DE2161041A1

DE2161041A1 - Konkav-konvexe sollbruchscheibe

Info

Publication number: DE2161041A1
Application number: DE19712161041
Authority: DE
Inventors: Denis Arthur Stiles; Geoffrey Ernest Freder Strange
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1971-12-09
Filing date: 1971-12-09
Publication date: 1973-06-20
Also published as: DE2161041B2; DE2161041C3

Description

J 21 P 58

JOHWSOlI, MATTHSY & CO., LIMITED, 78 Hatton Garden, London, E.C. 1. / England

Konkav-konvexe Sollbruchscheibe

Die Erfindung betrifft eine konkav-konvexe Sollbruchscheibe, auf deren konvexer Seite der Druck wirkt, und die in Richtung auf eine Schneidvorrichtung durchwölbbar ist, wobei bei einem vorher bestimmten überdruck druch Zerstörung der Sollbruchscheibe eine Druckverminderung bewirkt wird.

Derartige Sollbruchscheiben werden als Sicherheitseinrichtungen, z.B. für Druckkessel verwendet.

Es sind flache Sollbruchscheiben bekannt, die sich unter der Wirkung des Überdrucks, z.B. im Druckkessel, durchwölben und bei einem durch Vergleichsversuche ermittelten überdruck zerstört werden. Dabei hat es sich jedoch gezeigt, daß der Betriebsdruck nur bei ungefähr 5o$ des Bruchdruckes liegen darf, um eine unbegrenzte Lebensdauer der Sollbruchscheibe zu gewährleisten, da sonst wegen der Ermüdungserscheinungen des Materials die Zerstörung der Scheibe bereits bei relativ geringen Drücken erfolgt. Weiterhin sind aus der US-PS 2 788 794 bzw. GB-PS 1 oo4 Vorrichtungen mit mehreren gewölbten Sollbruchscheiben bekannt, deren konkave Seiten dem überdruck ausgesetzt werden. Dadurch läßt sich zwar eine Erhöhung des zulässigen Betriebsdrucks

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erreichen, so daß z.B. bei der Sicherheitsvorrichtung nach der amerikanischen Patentschrift die Sollbruchscheibe bei einem Betriebsdruck, der ungefähr 66% des Bruchdruckes entspricht, eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer hat, ohne daß damit dieses Problem endgültig gelöst wäre. Weiterhin ist aus der US-PS 2 225 22o eine gewölbte Sollbruchscheibe bekannt, deren konvexe Seite dem Druck ausgesetzt ist. Hierbei sind jedoch sehr kritische Dimensionen, Formen und Toleranzen erforderlich, so daß die Herstellung dieser Sollbruchscheiben sehr aufwendig P ist. Und schließlich ist aus der US-PS 3 294 277 eine konkavkonvexe Sollbruchscheibe bekannt, auf deren kovexe Seite der Druck wirkt, und die in Richtung auf eine Schneidvorrichtung durchwölbbar ist. Durch die vorgeschlagene Anordnung läßt sich zwar ein zulässiger Betriebsdruck erreichen, der bis zu 9o# des Bruchdruckes betragen kann, es wird jedoch nichts über die Bestimmung des jeweiligen Bruchdruckes ausgesagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sollbruchscheibe

fc der oben beschriebenen Art zu schaffen, die einen sehr hohen

Betriebsdruck zuläßt, und deren Bruchdruck sich ohne die Durchführung von Vergleichsversuchen aus dem Herstellungsverfahren mit großer Genauigkeit bestimmen läßt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Sollbruchscheibe gelöst, die einen umlaufenden Plansch aufweist,

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der zwischen zwei Spannglieder von gleichem Durchmesser eingespannt ist, von denen das den Flansch auf der Druckseite abstützende Spannglied längs seines inneren Umfangs mit einer abgeschrägt zurücktretenden Kante versehen ist, deren unteres abgerundetes Ende zusammenfällt mit dem übergang vom Plansch zur konvexen Fläche der Sollbruchscheibe.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sollbruchscheibe vorgeschlagen, bei dem eine Scheibe zwischen zwei Spannglieder von gleichem Durchmesser eingespannt wird, von denen das sich auf der Druckseite befindende Spannglied längs seines inneren Umfangs mit einer abgeschrägt zurücktretenden Kante versehen ist, deren innen liegender Rand abgerundet ist, und bei dem die Scheibe zur Ausbildung der Wölbung einem Formdruck unterworfen wird, aus dessen Größe sich mit hoher Genauigkeit der Bruchdruck bestimmen läßt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere in einem relativ hohen, zulässigen Betriebsdruck und der Möglichkeit, aus dem zum Wölben der Scheibe aufgewendeten Formdruck mit sehr großer Genauigkeit den Bruchdruck zu bestimmen, so daß nach einigen Vorversuchen Vergleichsversuche überflüssig werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge-

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stellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine Sollbruchscheibe Io und deren Anordnung. Die Sollbruchscheibe Io ist aus einer Metallplatte konkav-konvex geformt, und steht auf ihrer konvexen Seite unter der Einwirkung eines durch den Pfeil 11 angedeuteten Überdrucks. Nach außen geht sie in einen umlaufenden flachen Flansch 12 über, der zum Lagern und Einspannen in einen Sitz dient, der von zwei Spanngliedern 13 und lh gebildet wird.

Das innere oder druckseitige Spannglied 13 weist eine ringförmige Ausnehmung für den Sitz 15 auf, in dem der Flansch 12 abgestützt und in der gewünschten koaxialen Zuordnung von Sollbruchscheibe Io und Spanngliedern 14 und 13 gehalten ist, !lach innen läuft der Sitz 15 am Übergang vom Ringflansch 12 zur konvexen Seite der Sollbruchscheibe Io in eine schräge Kante Ib aus, die durch Schleifen oder sonstige Bearbeitung gebildet ist. Dabei ist der untere, an den Sitz 15 stoßende Rand der Kante 16 nicht scharf, sonderen etwas abgerundet.

Das auslaßseitige oder der Druckseite abgewandte Spannglied 14 weist an seiner dem einlaßseitigen Spannglied 13 zugewandten Seite einen der ringförmigen Ausnehmung I¹J entsprechenden Sitz 17 auf, der nach außen durch eine ringförmige Abstufung Io begrenzt

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BAD ORIGINAL

ist j die in eine äußere ringförmige Ausnehmung 19 übergeht una einen derartigen Durchmesser aufweist, daß sich der Sitz 17 passgerecht in die ringförmige Ausnehmung 15 des einlaßseitigen Spannglieds 13 einsetzen läßt und dabei mit seiner äußeren, ringförmigen Ausnehmung eine aus dem einlaßseitigen Spannglied 13 außerhalb der ringförmigen Ausnehmung 15 vorspringende Fläche überdeckt.

Der Sitz 17 des auslaßseitigen Spannglieds 14 ist innen, gegenüber der abgeschrägten Kante 16 des Sitzes 15 des einlaßseitigen Spanngliedes 13 durch eine Kante 2o begrenzt, die ungebrochen ist, d.h., in rechtwinkliger Form den inneren Kreisumfang des auslaßseitigen Spannglieds 14 bildet. Die in der Zeichnung nicht besonders gekennzeichneten inneren Durchmesser der beiden Spannglieder 13 und Ik sind gleich. Mit Hilfe von Schrauben 21 oder von anderen geeigneten Verbindungsmitteln lassen sich die Spannglieder 13 und 14 miteinander verspannen und schließen dabei den Flansch voll zwischen sich ein.

Für besondere Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, die Sollbruchscheibe Io im Bereich des Übergangs zwischen der konkav-konvexen Sollbruchscheibe Io und dem umlaufenden flachen Flansch mit einer Rille oder Sicke zu versehen.

Die Sicherheitsvorrichtung nach der Erfindung läßt sich in an

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SAD Of=UOINAL

einein in der Zeichnung nicht dargestellten Plansch eines Druckkessels oder einer damit verbundenen Rohrleitung anbringen. In der neutralen Ebene der Scheibe, d.h. in der Pliiche , in der sich eine in die Sicherheitsvorrichtung eingespannte ebene Scheibe befinden würde ₃ wird die Spitze einer Schneidvorrichtung angeordnet, so daß beim Eintreten eines Überdrucks, der die konkav-konvexe Sollbruchscheibe Io durchbiegt, diese beim Erreichen der neutralen Ebene zerschnitten wird, wodurch in an sich bekannter Weise eine Druckminderung bewirkt wird.

Zur Herstellung einer solchen Sicherheitsvorrichtung wird eine flache Sollbruchscheibe zwischen den Spanngliedern 13 und 1^1 eingeklemmt und einem vorher bestimmten Formdruck unterworfen, so daß sie die in der Zeichnung dargestellte gewölbte Form annimmt. Durch die Ausbildung der Spannglieder xtfird sichergestellt, daß an den Berührungsstellen der Sollbruchscheibe ■ keine Spannungen entstehen, wie es bei den üblichen scharfen oder auch abgerundeten Kanten der Fall ist. Dazu trägt auch der im Bedarfsfall leicht abgerundete untere Rand der abgeschrägten Kante Ib bei. Außerdem bleibt der Radius der Wölbung der Sollbruchscheibe Io genau reproduzierbar, so daß sich eine stark verbesserte Zuverlässigkeit ergibt.

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_M γ _

Die Sollbruchschexben nach der Erfindung werden in folgenden Verfahrensschritten hergestellt:

1.) Eine flache Seheibe des zu verwendenden Materials, wie z.B. Stahl, Nickel oder Aluminium, wird einem wachsenden Druck unterworfen3 der sie zunächst wölbt und schließlich zerstört. Dieser "Bruchdruck des Materials" wirkt auf die konvexe Seite der Wölbung.

2.) Eine äquivalente Scheibe Io wird in die Spannglieder 13 und 1H eingeklemmt und mit einem Formdruck gewölbt, der ho bis 55$ des "Bruchdrucks des Materials" entspricht.

3·) Nach dem Einbau, z.B. in den Druckkessel, wird die konvexe Seite der Sollbruchscheibe Io dem überdruck ausgesetzt

h.) Bei einem bestimmten überdruck, dem "Umkehrdruck" (reversal pressure), biegt die Sollbruchscheibe Io sich durch und wird beim Durchgang durch die neutrale Ebene zerschnitten. Der Umkehrdruck ist also gleich dem Bruchdruck der Sollbruchscheibe .

Es ist einleuchtend, daß bei l.onkav-konvoxen Sollbruchscheiben der Umkehrdruck vom Formdruck abhängt, und zwar nimmt bei nor-

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- 8 malen Haltern der Umkehrdruck stetig mit dem Formdruck zu.

Bei der hier dargestellten Anordnung hat sich nun herausges.tellt, daß von bestimmten Werten des Formdrucks ab, die im Bereich von 4o bis 55$ des "Bruchdrucks des Materials" liegen, der Umkehrdruck praktisch konstant bleibt und sich so mit hoher Genauigkeit aus dem aufgewendeten Formdruck bestimmen läßt. Wenn man also einmal für eine durch Größe, Dicke und Material definierte Scheibenart den "Bruchdruck des Materials" und nach dem Einspannen in die Vorrichtung den Umkehrdruck bei einem Formdruck gemessen hat, der ko bis 55% des "Bruchdrucks des Materials" beträgt, so läßt sich daraus mit einer Genauigkeit von +_ 2% für alle äquivalenten, entsprechend hergestellten Sollbruchscheiben der Umkehrdruck und damit der Bruchdruck für alle Scheiben bestimmen, deren Formdruck 4o bis 55% des "Bruchdrucks des Materials" beträgt.

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Claims

- 9 Patentansprüche

lj) Xonkav-konvexe Sollbruchscheibe₃ auf deren konvexe Seite der Druck wirkt and die in Richtung auf eine Schneidvorrichtung durchwölbbar ist, wobei bei einem vorher bestimmten Überdruck durch Zerstörung der Sollbruchscheibe eine Druckverminderung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchscheibe (lo) einen umlaufenden Plansch (12) aufweist, der zwischen zwei Spannglieder (13,14) von gleichem Durchmesser eingespannt ist, von denen das den Plansch (12) auf der Druckseite abstützende Spannglied (13) längs seines inneren Umfangs mit einer abgeschrägt zurücktretenden Kante (16) versehen ist, deren unteres abgerundetes Ende zusammenfällt mit dem Übergang vonjPlansch (12) zur konvexen Fläche der Sollbruchscheibe (lo).
2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Plansch (12) der Sollbruchscheibe (lo) auslasseitig abstützende Spannglied (l4) einen von einer rechtwinkligen Kante (2o) am inneren Durchmesser begrenzten Sitz aufweist.
3. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchscheibe (lo) im Bereich des Übergangs von dem Flansch (12) zu der konvex gewölbten Scheibe (lo) mindestens eine Rille oder Sicke aufweist.

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- Io -
4. Verfahren zur Herstellung einer konvex-konkaven Sollbruchscheibe, auf deren konvexe Seite der Druck wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe zwischen zwei Spanngliedern (13,14) von gleichem Durchmesser eingespannt wird, von denen das sich auf der Druckseite befindende Spannglied (13) längs seines inneren Umfangs mit einer abgeschrägt zurücktretenden Kante (16) versehen ist, deren innen liegender Rand abgerundet ist, und daß die Scheibe zur Ausbildung der Wölbung einem Pormdruck unterworfen wird, aus dessen Größe sich mit hoher Genauigkeit der Bruchdruck bestimmen läßt.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (lo) durch einen Formdruck gewölbt wird, der 4o bis 55$ des "Bruchdrucks des Materials" beträgt.

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