BR102015025862A2

BR102015025862A2 - plugue frangível para utilização num mecanismo de válvula, e, mecanismo de válvula

Info

Publication number: BR102015025862A2
Application number: BR102015025862A
Authority: BR
Inventors: Paul Alan Rennie; Paul D Smith; Robert G Dunster
Original assignee: Graviner Ltd Kidde
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2016-05-24
Also published as: EP3009720A1; GB2531265A; JP2016080173A; CN105508710B; GB201418080D0; CN105508710A; US9970561B2; US20160102774A1; JP6628307B2; ES2672594T3; CA2908145C; EP3009720B1; CA2908145A1

Abstract

1 / 1 resumo âplugue frangãvel para utilizaãão num mecanismo de vãlvula, e, mecanismo de vãlvulaâ plugue frangãvel para utilizaã§ã£o num mecanismo de vã¡lvula, o plugue frangãvel caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira secã§ã£o 1 tendo uma primeira extremidade 13 e uma segunda secã§ã£o oposta 2 tendo uma segunda extremidade e uma parede lateral cilãndrica 16 que se estende entre as primeira e segunda extremidades; meios 100 para aplicar uma forã§a sobre a parede lateral cilãndrica do plugue frangãvel de modo que a primeira secã§ã£o se frature da segunda secã§ã£o oposta, e em que os meios para aplicar uma forã§a sobre a dita parede lateral cilãndrica prolongam-se circunferencialmente em torno da circunferãªncia exterior da parede lateral.

Description

“PLUGUE FRANGÍVEL PARA UTILIZAÇÃO NUM MECANISMO DE VÁLVULA, E, MECANISMO DE VÁLVULA” FUNDAMENTOS

[001] Um plugue frangível para utilização num mecanismo de válvula, e, mais particularmente, um mecanismo de válvula de uso único que pode ser usado para descarregar o fluido é aqui descrito. O plugue frangível e mecanismo de válvula podem ter utilização particular no campo da liberação de supressores, tal como um fluido supressor de fogo.

[002] Os exemplos aqui descritos referem-se a dispositivos e métodos para a liberação controlada de uma substância de fluxo de fluido. Eles são particularmente adequados, mas não limitados à liberação controlada de um agente extintor ou supressor de um cilindro. Os dispositivos e os métodos descritos podem ainda ser usados para a instalação rápida de um agente de extinção a partir de um cilindro, tais como aqueles que podem, tipicamente, embora não exclusivamente, ser utilizados em plataformas, tais como aviões, trens, veículos militares ou comerciais em movimento.

[003] Tais válvulas se dividem em dois grupos principais; fechados não hermeticamente e hermeticamente. A primeira categoria é caracterizada pelas válvulas de alta taxa de descarga (HRD) utilizadas em supressores em veículos militares e comerciais. Estas podem ser de combustão interna eletromecânica ou de transferidor, consistindo de uma chameira ou gatilho como o principal mecanismo de aberturas. Ambos o sistema contém vários componentes móveis e contam com anéis-O de vedação para a integridade. Tais válvulas podem ser relativamente caras e requerem remodelação antes da utilização.

[004] Outras aplicações, como a aeroespacial, exigem que o supressor seja hermeticamente fechado para minimizar vazamentos dentro da escala ambiental requerida e para estender a vida útil. Tais extintores hermeticamente fechados usam um cartucho explosivo localizado na parte externa de uma membrana de saída, que mediante o acionamento rompe um disco e libera agente para uma rede de distribuição ou diretamente na zona de combustão protegida. Este método, embora muito rápido e fiável, é propenso à fragmentação do diafragma durante o acionamento e exige o uso de cartuchos de pirotecnia. Estas válvulas necessitam de manutenção periódica e substituição e têm restrições de movimentação, de trânsito e de armazenamento associadas.

[005] Os exemplos aqui descritos destinam-se a manter as características de abertura rápida e de fluxo livre da técnica anterior, reduzindo simultaneamente o custo, a remoção de cartuchos pirotécnicos e proporcionando a opção para hermeticidade onde necessário.

[006] DE 19736247 descreve um componente que tem um corpo feito de um material frágil e a utilização de ambos os elementos piezoeléctricos encaixados e laminados no corpo de tal modo que quando o corpo é energizado pelos elementos piezoeléctricos, uma porção do componente é destruída.

[007] US 2010/025050 divulga uma válvula de aspersão ativada termicamente que inclui um elemento com memória de forma que se expande quando é aquecido, forçando um parafuso a quebrar, abrindo assim a válvula de aspersão.

[008] US 6682521 descreve vários métodos de abertura de um recipiente contendo pressão através da utilização de ligas de memória de forma.

[009] O Pedido de Patente Européia N° 14160040 descreve um disco de cerâmica, com um plano de tensão pré-definido, o qual é fraturado por impacto por um ponto de força. Meios para fixação por soldadura do disco, meios para minimizar a fragmentação e um meio para reter a seção livre do disco após a fratura são também divulgados.

[0010] EP 1582789 descreve dispositivos e métodos para controlar a liberação de uma substância que é particularmente adequada para o controle de substâncias tais como os meios de extinção de incêndios. Os dispositivos e os métodos descritos compreendem uma carcaça que tem uma entrada para ligação a uma fonte de uma substância e uma saída, com uma passagem que se estende entre as mesmas. A passagem pode ser fechada por um elemento frangível constituído por um disco de cerâmica que está ligado a uma fonte de corrente eléctrica. O disco pode ser um disco de cerâmica de óxido de metal, e pode ser fraturado por um impulso eléctrico que é aplicado ao disco.

[0011] GB 1378079 descreve uma montagem de disco de estouro, e em particular um recipiente com uma abertura vedada pela montagem de disco de estouro. A montagem de disco de estouro é composta por vidro temperado que é quebrado por uma cavilha móvel que é projetada de encontro ao vidro com uma força suficiente para romper a camada de superfície do mesmo e, consequentemente, quebrar o disco. A cavilha é movida através da pressão criada pela ignição de uma composição pirotécnica.

[0012] GB 567.120 descreve uma disposição de válvula de liberação rápida para um recipiente de fluido sob pressão, que está destinada a permitir que o fluido seja liberado de uma forma simples e rápida. A disposição de válvula compreende um corpo oco ou invólucro formado com um assentamento de válvula, bem como uma válvula que é moldada para se ajustar sobre o assentamento da válvula para vedar a passagem que conduz desde o recipiente de fluido. Um disco frangível, que pode ser formado a partir de ferro fundido, cerâmica, vidro ou plástico frágil, está localizado dentro do corpo de válvula e espaçado da válvula ela mesma por um membro de escora que serve para manter a válvula para baixo em seu assentamento. O dispositivo também inclui um êmbolo que é usado para quebrar o disco e liberar a válvula. O disco pode também ser quebrada de outras formas, tais como através de uma carga explosiva ou através de um pequeno projétil impulsionado pela explosão colidindo no disco.

[0013] US 7.703.471 divulga uma válvula de descarga de ação única remotamente operada para a liberação de material gasoso, líquido ou seco a partir de um recipiente de armazenamento pressurizado. Uma vedação frangível é fornecida dentro de um corpo de válvula que veda a passagem através dele quando a vedação está intacta. Um solenoide é descrito, que inclui uma armação móvel de uma primeira posição para uma segunda posição quando o solenoide é acionado. O dispositivo inclui um dente, ou dentes ou um pino ou pluralidade de pinos que quebram o selo frangível conforme a armadura move-se entre a primeira e a segunda posição. As vedações descritas são mantidas no lugar utilizando um anel de vedação e podem ser feitas de vidro.

SUMÁRIO

[0014] Num exemplo, proporciona-se um plugue frangível para utilização num mecanismo de válvula, o plugue frangível compreendendo uma primeira secção tendo uma primeira extremidade e uma segunda secção oposta tendo uma segunda extremidade e uma parede lateral cilíndrica que se estende entre as primeira e segunda extremidades, e meios para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica do plugue frangível de modo que a primeira seção fratura a segunda secção oposta, e em que o meio para aplicar uma força sobre a dita parede lateral cilíndrica prolonga-se circunferencialmente em tomo da circunferência exterior da parede lateral.

[0015] Além disso, o meio para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica do plugue frangível pode ser acionado em aplicação de calor.

[0016] Os meios para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica do plugue frangível pode ser um acionador de liga com memória de forma.

[0017] Além disso, o acionador de liga com memória de forma pode compreender um ou mais fios de liga com memória de forma.

[0018] Os um ou mais fios de liga com memória de forma são pregueados ou soldados um ao outro num ponto adjacente à parede lateral do plugue frangível.

[0019] O acionador de liga com memória de forma pode compreender ainda um ou mais fios de metal secundários.

[0020] Além disso, uma ranhura pode ser formada na parede lateral e em que o acionador de liga com memória de forma posicionado na dita ranhura.

[0021 ] Num outro exemplo, o plugue frangível compreende ainda um recesso que tem uma extremidade aberta na segunda extremidade do plugue; e em que o referido plugue compreende um plano de fratura pré-definido e em que o referido plugue é configurado para fraturar ao longo do referido plano de fratura pré-definido, e em que o referido plano de fratura pré-definido se estende em tomo da periferia exterior da parede lateral; e uma extremidade fechada, dentro do plugue, com uma superfície interna da parede lateral cilíndrica que se estende entre os mesmos, o referido plano de fratura pré-definido intersectando a parede lateral interior do recesso para fornecer a linha de fratura pré-definida, que se estende em tomo da circunferência interna da parede lateral do plugue frangível.

[0022] Além disso, uma ranhura pode ser formada no plano de fratura pré-definido e em que os um ou mais fios de liga com memória de forma estão posicionados na ranhura.

[0023] A ranhura pode estar localizada na primeira secção adjacente à primeira porção chanfrada.

[0024] O diâmetro do recesso pode ser menor na extremidade fechada do recesso do que na extremidade aberta do recesso e a superfície exterior da parede lateral tem uma primeira porção chanfrada, e a superfície interna da parede lateral tem uma segunda porção chanfrada, e em que uma parte da porção chanfrada da superfície exterior que tem o diâmetro menor pode se fixar no mesmo plano que uma parte da porção chanfrada da superfície interna que tem o maior diâmetro.

[0025] Em outro exemplo, proporciona-se um mecanismo de válvula que compreende um corpo de válvula que tem uma porta de entrada e uma porta de saída e uma passagem que se estende entre os mesmos e um plugue frangível tal como descrito acima, em que o plugue é mantido dentro do corpo de válvula de tal modo que o plugue bloqueia a passagem quando intacta e em que, quando o plugue frangível é fraturado, o fluido flui a partir da porta de entrada para a porta de saída.

[0026] Além disso, a primeira extremidade do plugue frangível pode estar em comunicação de fluxo com a porta de saída e a segunda extremidade do plugue frangível pode estar em comunicação de fluxo com a abertura de entrada.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0027] Exemplos de um plugue de ruptura melhorado para utilização num mecanismo de válvula e um mecanismo de válvula são aqui descritos com referência aos desenhos anexos.

[0028] A Figura 1A mostra uma vista de um plugue frangível.

[0029] A Figura 1B mostra uma vista de uma seção A-A do plugue frangível da Figura 1 A.

[0030] Figura 1C mostra uma visão detalhada da secção B do plugue frangível da Figura 1B.

[0031] A Figura 1D mostra, através de análise de elementos finitos (FEA) a principal distribuição de tensões do plugue mostrado nas Figuras 1A-1C, quando uma pressão uniforme é aplicada à parte do plugue que está em comunicação de fluxo com uma porta de entrada de uma válvula.

[0032] A Figura 2 mostra uma vista de uma liga com memória de forma e meios de crimpagem.

[0033] As Figuras 3A e 3B mostram ligas com memória de forma alternativas à representada na Figura 2.

[0034] As Figuras 4A e 4B mostram as ligas com memória de forma alternativas às mostrados nas Figuras 2, 3A e 3B.

[0035] As Figuras 5A e 5B mostram um mecanismo de válvula, incluindo o plugue frangível das Figuras 1A-1C.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0036] Em geral, um plugue frangível 10 é proporcionado entre uma porta de entrada para uma porta de saída de um mecanismo de válvula (descrito mais tarde). O plugue frangível evita que o fluido escoe através de um conduite até que seja ativado, através da formação de uma vedação através da válvula entre as aberturas de entrada e de saída. Quando o plugue frangível é ativado, o fluido pode fluir através da conduta da porta de entrada para a porta de saída de um mecanismo de válvula.

[0037] Geralmente, o plugue frangível 10 tem uma parede lateral cilíndrica e, de modo circunferencial se prolongando em tomo da parede lateral cilíndrica é proporcionado um meio para aplicação de uma força na parede lateral cilíndrica do plugue. Quando os meios para aplicação de uma força no plugue estão ativados, ao plugue frangível fratura de tal modo que o fluido pode fluir através do conduite da porta de entrada para a porta de saída.

[0038] Um exemplo de um plugue frangível é mostrado nas Figuras 1A-1C, mas prevê-se que o plugue pode ser moldado de um outro arranjo que não o de "cartola" discutido abaixo. O que é importante é que o plugue frangível tem um meio para aplicar uma força a uma parede lateral cilíndrica do plugue e que os meios para aplicar a força circunferencial se estendem em tomo da parede lateral cilíndrica.

[0039] O plugue frangível aqui descrito pode ser formado a partir de um material cerâmico quebradiço, por exemplo, a alumina, mas podem também ser formado a partir de qualquer material polimérico semelhante ou vítreo quebradiço.

[0040] Um exemplo de um plugue frangível aqui descrito e mostrado nas Figuras 1A-1C é na forma geral de um "cartola”. Neste exemplo, o plugue é visto como tendo uma primeira superfície contínua, fechada 13 que é geralmente plana na primeira extremidade 14. Embora a primeira superfície do plugue seja aqui descrita como sendo plana, isto não é necessário, e a superfície poderia ser de qualquer outra forma, tal como em curva, ou em forma de cúpula. O plugue também tem uma segunda extremidade oposta 12. O perímetro exterior das superfícies com a primeira e segunda extremidades, 14 e 12, são geralmente circulares nesta modalidade, no entanto, outras formas podem ser utilizadas, dependendo do desenho escolhido. O plugue tem adicionalmente uma parede lateral 16 com uma superfície exterior cilíndrica 30 que se estende entre a primeira e segunda extremidades opostas, 14 e 12.

[0041] Como se pode ver na Figura IA, o plugue tem uma primeira secção 1, que inclui a primeira extremidade 14 e uma segunda secção 2, que inclui a segunda extremidade 12.

[0042] Em detalhe, a superfície exterior 30, da parede lateral 16 do plugue mostrado nas Figuras 1A-1C compreende três porções, 15, 17, e 19, cada uma com diferentes diâmetros e, portanto, com circunferências uma para a outra. Como pode ser visto nas Figuras 1A-1C, existe uma porção de diâmetro substancialmente uniforme e a circunferência em cada extremidade do plugue, 17 e 19, com uma primeira porção inclinada ou chanfrada, ou flange, de diâmetro aumentado/diminuído entre elas 15. A circunferência da porção cilíndrica, na segunda extremidade 12 é também maior do que a da primeira extremidade, criando, assim, o que seria a "borda" da forma de "cartola". Embora as porções de extremidade da superfície exterior da parede lateral do exemplo aqui apresentado sejam de diâmetro geralmente uniforme, o diâmetro não tem de ser completamente uniforme.

[0043] Uma segunda porção 15 da parede lateral 16, que está ligada à primeira porção 17, é chanfrada e se estende em um ângulo para fora da primeira porção 17, que compreende, assim, um diâmetro crescente no sentido 18 da segunda extremidade 12. A segunda parte 15 contata com a terceira porção 19 que é mais uma vez geralmente uniforme de diâmetro e de forma cilíndrica e estende-se também geralmente paralela à primeira porção 17 da parede lateral externa. Esta terceira porção 19 constitui, assim, um flange, ou a "aba" da forma de "cartola" e no exemplo mostrado tem um diâmetro geralmente uniforme. O diâmetro exterior da parede lateral 16 é maior na terceira porção 19.

[0044] A primeira seção 1 do plugue inclui a primeira parte 17. A segunda secção 2 do plugue inclui a segunda parte 15 e a terceira porção 19.

[0045] Como descrito acima, o plugue tem uma primeira, fechada, superfície contínua 13 numa primeira extremidade 14, no entanto, a segunda extremidade oposta 12 do plugue define uma abertura para um recesso cilíndrico 22 que se estende para o plugue, que é visto na Figura 1B como sendo posicionado aproximadamente no seu centro.

[0046] Como pode ser visto, por exemplo, na Figura 1B, o recesso 22 tem uma extremidade aberta 26, na segunda extremidade 12 do plugue, uma extremidade fechada dentro do plugue 20, e uma superfície interior 23 da parede lateral cilíndrica 16 que se estende entre as mesmas. Como pode ser visto na Figura 1B, o diâmetro e circunferência da parede cilíndrica na extremidade fechada 20 do recesso é menor do que o diâmetro e circunferência da parede na extremidade aberta 26.

[0047] Em maior detalhe, o recesso cilíndrico 22 é formado por paredes laterais que têm uma superfície interior que se estende a partir da segunda superfície 11 na segunda extremidade 12 do plugue na direção da primeira extremidade 14. A superfície interna, ou parede lateral 23, no interior da cavidade do plugue compreende uma primeira porção 24 que se estende de forma cilíndrica e é de diâmetro geralmente uniforme a partir da segunda extremidade 12 e a segunda superfície 11 do plugue. Esta primeira porção 24 da superfície interior da parede lateral também se estende numa direção que é geralmente paralela à das porções de extremidade, 17, 19, da superfície exterior da parede lateral, como descrito acima, embora isso não seja necessário. A superfície interna 23 da parede lateral compreende ainda uma segunda porção que é chanfrada 21 em que o diâmetro diminui na direção da primeira extremidade 14 do plugue e a superfície 25 na extremidade fechada 20 do recesso 22.

[0048] Por conseguinte, o recesso termina numa extremidade fechada 20 que tem uma superfície 25 que tem um diâmetro menor do que a circunferência e a extremidade aberta 26 do recesso na segunda superfície 11. Nas figuras, a superfície na extremidade fechada 20 do recesso 22 é mostrada como sendo plana, no entanto, isto não é necessário e qualquer forma de superfície pode ser utilizada.

[0049] Como descrito acima, a superfície exterior da parede lateral 16 tem uma primeira porção chanfrada 15 e a superfície interna 23 da parede lateral tem uma segunda porção chanfrada.

[0050] Como pode ser visto nas figuras, a parte da porção chanfrada da superfície exterior que tem o menor diâmetro encontra-se no mesmo plano que a parte da porção chanfrada da superfície interna que tem o maior diâmetro.

[0051] A descrição acima descreve um arranjo de uma forma de "cartola" de plugue frangível, mas prevê-se que outras disposições e formas poderíam ser utilizadas em conjunto com meios para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica, descritos abaixo. O que é importante é que os meios para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica fornecem uma quebra na vedação para permitir que o fluido flua a partir da porta de entrada para a porta de saída.

[0052] Tal como mostrado nas Figuras 1A-1C, o plugue frangível 100 compreende também meios para a aplicação de uma força sobre a parede lateral cilíndrica 16 do plugue de tal modo que a primeira secção, 1, frature-se da segunda secção, 2. Os meios 100 para aplicar uma força sobre a dita parede lateral cilíndrica, 16, estendem-se em tomo da circunferência exterior da parede lateral, 16, como mostrado na Figura IA.

[0053] Um exemplo dos meios 100 para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica 16 do plugue é mostrado nas Figuras 1A-1C e 2. No exemplo mostrado, este é um elemento que altera a sua forma quando em aquecimento; por exemplo, pode ser utilizado um acionador de liga com memória de forma. Nos exemplos mostrados nestas figuras, o acionador de liga com memória de forma é um fio de liga com memória de forma que se prolonga em tomo da circunferência exterior da parede lateral 16 e, em particular, em tomo da linha periférica de enfraquecimento ou plano de fratura pré-definido 90. O fio de liga com memória de forma pode ser formado de uma liga de níquel e titânio, tal como Nitinol TM, mas pode também ser formado a partir de outro material de liga com memória de forma conhecido na técnica. O fio de liga com memória de forma, quando ativado, muda de forma e se expande em diâmetro. Em alguns exemplos, o fio de liga com memória de forma é ativado através do aumento da temperatura da liga. Por exemplo, o fio de liga com memória de forma pode ser conectado a uma fonte de alimentação eléctrica, a fim de ser acionado por meio de aquecimento eléctrico por efeito de Joule. Um exemplo de uma fonte de energia elétrica poderia ser uma fonte de corrente constante ou uma fonte de corrente DC limitada.

[0054] No exemplo mostrado na Figura IA, o fio de liga com memória de forma 100 estende-se em tomo da circunferência da parede lateral 16 e está posicionado de modo a estar no mesmo plano que o plano de fratura pré-definido 90. O fio de liga com memória de forma é mantido em posição em tomo da circunferência da parede lateral 16 de modo que o movimento de contração do fio seja restringido. Num exemplo, o fio de liga com memória de forma 100 é crimpado por um conector de crimpagem 105 de modo a prender o fío de liga com memória de forma 100 em posição em tomo da circunferência da parede lateral 16. Embora os exemplos mostrem conectores de crimpagem, tais como 105, o fio de liga com memória de forma pode ser fixado por outros meios, tais como soldadura, etc.

[0055] O fio de liga com memória de forma 100 pode ser pré-tensionado por 5% a 10%. Quando o fio de liga com memória de forma 100 é aquecido acima de uma temperatura de transformação, por exemplo, por aquecimento elétrico por efeito de Joule, o fio 100 irá tentar recuperar a tensão pela contratação de comprimento e de diâmetro expandido. A recuperação de tensão é, contudo, contida pelos conectores de crimpagem 105 e um grande estresse localizado (por exemplo, ~ 400MPa) é assim transmitido na parede lateral circunferencial 16 em todos os pontos de contato. Esse estresse inicia fratura frágil fazendo a secção 1 do plugue se fraturar da secção 2 do plugue. O fio 100 efetivamente 'corta' através da circunferência da parede lateral 16 do plugue e fornece uma ruptura limpa, o que reduz o número de fragmentos após a fratura. Como um exemplo, uma liga de NiTi tem uma temperatura de transformação de entre -50°C e 95°C. No entanto, outras ligas, por exemplo NiTiNb, poderiam também ser utilizadas que tem uma temperatura de transformação superior a 110°C.

[0056] Como se mostra nas Figuras 1B e 1C, uma ranhura 110 pode ser formada na parede lateral 16 do plugue. O fio de liga com memória de forma 100 pode ser colocado na ranhura 110 antes de crimpagem ou soldadura. A ranhura 110 permite que o fio de liga com memória de forma 100 seja posicionado no plano de fratura pré-definido 90 e restringe o movimento e a contração do fio de liga com memória de forma 100. Depois de o fio de liga com memória de forma 100 ter sido crimpado (ou soldado), por exemplo, pelos conectores de crimpagem 105, o fio de liga com memória de forma 100 é aquecido acima de uma temperatura de transformação, por exemplo como descrito acima.

[0057] O plugue 10 pode ser configurado para ter um plano de ruptura ao longo do qual o plugue é fraturado, quando ativado, para quebrar a vedação. Nos exemplos descritos, o plano frangível pode resultar de uma configuração cônica que pode resultar, por exemplo, numa porção de parede mais fina. O plano de ruptura pode ser formado por uma configuração "cartola" tal como aquela descrito acima.

[0058] Devido à forma do plugue frangível 10, onde a superfície exterior e interior tem uma mudança abrupta na sua forma geométrica quando uma pressão é aplicada por um fluido num recesso no plugue frangível 10, uma tensão pode ser criada nas superfícies do macho 10 e a tensão concentra-se num plano predeterminado. A vedação pode ser quebrada proporcionando uma força no plano predeterminado. O fluido pode então fluir a partir da porta de entrada para a porta de saída.

[0059] Como mencionado acima, onde a superfície exterior e interior da parede lateral tem uma mudança abrupta na sua forma geométrica, e em particular, devido ao facto de a parte da porção chanfrada na superfície exterior da parede lateral que tem o menor diâmetro geralmente estar mesmo plano que a parte da porção chanfrada da superfície interna da parede lateral que tem o maior diâmetro, quando uma pressão uniforme é aplicada à segunda extremidade 12 do plugue, e em especial, ao recesso 22, uma tensão é criada e pode ser concentrada num plano predeterminado. A pressão uniforme, por exemplo, o fluido na cavidade 22, aplicada pode resultar num plano de tensão principal ou aumentada (em relação às zonas circundantes) 90.

[0060] Neste exemplo, o plano enfraquecido ou frangível 90 pode ocorrer neste local porque a espessura da parede lateral do plugue está no seu mínimo neste plano devido às posições relativas das porções chanfradas presentes na superfície exterior da parede lateral 30 e a superfície interna da parede lateral do recesso 23 e os seus diâmetros e circunferências correspondentes, como pode ser visto na Figura 1B.

[0061] A intersecção deste plano pré-defínido com a superfície externa da parede lateral do plugue pode ser vista na Figura 1D, que mostra a principal distribuição de tensões do plugue quando uma pressão uniforme é aplicada à segunda extremidade 12 do plugue, sendo o fluido presente no recesso 22.

[0062] Este plano pré-defmido 90 pode, portanto, fornece uma área fraca do plugue que intersecta tanto a superfície interna 23 (no interior da cavidade 22) e a superfície exterior 16 da parede lateral do plugue, e pode ser visto, por exemplo, na Figura 1D como uma linha circunferencial de fraqueza 90 que se estende em tomo da parede lateral do plugue. Este plano 90 pré-defmido é, por conseguinte, aqui referido como um plano de fratura pré-definida, uma vez que predefine a localização e forma de fratura frágil do plugue.

[0063] Em outros exemplos, o plano frangível 90 pode ser formado por uma estmtura diferente ou, por exemplo, por um material ou composição diferente. Claro, o plano frangível 90 não necessita estar presente no plugue frangível.

[0064] O meio 100 para aplicar uma força pode ser posicionado para se estender em tomo da linha periférica de enfraquecimento ou plano de fratura predeterminado para ajudar a quebrar o plugue frangível. No exemplo mostrado na Figura 1 A, o fio de liga com memória de forma está posicionado de modo a estar no mesmo plano que o plano de fratura pré-definido 90.

[0065] A ranhura 110 descrita acima pode também ser formada no plano de fratura pré-definido 90 do plugue. A ranhura 110 estende-se, por conseguinte, em tomo da circunferência exterior da parede lateral 16 no plano de fratura pré-definido 90.

[0066] A provisão de uma força a um plugue tendo um plano de fratura pré-definido, por conseguinte, pode resultar numa ruptura muito mais limpa do que a um plugue que não têm um tal plano de fratura pré-definido.

[0067] A Figura 2 mostra um exemplo de um fio de liga com memória de forma 100. O fio de liga com memória de forma 100, neste exemplo, compreende dois fios de liga com memória de forma 100' e 100". Fio de liga com memória de forma 100' se estende ao redor da circunferência externa da parede lateral 16 do plugue em um semicírculo. Fio de liga com memória de forma 100" se estende ao redor da circunferência externa da parede lateral 16 do plugue em um semicírculo oposto ao fio de liga com memória de forma 100'. Os fios de liga com memória de forma 100' e 100" são combinados para formar um círculo ao redor do plugue e são crimpados (ou soldados) aos conectores de crimpagem 105. Deve-se notar, contudo, que qualquer número de fios de liga com memória de forma podería ser utilizado. Além disso, os enrolamentos de fios de liga com memória de forma podem também ser posicionados em tomo da periferia exterior da parede lateral 16.

[0068] Figuras 3A e 3B mostram formas alternativas de uma liga com memória de forma. Como descrito acima, os fios de liga com memória de forma 100' e 100" pode ser soldados ou crimpados. No entanto, nas disposições mostradas nas Figuras 3A e 3B, não é necessário fazer a soldadura ou crimpagem.

[0069] Como mostrado na Figura 3A, a liga com memória de forma 30 pode ser contínua e, neste exemplo, proporciona-se um fio de liga com memória de forma 300. No exemplo, mostrado, o fio 300 é fornecido com uma forma de anel. Claro, podem ser proporcionadas outras formas para se adaptar em tomo da parede lateral circunferencial 16 do plugue. A liga com memória de forma 30 pode também incluir contatos eléctricos 310 a serem conectados a uma fonte de alimentação de energia, como descrito acima. No exemplo mostrado na Figura 3 A, os contatos eléctricos 310 estão situados em frente um do outro no fio de liga com memória de forma 300. É claro, os contatos eléctricos podem ser fornecidos em qualquer parte do fio de liga com memória de forma 300. Como mencionado acima, os contatos eléctricos 310 são ligados a uma fonte de alimentação de energia de tal modo que o calor é aplicado ao fio de liga com memória de forma 300. O fio de liga com memória de forma 300 pode, em seguida, expandir-se para fazer com que o plugue se frature.

[0070] A Figura 3B mostra uma outra configuração alternativa para a liga com memória de forma 30, como mostrado na Figura 3 A. Neste exemplo, a liga com memória de forma 31 tem fios de liga com memória de forma 300 e contatos eléctricos 310, como descrito acima. Além disso, a liga com memória de forma 31 tem porções 302 que auxiliam na faturação do plugue. As porções 302 são fornecidas no fio de liga com memória de forma 300 e viradas para dentro a partir do fio de liga com memória de forma 300. No exemplo mostrado na Figura 3B, as porções 302 são saliências em forma de agulha que podem ficar encostadas contra a parede lateral 16 do plugue. Quando o fio de liga com memória de forma 300 é aquecido, o fio 300 se expande em diâmetro e contrai em comprimento, proporcionando assim uma força sobre a parede lateral 16 do plugue. As saliências em forma de agulha 302 ajudam a fraturar o plugue quando o fio é aquecido.

[0071] Figuras 4A e 4B mostram outras formas alternativas de uma liga com memória de forma. A Figura 4A mostra uma liga com memória de forma 40. No exemplo mostrado, dois fios de metal secundários 400 e 401 se estendem em tomo da circunferência do plugue. Os fios de metal secundários 400 e 401 são semicirculares em forma neste exemplo, mas podem ter outras formas. Como mostrado na Figura 4A, as ligas com memória de forma 410 e 411 podem ser providenciadas para segurar os fios de metal secundários 400 e 411 no lugar em tomo da parede lateral 16 do plugue. Por exemplo, um primeiro fio de liga com memória de forma único 410 pode ser enrolado em tomo de uma extremidade dos fios de metal secundários 400 e 401. Um segundo fio de liga com memória de forma 411 pode ser enrolado em tomo das extremidades dos fios de metal secundários 400 e 401 opostas. O primeiro e segundo fios de liga com memória de forma 410 e 411 seguram os fios de metal secundários 400 e 401 no lugar em tomo da parede lateral 16 do plugue frangível. Claro, mais do que um fio de liga com memória de forma pode ser enrolado em tomo das extremidades dos fios de metal secundários.

[0072] Contatos eléctricos 405 são posicionados nos fios de metal secundários 400 e 401, tal como com a liga com memória de forma nas Figuras 3A e 3B. Os contatos eléctricos 405 podem ser ligados a uma fonte de alimentação para fornecer calor para os fios de metal secundários 400 e 401. O calor é conduzido através dos fios de metal secundários 400 e 401 para os fios de liga com memória de forma 410 e 411, o que provoca a expansão dos fios de liga com memória de forma 410 e 411. Conforme os fios de liga com memória de forma 410 e 411 se expandem, os fios de metal secundários 400 e 401 são ajuntados e proporcionam uma força contra a parede lateral 16 do plugue fazendo com que o plugue se frature.

[0073] A Figura 4B mostra uma outra configuração alternativa para a liga com memória de forma 30, como mostrado na Figura 4A. Neste exemplo, os fios de metal secundários 400 e 401 são mantidos em posição em tomo da parede lateral 16 do plugue com fios de liga com memória de forma 410 e 411. Os fios de metal secundários 400 e 401 também podem incluir contatos elétricos 405, como descrito acima. Além disso, os fios de metal secundários 400 e 401 podem ter porções 402 que auxiliam na faturação do plugue. As porções 402 podem ser proporcionados nos fios de metal secundários 400 e 401, e viradas para dentro em relação aos fios de metal secundários 400 e 401. Claro, as porções 402 podem ser separadas dos fios de metal secundários e pode ser suportada, ou mantidas no lugar, pelos fios de metal secundários 400 e 401. As porções 402 podem ser feitas a partir de um metal ou de um material não-metálico. Quando a liga com memória de forma é ativada, os fios de metal secundários 400 e 401 podem fornecer uma força para as porções 402 para auxiliar na faturação do plugue. No exemplo mostrado na Figura 4B, as porções 402 são saliências em forma de agulha que podem ficar encostadas contra a parede lateral 16 do plugue. Quando os fios de liga com memória de forma 410 e 411 são aquecidos, os fios 410e411 se expandem, fazendo com que os fios de metal secundários 400 e 401 sejam reunidos de tal modo que uma força pode ser proporcionada na parede lateral 16 do plugue. As saliências em forma de agulha 302 ajudam a fraturar o plugue quando os fios de liga com memória de forma 410 e 411 são aquecidos. Como um exemplo, os fios de metal secundários 400 e 401 das Figuras 4A e 4B podem ser feitos de aço. No entanto, qualquer outro condutor eléctrico adequado pode ser utilizado.

[0074] As Figuras 5A e 5B mostram um mecanismo de válvula 5 que compreende um corpo de válvula 50 tendo uma porta de entrada 52 e uma porta de saída 54, e uma passagem 56 que se estende entre os mesmos. Um plugue frangível 10, como descrito em conjunção com as Figuras 1A-1C, é mantido dentro do corpo da válvula 50 para bloquear a via de passagem 56 entre as portas de entrada e de saída, e evitar que o fluido flua a partir da porta de entrada 52 para a porta de saída 54 quando o plugue está intacto.

[0075] O plugue frangível 10, tal como descrito nas Figuras 1A-1C, tem uma primeira superfície 14, tal como descrito acima. A primeira superfície 14, em utilização, está em comunicação de fluxo com a porta de saída 54. O plugue 10, como mencionado acima, tem uma segunda extremidade oposta 12, que está no lado da porta de entrada do mecanismo de válvula e que possui uma segunda superfície, a qual, em utilização, está em comunicação de fluxo com a porta de entrada 52.

[0076] Em alguns exemplos, a superfície circunferencial exterior da parede lateral 16 de pelo menos uma porção do plugue pode contatar a parede interior do corpo da válvula em si, ou pode ser mantida fixa por outros meios no interior do corpo da válvula e pode compreender ainda um vedante entre a circunferência exterior da parede lateral do plugue e/ou entre a segunda extremidade do plugue e/ou as paredes laterais do recesso no interior do plugue.

[0077] Isto, em combinação com o facto de a primeira extremidade do plugue ser fechada, proporciona uma vedação entre as aberturas de entrada e de saída do corpo da válvula, que fecha, por conseguinte, a passagem entre as aberturas de entrada 52 e de saída 54, quando o plugue está intacto.

[0078] O plugue 10 é mantido dentro do corpo da válvula, de modo que uma porção da superfície exterior do plugue é vedada a uma superfície interior do corpo de válvula, como mencionado acima. Isto pode ser conseguido por brasagem da cerâmica ao corpo da válvula através de uma liga de metal intermediário de baixa expansão. Isto proporciona uma vedação hermética entre a cerâmica e o corpo de válvula. Um exemplo de uma liga intermediária de baixa expansão de metal é um junta Kovar™. Podem também ser utilizados outros meios de vedação - por exemplo uma liga de cobalto e níquel de ferro com 29% de níquel e 17% de cobalto.

[0079] Como um outro exemplo, a parede lateral 16 do plugue proporciona duas secções, 1, 2, uma de cada lado da liga com memória de forma 100, como mostrado na Figura 1B. A vedação entre o corpo da válvula 50 é proporcionada em apenas uma das secções, ou seja, a segunda secção, 2, conforme mostrado na Figura 1B. Esta é a secção do plugue que está no lado da porta de entrada do plano de fratura pré-definido, que compreende a porção chanfrada 15 da superfície exterior, bem como a parte 19 da superfície exterior que está, na segunda extremidade 12 do plugue, que tem um diâmetro uniforme o qual é maior do que o diâmetro da primeira extremidade 14 do plugue (isto é, a "aba" da forma de cartola). A segunda secção também compreende a parte 24 do recesso 22, que tem um diâmetro uniforme e se estende a partir da segunda extremidade do plugue até o ponto em que a superfície interna da parede lateral é chanfrada (ver Figura 1B).

[0080] Após a aplicação de uma força de impacto ao plugue, por exemplo, utilizando o elemento de liga com memória de forma 100, como descrito acima, fratura do plugue, por conseguinte, ocorre através da parede lateral 16 e primeira secção 1 do plugue que se encontra no lado da liga com memória de forma 100 que não é vedada às paredes internas do corpo de válvula 50 e que, no presente exemplo, tem um diâmetro exterior menor do que o restante do plugue, rompe. A segunda secção 2 do plugue que compreende a vedação à superfície interior do corpo de válvula geralmente permanece intacta. Isto, portanto, fornece uma abertura claramente aberta em uma posição pré-defínida dentro do plugue.

[0081] Devido à criação desta abertura clara, a passagem entre as aberturas de entrada e de saída é aberta de modo que uma substância contida no recesso pode ser descarregada através da abertura de saída.

[0082] O mecanismo de válvula anteriormente descrito é, portanto, de uso único, ou reparável, que fornece vantagens significativas em relação aos mecanismos de válvulas anteriores, já que quando operado é capaz de criar uma clara abertura entre as portas de entrada da válvula 52 e de saída 54 devido ao facto de que o plugue "corta" através de uma parede lateral usando a liga com memória de forma.

[0083] No exemplo em que é proporcionado um plano de fratura pré-definido 90, o plano de fratura pré-definido 90 é geralmente perpendicular à direção da direção de fluxo e, portanto, a resistência do plugue frangível ao estouro ou fratura devido à pressão aplicada sobre o lado da entrada de porta 52 é maximizada.

[0084] Este mecanismo de válvula também permite a minimização do número de componentes e a complexidade do projeto da válvula, reduzindo assim o custo do mecanismo de válvula. Retém ainda as características de abertura rápida e de fluxo livre de dispositivos e métodos conhecidos, ao mesmo tempo eliminando a necessidade de cartuchos de pirotecnia e fornecimento de hermiticidade e onde necessário.

[0085] O plugue de ruptura pode ser formado a partir de um material frágil, por exemplo um material cerâmico, polimérico ou vítreo quebradiço. Para um disco de cerâmica de alumina, o material pode compreender uma cerâmica de alumina densa A1203 a 96% densa.

[0086] Estes novos tipos de vedações proporcionam vantagens significativas sobre os mecanismos de válvulas conhecido conforme eles fornecem hermeticidade ao mesmo tempo minimizando o número de componentes e a complexidade do projeto da válvula e, portanto, reduzindo o custo e proporcionando maior confiabilidade.

Claims

1. Plugue frangível para utilização num mecanismo de válvula, o plugue frangível caracterizado pelo fato de que compreende: primeira secção tendo uma primeira extremidade e uma segunda secção oposta tendo uma segunda extremidade e uma parede lateral cilíndrica que se estende entre as primeira e segunda extremidades; meios para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica do plugue frangível de modo que a primeira secção se frature da segunda secção oposta, e em que os meios para aplicar uma força sobre a dita parede lateral cilíndrica prolongam-se circunferencialmente em tomo da circunferência exterior da parede lateral.

2. Plugue frangível de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os meios para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica do plugue frangível são acionados em aplicação de calor.

3. Plugue frangível de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os meios para aplicar uma força sobre a parede lateral cilíndrica do plugue frangível são um acionador de liga com memória de forma.

4. Plugue frangível de acordo com qualquer reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o acionador de liga com memória de forma compreende um ou mais fios de liga com memória de forma.

5. Plugue frangível de acordo com qualquer reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um ou mais fios de liga com memória de forma são crimpados ou soldados um ao outro num ponto adjacente à parede lateral do plugue frangível.

6. Plugue frangível de acordo com qualquer reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o acionador de liga com memória de forma compreende ainda um ou mais fios de metal secundários.

7. Plugue frangível de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que é formada uma ranhura na parede lateral e em que o acionador de liga com memória de forma é posicionado na dita ranhura.

8. Plugue frangível de acordo com qualquer reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: recesso que tem uma extremidade aberta na segunda extremidade do plugue; e em que o referido plugue compreende um plano de fratura pré-definido e em que o referido plugue é configurado para fraturar entre o referido plano de fratura pré-definido, e em que o referido plano de fratura pré-definido se estende em tomo da periferia exterior da parede lateral; e extremidade fechada, dentro do plugue, com uma superfície interna da parede lateral cilíndrica que se estende entre os mesmos, o referido plano de fratura pré-definido intersectando a parede lateral interior do recesso para fornecer a linha de fratura pré-definida que se estende em tomo da circunferência interna da parede lateral do plugue frangível.

9. Plugue frangível de acordo com qualquer reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que é formada uma ranhura no plano de fratura pré-definido e em que um ou mais fios de liga com memória de forma estão posicionado na ranhura.

10. Plugue frangível de acordo com qualquer reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a ranhura está localizada na primeira secção adjacente à primeira porção chanfrada.

11. Plugue frangível de acordo com qualquer reivindicação 8-10, caracterizado pelo fato de que o diâmetro do recesso é menor na extremidade fechada do recesso do que na extremidade aberta do recesso; em que a superfície exterior da parede lateral tem uma primeira porção chanfrada, e a superfície interna da parede lateral tem uma segunda porção chanfrada; e em que uma parte da porção chanfrada da superfície exterior que tem o menor diâmetro encontra-se no mesmo plano que uma parte da porção chanfrada da superfície interna que tem o maior diâmetro.

12. Plugue frangível Mecanismo de válvula, caracterizado pelo fato de que compreende: corpo de válvula que tem uma porta de entrada e uma porta de saída e uma passagem que se estende entre as mesmas; e plugue frangível tal como reivindicado em qualquer reivindicação precedente, em que o plugue é mantido dentro do corpo de válvula de tal modo que o plugue bloqueia a passagem quando intacta e em que, quando o plugue frangível é fraturado, fluido flui da porta de entrada para a porta de saída.

13. Mecanismo de válvula de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a primeira extremidade do plugue frangível está em comunicação de fluxo com a abertura de saída e a segunda extremidade do plugue frangível está em comunicação de fluxo com a abertura de entrada.