 zu verhindern und sicherzustellen, daß sich das Bruchteil 22 nach der Reversion vom äußeren ringförmigen Teil 28 des Körpers 12 löst. Der Radius R ist dabei der kritischere und er sollte hinreichend groß sein, so daß bei der Verformung in die konkav-konvexe Gestalt die Verbindung 30 nicht durch die Dehnung des Werkstoffes aus dem der Körper 12 besteht geschwächt wird insbesondere im abgerundeten Bereich der Verbindung 30 innerhalb der Auslaßöffnung 20« Vorzugsweise sollte der Radius R wenigstens gleich der Hälfte der Wandstärke des Bruchteiles 22 vor der Verformung sein, so daß durch die Bildung der Verbindung 30 eine glatte ungebrochene Obergangszone an der seitlichen Oberfläche der Auslaßbohrung 20 vorliegt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Der Radius R* sollte im Vergleich zum Radius R klein sein, so daß nach Reversion des Bruchgliedes 22 die Spannung, die in der Verbindung 30 beim Radius R* entsteht, die Verbindung ablöst und das Bruchteil 22 vom Teil 28 des Körpers 12 abschert. Vorzugsweise ist der Radius R* so klein, wie das zur Bildung der Einlaßöffnung 18 angewandte Bearbeitungsverfahren es erlaubt.

Im Arbeitsfall ist die Vorrichtung dicht schließend an einer geeigneten Stelle mit dem zu überwachenden und zu

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schützenden unter Druck stehenden System oder Kessel zu verbinden, wobei der Druck auf die konvexe Seite 24 des Bruchteiles 22 einwirken soll. In der in den Fig. 1-6 dargestellten Form kann die Vorrichtung bequem zwischen konventionelle Rohrflansche oder ähnliche Mittel geklemmt werden. Wenn der auf die konvexe Seite 24 des Bruchteiles 22 einwirkende Druck den Nennbruchdruck übersteigt, reversiert Teil 22 wie in Fig. 3 dargestellt ist und verursacht die Bildung von Rissen 31 in der Verbindungszone 30 an der Seite, die der Einlaßöffnung 18 zugewandt ist. Dies bewirkt, daß das Teil 22 vom äußeren ringförmigen Teil 28 des Körpers 12 an der Verbindung 30 abgeschert wird, wie in Fig. 4 dargestellt, und dabei die volle Entlastung des geschützten Systems oder Kessels vom Flüssigkeitsdruck bewirkt.

Die Gestalt des Grundkörpers 12 kann vielfältige Formen annehmen. Wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt, kann er ein Schraubgewinde 15 an der unteren Oberfläche der Außenseite aufweisen, so daß er direkt in ein Rohrfitting eingeschraubt werden kann. Das untere äußere Teil 17 kann einen hexagonal geformten Kopf aufweisen, um den Körper 12 in den Rohrfitting einzuschrauben. Schraubengewinde können sowohl an der äußeren Oberfläche des Körpers 12 wie auch in einem oder beiden der Ausnehmungen 18 und 20 vorgesehen sein.

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Desweiteren kann die Position des Bruchteiles 22 innerhalb des Grundkörpers 12 sowohl wie die Durchmesser der Ausnehmungen 18 und 20 variieren, um verschiedene erwünschte Ergebnisse einzustellen. Z.B. kann wie in Fig. dargestellt, die Vorrichtung nur aus einer einzigen Ausnehmung 18 oder 20 gebildet sein, wobei das Bruchteil 22 an einem Ende des Grundkörpers 12 angeordnet ist oder, wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt, die zylindrischen Einlaß- und Auslaßöffnungen 18 und 20 können verschiedenen Durchmesser aufweisen. In der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform hat die Auslaßöffnung 20 einen größeren Durchmesser als die Einlaßöffnung 18 und in Fig. 11 ist es umgekehrt.

Die Anwendung von Flüssigkeitsdruck zur Oberführung des Bruchteiles 22 des Körpers 12 aus der flachen Form in die konkav-konvexe Gestalt über die Auslaßöffnung 20 ist insbesondere gut geeignet, um eine größere Anzahl von im wesentlichen identischen Vorrichtungen herzustellen. Wenn die Vorrichtungen im wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweisen und wenn bei der Verformung des Teiles 22 in die konkav-konvexe Gestalt im wesentlichen die gleichen Verformungsdrücke aufgewandt werden, haben geringfügige Abweichungen in der Dicke des Bruchteiles keinen wesentlichen Einfluß auf die Druckgrenze, bei der die Einheit reißt.

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Dies rührt daher, daß Bruchteile 22 von solchen Einheiten die etwas dünner sind als andere bei der Verformung zur konkav-konvexen Gestalt eine größere Gipfelhöhe erreichen, wodurch der Reversionsdruck vergrößert wird. Andererseits erreichen Einheiten mit dickerem Bruchteil bei der Umformung geringere Gipfelhöhen, wodurch der Reversionsdruck erniedrigt wird. Desweiteren ist es möglich, die vorgeschlagene Vorrichtung auch bei extrem hohen Drücken anzuwenden, da es möglich ist, das Verhältnis von Durchmesser zu Wandstärke des Bruchteiles 22 in engen Grenzen einzustellen. Die Vorrichtung kann bei Arbeitsdrücken verwendet werden, die bis zu 90 % des Nennberstdruckee liegen, ohne vorzeitiges Ausfallen des Druckteiles 20 befürchten zu müssen.

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Claims

2708505 ^{Nürnber9lden} 25. Febr. 1977

BLACK, SIVALLS & BRYSON, INC., Houston, Texas (USA)

Patentansprüche

Iy überdrucksicherung mit einem konkav-konvexen Bruchglied für die Anordnung an einem Druckkessel oder Drucksystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung einen aus duktilem Werkstoff bestehenden Grundkörper (12;28) mit einander gegenüberliegenden Enden (14;16) aufweist, von denen sich wenigstens eine Ausnehmung (18;2O) nach innen erstreckt und daß das innere Ende dieser wenigstens einen Ausnehmung durch einen mit dem Grundkörper eine Einheit bildenden verhältnismäßig dünnen Teil (22) besteht, der eine konkav-konvexe Form aufweist, die durch Druckeinwirkung auf den flachen Teil entstanden ist.

2· überdrucksicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (18;20) zylindrische Form aufweist·

3. überdrucksicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (18;20) koaxial im Grundkörper an-

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Hafneraplatz 3
8S00 Nürnberg 11

Telefon (0811) 20 40 81 -8*

Telex OBQZ 327

Telegramme
"Patwetzel"

Bay«. Vwelnabenk
Nbg. 6311005

Stadteparkaaae Nbg. 1 528 354

PutMhackkanto Nürnberg 111 51 -

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geordnet ist.

4. überdrucksicherung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (18;20) sich jeweils von einem Ende nach innen erstreckt.

5. überdrucksicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (18;20) jeweils unterschiedlichen Durchmesser haben.

6. überdrucksicherung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß das zerbrechliche Teil (22) näher zum einen als zum anderen Ende angeordnet ist.

7. überdrucksicherung nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (12;28) an seiner Außenfläche ein Schraubgewinde (15) aufweist.

8. überdrucksicherung nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zerbrechliche Teil (22) über eine ringförmige Verbindungszone (30) mit dem Grundkörper verbunden ist, die sich in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Grundkörpers befindet.

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9. Oberdrucksicherung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungszone (30) auf jeder Seite des in flachem Zustand befindlichen Teil (22) einen weich abgerundeten Oberflächenverlauf aufweist.

10. Oberdrucksicherung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der abgerundete Oberflächenverlauf auf der konkaven Seite des Teiles (22) einen im flachen unverformten Zustand bestimmten Radius (R) aufweist, der wenigstens gleich der Hälfte der Wandstärke des Teiles (22) ist.

11. Verfahren zum Herstellen einer Oberdrucksicherung mit konkav-konvex geformten Bruchglied, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Grundkörper (12) aus duktilem Werkstoff hergestellt wird und sodann von wenigstens einem Ende (14;16) her Ausnehmungen (18;2O) gebildet werden, derart, daß ein verhältnismäßig dünnes Teil (22) am inneren Ende wenigstens einer der Ausnehmungen erhalten bleibt, und daß dieses Teil durch Druckanwendung zu einem konkavkonvexen Teil verformt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet. daß an jeder Seite, an der das Teil (22) in den Grundkörper (12) übergeht, eine abgerundet verlaufende Obergangszone gebildet wird.

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13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch 'gekennzeichnet, daß der Radius der abgerundeten Übergangszone vor der Verformung auf der später konkaven Seite wenigstens gleich der Hälfte der Wandstärke des Teiles (22) beträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 11,12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung des Teiles (22) mit Druckflüssigkeit durchgeführt wird.

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