HK1180098A - 爆裂指示器 - Google Patents

Description

爆裂指示器

技术领域

本发明一般地涉及爆裂指示器和包含爆裂指示器的压力释放装置。具体地，爆裂指示器包括至少一个非导电膜和由导电材料形成的电路。当爆裂指示器被定位为非常接近于破裂片时，爆裂指示器可以监视破裂片的完整性，以及在由于包括电路的一个或多个导电段的切断而中断电路时，用信号通知破裂片的爆裂。

技术背景

在许多过程和应用中，破裂片被安装在流体通道中，例如在超压释放装置中的两个套圈或管法兰之间。作为一个普通的实施例，为了可视地检查破裂片，将需要拆除所保护的装置的一部分或相关的流体释放通道。此外，破裂片往往被远程安装或以其它方式安装在难以接近的位置处。在这样的配置中，可视地检查破裂片以确定其完整性可能是非常困难的。

电子监视系统，例如包括流量传感器和爆裂指示器的电子监视系统，在破裂片破裂的情况下立即提供通知。第5,155,471号美国专利公开一种流量传感器，其包括支撑垫圈，支撑垫圈限定流动通路并具有横跨垫圈延伸的薄且柔软的膜。导电带跨越膜的相反象限粘合以连续地连接至电动指示器电路。

第4,978,947号美国专利公开了一种可破裂液体流量指示器和一种包括该指示器的破裂片组件。所述指示器包括可破裂构件，该可破裂构件适于被夹在流体流动通道内，具有至少一个开口以用于削弱该构件的一部分。电流导体跨越可破裂构件的削弱部分附接，从而当该构件因其上施加的流体压力而破裂时，导体也破裂。

第5,631,634号美国专利公开了一种压力传感器组件，其包括完全由金属构成的破裂片并具有多个沿圆周间隔的瓣（petal）。破裂片连接至一对引线，这一对引线连接至警告监视器。当暴露于与破裂片的爆裂或阀门泄漏相关联的流体压力的上升时，压力传感器撕裂从而产生开路。

发明内容

在根据本发明的一个实施方式中，提出了一种爆裂指示器，其包括非导电材料，该非导电材料包括外部环形部分和内部部分，内部部分通过第一和第二桥特征联接至外部环形部分。爆裂指示器还包括电路，电路包括第一和第二导电段。第一导电段位于外部环形部分上。第二导电段从外部环形部分延伸，穿过第一桥特征到达内部部分，然后穿过第二桥特征回到外部环形部分，在外部环形部分处与第一导电段连接。

在根据本发明的另一个实施方式中，提出了一种爆裂指示器，其包括非导电材料，该非导电材料包括外部环形部分、内部部分、以及设置在外部环形部分与内部部分之间的至少两个孔。这些孔通过至少第一和第二桥特征彼此分离。爆裂指示器还包括电路，电路包括至少第一和第二导电段。第一导电段位于外部环形部分上。第二导电段延伸穿过内部部分并在外部环形部分的位置处与第一导电段联接。

在根据本发明的又一个实施方式中，提出了一种破裂片组件，其包括破裂片和爆裂指示器，破裂片具有中央可破裂部分，爆裂指示器用信号通知该中央可破裂部分的破裂。爆裂指示器包括非导电材料，该非导电材料包括外部环形部分和内部部分，内部部分通过至少第一和第二桥特征联接至外部环形部分。该爆裂指示器还包括电路，电路包括至少第一和第二导电段。第一导电段位于外部环形部分上，第二导电段从外部环形部分延伸、穿过第一桥特征到达内部部分、然后穿过第二桥特征达到外部环形部分、在外部环形部分处与第一导电段连接形成电路。

在根据本发明的另一个实施方式中，提出了一种监视定位在流体通道内的破裂片的状态的方法。提供了爆裂指示器，其具有非导电材料，该非导电材料具有外部环形部分和内部部分，内部部分通过至少第一和第二桥特征联接至外部环形部分。该爆裂指示器进一步包括电路，电路包括至少第一和第二导电段，该至少第一和第二导电段联接在一起形成电路。第一导电段位于外部环形部分上，第二导电段从外部环形部分延伸、穿过第一桥特征到达内部部分、然后穿过第二桥特征到达外部环形部分、在外部环形部分处与第一导电段连接。爆裂指示器被定位在流体通道内使得破裂片响应于流体通道内充足压强条件的存在的动作导致第一和第二桥特征中的至少一个撕裂，从而切断第二导电段并使电路开路。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的包括破裂片和爆裂指示器的压力释放组件的立体图；

图2是图1的压力释放组件的横截面图；

图3是图1的压力释放组件的分解图；

图4是破裂片组件的分解图，该破裂片组件包括根据本发明制造的爆裂指示器；

图5是根据本发明制造的爆裂指示器的平面视图；

图6是沿图5的线6-6的爆裂指示器的横截面图；以及

图7是图5的爆裂指示器的可切断的桥特征的放大的立体图。

具体实施方式

下面的描述示出本发明的某些实施方式，但是其中的任何部分均不应理解为是对本发明的整体范围的限制。转向图1，示出了根据本发明的一个实施方式的压力释放组件10。组件10通常包括插入在一对套圈14、16之间的破裂片组件12。破裂片组件12由夹具18固定在套圈14、16之间。

当破裂片组件12被安装在压力释放组件10中时，破裂片组件12实质上对操作者的视野而言是隐藏的。因此，在某些应用中，希望使用传感器来监视破裂片组件12的完整性和如果破裂片组件故障从而允许套圈孔17、19间连通则警告操作者。在某些破裂片组件实施方式中，传感器被定位为非常接近实际的破裂片，例如被定位在套圈14、16之间。然而，当在套圈之间插入额外的结构时必须小心，因为这些结构可能在固定于套圈之间的破裂片上产生可能影响破裂片爆裂特性的应力区。

发现如第4,342,988号美国专利公开的“条状”爆裂指示器，当爆裂指示器与破裂片组件12一起被固定在套圈14、16之间时，爆裂指示器对一些破裂片的爆裂特性的影响达到不可接受的程度，甚至在特定厚度的特定破裂片的爆裂压力范围的下限也是如此。在理论上，当条状爆裂指示器夹在套圈14、16之间时，其具有产生不连续区域的效果，在不连续区域处，增加的厚度在破裂片的外环区域产生应力区，从而通常通过减小爆裂压力改变破裂片的爆裂特性。预期在给定破裂片厚度的爆裂压力范围的上限这个效果会更明显。如下所述，根据本发明的爆裂指示器通过在由套圈联系的区域内提供某种程度的均匀性来解决这个问题。

如图2-4所示，破裂片组件12包括破裂片20、支承构件22、以及布置在垫圈26内的爆裂指示器24。垫圈26包括层28、30和中央孔34，层28、30通过圆周侧壁32相连。在侧壁32的一部分中形成的裂缝36以允许将破裂片20、支承构件22和爆裂指示器24插入到层28、30之间。垫圈26的每个层28、30分别包括大体圆形的O环圈38、40以及内侧法兰部分42、44。

如图所示，破裂片20包括反向作用（reverse-acting）破裂片，其具有凹凸的（即，凸起的或拱形的）中央可破裂部分46。然而，使用正向作用的凸起破裂片和不凸起的或平坦的破裂片也在本发明的范围之内。第6,945,420号美国专利描述了根据本发明使用的示例性的破裂片，其全部内容通过引用并入本文。

如在图4中所示，支承构件22包括环形内部中心48、径向地与内部中心48间隔的外部周边部分50、以及在内部中心48与外部周边部分50之间延伸的一个或多个连接部分52。连接部分52协同外部周边部分内缘54和内部中心外缘56限定支承构件22中的一个或多个孔58。支承构件22具体地内部中心48任选地包括向内延伸的舌片60和齿62。舌片60延伸进入支承构件中央孔64并且被配置为在破裂过程中防止破裂片20破碎。所示出的支承构件在2009年4月13日提交的第12/422,851号美国专利申请中进一步详细地描述，其全部内容通过引用并入本文。其它的支承构件，例如相对平坦的环形支承环（即，没有孔58）可用于替代支承构件22。

图5示出根据本发明的爆裂指示器24的一个实施方式。爆裂指示器24包括外部环形部分66和内部部分68。环形部分66和内部部分68分别通过第一和第二桥特征70、72联接在一起。外部环形部分66和内部部分68还通过弧形孔74、76彼此隔离。

导电段78、80形成电路，该电路可以用于监视爆裂指示器的完整性，并因此监视破裂片20的工作状态。在某些实施方式中，段78完全位于外部环形部分66上并基本沿部分66的整个圆周延伸，除了非常小的空隙区域82之外，空隙区域82由第一段端部区域84、86限定。在这些实施方式中，段78没有延伸穿过内部部分68的任何部分。段80从外部环形部分66延伸，具体地通过空隙区域82，穿过桥特征70，然后延伸到内部部分68。在大约内部部分68的中心处，段80的方向发生变化，然后延伸穿过桥特征72，回到外部环形部分66。如图所示，段80方向变化了大约60度，尽管在其它的实施方式中这个角度可能更大或更小。在其它的实施方式中，段80根本不必改变方向而继续沿直线路径穿过内部部分68。为了适应段80的路径，桥特征72的定向也改变。段80和段78在联接点88处联接在一起以形成电路，其中联接点88位于外部环形部分66的外周边附近。

外部环形部分66和内部部分68通常包括非导电膜。在一个实施方式中，膜为层叠结构，其包括至少两个合成树脂膜材料（例如，商标名为的可获得的聚酰亚胺膜）层。在某些实施方式中，具体地如图6中所示，爆裂指示器24包括外部合成树脂膜层90、92、两个中间粘合剂（例如，丙烯酸基粘合剂）层94、96、以及形成段78、80的中心导电层98。中心导电层98可包括任何合适的导电材料，例如铜或银、或如在下文中详细讨论的铜和银。注意，具有其它结构的爆裂指示器24也在本发明的范围内，例如应用有或印有导电层的单片膜。

导电段78包括弧形段100，其从联接点88延伸至端部区域86。段100不形成电路的一部分，而是向外部环形部分66的外周边提供某种程度的厚度均匀性，以及因此提供结构负荷的均匀性。如果没有段100，在该区域中外部环形部分66的厚度将不同于段78区域中外部环形部分66的厚度。当插入并夹在套圈14、16之间时，厚度的不规则可在破裂片20中产生应力区从而改变破裂片的裂开特征。通过提供段100，尽管段100不形成电路的一部分，但是避免了产生应力区。由于段80延伸穿过空隙区域82而仅留下微小区域未被导电材料占据，减轻了空隙区域82对结构负荷的影响。在某些实施方式中，段78的长度为外部环形部分66的外圆周长的至少大约90%。在其它的实施方式中，该长度为外部环形部分66的外圆周长的至少大约95%。

桥特征70、72中的至少一个可包括削弱区域，该削弱区域帮助和/或限定桥特征撕裂的起始点。在某些实施方式中，当破裂片破裂时，各个桥特征与外部环形部分66分离。在可选的实施方式中，桥特征可与内部部分68分离而与外部环形部分66保持附接。在其它的实施方式中，桥特征可在外部环形部分66与内部部分68之间的某一点处撕裂。

可以观察到，当扭矩作用于提供起始裂缝的桥特征时，由于增大的应力集中在裂缝的末端处，构成爆裂指示器电路的平坦的粘合剂和金属导电材料更容易撕裂。扭矩可能以多种方式实现。在一个实施方式中，在段80中包含角使桥特征72相对于单瓣铰接的破裂片的开放中央可破裂部分（瓣）偏离中心放置。在另一个实施方式中，桥特征70、72可能或可能不是彼此同轴对齐的，而且爆裂指示器24的整个中心部分可相对于单瓣铰接的破裂片20的中央可破裂部分46的中心线或对称线偏离中心放置。在另一个实施方式中，爆裂指示器24的中心部分相对于可破裂部分46的中心点是居中的，并且桥特征70、72相对于破裂片瓣的对称线偏斜一定角度，同时桥特征70、72可能或可能不是彼此同轴对齐的。

不考虑配置，在这些实施方式中，当瓣将力传递给爆裂指示器的内部部分68时，期望的扭矩就传递给桥特征72，并且应力集中在裂缝102的末端处，便于电路的开路。在一个实施方式中，包括仅一个用于启动分离的削弱区域，如在图7中的桥特征72处所示。消除额外的削弱区域具有将应力和能量集中在单个点而不是两个或更多点的作用，因此在分离过程中导致了增强的性能。如图7中所示，桥特征72包括裂缝102，裂缝102具有与孔76连通的开放端。当破裂片20裂开时，中央可破裂部分46接触内部部分68并在桥特征70、72上作用应力。如图中所示，桥特征72通常比桥特征70窄并从桥特征70偏移（offset）。裂缝102用来进一步削弱桥特征72，将应力集中在裂缝102的末端处，使得将更容易地与外部环形部分66分离从而切断段80并使电路开路。当桥特征72分离时，内部部分68能够绕作为铰链的桥特征70枢转。因此，由于桥特征70，内部部分68没有成为碎片而保持附接至外部环形部分66。

如图7中所示，注意裂缝102是向内朝向内部部分68成一角度。这个微小的角度优化了穿过金属导电段的撕裂方向。铜材料特别地具有比非导电材料高得多的破裂强度和能量。由于这个差异，材料分离的路径倾向于在铜段的边缘处改变方向。理想地，路径将沿最短距离穿过铜，因此使用最小的能量来实现电路分离。当路径到达金属段的边缘时，其倾向于改变方向远离瓣。因此，在那点之前，分离的最佳路径为向内朝向瓣成一角度。

在根据所述本发明一个实施方式中，导电段80可主要包括铜，除了段80的至少一部分具体地延伸穿过桥72的部分包括银之外。银，尤其银作为墨印刷时，具有比铜更低的抗撕裂性。因此，在某些实施方式中，可能希望利用银形成段80的可切断部分。

如图4中所示，在一个实施方式中，爆裂指示器24可以与支承构件22和破裂片20组装以形成放置在垫圈26内的整体单元。当放置在垫圈26内时，爆裂指示器24被定位在破裂片20的下流并且支承构件22位于爆裂指示器24与破裂片20之间。垫圈中央孔34与中央可破裂部分46和内部部分68对准。在某些实施方式中，破裂片20是具有凹凸的可破裂部分46的反向作用破裂片。爆裂指示器可位于破裂片20附近，以面向可破裂部分46凹侧的关系通过支承构件22与破裂片20分离。将支承构件22从破裂片组件中去除使得外部环形部分66直接与破裂片外部环形部分47面对面接触的情况也在本发明的范围内。如果使用正向作用凸起破裂片，爆裂指示器24可能需要被定位在破裂片的更下游，或被配置为具有凸起形状，从而内部部分68大致上与正向作用破裂片的凸表面相符，但不与它接触直到破裂片的凸起部分破裂。通过将这些构件作为一个整体组件提供，可以减少安装误差以及因此导致的操作故障。

在某些实施方式中，爆裂指示器24设置有接头（tag）104，接头104包括分别与导电段78、80联接的导电引线106、108。然后接头104可操作地可与转接插头110（如图1中所示）或其它的类似的结构连接使得爆裂指示器电路可与更大的监视系统集成。接头104还倾向于被配置成类似于支承构件接头112，使得这两个接头可以匹配用于安装。如图4中所示，破裂片20也可设置有接头114，虽然，在这个实施方式中，接头114没有接头104和112中的任何一个那么长。然而，接头112的主要功能是帮助、确保和可视地指示将正确的破裂片组件12恰当地安装在指定的压力释放组件10内。

在没有利用套圈14、16的应用中使用爆裂指示器24的情况也在本发明的范围内，该应用例如为破裂片组件用螺栓固定在流体管道的相邻部分的端部处的管法兰之间，或组装在破裂片保持器内然后该破裂片保持器用螺栓固定在流体管道的相邻部分的端部的管法兰之间。虽然这样的“用螺栓固定的”应用不同于具有套圈14、16的应用，其不同之处尤其在于去除与破裂片相邻的更软垫圈材料和安装时使用更大夹持力，但是上文描述的优点仍然适用。

本发明还通过提供根据如上所述的任何实施方式的爆裂指示器24和通过将该爆裂指示器定位在破裂片附近，提供监视破裂片20的状态的方法。爆裂指示器24可操作地可与监视系统相连，该监视系统被配置为警告操作者破裂片的完整性的变化。当破裂片20裂开时，如上所述，可破裂部分46物理地接触内部部分68并且导致桥特征72与外部环形部分66分离从而切断导电段80并且使电路开路。电路的开路导致监视系统警告操作者破裂片20已经破裂。

Claims (41)

1.一种爆裂指示器，包括：

非导电材料，具有外部环形部分和内部部分，所述内部部分通过至少第一桥特征和第二桥特征联接至所述外部环形部分；以及

电路，包括至少第一导电段和第二导电段，所述第一导电段位于所述外部环形部分上，所述第二导电段从所述外部环形部分延伸、穿过所述第一桥特征到达所述内部部分、然后穿过所述第二桥特征到达所述外部环形部分、在所述外部环形部分处与所述第一导电段连接。

2.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述外部环形部分和所述内部部分包括非导电膜。

3.如权利要求2所述的爆裂指示器，其中所述膜为层叠结构，所述层叠结构包括至少两个合成树脂膜材料层。

4.如权利要求3所述的爆裂指示器，其中所述合成树脂膜材料为聚酰亚胺膜。

5.如权利要求3所述的爆裂指示器，其中所述第一导电段和所述第二导电段被定位在所述至少两个合成树脂膜材料层之间。

6.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述第一导电段位于所述外部环形部分的外周边附近，并且所述第一导电段的长度为所述外部环形部分的外圆周长的至少大约90%。

7.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述第一导电段沿所述外部环形部分圆周延伸并且由间隔开的一对端部区域限定，所述第二导电段在所述一对端部区域之间朝向所述第一桥特征延伸。

8.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述第二桥特征从所述第一桥特征偏移。

9.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述第二桥特征被配置为撕裂从而导致所述第二导电段的切断。

10.如权利要求9所述的爆裂指示器，其中所述第二桥特征包括削弱区域，所述削弱区域帮助所述第二桥特征的撕裂以及所述第二导电段的切断。

11.如权利要求10所述的爆裂指示器，其中所述削弱区域包括在所述第二桥特征中形成的裂缝。

12.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述第一导电段包括不形成所述电路一部分的弧形段。

13.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述爆裂指示器还包括细长突出部，用于所述第一导电段和所述第二导电段的引线位于所述细长突出部上。

14.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述第二导电段的延伸穿过所述第二桥特征的至少一部分包括银或银墨。

15.如权利要求14所述的爆裂指示器，其中所述电路的其余部分包括铜。

16.如权利要求1所述的爆裂指示器，其中所述电路的至少一部分包括铜。

17.一种爆裂指示器，包括：

非导电材料，包括外部环形部分、内部部分、以及设置在所述外部环形部分与所述内部部分之间的至少两个孔，所述至少两个孔通过至少第一桥特征和第二桥特征彼此分离；以及

电路，包括至少第一导电段和第二导电段，所述第一导电段位于所述外部环形部分上，所述第二导电段延伸穿过所述内部部分，所述第二导电段与所述第一导电段在所述外部环形部分上的位置处联接。

18.如权利要求17所述的爆裂指示器，其中所述外部环形部分和所述内部部分包括非导电膜。

19.如权利要求18所述的爆裂指示器，其中所述膜为层叠结构，所述层叠结构包括至少两个合成树脂膜材料层。

20.如权利要求19所述的爆裂指示器，其中所述第一导电段和所述第二导电段被定位在所述至少两个合成树脂膜材料层之间。

21.如权利要求17所述的爆裂指示器，其中所述第二桥特征被配置为撕裂从而导致所述第二导电段的切断。

22.如权利要求21所述的爆裂指示器，其中所述第一桥特征被配置为在所述第二桥特征撕裂之后保持连接至所述外部环形部分和所述内部部分。

23.如权利要求21所述的爆裂指示器，其中所述第二桥特征包括削弱区域，所述削弱区域帮助所述第二桥特征的撕裂以及所述第二导电段的切断。

24.如权利要求23所述的爆裂指示器，其中所述削弱区域包括裂缝，所述裂缝具有与所述弧形孔中的一个连通的开放端。

25.如权利要求17所述的爆裂指示器，其中所述第二导电段的延伸穿过所述第二桥特征的至少一部分包括银或银墨。

26.如权利要求25所述的爆裂指示器，其中所述电路的其余部分包括铜。

27.如权利要求17所述的爆裂指示器，其中所述电路的至少一部分包括铜。

28.一种破裂片组件，包括：

破裂片，具有中央可破裂部分；以及

爆裂指示器，用于用信号通知所述中央可破裂部分的破裂，所述爆裂指示器包括：

非导电材料，包括外部环形部分和内部部分，所述内部部分通过至少第一桥特征和第二桥特征联接至所述外部环形部分，以及

电路，包括至少第一导电段和第二导电段，所述第一导电段位于所述外部环形部分上，所述第二导电段从所述外部环形部分延伸、穿过所述第一桥特征到达所述内部部分、然后穿过所述第二桥特征到达所述外部环形部分、在所述外部环形部分处与所述第一导电段连接。

29.如权利要求28所述的破裂片组件，其中所述破裂片组件还包括插入在所述破裂片与所述爆裂指示器之间的支承构件。

30.如权利要求29所述的破裂片组件，其中所述破裂片、所述支承构件和所述爆裂指示器被定位在弹性垫圈的相邻层之间，所述弹性垫圈的每个层具有与所述破裂片的所述中央可破裂部分对准的中央孔。

31.如权利要求28所述的破裂片组件，其中所述外部环形部分和所述内部部分包括非导电膜。

32.如权利要求31所述的破裂片组件，其中所述膜为层叠结构，所述层叠结构包括至少两个合成树脂膜材料层。

33.如权利要求32所述的破裂片组件，其中所述第一导电段和所述第二导电段被定位在所述至少两个合成树脂膜材料层之间。

34.如权利要求28所述的破裂片组件，其中所述第一导电段没有延伸穿过所述内部部分。

35.如权利要求28所述的爆裂指示器，其中所述第一导电段沿所述外部环形部分圆周延伸并且由间隔开的一对端部区域限定，所述第二导电段在所述一对端部区域之间朝向所述第一桥特征延伸。

36.如权利要求28所述的破裂片组件，其中所述爆裂指示器还包括设置在所述外部环形部分与所述内部部分之间的至少两个弧形孔，所述弧形孔通过所述第一桥特征和所述第二桥特征彼此分离；

37.如权利要求28所述的破裂片组件，其中所述第二桥特征被配置为撕裂从而导致所述第二导电段的切断。

38.一种监视定位在流体通道内的破裂片的状态的方法，所述方法包括：

提供爆裂指示器，所述爆裂指示器包括：非导电材料，包括外部环形部分和内部部分，所述内部部分通过至少第一桥特征和第二桥特征联接至所述外部环形部分；以及电路，包括至少第一导电段和第二导电段，所述第一导电段位于所述外部环形部分上，所述第二导电段从所述外部环形部分延伸、穿过所述第一桥特征到达所述内部部分、然后穿过所述第二桥特征达到所述外部环形部分、在所述外部环形部分处与所述第一导电段连接；以及

将所述爆裂指示器定位在所述流体通道内使得所述破裂片响应于所述流体通道内充足压强条件存在的动作导致所述第一桥特征和所述第二桥特征中的至少一个撕裂，从而切断所述第二导电段并使所述电路开路。

39.如权利要求38所述的方法，其中所述爆裂指示器被定位为使得在所述破裂片裂开时所述破裂片的可破裂部分物理地接触所述内部部分并导致所述第一桥特征和所述第二桥特征中的至少一个撕裂。

40.如权利要求38所述的方法，其中所述破裂片是具有凹凸可破裂部分的反向作用破裂片，所述爆裂指示器以面向所述可破裂部分的凹侧的关系被定位在所述破裂片附近。

41.如权利要求38所述的方法，其中至少一个桥特征包括削弱区域，所述削弱区域帮助所述至少一个桥特征的撕裂。