KR100615525B1 - 파열 디스크 조립체 - Google Patents

Abstract

개선된 파열 디스크 조립체와 그의 형성 방법 및 장치가 개시된다. 파열 디스크 조립체는 전이 영역에 의해 돔 형상의 파열부와 연결되는 플랜지를 가지면서 한 쌍의 지지부재(30,32) 사이에서 밀봉된 파열 디스크(44)를 포함한다. 파열부는 돔의 정점에 배치된 만입부와, 제 1 및 제 2 단부를 갖는 스코어 라인을 가질 수 있다. 너클과 텅(54)을 포함하는 힌지(52)를 갖는 안전 부재(50)는 파열 디스크와 출구 지지부재 사이에 배치된다. 너클은 돔내로 하향 연장된 후 스코어 라인에 의해 그려지는 영역 내부 또는 스코어 라인의 양단을 연결하는 원호에 의해 그려지는 영역 내부 지점까지 연장된다. 또한, 본 발명은 파열 디스크 돔의 형성 전과 형성 중 및 형성 후 모두에서 파열 디스크내에 구조적 정점 형상부를 일관되면서 정확하고 반복적으로 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

파열 디스크 조립체{RUPTURE DISK ASSEMBLY}

[종래기술]

본 발명은 압력 방출 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 압력 방출 시스템용 개선된 파열 디스크 조립체 및 파열 디스크를 형성하고 제조하는 장치와 방법에 관한 것이다.

압력 방출 조립체는 가스 또는 액체 상태의 압축 유체를 포함하는 시스템에서의 안전 장치로 사용되는 것이 일반적이다. 압력 방출 조립체는 시스템내의 압력이 불안정한 수준에 도달하면 시스템으로부터 유체를 방출시킨다. 시스템의 안전을 보장하기 위해 즉각적인 방출이 요구되는 화재나 시스템 오동작과 같은 여러 긴급 상황은 위험한 압력 수위를 발생시킨다.

일반적으로, 압력 방출 조립체는 한 쌍의 지지부재 또는 안전 헤드 사이에서 밀봉된 파열 디스크를 포함한다. 또한, 압력 방출 조립체는 전형적으로 압축 시스템에서 한 쌍의 일반적인 파이프 플랜지 사이에서 조여지거나 또는 밀봉된 상태로 배치된다. 파이프들중 하나는 압축 유체를 압력 방출 조립체의 일측으로 안내하고, 다른 하나는 안전 용기로의 출구를 제공하거나 또는 외부로 개방된 상태가 된다. 지지부재들은 파열 디스크의 일부분을 시스템내의 압축 유체에 노출시키는 중앙 개 방구를 포함한다. 유체의 압력이 입구측과 출구측간의 사전 설정된 압력 구배에 도달하면, 파열 디스크의 노출부가 파열될 것이다. 파열된 디스크는 출구를 통한 유체의 방출을 가능하게 하는 방출 통로를 형성하므로써, 시스템의 압력이 감소된다.

일반적으로, 파열 디스크들은 돔(dome) 형상이고, 또한 전방 작동형이나 역방향 작동형이다. 전방 작동형 디스크에서, 디스크의 재질을 인장 상태로 있게 하는 돔의 오목면이 압축 유체를 향한다. 역방향 작동형 디스크에서, 디스크의 재질을 압축 상태로 있게 하는 돔의 볼록면이 압축 유체를 향한다. 또한, 역방향 작동형 디스크(역방향 조임 디스크로 공지)에서, 유체 압력이 사전 설정된 수위를 초과하고 또한 디스크 구조의 재질이 압력을 지탱하지 못한다면, 디스크의 돔이 역방향으로 조여지기 시작한다. 이러한 반전(reversal) 또는 조임(buckling)은 최초 반전 위치로 알려진 디스크의 특정 지점에서 시작된다. 디스크의 반전이 계속되면, 디스크가 압축 유체가 방출되는 통로를 생성하는 개방 수단에 의해 파열된다.

상기 2가지 형태의 디스크들은 디스크의 개방을 촉진하는 스코어 라인(score line:취약 영역)을 포함하는 것이 일반적이다. 역방향 조임 디스크에서, 디스크는 반전시에 스코어 라인을 따라 파열된다. 힌지 영역으로 동작되는 디스크의 선택된 부분들에는 스코어 라인이 형성되지 않아서, 디스크가 파열에 의해 분쇄되어 압축 유체와 함께 방출되는 것이 방지된다. 또한, 압력 방출 조립체가 디스크의 개방을 촉진함과 아울러 디스크의 분쇄를 방지하기 위해 디스크의 파열에 의해 발생된 에너지를 흡수하는 안전 부재를 포함한다는 것은 주지된 사실이다.

시스템의 압력이 불안정한 긴급한 상황에서, 압력을 가능한 신속하게 감소시 키는 것이 중요하다. 미국 기계 공학회인 ASME 법률은 압력 방출 시스템을 통한 유체 유동비에 요구되는 최소 성능을 규정한다. 개방구의 크기와 형상은, 디스크 파열이 시스템으로부터의 유체 방출이 가능한 유동비에서의 한정 인자일 때, 주어진다. 크면서 장애물이 없는 개방구를 갖는 파열 디스크가 작으면서 장애물이 있는 개방구를 갖는 파열 디스크보다 더 나은 성능을 발휘하는데, 그 이유는 크면서 장애물이 없는 개방구상의 속도 수두 손실(velocity head loss:즉, 압력강하)이 작거나 또는 장애물이 있는 개방구상의 속도 수두 손실보다 낮기 때문이다. 속도 수두 손실이 낮다는 것은 유동 저항(Kr)이 낮다는 의미가 되므로, 따라서 디스크를 통한 유량이 더 많아지게 된다.

디스크의 파열 가능한 부분의 크기와 스코어 라인의 위치를 포함하는 디스크 설계시에 여러 가지 점들을 조정하여, 디스크 파열시에 발생되는 개방구의 크기와 형상을 조절할 수 있다. 디스크의 크기가 클수록 개방구의 크기도 커질 가능성이 높다.

유동 저항에 영향을 주는 다른 인자는 압축 시스템에서의 유체 자체의 물성이다. 파열 디스크들이 시스템내의 유체 물성에 따라 다르게 개방된다는 것은 주지된 사실이다. 전형적으로, 기상 환경에서의 디스크 파열이 액상 환경에서의 디스크 파열보다 더 많이 개방된다. 따라서, 바람직한 유동 저항 성능 요구치를 충족시키기 위해서는, 비록 액체가 유사한 기상 설비에서의 압력과 동일할지라도, 디스크가 액상 설비로 사용된다면, 디스크를 다르게 설계해야 할 것이다.

유동 저항에 영향을 주는 디스크 설계에서의 또 다른 인자는 디스크의 파열 부 두께이다. 얇은 재질의 디스크가 두꺼운 재질의 디스크보다 더 쉽게 구부러질 것이다. 따라서, 동일한 유체 압력하에서 디스크가 파열되는 경우, 더 얇은 디스크가 두꺼운 디스크보다 완벽하게 개방되어 크고 장애물이 없는 개방구를 생성할 것이다.

그러나, 얇은 재질의 디스크는 두꺼운 디스크보다 쉽게 손상된다. 파열 디스크의 어떤 손상도 디스크의 실제 파열 압력을 변경시킬 수 있다. 특히, 이러한 점은, 디스크가 원하는 저압에서 파열될 수 있도록 얇아야만 하는 경우에, 저압 조건의 역방향 조임 디스크에서 문제가 된다. 얇으면서 저압의 디스크들은 설치중에 손상될 소지가 높아서, 디스크의 구조적 완전성이 저하되고, 이로 인하여 원하는 파열 압력보다 상당히 낮은 압력하에서 디스크의 반전이 유발된다. 이러한 상황에서는, 디스크가 원하는 시점에서 파열되지 않고, 디스크는 파열없이 완전히 반전될 것이다. 따라서, 역방향 조임 디스크는 전방 작동형 디스크와 같이 작동하여, 유체 압력은 디스크의 재질을 인장 상태로 있게 한다. 디스크의 인장 강도가 압축 강도보다 높기 때문에, 시스템의 압력이 원하는 파열 압력을 상당히 초과할 때까지 디스크는 파열되지 않아서 방출 통로를 형성하지 않을 것이다. 이러한 과압 조건은 파열 디스크에 의해 방지되어야 할 시스템의 손상을 초래할 수 있다.

파열 디스크들은 손상된 조건하에서의 성능에 의해 등급이 매겨진다. 디스크의 손상 안전율로 잘 알려진 이러한 등급은 손상된 디스크가 파열되는 실제 압력을 원하는 또는 등급된 디스크의 파열 압력으로 나누는 것에 의해 결정된다. 손상 안전율이 1 또는 그 이하인 손상된 디스크는 원하는 파열 압력하에서 또는 압축 유체 가 원하는 압력에 도달되기 전에 파열되므로써, 시스템에 가해지는 모든 손상을 방지하게 된다.

파열 디스크의 또 다른 중요한 성능 평가는 디스크의 파열 정확성이다. 여기에는 재질과 제작 및 설치에서의 여러 편차들이 있는데, 이러한 편차들은 실질적으로 동일하게 제작된 다수의 디스크 중에서 어느 2개의 디스크들이 동일 압력하에서 파열되지 않는 결과를 초래하게 될 것이다. 따라서, 동일한 등급 압력을 갖는 디스크들 중에서 실제 파열 압력에 있어서는 일반적으로 편차가 존재하게 된다. 현재의 파열 디스크 설계 및 제조 방법에 있어서는, 파열 디스크의 파열 압력을 등급 압력의 5% 이하로 설정하거나 또는 등급 압력이 40psig 이하인 경우 2psig 보다 낮게 설정하는 것이 일반적이다. 따라서, 디스크의 조기 파열을 방지함과 아울러 안전도를 제공하기 위해, 시스템의 기준 작동 압력은 시스템에 사용되는 파열 디스크의 등급 압력의 90%를 초과해서는 안된다.

전술된 바와 같이, 액상과 기상 설비에서 낮은 유동 저항 Kr을 제공하는 압력 방출 시스템이 요구된다. 또한, 정확하고 반복 가능한 파열 압력을 가져서 높은 동작 성능을 갖는 파열 디스크도 요구된다. 아울러, 낮은 손상 안전율을 가지므로써, 의도하지 않게 손상된 역방향 조임 디스크가 액상 또는 기상 설비에서 잠재적으로 위험한 과압 상태를 발생시키지 않는 파열 디스크도 요구되고 있다.

[발명의 요약]

따라서, 본 발명은 종래의 압력 방출 조립체의 하나 이상의 제한과 단점을 제거하는 압력 방출 조립체에 관한 것이다. 본 발명의 장점과 목적들은 이하의 기술에서 부분적으로 도출될 것이고 또한 부분적으로 명백해지거나 또는 본 발명의 실시를 통해 인식될 것이다. 본 발명의 장점과 목적은 첨부된 청구범위에서 자세히 지적된 구성요소들과 결합들에 의해 구현되고 달성될 것이다.

본 발명의 목적과 장점들을 달성하기 위해, 여기에서 구현되고 광범위하게 기술된 바와 같이, 본 발명은 환상 플랜지와 돔 형상의 파열부를 포함하는 파열 디스크에 만입부(indentation)를 형성하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 제 1 및 제 2 부재를 포함한다. 제 1 부재는 개구부를 갖고 또한 파열 디스크의 파열부의 제 1 측과 결합하는 형상으로 형성된다. 제 2 부재는 파열 디스크의 파열부의 제 2 측상에 배치되면서 제 1 부재의 개구부와 정렬된다. 제 2 부재는 돔 형상의 정점 근처에서 파열부와 결합되어 제 1 부재에 대해 파열부의 한 부분을 상대 이동시키므로써, 돔 형상의 정점 근방에서 파열부내에 만입부를 형성하게 된다.

다른 견지에서, 본 발명은 환상 플랜지와 돔 형상의 파열부를 포함하는 파열 디스크에 만입부를 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법에 따르면, 파열부의 제 1 측은 개구부를 갖는 제 1 부재에 지지된다. 개구부와 정렬된 제 2 부재는 돔 형상의 정점 근방에서 파열부의 제 2 측과 결합되어 제 1 부재에 대해 파열부의 한 부분을 상대 이동시키므로써, 파열 디스크의 파열부 정점 근방에 만입부를 형성하게 된다.

또 다른 견지에서, 본 발명은 파열 디스크에 파열부를 형성하는 방법을 제공 한다. 본 방법에 따르면, 파열 디스크 블랭크(blank)의 제 1 측이 개구부를 갖는 제 1 부재에 지지된다. 제 1 부재내의 개구부와 정렬된 제 2 부재는 파열 디스크 블랭크의 중심 근방에서 파열 디스크 블랭크의 제 2 측과 결합되어 제 1 부재에 대해 파열 디스크 블랭크의 한 부분을 상대 이동시키므로써, 파열 디스크 블랭크의 중심 근방에 만입부를 형성하게 된다. 파열 디스크 블랭크의 일부분은 압축 유체에 노출되어 돔 형상으로 형성되므로써, 만입부가 돔 형상의 정점 근방에 배치된다.

다른 견지에 따라, 본 발명은 블랭크로부터 파열 디스크를 형성하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 블랭크의 외주변을 고정할 수 있는 형상으로 형성된 클램프를 포함한다. 클램프는 압축 유체를 블랭크의 비고정부측으로 향해 흐르도록 형성된 통로를 갖는다. 압축 유체는 블랭크의 비고정부에 작용하여, 블랭크의 비고정부를 클램프에 대해 상대 이동시킨다. 비고정부가 클램프에 대해 상대 이동할 때 오목한 형상을 갖는 몰드에 블랭크의 비고정부가 수용되어, 블랭크의 비고정부가 몰드의 오목부 형상에 따라 돔 형상으로 형성된다. 비고정부가 클램프에 대해 상대 이동할 때, 몰드내에 배치된 부재가 블랭크의 비고정부와 결합되므로써, 돔 형상의 정점 근방에서 만입부가 형성된다.

또 다른 견지에서, 본 발명은 블랭크로부터 파열 디스크를 형성하는 방법을 제공한다. 본 방법에 따르면, 블랭크의 외주변이 클램프된 후 압축 유체가 블랭크의 중앙부의 반대측으로 향해 흐른다. 압축 유체는 외주변에 대해 블랭크의 중앙부를 오목부를 갖는 몰드내로 이동시킨다. 블랭크의 중앙부는 몰드의 오목부 형상에 따라 돔 형상으로 형성된다. 중앙부가 돔 형상으로 형성될 때, 부재가 블랭크의 중 앙부와 결합되므로써, 돔 형상의 정점 근방에서 만입부가 형성된다.

다른 견지에 따르면, 본 발명은 압축 시스템내에서 밀봉된 파열 디스크 조립체를 제공한다. 상기 조립체는 사전 설정된 압력을 갖는 유체에 노출되면 반전되는 형상으로 형성된 파열 디스크를 포함한다. 파열부는 파열부 내부를 통과하는 개방구를 한정한다. 파열 디스크와 압축 시스템 사이에 배치된 라이너(liner)는 파열 디스크의 파열부내에서 개방구를 차폐하고 밀봉하는 형상으로 형성된다.

또 다른 견지에 따르면, 본 발명은 압축 시스템과 밀봉 결합된 파열 디스크를 제공한다. 파열 디스크는 환상 플랜지와 파열부를 포함하고, 파열부는 사전 설정된 압력을 갖는 유체에 노출되면 파열되는 형상으로 형성된다. 파열부는 볼록면이 구비된 돔 형상과, 이에 상응하는 오목면 및 돔의 정점에 배치된 구조적인 원뿔형의 정점 형상부(structural apex formation)를 갖는다. 구조적 원뿔형의 정점 형상부는 볼록면과 오목면 중 적어도 어느 하나에 형성된 주름부(crease)를 포함한다.

다른 견지에서, 본 발명은 압축 시스템내에서 밀봉된 파열 디스크 조립체를 제공한다. 파열 디스크 조립체는 돔 형상의 파열부를 갖는 파열 디스크를 포함하고, 파열부는 볼록면과, 이 볼록면과 상응하여 돔 영역을 형성하는 오목면을 포함한다. 파열부는 제 1 및 제 2 단부를 갖는 스코어 라인을 포함하여, 파열 디스크의 파열부가 사전 설정된 압력 이상의 유체에 노출되면, 파열부는 취약 라인인 스코어 라인을 따라 파열된다. 안전 부재가 파열 디스크의 오목면 근처에 배치된다. 안전 부재는 플랜지와 힌지를 포함하고, 힌지는 파열 디스크의 파열시 스코어 라인의 양 단에 인접한 파열부의 영역을 수용하는 형상으로 형성된 제 1 및 제 2 포켓을 한정한다.

전술된 일반적인 설명과 후술되는 상세한 설명은 오직 전형적이면서 예증적인 것으로, 청구된 본 발명을 제한하지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서의 일부를 구성함과 아울러 명세서에 통합된 첨부도면들은 상세한 설명과 함께 본 발명의 일실시예를 예증하는 것으로서, 본 발명의 원리를 이해하는데 도움을 준다. 도면들에서,

도 1은 한 쌍의 파이프 플랜지 사이에 배치된 본 발명에 따른 한 쌍의 지지부재와 파열 디스크의 단면도이고;

도 2는 본 발명에 따른 파열 디스크와 안전 부재의 평면도이며;

도 3a는 도 2의 Z-Z 선을 따라 취한 파열 디스크와 안전 부재의 단면도이고;

도 3b는 도 2의 Z-Z 선을 따라 취한 파열 디스크와 안전 부재의 다른 실시예의 단면도이며;

도 4는 도 2의 Y-Y 선을 따라 취한 파열 디스크와 안전 부재의 단면도이고;

도 5는 한 쌍의 파이프 플랜지 사이에 배치된 본 발명에 따른 한 쌍의 안전 부재와 파열 디스크의 단면도로서, 파열 상태의 파열 디스크를 설명하는 도면이며;

도 6은 본 발명에 따른 중앙 만입부를 갖는 파열 디스크의 사시도이고;

도 7은 도 6의 파열 디스크의 단면도이며;

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 중앙 만입부의 다른 실시예를 나타낸 평면도이고;

도 10은 본 발명에 따라 파열 디스크내에 만입부를 형성하는 장치의 단면도이며;

도 11은 파열 디스크내에 만입부를 형성하는 펀치 팁의 다른 실시예를 나타낸 단면도이고;

도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 펀치 팁의 선단을 나타낸 도면이며;

도 13은 본 발명에 따라 파열 디스크내에 만입부를 형성하는 다른 장치의 단면도이고;

도 14는 도 13의 장치의 부분 단면도로서, 파열 디스크의 파열부와 결합된 펀치 팁을 설명하기 위한 도면이며;

도 15는 본 발명에 따라 파열부내의 개구부를 갖는 파열 디스크의 평면도이고;

도 16은 파열부내의 개구부를 갖는 파열 디스크를 포함하는 파열 디스크 조립체의 측면도이며;

도 17은 본 발명에 따른 안전 부재의 다른 실시예를 나타낸 평면도이고;

도 18은 도 17의 안전 부재의 측면도이며; 및

도 19는 본 발명의 견지에 따라 형성된 만입부를 갖는 파열 디스크의 단면도이다.

현재에서, 본 발명의 바람직한 실시예들이 상세하게 인용될 것이고, 여러 실시예들이 첨부도면으로 설명된다. 동일한 참조부호가 전체 도면에 걸쳐서 동일하거나 또는 유사한 부품에 사용될 것이다. 도 1의 참조부호 20이 본 발명의 실시예에 따른 압력 방출 조립체이다.

본 발명에 따르면, 압축 유체를 안내하는 입구 보어를 한정하는 입구 지지부재와, 압축 유체를 방출하는 출구 보어를 한정하는 출구 지지부재 및 파열 디스크를 포함하는 압력 방출 조립체가 제공된다. 파열 디스크는 파열부를 갖고, 파열부는 볼록면과, 이 볼록면과 상응하여 돔 영역을 한정하는 오목면을 포함한다. 또한, 파열 디스크는 입구 및 출구 지지부재 사이에서 밀봉 결합되는 플랜지를 포함하여, 이 플랜지가 오목면과 출구 보어를 정렬시키고 또한 볼록면과 입구 보어를 정렬시킨다. 실시예에서, 압력 방출 조립체는 토크 사전 인가형 압력 방출 조립체로 설명된다. 그러나, 본 발명은 또한 토크 사전 비인가형 압력 방출 조립체와 함께 또는 용접된 조립체의 구성요소로 사용될 수 있을 것이다.

여기에서 구현되어 도 1에 도시된 바와 같이, 압력 방출 조립체(20)는 입구 지지부재(30)와 출구 지지부재(32)를 포함한다. 입구 지지부재(30)는 입구 보어(34)를 한정하고 또한 입구 보어 주위를 따라 내벽이 나사가공된 일련의 볼트공(43:도 1에서는 하나만 도시됨)을 갖는다. 출구 지지부재(32)는 출구 보어(36)를 한정하고 또한 입구 지지부재(30)의 볼트공(43)과 대응하는 일련의 볼트공(41:도 1에서는 하나만 도시됨)을 갖는다. 입구 및 출구 지지부재는 안전 헤드, 파이프 플랜지, 또는 파열 디스크를 압축 시스템에 밀봉 결합시킬 수 있는 구조물들의 모든 결합이 될 수도 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 파열 디스크(44)는 입구 지지부재(30)와 출구 지지부재(32) 사이에 배치된다. 파열 디스크(44)는 플랜지(48)와 파열부(45)를 포함한다. 플랜지(48)는 전이 영역(49)에 의해 파열부(45)에 연결된다. 또한, 본 발명의 파열 디스크와 안전 부재는 위생 환경용으로 이용될 수 있고, 공지된 위생 피팅이 파열 디스크를 결합하기 위해 사용될 수 있다.

돔 형상의 파열부(45)는 돔 영역(35)을 한정하는 오목면(46)과 볼록면(47)을 포함한다. 플랜지(48)가 입구 및 출구 지지부재(30,32)와 결합되면, 파열부(45)는 입구 보어(34)와 출구 보어(36)와 정렬된다. 바람직한 실시예에서, 볼록면(47)은 입구 보어(34)내로 연장되고, 오목면은 출구 보어(36)를 향한다. 그러나, 여러 견지에 따라 본 발명은 볼록면이 출구 보어내로 연장된 전방 작동형 디스크로 이용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 파열부(45)는 제 1 단부(84)와 제 2 단부(86)를 갖는 스코어 라인(80)을 포함한다. 스코어 라인(80)은 돔 형상의 파열부의 오목면내에 대략 300°의 원호 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명은 여러 형태의 스코어 라인, 예를 들면 원호 형상이면서 스코어되지 않은 일련의 갭들을 포함하는 파선형 스코어 라인과 함께 사용될 수 있다. 또한, 스코어 라인은 디스크의 파열부에 완전한 원 형태일 수도 있는데, 다만 이러한 원 형태의 스코어 라인은 스코어 라인의 깊이가 스코어 라인의 잔존부보다는 얕은 부분을 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, 스코어 라인의 깊이가 변경되는 지점은 스코어 라인의 제 1 및 제 2 단부일 것이라고 생각될 것이다.

이하에서 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이, 스코어 라인(80)은 파열부내에서 취약 라인을 형성하여, 이 취약 라인을 따라 사전 설정된 압력을 갖는 유체에 노출된 디스크가 파열될 것이다. 현재의 바람직한 실시예가 스코어 라인을 돔 그 자체에 제공하는 반면에, 스코어 라인은 다른 위치, 예를 들면 돔과 디스크의 플랜지 사이의 전이 영역 또는 플랜지 자체에 제공될 수도 있다.

다시, 도 1을 참조로, 위치 조정핀(68)이 입구 지지부재(30)와 출구 지지부재(32) 사이에서 연장되어 파열 디스크(44)의 플랜지(48)를 관통하는 것이 바람직하다. 위치 조정핀(68)은, 입구 지지부재(30)가 출구 지지부재(32)와 적절히 정렬되고 또한 파열 디스크(44)가 각 지지부재(30,32) 사이에 적절히 배치되는 것을 보장한다. 조립체가 적절히 배치되면, 입구 보어(34)는 출구 보어(36)와 정렬되어, 파열 디스크(44)의 파열부(45)에 의해 차단되는 유체 통로를 형성하게 된다. 부가적으로, 위치 조정핀은 파열 디스크와 지지부재들간의 상대 위치를 더욱 정밀하게 조절하기 위해 지지부재들의 주위를 따라 대칭 또는 비대칭 형태로 배치될 수 있다.

일련의 캡 스크류(40: 도 1에서는 하나만 도시됨)가 볼트공(41)를 통해 삽입되어 내벽이 나사 가공된 볼트공(43)에 결합된다. 입구 지지부재(32)의 볼트공(41) 은 캡 스크류(40)의 헤드부가 수용되는 역방향 보어(42)를 포함하는 것이 바람직하다. 캡 스크류(40)가 볼트공(41,43)에 결합되면, 출구 지지부재(32)가 입구 지지부재(30) 방향으로 당겨져서 파열 디스크(44)의 플랜지(48)가 밀봉 결합된다.

입구 지지부재(30)는 돌출된 안착면(78)을 포함하고 출구 지지부재(32)는 돌출된 안착면과 상응하는 안착면(79)을 포함하여, 각 안착면(78,79)이 파열 디스크(44)의 플랜지(48)와 결합되는 것이 바람직하다. 안착면(78)은 플랜지와 밀봉을 형성하는 바이트(bite) 밀봉 기구 또는 다른 유사한 밀봉 기구를 포함할 수 있을 것이다. 대안으로, 오-링 또는 개스킷이 입구 지지부재(30)와 플랜지(48) 사이에 배치되어 밀봉을 형성할 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압력 방출 조립체(20)는 원형의 입구 파이프(22)와 원형의 출구 파이프(28) 사이에 배치된다. 입구 파이프(22)는 입구 유체 통로(64)와 입구 파이프 플랜지(24)를 포함한다. 출구 파이프(28)는 출구 유체 통로(66)와 출구 파이프 플랜지(26)를 포함한다.

입구 파이프 플랜지(24)는 입구 지지부재(30)상의 상응하는 면(75)과 결합되는 돌출면(74)을 포함하고, 또한 출구 파이프 플랜지(26)는 출구 지지부재(26)상의 상응하는 면(77)과 결합되는 돌출면(76)을 포함하는 것이 바람직하다. 일련의 볼트 부재(60)가 입구 파이프 플랜지(24)를 출구 파이프 플랜지(26) 방향으로 당기므로써, 압력 방출 조립체(20)의 밀봉이 형성된다.

바람직하게는, 입구 지지부재(30)로부터 연장된 U자 형상의 위치 고정구(38)가 입구 파이프 플랜지(24)내의 개방구(58)에 결합되어, 압력 방출 조립체(20)가 파이프 플랜지들 사이에서 적당한 방향을 향하도록 보장된다. 또한, U자 형상의 위치 고정구(38)는 입구 지지부재(30)가 입구 파이프 플랜지(24)에 근접하게 배치되는 것을 보장하므로써, 압력 방출 조립체(20)가 파이프 플랜지들내에서 거꾸로 설치되는 것이 방지된다. 입구 유체 통로(64)가 입구 보어(34)와 출구 보어(36) 및 출구 유체 통로(66)와 정렬되면, 압력 방출 조립체(20)가 입구 파이프 플랜지(24)와 출구 파이프 플랜지(26) 사이에서 적절하게 배치되므로써, 파열 디스크(44)의 파열부(45)에 의해 차단되는 유체 통로가 형성된다.

입구 파이프(22)는 압축 유체가 저장된 시스템 또는 용기(미도시)에 연결된다. 유체는 기상이나 액상일 수 있다. 입구 파이프(22)는 압축 유체를 압력 방출 조립체(20)와 파열 디스크(44)의 노출된 파열부(45)로 안내한다. 파열부(45)는, 유체 압력이 시스템 또는 용기내의 과압을 표시하는 사전 설정된 수위에 도달하면, 파열되는 형상으로 형성된다. 디스크의 파열 압력은 이들로 한정되지는 않지만 돔 형상의 높이, 디스크의 두께 및 스코어 라인의 깊이와 위치를 포함하는 디스크 설계의 여러 변수를 변경시키는 것으로 조절될 수 있다.

디스크가 스코어 라인(80)을 따라 파열되면, 디스크를 관통하는 개방구가 형성된다. 개방구는 유체를 입구 보어(34)로부터 출구 보어(36)를 지나 출구 유체 통로(66)로 흐르도록 허용하므로써, 시스템 또는 용기내의 압력을 감소시킨다. 출구 유체 통로(66)는 유체를 외부 또는 시스템이나 용기내의 유체 특성에 따른 안전 저장소(미도시)로 방출할 것이다.

본 발명에 따르면, 압력 방출 조립체는 파열 디스크의 오목면에 인접하게 배 치된 안전 부재를 포함한다. 안전 부재는 너클(knuckle)을 갖는 힌지를 포함하고, 너클은 디스크의 파열부에 의해 형성된 돔 영역내로 하부로 연장되고, 이어서 돔 영역을 횡으로 가로질러 스코어 라인에 의해 그려진 영역 내부 또는 스코어 라인의 양단을 연결하는 원호에 의해 그려진 영역 내부 지점까지 연장된다. 텅(tongue)은 너클로부터 연장되어 안전 부재의 플랜지와 직교하는 방향을 따라 출구 지지부재의 출구 보어내로 연장된다. 바람직하게는, 비록 텅의 단부가 플랜지에 의해 형성된 평면과 정렬될지라도, 텅은 안전 부재의 플랜지를 지나 연장된다. 힌지는 플랜지에 대해 정렬되어 출구 보어내에서 출구 지지부재 방향으로 연장될 수도 있다. 또한, 힌지는 평평한 형상을 가질 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 안전 부재(50)는 파열 디스크(44)와 출구 지지부재(32) 사이에 배치되어, 파열 디스크의 전이 영역을 지지한다. 바람직하게는, 안전 부재(50)는 파열 디스크(44)와 출구 지지부재(32)와 독립된 구조물이다. 그러나, 안전 부재(50)는 점용접 또는 구조물을 함께 지탱하는 다른 수단으로 파열 디스크(44)나 출구 지지부재(32)에 연결되거나 또는 일체로 될 수도 있다.

안전 부재(50)는 플랜지(62)와 힌지(52)를 포함한다. 안전 부재(50)의 플랜지(62)는 파열 디스크(44)의 플랜지(48)와 실질적으로 동일한 형상이고, 또한 압력 방출 조립체(20)내에서 파열 디스크 플랜지와 출구 지지부재(32) 사이에서 밀봉된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 플랜지(62)는 위치 조정핀(도 1 참조)이 결합되는 일련의 구멍(82)을 포함하는 것이 바람직하다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 힌지(52)는 너클(53)과 텅(54)을 포함한다. 너클(53)은 플랜지(62)로부터 돔 영역(35)내로 연장된다. 실시예에서, 너클(53)은 단면이 직선형이다. 그러나, 너클(53)은 파열부의 외곽선을 따르는 곡선형의 단면과 같은 다른 단면 형태일 수도 있다. 바람직하게는, 너클(53)은 파열부(45)에 접촉되지 않고, 따라서 너클과 파열부 사이에 갭(51)이 형성된다. 그러나, 너클(53)은 비파열 상태에서는 파열부(45)에 접촉될 수도 있다.

도 1 및 도 2를 참조로, 너클(53)의 외부 가장자리는 돔 영역(35)내로 하향 연장된다. 또한, 외부 가장자리(53)는 돔 영역(35)을 횡으로 가로질러 스코어 라인(80)에 의해 그려진 영역 내부 또는 스코어 라인(80)의 양단부(84,86)를 연결하는 원호에 의해 그려지는 영역 내부 지점으로 연장된다. 너클(53)의 외부 가장자리는 파열시에 파열부가 구부러지는 직선을 형성하게 된다. 현재의 바람직한 실시예에서, 외부 가장자리(53)는 스코어 라인(80)에 의해 그려진 영역 또는 스코어 라인의 양단을 연결하는 원호(85)에 의해 그려진 영역과 매우 인접한 내부 지점으로 연장된다. 본 실시예의 힌지는 디스크 파열시 분쇄를 방지하지만 개방구의 크기를 최대화시키므로써, 파열 디스크를 초과하는 압력 강하 또는 속도 수도 손실을 최소화함과 아울러 유동 저항 Kr을 낮게 감소시킨다.

도 4에 도시된 바와 같이, 힌지(52)에는 제 1 및 제 2 포켓(90,92)이 구비된다. 제 1 및 제 2 포켓은 너클(53)과 파열 디스크(44)의 파열부(45) 사이의 갭(51:도 3b 참조)을 향하는 오목 형상인 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 포켓(90,92)은 스코어 라인(80)의 각 제 1 및 제 2 단부(84,86)에 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 스코어 라인(80)의 제 1 및 제 2 단부(84,86)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 포켓(90,92)의 바로 아래 지점에서 종지될 수도 있다. 대안으로, 스코어 라인의 제 1 및 제 2 단부(84,86)는 제 1 및 제 2 포켓(90,92)과 일직선으로 정렬되거나 또는 약간 못미치는 지점에서 종지될 수도 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 텅(54)은 너클(53)로부터 출구 보어(36)내로 연장된다. 바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 텅(54)은 2개의 직선형 측면 플랩(56;flap)을 갖는 메인 선형부(55)를 포함하는데, 직선형 측면 플랩(56)은 메인 선형부(55)로부터 출구 안전 부재(32) 방향으로 돌출된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 측면 플랩(56)과 메인 선형부(55) 사이의 각도(87)는 직각이나 예각일 수도 있지만 둔각인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 각도(87)는 메인 선형부(55)와, 메인 선형부(55)의 양단을 통과하는 반경선(89)간의 각도보다 크다. 각도(87)는 130 내지 160°범위내인 것이 가장 바람직하다.

도 1에 도시된 실시예에서, 측면 플랩(56)은 출구 안전 부재(32) 방향으로 연장된다. 바람직하게는, 측면 플랩(56)은 비파열 상태에서 출구 안전 부재(32)에 접촉되지는 않지만 매우 인접하게 배치된다.

다른 실시예에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 텅(54)은 텅의 단부로부터 출구 지지부재(32) 방향으로 돌출된 텅 지지체(57)를 포함한다. 바람직하게는, 텅 지지체(57)는 출구 지지부재(32)에 접촉되지는 않지만 매우 인접하게 배치된다. 지지 구조의 다른 변형은 당업자에게는 더욱 명백할 것이다.

도 2를 참조로, 안전 부재(50)는 일련의 스트레스 라이저(88:stress riser)를 포함하는 것이 바람직하다. 각 스트레스 라이저(88)는 플랜지(62)로부터 파열 디스크의 파열부(45)의 돔 영역(35)으로 연장된다. 각 스트레스 라이저(88)는 적어도 하나 이상의 스트레스 집중점에서 종지된다. 적어도 2개의 스트레스 라이저의 스트레스 집중점들은 파열 디스크의 파열부(45)내의 스코어 라인(80)과 정렬되는 것이 바람직하다. 이하에서 상술되는 스트레스 집중점들은 파열 디스크의 반전시, 파열 디스크의 파열부에 접촉되어 파열부의 파열을 보장하므로써, 유체가 방출되는 유체 통로를 형성하게 된다.

안전 부재는 각 스트레스 라이저 사이의 함몰된 또는 가리비형(scalloped out) 영역들을 포함할 수도 있다. 이러한 가리비형 영역들은 파열 디스크의 전이 영역으로 지지되는 갭을 형성하게 된다. 또한, 이하에서 상술되는 바와 같이, 파열 디스크로 지지된 갭들은 파열부가 파열되어 유체 방출용 통로를 형성하는 것을 보장한다. 이러한 가리비형 영역들은 안전 부재 고리 주위를 따라 선택된 수 개소에 배치되거나 또는 완전한 고리 주위를 따라 일정 등간격으로 배치되거나 또는 완전한 고리 형태로 배치될 수 있다.

도 1을 참조로 전술된 바와 같이, 입구 유체 통로(64)는 기상 또는 액상의 압축 유체를 입구 보어(34)와 파열 디스크(44)의 파열부(45)로 안내한다. 실시예에서, 압축 유체는 파열 디스크(44)의 볼록면(47)과 접촉하여, 디스크를 압축 상태로 있게 한다. 압축력의 크기는 유체의 압력과 대응한다. 유체 압력이 사전 설정된 수위에 도달하고 압축력이 파열 디스크의 파열부의 구조적 및 재질 강도를 초과하게 되면, 돔 형상의 부분이 조여지기 시작하거나 또는 역으로 조임이 풀어지게 될 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 디스크의 반전은 디스크를 스코어 라인(80)을 따라 파열되도록 하여 디스크를 꽃잎형(103:petal)으로 형성하게 되는데, 꽃잎형의 디스크(103)는 스코어 라인(80)과 디스크 힌지(102)에 의해 한정되는 형상을 갖고, 디스크 힌지(102)는 꽃잎형 디스크(103)를 플랜지(48)에 연결하여 디스크가 분쇄되는 것을 방지한다. 계속적인 유체 압력하에서, 디스크 힌지(102)는 플랜지에 대해 갭(51)을 통과하여 안전 부재(50) 방향으로 구부러질 것이다. 안전 부재(50)의 너클(53)이 디스크 힌지(102)에 인접하기 때문에, 디스크 힌지에서 발생된 운동량은 상대적으로 매우 작고 또한 꽃잎형 디스크가 디스크 힌지로부터 파열될 정도로 충분한 운동량이 꽃잎형 디스크에서 발생되기 전에 너클과의 최종 접촉에 의해 저지될 것이다.

디스크의 최초 조임중에 디스크가 스코어 라인을 따라 파열되지 않는다면, 디스크가 스트레스 라이저(88)의 스트레스 집중점에 접촉하기까지, 디스크는 유체 압력으로 계속 조여지고 반전될 것이다. 스트레스 집중점들은 스코어 라인(80)에 스트레스를 증가시키므로써, 디스크가 개방되는 것을 용이하게 한다. 게다가, 안전 부재의 가리비형 영역으로 정의된 전이 영역의 지지되지 않은 갭들이 디스크의 파열부에 추가로 힘을 인가하게 되므로써, 디스크가 개방되어 유체 방출 통로를 형성하는 것을 보장한다.

파열부가 파열되어 디스크 힌지(1020)가 너클(53)로 지지된 후, 유체 압력과 꽃잎형 디스크(103)의 운동량이 디스크를 너클(53)의 외부 가장자리를 따라 구부러지게 할 것이다. 꽃잎형 디스크는 힌지(50)의 텅(54)에 접촉할 때까지 너클(53) 주 위를 따라 계속 구부러질 것이다. 꽃잎형 디스크(103)가 텅(54)에 접촉하게 되면, 측면 플랩(56)이 출구 안전 부재(32)에 접촉할 때까지 텅이 구부러질 것이다. 텅(54)의 일측상으로 연장된 꽃잎형 디스크(103)의 일부분은 텅의 주위를 둘러싸서 측면 플랩(56)에 접촉될 것이다.

시스템내의 압력과 꽃잎형 디스크의 움직임에 연동하는 운동량에 따라, 텅(54)과 측면 플랩(56)은 더욱 구부러져 변형되어 꽃잎형 디스크(103)에 접촉되므로써, 움직이고 있는 꽃잎형 디스크의 운동 에너지를 흡수하고 또한 꽃잎형 디스크의 이동을 저지한다. 만일, 이동중인 꽃잎형 디스크와의 접촉력이 충분히 크다면, 측면 플랩(56)은 각도(87)에 대해 내측 또는 외측으로 구부러지도록 출구 지지부재에 대해 각을 이루는 것이 바람직하다. 이동중인 꽃잎형 디스크의 운동 에너지를 흡수하는 것에 의해, 텅이 꽃잎형 디스크상의 전체 힘을 감소시키므로써, 꽃잎형 디스크의 파손이 방지된다. 힌지가 꽃잎형 디스크의 운동 에너지를 효과적으로 흡수하여 압축 유체가 방출되는 크고 장애물이 없는 유체 통로가 형성되도록 하기 위해, 힌지 특히 너클과 텅의 크기가 선택된다.

전술된 실시예에서, 스코어 라인의 단부를 둘러싸는 꽃잎형 디스크의 일부분은 힌지(50)의 포켓(90,920)내로 접혀질 것이다. 포켓(90,92)들은 안전 부재의 플랜지(62)로부터 출구 보어 방향으로 연장된다. 포켓(90,92)들은 곡선면들을 갖고 또한 어떠한 부가적인 스트레스 집중점의 생성없이 스코어 라인(80)의 각 단부(84,86)에 인접한 파열 디스크의 일부분을 수용할 수 있는 형상으로 형성된다. 포켓들은 스코어 라인의 단부에 인접한 파열 디스크를 지지하게 된다. 이러한 포켓 들에 의해 스코어 라인의 단부들에 인가된 인장력이 감소되므로써, 파열 디스크가 스코어 라인의 단부들을 넘어서 계속 파열되는 것이 방지된다. 따라서, 포켓들은 꽃잎형 디스크가 디스크로부터 완전히 분리되는 것을 방지하는데 도움을 준다. 바람직한 실시예에서, 디스크는 대칭형으로 반전됨과 동시에 반대측 포켓 주위를 둘러싸게 되므로써, 디스크 힌지의 양측에 서로 다른 크기의 스트레스가 발생되는 것이 방지된다.

디스크의 파열에 의해 생성된 개방구는 스코어 라인과 힌지의 형상과 위치에 의해 한정된다. 바람직한 실시예에서, 스코어 라인과 힌지는 개방구의 크기를 최대로 하게 하는 형상으로 형성된다. 제 1 및 제 2 포켓과 너클의 외부 가장자리에 의해 한정되는 힌지의 형상은 직선형인 것이 일반적이다. 대안으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 너클의 외부 가장자리가 직선형이고, 너클의 양측에 배치된 포켓들이 안전 부재의 플랜지 방향으로 각을 이룰 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 너클(53)의 외부 가장자리는 스코어 라인(80)의 단부들의 약간 안쪽 지점에 배치된 직선부를 포함한다. 직선부는 스코어 라인(80)으로 그려진 영역(83)에 인접하면서 영역(83) 내부일 수 있다. 대안으로, 직선부는 스코어 라인(80)의 양단(84)을 연결하는 원호에 의해 그려진 영역에 인접하면서 이 영역 내부일 수도 있다. 라인(85)은 도면에 설명을 위해 나타났지만 실제로는 디스크에 나타나지 않는다.

꽃잎형 디스크(103)가 힌지(50)의 외부 가장자리(53) 주위을 따라 구부러지면, 꽃잎형 디스크의 구부러진 부분은 스코어 라인(80)의 양단(84,86) 사이에서 직 선을 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 꽃잎형 디스크(103)의 최대 구부러진 부분이 유체 통로 밖으로 구부러지게 된다. 이러한 방법으로, 개방구의 크기가 디스크의 최대 파열시 형성된다.

도 17 및 도 18에 도시된 다른 실시예에서, 안전 부재(50)는 평평하다. 한 예로 전기 스위치기어와 같은 설비들에서, 압력 방출 조립체용 공간은 출구 안전 헤드를 시스템에 볼트 체결되거나 또는 직접 부착되는 평판으로 교체할 것을 요구하게 된다. 이러한 상황에서 파열 디스크가 분쇄되는 것을 방지하는 것을 보조하기 위해, 힌지는 평판내에서 한정될 수 있다.

도 17에 도시된 바와 같이, 안전 부재(50)는 힌지(52)를 포함한다. 힌지(52)는 힌지상의 포켓(190,192)과 직선 외측부를 한정하는 텅(53)을 포함한다. 전술된 실시예에서, 힌지(52)는 플랜지(62)와 동일 평면상에 놓인다. 그러나, 힌지(52)는 구부러져 파열 디스크의 돔내로 하향 연장되거나 또는 디스크 돔의 오목면으로부터 상향 연장될 수 있다. 게다가, 힌지의 외부 가장자리는 곡선 형태일 수도 있다.

바람직하게는, 플랜지(62)는 안전 부재(50)를 압축 시스템에 직접 연결시키는 일련의 볼트공(미도시)를 포함한다. 파열 디스크의 플랜지는 접착제나 용접에 의해 파열 디스크의 플랜지(62)에 부착될 수도 있다.

포켓(190,192)은 스코어 라인(82)의 제 1 및 제 2 단부(84,86:도 2 참조)에 인접하게 배치된다. 스코어 라인(80)의 제 1 및 제 2 단부(84,86)는 제 1 및 제 2 포켓(190,192)의 바로 아래 지점에서 종지될 수도 있다. 대안으로, 스코어 라인의 제 1 및 제 2 단부(84,86)는 제 1 및 제 2 포켓(190,192)을 한정하는 힌지(53)의 가장자리 바로 아래 지점에서 종지될 수도 있다.

이상에서 상술된 바와 같이, 파열 디스크의 개방시, 꽃잎형 디스크(103)는 힌지(52) 주위를 따라 구부러져 디스크를 개방시키는 에너지를 흡수하게 된다. 파열 디스크의 개방시, 힌지(52)도 꽃잎형 디스크와 함께 구부러진다면, 디스크를 개방시키는 에너지를 더욱 많이 흡수하게 된다. 또한, 전술된 바와 같이, 안전 부재(50)는 스코어 라인을 따라 파열 디스크를 완전 개방시키는 것을 보장하는 스트레스 라이저(88)를 포함하는 것이 바람직하다.

스코어 라인의 단부들을 둘러싸는 꽃잎형 디스크의 일부분은 포켓(190,192)내로 접혀질 것이다. 이에 의해 스코어 라인의 단부들에 인가되는 스트레스의 크기가 감소되므로써, 파열 디스크가 스코어 라인의 단부들을 넘어서 계속 파열되어 최종적으로 꽃잎형 디스크가 분쇄되는 것이 방지된다.

모든 설비 조건들에서 크고 장애물이 없는 개방구를 얻기 위한 다른 인자는 디스크의 최초 반전 지점을 제어하는 것이다. 디스크의 최초 반전 지점은 압축 유체에 의해 디스크가 처음 조여지는 지점이다. 바람직한 실시예에서, 최초 반전 지점은 돔 형상의 파열부의 정점에 위치된다. 이 지점은 파열 디스크의 중앙이 되면서 디스크의 전이 영역으로부터 가장 먼 지점이 된다. 이러한 지점에서 반전이 시작되는 것은 디스크가 대칭형으로 반전되는 것을 보장한다.

디스크의 대칭형 반전은 스코어 라인이 형성된 디스크와 형성되지 않은 디스크 모두에서 디스크의 개방 동작을 강화시킨다. 스코어 라인이 형성된 디스크에서, 대칭형 반전은 스코어 라인 전체를 따라 힘이 균일하게 분포되어 디스크가 스코어 라인을 따라 완벽하게 파열되어 완전 개방되는 것을 보장한다. 스코어 라인이 없는 디스크에서는, 디스크를 천공하고 개방시키기 위해 주변의 치형과 같은 보조 절단 기구가 사용된다면, 대칭형 반전은 보조 절단 기구상에서 디스크가 평탄하게 접혀지는 것을 보장한다. 이어서, 보조 절단 기구는 디스크를 완전 개방시킨 다음, 꽃잎형 디스크를 디스크 힌지 주위를 따라 구부러지게 하여 개방구의 크기를 최대화한다.

본 발명에 따르면, 돔 형상의 파열부는 구조적 정점 형상부를 포함한다. 본 발명의 구조적 정점 형상부는 예를 들어 시닝(thinning) 또는 인장된 디스크와과 같은 구조적 취약부를 파열 디스크의 파열부내로 도입시킬 것이다. 시닝 또는 인장된 디스크는 디스크 돔의 구조적 완벽성을 손상시킨다. 디스크가 소정 압력의 유체에 노출되면, 파열 디스크가 구조적 취약부에서 최초 반전이 일어난다는 것은 잘 알려져 있다. 따라서, 적절한 형상을 갖는 구조적 정점 형상부는 디스크의 최초 반전 지점을 제어할 것이다.

또한, 주목되는 점은, 구조적 정점 형상부가 파열 디스크의 파열 압력을 감소시킬 것이라는 것이다. 즉, 구조적 정점 형상부를 갖는 디스크가 구조적 정점 형상부를 갖지 않는 유사한 디스크보다 저압에서 파열될 것이다. 이것에 의해 주목되는 점은, 구조적 정점 형상부가 없는 디스크가 구조적 정점 형상부가 구비된 디스크와 동일한 압력하에서 파열되기 위해서는, 더 얇은 재질로 성형되어야만 한다는 것이다. 또한, 구조적 정점 형상부의 크기 및 형상과, 파열 압력의 감소량 사이에는 상호 관계가 존재한다는 것은 주지된 사실이다. 일반적으로, 구조적 정점 형상 부가 더 클수록 파열 압력이 더 감소되는 결과가 된다.

구조적 정점 형상부의 개념이 파열 디스크, 특히 저압에서 파열되도록 형성된 디스크의 신뢰도와 정확도를 크게 개선하는 가능성을 제공한다. 일반적으로, 저압 디스크는 쉽게 파손되도록 얇은 재질로부터 제작되어야만 한다. 설치 중이나 또는 그 전에 디스크에 가해진 손상은 디스크의 파열 압력을 크게 변화시킨다. 게다가, 안전 헤드 또는 디스크 자체의 오정렬과 같은 설비내에서의 불규칙성과, 유도된 열의 불규칙성 및 볼트나 플랜지의 비민감성은 디스크의 파열 압력을 크게 변화시킨다. 구조적 정점 형상부를 갖는 디스크는 상기된 여러 문제들에 덜 민감한 두꺼운 재질로부터 성형될 수 있기 때문에, 구조적 정점 형상부의 도입이 파열 디스크의 신뢰도를 개선시킬 것이다.

게다가, 구조적 정점 형상부의 크기 및 형상이 파열 디스크의 파열 압력을 결정하는 주된 인지라는 것이 주지되어 있다. 즉, 구조적 정점 형상부의 형상이, 예를 들어서, 파열 디스크의 파열 압력에 미리 영향을 주는 스코어 라인의 깊이 및 위치와 같은 다른 설계 인자들보다 우선된다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 구조적 정점 형상부는 파열부의 돔 형상 정점에 배치된 만입부(140)인 것이 바람직하다. 도 7에 도시된 바와 같이, 만입부(140)는 돔의 볼록면(47)내에 형성되어, 볼록면(47)내에 캐비티(143)를 형성함과 아울러 오목면(46)내에 캐비티와 상응하는 젖꼭지 형상의 돌출/오목부(144)를 형성한다. 다른 방안으로, 만입부(140)는 돔의 오목면(46)에 형성되어, 오목면(46)에 캐비티를 형성함과 아울러 볼록면(47)에 젖꼭지 형상의 돌출부를 형성할 수도 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 만입부(140)는 원형의 외측 가장자리(142)를 포함한다. 바람직하게는, 외측 가장자리(142)로부터 전이 영역(49)간의 거리가 만입부(140)의 외측 가장자리(142)를 잇는 원주선 길이와 동일하다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 만입부는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 만입부(140)는 중간점이 돔의 정점에 위치하는 직선일 수도 있다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 만입부(140)는 돔의 정점을 교차하는 2개의 직선을 포함할 수도 있다.

구조적 정점 형상부의 크기 및 형상은 주어진 크기의 디스크를 파열시키는 압력에서 다양하게 변형될 수 있다. 한 예로, 작은 만입부를 갖는 0.003 인치 두께의 재질로부터 만들어진 1인치 디스크는 큰 만입부를 갖는 유사한 디스크보다 고압에서 파열될 것이다. 따라서, 구조적 정점 형상부의 형상을 변경하여, 특정한 크기 및 두께의 파열 디스크를 여러 가지 통상 설비들에서 요구되는 특정한 압력 방출에 부합시킬 수가 있다.

그러나, 원하는 압력에서 정확하게 파열되는 파열 디스크를 제작하기 위해서는, 만입부 또는 다른 구조적 정점 형상부가 디스크 사이에서 구조적 정점 형상부의 형상이 일관되는 것을 보장하는 방법으로 형성되어야만 한다. 파열 디스크에 만입부를 형성하는 한 방법이 미국특허 제6,006,938호에 개시되어 있다. 상기 미국특허에서 개시된 방법에서는, 만입부가, 파열 디스크를 부가적으로 지지하지 않고 디스크 제작시 디스크에 공구로 충격을 가하여 형성되는 비정형적(free-formed)이다. 이하에서 설명되는 실험 데이터에서 나타나는 바와 같이, 상기된 방법에 따라 형성된 파열 디스크는 원하는 압력에서 일관되게 파열되지 않게 된다. 따라서, 이러한 방법으로는 많은 통상 설비들에서 요구되는 파열 압력의 고정확도를 갖는 디스크를 제작할 수가 없다.

본 발명에 따라, 파열 디스크의 돔에 만입부를 형성하는 장치가 제공된다. 만입부는 디스크 제작 단계에서 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 미리 형성된 파열 디스크 또는 파열 디스크 블랭크에 만입부를 형성하는 장치, 또는 디스크의 돔 형성시 파열 디스크에 만입부를 형성하는 장치를 제공한다. 만입부 형성 장치는 이하의 설명 데이터에서 나타나는 바와 같이, 신뢰성이 있으면서 일관된 방법으로 파열 디스크에 만입부를 형성하므로써, 파열 디스크의 파열 정확도를 개선시킨다.

도 10에 도시된 바와 같이, 만입부 형성 장치(148)는 제 1 부재를 포함하는데, 제 1 부재는 모루(154:anvil)인 것이 바람직하다. 모루(154)는 개구부(164)를 한정하는 지지면(155)을 포함한다. 다른 형상일 수도 있지만, 개구부(164)는 원형인 것이 바람직하다.

지지면(155)은 돔 형상의 정점에서 파열부(45)의 일측에 결합되는 형상으로 형성되어, 개구부(164)가 정점을 둘러싸게 된다. 지지면(155)은 파열부(45)의 선택된 부분만이 지지되도록 짧은 폭을 가질 수도 있다. 대안으로, 지지면(155)은 파열 디스크 돔의 외곽선을 따라 디스크의 전이 영역으로 연장되어, 파열부(45)와 개구부(164) 전체를 지지하는 형상을 가질 수도 있다.

비록, 지지면이 돔 형상의 볼록면과 결합될 수도 있지만, 지지면(155)은 돔 형상의 오목면과 결합되는 것이 바람직하다. 다른 방안으로, 모루는 이하에서 상술되는 바와 같이, 최종적으로 파열 디스크로 제작되는 파열 디스크 블랭크의 일측과 결합될 수도 있다.

전술된 실시예에서, 모루(154)의 중심선(162)은 파열부(45)의 돔 형상 정점과 일직선을 이룬다. 그러나, 중심선(162)은 돔 형상의 정점으로부터 편심될 수도 있다.

프레임(156)이 모루(154)를 둘러싼다. 프레임(156)은 파열 디스크의 플랜지(48)가 수용되는 형상의 캐비티를 한정하는 내벽(158)을 포함한다. 바람직하게는, 내벽(158)의 높이는, 플랜지(48)가 캐비티의 저면(159)과 접촉되지 않아서 모루(154)가 오직 파열 디스크만을 지지하는 것을 보장하도록 결정된다. 또한, 내벽(158)의 직경은 플랜지(48)의 직경과 거의 일치한다. 이러한 방법에서, 내벽(158)이 파열 디스크가 모루(154)와 정확하게 정렬되는 것을 보장하게 된다.

프레임(156)은 적어도 하나의 핀(160: 도 10에서는 하나만 도시됨)을 포함할 수 있다. 핀(160)은 플랜지(48: 도 6 참조)의 구멍(88)에 결합되는 형상으로 이루어진다. 구멍(88)에 핀(160)을 결합시키므로써, 파열 디스크가 더욱 정확하게 모루(154)에 정렬되는 것이 보장된다.

또한, 만입부 형성 장치(148)는 제 2 부재를 포함하는데, 제 2 부재는 모루(154)의 개구부(164)와 정렬되는 펀치(150)인 것이 바람직하다. 전술된 실시예에서, 펀치(150)의 중심선(166)은 모루의 중심선(162)과 일직선을 이룬다. 그러나, 펀치 팁이 모루의 개구부(164)에 의해 그려지는 원호 영역내에 제공된다면, 펀치(150)는 정점 및/또는 모루에 대해 편심될 수도 있다.

펀치(150)는 파열부(45)의 제 2 측과 결합되는 팁(152)을 포함한다. 펀치(150)가 모루(154)에 대해 상대 운동을 하게 되면, 개구부(164)와 대응하는 파열부가 모루(154)에 대해 상대적으로 이동하게 된다. 이와 같이 강제되고 제어된 파열부의 이동이 인장력이나 시닝력 또는 전단력에 의해 그 주위를 둘러싸는 다른 파열부에 대해 디스크를 상대적으로 만입부의 가장자리와 하향 경사부를 따라 변형되게 한다.

펀치의 힘과 반대되는 모루의 지지력이 파열부(45)의 표면내 주름부(200: 도 19 참조)와 같은 영구 변형을 일으킬 것이다. 이러한 영구 변형은 모루에 의해 지지되는 디스크의 다른 부분에 대해 파열부가 펀치에 의해 이동될 때 발생된다. 디스크의 오목면은 모루에 의해 지지되는 것이 바람직하고, 따라서 변형은 적어도 오목면내에서 발생될 것이다. 또한, 변형은 볼록면이나 또는 볼록면과 오목면 모두에 형성될 수도 있다.

디스크의 변형, 인장력, 시닝력, 또는 전단력은 디스크 돔내의 구조적으로 취약한 부분을 형성하게 된다. 펀치와 모루의 이동과 위치를 정밀하게 제어하는 것에 의해, 유사한 시닝력, 인장력 또는 전단력이 디스크들에 계속적으로 유도될 수 있다. 이러한 방법에서, 일련의 파열 디스크들의 신뢰도와 정확도가 통상 설비용으로 요구되는 수준으로 유지될 수 있다.

펀치(150)의 동작은 정밀하게 제어되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 펀치 칩(152) 동작의 허용 가능한 범위는 0.0001 인치까지 조정 가능한 마이크 로미터에 의해 제어된다. 이러한 방법으로, 돔의 정점에 대해 파열 디스크내에 형성된 만입부의 깊이가 정확하면서 정밀하게 제어될 수 있다.

대안으로, 펀치 팁(152)과 모루 개구부(164)는 디스크가 전단 상태에 있게 하는 크기일 수도 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 파열부(45)가 전단되어 형성된 만입부(140)가 날카로운 모서리를 갖는 외부 가장자리(142)를 형성하게 된다. 게다가, 주름부(200)가 전술된 실시예에서 오목면인 파열부(45)의 반대면에 형성된다. 또한, 펀치의 전단 동작으로 파열부(45)내에 매우 얇은 영역(202)이 형성된다. 이러한 얇은 영역이 최초 반전 지점과 일치하는 구조적 취약 부분을 나타낸다.

도 11에 도시된 바와 같이, 파열부(45)를 전단시키는 펀치 팁(152)은 오목면(168)을 포함하는 것이 바람직하다. 펀치 팁(152)이 파열부(45)에 결합될 때, 가장자리(167)가 먼저 파열부의 곡선면을 고정한다. 이러한 최초 고정이 파열 디스크에 형성된 만입부의 형상이 계속 동일해지는 것을 보장한다. 평평한 펀치 팁은 사용되면서 마모되어, 불균일하면서 일관되지 않은 만입부를 형성하게 될 것이다.

펀치 팁(152)의 단면 형상은 어떤 형상 또는 크기여도 무방하다. 예를 들어서 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이, 펀치 팁(152)은 원형(도 12a 참조), D자형(도 12b 참조) 또는 낙루형(tear drop profile:도 12c 참조)일 수도 있다. 모루 개구부(164)의 형상은 펀치 팁(152)의 단면 형상과 대응하는 형상이거나 또는 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 낙루형 펀치는 환형의 모루 개구부 또는 낙루형의 모루 개구부와 함께 사용될 수 있다.

만입부(140)의 형상은 만입부 형성 장치에서의 여러 변화를 통해 다양하게 변동될 수 있다. 예를 들어, 펀치 팁(152)의 크기와 형상은 독자적으로 변동되거나 또는 만입부의 최종 형상 변경에 따라 변동될 수 있다. 또한, 펀치 팁(152)과 모루 개구부(164) 중 하나 또는 모두가 돔 형상의 정점으로부터 편심되어 만입부의 형상을 변경시킬 수도 있다. 여러 가지 다른 형상과 크기의 펀치 팁과 모루 개구부로 계속적인 실험을 한다면, 최적의 성능 특성을 제공하는 만입부의 형상이 제시될 것으로 기대된다.

파열 디스크 형성시에 파열부에 만입부를 형성하는 장치(160)가 도 13 및 도 14에 도시되어 있다. 종래 기술로부터 공지된 바와 같이, 파열 디스크는 파열 디스크 블랭크로 알려진 평평하고 원형인 판의 재료로부터 제조되는 것이 일반적이다. 평판 재료의 한 부분이 유압 또는 공압에 노출되어 돔 형상의 파열부를 형성한다.

만입부 형성 장치(160)는 파선(172)을 나타낸 디스크 블랭크의 주변을 견고히 지지하는 클램프(161)를 포함한다. 클램프(161)는 지지체(162)와 몰드(164)를 포함한다. 지지체(162)는 압축 유체 공급원과 연결된 중앙 통로(168)를 포함한다. 디스크 블랭크가 클램프(161)로 견고히 고정되면, 통로는 화살표(170)로 나타낸 디스크 블랭크 중앙의 비고정부를 향해 압축 유체를 안내한다. 디스크 블랭크의 비고정부에 작용하는 유체력이 비고정부를 몰드(164) 방향으로 클램프에 대해 상대 이동시킨다.

몰드(164)는 디스크 블랭크를 향하는 오목면(176)을 포함한다. 비고정부가 클램프에 대해 상대 이동하게 될 때, 디스크 블랭크가 오목면(176)에 결합된다. 오 목면(176)의 형상이 파열부(45)의 최종 형상을 정하게 된다.

몰드(164)는 펀치(150)인 것이 바람직한 부재가 수용되는 개구부(166)를 포함한다. 펀치(150)는 돔 형상의 정점과 대응하는 지점 또는 이 지점 근방에서 오목면(176)으로부터 돌출된 팁(152)을 포함한다. 바람직하게는, 펀치(150)는 오목면(176)으로부터 돌출된 펀치 팁(152)의 길이를 가변시킬 수 있도록 몰드(164)에 대해 이동 가능하다. 또한, 파열 디스크 제작중의 어떠한 문제 발생시에 압축 유체의 방출을 위해, 몰드(164)는 배기구(174)를 포함한다.

도 14에 도시된 바와 같이, 펀치 팁(152)은 압축 유체에 의해 이동된 디스크 블랭크에 결합된다. 디스크 블랭크에 유체력이 계속 인가되면, 디스크 블랭크가 펀치 팁 주위를 따라 구부러져서 만입부(140)가 형성된다. 만입부(140)와 만입부 가장자리(142)의 형상은 유체 압력을 변화시키는 것에 의해 변경될 수 있다. 높은 유체 압력은 만입부 가장자리(142)의 곡률 반경을 짧게 한다. 역으로, 낮은 유체 압력은 만입부 가장자리의 곡률 반경을 길게 한다.

몰드와 펀치로 파열 디스크를 형성하는 것에 의해, 만입부의 최종 형상이 정밀하게 제어될 수 있다. 특히, 돔의 정점에 대한 만입부의 깊이가 정밀하게 제어될 수 있다. 또한, 디스크의 파열 압력에 큰 영향을 주는 다른 인자인 디스크 플랜지에 대한 돔의 높이도 정밀하게 제어될 수 있다. 따라서, 파열 디스크의 신뢰도와 정밀도가 통상 설비용에서 요구되는 수준으로 유지될 수 있다.

펀치 팁(152)은 도 11에 도시된 단면 형상일 수도 있지만, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 단면 형상일 수도 있다. 펀치 팁은 돔 형상의 정점으로부터 편심될 수도 있다.

또한, 만입부의 형상도 펀치 팁을 이동시키고 디스크 돔의 수정하는 것에 의해 변경될 수 있다. 디스크가 제 1 압력의 유체에 의해 형성된 후, 펀치 칩(152)은 몰드의 오목면에 대해 부분적으로 또는 완전히 후퇴할 것이다. 이어서, 파열 디스크는 최초 형성 압력보다 작은 다른 압력의 압축 유체에 노출된다. 압축 유체는 다시 디스크에 작용하여 돔을 변형시킨다. 펀치 팁이 파열부에 결합되어 있지 않으므로, 유체가 돔 형상의 정점에 대해 만입부의 깊이를 낮출 것이다. 이러한 방법으로, 만입부의 형상이 변경된다.

또한, 만입부를 갖는 파열 디스크는 파열 디스크 블랭크로부터 견고하게 스탬프(stamp)될 수도 있다. 이것은 파열 디스크 블랭크로부터 파열 디스크 돔의 원하는 형상을 형성하는 형상으로 형성된 공작기계로부터 달성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 펀치는 공작기계내에 슬라이딩 가능하게 배치된다. 이에 의해, 돔의 정점에 대한 만입부의 깊이를 유사한 높이와 형상을 갖는 디스크들 사이에서 변경시킬 수가 있다. 전술된 바와 같이, 만입부의 형상이 파열 디스크의 파열 압력을 결정한다. 따라서, 유사한 디스크들의 파열 압력이 여러 통상 설비의 요구에 따라 쉽게 변경될 수 있다.

다른 방안으로, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 구조적 정점 형상부는 파열 디스크의 파열부(45)내에 있는 개구부(180)일 수도 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 개구부(180)는 파열부(45)의 돔 형상의 정점과 중심이 일치하는 것이 바람직하다. 그러나, 개구부(180)는 돔 형상의 정점으로부터 편심될 수도 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 개구부(180)는 원형인 것이 바람직하다. 그러나, 개구부(180)는 예를 들어 삼각형, 정사각형, 오각형, 육각형 또는 타원형일 수도 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 라이너(182)가 개구부(180)를 덮어서 밀봉한다. 바람직하게는, 라이너(182)는 파열 디스크의 재질보다 가벼우면서 신축성이 더 좋은 재질로 제작된다. 비록, 라이너(182)가 개구부(180)를 지나 약간 더 연장될지라도, 라이너(182)가 파열 디스크 전체를 덮는 것이 바람직하다. 라이너(182)는 파열부 및/또는 플랜지를 포함하는 파열 디스크의 소정 부분에 접착제 또는 용접에 의해 부착될 수 있다.

아래의 예들에서 증명되는 바와 같이, 본 발명의 방법들과 장치에 따른 디스크 돔의 정점에 만입부를 형성하는 것은 파열 디스크의 파열 정확도를 개선시킨다. 파열 디스크들은 5 내지 10 종류의 생산 단위에서 제작되고, 어느 한 생산 단위의 모든 디스크들은 동일한 생산 단위로부터 통계적으로 표본된 테스트 디스크들을 근거로 하여 등급된 파열 압력을 수용한다. 일반적으로, 한 생산 단위에서의 모든 디스크들은 등급 파열 압력의 5% 내에서 파열될 것이다. 따라서, 디스크의 사전 파열을 방지하기 위해, 시스템의 작동 압력은 등급된 디스크의 파열 압력의 90%를 초과해서는 안된다. 디스크의 정확도와 재현도를 증가시키는 것은 파열 디스크의 등급 압력의 90% 이상에서 시스템이 작동되는 것을 가능하게 하므로써, 수용 가능한 안전 마진을 달성하게 한다.

본 발명에 따른 파열 디스크들은 실제 파열 압력과 상당히 일치한다. 다음의 파열 정확도 테스트 데이터는 다음 3가지 다른 방법중의 하나로 형성된 만입부를 갖는 파열 디스크들상에 행해진 테스트를 비교해서 나타낸다: (1) 비정형성 만입부, (2) 몰드로 형성된 만입부, 및 (3) 모루로 형성된 만입부.

파열 정확도 테스트 1 - 비정형성 만입부를 갖는 디스크

본 파열 정확도 테스트는 형성 중에 몰드 또는 다른 지지체를 사용하지 않고 공구가 디스크 돔과 결합된 비정형 방법으로 형성된 만입부를 갖는 1.5 인치 디스크에 대해 실시되었다. 다양한 두께, 돔 높이 및 만입부 깊이를 갖는 여러 형상의 디스크들이 파열되어 각 디스크의 실제 파열 압력이 측정되었다. 이어서, 각 형상의 디스크의 실제 파열 압력이 비교되어, 디스크 형상에 따른 파열 정확도가 측정 되었다.

파열 압력 정확도는 측정된 평균 파열 압력의 백분율에 대한 실제 파열 압력의 표준 편차의 3배이다.

파열 정확도 테스트 2 - 몰드로 형성된 만입부를 갖는 디스크

본 파열 정확도 테스트는 상세하게 전술된 몰드로 형성된 만입부를 갖는 1.5 인치 디스크에 대해 실시되었다. 다양한 두께, 돔 높이 및 만입부 깊이를 갖는 여러 형상의 디스크들이 파열되어 각 디스크의 실제 파열 압력이 측정되었다. 이어서, 각 형상의 디스크의 실제 파열 압력이 비교되어, 디스크 형상에 따른 파열 정 확도가 측정되었다.

파열 정확도 테스트 3 - 모루드로 형성된 만입부를 갖는 디스크

본 파열 정확도 테스트는 상세하게 전술된 바와 같이, 디스크 돔 형성 후에 모루로 형성된 만입부를 갖는 1 인치 디스크에 대해 실시되었다. 다양한 두께, 돔 높이 및 만입부 깊이를 갖는 여러 형상의 디스크들이 파열되어 각 디스크의 실제 파열 압력이 측정되었다. 이어서, 각 형상의 디스크의 실제 파열 압력이 비교되어, 디스크 형상에 따른 파열 정확도가 측정되었다.

파열 정확도 요약

다음 표는 상기 테스트 데이터를 요약한 것이다. 이 표는 파열 디스크의 돔내에 만입부를 형성하는 여러 방법에 따른 평균 파열 압력을 제공한다.

평균 파열 정확도는 상기 테스트에서 측정된 파열 정확도의 평균치이다.

상기 테스트에서 나타나고 위 표에서 요약된 바와 같이, 본 발명에 의해 형성된 만입부를 갖는 파열 디스크들이 다른 방법들로 형성된 만입부를 갖는 디스크들보다 상당히 높은 파열 정확도를 갖는다.

스코어 라인의 위치와 같은 디스크의 다른 설계 변수들을 조정하면, 디스크의 파열 정확도는 더욱 개선될 것이다. 또한, 본 발명과 부합하는 구조적 정점 형상부 및 디스크의 전이 영역내의 스코어 라인을 갖는 파열 디스크가 기존의 파열 디스크의 파열 정확도 특성과 비교해서 크게 개선된 파열 정확도 특성을 가질 것이다.

본 발명의 다른 장점은 손상 안전율이 감소한다는 것이다. 디스크의 손상 안전율은 손상된 디스크의 실제 파열 압력을 디스크의 등급 압력으로 나누어서 결정된다. 다음의 데이터는 본 발명에 의한 방법으로 제작되지만 여러 가지 형태로 손상된 파열 디스크의 손상율을 나타낸다.

손상 테스트 : 다음의 손상 테스트는 본 발명에 따른 1인치 파열 디스크들에 수행되었다. 이러한 파열 디스크들은 275psig 압력하에서 형성된 0.004인치의 니켈로부터 제작되어, 0.190인치의 정점 높이를 갖는다. 비손상 상태에서 테스트된 디스크들의 평균 파열 압력은 50.6psig였다. ASME 표준에 따라, 수용 가능한 파열 압력 오차는 등급 파열 압력의 ±5psig이다. 따라서, 파열 디스크들에 대한 이러한 테스트를 위해, 수용 가능한 최소 파열 압력은 48.1psig이고, 최대 파열 압력은 53.1psig이다.

디스크의 손상 형태는 디스크의 돔이 물리적으로 변경되어 디스크의 파열부 양측상에 육안으로 확인되는 형상으로 간주된다.

디스크의 무디어진 손상(blunt damage)는 예를 들어 0.75인치의 직경을 갖는 망치와 같은 원형의 프로파일을 갖는 평평한 물체로 가해졌다.

디스크의 모난 손상(sharp damage)는 예를 들어 0.200×0.040인치의 크기를 갖는 스크류 드라이버와 같은 직사각형의 프로파일된 팁을 갖는 공구로 가해졌다.

위 테스트에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제작된 파열 디스크는 1보다 작은 손상 안전율을 갖는다. 따라서, 설사 본 발명에 따른 파열 디스크가 설치 전에 또는 후에 파손된더라도, 디스크는 수용 가능한 최대 파열 압력(이번 예에서는 측정된 파열 압력에 5%를 더한 압력)보다 크지 않은 압력에서 파열될 것이다.

전술된 바와 같이, 개시된 압력 방출 조립체는 압축 가스 또는 액체를 포함하는 압축 시스템에 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 제공된 파열 디스크는 액상 설비와 기상 설비 모두에서 파열시에 낮은 유동 저항 Kr을 갖게 된다.

유동 저항은 시스템의 압력이 낮아지도록 파열 디스크가 유체를 방출시키는 비율을 결정한다. 유동 저항은 파열 디스크에 대한 압력 강하, 또는 속도 수두 손실의 함수이다. 속도 수두 손실이 크면 유동 저항도 커지게 되고, 따라서 유체 방출율이 낮아지게 된다. ASME는 표준 ASME PTC 25에서 파열 디스크의 유체 방출율로 요구되는 성능 테스트를 제정하였다.

본 발명에 따란 제작된 파열 디스크는 액상과 기상 환경 모두에서 낮은 Kr을 가진다. 파열 디스크의 Kr 측정치는 표준화된 과정을 통해 결정된다. 한 방법에서, 특정 디스크 설계의 Kr 측정치는 디스크의 최대 압력 측정시 서로 다른 크기의 3개의 디스크 샘플을 파열시키는 것에 의해 결정된다. 이어서, 9개 각각의 파열 디스크의 Kr 수치가 결정된다. 파열 디스크의 Kr 측정치는 9개의 Kr 수치들의 평균에다 9개의 Kr 수치들의 표준편차의 3배를 더한 수치와 동일하다. 다음의 테스트 데이터는 ASME 표준에 따라 기상 환경에서 본 발명에 따라 제작된 디스크들에 수행된 테스트 결과를 나타낸다.

위 테스트에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 파열 디스크는 기상 환경에서 낮은 Kr을 갖는다. 액상 환경에서의 Kr이 약간 높을 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 본 발명은 액상 환경하에서 낮은 Kr을 제공한다. 본 발명에 따른 파열 디스크의 Kr은 기상과 액상 설비 모두에서 1.6보다 작은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 파열 디스크의 Kr은 기상과 액상 설비 모두에서 1.0 이하이다. 본 발명에 따른 파열 디스크의 Kr은 기상 및/또는 액상 설비에서 0.7 이하인 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 또 다른 장점은 액상 설비에서 파열 압력이 낮은 파열 디스크 설계에 있다. 기존의 비분쇄형 파열 디스크들은 저압의 액상 설비용으로는 부적합한데, 그 이유는 디스크들이 저압의 액상 설비용에서 완전히 개방되지 않게 때문이다. 그러나, 본 발명에 따른 파열 디스크는 100psig 압력하에서 작동하는 액상 설 비에서 ASME 성능 기준을 만족한다.

본 발명의 범주와 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명에 따른 파열 디스크 조립체가 당업자에게 다양하게 변형되고 수정될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들은 여기에서 개시된 본 발명을 실시하고 명세서를 숙고하는 것에 의해 당업자에게는 명백해질 것이다. 명세서와 예들은 오직 예증적인 것이고, 본 발명의 진정한 범주와 정신은 다음의 청구범위에 의해 나타난다.

Claims (110)

1. 입구 보어를 갖는 입구 지지부재와 출구 보어를 갖는 출구 지지부재 사이에서 밀봉된 파열 디스크 조립체로서,

   돔 영역을 형성하는 볼록면과 오목면을 포함하는 돔 형상의 파열부를 갖고, 상기 파열부는 제 1 및 제 2 단부를 갖는 스코어 라인을 가지며, 상기 스코어 라인은 사전 설정된 압력 이상의 유체에 파열부의 노출시 파열부가 따라 파열되는 취약 라인을 형성하는 파열 디스크; 및

   상기 파열 디스크의 오목면에 인접하게 배치되고, 플랜지와 힌지를 포함하며, 상기 힌지는 너클을 포함하고, 상기 너클은 돔 영역내로 하향 연장되고 상기 돔 영역을 횡으로 가로질러 스코어 라인에 의해 그려진 영역 또는 스코어 라인의 양단부를 연결하는 원호에 의해 그려진 영역의 매우 인접하는 내부 지점까지 연장되되, 상기 파일 디스크의 파열에 의해 생성되는 개구부를 결정하는 상기 힌지의 형상은 3개의 세그먼트를 포함하는 것으로 정의되고, 상기 세그먼트 중 하나는 상기 너클의 외측 가장자리에 의해 구성되고, 상기 세그먼트의 적어도 2개는 실질적으로 직선이고, 각 세그먼트는 인접하는 세그먼트에 대한 각도로 결합되며, 상기 힌지는 너클로부터 안전 부재의 플랜지와 직교하는 방향을 따라 출구 보어로 연장된 텅을 더 구비하는 안전 부재를 포함하는 파열 디스크 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 힌지는 텅으로부터 출구 지지부재에 인접한 지점까지 연장된 텅 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 텅은 선형부를 더 포함하고, 상기 텅 지지체는 선형부의 반대측들로부터 둔각을 이루며 연장된 2개의 플랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 2개의 플랩은 출구 지지부재에 인접하게 배치되어 파열 디스크의 비파열 상태에서 그들 사이에 갭을 형성하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 파열 디스크의 파열부는 스코어 라인을 따른 파열시 상기 힌지의 텅과 접촉되어, 텅을 변형시키고 플랩을 출구 지지부재와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 너클의 형상은 파열부의 오목면 윤곽과 합치하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 힌지는 너클의 반대측상에 있는 제 1 및 제 2 포켓을 포함하고, 상기 스코어 라인의 제 1 단부는 제 1 포켓에 인접하게 배치되며, 상기 스코어 라인의 제 2 단부는 제 2 포켓에 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 포켓은 플랜지로부터 출구 보어 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 안전 부재는 파열 디스크의 파열부와 결합되는 형상으로 형성되어 압축 유체의 사전 설정된 수위 초과시 파열부의 파열을 보장하는 스트레스 라이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 스트레스 라이저는 파열부내의 스코어 라인과 접촉하는 형상으로 형성되어 스코어 라인을 따라 파열부의 파열을 보장하는 적어도 하나의 스트레스 집중점을 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 파열 디스크의 파열부는 스코어 라인을 따른 파열부의 파열 후 힌지의 텅에 접촉되어, 상기 텅이 변형되어 파열부의 운동 에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
12. 제 7 항에 있어서,

    상기 제 1 포켓, 제 2 포켓, 너클, 및 텅은 파열 디스크의 파열시 파열부가 구부러지는 주위에 직선으로 배치된 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 파열 디스크 조립체는 입구 보어를 갖는 입구 지지부재와 출구 보어를 갖는 출구 지지부재를 더 포함하고, 상기 입구 및 출구 지지부재는 파열 디스크와 밀봉 결합되는 형상으로 형성되며, 상기 힌지는 텅으로부터 출구 지지부재에 인접한 지점까지 연장된 텅 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 텅은 선형부를 더 포함하고, 상기 텅 지지체는 2개의 플랩을 포함하며, 상기 2개의 플랩은 선형부의 반대측들로부터 둔각을 이루며 연장된 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
15. 제 7 항에 있어서,

    상기 파열 디스크 조립체는 입구 보어를 갖는 입구 지지부재와 출구 보어를 갖는 출구 지지부재를 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 포켓은 플랜지로부터 출구 보어 방향을 따라 연장된 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 파열 디스크는 파열부를 둘러싸는 플랜지와, 상기 플랜지를 파열부에 연결하는 전이 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 취약 라인은 파열부내에 있는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 취약 라인은 전이 영역내에 있는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
19. 제 1 항에 있어서,

    상기 파열부는 돔 형상의 정점에 형성된 만입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 만입부는 만입부를 둘러싸는 돔의 파열부 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
21. 제 19 항에 있어서,

    상기 스코어 라인은 파열 디스크의 파열부내에 있는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
22. 제 19 항에 있어서,

    상기 힌지는 너클의 반대측상에 있는 제 1 및 제 2 포켓을 더 포함하고, 상기 스코어 라인의 제 1 단부는 제 1 포켓에 인접하게 배치되며, 상기 스코어 라인의 제 2 단부는 제 2 포켓에 인접하게 배치된 파열 디스크 조립체.
23. 제 19 항에 있어서,

    상기 힌지는 텅으로부터 압축 시스템의 출구 안전 부재 방향으로 연장된 텅 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
24. 제 13 항에 있어서,

    상기 파열 디스크의 파열부는 스코어 라인을 따라 파열된 후 힌지의 텅과 접촉되어, 텅을 변형시키고 텅 지지체를 출구 지지부재와 결합시키는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
25. 제 1 항에 있어서,

    상기 파열 디스크 조립체는 압축 시스템내에서 밀봉된 형상으로 이루어지고, 상기 파열부는 사전 설정된 압력을 갖는 유체에 노출되면 반전되는 형상으로 이루어지고, 상기 파열부는 그 내부를 관통하는 개구부를 한정하고;

    상기 파열 디스크와 압축 시스템 사이에 배치되고, 상기 파열 디스크의 파열부를 덮어서 밀봉하는 라이너를 포함하는 파열 디스크 조립체.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 개구부는 돔 형상의 정점을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
27. 제 25 항에 있어서,

    상기 라이너는 파열 디스크 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
28. 제 25 항에 있어서,

    상기 라이너는 파열 디스크에 접착제로 부착된 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
29. 제 25 항에 있어서,

    상기 라이너는 금속 재질로 만들어져 파열 디스크에 용접된 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
30. 제 25 항에 있어서,

    상기 라이너는 파열 디스크보다 탄력성이 높은 재질로 만들어진 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
31. 제 25 항에 있어서,

    상기 파열 디스크의 파열부는 스코어 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
32. 제 25 항에 있어서,

    상기 개구부는 원형인 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
33. 제 1 항에 있어서,

    상기 파열 디스크 조립체는 압축 시스템내에서 밀봉된 형상으로 이루어지고, 상기 파열부는 돔의 정점에 배치된 구조적 정점 형상부를 포함하고, 상기 구조적 정점 형상부는 오목면과 볼록면 중 적어도 어느 하나에 형성된 주름부를 포함하는 파열 디스크 조립체.
34. 제 33 항에 있어서,

    상기 구조적 정점 형상부는 만입부인 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
35. 제 34 항에 있어서,

    상기 만입부는 돔 형상의 정점 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
36. 제 34 항에 있어서,

    상기 만입부는 원형인 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
37. 제 33 항에 있어서,

    상기 주름부는 오목면내에 형성된 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
38. 제 33 항에 있어서,

    상기 주름부는 원형이면서 돔 형상의 정점 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 파열 디스크 조립체.
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