BRPI0913595B1

BRPI0913595B1 - disco de ruptura de ação reversa e método de formação de um recesso de linha de abertura em um dispositivo de alívio de pressão metálico

Info

Publication number: BRPI0913595B1
Application number: BRPI0913595A
Authority: BR
Inventors: F Shaw Bon; T Stilwell Bradford; D Krebill Michael
Original assignee: Fike Corp
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2020-04-07
Also published as: CA2727031C; EP2297496B1; CN102112788B; HUE042091T2; HK1157430A1; WO2009148760A2; EP2297496A4; PL2297496T3; AU2009255485B2; SI2297496T1; TWI426193B; MX2010013314A; CN102112788A; WO2009148760A3; EG26422A; RU2010153995A; US20090302035A1; US8333212B2; DK2297496T3; ES2714823T3

Abstract

disco de ruptura de ação reversa e método de formação de um recesso de linha de abertura em um dispositivo de alívio de pressão metálico a presente invenção refere-se a um disco de ruptura de atuação reversa e a métodos de formação do mesmo. geralmente, o disco de ruptura compreende uma porção abaulada e uma área de flange circunscrita circundando a porção abaulada. a porção abaulada inclui um recesso de linha de abertura formado mecanicamente compreendendo um canal singular. em algumas modalidades, o processo mecânico pelo qual o recesso é formado utiliza uma fresadora de alta velocidade a qual remove uma porção de metal da dita porção abaulada do disco sem romper a estrutura granular metálica substancialmente uniforme do metal adjacente ao canal.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISCO DE RUPTURA DE AÇÃO REVERSA E MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UM RECESSO DE LINHA DE ABERTURA EM UM DISPOSITIVO DE ALÍVIO DE PRESSÃO METÁLICO.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção [0001] A presente invenção refere-se, de modo geral, a discos de ruptura, especificamente discos de ação reversa, que apresentam uma linha de abertura a máquina formada nos mesmos. A linha de abertura se apresenta como um recesso e é formada por uma operação de fresagem mecânica por meio da qual o metal é removido da porção abaulada do disco sem alterar ou romper a estrutura granular metálica substancialmente uniforme do metal adjacente ao recesso.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTECEDENTE [0002] Há muito é conhecido prover discos de ruptura de ação reversa abaulados apresentando um recesso de linha frágil ou linha de incisão em uma face do abaulamento de disco. As linhas frágeis ou linhas de incisão apresentam, em geral, incisões transversais, ou um recesso de linha frágil circunferencial na face côncava do disco onde o recesso de linha frágil ou linha de incisão define a área do disco que se abre com a reversão. Sem um recesso de linha frágil que define a abertura através do disco com o corte do disco ao longo do recesso de linha frágil, um disco abaulado será revertido, mas não necessariamente aberto. No caso de um recesso de linha frágil que se estende circunferencialmente, a linha frágil não é normalmente uma linha contínua, apresentando assim uma área articulada que impede a fragmentação da área central do disco com a reversão e a abertura. Um disco com incisões transversais forma quatro pétalas que se dobram para fora com a reversão do disco, novamente impedindo a fragmentação das pétalas. Linhas de incisão ou linhas frágeis circunferenciais são preferidas em

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2/31 aplicações de baixa pressão por causa da maior abertura apresentada com o corte do disco ao longo da linha de incisão arqueada, conforme comparação com um disco de incisões transversais.

[0003] Linhas frágeis até agora foram formadas em discos de ruptura de ação reversa por uma matriz de incisão de metal, pelo uso de um laser que corrói uma ranhura no disco, ou por ataque químico ou eletropolimento para remover metal do disco ao longo de uma linha desejada. Todos estes discos de ação reversa apresentaram dificuldades de fabricação não resolvidas, ou experimentaram problemas operacionais em vários usos de aplicação.

[0004] Matrizes de incisão de metal endurecem o material de metal no trabalho, alterando assim a estrutura granular e a densidade do metal na linha de incisão. O material que circunda uma linha de incisão formada com uma matriz de incisão de metal é endurecido no trabalho durante o processo de corte, aumentando assim a fragilidade do metal e criando zonas de tensão. A fragilidade e as zonas de maior tensão do metal limitam a vida útil do disco de ruptura como resultado de rachadura por fadiga e da corrosão por tensão. As profundidades de corte de metal exigidas para operação satisfatória alteram profundamente a resistência de abóbada abaulada original, ficando difícil prever a pressão finalmente exigida para reverter o disco de ruptura durante a operação de abaulamento inicial do disco antes do corte. Consequentemente, é muito difícil produzir um disco de ruptura abaulado de ação reversa apresentando uma linha de incisão formada com uma matriz de corte que irá tanto abrir confiavelmente como suportar múltiplos ciclos de pressão sucessivos.

[0005] Também foi proposto formar uma linha de incisão em um disco de ruptura de ação reversa usando um feixe de laser. Estas propostas não se mostraram comercialmente satisfatórias por inúmeras razões. A refletividade do metal dificulta controlar a penetração do feixe

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3/31 na espessura do metal, formando assim uma ranhura lisa de profundidade uniforme ao longo do comprimento do recesso de linha frágil pretendido. Ademais, lasers significativamente aquecem e queimam o disco, oxidam o material e mudam a metalurgia do metal. Discos apresentando linhas frágeis queimadas por um laser foram considerados como sendo insatisfatórios no uso, não apenas a partir do ponto de vista de aberturas não confiáveis em valores de alívio de pressão exigidos, mas também pelo fato de apresentarem uma vida cíclica indesejável. [0006] O ataque químico de um disco de ruptura apresentando uma camada resistente segmentada que define uma linha frágil foi também sugerido na técnica anterior, como, por exemplo, mostrado e descrito nas Patentes Norte-americanas Nos. 4.122.595, 4.597.505, 4.669.626 e 4.803.136. O detentor de patente na patente '595 sugere a impressão em tela de um material de resistência em um disco de ruptura plano onde a tela tem aberturas apresentando um padrão de linha frágil desejada. Depois do abaulamento do disco, uma solução de ácido é borrifada sobre o disco para gravar com água forte uma linha frágil coincidente com a área do disco desprotegido pelo material de resistência. A superfície de metal do material de disco é um tanto irregular e não perfeitamente lisa porque os grãos individuais dispostos lado a lado apresentam picos com estrutura com depressão entre os grãos. Por isso, quando um agente corrosivo de ácido for aplicado à superfície do metal, esse agente não atuará uniformemente através da superfície do metal. Em vez disso, o corrosivo é mais agressivo nas depressões entre os grãos do que na erosão de picos de superfície maiores dos grãos de metal. Acredita-se que o agente corrosivo contido nas cavidades com depressão não somente corroa mais rapidamente o metal na área com depressão, como em comparação com as áreas de pico circundantes dos grãos, mas também o fazem mais eficientemente. O consequente resul

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4/31 tado do processo ataque químico é o de exagerar a aspereza da superfície do metal, com o grau de irregularidade de superfície aumentando com o tempo de exposição do metal ao agente corrosivo. Os discos de ruptura são fabricados de materiais que são inerentemente resistentes à corrosão, tais como aço inoxidável, INCONEL, Hastalloy-C, e MONEL. Como consequência, a submissão destes materiais inerentemente resistentes à corrosão a um ácido corrosivo exige que o agente corrosivo permaneça em contato com a superfície do metal por períodos prolongados de tempo a fim de corroer uma ranhura que tipicamente é tanto quanto 70-90% da espessura do metal. Por exemplo, se o material tiver

101,6 pm (0,004 polegada) de espessura, tanto quanto 91,44 pm (0,0036 polegada), terá que ser corroído durante o processo de ataque químico.

[0007] Além disso, a fim de realizar a erosão razoavelmente eficiente destes materiais resistentes à corrosão, o agente corrosivo escolhido tem que ser configurado para o tipo específico de metal. Desse modo, um agente ácido diferente é exigido para cada dos vários metais. O material específico usado para fabricar um disco de ruptura específico tem que ser selecionado para atender as especificações da aplicação. Diferentes aplicações de disco exigem o uso de diferentes tipos de metal. Por isso, quando do uso de um processo de ataque químico para formar uma linha frágil no material de disco resistente à corrosão, o fabricante deverá ter disponível um agente corrosivo que é mais efetivo na corrosão do que o metal resistente à corrosão.

[0008] A Publicação de Pedido de Patente Norte-americana 2006/0237457 descreve a formação de uma linha frágil eletropolida definida por laser em um disco de ruptura de ação reversa. Uma peça bruta de disco de ruptura é primeiramente pré-abaulada, finalmente abaulada, e então provida com uma camada de material resistente. Um laser é usado para remover pelo menos uma porção da camada de material

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5/31 resistente correspondendo a um recesso de linha frágil desejado na face côncava do disco de ruptura abaulado. O disco é então submetido a uma operação de eletropolimento para remover o metal da área de laser do disco de ruptura, formando assim um recesso de linha frágil polido lustroso no disco. Esta técnica produzirá resultados aceitáveis quando usada em conjunção com discos de diâmetro pequeno relativamente finos. Entretanto, como a espessura e o diâmetro do disco aumentam, a técnica de eletropolimento pode se tornar um meio menos atraente de formar recessos de linha frágil. Discos formados de materiais mais espessos exigem, em geral, tempos de eletropolimento mais longos a fim de alcançar um recesso apresentando a profundidade desejada. Tempos mais longos de eletropolimento também resultam em um aumento na largura do recesso. Se o recesso se tornar largo demais, o recesso poderá começar a afetar a pressão de ruptura do disco, resultando assim em uma perda de controle sobre as características de abertura do disco.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0009] Em uma concretização da presente invenção, é provido um disco de ruptura de ação reversa metálico que compreende uma porção abaulada apresentando faces côncava e convexa opostas e uma área de flange circunscrita que circunda a porção abaulada. A porção abaulada inclui geralmente pelo menos um recesso de linha de abertura mecanicamente formado. O recesso de linha de abertura compreende um canal singular e apresenta uma profundidade que se estende de uma das faces côncava ou convexa para dentro na direção da outra das faces côncava ou convexa. A porção abaulada do disco de ruptura adjacente ao canal apresenta uma estrutura granular metálica substancialmente uniforme.

[0010] Em outra concretização da presente invenção, é provido um disco de ruptura de ação reversa metálico que compreende uma porção

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6/31 abaulada apresentando faces côncava e convexa opostas e uma área de flange circunscrita que circunda a porção abaulada. A porção abaulada adicionalmente compreende uma área de abertura apresentando pelo menos um recesso de linha de abertura mecanicamente formado. A área de abertura geralmente apresenta uma estrutura granular metálica substancialmente uniforme. O recesso de linha de abertura compreende um canal alongado definido por um par de bordas espaçadas que intersectam uma das faces côncava e convexa, e margens laterais que continuamente se inclinam distante das bordas na direção de um único ponto mais profundo do canal. O recesso de linha de abertura é criado por metal de remoção mecânica da área de abertura sem romper a estrutura granular metálica substancialmente uniforme da porção remanescente da área de abertura.

[0011] Em ainda outra concretização da presente invenção, é provido um método de formar um recesso de linha de abertura em um dispositivo metálico de alívio de pressão. O método geralmente compreende a provisão de um precursor de alívio de pressão apresentando uma porção de alívio de pressão configurada para se romper e abrir com a exposição a uma condição de sobrepressão predeterminada e uma área de flange circunscrita que circunda a porção de alívio de pressão. A porção de alívio de pressão apresenta uma área de abertura na qual o recesso de linha de abertura é formado. A área de abertura apresenta uma estrutura granular metálica substancialmente uniforme por toda parte. Em seguida, o método compreende a remoção mecânica de uma porção de metal da área de abertura de modo a formar o recesso de linha de abertura. A porção do metal é removida sem romper a estrutura granular metálica substancialmente uniforme do metal remanescente da área de abertura.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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7/31 [0012] A figura 1 é uma representação esquemática de um comprimento de material de metal em folha usado para a produção de discos de ruptura de ação reversa de acordo com a presente invenção;

[0013] a figura 2 é uma vista plana fragmentada da folha de metal da figura 1 e que mostra, em linhas tracejadas, o contorno das peças brutas de disco de ruptura a serem formadas a partir do material de folha de metal da figura 1;

[0014] a figura 3 é uma vista plana esquemática de uma peça bruta de disco formada a partir do material em folha da figura 2;

[0015] a figura 4 é uma representação em seção transversal esquemática para pré-abaular uma peça bruta de disco de ruptura que inclui uma coluna de deflexão para formar um rebaixamento em uma superfície da peça bruta;

[0016] a figura 5 é uma vista em seção transversal horizontal tomada substancialmente na linha 5-5 da figura 4 e apontada para baixo na direção das setas;

[0017] a Figura 6 é uma representação em seção transversal esquemática da etapa de pré-abaulamento que usa o acessório ilustrado na figura 4 e que resulta na deflexão de uma região de segmento de uma peça bruta de disco de ruptura a partir do corpo principal da peça bruta;

[0018] a figura 7 é uma representação esquemática fragmentada ampliada do disco pré-abaulado apresentando uma região de segmento rebaixado na superfície convexa parcialmente abaulada da peça bruta de disco produzido pela coluna de deflexão e que foi formada pela coluna de deflexão;

[0019] a figura 8 é uma vista em seção transversal horizontal tomada na linha 8-8 da figura 6 e virada para baixo na direção das setas; [0020] a figura 9 é uma representação em seção transversal esque

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8/31 mática do acessório, conforme mostrado na figura 4, e que ilustra a maneira na qual a pressão é aplicada à face côncava do disco de ruptura pré-abaulado para efetuar o abaulamento final do disco de ruptura;

[0021] a figura 10 é uma representação em seção transversal esquemática do acessório, conforme mostrado na figura 6, com a coluna removida e ilustrando a maneira na qual pressão suficiente é aplicada à face côncava do disco de ruptura pré-abaulado para efetuar o abaulamento final do disco de ruptura e efetuar o retorno da região de segmento anteriormente rebaixado da seção abaulada para sua posição final antes da formação do rebaixamento no mesmo durante o pré-abaulamento da seção central do disco;

[0022] a figura 11 é uma vista em seção transversal esquemática do disco abaulado final no qual o rebaixamento inicial na seção central do disco foi aplanada durante o abaulamento final da peça bruta de disco;

[0023] a figura 12 é uma vista plana do disco abaulado, conforme mostrado na figura 11, com o segmento do disco inicialmente rebaixado aplanado sendo representado pelas linhas tracejadas circulares;

[0024] a figura 13 é uma representação em seção transversal ampliada da porção da seção abaulada do disco de ruptura e que esquematicamente ilustra a estrutura granular alterada da região de segmento inicialmente rebaixado da seção abaulada do disco que foi retornado para sua posição original, conforme comparado com o metal da porção remanescente da seção abaulada;

[0025] a figura 14 é uma fotografia em seção transversal de um recesso de linha frágil formado em um dispositivo de alívio de pressão usando uma técnica de corte da técnica anterior;

[0026] a figura 15 é uma fotografia em seção transversal de um recesso de linha frágil formado em um dispositivo de alívio de pressão usando um método de eletropolimento da técnica anterior;

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9/31 [0027] a figura 16 é uma fotografia em seção transversal de um recesso de linha de abertura criado em um dispositivo de alívio de pressão de acordo com a presente invenção;

[0028] a figura 17 é uma vista em seção transversal fragmentada que ilustra uma primeira passagem de uma fresadora mecânica durante a formação de um recesso de linha de abertura na porção abaulada de um disco de ruptura de ação reversa de acordo com a presente invenção;

[0029] a figura 18 é uma vista em seção transversal fragmentada que ilustra uma segunda passagem de uma fresadora mecânica durante a formação de um recesso de linha de abertura na porção abaulada de um disco de ruptura de ação reversa de acordo com a presente invenção;

[0030] a figura 19 é uma vista em seção transversal fragmentada que ilustra uma terceira passagem de uma fresadora mecânica durante a formação de um recesso de linha de abertura na porção abaulada de um disco de ruptura de ação reversa de acordo com a presente invenção;

[0031] a figura 20 é uma vista em seção transversal fragmentada de um disco de ruptura de ação reversa apresentando um recesso de linha de abertura formado na face côncava da porção abaulada do disco, o recesso de linha de abertura apresentando substancialmente a forma de U em seção transversal;

[0032] a figura 21 é uma vista em seção transversal fragmentada de um disco de ruptura de ação reversa apresentando um recesso de linha de abertura formado na face côncava da porção abaulada do disco, o recesso de linha de abertura apresentando substancialmente a forma de V em seção transversal;

[0033] a figura 22 é uma vista plana de outra concretização de um disco de ruptura de acordo com a presente invenção apresentando um

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10/31 recesso de linha de abertura maquinado na porção abaulada do mesmo onde o recesso de linha de abertura apresenta uma configuração geralmente na forma de C;

[0034] a figura 23 é uma vista plana de outra concretização de um disco de ruptura de acordo com a presente invenção apresentando recessos de linha de abertura de padrão cruzado maquinado na porção abaulada do mesmo;

[0035] a figura 24 é uma vista em seção transversal fragmentada de uma concretização de um disco de ruptura de acordo com a presente invenção apresentando um recesso de linha de abertura maquinado formado na face convexa da porção abaulada do disco;

[0036] a figura 25 é uma vista em perspectiva de uma montagem de disco de ruptura de encurvadura reversa de acordo com esta invenção; [0037] a figura 26 é uma vista explodida dos componentes que formam a montagem de disco de ruptura de encurvadura reversa;

[0038] a figura 27 é uma vista em perspectiva inferior explodida dos componentes que formam a montagem de disco de ruptura de encurvadura reversa da figura 26 com a linha de abertura claramente visível;

[0039] a figura 28 é uma vista plana de outra concretização de um disco de ruptura de acordo com a presente invenção apresentando um recesso de linha de abertura maquinado na porção abaulada do mesmo, onde o recesso de linha de abertura é configurado de modo que o disco apresente um par de porções articuladas e, com a ruptura, forme duas seções na forma de pétala;

[0040] a figura 29 é uma vista plana de ainda outra concretização de um disco de ruptura de acordo com a presente invenção apresentando um recesso de linha de abertura de padrão cruzado maquinado na porção abaulada do mesmo, onde os recessos não se intersectam; e [0041] a figura 30 é uma representação gráfica que demonstra a

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11/31 largura de polimento máxima de uma linha frágil que pode ser formada usando uma técnica de eletropolimento da técnica anterior sem contrariamente afetar as características de ruptura de um disco de ruptura de ação reversa versus o diâmetro da porção abobadada ou abaulada do disco.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA [0042] Uma montagem de disco de ruptura de encurvadura reversa 10 que concretiza os conceitos preferidos desta invenção é ilustrada na figura 25 dos desenhos. A montagem de disco 10 inclui um disco de ruptura 12 e um anel de suporte 14 preso ao mesmo. Os componentes da montagem de disco de ruptura 10 são preferivelmente fabricados de material de metal resistente à corrosão, tal como qualquer dos inúmeros metais resistentes à corrosão convencionais, tais como ligas de aço inoxidável, Hastalloy-C, MONEL, INCONEL, e níquel. O disco de ruptura 12 apresenta uma seção abaulada central 16, e uma porção de flange anular 18 que circunda a seção abaulada 16. Uma zona de transição 20 liga a periferia interna da porção de flange 18 à margem circular externa da seção abaulada 16.

[0043] A seção abaulada 16 do disco de ruptura 12 apresenta uma região relativamente pequena 22 que é centralmente localizada na seção abaulada 16 e particularmente centralizada no ápice da seção abaulada 16. Entretanto, está dentro do escopo da presente invenção que a região 22 seja deslocada do eixo central da seção abaulada 16, por exemplo, conforme mostrado na figura 23. O metal da região 22 apresenta uma estrutura granular alterada e exibe uma maior resistência à tensão que o restante da seção abaulada 16, e foi formado com o rebaixamento da superfície convexa 16a, e, depois, com o retorno do rebaixamento para sua posição inicial, de modo que a superfície convexa 16a da seção abaulada 16 seja lisa sem qualquer interrupções significativas.

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É entendido que está dentro do escopo da presente invenção que a seção abaulada 16 seja provida sem esta região de estrutura granular alterada dependendo da aplicação específica para a qual se destina o disco.

[0044] A seção abaulada 16 do disco de ruptura 12 é provida com um recesso de linha de abertura semicircular 24 que está na seção abaulada 16 do disco dentro da zona de transição 20 e geralmente complementar com a mesma, conforme ilustrado na figura 27.

[0045] O anel apoio 14 apresenta um corpo anular principal 30 configurado para ficar subjacente à porção de flange 18 do disco de ruptura

12. A partir da figura 26 é visto que a borda interna do corpo anular 30 apresenta um dente 32 que se projeta para dentro e ligeiramente para cima na direção da seção abaulada 16. Uma lingueta 36 é integralmente formada com o corpo 30, e se estende para dentro e para cima na direção da seção abaulada 16.

[0046] Em sua condição montada, o corpo anular do anel de suporte 30 é preso ao flange 18 do disco 12 por prendedores 40 que podem compreender parafusos, soldas por pontos, adesivo ou outros meios de fixação equivalentes. A lingueta 36 do anel de apoio 14 é preferivelmente posicionada entre as extremidades terminais 26 e 28 do recesso de linha de abertura 24 e atua como um apoio para a área articulada 42 de seção abaulada 16 do disco de ruptura 12 definida pelo recesso de linha de abertura 24. A ponta do dente 32 é configurada para ficar subjacente diretamente ao recesso de linha de abertura 24 e para ficar em contato com o recesso 24, auxiliando assim na abertura da seção abaulada 16 com a reversão do disco12. Uma gaxeta anular (não mostrada) pode ser provida em associação com a porção de flange e o anel de suporte da montagem de disco.

[0047] O disco de ruptura 12 é fabricado de uma folha 13 de material resistente à corrosão (figura 1), conforme anteriormente descrito, que

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13/31 pode ser desenrolado de um grande rolo de metal selecionado ou suprido como matéria-prima em folha. Uma peça bruta de disco 15 é estampada, cortada a laser, ou cortada usando máquinas de descarga elétrica (EDM) a partir da folha 13. Preferivelmente, a peça bruta de disco 15 apresenta um pino periférico de alinhamento unitário 17. A fabricação do disco de ruptura 12 é preferivelmente realizada em dois estágios. O primeiro estágio envolve o pré-abaulamento do disco de maneira a formar um rebaixamento na superfície convexa de uma peça bruta de disco 15. O segundo estágio envolve o abaulamento final do disco sob condições tais que o rebaixamento na superfície convexa da seção abaulada do disco seja removida com o retorno da região de segmento rebaixado da seção abaulada para sua posição inicial.

[0048] Um acessório 46 para formar um rebaixamento de configuração predeterminada na peça bruta de disco de ruptura de metal é esquematicamente ilustrado na figura 4. É entendido que, sob este aspecto, a representação esquemática do acessório 46 se dá para fins ilustrativos apenas e não se destina a ser representativa de um tipo específico de acessório para conseguir o resultado pretendido. O anel de base inferior 48 do acessório 46, que, em sua forma preferida, apresenta uma configuração cilíndrica, apresenta uma abertura central 50. O anel de fixação cilíndrico 52 do acessório 46 apresenta uma passagem central 54 alinhada com a abertura 50 e apresenta a mesma forma e a mesma área em seção transversal que a abertura 50. O membro de cobertura 56 fecha a extremidade superior aberta da passagem 54 do anel de fixação 52. Uma abertura 58 através da parede lateral do anel de fixação 52 serve para permitir que o gás, tal como ar, escape do interior do anel de fixação 52. Embora não ilustrado, é entendido que o anel de base 48 e/ou o anel de fixação 52 apresentem ranhura(s) para complementarmente receber o pino 17 de uma respectiva peça bruta de disco 15, de modo que as peças brutas 15 fiquem todas repetitivamente

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14/31 localizadas no acessório 46 na mesma posição.

[0049] Uma coluna de deflexão alongada 60 é posicionada dentro da passagem 54, sendo preferivelmente acoplada a um elemento de suporte 62 que está localizado contra a face inferior da cobertura 56. Depois da colocação de uma peça bruta de disco de metal 15 no anel de base de suporte 48, o disco 15 é preso no lugar pelo anel 52 e pelo anel de base 48 posicionados conforme mostrado em relação de fechamento à passagem 54. Embora em uma concretização preferida a extremidade mais externa da coluna 60 seja hemisférica, conforme mostrado na figura 5, a extremidade terminal da coluna 60 pode ser quadrada, na forma de estrela em seção transversal, ou de qualquer outra configuração desejada. A coluna 60 tem um comprimento tal que a extremidade terminal 64 se apóie contra a superfície 66 da peça bruta de disco 15.

[0050] O ar sob uma pressão de pré-abaulamento é introduzido no acessório 46 através da abertura central 50 para efetuar o pré-abaulamento da peça bruta de disco 15, o que faz com que a região de segmento 68 do disco 15 seja defletida do corpo principal da seção préabaulada 16b em uma direção descendente, conforme mostrado na figura 6. A profundidade da região de segmento rebaixado 68, e a configuração e a extensão de tal rebaixamento é uma função do diâmetro da coluna 60, da forma e do raio da extremidade hemisférica 64 da coluna 60 e da pressão aplicada à superfície 70 da peça bruta de disco 15. No caso de uma coluna 60 apresentando uma extremidade hemisférica 64, a região de segmento rebaixado 68 apresenta uma porção geralmente hemisférica 68a e uma superfície afilada um tanto cônica 68b conduzindo para a porção de corpo principal 16b da seção abaulada 16 e terminando na mesma. Observando a figura 7, pode ser visto que a região de segmento rebaixado geralmente hemisférica central 68a é circundada por uma porção rebaixada de forma oval ou geralmente circular

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68b que irradia para fora da região de segmento rebaixado 68a. Durante a aplicação de pressão à peça bruta de disco 15 para pré-abaular a peça bruta de disco, o ar dentro da cavidade definida pela passagem 54 e cobertura 56 pode escapar da passagem 54 através da abertura 58 no anel de fixação 52.

[0051] Com a finalização da etapa de pré-abaulamento, a cobertura 56 e a coluna de deflexão associada 60 são removidas do anel de fixação 52. É aplicada pressão à face côncava 16c da peça bruta de disco 15 suficiente para completar o abaulamento final da porção abaulada 16 do disco de ruptura 12 que é representado na figura 9. A quantidade de pressão aplicada durante o abaulamento final do disco de ruptura 12 deve ser adequada para não apenas completamente abaular o disco 12 que forma a seção abaulada 16, mas também suficiente para retornar a região de segmento rebaixado 68 para sua posição inicial, conforme mostrado na figura 10. Desse modo, conforme mostrado nas figuras 11 e 12, a superfície convexa de 16a da seção abaulada 16 é lisa e ininterrupta por toda sua inteira área incluindo a região de segmento 68 que define a região 22. O rebaixamento da região de segmento 68 seguida pelo retorno de tal rebaixamento para sua posição inicial faz com que o metal da região 22 tenha uma estrutura granular alterada, conforme esquematicamente mostrado na figura 13.

[0052] Foi descoberto que com a formação de um rebaixamento 68 na peça bruta de disco 15 durante o pré-abaulamento do disco, na qual a deformação do metal ocorre plasticamente em uma direção, ocorrendo então a deformação plástica do metal na direção oposta durante o abaulamento final da peça bruta de disco 15, retornando assim o metal para sua posição original com as superfícies côncava e convexa opostas da área 68 sendo complementares com a curvatura das faces côncava e convexa opostas da seção abaulada 16, a reversão da seção

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16/31 abaulada em uma pressão predeterminada e pré-selecionada sendo iniciada na área 68. Esta iniciação da reversão da posição estratégica da área 68 é atribuível à condição pré-tensionada dupla da área 68, e não como resultado de geometria da seção abaulada 16. Devido ao fato de a estrutura granular do metal na área 68 ter sido alterada como resultado da deflexão dessa área em uma direção, e, consequentemente, da deflexão dessa mesma área em uma direção oposta, as mudanças resultantes na estrutura granular do metal fazem com que a área 68 comece a reversão antes do restante da área de superfície da seção abaulada 16. A reversão mais confiável e a total abertura da seção abaulada 16 ao longo do recesso de linha de abertura 24 são obtidas pelo tensionamento do metal em duas direções na área 68.

[0053] O anel de suporte 14 é afixado ao flange 18 do disco de ruptura abaulado 12 usando prendedores adequados e sustentando a seção abaulada 16. A lingueta 36 é substancialmente alinhada com a área articulada 42 da seção abaulada 16, e o pino 17 do disco de ruptura 12. [0054] A montagem de disco de ruptura 10 é adaptada para ser montada entre os acoplamentos providos de flange do tipo ilustrado nas figuras 6-9 da Patente Norte-americana No. 6.318.576 com a superfície convexa 16a do disco de ruptura 12 virada para o lado de processo do equipamento a ser protegido. Um braço 44 no anel 30 provê ao instalador da montagem de disco 10 informação quanto à orientação adequada da montagem entre os acoplamentos de flange durante a instalação para assegurar que a superfície convexa 16a do disco de ruptura 12 fique virada para o lado de processo do equipamento. O braço 44 é também um indicador visual contínuo de que um disco instalado está em orientação adequada.

[0055] No caso de ocorrer uma condição de sobrepressão no vaso de processo ou tubulação protegida pela montagem de disco de ruptura 10, que é suficiente para efetuar a reversão da seção abaulada 16, a

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17/31 seção abaulada 16 se abre ao longo do recesso de linha de abertura 24 enquanto é retida pela porção articulada 42. A ruptura reversa começa no segmento 68 que define a região 22 por causa da estrutura granular alterada mais altamente tensionada da região de segmento 68. Devido à existência da região de maior tensão 22 na seção abaulada 16, acredita-se que a sobrepressão exercida na face convexa 16a da seção abaulada 16 inicie a reversão da seção abaulada 16 e finalmente efetue a abertura da seção abaulada 16 ao longo do comprimento do recesso de linha de abertura 24.

[0056] Foi inesperadamente descoberto que com a deflexão de um segmento do que se tornará a seção abaulada 16 do disco, conforme descrito em detalhes acima, e, consequentemente, com o retorno desse segmento para sua posição inicial para apresentar uma superfície convexa ininterrupta lisa, a reversão do disco é uma função de descontinuidade da estrutura granular na região de segmento 68. Isto deve ficar em contraste com a simples provisão de uma depressão no disco, conforme ilustrado e descrito na Patente Norte-americana No. 6.494.074, na qual a ruptura é iniciada como resultado da geometria de carga alterada e a subsequente distribuição de tensão da superfície convexa modificada.

[0057] Um disco exemplificativo 12 preparado de acordo com o processo preferido desta invenção e representado na figura 10 é preferivelmente fabricado de aço inoxidável 316 de 406,4 pm (16 mil) e apresenta um diâmetro total de cerca de 152,4 mm (6 polegadas). O pré-abaulamento do disco 12, conforme esquematicamente ilustrado na figura 6, é conseguido sob uma pressão de cerca de 551,58 kPa (80 psig) para formar uma depressão 68 na peça bruta de disco 44, conforme mostrado na figura 6. O abaulamento final do disco, conforme esquematicamente mostrado nas figuras 9 e 10, é executado sob uma pressão de cerca de 3792,11 kPa (550 psig) produzindo um disco abaulado no qual a altura da abóbada é de cerca de 28,575 mm (1,125 polegada). O disco

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18/31 abaulado final é então submetido a tratamento térmico em uma temperatura de cerca de 315°C (600°F) por 10 minutos para adicionalmente aliviar qualquer tensão residual no disco. O contorno externo 91 (figura 12) da região de segmento de metal 68 da seção abaulada do disco, que foi submetido a uma maior tensão do que o metal restante da seção abaulada 16, apresenta uma área nominal de cerca de 690,32 milímetros quadrados (1,07 polegada quadrada). A região de segmento 68 no disco exemplificativo da figura 12 é centralmente localizada na seção abaulada 16. Este disco apresenta uma pressão de ruptura nominal de cerca de 1034,21 kPa (150 psig).

[0058] Foi inesperadamente descoberto que, com a variação da pressão aplicada à peça bruta de disco 15 no acessório 46 para efetuar o pré-abaulamento do disco contra a coluna 60, a pressão de reversão do disco abaulado final, onde a área 68 da seção abaulada 16 foi endentada em uma direção e depois aplanada na direção oposta, a pressão na qual o disco é revertido pode ser similarmente variada. Com o aumento da pressão de pré-abaulamento para aprofundar o rebaixamento inicial na seção abaulada do disco, seguido pelo aplanamento desse rebaixamento durante o abaulamento final do disco, foi descoberto que o disco de ruptura será revertido em uma pressão inferior. Consequentemente, a faixa de pressões de reversão que pode ser alcançada usando uma espessura específica de material é mais larga do que um disco apresentando um rebaixamento em uma direção não subsequentemente aplanadora por causa do endurecimento no trabalho de dois estágios bidirecional do metal, conforme comparado com a deflexão de direção única do material. Esta maior faixa de pressões de reversão previsíveis é considerada grandemente como sendo atribuível ao efeito de endurecimento na tensão de direção oposta aditivo do metal e da mudança substancial concomitante na estrutura do grão. No caso de um rebaixamento de uma direção permanente no metal, acredita-se

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19/31 que a reversão do disco seja principalmente dependente da geometria de vetor de força. Desse modo, com o pré-abaulamento do disco em diferentes pressões para obter diferentes profundidades de rebaixamentos finais na seção abaulada da peça bruta de disco, seguido pelo abaulamento final do disco até um ponto para aplanar o rebaixamento, as pressões de reversão dos discos resultantes podem ser empiricamente estabelecidas e os resultados notados para a subsequente duplicação. Estas análises empíricas são uma função do tipo de material usado para fabricar o disco de ruptura, a espessura desse material, e o diâmetro do disco.

[0059] Conforme notado anteriormente, há muito é conhecido prover um recesso de linha frágil ou uma linha de incisão em uma face da porção abaulada de um disco de ruptura de ação reversa a fim de definir a área do disco que se abre com a reversão. Uma das técnicas mais comuns anteriormente empregadas para criar linhas frágeis foi a de empregar uma matriz de incisão de metal. A figura 14 é uma fotografia em seção transversal de um disco de ruptura contendo uma linha frágil formada usando uma matriz de corte. Durante o processo de corte, uma porção dos grãos metálicos que formam a seção abaulada do disco é comprimida, perturbada, ou deslocada, formando assim um canal ou calha alongada. Como resultado, foi rompida a estrutura granular uma vez uniforme da porção da seção abaulada na qual a linha de incisão está agora situada. Esta estrutura granular metálica rompida é claramente visível na figura 14.

[0060] Os grãos metálicos que estão dentro de uma área de abertura ainda a ser definida foram comprimidos e alongados. Desse modo, os grãos metálicos dentro da área de abertura não são mais uniformes por toda a parte. A ruptura da estrutura granular metálica resulta no endurecimento no trabalho do metal e leva a uma fragilidade maior do metal e à criação de zonas de tensão. A maior fragilidade e as zonas de

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20/31 tensão do metal limitam a vida útil do disco de ruptura como resultado da rachadura por fadiga e da corrosão por tensão. Os discos produzidos com as linhas frágeis cortadas por matriz geralmente exibem uma menor vida útil, isto é, a capacidade do disco de impedir a falha com a exposição a múltiplos ciclos de pressão sucessivos. Muitos destes discos podem apenas suportar 500 ou menos ciclos (um ciclo sendo definido como a exposição sucessiva ao vácuo seguido pela exposição a 90% da relação de operação nominal).

[0061] Outra técnica foi idealizada para criar um recesso de linha frágil na porção abaulada de discos de ruptura de ação reversa que não alteraria ou romperia a estrutura granular metálica dentro da área de abertura de modo a impedir as características indesejáveis resultantes com o corte com matriz. Esta técnica é descrita na Publicação do Pedido de Patente Norte-americana 2006/0237457 (Pedido S/N 11/096.466), aqui incorporada para referência em sua totalidade. A publicação '457 descreve um método no qual uma camada de material resistente é aplicada em um disco de ruptura abaulado final. Um laser é usado para remover uma porção do material resistente correspondendo a um recesso de linha de abertura desejado. O disco é então submetido a uma operação de eletropolimento para remover o metal da área provida de laser do disco de ruptura. A figura 15 é uma fotografia em seção transversal de um disco fabricado de acordo com este método.

[0062] Conforme mostrado na figura 15, é formado um recesso de linha de abertura que compreende duas porções de canal espaçadas entre si separadas por uma porção de coroa elevada central, apresentando assim uma seção transversal geralmente na forma de W. Conforme pode ser visto, a estrutura granular metálica dentro da área de abertura não foi rompida como no disco cortado em matriz da figura 14. Como resultado, a criação de zonas de tensão devido ao endurecimento do metal no trabalho é impedida e o disco eletropolido exibe uma vida

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21/31 útil muito aperfeiçoada comparado ao disco cortado em matriz da figura

14.

[0063] Entretanto, foi descoberto que a técnica de eletropolimento descrita na publicação '457 apresenta certas limitações particularmente quando usado em conexão com diâmetros e espessuras de disco maiores. A fim de efetiva e confiavelmente realizar a abertura do disco com a reversão do mesmo, foi descoberto que o recesso de linha de abertura deve apresentar uma profundidade que é pelo menos 40% da espessura da abóbada do disco, em certas concretizações entre cerca de 40% a cerca de 75% da espessura da abóbada do disco, e, em concretizações adicionais, entre cerca de 45% a cerca de 60% da espessura da abóbada do disco. Conforme usado aqui, o termo espessura da abóbada do disco é definido como a espessura de material medida da abóbada do disco na região na qual o recesso de linha de abertura é formado.

[0064] Discos formados de peças brutas mais espessas, por exemplo, de pelo menos 203,2 pm (0,008 polegada), exigem períodos muito mais longos de eletropolimento a fim de alcançar a profundidade de recesso de linha de abertura desejada. Consequentemente, a largura do recesso de linha de abertura também aumenta. A tabela 1 abaixo ilustra este fenômeno para um disco fabricado de peças brutas de aço inoxidável 316 apresentando uma espessura de 0,40 mm (0,016 polegada) e apresentando um diâmetro de abóbada de 101,6 mm (4 polegadas).

Profundidade média de recesso (% de espessura da abóbada)	Largura média de recesso (mm) (polegadas)
35,2%	1,52 (0,060)
40,5%	1,57 (0,062)
50,8%	1,85 (0,073)
60,5%	2,03 (0,080)

[0065] Foi descoberto que na medida em que a largura do recesso aumenta, o desempenho do disco é adversamente afetado. À medida

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22/31 que a largura do recesso aumenta, o recesso de linha de abertura começa a controlar a pressão de ruptura do disco, em vez, por exemplo, da região de segmento 68. Desse modo, a reversão do disco tenderá prematuramente a ser iniciada no recesso de linha de abertura. Isto leva a características de abertura menos previsíveis do disco, tal como a reversão do disco em pressões bem abaixo da pressão de ruptura nominal e flutuações de pressão de ruptura indesejáveis.

[0066] A figura 30 é um gráfico que ilustra alguns dos limites práticos de formar o recesso de linha de abertura em vários discos usando a técnica de eletropolimento. Nesta figura, é mostrada a relação entre o diâmetro da abóbada do disco e a largura máxima de um recesso de linha de abertura (expressa como uma porcentagem do diâmetro da abóbada). Os dados, que se ajustam em uma linha de inclinação linear, identificam pontos nos quais a capacidade de manter o controle satisfatório sobre a pressão de ruptura do disco é perdida quando da formação do recesso de linha de abertura usando a técnica de eletropolimento. A perda do controle sobre a pressão de ruptura será identificada quando o disco apresentando um recesso de linha de abertura se romper em uma pressão que é pelo menos 5% menor do que aquela de um disco que inclui apenas o segmento 68 e nenhum recesso de linha de abertura. O controle sobre a pressão de ruptura de discos apresentando diâmetros de abóbada menores pode ser mantido com larguras de recesso que são uma maior porcentagem do diâmetro da abóbada do disco do que em comparação com os discos com maiores diâmetros de abóbada. Entretanto, é geralmente o caso em que à medida que o diâmetro da abóbada aumenta, aumenta a espessura do material de disco. Consequentemente, tais discos grandes exigem períodos mais longos de eletropolimento para atingir a profundidade de recesso exigida que também tende a aumentar a largura do recesso. Por isso, a técnica de eletropolimento não é geralmente aceitável para uso em discos mais

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23/31 espessos de diâmetro maior.

[0067] A presente invenção supera os problemas associados com o corte em matriz discutido aqui porque a estrutura de grão não é alterada. É notado que o recesso formado de acordo com a presente invenção é referido como um recesso de linha de abertura, em oposição a um recesso de linha frágil. A presente invenção permite uma vida útil maior, conforme mencionado aqui, que não é geralmente o caso com os discos apresentando recessos de linha frágil formados pelo corte em matriz.

[0068] As figuras 17-19 ilustram um método de criar um recesso de linha de abertura em um disco de ruptura de ação reversa de acordo com uma concretização da presente invenção. De volta primeiramente à figura 17, o disco de ruptura 12 é mostrado em vista em seção fragmentada. Uma fresadora 72 apresentando uma extremidade de fresagem 74 é mostrada formando uma passagem inicial através da face côncava 16c e formando o recesso de linha de abertura 24. Conforme mostrado, a extremidade de fresagem 74 apresenta uma forma hemisférica; contudo, está dentro do escopo da presente invenção que a extremidade de fresagem 74 apresente configurações alternativas, tal como cônica, cilíndrica, ou esférica (na forma de esfera) dependendo da geometria desejada do recesso de linha de abertura. Em certas concretizações de acordo com a presente invenção, é preferido que uma fresadora de forma de esfera ou a fresadora hemisférica ilustrada seja usado de modo que o recesso de linha de abertura 24 apresente uma configuração arqueada lisa sem a presença de bordas ou cantos pontudos. A extremidade de fresagem 74 pode ser formada de qualquer material suficiente para cortar o metal a partir do qual o disco 12 é fabricado. Em certas concretizações, a extremidade de fresagem 74 pode compreender diamante, carbureto, ou uma liga de metal que é mais dura do que o metal do disco.

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24/31 [0069] Os parâmetros de operação de fresagem específicos para formar o recesso de linha de abertura 24 dependem das diversas variáveis: do diâmetro da extremidade de fresagem, da velocidade de fresagem, e da taxa de alimentação da fresadora. A velocidade de fresagem é definida como a velocidade rotacional da fresadora e a taxa de alimentação da fresadora é a velocidade na qual a fresadora se move ao longo da superfície que é cortada. Em certas concretizações da presente invenção, a fresadora empregada apresenta um diâmetro entre cerca de 508 pm (0,020 polegada) a cerca de 1524 pm (0,060 polegada). Também, em certas concretizações da presente invenção, a fresadora opera com uma velocidade de fresagem de pelo menos 10.000 RPM, e em outras concretizações, na faixa de cerca de 10.000 a cerca de 40.000 RPM. Em ainda outras concretizações da presente invenção, a fresadora opera em uma taxa de alimentação de pelo menos 254 mm/min (10 polegadas/min), e ainda em outras concretizações, entre cerca de 254 a cerca de 1524 mm/ min (10 a cerca de 60 in/min).

[0070] Depois que a primeira passagem é completa, a fresadora 72 pode conduzir uma pluralidade de passagens adicionais, cada qual servindo para adicionalmente aumentar a profundidade do recesso de linha de abertura 24. A figura 18 representa uma segunda passagem da extremidade de fresagem 74 através da face convexa 16c na qual a profundidade e a largura do recesso 24 foram aumentadas. A figura 19 representa ainda outra passagem da extremidade de fresagem 74, na qual a profundidade e a largura do recesso 24 foram novamente aumentadas. O número de passagens formadas pela fresadora 72 irá depender dos vários fatores incluindo a dureza do material a partir do qual o disco é formado, do material da extremidade de fresagem e da profundidade desejada do recesso de linha de abertura. Conforme explicado abaixo, cada respectiva passagem é formada sem perturbar a estrutura anular metálica substancialmente uniforme do metal deixado para trás.

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25/31 [0071] A figura 16 é uma fotografia em seção transversal de um disco de ruptura com um recesso de linha de abertura formado no mesmo. É evidente que a estrutura granular metálica do metal de disco que resta depois de o recesso ser formado permanece substancialmente uniforme. O metal restante não exibe sinais de endurecimento no trabalho como é o caso com o disco contendo o recesso de linha de abertura cortado em matriz na figura 14. Particularmente, a porção do disco contendo o recesso de linha de abertura, adiante descrito como uma área de abertura 76 (vide figura 20), exibe uma estrutura anular metálica substancialmente uniforme. Adicionalmente, a estrutura granular metálica da área de abertura permanece substancialmente em seu estado intrínseco, isto é, a estrutura granular antes de qualquer operação de fresagem. A falta de endurecimento no trabalho permite que os discos formados de acordo com a presente invenção exibam uma excelente vida útil de mais do que 10.000 ciclos sem falha.

[0072] Além disso, o método acima descrito não é limitado a ser executado apenas nos discos de ruptura de ação reversa. Este método pode ser empregado durante a fabricação de qualquer dispositivo de alívio de pressão ou precursor. Por exemplo, o recesso de linha de abertura pode ser criado na peça bruta de disco 15 (figuras 2 e 3), um disco pré-abaulado 15, tal como mostrado nas figuras 6 e 8, e discos de ruptura de ação avançada. Contudo, em cada exemplo, o recesso de linha de abertura é formado na área de abertura ainda a ser descrita 76 do dispositivo de alívio de pressão ou precursor.

[0073] De volta agora à figura 20, um disco de ruptura de ação reversa metálico 12 é mostrado compreendendo uma porção abaulada 16 apresentando faces côncava e convexa opostas, 16a e 16c, respectivamente. O recesso de linha de abertura 24 é formado na face côncava 16c da porção abaulada 16, e particularmente em uma seção da porção abaulada 16 referida como a área de abertura 76. A área da abertura 76

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26/31 é definida por um par de margens 78, 80 que se estende de bordas opostas do recesso de linha de abertura 82, 84 através do material de disco para a face convexa 16a. Desse modo, as margens 78, 80 intersectam faces 16a, 16c em uma maneira substancialmente perpendicular. As bordas 82, 84 são formadas pela interseção da face côncava 16c e recesso 24 e geralmente definem a largura máxima do recesso 24.

[0074] Também está dentro do escopo da presente invenção que o recesso de linha de abertura 24 seja formado na face convexa 16a da porção abaulada 16, conforme ilustrado na figura 24. Nessa concretização específica, a área de abertura 76 é definida essencialmente da mesma maneira que descrito acima. Contudo, as bordas 82, 84 são formadas pela interseção da face convexa 16a e pelo recesso 24.

[0075] O recesso de linha de abertura 24 compreende um canal singular que apresenta uma profundidade que se estende ou da face côncava 16c ou da face convexa 16a para dentro na direção da outra das ditas faces. Conforme usado aqui, o termo canal singular é definido como um canal ou calha formada no disco que é limitado pelas margens laterais que suave e continuamente se inclinam para longe da superfície externa do disco na direção de um ponto mais profundo central do canal. O termo canal singular se destina a expressamente excluir o recesso na forma de W mostrado na figura 15 e descrito na publicação '457. De volta novamente à figura 20, o recesso 24 compreende um canal alongado 86 que é definido pelas bordas 82, 84 que intersectam a face côncava 16c (ou face convexa 16a na concretização da figura 24) e margens laterais 88, 90 que continuamente se inclinam para longe das bordas 82, 84 na direção de um único ponto mais profundo 92 do canal. Em certas concretizações de acordo com a presente invenção, o canal 86 tem substancialmente a forma de U em seção transversal, conforme ilustrado na figura 20, ou substancialmente a forma de V em seção

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27/31 transversal, conforme ilustrado na figura 21. Embora, em certas concretizações, seja desejado impedir a presença de pontas ou bordas pontudas, visto que isto tende a criar zonas de tensão dentro da porção abaulada 16 que podem afetar as características de ruptura e a vida útil do disco.

[0076] Na concretização descrita na figura 20, o canal 86 apresenta uma forma côncava arqueada contínua que se estende da borda 82 para a borda 84. Não há nenhuma porção de coroa elevada dentro do canal 86 como aparece nos recessos de linha de abertura formados de acordo com a técnica de eletropolimento descrita na publicação '547.

[0077] A Tabela 2 demonstra a eficácia da presente invenção em controlar a largura do recesso de linha de abertura enquanto ainda alcança a profundidade desejada. Estas medições foram obtidas com a fresagem de um recesso de linha de abertura em um disco de 152,4 mm (6 polegadas) formado de aço inoxidável 316 grosso de 0,40 mm (0,016 polegada) usando uma fresadora apresentando um diâmetro de 0,78 mm (0,031 polegada).

Tabela 2

Profundidade média de recesso (% de espessura da abóbada)	Largura média de recesso (mm) (polegadas)
48,2%	0,66 (0,026)
52,0%	0,68 (0,027)
56,7%	0,68 (0,027)
71,6%	0,76 (0,030)

[0078] Os dados demonstram que os recessos apresentando profundidades de 70% ou mais da espessura da abóbada podem ser alcançados através da fresadora mecânica com larguras de recesso que são um terço daqueles recessos produzidos por técnicas de eletropolimento.

[0079] A presente invenção é particularmente bem adequada para

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28/31 uso na fabricação de discos de ruptura de ação reversa metálicos apresentando uma espessura nominal de pelo menos 203,2 pm (0,008 polegada).. Em certas concretizações, discos de ruptura formados de acordo com a presente invenção apresentam espessuras normais de pelo menos 0,25 mm (0,010 polegada), ou pelo menos 0,40 mm (0,016 polegada). O termo espessura nominal se refere à espessura da folha ou peça bruta de metal a partir do qual é formado o disco de ruptura. Aqueles versados na técnica podem apreciar que o abaulamento do disco pode fazer com que o metal seja afinado em certas áreas, particularmente na direção da região do ápice da abóbada. Contudo, o metal compreendendo a área de flange e aquelas porções da abóbada adjacentes à área de flange irá apresentar substancialmente a mesma espessura que a folha de metal ou peça bruta de disco.

[0080] Em certas concretizações da presente invenção, o canal 86 apresenta uma largura de menos de 1524 pm (0,060 polegada) e uma profundidade de pelo menos 101,6 pm (0,004 polegada). Em outras concretizações, o canal 86 apresenta uma largura de menos de 1,14 mm (0,045 polegada) e uma profundidade de pelo menos 0,15 mm (0,006 polegada). Em ainda outras concretizações, o canal 86 apresenta uma largura de menos de 0,88 mm (0,035 polegada) e uma profundidade de pelo menos 203,2 pm (0,008 polegada). A técnica de eletropolimento não é capaz de produzir canais de tais larguras e profundidades. Conforme notado acima, a fim de alcançar profundidades desejadas, a largura do recesso de linha de abertura se estenderá além dos limites de largura relatados.

[0081] Em ainda outras concretizações de acordo com a presente invenção, a porção abaulada 16 do disco de ruptura apresenta um diâmetro D e o canal 86 apresenta uma largura máxima W. Quando D for de 38,1 mm (1,5 polegada), W não será maior do que 508 pm (0,020 polegada). Quando D for de 304,8 mm (12 polegadas), W não será

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29/31 maior do que 1524 pm (0,060 polegada). Para todos os valores de D entre 38,1 e 304,8 mm (1,5 e 12 polegadas), W varia substancialmente de forma linear entre 508 pm e 1524 pm (0,020 e 0,060 polegada). Esta caracterização de D e W derivou pelo menos em parte da figura 29, assegura que o controle sobre a pressão de ruptura do disco seja mantido, já que são atendidos os critérios acima mencionados.

[0082] O precursor de disco, isto é, o disco como ele existe imediatamente antes da formação do recesso de linha de abertura 24, apresenta uma área de abertura 76 que compreende uma estrutura granular metálica substancialmente uniforme. Quando o recesso de linha de abertura 24 for criado pelo metal de remoção mecânica da área de abertura 76, a estrutura granular metálica substancialmente uniforme do metal restante da área de abertura não terá sido rompida de seu estado de precursor de disco original. Conforme mostrado na figura 16, grãos de metal ou porções dos mesmos foram simplesmente removidas da área de abertura, não tendo ocorrido nenhum endurecimento no trabalho do metal restante.

[0083] Conforme mostrado na figura 22, o recesso de linha de abertura 24 apresenta geralmente uma configuração na forma de C e termina com extremidades terminais 26 e 28 nos lados opostos da porção articulada 42. Contudo, está dentro do escopo da presente invenção que o recesso de linha de abertura apresenta configurações alternativas, tais como aquelas mostradas nas figuras 23, 28 e 29.

[0084] De volta à figura 23, o recesso de linha de abertura de forma C foi substituído por dois recessos de linha de abertura intersecional 25 e 27. Os recessos 25 e 27 se estendem de uma porção próxima da região de transição 20 através do ápice da porção abaulada 16 para a porção oposta da região de transição. Os recessos 25 e 27 se intersectam em uma junção central no ou próximo do ápice da seção abaulada

16. Desse modo, com a reversão e a ruptura do disco 12a, a seção

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30/31 abaulada 16 se rompe em quatro pétalas, cada qual articulada em uma respectiva porção da região de transição 20.

[0085] Conforme ilustrado, os recessos de linha de abertura 24, 25 e 27 são recessos contínuos ininterruptos. Entretanto, está dentro do escopo da presente invenção que estes recessos sejam descontínuos ou se rompam em uma série de segmentos individuais espaçados entre ou tracejados.

[0086] Na concretização mostrada na figura 28, o recesso de linha de abertura apresenta três segmentos ligados: dois segmentos arqueados 31 e 33 e um segmento que se estende lateralmente 35 que conecta os segmentos 31 e 33. O segmento que se estende lateralmente 35 também apresenta uma forma arqueada a partir de uma vista lateral em perspectiva do disco 12b, na medida em que ele necessariamente segue o contorno da seção abaulada 16. O disco 12b inclui duas seções articuladas opostas 42a e 42b, cada qual configurada para reter uma porção de seção abaulada 16 com a abertura do disco. Desse modo, esta concretização representa uma configuração de articulação dupla na qual o disco forma duas seções na forma de pétala com a abertura.

[0087] A figura 29 representa uma ligeira modificação que pode ser feita ao padrão de recesso de linha cruzada da figura 23. Em vez de um par de recessos intersecionais contínuos, o disco 12c foi provido com quatro recessos de linha de abertura distintos 25a, 25b, 27a, e 27b que não se intersectam. O disco 12c, entretanto, é ainda configurado para formar quatro pétalas com a ruptura.

[0088] Na concretização representada na figura 22, o recesso de linha de abertura 24 é disposto na porção abaulada 16 em uma localização mais próxima ao flange do que o ápice da porção 16. Desse modo, o corte da porção abaulada 16 ocorre em uma localização próxima ao corpo de suporte anular principal 30, provendo assim um amplo

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31/31 suporte para a área articulada 42 e impedindo a fragmentação indesejada do disco 12. É notado também que a região 22 apresentando uma estrutura granular alterada é mostrada no ápice da porção abaulada 16. Contudo, a região 22 pode também ser deslocada do ápice, conforme mostrado na figura 23. Em qualquer caso, a iniciação da reversão da porção 16 ocorre na região 22. Desse modo, o recesso de linha de abertura 24 (e consequentemente a área de abertura 76) é radialmente espaçado da região 22 e localizado entre a região 22 e a zona de transição 20.

[0089] Em certas concretizações de acordo com a presente invenção, o acabamento de superfície do recesso de linha de abertura 24 é maior do que cerca de 0,1016 pm (4 micropolegadas) de desvio médio da superfície média. Em ainda outras concretizações, o acabamento de superfície é maior do que cerca de 0,2032 pm (8 micropolegadas) de desvio médio a partir da superfície média. Desse modo, o recesso de linha de abertura mecanicamente formado 24 é prontamente distinguível do recesso de linha frágil eletropolido a olho nu. O recesso de linha frágil formado pela técnica de eletropolimento exibe um maior lustro do que o recesso de linha de abertura formado pelo presente processo mecânico.

[0090] As concretizações da invenção descritas acima devem ser usadas como ilustração apenas e não devem ser usadas em um sentido limitativo para interpretar o escopo da presente invenção. Modificações óbvias às concretizações exemplificativas, explicadas acima, poderiam ser prontamente formadas por aqueles versados na técnica sem se afastar do espírito da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Disco metálico de ruptura de ação reversa (12), caracterizado pelo fato de que compreende:

uma porção abaulada (16) tendo faces opostas côncavas e convexas; e uma área de flange circunscrita (18) que circunda a dita porção abaulada (16), a dita porção abaulada (16) incluindo pelo menos um recesso de linha de abertura (24) mecanicamente formado pela remoção de metais da dita porção abaulada (16), pelo menos um dito recesso de linha de abertura (24) compreendendo um canal singular (86) e tendo uma profundidade que se estende a partir de uma das ditas faces côncavas e convexas interiormente para as outras das ditas faces côncavas e convexas, a dita porção abaulada (16) do dito disco de ruptura adjacente (12) ao dito canal (86) tendo uma estrutura granular metálica substancialmente uniforme.
2. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito canal (86) é substancialmente em forma de U ou substancialmente em forma de V na seção transversal.
3. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito disco de ruptura (12) possui uma espessura nominal de pelo menos 203,2 pm (0,008 polegada).
4. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito canal (86) possui uma largura inferior a 1524 pm (0,060 polegada) e uma profundidade de pelo menos

101,6 pm (0,004 polegada).
5. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita porção abaulada (16) do dito

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2/8 disco possui um diâmetro D e o dito canal (86) possui uma largura máxima W, quando D é 38,1 mm (1,5 polegada), W não é maior que 508 pm (0,020 polegada);

quando D é 304,8 mm (12 polegadas), W não é maior que 1524 pm (0,060 polegada); e quando D está entre 38,1 mm (1,5 polegada) e 304,8 mm (12 polegadas), W varia substancialmente linearmente entre 508 pm (0,020 polegada) e 1524 pm (0,060 polegada).
6. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito canal (86) possui uma profundidade mínima de pelo menos 40% da espessura da abóbada do disco.
7. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um recesso de linha de abertura (24) é criado pela remoção mecânica de metal a partir da dita porção abaulada (16) sem romper a estrutura granular metálica substancialmente uniforme da dita porção abaulada (16) adjacente ao dito canal (86).
8. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um recesso de linha de abertura (24) é criado por uma fresadora tendo um diâmetro de fresadora (72) entre aproximadamente 508 pm (0,020 polegada) e 1524 pm (0,060 polegada) operando a aproximadamente 10.000 RPM ou mais.
9. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um recesso de linha de abertura (24) é geralmente em forma de C na configuração.
10. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a dita porção abaulada (16) possui um cume, o dito recesso de linha de abertura (24) sendo disposto na dita porção abaulada (16) em um local mais próximo da dita flange do que

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3/8 do dito cume.
11. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita porção abaulada (16) compreende uma pluralidade de recessos de linha de abertura.
12. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a dita porção abaulada (16) compreende pelo menos dois recessos de linha de abertura (24) alongados, os ditos recessos configurados de modo que após a dita abertura o dito disco de ruptura (12) inclui uma pluralidade de seções de pétala.
13. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois dos ditos recessos de linha de abertura (24) cruzam ou passam próximo ao cume da dita porção abaulada (16).
14. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois dos ditos recessos de linha de abertura (24) não cruzam.
15. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a dita porção abaulada (16) compreende dois recessos de linha de abertura (24) arqueados interconectados por um recesso lateralmente estendido, os ditos recessos de linha de abertura (24) arqueados definindo um par de seções articuladas localizadas entre os mesmos.
16. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a dita porção abaulada (16) possui uma área frágil na qual a reversão do dito disco é iniciada na exposição para uma condição de sobrepressão predeterminada, a dita área frágil sendo espaçada de pelo menos um recesso de linha de abertura (24).
17. Disco de ruptura de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos recessos de linha de abertura (24) é formado na face côncava da dita porção abaulada

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4/8 (16).
18. Disco metálico de ruptura de ação reversa (12), caracterizado pelo fato de que compreende:

uma porção abaulada (16) tendo faces opostas côncavas e convexas e uma área de abertura tendo pelo menos um recesso de linha de abertura (24) mecanicamente formado; e uma área de flange circunscrita que circunda a dita porção abaulada (16), a dita área de abertura tendo uma estrutura granular metálica substancialmente uniforme inteiramente, pelo menos um dos ditos recessos de linha de abertura compreendendo um canal (86) alongado definido por um par de bordas espaçadas interseccionando uma das ditas faces côncava e convexa e margens laterais inclinando-se continuamente a partir das ditas bordas para um único, mais profundo ponto do dito canal (86), pelo menos um dos ditos recessos de linha de abertura sendo criados pela remoção mecânica de metal a partir da dita área de abertura sem romper a estrutura granular metálica substancialmente uniforme da porção remanescente da dita área de abertura.
19. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dito canal (86) é substancialmente em forma de U ou substancialmente em forma de V na seção transversal.
20. Disco de ruptura (12) de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dito disco de ruptura (12) tem uma espessura nominal de pelo menos 203,2 pm (0,008 polegada).
21. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o canal (86) tem uma largura menor que 1524 pm (0,060 polegada) e uma profundidade de pelo menos

101,6 pm (0,004 polegada).

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5/8
22. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a porção abaulada (16) do disco tem um diâmetro D e o dito canal (86) tem uma largura máxima W, quando D é 38,1 mm (1,5 polegada), W não é maior que 508 pm (0,020 polegada);

quando D é 304,8 mm (12 polegadas), W não é maior que 1524 pm (0,060 polegada); e quando D está entre 38,1 mm (1,5 polegada) e 304,8 mm (12 polegadas), W varia substancialmente linearmente entre 508 pm (0,020 polegada) e 1524 pm (0,060 polegada).
23. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o dito canal (86) tem uma profundidade mínima de pelo menos 40% da espessura da abóbada do disco.
24. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que pelo menos um recesso de linha de abertura (24) é criado por um fresadora tendo um diâmetro de fresadora (72) entre aproximadamente 508 pm (0,020 polegada) e 1524 pm (0,060 polegada) operando a aproximadamente 10.000 RPM ou mais.
25. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que pelo menos um recesso de linha de abertura (24) tem geralmente a configuração em forma de C.
26. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a porção abaulada (16) tem um cume, o pelo menos um recesso de linha de abertura (24) sendo disposto na porção abaulada (16) em uma localização próxima do flange do dito cume.
27. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a porção abaulada (16) compreende uma pluralidade de recessos de linha de abertura.
28. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 27,

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6/8 caracterizado pelo fato de que a porção abaulada (16) compreende pelo menos dois recessos de linha de abertura alongados, os ditos recessos configurados de modo que depois de abertos o dito disco de ruptura (12) inclui uma pluralidade de seções de pétalas.
29. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que os ditos pelo menos dois recessos de linha de abertura cruzam ou passam próximo ao cume da dita porção abaulada (16).
30. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois recessos de linha de abertura não cruzam.
31. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a dita porção abaulada (16) compreende dois recessos de linha de abertura arqueados interconectados por um recesso lateralmente estendido, os ditos recessos de linha de abertura arqueados definindo um par de seções articuladas localizadas entre os mesmos.
32. Disco de ruptura (12), de acordo a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a dita porção abaulada (16) tem uma área frágil na qual a reversão do dito disco é iniciada depois da exposição a uma predeterminada condição de sobrepressão, a área frágil sendo espaçada a partir da área de abertura e pelo menos um recesso de linha de abertura (24).
33. Disco de ruptura (12), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que pelo menos um recesso de linha de abertura (24) é formado na face côncava da porção abaulada (16).
34. Método de formação de um recesso de linha de abertura (24) em um dispositivo de alívio de pressão metálico, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

proporcionar um disco de ruptura abaulado (12) tendo uma

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7/8 porção de alívio de pressão configurada para romper e abrir depois da exposição a uma condição de sobrepressão predeterminada e uma área de flange (18) circunscrita circundando a dita porção de alívio de pressão, a dita porção de alívio de pressão tendo uma área de abertura na qual o dito recesso de linha de abertura (24) é formado, a dita área de abertura tendo uma estrutura substancialmente toda granular metálica uniforme; e remover mecanicamente uma porção de metal da área de abertura de modo a formar o dito recesso de linha de abertura (24), a dita porção de metal sendo removida sem romper a estrutura substancialmente granular metálica uniforme do metal remanescente da dita área de abertura.
35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o dito recesso de linha de abertura (24) é formado na dita área de abertura na dita face côncava.
36. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de remover mecanicamente uma porção de metal da dita área de abertura sendo realizada por uma fresadora (72) tendo um diâmetro de fresadora (72) entre aproximadamente 508 pm (0,020 polegada) e 1524 pm (0,060 polegada) operando a aproximadamente 10.000 RPM ou mais.
37. Método, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que o dito recesso de linha de abertura (24) é criado por uma pluralidade de passagens da dita fresadora através da dita área de abertura, cada passagem consecutiva aumentando a profundidade do dito recesso de linha de abertura (24).
38. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o dito recesso de linha de abertura (24) compreende um canal (86) singular que é substancialmente em forma de U ou substancialmente em forma de V no corte transversal.

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39. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o dito método ainda inclui a etapa de criar uma área frágil na dita porção de alívio de pressão, a dita área frágil sendo espaçada de ambos a dita área de abertura e o dito recesso de linha de abertura (24).