DE2009526C2

DE2009526C2 - Berstscheiben-Sicherheitseinrichtung für Druckbehälter

Info

Publication number: DE2009526C2
Application number: DE19702009526
Authority: DE
Inventors: Loren Edwin Tulsa Okla. Wood
Original assignee: BS&B Safety Systems LLC
Current assignee: BS&B Safety Systems LLC
Priority date: 1970-02-28
Filing date: 1970-02-28
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DE2009526A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Berstscheiben-Sicherheitseinrichtung für Druckbehälter, deren Berstscheibe einen konvex zum Druckbehälter hin gewölbten Mlttelberclck einen gerundeten Übergangsbereich und einen ebenen ringförmigen Rand aufweist, an dem sie radial außerhalb des Übergangsbereiches zwischen einem aufströmseitigen, an den Druckbehälter anschließbaren Stützring und einem abströmseitigen Stützring eingespannt Ist, wobei der Mittelbereich der Berstscheibe in den aufströmseitigen Stützring hineinragt. so

Sicherheitseinrichtungen der vorstehend beschriebenen Art, bei denen die Berstscheibe einen gewölbten Mittelbereich aufweist (US-PS 32 94 277), haben den Vorteil, daß sie In einem verhältnismäßig engen Bereich um den Ncnn-Ansprechdruck bersten, ohne daß die Berstscheibe infolge unregelmäßigen Ausbeulens, das durch Kriechoder Ermüdungserscheinungen des Materials verursacht sein kann, frühzeitig ausfällt. Jedoch besteht bei diesen bekannten Berstscheiben die Gefahr, daß durch die Größe der Verspannkraft, mit der der Rand der Berstscheibe zwischen den Stützringen eingespannt oder eingeklemmt wird, d;\s Ansprechverhalten der Berstscheibe beeinflußt wird. So hat sich z. B. gezeigt, daß durch eine zu hohe Verspannkraft, mit der die Stützringe flächig an den ebenen Rand der Berstscheibe angedrückt werden. der Ansprechdruck der Berstscheibe sich erhöht. Dies führt jedoch verständlicherweise zu einer Gfifährdung des zu sichernden Druckbehälters.

Es ist auch bereits eine nicht zur vorstehend genannten Gattung zahlende Berstscbeiben-Sicherbeltseinrichtung bekannt, bet der eine ebene Berstscheibe zwischen einer aufströmseltigen Abstützflache und einem abströmseitigen Stützring gehalten ist (US-PS 26 30 939), Die aufströmseitige Abstützflache Ist durch eine Ringnut, in der ein elastischer Dichtrfng aufgenommen ist, in zwei Ringbereiche unterteilt, von denen der radial innere gegenüber der Berstscheibe zurückgenommen ist, so daß diese nur auf dem radial äußeren Ringbereich sowie auf dem Dichtring aufliegt. Der abströmseltige Stützring wird durch einen Klemmring gebildet, der wiederum von einem nachgiebigen Dichtring gehalten ist. Diese Ausgestaltung der Berstscheibenhalterung Ist in der Absicht gewählt, Beeinträchtigungen der Berstscheibe durch den Einspannvorgang oder den Einspanndruck und daraus resultierende Verschiebungen des Ansprechdruckes zu vermeiden.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Sicherheitseinrichtung ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einfluß der Berstscheibeneinspannung an deren ebenem Rand auf das Ansprechverhalten der Berstscheibe weitgehend auszuschalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der aufströmseltige Stützring stirnseitig mit einem dem Rand der Berstscheibe zugewandten ringförmigen Einspannbund versehen Ist, dessen radi-aie Breite wesentlich geringer als ale radiale Breite des Randes der Berstscheibe ist.

Durch diese Lösung ist gewährleistet, daß die Abstützung der Berstscheibe an Ihrem ebenen Rand in einer Welse erfolgt, daß die Einspannung in radialer Richtung im Vergleich zu den Stützringen selbst relativ schmal bemessen Ist, so daß verzerrende Rückwirkungen auf den Randbereich und insbesondere auf den ausgewölbten Mittelbereich der Berstscheibe nicht zu befürchten sind. Im Gegensatz zu der vorstehend genannten gattungsfremden Sicherheitseinrichtung ergeben sich aucn deshalb bei der erfindungsgemäßen Ausführung eindeutige Einspannverhältnisse unabhängig von der Verspannkraft der Stützringe, well elastisch Im Sinne von Dichtringen nachgiebige Elemente nicht vorhanden sind.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Einspannbund eine gegenüber dem ebenen Rand der Berstscheibe geneigte Oberfläche aufweist, wobei sich die geneigte Oberfläche von der konvexen Oberfläche der Berstscheibe weg erstreckt.

Andere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, daß der ringförmige Einspannbund eine gekrümmte Oberfläche aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 4 und 5.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. I eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Sicherheitseinrichtung in Verbindung mit einem Druckbehälter;

Flg. 2 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Sicherheitseinrichtung;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung eines dritten Ausführungsbelsplels;

Fig. 4 eine der Flg. 2 ähnliche Darstellung eines Ausführungsbelsplels mit einem zusätzlichen Haltering für die Berstscheibe, und

Fig. 5 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht des Übergangsbereiches der Berstscheibe.

Fig. 1 Ist eine crfindungsgemläSt Sicherheitseinrichtung 10 an einem Druckbehälter 12 mittels eines Rohrflansches 14 angebracht. Ein Hals 28 des Rohrflansches 14 ist mit dem Druckbehälter 12 verschweißt. Eine im ganzen mit 18 bezeichnete Sicherheitseinrichtung Ist zwischen dem Rohrflansch 14 und einem zweiten Flansch 16 mittels Schrauben 30 festgeklemmt.

Die Sicherheitseinrichtung 16 weist ein Paar Stutzringe 20, 22 auf, die ebene Bereiche 23 bzw. 25 besitzen. Ein sich nach oben erstreckender Einspannbund 42 ist an den Stützring 20 angeformt. Ein ringförmiger Rand 38 einer weiter unten näher beschriebenen Berstscheibe 24 ist zwischen dtn ebenen Bereich 25 und den Einspannbund 42 eingeklemmt. An dem abströmseitigen Stauring 22 ist eine Abschereinrichtung 26 befestigt, die dem Durchtrennen der Berstscheibe 24 bei deren Ausknicken unter dem Ansprechdruck dient.

Wie aus Fig. 5 erkennbar Ist, ist die Berstscheibe 24 mit einem Übergangsbereich 34 mit dem Radius r versehen. Dieser Übergangsbereich 34 verbindet den konkavkonvexen Mittelbereich 36 mit dem ringförmigen ebenen Rand 38 der Berstscheibe. Der konvexe Mittelberelch 36 der Berstscheibe 24 ragt in den aufströmseitigen Jtützring 20 hinein, d. h. er ist der Druckseite der Sicherheitseinrichtung zugewendet.

Mit dem gerundeten Übergangsbereich 34 wirkt eine entsprechend gerundete Innenkante 39 des aufströmseitigen Stützringes 20 zusammen, an der der Übergangsbereich 34 zur Anlage kommt, wenn die Berstscheibe 24 auf Rückschlag beansprucht ist, z. B. wenn im Druckbehälter 12 Vakuum herrscht. Eine Schulter 47 des abströmseltigen Stützringes 22 liegt unter Druck an dem Rand 38 an und unterstützt dabei den Übergangsbereich 34. um ein unregelmäßiges Ausbeulen der Berstscheibe zu verhindern. Eine gerundete Kante 40 der Sc.iulter 47 beschränkt ein Zerreißen der Berstscheibe 24 in einzelne lose Stücke auf ein Minimum. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination der Schulter 47 und des Übergangsbereiches 34 das Arbeiten der Sicherheitseinrichtung 10 bei Drücken bis zu annähernd 90% des Ansprechdruckes ler Berstscheibe 24.

Der Einspannbund 42 ergibt eine dichte Verbindung und überträgt die Verspannkraft zwischen dem aufströmseitigen und dem abströmseitigen Stützring 20 bzw. 22 radi.il außerhalb des Übergangsbereiches 34 der Berstscheibe 24 sowie radial außerhalb der gerundeten Kante 39 des aufströmseitigen Stützringej 20. Dies hat zur Folge, daß die Schrauben 30 stark angezogen werden können, ohne daß sich hierdurch die Gestalt der Berstscheibe 24 ändert und ohne daß der Ansprechdruck der Berstscheibe 24 hierdurch unkontrollierbar erhöht wird.

Bei einer Sicherheitseinrichtung gemäß Fi g. 1 liegt die Rächenpressung zwischen dem aufströmseitigen und dem abströmseitigen Stützring 20 bzw. 22 bei etwa 1416 kp/cm². Während bei den eingangs beschriebenen Sicherheitseinrichtungen nach dem Stand der Technik der Ansprechdruck der Scheibe unkontrollierbar erhöht wurde, so daß er durch Versuch ermittelt werden mußte, kann bei der Sicherheitseinrichtung nach der Erfindung infolge der Verwendung des Elnspannbundes 42 die F13-chenpressung sogar auf etwa 2 832 kp/cm³ verdoppelt werden, ohne daß der Ansprechdruck der Berstscheibe 24 merklich anwächst.

AusfUhrungsbelsplele für die Gestaltung des Elnspannbundes 42 sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt Gemäß FIg, 2 weist der Einspannbund 42a eine abgeschrägte Oberfläche auf, die sich nach unten, d, h, von der konvexen Seite der Berstscheibe 24 weg neigt. Außerdem weist der aufströmseitlge Stützrfng 20 eine abgerundete Kante 39 auf, damit auch hier der Übergangsbereich 34 der Berstscheibe 24 unterstützt ist, wenn die Scheibe rückschlägt.

Gemäß Flg. 3 weist der Einspannbund 426 eine gerundete Oberfläche nach Art eines umgekehrten U auf,

to wobei der Scheitel des U radial in einem Abstand von der gerundeten Kante 39 des aufströmseitigen Stülzringes 20

sowie von dem Übergangsbereich 34 der Berstscheibe 24 liegt.

Die Wahl des Abstandes zwischen der inneren Begrenzu ng des ringförmigen Randes 38 der Berstscheibe 24 und der Innenkante des Einspannbundes 42, 42o, Alb ist solange nicht kritisch, wie diese Innenkante radial außerhalb der Innenbegrenzung des Randes 38 und des Übergangsbereiches 34 liegt. Auch die Wahl der Höhe des Einspannbundes 42, 42a, 42ft ist nicht kritisch, solange die Berstscheibe genügend abgedichtet is· Eine Begrenzung ergibt sich lediglich dadurch, daß in der Berstscheibe bei Druck-Wechselbeaufschlagung nicht eine zusätzliche Beanspruchung durch Knicken oder Brechen hervorgerufen wird. Weiterhin ist die Bemessung der wirksamen Breite des Einspannbundes, die in Fig. 4 mit /; bezeichnet ist, solange nicht kritisch, als keine Kerbwirkung und kein Schneideneffekt an der Berstscheibe auftritt, durch die ein unregelmäßiges Ausknicken oder Ausbeulen der Berstscheibe verursacht wird, indem z. B. der ebene Rand 38 verletzt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Halteiing 44, der getrennt von oder einstückig mit dem abströmseitigen Stützring 22 ausgebildet sein kann, zwisehen der Berstscheibe 24 und dem abströmseitigen Stützring 22 angeordnet. Durch die Verwendung eines solchen Halteringes 44 kann der Ansprechdruck einer bestimmten Berstscheibe in einem vorbestimmten Ausmaß angehoben werden. Dies bringt Vorteile mit sich, die aus folgender Betrachtung deutlich werden: Für eine gegebene Berstscheibendicke und einen gegebenen Radius · des Übergangsbereiches 34 der Berstscheibe 24 ist diese auf einen bestimmten Ansprechdruck festgelegt. Der Radius r des Übergangsbereiches 34 begrenzt somit die Dicke der Berstscheibe 24, die wiederum eine obere Begrenzung für den Ansprechdruck darstellt, für den die Berstscheibe verwendet werden kann. Der Haltering 44 läßt den Ansprechdruck dadurch erhöhen, daß der Innendurchmesser des Halteringes 44 verringert wird.

Somit kann der Ansprechdruck einer Berstscheibe 24 mit einem bestimmten Radius r des Übergangsbereiches 34 und einer bestimmten Dicke In einem bestimmten Ausmaß durch die Verwendung des Halteringes 44 angehoben werden. Der Haltering 44 kann wiederum so mit

^rn dem Einspannbund 42 kombiniert werden, daß die ganze Kombination zur Verwendung bei einem höherer, jedoch vorbestimmten Ansprechdruck verwendet werden kann, wobei sie auch durchaus mit einer höheren Spannkraft zusammengeschraubt werden kann.

Wie In Fig. 4 gezeigt liegt der Haltering 44 sowohl an der Krümmung der Berstscheibe 24 als auch an tieren Ubergangsberelch 34 und deren ebenem Rand 38 an. Es hat sich gezeigt, daß der Innendurchmesser ('es Halteringes 44 klein genug sein muß, damit der Haltering wirksam Ist und wenigstens einen Teil des Übergangsbereiches 34 der ijerstschJhc 24 stützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Berstscneiben-Slcherheitseinrichtung fOr Druckbehälter, deren Berstscheibe einen konvex zum Druckbehälter hin gewölbten Mittelbereich, einen gerundeten Übergangsbereich und einen ebenen ringförmigen Rand aufweist, an dem sie radial außerhalb des Übergangsbereiches zwischen einem aufströmseitigea, an den Druckbehälter anschließbaren Stützring und einem abströmseitigen Stützring eingespannt ist, wobei der Mittelbereich der Berstscheibe in den aufströmseitigen Stützring hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß der aufströmseltige Stützring (20) stirnseitig mit einem dem Rand (38) der Berstscheibe zugewandten ringförmigen Einspannbund (42, 42a, 42b) versehen ist, dessen radiale Breite wesentlich geringer als die radiale Breite des Randes (38) der Berstscheibe Ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannbund (42e) eine gegenüber dem ringförmigen Rand (38) geneigte Oberfläche aufweist, die sich von der konvexen Oberfläche der Berstscheibe (24) weg erstreckt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannbund (426) eine gekrümmte Oberfläche aufweist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannbund (42, 42a, 426), der aufströmseitige Stützring (20), die Berstscheibe (24) und der abströmseltige Stützring (22) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem --.'ir Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Einspannbund (42, 42ö, 426) angrenzende Innenkante (39) des aufströmseltigen Stützringes (20) gerundet ist.