DE2359382A1

DE2359382A1 - Sicherheitseinrichtung zur druckentlastung

Info

Publication number: DE2359382A1
Application number: DE2359382A
Authority: DE
Inventors: Gary Joseph Ludwig; Loren Edwin Wood
Original assignee: Black Sivalls and Bryson Inc
Current assignee: Black Sivalls and Bryson Inc
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-11-28
Publication date: 1975-06-12
Also published as: FR2252520A1; BE807831A; AU472902B2; US3834580A; AU6282573A; NL7316140A

Description

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BLAÜK ölVAI,LJ & BHYSuNT INC., Houston, Texas 77001, USA

Sicherheitseinrichtung zur Druckentlastung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung zur Druckentlastung mit einer entgegengesetzt zu ihrer Wölbung stülpbaren Berstscheibe.'

Sicherheitseinrichtungen mit·Sollbrucheiementen sind in großer Anzahl und unterschiedlicher Ausführung entwickelt worden und erfolgreich zum Einsatz gekommen. Im allgemeinen werden diese Einrichtungen Behältern oder Anlagen, die Strömungsmedien unter Druck führen, so zugeordnet,' daß ein Berstelement oder eine Berstscheibe dem Mediumdruck ausgesetzt ist. Tritt ein L'berdruck-Zustaiid im Behälter oder in der Anlage auf, d.h. überschreitet der tatsächliche Druck den Berstdruck der Scheibe, so bricht diese und schafft dadurch für den Behälter oder die Anlage eine Druckentlastung.

In jüngerer Zeit sind Berstscheibenanordnungen entwickelt worden, bei denen die Berstscheiben sich beim Ansprechen entgegengesetzt zu ihrer Wölbung-stülpen. Diese Einrich-

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tungen sind in der Lage, über eine lange Zeitdauer hinweg nlediumdrücken von 90 ^c"r, oder darüber des ausgelegten Berstdruckes standzuhalten. Einrichtungen dieser Art umfassen eine Berstscheibe mit einem konkav-konvexen Abschnitt, dessen konvexe Seite dein Mediumdruck ausgesetzt ist, so daß die Scheibe sich in einem Druckspannungszustand befindet. Erreicht der die Scheibe belastende Druck einen 4'ert, darüber dem Nenn-ßorstdruck der Scheibe liegt, dann stülpt diese um und bricht.

Um ein Bersten der Scheibe auf eine Weise zu erzeugen, die eine volle Öffnung ohne das Auftreten von Bruchstücken gewährleistet, sind bisher Schneidmesser so relativ zur Berstscheibe angeordnet worden, daß diese beim Umstülpen durch die Schneidmesser aufgeschnitten wird. Anstelle von Schneidmessern sind auch auf der Oberfläche des konkav-konvexen Abschnitts der Berstscheibe Kerben vorgesehen worden, die darin Schwachstellen erzeugen. Wird hier der Berstdruck erreicht, dann stülpt sich die Scheibe um und reißt länss i\er durch die Kerben gebildeten Schwachstellen, so daß t.ian auch dadurch eine volle Öffnung ohne das Auftreten von Bruchstücken erzielt.

Man hat zwar Sicherheitseinrichtungen zur Druckentlastung mit Berstsoheiben, die entgegengesetzt zu ihrer Wölbung umstülpen und Kerben aufweisen, mit Erfolg für höhere Drücke eingesetzt. Probleme haben sich aber bei der Anwendung solcher Einrichtungen für den Bereich niederer Drücke gezeigt.. Im Einzelnen liegen diese darin, daß beim Erreichen des Xenn-Berstdruckcs der Scheibe diese zwar unstülpt, aber eine volle Öffnung der Scheibe sehr häufig

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nicht erreicht wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil zu beseitigen, was bei einer Sicherhei tseinrichtung zur Druckentlastung mit einer konkav-konvexen, entgegengesetzt zu ihrer Wölbung stülpbaren Berstscheibe, die zwischen einlaß- und auslaßseitigen Tragteilen montiert ist und in ihrem konkav-konvexen Abschnitt oberflächliche Kerben als Schwach-steilen enthält, welche beim Stülpen der Berstscheibe Sollbruchstellen bilden, da-

wira

durch erreicht^ daß die Berstscheibe im Zentrum ihres konkav-konvexen Abschnitts einen Bereich relativer Schwächung aufwei st.

Jn dem genannten Bereich ist die Festigkeit der.Scheibe gegenüber einer Druck betastmig geringer als in den übrigen Scheibenbereichen. Der Bereich relativer Schwächung im Zentrum des konkav-konvexen Scheibenabschnitts kann dadurch geschaffen sein, daß man in diesem Bereich die Scheibedicke kleiner hält als in der übrigen Scheibe. In einer anderen Ausführung kann zwischen der Berstscheibe und dem auslaßseitigen Tragteil ein Stützung mit einem abgestumpften konkav-konvexen Abschnitt angeordnet sein, der der Scheibe angepaßt ist und eine zentrale Öffnung besitzt. Auf diese Weise wird das Zentrum der Scheibe vom Stützring nicht gehalten, sondern lediglich der Rest der Scheibe.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen» Sofern in der nachfolgenden Beschreibung auf Einzelheiten der Zeichnung nicht gesondert eingegangen ist, darf ausdrücklich auf die zeichnerische Darstellung selbst verwiesen werden»

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In den Zeichnungen zeigt:

Fit;. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Sicherhei t.seinrichturig zur Druckentlastung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in der Einrichtung nach Fig. 1 zur Anwendung kommenden, entgegengesetzt zu ihrer Wölbung ausstülpbaren Berstscheibe;

Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt der in Fig. 1 tiargestellten Sicherheitseinrichtung nach dem Bersten der Berstscheibe, und

Fig. h ' eine der Fig.. 1 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausf ühruiigsi'orm.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht die Einrichtung; im Prinzip aus einem einlaüseitigen Tragteil 12, einer entgeaemresetzt zu ihrer Wölbung umstülpbareri, mit Kerben versehenen Berstscheibe ih und einem aus 1aßseiti gen Tragteil K). Die Tragteile 12 und l6 können Schweißkrägen ähnlich denjenigen von Kohl l'l ansehen aufweisen,' an denen sie verschweißt werden, uu(i sind in iiblieher Weise mittels einer Anzahl von Flansc'isclirauben 18 miteinander verspannt. Das einlaßseitige Tragteij 12 ist an ein Einla'irohr ^O angeschweißt, während -das ausl aßseitiire Tragteil Ib mit einem Auslaßrohr 22 verschweißt ist. Das Einlaßrohr 20 fuhrt zu einem Behälter oder einer Anlage, die ein Strömungsmedium unter brück enthalt oder führt, so daß der Mediumdruck durch das ein-I iiliseit ige Trayteil 12 hindurch auf die Berstscheibe l'i wirkt. Das AuslalJrohr 22, das vom ausl aßsei tigen Tra_^rtei 1 3

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wegführt, leitet gegebenenfalls durch die Einrichtung 1.0 hindurch freigesetztes Medium zu einer Belüftung oder einer sonstigen Enti astungseinrichtung.

Ils vorsteht sich, daß die einlaß- und auslaßsei tigeti Tragteile 12 bzw. Io eine Vielzahl von Formgestaltungen annehmen können. Beispielsweise können sie anstelle der, Verschweiüung mit den Anschlußleitungen Schraubgewinde besitzen, mittels deren sie an Rohrleitungen angeschraubt werden können. Sie können auch so konstruiert sein, daß sie zwischen ein Paar herkömmlicher Rohrflansche einsetzbar sind. Unabhängig von ihrer jeweiligen Form sind .sie jedoch miteinander verspannt, um die Berstscheibe Ik dazwischen festzulegen und zu verhindern, daß auf der Berstscheibe lastendes Druckmedium austreten kann, solange die Berstscheibe intakt ist.

Die Berstscheibe Ik selbst besteht aus Blechmaterial und weist einen ringförmigen ebenen Flanschbereich 2k auf, an den sich ein konkav-konvexer Abschnitt 26 nach einem Übergangsbereich 28 ansch.ließt. An jedem der einlaß- bzw, aus-1aßseitigen Tragteile 1ü bzw. 16 ist ein ringförmiger ebener Flanschabsohiiit t 30 bzw. 32 vorgesehen, der mit dem ringförmigen ebenen Flanschbereich 2k der Berstscheibe Ik zusammenwirkt und diesen abstützt.

Die konvexe Seite der Berstscheibe lh ist dem einlaßseitigeii Tragteil 12 zugewendet, so daß der auf der Berst-. scheibe Ik lastende Mediunidruck in ihr einen Druckspannungszu-stand hervorruft. Auf der Oberfläche des konkav-

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konvexen Abschnitts 26 der Berstscheibe lh sind zwei Einkerbungen 3^ ausgebildet, die den Abschnitt 26 in Quadranten unterteilen und Schwach st eil en darin erzeugen. Die Einkerbungen Jh sind so angeordnet, daß sie sich im Zentrum schneiden und sich bis in die Nähe des Uinfangsrandes des konkav-konvexen Abschnitts 26 erstrecken. Bei Bedarf können Anzatil und Anordnung der Einkerbungen Jh so gewählt -werden, daß sie den konkav-konvexen Abschnitt 26 in eine beliebige Anzahl von Sektionen unterteilen. Außerdem brauchen die Einkerbungen nicht notwendigerweise sich im Zentrum zu schneiden. Es kann weiterhin eine einzige Einkerbung vorgesehen sein, die einen kreisförmig oder auf sonstige Weise gestalteten Bereich im Abschnitt 26 uraschrei bt.

Gekerbte Berstscheiben, die entgegen ihrer Wölbung uutstülpbar sind und wie sie beispielsweise vorstehend erläutert sind, erweisen sich als geeignet bei höheren Urücken. Es haben sich bei derartigen Berstscheiben jedoch Schwierigkeiten bei Anwendungen für Niederdruck gezeigt, die darin bestehen, daß die ßerstscheiben zwar umstülpen, jedoch nicht brechen oder wenn doch ein Bruch auftritt, daß keine volle Öffnung erzielbar ist. Im Rahmen von Untersuchungen wurde gefunden, daß die Umstülpung ohne Bruch oder bei nur teilweisem Bruch häufig dadurch verursacht wird, daß der Uinstülpvorgang an der Seite der Berstscheibe einsetzt. Dies bedeutet, daß die Berstscheibe von einer Seite zur anderen umstülpt, wobei die Kräf tekoiizen tr.i tion nach dein Umstülpen exzentrisch ist. Da der Konzentrationspunkt der Zugspannungen, die auf den konkav-konvexen Abschnitt der Berstscheibe am Ende des Umstülpvorganges ausgeübt werden,

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exzentrisch liegt, tritt entweder kein Bruch ein oder es erfolgt nur eine teilweise Öffnung.

Durch die vorliegende Erfindung wird das seitliche Ansprechen der Berstscheibe dadurch verhindert, daIi im Zentrum des konkav-konvexen Abschnitts 26 der Berstscheibe Ik ein Beieich relativer Schwächung vorgesehen wird. Die Folge davon, ist, daß die Druckfestigkeit der Berstscheibe I^ im Zentrum geringer als diejenige in den übrigen Abschnitten der Berstscheibe lh ist. Der Bereich relativer Schwächung im Zentrum des konkav-konvexen Abschnitts 26 kann in mehrfacher Weise erzeugt werden:

In der Einrichtung gemäß den Fig. 1 bis 3 wird der Beieich 3t> relativer Schwächung dadurch'erzeugt, daß im konkav— konvexen Abschnitt 26 der Berstscheibe 1Ί eine kreisförmig

begrenzte Ausnehmung vorgesehen wird. Dies bedeutet, daß in diesem Bereich J>6 die Scheibendicke geringer ist als in den übrigen Abschnitten.der Berstscheibe 14, so daß hierdurch die Druckfestigkeit der Berstseheibe in diesem Bereich 36 unter derjenigen der übrigen Seheibenbereiehe liegt. Daraus resultiert, daß bei einem Umstülpen ein zentrales -Ansprechen der Berstscheibe eintritt, d.h. diese stülpt, vom Zentrum des konkav—konvexen Abschnitts 26 her ein -und der Einstülpvorsang verläuft nach außen in Richtung zum Rand dieses Abschnittes. Stülpt die Berstscheibe erst einmal vom Zentrum her aus, dann reißt sie gleichmäßig längs der durch die Einkerbungen 3-1 gebildeten Sollbruchstellen bis zur vollen Öffnung auf (vgl. Figur 3).

Bei der Ausführungsfortii gemäß Fig. k ist eine entgegen ihrer Wölbung stülpbare Berstscheibe hO mit Einkerbungen ^;i6

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versehen und zwischen einlall- bzw. auslaßseitigen Tragteilen Ί2 bzw. 44 gehalten. Mit der Ausnahme, daß ein Bereich relativer Schwächung 36 nicht vorhanden ist, ist die Berstscheibe 40 mit der zuvor beschriebenen Berstscheibe 14 identisch.

Anstelle des Schwächungsbereiches ist aber ein Stützriiig zwischen der Berstscheibe 40 und dem auslaßseitigen Tragteil 44 so angeordnet, daß die Seitenabschnitte der i3erstscheibe 40 unterstützt werden, während der zentrale Bereich der Berstsciieibe 40 ohne Stützung bleibt. Auch hier besteht die Berstscheibe 40 aus einem ringförmigen ebenen Flanschbereich 50, an den sich ein konkav-konvexer Abschnitt 52 über einen Übergangs- oder Anschlußbereieh 54 anschließt. Der Stützring 48 besteht aus einem ringförmigen ebenen abschnitt 56, an den sich ein abgestumpfter konkav-konvexer Abschnitt 58 über einen Anschlußbereich 6ü anschließt. Der abgestumpfte konkav-konvexe Abschnitt umgrenzt eine zentrale Öffnung 59· Wie sich aus Fig. k ergibt, ist der Stützring 48 so angeordnet, daß er an der Berstscheibe 40 anliegt und eine Abstützung für deren seitliche Bereiche bildet. Auf diese Weise wird ebenso wie bei der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 ein zentrales Ansprechen der Berstscheibe bei ihrem Umstülpen gewährleistet.

Zusätzlich zu dem Umstand, daß man ein zentrales Ansprechen der Berstscheibe erhält, hat sich gezeigt, rtaü die bisher bestehenden Schwierigkeiten, die die Ausbildung einer Öffnung nach dem Ansprechen der Berstscheibe verhindern oder nur teilweise zulassen, weitgehend beseitigt werden, wenn

die in der Berstscheibe vorgesehenen Einkerbungen ihrer Natur nach so ausgebildet sind, daß nach dem Umstülpen

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die Zugfestigkeit der Scheibe so nahe wie möglich der Druckfestigkeit der Scheibe vor deui Umstülpen kommt. Dies bedeutet, daß die Möglichkeit einer Umstülpurig ohne darauf folgenden Bruch kaum mehr besteht, wenn die Einkerbungen so sind, daß die Berstscheibe so weitgehend geschwächt
wird, daß die den Umstülpvorgang bewirkende Kraft auch
ausreicht, um die Scheibe längs den durch die Einkerbungen gebildeten Schwachstellen zu zerreißen. Eine entgegen ihrer Wölbung stülpbare Berstscheibe verträgt im allgemeinen mehr Zugspannung als Druckspannung, so daß insbesondere bei Niederdruck-Anwendungsfällen das Umstülpen ohne darauf folgendes .Iieißen einen Gefahrenzustand insofern erzeugt, als möglicherweise ein erheblich über dem Nenn—
Berstdruck der Scheibe liegender Druck erforderlich ist, um die Scheibe zu zerreißen.

Um mit absoluter Sicherheit zu gewährleisten, daß bei der Sicherheits-Druckentlastungseinrichtung 10 ein Umstülpen ohne darauffolgendes Reißen nicht auftritt, ist am auslaßseitigen Tragteil 16 eine Eindringspitze 66 angeordnet, so daß beim Umstülpen der Berstscheibe 14 automatisch ein Durchstoßen erfolgt. Die Eindringspitze 66 besteht
aus einem spitzen Teil, das so angeordnet ist, daß beim
Umstülpen der Berstscheibe 1Ί ein Teil davon durchstoßen wird. Für den Fall einer Uinstiilpung ohne darauffolgenden Bruch wird somit ein Durchstoßen durch die Eindringspitze 66 gesichert, das eine gewisse Druckentlastung mit sich
bringt und eine Warnung auslöst, daß ein Gefahrenzustand vorliegt.

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Claims

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Patent- (Schutz-) Ansprüche

IJ Sicherheitseinrichtung zur Druckentlastung mit einer konkav- ^ konvexen, entgegengesetzt zu ihrer Wölbung stülpbaren Berstscheibe, die zwischen einlaß- und auslaßseitigen Tragteiien montiert ist und in ihrem konkav—konvexen Abschnitt oberflächliche Kerben als Schwachstellen enthält, welche bein Stülpen der Berstscheibe Sollbruchstellen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheibe (l'i, ^;i0) im Zentrum ihres konkav-konvexen Abschnitts (26, $2) einen Bereich relativer Schwächung aufweist.
2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeitseigenschaften der Berstrscheibe (14) im Bereich relativer Schwächung (36) und im Bereich der Einkerbungen (3^) so gehalten sind, daß der das Umstülpen der Berstscheibe bewirkende Druck ausreichend ist, um das Reißen der Berstscheibe längs der durch die Einkerbungen (3^;0 gebildeten Sollbruchstellen zu bewirken.
3. Sicherheitseinrichtung mich Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeiehnet, daß dei· Bereich (36) relativer Schwächung im Zentrum des konkav-konvexen Abschnitts (26) der Berstscheibe (lh) ein kreisförmiger Bereich relativ geringerer Scheibedicke ist.

Ί, Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (56) relativer Schwächun»;

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durch einen ,Stützring (48) mit einem abgestumpften konkavkonvexen Abschnitt (58), der eine zentrale Öffnung (!59) enthält, geschaffen wird und daß der Stützring (4S) an nie Berstscheibe (40) angepaßt und zwischen der Berstscheibe (40) und dem auslaßseitigen Tragteil (44) so angeordnet ist, daß die ßers ts-cheibe (4ü) mit Ausnahme ihres zentralen Bereiches dadurch unterstützt ist.

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