CN104220797B - 爆破片及铰链 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于爆破片(10)的铰链组件(100)。更具体地说，公开了一种铰链组件，该铰链组件具有：具有法兰本体(21)及可塌缩铰链(22)的第一铰链构件(20)；以及具有平台铰链(32)的第二铰链构件(30)，其中，所述可塌缩铰链(22)构造成定位在所述平台铰链(32)与爆破片(10)之间。还公开了一种爆破片铰链(510)，该爆破片铰链具有法兰本体(511)及从所述法兰本体延伸的可塌缩铰链。所述可塌缩铰链可具有：从所述法兰本体延伸的引道(516)；从所述引道延伸的平台(517)；以及从所述平台延伸的唇(518)。还公开了一种爆破片铰链，该爆破片铰链具有横穿中央流体流径沿法兰本体的直径延伸的铰链延伸部(815，822)。

Description

爆破片及铰链
相关申请的交叉援引
本申请要求由Paul Goggin于2011年9月16日递交的名称为“RUPTURE DISK ANDHINGE(爆破片及铰链)”申请号为61/573,160的美国临时申请的权益，特地通过援引将该申请的内容全部合并于此。
技术领域
本公开大体涉及爆破片及铰链。具体地说，本公开涉及提供改善了性能的爆破片及铰链。
背景技术
在由John Tomasko、Paul Goggin及Geof Brazier于2010年9月29日递交的名称为“RUPTURE DISK(爆破片)”申请号为12/923,622的共有美国专利申请中公开了一种爆破片，特地通过援引将该申请的内容全部合并于此。在由John Tomasko、Paul Goggin及GeofBrazier于2010年9月29日递交的名称为“RUPTURE DISK(爆破片)”，PCT申请号为PCT/US10/50779，PCT公开号为WO/2011/041456的共有PCT申请中也公开了一种爆破片，特地通过援引将此申请的内容全部合并于此。
爆破片用于响应潜在危险的超压情形而从增压系统释放压力。通常，爆破片具有在一对支撑构件或安全头之间密封的法兰，从而形成卸压组件。这样，卸压组件可在增压系统中被夹紧，或者被密封布置在一对常规管法兰之间或一对螺纹管件之间，或被附接至一个这种螺纹管件。可利用诸如焊接、钎焊、卷边或机械夹紧之类的技术安装卸压组件以将部件夹层保持在一起。第一管引导加压流体到达卸压组件的一侧，并且第二管提供到达安全贮器的出口或可以通向环境。支撑构件包括使爆破片的一部分暴露于系统中的加压流体的中央开口。爆破片的暴露部分会在流体压力达到入口侧与出口侧之间的预定压差时破裂。破裂的爆破片产生允许流体通过出口逸出而减小系统中的压力的排放路径。
爆破片还可用于在不被放置在两个管法兰之间的情况下释放系统的压力。例如，增压系统可具有出口构件或开口，流体可通过该出口构件或开口排放或释放至例如环境或容器中。爆破片可被安装在这种出口构件或开口处以控制可释放流体的压力。例如，爆破片可被焊接至出口构件或被焊接以覆盖排出口。此外或另选的是，爆破片可通过夹紧、栓接、铆接或其它任何适当的机构而附接至增压系统的出口。
爆破片通常具有穹顶形、倒圆形、圆锥形、截顶圆锥形或其它通常弯曲的可破裂部，并且能够正向动作或反向动作。正向动作爆破片定位成可破裂部的凹侧暴露至增压系统，从而使爆破片置于张紧状态下。因而，当达到超压状态时(即，当系统压力超出安全或期望水平时)，爆破片会通过向外爆裂而释放压力。相反的是，反向动作爆破片(也称作反挠爆破片)定位成其凸侧暴露至增压系统，从而使爆破片的材料置于压缩状态下。因而，当达到超压状态时，爆破片会挠曲并反向(即，颠倒)并且被撕裂以排放增压流体。
反挠爆破片会在反向时自身破裂。另选的是，可提供附加特征以有助于破裂。例如，切割结构或应力集中点可接触反向时的反挠爆破片，从而保证发生破裂。示例性切割结构包括一个或多个叶片(例如像由BS&B安全系统公司提供的作为市售RB-90TM反挠爆破片的一部分的四部分叶片状，或者像由BS&B安全系统公司提供的作为市售DKB VAC-SAFTM爆破片的一部分的三分式三部分叶片状)及圆齿环(例如，像由BS&B安全系统公司提供的作为市售JRSTM爆破片的一部分)。其它示例性切割结构可沿可破裂部的周边定位。再其它示例性切割结构能以设计成与反向时的可破裂部接合的X形、Y形或不规则的Y形定位。
专利号为4,236,648及5,082,133的共有美国专利中描述了使用切割结构的爆破片组件，特此通过援引将其内容全部合并于此。专利号为5,934,308的共有美国专利中描述了示例性应力集中点，特此通过援引将其内容全部合并于此。
会使爆破片破裂的预定压力差被称为“爆破压力”。用于评定爆破片的爆破压力被称为“公称爆破压力”。可借助诸如材料厚度及穹顶高度(也称作“冠高”)之类的爆破片物理参数设定爆破压力。也可使用诸如凹痕之类的多种物理特征设定爆破压力。例如专利号为6,178,983、6,321,582、6,446,653及6,494,074的共有美国专利中公开了具有凹痕的爆破片及制造这种爆破片的方法，特地通过援引将这些专利的全部内容合并于此。
诸如刻线及剪切线(及其它薄弱区域，也称作薄弱线)之类的物理特征可用于帮助爆破片破开并且控制爆破片的破开型式。在反挠爆破片中，例如，爆破片会在反向时沿刻线撕裂。刻线或剪切线可与应力集中点或切割构件联合使用。所选的爆破片部分可不刻化(用作铰链区)，以防止爆破片在爆裂时碎裂，并且防止碎片与流体一起逃逸出增压系统。局部撕离爆破片其余部分的爆破片中央部分可被称作“绽开部(petal)”。
也通过利用过渡区域控制爆破片的碎片。过渡区域出现在爆破片的穹顶部与法兰部之间。爆破片工业已着力于具有固定半径的过渡区域以辅助控制碎片。
也可通过利用位于爆破片下游的外周铰链控制碎片。本领域通常着力于获得爆破片装置的最大可开放面积，从而在爆破片装置启动或打开时使流速至少局部最大化。因着力于此，公知的爆破片装置通常最小化下游外周铰链占据的开放面积。通常，下游铰链占据少于15％的可开放面积。
鉴于前述内容，以下会是期望的：组合一个或多个前述特征以确保爆破片的可靠性能并防止爆破片碎裂。避免在穹顶结构塌缩后加强刻线或其它薄弱区域，这会是期望的。向爆破片的未刻划铰链区域提供支撑以防止爆破片在爆裂时碎裂，这也会是期望的。另选的是，加强爆破片刻划区域的一部分以阻止撕裂刻线并有效创建保持爆破片绽开部的铰链，这也是期望的。提供能从爆破片吸收爆破能的特征也会是期望的。例如，吸收爆破片绽开部的动能以使绽开部减速，这会是期望的。本公开的爆破片及铰链组件实现了这些或其它优点。
发明内容
为了获得一个或多个上述或其它优点，如在此实施并宽泛描述的，本公开涉及一种铰链组件，其用于具有可破裂的穹顶部的爆破片，该铰链组件包括：包括法兰本体及可塌缩铰链的第一铰链构件；以及包括平台铰链的第二铰链构件。所述可塌缩铰链构造成定位在所述爆破片的所述可破裂的穹顶部与所述平台铰链之间。
本公开还涉及包括爆破片的爆破片组件，该爆破片包括法兰部及穹顶部，其中，所述穹顶部具有凹面。该组件还包括：包括法兰本体及可塌缩铰链的第一铰链构件；以及包括法兰本体及平台铰链的第二铰链构件。所述第一铰链构件的所述法兰本体构造成密封在所述爆破片的所述法兰部与所述第二铰链构件的所述法兰本体之间。
本公开还涉及包括法兰本体及可塌缩铰链的爆破片铰链，其中，可塌缩铰链包括从法兰本体延伸的引道、从引道延伸的平台以及从平台延伸的唇。
本公开还涉及包括限定一个平面的法兰本体及可塌缩铰链的爆破片铰链。可塌缩铰链包括：第一铰链延伸部，该第一铰链延伸部相对于法兰本体的该平面以第一角度从法兰本体延伸；以及第二延伸部，该第二延伸部相对于法兰本体的该平面以第二角度从第一铰链延伸部延伸。
本公开还进一步涉及一种爆破片铰链组件，该爆破片铰链组件包括限定中央流体流径的法兰本体以及横穿中央流体流径沿法兰本体的直径延伸的铰链延伸部。
附图说明
合并于本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了若干实施方式并且连同描述一起用于解释本公开的原理。
图1示出了根据本公开的爆破片组件的一个实施方式；
图2示出了图1的爆破片组件的分解图；
图3示出了图1的爆破片组件的剖视图；
图4示出了图1的爆破片组件的剖切分解图；
图5以分解图示出了根据本公开的爆破片组件的另一实施方式。
图6A及图6B示出了根据图5的实施方式的组装起来的爆破片组件的图。
图7A及图7B示出了根据图5的实施方式的组装起来的爆破片组件的剖视图；
图8示出了根据本公开的爆破片组件的一个实施方式的未装配的部件。
图9示出了根据图8的实施方式的组装起来的爆破片组件在破裂后的状态下的上游视图。
图10示出了根据图8的实施方式的组装起来的爆破片组件在破裂后的状态下的下游视图。
图11A至图11C示出了根据本公开的第一铰链构件及可塌缩铰链的不同实施方式。
图12A至图12F示出了根据本公开的另一铰链构件的不同视图。图12A与图12B是从入口侧或上游侧看的视图。图12C是从出口侧或下游侧看的视图。图12D及12E是剖视图。图12F是剖切的侧视图。
图13A至图13G示出了根据本公开的另一铰链的不同视图。图13A与图13B是从入口侧或上游侧看的视图。图13C及图13D是从出口侧或下游侧看的视图。图13E及图13F是剖视图。图13G是剖切的侧视图。
图14A至图14C示出了根据本公开的第二铰链构件及平台铰链的不同实施方式。
图15A和图15B示出了具有两级响应的单个可塌缩铰链构件的实施方式。
图16A至图16C示出了激活后根据本公开的爆破片组件的不同视图。图16A是从入口侧(即上游)看的视图。图16B是从出口侧(即下游)看的视图。图16C是从出口侧以一斜角看的视图。
图17A至17D示出了具有铰链部分的各种铰链构件。图17A、图17B及图17C是各种铰链构件的俯视图。图17D示出了沿铰链构件的线A-A剖切并俯视的剖视图。
图18示出了具有刺穿元件的铰链构件的一个实施方式。
具体实施方式
现将详细参照当前的示例性实施方式，在附图中示出了这些示例性实施方式的实施例。
图1示出了爆破片组件100，该爆破片组件包括爆破片10及两件式铰链组件。该铰链组件可由第一铰链构件20及第二铰链构件30组成。爆破片10可包括法兰11及穹顶部12。
图1的爆破片10是反向动作爆破片。尽管示出了反挠爆破片，但是还构想本公开可另选地使用正向动作爆破片。
图2是图1中所示的爆破片组件100的分解图。图2示出了爆破片10、第一铰链构件20及第二铰链构件30。第一铰链构件20可包括法兰本体21、可塌缩铰链22及应力集中点23。可塌缩铰链22可具有基本平直的边缘，并且第一铰链构件20的内周可形成大致“D形”开口。另选的是，可塌缩铰链可具有倒圆或不规则形边缘(图2中未示出)。凹口24可在可塌缩铰链22与法兰本体21汇合之处设置在可塌缩铰链22的两侧。可将凹口24的尺寸及形状设定成获得可塌缩铰链22的期望变形。此外，凹口24可允许爆破片绽开部(即，在爆破片破裂后)的周边或末端缠绕可塌缩铰链22，从而防止碎裂并且进一步助于保持爆破片的绽开部。
如图2中所示，第二铰链构件30可包括法兰本体31、平台铰链32及应力集中点33。平台铰链32可具有基本平直的边缘，并且第二铰链构件30的内周可形成大致“D形”开口。另选的是，平台铰链可具有倒圆或不规则形边缘(图2中未示出)。凹口34可在平台铰链32与第二铰链构件30的法兰本体31汇合之处设置在平台铰链32的两侧。可能期望的是：当可塌缩铰链22向平台铰链32塌缩时，允许平台铰链32弯曲或变形。第二铰链构件30中的凹口(包括其尺寸及形状)可构造成获得所需的弯曲量或变形量。此外，凹口34可允许爆破片的绽开部缠绕平台铰链32，从而防止碎裂并且进一步助于保持绽开部。
如图2中所示，第一铰链构件20及第二铰链构件30的铰链元件几乎占爆破片10的可能开放面积的50％。如上所述，在公知爆破片中，外周下游铰链通常占不超过爆破片10的可能开放面积的15％。研究发现：将铰链尺寸增大至占可能开放面积的15％与50％之间的值，这为爆破片与铰链之间的相互作用提供了增大的区域，增大的区域会有益于控制碎裂，并有益于能量吸收。这些特征在更高爆破压力(能以500磅/每平方英寸以上为特征)时尤为重要。因此，如公开的一样增大铰链尺寸可提供优于公知铰链的有利条件。
尽管图2中示出的第一铰链构件20及第二铰链构件30均具有应力集中点23、33，但是构想可设置不具有应力集中点的铰链组件。还构想应力集中点可设置在铰链构件之一上，而不是两个铰链构件上。此外，尽管两个铰链构件的应力集中点23、33示以正好在可塌缩铰链22与平台铰链32对面，但是应力集中点23、33可定位在一个或两个铰链构件上的不同位置。另外或另选的是，可设置不止一个应力集中点。应力集中点23、33可以是尖利的，并且可以设置有切割点或切割面。另选的是，应力集中点23、33可以是钝的。
图3是图1中所示的爆破片组件100的局部剖切图。图3示出了爆破片10、第一铰链构件20及第二铰链构件30。如所示，第一铰链构件20的可塌缩铰链22定位在爆破片10的穹顶部12与第二铰链构件30的平台铰链32之间。如所示，第一铰链构件20与第二铰链构件30均包括应力集中点23、33。
图4是图1中所示的爆破片组件100的部切分解图。图4示出了爆破片10、第一铰链构件20及第二铰链构件30。如所示，可塌缩铰链22构造成安置在爆破片10的穹顶部12与第二铰链构件30的平台铰链32之间。构想可选择可塌缩铰链22的高度以达到期望的铰接强度并且确定破裂的爆破片10在接触可塌缩铰链22之前行进的距离。如果允许爆破片10在不接触可塌缩铰链22的情况下行进得更远，那么其可达到更高的速度。尽管更高的速度会有益于使爆破片10破裂，但是更高的速度也可导致碎片增多。因此，如所公开的，变更可塌缩铰链22的高度可允许制造商获得爆破片10的最佳反向速度。此外，爆破片可具有根据例如激活压力、厚度及材料类型等若干因素而变化的冠高。可塌缩铰链22的高度也可变化以适应这些变更。凹口24可设置在可塌缩铰链22的侧方。如所示，第一铰链构件20与第二铰链构件30各自包括应力集中点23、33。爆破片10的穹顶部12可以是球形的，并且可设置有第一曲率半径。可塌缩铰链22也可主要呈球形形状。可塌缩铰链22可具有与爆破片10相同的曲率半径或不同的曲率半径。可塌缩铰链22可具有均一的曲率半径，或者曲率半径可在可塌缩铰链22的各处变化。可选择可塌缩铰链22的曲率半径以达到期望的作用力水平，在该作用力水平下，可塌缩铰链22会变形。
根据图4中所述的实施方式，可塌缩铰链22的边缘正好在平台铰链32的边缘上方对准。在另选的实施方式中，可塌缩铰链22的边缘可伸出超过平台铰链32的边缘。在另一另选的实施方式中，平台铰链32的边缘可伸出超过可塌缩铰链22的边缘。
转到图1至图4的爆破片组件100的操作，爆破片组件100可安装成使得爆破片的穹顶部12的凸面暴露于增压系统。当发生超压情形时，爆破片10的穹顶部12会塌陷并被撕裂。可在铰链组件的应力集中点23、33处开始撕裂，或由铰链组件的应力集中点23、33促进撕裂。爆破片10的撕裂部(绽开部)会接触第一铰链构件20的可塌缩铰链22。作为响应，可塌缩铰链22会塌缩，从而从绽开部吸收能量及动量，使绽开部的移动减慢。当可塌缩铰链22塌缩时，可塌缩铰链22会接触第二铰链构件30的平台铰链32。平台铰链32会吸收绽开部与可塌缩铰链22两者的残余动能。平台铰链32在吸收了绽开部及可塌缩铰链22的动能时会变形或不变形。
公开的铰链组件能使爆破片绽开部的速度阶段式减小。平台铰链32可用作可塌缩铰链22抵靠变形的平台，该平台可使可塌缩铰链22具有大的弯曲半径。大的弯曲半径有助于绽开部保持附接(至少部分)至爆破片10的其余部分，从而防止或最小化爆破片碎裂。公知铰链设计通过使绽开部突然停止而尽力防止爆破片碎裂。使撕裂部突然停止实际上会导致不期望的碎裂增多；因而所公开的两级铰链组件相对于公知铰链设计是一种改进。
图5示出了根据本公开的爆破片组件200的另一实施方式的分解图。图5示出了爆破片210及由第一铰链构件220与第二铰链构件230组成的铰链组件。爆破片210可包括法兰211及穹顶部212。在穹顶部212中示出了刻线214或其它薄弱区域。薄弱区域可通过对爆破片210进行刻划、蚀刻、修剪或其它适当修正而产生。在另选实施方式中，可在爆破片210的穹顶部212与法兰211之间设置过渡区域，并且刻线214或薄弱区域可设置在过渡区域中或邻近过渡区域设置。
如图5中所示，第一铰链构件220可包括法兰本体221、可塌缩铰链222及应力集中点223。第一铰链构件220的内周可形成大致“D形”开口。凹口224可在可塌缩铰链222与法兰本体汇合之处设置在可塌缩铰链222的两侧。可将凹口224的尺寸及形状设定成获得可塌缩铰链222的期望变形。此外，凹口224可允许爆破片绽开部缠绕可塌缩铰链222，这可进一步防止爆破片碎裂。
同样如图5中所示，第二铰链构件230可包括法兰本体231、平台铰链232及应力集中点233。在一个实施方式中，平台铰链232可能是平坦的，即，与第二铰链构件230的法兰部共面。在另一实施方式中，平台铰链232可能在弯曲线235处弯曲。平台铰链232可朝爆破片210的穹顶部212弯曲或远离爆破片210的穹顶部212弯曲。平台铰链232可具有基本平直的边缘，并且第二铰链构件230的内周可形成大致“D形”开口。另选的是，平台铰链232可具有倒圆或不规则形边缘(图5中未示出)。凹口234可在平台铰链232与第二铰链构件230的法兰本体汇合之处设置在平台铰链232的两侧。可期望的是：当可塌缩铰链222向平台铰链塌缩时，允许平台铰链232弯曲或变形。第二铰链构件230中的凹口234(包括其尺寸及形状)可构造成获得所需的弯曲量或变形量。此外，凹口234可允许爆破片的绽开部缠绕平台铰链232，这可进一步防止爆破片碎裂。
图5中的刻线214仅形成了部分圆，例如延伸约300度，从而留下未刻划铰链区215。构想刻线214可根据期望延伸多于或少于300度以改变未刻划铰链区215的尺寸。还构想刻线214(或其它薄弱区域)可形成完整的圆，即，延伸整360度。在爆破片210设置有整圆刻线214的情况下，爆破片210倾向于沿整个刻线214破裂，从而使得爆破片210会碎裂，并且使得爆破片的中央部向下行进。为了防止爆破片碎裂，铰链组件(例如在此公开的第一铰链构件220及第二铰链构件230)可用于加强爆破片210的刻划部的一部分。因此，铰链组件可影响或支配被完全刻划的爆破片210的破开型式，并且/或本质上将铰链型功能施加在爆破片上，否则可能不设置铰链区。
图6A与图6B示出了图5中所示的装配起来的爆破片组件200的视图。图6A与图6B示出了爆破片210、第一铰链构件220及第二铰链构件230。如所示，爆破片210包括刻线214。所示的第一铰链构件220包括可塌缩铰链222及应力集中点223。所示的第二铰链构件230包括平台铰链232及应力集中点233。还构想铰链组件不设置应力集中点、仅在铰链构件220、230之一上设置应力集中点，及/或设置多个应力集中点。
图7A及图7B示出了图5、图6A及图6B中所示的装配起来的爆破片组件200的局部剖切视图。如所示，第一铰链构件220的可塌缩铰链222定位在爆破片210的穹顶部222与第二铰链构件230的平台铰链232之间。如所示，第一铰链构件220与第二铰链构件230各自包括应力集中点223、233。
转到图5至图7B的爆破片组件200的操作，爆破片组件200可安装成爆破片的穹顶部212的凸面暴露于增压系统。当发生超压情形时，爆破片210的穹顶部212会塌陷。可塌缩的爆破片210可接触第一铰链构件的应力集中点223，并且爆破片210可沿刻线214撕裂，从而产生了爆破片210的绽开部，其中材料从爆破片210局部脱离。绽开部可接触第一铰链构件220的可塌缩铰链222，从而使可塌缩铰链222在其吸收来自绽开部的能量及动量并使绽开部减速时塌缩。当可塌缩铰链222塌缩时，可塌缩铰链222会接触第二铰链构件230的平台铰链232。平台铰链232会吸收绽开部与可塌缩铰链222两者的残余动能。平台铰链232在吸收了绽开部及可塌缩铰链222的动能时会变形或不变形。
图5至图7B的两部分式铰链设计及控制爆破片210碎裂的两级途径可提供与公开在图1至图4中所示的实施方式相关的那些设计相似的优点。
图8中示出了爆破片组件300的另一实施方式。图8示出了未装配或预装配状态下的爆破片组件300的部件。爆破片310可设置有法兰311及穹顶部312。爆破片310也可设置有刻线314或其它薄弱区域。爆破片310也可设置有凹痕313。凹痕313可构造成使爆破片310在凹痕313处开始反向。如所示，凹痕313定位在爆破片310的穹顶部312的顶点。还构想凹痕313可远离穹顶部312的顶点定位。以此方式，可控制爆破片310发生反向的方式。凹痕313能够以任一适当方式例如冲压、钻孔、修剪或其它移除或转移材料的方式设置在爆破片310中。在一个实施方式中，在设置凹痕313后，凹痕313会经受第二处理使凹痕平滑。结果，凹痕313可能不可见，或者几乎不可见；然而，爆破片310的材料变化仍可达到对爆破片310反向的期望控制。
如图8中所示，铰链组件300的第一铰链构件320具有法兰本体321、可塌缩铰链322及应力集中点323。凹口324可在可塌缩铰链322与法兰本体321汇合之处设置在可塌缩铰链322的两侧。铰链组件300的第二铰链构件330可设置有平台铰链332及应力集中点333。凹口334可在平台铰链332与法兰本体331汇合之处设置在平台铰链332的两侧。
图9是图8中所示的实施方式的上游视图。如所示，爆破片组件300被完全装配起来，并处于破裂后的状态，即，所示的爆破片绽开部319从爆破片310局部分离并借助铰链部315连接至爆破片310。因为是上游视图，所以仅能看见爆破片310(而不可见铰链构件)。如图9中所示，爆破片组件300借助电阻点焊341装配有第一铰链构件与第二铰链构件(未示出)。爆破片310与铰链构件可另选地利用包括例如激光焊接、超声焊接、周边焊接、夹紧及/或粘贴在内的任何其它适当方法结合在一起。详细来说，如果爆破片310与铰链构件装配成盒型或夹层型组件，那么周边焊接会特别有用。在盒型或夹层型组件中，包括爆破片310、一个或多个铰链构件、入口环、出口环、机加工入口及/或机加工出口在内的元件的任意组合可装配起来并绕其装配周边焊接在一起。在一个实施方式中，如专利号为4,751,938的共有美国专利中所公开的(特地通过援引将其全部内容合并于此)，可借助一个或多个安全头构件将爆破片及铰链构件保持在一起。爆破片310与铰链构件可设置有便于并且/或确保相互恰当对准的键特征，并且/或设置有可供安装部件的系统。例如，爆破片310与铰链构件中之一或不止一个可具有一个或多个定位孔及/或一个或多个定位销。
图10是图8中所示的实施方式完全装配起来并处于破裂后的状态的下游视图。图10示出了借助点焊341结合在一起的爆破片310、第一铰链构件320及第二铰链构件330。第一铰链构件320包括应力集中点323，并且第二铰链构件330包括应力集中点333。如所示，爆破片310已经爆裂(作为对超压状态的反应)，从而产生绽开部319。第二铰链构件330的平台铰链332(及第一铰链构件320的可塌缩铰链(未示出))捕获了爆破片绽开部319。第一铰链构件320设置有凹口(未示出)。第二铰链构件330也设置有凹口334。第一铰链构件与第二铰链构件中的凹口使得爆破片绽开部319的周边或末端绕可塌缩铰链(未示出)及/或平台铰链332缠绕。
图8至图10的爆破片组件300的操作基本类似于图5至图7的组件200，该爆破片组件的附加特征为：在反向在凹痕313处或接近凹痕313开始的情况下，爆破片310的穹顶部可展现更受控的反向。
图11A至图11C是第一铰链构件的不同实施方式的图示。如以上所述，如图11A中所示，第一铰链构件411可具有可塌缩铰链412，该可塌缩铰链的截面是球形，并且大致遵从爆破片的穹顶部的球形形状。如图11B中所示，在另一实施方式中，第一铰链构件413的可塌缩铰链411的截面能够是大致平坦的。如图11C中所示，在再一实施方式中，第一铰链构件415可设置具有倒球形形状的可塌缩铰链416，该倒球形具有与爆破片的穹顶形的曲率相反的曲率。
图12A至图12F是铰链构件510的另一实施方式的视图。如图12A至图12F中所示，铰链构件510可具有包括引道516、台阶517及唇518的铰链。铰链构件510也可具有应力集中点513。引道516可远离法兰本体511向上延伸直至到达台阶517。在一个实施方式中，如图12A至12F中所示，台阶517可以是平坦的，并且能够与法兰本体511基本水平。在另一实施方式中，台阶可以是倒圆的并且/或与法兰本体的平面成一个角度。唇518可从台阶517开始向外延伸。如图12A至图12F中所示，唇518可从台阶517开始向下延伸，大体沿朝向法兰本体511的平面的方向(如图12F中最佳示出的)。
在操作中，图12A至图12F的铰链构件510可定位在爆破片的出口侧(即，下游)。当爆破片爆裂时，爆破片绽开部开始接触铰链构件510的铰链。与之响应，铰链的唇518、台阶517及引道516中之一或多个会依次变形而对爆破片破裂提供多级响应。以此方式，图12A至图12F的铰链构件510在不需要具有平台铰链的第二铰链构件的情况下可实现多级响应。另选的是，图12A至图12F的铰链构件510可与平台铰链联合使用。在该另选实施方式中，图12A至图12F的铰链构件510在被爆破片绽开部冲击时会变形或塌缩，因而吸收爆破片绽开部的能量与动量，并使爆破片绽开部的运动减慢。然后，因为铰链构件塌缩，所以该铰链构件会接触第二构件的平台铰链，该平台铰链会吸收绽开部及已塌缩的或正塌缩的铰链的剩余动能。
图13A至图13G是铰链构件610的另一实施方式的视图。如图13A至图13G中所示，铰链构件610可具有包括引道616、台阶617及唇618的铰链。引道616可远离法兰本体611向上延伸至到达台阶617。台阶617可以是平坦的、倒圆的、平直的或倾斜的。唇618可从台阶617开始向外延伸。如图13A至图13G中所示，唇618可从台阶617开始向上延伸，大体沿远离法兰本体611的平面的方向(如图13G中最佳示出的)。
在操作中，图13A至图13G的铰链构件610可定位在爆破片的出口侧(即，下游)。当爆破片爆裂时，爆破片绽开部开始接触铰链构件610的铰链。如图13A至图13G中所示，如果铰链唇618向上延伸(朝爆破片)，那么爆破片绽开部在接触铰链台阶617或铰链引道616之前首先接触铰链唇618。响应来自爆破片绽开部的冲击，铰链的唇618、台阶617及引道616中之一或多个会依次变形而对爆破片破裂提供多级响应。
图13A至图13G的铰链构件610可与平台铰链联合使用。在该另选实施方式中，图13A至图13G的铰链构件610在被爆破片绽开部冲击时会变形或塌缩，因而吸收爆破片绽开部的能量与动量，并使爆破片绽开部的运动减慢。然后，因为铰链构件塌缩，所以该铰链构件接触第二构件的平台铰链，该平台铰链会吸收绽开部及已塌缩的或正塌缩的铰链的剩余动能。
可选择可塌缩铰链的截面形状以控制铰链的强度及会使可塌缩铰链变形的作用力。此外，可选择可塌缩铰链及铰链构件的法兰本体之间的过渡部以控制或影响会使可塌缩铰链变形的作用力的大小。过渡可以是骤然的。另选的是，过渡部可具有曲率半径。在另一另选的实施方式中，过渡区域可设置在可塌缩铰链与法兰本体之间。
图14A至图14C是第二铰链构件的不同的实施方式图示。如上所述，如图14A中所示，第二铰链构件421可具有与第二铰链构件的法兰本体共面的平台铰链422。另选的是(如图14B中所示)，第二铰链构件423可具有朝爆破片的穹顶部成角度的平台铰链424。(如图14C中所示)第二铰链构件425可另选地具有远离爆破片的穹顶部成角度的平台铰链426。
可利用简单的成形工艺制造根据本公开的铰链组件、第一铰链构件及第二铰链构件。例如，第一铰链构件及第二铰链构件都可由钣金切割而成。可借助简单的压制工艺或机械成形工艺(例如冲压、激光切割或级进模工艺)附加地形成可塌缩铰链及/或平台铰链的期望形状。因此，本公开可提供一种有成本效益的防止爆破片碎裂的方案。
尽管已经利用由第一铰链构件及第二铰链构件组成的铰链组件描述了以上所述的实施方式，但本公开不限于此结构。例如，单个铰链构件可提供类似两构件式设计的功能。单个铰链构件可提供对爆破片破裂的两级响应。例如，单个铰链构件710的第一部分720(图15A中所示的)可在被爆破片绽开部接触时变形，单个铰链构件710的第二部分730(图15A中所示的)可在第一部分720已经变形后变形。就另一实施例而言，如图15B中所示，铰链构件750可包括“跳水板”型铰链。如图15B中所示，铰链构件的第一部分760可沿铰链构件750的直径延伸(至少局部)。当激活爆破片时，爆破片绽开部自身会绕图15B中所示的铰链构件缠绕，从而减速并防止碎裂。铰链构件750的第二部分770会在第一部分760变形后变形。在另一另选的实施方式中，铰链组件可设置有不止两个铰链构件。例如，铰链组件可具有多个可塌缩铰链，每个可塌缩的铰链构造成吸收爆破片绽开部的动能的一部分。
已经利用在爆破片爆裂后捕获爆破片绽开部的一部分的铰链组件描述了上述实施方式。还构想可设置以不同方式捕获绽开部的结构。例如，一个或两个铰链构件可设置有刺穿爆破片绽开部的特征，从而吸收爆裂能量以使绽开部减速。在一个实施方式中，第一铰链构件180可包括刺穿元件(如图18中所示)，并且第二铰链构件可设置有平台铰链以在刺穿元件刺穿爆破片绽开部后并/或在第一铰链构件180已在刺穿并/或捕获爆破片绽开部时变形后捕获刺穿元件。在另一实施方式中，可将刺穿元件提供至不用第二铰链构件或平台铰链的单个铰链构件。
构想铰链可用于使爆破片破开不止一个绽开部。例如，如图16A至图16C中所示，铰链构件820可具有限定中央流体流径F的铰链法兰本体821。铰链延伸部822可从法兰本体821开始延伸，至少局部延伸至中央流体流径F。铰链延伸部822可沿中央流体流径F的直径延伸，并且可完全横跨直径(如图16A至图16C所示)。如图16A至图16C的破裂后的状态中所示，爆破片810可与该铰链构件一起使用。如图16A中所示，爆破片810可具有铰链区域815。在一个实施方式中，爆破片810可被局部刻划或间断刻划，从而可由爆破片810的一个或多个未刻划区域产生一个铰链区域815或多个铰链区域。在另一实施方式中，爆破片810可被完全刻划(即，绕爆破片360度)，从而可借助铰链构件820提供的支撑及加固而在爆破片中产生铰链区域815。
根据图16A至图16C的实施方式，当爆破片810爆裂时，第一爆破片绽开部812会接触铰链延伸部822。在一个实施方式中，铰链延伸部822可响应来自爆破片绽开部812的冲击而变形，因而吸收来自第一绽开部812的动能。铰链延伸部822可使第一绽开部812进一步分离(至少局部)为多个绽开部(例如图16B和图16C中所示的第二绽开部813与第三绽开部814)。第一绽开部812分离成多个绽开部，这可至少分散来自第一绽开部812的部分动能。在一个实施方式中，第二绽开部813与第三绽开部814可至少局部绕铰链延伸部822缠绕(如图16B和图16C中所示)，因而吸收来自绽开部的动能。此外，第二绽开部813与第三绽开部814在绕铰链延伸部822缠绕时会相互接触(如图16B和图16C中所示)，这也可分散绽开部的动能。
图17A至图17D示出了类似于图16A至图16C的铰链构件的不同实施方式，在这些实施方式中，铰链延伸部(172、174、176)横跨由法兰本体(171、173、175)限定的流体流径。构想铰链延伸部可以是对称的(如图17A中所示)或不对称的(如图17B与图17C中所示)。铰链延伸部可在与法兰本体相同的平面中延伸。另选的是，如图17D中所示，铰链延伸部178可在法兰本体177的外部延伸。例如，铰链延伸部可根据期望朝向或远离爆破片延伸。诸如图17A至17D中所示的铰链构件可以是第一铰链构件，并且可与第二铰链构件一起形成铰链组件。在这样的实施方式中，第二铰链构件可设置有平台铰链，该平台铰链构造成与铰链延伸部(172、174、176)对准，并且在铰链延伸部被爆破片及/或爆破片绽开部接触后变形的情况下接触铰链延伸部。因而，构想第二铰链构件的平台铰链能够以类似于图17A至图17D中所示的铰链延伸部的延伸形式横跨第二铰链构件的直径延伸。
已经利用球形穹顶的爆破片描述了爆破片的上述实施方式；然而，本公开并不旨在限于此特别的形状。因此，另选的爆破片(包括穹顶的所有等同形状及卵形和截面为大体弧形的其它形状)理应在本公开的范围内。另选的是，爆破片可以是大体圆锥形形状，或呈截锥形状。而且，尽管已经描述了由金属制成的爆破片的上述实施方式，但是本公开不旨仅限于此材料。因此，所述爆破片的实施方式也可由诸如塑料或陶瓷之类的任何其它合适的材料制成。
构想一个实施方式的个别特征可被附加至或替换另一实施方式的个别特征。因此，本公开的范围覆盖由不同实施方式之间的不同特征的替换和代替而得的实施方式。
上述实施方式及布置仅旨在例示所构思的机构及方法。对于本领域的技术人员而言，通过考虑及实践在此公开的说明书，其它实施方式会是显而易见的。

Claims (24)

1.一种铰链组件，其用于具有可破裂的穹顶部的爆破片，该铰链组件包括：
包括法兰本体及用于吸收来自所述爆破片的动能和动量的可塌缩铰链的第一铰链构件；以及
包括平台铰链的第二铰链构件；
其中，所述可塌缩铰链构造成定位在所述爆破片的所述可破裂的穹顶部与所述平台铰链之间；
其中，所述可塌缩铰链被构造成在所述爆破片破裂后接触所述平台铰链；并且
其中，所述平台铰链被构造成吸收所述爆破片和所述可塌缩铰链这两者的残余动能。
2.根据权利要求1所述的铰链组件，其中，所述可塌缩铰链限定局部穹顶形状。
3.根据权利要求1所述的铰链组件，其中，所述爆破片的所述可破裂的穹顶部具有第一曲率半径，并且所述可塌缩铰链限定第二曲率半径。
4.根据权利要求3所述的铰链组件，其中，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径沿相同方向弯曲。
5.根据权利要求3所述的铰链组件，其中，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径沿相反方向弯曲。
6.根据权利要求1所述的铰链组件，其中，所述爆破片的所述可破裂的穹顶部具有凹面，并且其中，所述可塌缩铰链构造成朝所述凹面延伸。
7.根据权利要求1所述的铰链组件，其中，所述可塌缩铰链横跨所述第一铰链构件的直径延伸。
8.根据权利要求1所述的铰链组件，所述铰链组件还包括在所述法兰本体与所述可塌缩铰链的相交处限定的至少一个凹口。
9.根据权利要求1所述的铰链组件，其中，所述平台铰链设置有弯曲线。
10.根据权利要求1所述的铰链组件，其中，所述第一铰链构件的所述法兰本体与所述可塌缩铰链限定中央流体流径，并且其中，所述中央流体流径是D形的。
11.根据权利要求1所述的铰链组件，其中，所述第一铰链构件与所述第二铰链构件中至少其一进一步包括应力集中点。
12.根据权利要求11所述的铰链组件，其中，所述第一铰链构件包括应力集中点，并且其中，所述应力集中点与所述可塌缩铰链对置地定位。
13.根据权利要求12所述的铰链组件，其中，所述应力集中点是第一应力集中点，并且其中，所述第二铰链构件进一步包括第二集中点。
14.根据权利要求13所述的铰链组件，其中，所述第二集中点与所述平台铰链对置地定位。
15.根据权利要求1所述的铰链组件，其中，所述第一铰链构件还包括构造成刺穿所述爆破片的刺穿元件。
16.根据权利要求15所述的铰链组件，其中，所述刺穿元件设置在所述可塌缩铰链上。
17.根据权利要求1所述的铰链组件，
其中，所述爆破片还包括法兰部；
其中，所述穹顶部具有凹面；
其中，所述第二铰链构件还包括法兰本体；并且
其中，所述第一铰链构件的所述法兰本体构造成密封在所述爆破片的所述法兰部与所述第二铰链构件的所述法兰本体之间。
18.根据权利要求17所述的铰链组件，其中，所述爆破片设置有薄弱线，该薄弱线限定一条线，所述爆破片将响应于预定压力而沿此线破裂。
19.根据权利要求17所述的铰链组件，其中，所述爆破片的所述穹顶部设置有凹痕，其中，所述凹痕构造成启动所述爆破片在预定压力下的变形。
20.根据权利要求17所述的铰链组件，其中，所述第一铰链构件与所述第二铰链构件中至少其一还包括应力集中点，该应力集中点构造成在所述爆破片激活时接触所述爆破片。
21.根据权利要求17所述的铰链组件，其中，所述爆破片构造成响应于预定压力而破裂，并且其中，所述可塌缩铰链构造成接触破裂时的所述爆破片。
22.根据权利要求21所述的铰链组件，其中，所述可塌缩铰链构造成当被所述爆破片接触时塌缩，并且其中，所述平台铰链构造成在破裂时接触所述可塌缩铰链。
23.根据权利要求19所述的铰链组件，其中，所述爆破片是反挠爆破片。
24.根据权利要求19所述的铰链组件，其中，所述可塌缩铰链构造成朝可破裂部的凹面延伸。
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