KR102258779B1

KR102258779B1 - 안전 헤드

Info

Publication number: KR102258779B1
Application number: KR1020207009827A
Authority: KR
Inventors: 존 토마스코; 제프리 브라지에
Original assignee: 비에스 앤 비 세프티 시스템즈 리미티드
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2021-06-01
Also published as: KR20200039020A; WO2013036858A3; EP2753854A2; RU2645896C9; CA2847868C; CN103917813A; CN106907512A; RU2014112795A; BR112014005403A2; CN106907512B; EP2753854B1; CN103917813B; RU2645896C2; US10704698B2; CA2847868A1; KR20140058664A; US20150211647A1; WO2013036858A2

Abstract

안전 헤드가 개시된다. 보다 구체적으로, 환형 플랜지부와 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 적어도 하나의 돌출부는 조합된 곡률 반경을 나타내는 면을 구비한 안전 헤드가 개시된다. 환형 플랜지부는 적어도 하나의 돌출부보다 두꺼울 수 있다. 또한 입구 안전 헤드와 출구 안전 헤드를 포함하는 안전 헤드 어셈블리가 개시된다. 추가적으로, 입구 안전 헤드가 주변 돌출부를 포함하고, 출구 안전 헤드가 주변 돌출부를 포함하고, 클램프 링이 상기 주변 돌출부들을 결합하도록 구성되는 안전 헤드 어셈블리가 개시된다.

Description

안전 헤드{SAFETY HEAD}

본 출원은 미국 가출원 제61/573,126호 (2011. 9. 8. 출원, 존 토마스코 외. 안전 헤드)에 대한 이익을 주장한다. 상기 미국 가출원의 개시 사항은 참조로서 본 명세서에 명백히 병합된다.

본 명세서는 대체로 지지 구조물 및 볼트 결합된 플랜지들 사이의 인서트 디바이스를 설치하기 위한 관련 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서는 볼트 결합된 플랜지들 사이에 밀봉되게 고정될 수 있는 안전 헤드 장치에 관한 것이다.

가압 시스템 내에 삽입되도록 설계된 많은 수의 인서트 디바이스가 있다. 대표적인 인서트 디바이스는 밸브 및 파열 디스크와 같은 압력 경감 장치(pressure relief device)를 포함할 수 있다. 압력 경감 장치는 위험한 압력 초과 상황에 대응하여, 가압된 유체를 가압 시스템의 일 부분으로부터 내보낼 수 있다. 다른 대표적인 인서트 디바이스는 센서 및 측정 장치를 포함한다. 일반적으로, 인서트 디바이스는 가압 시스템 내 플랜지 볼트를 통해 함께 지지되는 2개의 컴패니언 플랜지(companion flange)들 사이에 설치될 수 있다.

가압 시스템 분야에서, 다수의 상이한 플랜지 볼트 결합 패턴이 주어진 공칭 사이즈를 갖는 파이프들을 위해 존재한다. 일 예로서, 주어진 공칭 사이즈를 갖는 파이프들에 대해, 상이한 볼트 결합 패턴들이 미국표준협회(ANSI), 미국기계학회(ASME), 독일표준협회(DIN) 및 일본공업규격(JIS)에 의해 요구된 각각의 표준에 의해 요구될 수 있다. 더불어 주어진 공칭 사이즈 및/또는 표준을 갖는 파이프들에 대해, 상이한 볼트 결합 패턴들이 상이한 압력 등급들을 위해 요구된다. 따라서 인서트 디바이스가 다양한 플랜지 볼트 결합 패턴들을 갖는 가압 시스템들 내에 교체 가능하게 들어맞도록 하는 것이 바람직하다.

인서트 디바이스의 성능은 가압 시스템 내 적절한 정렬 및 가압 시스템 내 적절한 실링이라는 두가지 주요소에 의존한다. 첫째, 예를 들어 인서트 디바이스가 파열 디스크인 경우 파열 디스크는 가압 시스템의 유체 유로의 중심에 가능한 근접하도록 정렬되는 것이 바람직하다. 파열 디스크의 중심 배치 또는 정렬은 파열 디스크가 파열될 때 유체 저항(K_r)을 안정화시켜, 바람직하게는 압력 초과 유체가 시스템에서 방출되는 속도를 증가(또는 그렇지 않으면 최적화 또는 안정화)시킨다. 둘째, 인서트 디바이스에 대해, 적절한 실링은 유체가 주변 환경으로 누출되는 것을 방지할 것이다.

인서트 디바이스의 하나의 타입은 플랜지 어댑터의 사용을 통해 적절한 정렬을 이룰 수 있다. 인서트 디바이스는 플랜지 어댑터와 정렬을 이루어 결과적으로 플랜지 볼트의 세트와 정렬되도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 플랜지 어댑터는 동일한 공칭 사이즈의 파이프를 위한 다수의 볼트 구조에 들어맞도록 구성된다. 이러한 특징을 제공하는 하나의 플랜지 어댑터가, 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 병합된, 공유의 미국 특허출원 제10/936,761호에 나타난다.

공지된 플랜지 어댑터는 가압 시스템 내에서 실링시 단점을 나타낸다. 플랜지 어댑터의 실링의 질은 플랜지 볼트에 적용되는 토크값에 주로 의존된다. 작업자는 플랜지 볼트에 최적화된 토크를 제공하기 위한 도구나 전문성이 부족할 수 있다; 따라서 실제로 많은 인서트 디바이스는 부적합한 설치의 결과로서 최적화되지 못한 실링을 제공할 수 있다. 더불어, 컴패니언 플랜지들 사이에 설치되는 플랜지 어댑터의 실링은 컴패니언 플랜지들의 정렬에 의존할 수 있다. 예를 들어 수직도, 평행도, 및 매칭 면들의 동심도와 같은 요소들은, 인서트 디바이스(예를 들어 파열 디스크) 및 그의 홀더 간 실링 배열 및 홀더와 컴패니언 플랜지들 간 실링 배열에 영향을 줄 수 있다. 실제로, 두개의 컴패니언 플랜지들은 서로 간 정밀하게 정렬을 이루는 것이 드물다. 그러한 정렬되지 않은 플랜지들 사이에 설치된 플랜지 어댑터 또는 인서트 디바이스는 최적화될 실링을 제공하지 못할 수 있다.

인서트 디바이스의 또 다른 타입은 지지 장치 또는 안전 헤드 어셈블리의 도움 하에 가압 시스템 내에 설치될 수 있다. 지지 장치는 입구 지지 부재 및 출구 지지 부재를 포함할 수 있다. 어셈블리 볼트는 2개의 지지 부재 사이의 인서트 디바이스와 함께, 2개의 지지 부재를 함께 지지한다. 지지 장치 및 인서트 디바이스는 컴패니언 플랜지 볼트들의 세트로 결합되는 2개의 컴패니언 플랜지 사이에 실장된다. 지지 장치는 플랜지 볼트들 사이에 적절히 위치되는 인서트 디바이스를 정렬시킬 수 있다. 더불어 지지 장치는, 특히 동일한 공칭 사이즈를 갖는 파이프들에 대해, 상이한 압력 등급과 설계 기준들에 상응하는 플랜지 볼트들의 세트 내에 교체 가능하게 들어맞을 수 있다. 하나의 대표적인 지지 장치는 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 병합된, 공유의 미국 특허 제4,751,938호("'938 특허")에 개시되어 있다.

실제로, 2개의 지지 부재는 종종 2개의 컴패니언 플랜지들 보다 정밀하게 서로 간 정렬을 이룰 수 있다. 따라서, 지지 장치 내 설치된 인서트 디바이스는 2개의 (잠재적으로 정렬되지 않은) 컴패니언 플랜지들 사이에 직접적으로 설치되는 것 보다 우수한 실링을 제공할 수 있다. 인서트 디바이스가 지지 장치 내에 적절히 정렬되는 것을 보장하기 위하여, 지지 장치는 미리 조립된 구조로 최종 사용자에게 제공될 수 있다. 미리 조립될 때 지지 부재들은 그들 사이에 적절히 위치된 인서트 디바이스와 느슨하게 볼트 결합된다. 따라서 최종 사용자는 2개의 컴패니언 플랜지들 사이에, 미리 조립된 장치를 설치하기만 하면 된다. 미리 조립된 구조 내 인서트 디바이스는 플랜지 볼트에 적용되는 토크에 의해 상기 장치 및 가압 시스템 내에서 실링된다.

공지된 지지 장치는 고비용의 습윤 재질로 이루어질 수 있다. 고비용 재질은 온도 안정성, 부식 저항 능력, 및 투자율 때문에 선택될 수 있다. 재질 비용 때문에 사용되는 재질의 양을 줄이는 것이 바람직하다.

지지 장치는 또한 미리 토크가 가해진 구조로 사용자에게 제공되는 경우 보다 우수한 실링을 제공할 수 있다. 미리 토크가 가해질 때, 지지 장치의 어셈블리 볼트는 내부 인서트 디바이스를 실링하기 위한 최적 레벨의 토크를 제공한다. 토크의 최적 레벨은 판매자 또는 제작자에 의해 적용될 수 있거나, 지지 장치 및 인서트 디바이스를 설비에 실장하기 이전에 사용자에 의해 적용될 수 있다. 미리 토크가 가해진 지지 장치가 가압 시스템의 2개의 컴패니언 플랜지들 사이에 설치될 때, 인서트 디바이스의 실링은 플랜지 볼트에 적용되는 토크 레벨에 실질적으로 독립적이다. 따라서 최적 실링을 얻기 위해, 최종 사용자가 플랜지 볼트들에 정밀한 토크 레벨을 적용하기 위한 기술이나 전문성을 보유할 필요가 없다.

공지의 지지 장치는 지지 장치의 어셈블리 볼트를 설치 후 보이거나 조정 가능하게 유지하는 요소가 부족하다. 지지 장치의 한 예는 하나의 지지 부재를 통해 그리고 또 다른 것 내부로, 관통홀 세트를 통해 수직하게 연장되는 어셈블리 볼트를 포함한다. 이들 관통홀은 카운터싱크(countersink)나 카운터보어(counter-bore)를 통해 가공된 홈, 또는 어셈블리 볼트를 가리는 어떤 다른 (절삭 작업 또는 기타 작업을 통해 마련된)홈을 구비할 수 있다. '938특허의 도 3에 도시된 바와 같이, 지지 부재들은 서로 실질적으로 같은 높이에 놓여질 수 있다. 이러한 구조는 사용자가 지지 부재들 사이의 어셈블리 볼트의 나사산이 형성된 부분을 보는 것을 방해한다. 따라서 사용자는 그러한 확인이 지지 어셈블리가 정확하게 설치되는지를 나타낼 수 있을 때, 설치된 지지 어셈블리 내 어셈블리 볼트의 존재를 확인할 수 없다. 또한 '938특허의 도 3에 도시된 바와 바와 같이 컴패니언 플랜지 부재는 지지 어셈블리의 상면 및 하면을 완전하게 커버하여, 사용자가 어셈블리 볼트의 헤드를 보거나 그에 접근하는 것을 방해한다. 따라서 사용자는 어셈블리 볼트의 존재와 어셈블리 볼트에 적용되는 토크의 레벨을 확인 또는 조정하는 것이 불가능하다.

공지된 지지 장치의 경우, 또한 지지 장치를 시스템의 컴패니언 플랜지 사이로부터 제거하는 것이 쉽지 않다. 예를 들면, 고정된 배관 시스템 내에서 또는 직경 및/또는 길이가 아주 작기 때문에 파이프가 무거운 곳에, 컴패니언 플랜지는 쉽게 또는 안전하게 이동될 수 없다. 따라서 지지 장치의 제거 및/또는 설치를 위해 모든 컴패니언 플랜지 볼트의 제거를 요구하지 않는 지지 장치가 필요하다.

공지된 지지 장치에서 간과된 추가적인 요소는 부식을 일으키거나 기타 혹독한 환경에서 사용될 때의 내구성과 가변성이다. 종종 가압 시스템의 내용물은 반응성이 큰 성질을 나타내고 시스템의 부품을 부식 또는 침식시키는 경향이 있다. 입구 지지 부재의 내측 보어는 이러한 내용물과 자주 접촉하여, 입구 지지 부재를 침식시키거나 질을 저하시키기 쉽다. 그러한 혹독한 환경에서 입구 지지 부재를 사용하기 위해, 그것은 고비용의 부식 및/또는 열 저항 물질로 이루어질 필요가 있다. 더불어, 입구 지지 부재는 부식 또는 침식됨에 따라 잦은 교체를 요구할 수 있다.

공지된 지지 장치의 또 다른 예는 바이트 실(bite seal)의 사용을 통해 인서트 디바이스에 실링을 제공할 수 있다. 바이트 실은 지지 어셈블리의 부품이 함께 가압될 때 인서트 디바이스에 끼어 들어가거나 인서트 디바이스와 맞물리도록 구성된 융기부(ridged portion)를 포함한다. 바이트 실은 인서트 디바이스에 적용되는 압력에만 의존하는 실보다 효과적이다. 공지된 지지 장치는 지지 부재 중 어느 하나의 필수적인 부분으로서 바이트 실을 제공한다. 이러한 구조는 많은 단점을 갖는다. 우선, 일부 지지 장치에 있어 바이트 실은 매우 단단하고 고가의 물질로 이루어져야 한다. 바이트 실이 지지 부재에 포함될 때 전체 지지 부재는 매우 단단하고 고가의 물질로 이루어져야 하며 이는 지지 장치의 재료비를 증가시킨다. 더불어 바이트 실은 수송, 설치 또는 반복 사용을 통한 손상으로 인한 문제가 있다. 그러한 손상은 찌그러지거나 움푹 들어간 형상을 가질 수 있다. 손상된 바이트 실은 인서트 디바이스와 저하된 실링 성능을 제공한다. 따라서 손상된 바이트 실은 교체되어야 한다. 공지된 장치에 있어 바이트 실의 교체는 전체 지지 부재의 교체를 요구하여 지지 장치의 유지 비용을 증가시킨다.

상술한 관점에서, 공지된 지지 장치 또는 안전 헤드 어셈블리의 기능을 보유 또는 향상시키면서, 재료의 사용을 감소시킨 지지 장치 또는 안전 헤드 어셈블리가 요구된다. 또한 가압 시스템 내에서 인서트 디바이스의 보다 적절한 정렬과 실링을 가능하게 하는 지지 장치 또는 안전 헤드 어셈블리가 요구된다. 또한 가압 시스템 내에 설치되는 동안 어셈블리 볼트들이 보이고 조정될 수 있는 안전 헤드 어셈블리가 요구된다. 더불어 감소된 재료 비용으로 침식 또는 부식에 대한 저항성을 증가시킨 안전 헤드 어셈블리가 요구된다. 또한 저비용으로 교체될 수 있는 바이트 실을 갖는 안전 헤드 어셈블리가 요구된다. 또한 향상된 정렬 및 실링을 제공하는 안전 헤드 어셈블리의 설치 및 조정 방법이 요구된다.

본 명세서의 일부로 구성되고 병합된, 수반된 도면들은 본 명세서와 함께 몇가지 실시예를 도시하고, 본 명세서의 측면들을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 본 명세서에 제시된 안전 헤드 어셈블리의 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 2a는 도 1의 실시예 내에 사용되는 출구 안전 헤드를 도시하는 평면도이다.
도 2b는 본 명세서에 따른 안전 헤드 어셈블리의 윤곽을 도시하는 측면도이다.
도 2c는 공지된 안전 헤드 어셈블리의 윤곽을 도시하는 측면도이다.
도 2d 및 도 2e는 본 명세서에 따른 안전 헤드에 의한 재료 절감을 나타내기 위해, 공지된 안전 헤드의 윤곽에 덮어 씌운, 본 명세서에 따른 안전 헤드를 나타낸다.
도 3은 도 2A의 출구 안전 헤드의 물결 형상부(wave)에 대한 상세 평면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 상이한 볼트 결합 패턴들에서 볼트들에 인접한, 도 2a의 출구 안전 헤드 물결 형상부의 배치를 나타낸 상세 평면도이다.
도 4d는 본 명세서에 따른 물결 형상부 표면의 조합된 곡률을 설계하기 위한 과정을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 4개의 파이프 플랜지 볼트 가압 시스템에 설치된 것으로서 도 2a의 출구 안전 헤드의 제1 및 제2 위치를 나타낸 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 8개의 파이프 플랜지 볼트 가압 시스템에 설치된 것으로서 도 2a의 출구 안전 헤드의 제1 및 제2 위치를 나타낸 평면도이다.
도 7은 리버스-버클링(reverse-buckling) 파열 디스크 및 안전 헤드 인서트 부재를 포함하는, 도 1의 안전 헤드 어셈블리를 나타낸 단면도이다.
도 8은 안전 헤드 인서트 부재의 바이트 실을 보여주는, 도 1의 안전 헤드 어셈블리를 나타낸 상세 단면도이다.
도 9는 안전 헤드 인서트 부재를 포함하는, 도 1의 안전 헤드 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 10은 안전 헤드 인서트를 구비한 입구 안전 헤드를 포함하는 안전 헤드 어셈블리의 단면도이다.
도 11은 안전 헤드 인서트를 구비한 입구 안전 헤드 및 안전 헤드 인서트를 구비한 출구 안전 헤드를 포함하는 안전 헤드 어셈블리의 단면도이다.
도 12는 안전 헤드 인서트를 구비한 입구 안전 헤드 및 안전 헤드 인서트를 구비한 출구 안전 헤드를 포함하는 안전 헤드 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 13은 안전 헤드 인서트를 구비한 입구 안전 헤드 및 안전 헤드 인서트를 구비한 출구 안전 헤드를 포함하는 안전 헤드 어셈블리의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 14는 출구 안전 헤드 내 센서 구멍(sensor tap)을 포함하는 안전 헤드 어셈블리를 나타낸 단면도이다.
도 15는 가스켓의 이용을 도시하는, 입구 안전 헤드 인서트와 출구 안전 헤드 인서트를 갖는 안전 헤드 어셈블리의 단면도이다.
도 16은 핀홀(pin hole)을 구비한 입구 안전 헤드를 나타낸다.
도 17은 보스(boss)와 핀홀을 구비한 입구 안전 헤드를 나타낸다.
도 18은 출구 안전 헤드를 나타낸다.
도 19는 단턱면을 구비한 출구 안전 헤드를 나타낸다.
도 20은 조립된 안전 헤드 어셈블리의 실시예를 나타낸다.
도 21은 조립된 안전 헤드 어셈블리의 다른 실시예를 단면으로 나타낸다.
도 22는 삼각 형상의 안전 헤드의 실시예를 나타낸다.
도 23은 입구 안전 헤드와 출구 안전 헤드가 주변 돌기를 구비한 안전 헤드 어셈블리의 실시예를 나타낸다.
도 24는 클램프가 제공된 도 23의 안전 헤드 어셈블리를 나타낸다.
도 25는 클램프 나사를 나타낸, 도 23 및 도 24의 안전 헤드 어셈블리에 대한 도면이다.
도 26은 클램프 링 및 클램프 나사를 사용하는 안전 헤드 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸다.
도 27은 클램프 링을 사용하는 부분적으로 절개된 안전 헤드 어셈블리이다.
도 28은 클램프를 사용하는 안전 헤드 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸다.
도 29는 2개의 클램프 나사를 보여주는, 도 28에 도시된 실시예의 다른 도면이다.
도 30은 클램프 링 및 2개의 클램프 나사를 사용하는, 도 28 및 도 29에 도시된 실시예의 다른 도면이다.
도 31은 클램프 링을 사용하는 부분적으로 절개된 안전 헤드 어셈블리를 도시한다.
도 32는 입구 안전 헤드 및 출구 안전 헤드 각각이 주변 돌기를 갖는, 안전 헤드 어셈블리의 다른 실시예를 도시한다.
도 33은 도 32에 도시된 실시예의 다른 도면이다.
도 34는 부분적으로 절개된 안전 헤드 어셈블리를 나타낸다.

본 대표 실시예들에 대해 상세하게 설명한다. 그 예들은 수반된 도면들에 도시된다.

도 1은 본 명세서에 따른 대표적인 안전 헤드 어셈블리를 나타낸다. 이는 주로 번호 100으로 나타내진다. 도 1의 예는 입구 안전 헤드(10)와 출구 안전 헤드(20)를 포함하는 안전 헤드 어셈블리(100)을 나타낸다. 안전 헤드 어셈블리(100)는 가압 유체 시스템 내에 배치되는 임의의 개수의 인서트 디바이스를 위한 홀더 또는 지지 장치로서 기능할 수 있다. 안전 헤드 어셈블리(100)는 입구 파이프 플랜지(미도시)와 출구 파이프 플랜지(미도시) 사이에 압축됨에 의해 가압 시스템에 설치된다. 추가적인 실링 멤브레인(예를 들어 가스켓)이 입구 파이프 플랜지와 안전 헤드 어셈블리 사이 및/또는 안전 헤드 어셈블리와 출구 파이프 플랜지 사이에 위치되거나 그렇지 않을 수 있다. 이러한 압축은 플랜지 볼트들에 토크를 가함에 의해 이루어진다. (도 4a 내지 도 4c에서 200, 도 5a 내지 도 5b에서 201 내지 204, 도 6a 내지 도 6b에서 211 내지 218로 도시됨)

일 실시예에 있어, 안전 헤드 어셈블리(100) 및/또는 안전 헤드(10, 20)는 기공지된 안전 헤드 및 안전 헤드 어셈블리와 함께 사용되는 인서트 디바이스와 하위 호환성(backwards compatibility)을 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 안전 헤드 어셈블리(100) 및/또는 안전 헤드(10, 20)는 "BS&B Safety Systems"에 의해 상업적으로 제공된 현재 안전 헤드 어셈블리 내에 설치될 수 있는 기존 파열 디스크와 완전하게 호환될 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 안전 헤드 어셈블리(100) 및/또는 안전 헤드(10, 20)는 기공지된 안전 헤드 및 안전 헤드 어셈블리가 사용되는 시스템들과 하위 호환성을 유지하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 명세서에 따른 안전 헤드 어셈블리는 기존재 시스템에 대한 추가적인 수정을 요구함이 없이 기공지된 안전 헤드 어셈블리에 대체될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 안전 헤드 어셈블리(100)는 입구 안전 헤드(10)를 출구 안전 헤드(20)에 고정시키는 어셈블리 볼트(30)의 사용에 의해 조립될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 파열 디스크(40)는 안전 헤드(10, 20) 사이에 지지된다; 그러나 본 명세서는 어떠한 개수의 적합한 인서트 디바이스도 안전 헤드(10, 20) 사이에 지지될 수 있음을 이해하고 있다. 또한 단일한 설비 내에 다수의 인서트 디바이스도 안전 헤드(10, 20) 사이에 지지될 수 있음이 고려된다. 도 1에 도시된 안전 헤드 어셈블리(100)는 아래에서 설명되는 바와 같이 미리 토크가 가해지거나 미리 조립될 수 있다. 대체적으로, 다양한 부품들이 분리되어 제공될 수 있다.

예를 들어 안전 헤드 어셈블리(100)가 미리 조립되는 경우 안전 헤드(10, 20)는 그들 사이에 파열 디스크(40)를 실링되게 결합하지 않고, 함께 지지될 수 있다. 안전 헤드 어셈블리(100)가 이러한 미리 조립된 구조로 제공될 때, 최종 사용자는 파열 디스크(40)의 실링 결합을 형성하여야 한다. 이러한 실링 결합은 어셈블리 볼트(30)에 토크를 가하거나 가압 시스템의 2개의 플랜지 사이에 안전 헤드 어셈블리(100)를 압축시킴에 의해 제공될 수 있다.

대체적으로, 예를 들어 안전 헤드 어셈블리(100)에 미리 토크가 가해진 경우 안전 헤드 어셈블리(100)는 고객에게 파열 디스크(40)가 안전 헤드(10, 20) 사이에 이미 실링되게 결합된 상태로 제공된다. 따라서 제작자, 판매자 또는 최종 사용자가 어셈블리 볼트(30)에 최적량의 토크를 적용할 수 있어, 최종 사용자는 컴패니언 플랜지 볼트 결합 배열을 통해 인서트 디바이스(예를 들어 파열 디스크)와 안전 헤드 간 실링 결합을 형성할 필요가 없게 된다. 미리 토크가 가해진 어셈블리를 제공함으로써, 제작자 또는 판매자는 이미 인서트 디바이스와 최적 실링 결합을 갖는 안전 헤드 어셈블리(100)를 제공할 수 있다. 미리 토크가 가해진 어셈블리를 이용함으로써, 최종 사용자는 이미 인서트 디바이스와 최적 실링 결합을 갖는 안전 헤드 어셈블리(100)를 적용할 수 있다.

도 1의 어셈블리 내에 도시된 출구 안전 헤드(20)는 도 2a에 별도로 도시된다. 도 2a에 도시된 바와 같이 출구 안전 헤드(20)은 환형일 수 있는 플랜지(22)와 돌기들을 포함할 수 있다. 돌기들은 (주로 120으로 지정되는) 물결 형상부 및/또는 핸들일 수 있다. 돌기들은 안전 헤드(20)로부터 외측으로 연장될 수 있고, 안전 헤드의 외주부 둘레에 약 90도 이격되어 위치될 수 있다. 직선 모서리부(24)는 각 돌기 사이에 이어질 수 있다. 일 실시예에 있어 플랜지(22)는 환형이고, 직선 모서리부(24)는 원에 접하도록 이어질 수 있다. 출구 안전 헤드(20)의 중심에 위치한 출구 보어(21)는 유체 유로(F)를 정의할 수 있다. 물결 형상부(120) 및 핸들(26)은 각각 볼트 관통홀(25)을 정의하는 관통 보어를 포함한다. 플랜지는 핀홀(23)들을 정의하는 일련의 비대칭의 부분적인 보어들을 포함한다. 이하 구체적으로 설명할 바와 같이, 핀홀(23)들의 구조는 출구 안전 헤드(20)와 입구 안전 헤드(10) 및/또는 인서트 디바이스(들)(40) 간 적절한 정렬을 가능하게 한다.

직선 모서리부(24)는 안전 헤드(20) 및/또는 안전 헤드 어셈블리의 핸들링(조작)과 클램핑(고정) 도중 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 직선 모서리부는 안전 헤드 어셈블리의 선조립(pre-assembly)에 필요할 수 있는 바이스(2개 이상의 클램핑 면)로 고정 클램핑하는 것을 허용할 수 있다. 어셈블리 볼트(도 1의 30)에 선조립 토크를 작용하는 것이 바람직하다면, 고정 클램핑이 그러한 공정을 가능하게 할 수 있다. 일 실시예에 있어 안전 헤드의 모서리부는 안전 헤드의 인체공학적 조작을 위해 라운드지게 형성될 수 있다.

도 2a의 안전 헤드는 도 1에 도시된 바와 같이 플랜지(22) 보다 작은 재질 두께를 갖는 돌기 요소(물결 형상부(120) 및 핸들(26))를 제공한다. 보다 작은 재질 두께를 갖는 물결 형상부(120)는 안전 헤드 어셈블리(100)의 무게 및 재료비를 감소시킨다. 예를 들어 도 2c에 도시된 종래 입구 안전 헤드(210C) 및 종래 출구 안전 헤드(220C)와 비교하여 본 명세서의 입구 안전 헤드(210B) 및 출구 안전 헤드(220B)의 재료 절감을 보여주는 도 2b에 재질 두께 절감이 도시된다. 또한 재질 두께 절감은 예를 들어 종래 공지된 안전 헤드(10Z)의 윤곽에 본 명세서에 따른 안전 헤드(10A)를 겹쳐 놓은 도 2d 및 도 2e에 도시되어 있다.

안전 헤드의 돌기들의 재질 두께의 감소에 따라 재료 및 기계 가공 모두에 있어 비용을 절감할 수 있다. 예를 들어 돌기들의 두께를 감소시킴으로써, 요구되는 볼트홀의 길이 또한 감소될 수 있다-특히 안전 헤드가 주조에 의해 형성되는 경우-. 결과적으로, 각 안전 헤드의 기계 가공을 위해 요구되는 시간과 비용이 감소될 수 있다. 재질 두께에 있어 결과적인 감소는 안전 헤드 어셈블리의 전체 질량을 감소시킬 수 있으며, 나아가 안전 헤드 어셈블리의 인체공학적 특성 및 조작 특성을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 따른 안전 헤드 어셈블리가 공지된 어셈블리 및 장치에 비해 30% 내지 40%까지 재료를 절감할 수 있으며, 10% 내지 35%까지 비용을 절감할 수 있음을 알아내었다. 또한 보다 큰 공칭 사이즈의 안전 헤드 어셈블리로 보다 큰 재료 및 비용 절감이 가능함을 알아내었다. 기공지된 안전 헤드와 안전 헤드 어셈블리에 의해 요구되었던 것에 비해 얇은 돌기들을 이용하여 보다 적은 수의 결합 스크류 나사로 안전 헤드 어셈블리 내에 적절한 실링을 제공할 수 있음을 알아냄으로써 재료 절감이 가능하게 되었다.

감소된 두께의 돌기(물결 형상부(120) 및 핸들(26))은 외부에 배치되는 센서의 사용을 가능하게 할 수 있다. 공지된 지지 어셈블리의 경우, 감소된 두께가 없어, 입구 및 출구 안전 헤드는 2개의 안전 헤드 사이의 플랜지와 인서트 디바이스에 접근하는 것을 방해한다. (예시적으로 도 2c에 도시됨) 본 명세서에 따른 안전 헤드 어셈블리의 경우 입구 및 출구 안전 헤드는 2개의 안전 헤드 사이의 접근을 허용한다. (예시적으로 도 2b에 도시됨) 개시된 안전 헤드 어셈블리에 의해 제공되는 접근은 예를 들어 근접형 센서의 사용을 가능하게 한다. 근접형 센싱은 파열 디스크와 정렬된 특정 지점이면 안전 헤드 내 얇은 벽의 어디에서나 가능하다. 본 명세서의 입구 안전 헤드와 출구 안전 헤드 간 공간 때문에, 근접 센서의 적절한 배치가 가능하다. 근접 센서가 설명되었음에도 불구하고 다른 센서들이 근접 센서에 추가 또는 이에 대체되어 사용될 수 있다. 예를 들어 온도 센서 또는 압력 센서가 이용될 수 있다. 일 실시예에 있어 센서는 안전 헤드 또는 안전 헤드 어셈블리의 다른 부품 내에 제공되는 블라인드홀 또는 관통홀과 함께 사용될 수 있다. 센서는 입구 및/또는 출구 안전 헤드 어셈블리 내에 설치될 수 있다. 센서는 입구 안전 헤드 및/또는 출구 안전 헤드 내에 설치될 수 있다. 단일 센서 또는 다수 센서가 단일 설비 내에서 임의의 주어진 시간에 이용될 수 있다.

감소된 두께의 물결 형상부(120) 및/또는 핸들(26)은, 안전 헤드 어셈블리(100)가 가압 시스템 내에 설치될 때, 적어도 하나의 어셈블리 볼트(30)를 가시적으로 및/또는 접근 가능하게 남겨두는 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 공지된 안전 헤드 어셈블리의 설치 후에, 작동자는 어셈블리 볼트를 보거나 이에 접근할 수 없다. 그러한 공지의 시스템의 경우 어셈블리 볼트가 실제로 적절하게 설치되었는지 확인하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있으며 이에 따라 안전상 우려를 낳게 된다. 추가적으로 공지의 안전 헤드 어셈블리의 경우 작동자는 어셈블리 볼트가 부식되어 교체가 필요한지 여부에 대해 결정할 수 없다. 이와 달리, 도 1의 안전 헤드 어셈블리(100)에 따르면 어셈블리 볼트 나사부(32) 및 어셈블리 볼트 헤드(34)는 설치 후에 눈에 보일 수 있다. 추가적으로, 설치 후에 어셈블리 볼트 헤드(34)는 토크 레벨의 체크 또는 조정, 또는 부식 레벨의 체크를 허용하도록 접근 가능하게 남아 있다. 상술한 바와 같이 안전 헤드(10, 20)와 인서트 디바이스(파열 디스크(40) 등) 간 실링의 질은 어셈블리 볼트(30)의 토크 레벨에 의존할 수 있다. 어셈블리 볼트에 대한 향상된 가시성 및 접근성은 또한, 설비의 분해를 요구함이 없이, 토크값을 모니터링 및/또는 확인하는 것을 허용하는 통합된 볼트 스트레인 모니터(bolt strain monitor), 텐션 미터(tension meter)와 같이 이전에 사용되지 않은 기술의 통합을 허용할 수 있다.

일 실시예에 있어 도 1에 도시된 바와 같이 볼트 헤드(34)를 수용하도록 홈(27)이 안전 헤드 플랜지에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 볼트(30)는 볼트 헤드(34)가 안전 헤드의 플랜지 표면 상으로 연장되지 않도록 삽입될 수 있다.

도 2a의 안전 헤드의 물결 형상부(120)는 도 3에 구체적으로 나타난다. 물결면(50, wave face)은 가압 시스템의 파이프 플랜지 볼트들(도 4a 내지 도 4c에서 주로 200) 내에서 안전 헤드(20)와 안전 헤드 어셈블리(100)의 적절한 위치 조절을 가능하게 하는 조합된 곡률을 나타낸다. 물결면(50)은 상이한 볼트 결합 패턴들을 갖는 다수의 파이프 플랜지들 사이에 단일 사이즈의 안전 헤드(20) 또는 안전 헤드 어셈블리(100)의 교체 가능한 설치를 가능하게 할 수 있다. 물결면(50)은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 상이한 설계 압력 등급들을 갖는 다수의 파이프 플랜지들 사이에 단일 안전 헤드(20) 또는 안전 헤드 어셈블리(100)의 교체 가능한 설치를 가능하게 할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 물결면(50)은 다양한 구조 또는 패턴으로 배치된 플랜지 볼트(200)에 인접하게 들어맞도록 구성될 수 있다. 본 명세서의 물결 형상부(120)는 물결면(50)의 조합된 곡률의 이용을 통해 그러한 구조를 나타낼 수 있다. 물결면(50)의 조합된 곡률은 도 4d에 도시된 바와 같이 다수의 볼트 결합 패턴들을 다른 것의 위에 겹치고 이들 볼트 결합 패턴들 각각으로부터 볼트의 적어도 일부와 접촉하도록 물결면(50)을 생성함으로써 얻어질 수 있음을 알아내었다. 도 4a 및 도 4c는 파이프의 중심으로부터 상이한 반경에 위치하는 플랜지 볼트(200)을 나타낸다. 반경에 무관하게 물결 면(50)은 플랜지 볼트(200)와 접촉하도록 위치되거나, 및/또는 플랜지 볼트(200)의 표면과 접할 수 있다. 따라서, 동일한 안전 헤드(20) 또는 안전 헤드 어셈블리(100)가 특정 공칭 사이즈의 파이프를 위한 다수의 볼트 결합 패턴들과 들어맞을 수 있다. 일 실시예에 있어 물결면(50)의 형상은 적어도 하나의 접촉 지점이 각 플랜지 타입/등급을 위해 남아 있는 것을 보장할 수 있다. 본 명세서에 따른 안전 헤드는 또한 사이즈에 대한 단일 디자인이 다수의 압력 등급을 위한 압력 요구를 만족시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 물결면(50)은 미국표준협회(ANSI), 독일표준협회(DIN) 및 일본공업규격(JIS)에 의해 공표된 2개 이상의 파이프 플랜지 타입/등급에 들어맞도록 구성될 수 있다.

물결 형상부의 면은 또한 도 5a 및 도 5b, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 설치에 있어 이점을 제공할 수 있다. 본 명세서의 목적을 위해, 플랜지 볼트는 번호 200에 의해 주로 참조된다. 도 5a 내지 도 6b에 도시된 특정 플랜지 볼트는 번호 201 내지 204에 의해 구체적으로 참조된다. 또한 본 명세서의 목적을 위해, 물결 형상부는 주로 번호 120으로 참조되고 특정 물결 형상부는 번호 121 내지 123으로 참조된다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 도 2a의 안전 헤드(20)는 4개의 파이프 플랜지 볼트(201 내지 204)를 이용하는 시스템 내에 설치될 수 있다. 4개의 볼트 플랜지 시스템 중 단지 절반의 플랜지 볼트만이 설치 이전에 제거될 필요가 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이 플랜지 볼트는 플랜지 볼트(201, 202)만 남기고 2개의 플랜지 볼트는 제거된다.

플랜지 볼트의 절반이 제거되고, 안전 헤드(20)은 남아있는 플랜지 볼트(201, 202)들 사이에 삽입될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이 안전 헤드는 하나의 볼트(201)가 제1 물결 형상부(121) 및 제2 물결 형상부(122) 사이에 위치되고 제2 물결 형상부(122)가 플랜지 볼트(201, 202)들 사이에 위치되도록 삽입될 수 있다. 원한다면, 안전 헤드(20)는 물결 형상부(122)가 잔여 플랜지 볼트(201, 202)들 사이에 위치되었다는 것에 관한 가시적인 신호를 작동자에게 제공하도록 비대칭으로 제공되거나 핸들(26)을 구비할 수 있다.

안전 헤드(20)가 도 5a에 도시된 바와 같이 위치된 이후에, 도 5b에 도시된 위치로 회전될 수 있다. 안전 헤드(20)의 회전에 의해, 제1 물결 형상부(121)의 표면은 볼트(201)와 접촉하고, 제2 물결 형상부(122)의 표면은 볼트(202)와 접촉한다. 이러한 접촉은 이후 설치 단계의 준비에 있어 안전 헤드(20)의 안정화를 제공한다. 추가적으로, 이러한 접촉 및 물결면의 조합된 반경은 안전 헤드(20)를 중심에 위치시킨다. 예를 들어 안전 헤드(20)가 파열 디스크(4)의 설치에 이용될 때, 파열 디스크(40)는 가압 시스템 내에서 가능한 중심에 가깝게 위치되는 것이 바람직하다.

안전 헤드가 도 5b에 도시된 위치에 있는 상태에서 이전에 제거된 플랜지 볼트(203, 204)들이 다시 삽입된다. 도시된 실시예에 있어 안전 헤드는 재배치된 플랜지 볼트(203, 204) 각각이 안전 헤드의 표면과 접촉하도록 구성된다. 안전 헤드 상의 4개의 접촉 지점이 4개의 플랜지 볼트 각각과 대응되는 이러한 결과는 안전 헤드(20) 및 안전 헤드 어셈블리(100) 내에 지지될 수 있는 인서트의 바람직한 안정성과 중심 배치를 제공한다.

도 2a의 안전 헤드는 또한 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 8개의 파이프 플랜지 볼트(211 내지 218)을 사용하는 시스템 내에 설치될 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이 안전 헤드(20)는 8개의 볼트 시트템 내에 8개의 플랜지 볼트 중 절반이 제거된 후 설치될 수 있다. 도 6a에서 4개의 플랜지 볼트가 제거되고 단지 플랜지 볼트(211 내지 214)가 남는다.

플랜지 볼트의 절반이 제거되고, 안전 헤드(20)는 남아있는 플랜지 볼트(211, 214)들 사이에 삽입될 수 있다. 도 6a는 제2 물결 형상부(122) 및 제3 물결 형상부(123) 사이에 2개의 플랜지 볼트(213, 214)가 위치하도록 삽입된 안전 헤드(20)를 보여준다. 도시된 바와 같이 안전 헤드는 다른 두개의 플랜지 볼트(211, 212)가 제1 물결 형상부(121) 및 제2 물결 형상부(122) 사이에 위치하도록 삽입된다. 도 6a에 도시된 실시예에 따르면, 제2 및 제3 물결 형상부(122, 123)는 그들의 표면이 서로 마주보도록 구성될 수 있다. 그러한 구조는 설치 후 안전 헤드(20)의 횡방향 운동 및/또는 회전을 구속함으로써 가압 시스템 내에서 안전 헤드(20)의 적절한 정렬을 가능하게 할 수 있다.

안전 헤드(20)이 시스템 내에 적절히 배치된 이후, 도 6b에 도시된 바와 같이 이전에 제거된 플랜지 볼트(215 내지 218)들이 다시 삽입된다. 도시된 바와 같이 안전 헤드(20)는 재배치된 플랜지 볼트(215 내지 218) 각각이 안전 헤드(20)의 표면과 접촉하도록 구성된다. 이러한 특징은 가압 시스템 내에서 안전 헤드(20)의 바람직한 안정성과 중심 위치를 제공할 수 있다.

도 2 내지 도 6b 각각이 단지 단일 안전 헤드-구체적으로 출구 안전 헤드(20)-를 도시하고 있음에도 불구하고, 동일한 특징들의 일부 또는 전부가 본 명세서에 따른 입구 안전 헤드(10) 또는 안전 헤드 어셈블리(100)에 제공될 수 있다. 예를 들어 도 1에 도시된 입구 안전 헤드(10)는 출구 안전 헤드(20)와 실질적으로 유사한 윤곽을 나타낼 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 입구 안전 헤드(10)는 출구 안전 헤드(20)와 평행한 물결 형상부(120b) 및 표면(50b)을 나타낸다. 따라서 입구 안전 헤드(10)는 출구 안전 헤드(20)와 실질적으로 동일한 방식으로 사용되거나 설치될 수 있다. 또한 도 1의 예에 따라 조립된 입구 안전 헤드(10) 및 출구 안전 헤드(20)는 입구 안전 헤드(10) 및 출구 안전 헤드(20)가 개별적으로 제공하는 유닛과 동일 또는 유사한 특징들을 제공할 수 있다. 구체적으로, 안전 헤드 어셈블리(100)는 가압 시스템 내 안전 헤드 어셈블리(100)의 배치 및 정렬을 가능하게 하는 물결 형상부(120, 120b)와 물결면(50, 50b)을 제공한다.

도 7에 단면으로 도시된 안전 헤드 어셈블리(100)에 있어, 인서트 디바이스는 안전 헤드 어셈블리(100) 내에 고정 또는 지지될 수 있다. 도 1이 파열 디스크(40)를 리버스-버클링 파열 디스크로 도시함에도 불구하고, 본 명세서는 그 형상(예, 평평하거나 돔 형상), 작동 모드(예, 리버스 버클링 또는 인장 하중) 또는 기능(예, 압력 해제, 압력 경감, 센싱 또는 모니터링)에 무관하게 안전 헤드 어셈블리(100) 내 이용되는 많은 수의 적합한 인서트 디바이스를 이해하고 있다. 출구 안전 헤드(20)는 입구 안전 헤드(10)와 정렬되고 파열 디스크(40)는 그들 사이에 위치된다. 도 7에 하나 도시된 어셈블리 볼트(30)는 2개의 안전 헤드(10, 20)의 위치를 유지한다.

도 7에 도시된 파열 디스크(40)는 파열부(42) 및 플랜지부(44)를 구비한다. 플랜지부(44)는 입구 안전 헤드(10) 및 출구 안전 헤드(20) 사이를 실링한다. 상술한 바와 같이, 파열 디스크(40)는 리버스-버클링 파열 디스크이다. 따라서 파열부(42)는 볼록면(46)이 입구 안전 헤드(10)의 입구 보어(11)과 정렬되고 오목면(48)이 출구 안전 헤드(20)의 출구 보어(21)와 정렬되도록 위치된다. 컴패니언 플랜지 내에서 파열 디스크와 안전 헤드 어셈블리(100)의 입구(10) 및 출구(20)의 정렬은 파열 디스크(40)의 파열부(42)의 유로에 대한 노출을 최대화할 수 있다. 리버스-버클링 파열 디스크(40)가 도시됨에도 불구하고, 안전 헤드 어셈블리(100)는 평평한 또는 포워드-버클링의 파열 디스크(40)를 포함하는 어떠한 적합한 인서트 디바이스와도 함께 이용될 수 있다.

안전 헤드 어셈블리(100)는 또한 도 7에 도시된 안전 헤드 인서트 부재(60)를 포함할 수 있다. 인서트 부재는 유체 유로를 정의하는 내측 보어(61)를 구비한다. 도시된 안전 헤드 인서트 부재(60)는 안전 헤드 인서트 부재(60)의 플랜지(62)가 입구 안전 헤드(10)의 플랜지 지지 영역(19) 상에 놓인 상태로 입구 안전 헤드(10)의 내측 보어(11) 내에 들어맞는다. 안전 헤드 인서트 부재(60)는 내구성 또는 부식저항 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라 입구 안전 헤드(10) 및 안전 헤드 어셈블리(100)에 추가적인 내구성 또는 부식 저항성을 제공할 수 있다. 일 예에 있어, 안전 헤드 인서트 부재(60)는 귀금속, 비활성 물질 또는 그 어떤 적합한 비반응성 물질로 이루어질 수 있다. 안전 헤드 인서트 부재(60)는 플라스틱 또는 복합 재료로 이루어질 수 있다. 또는 세라믹 물질로 이루어질 수 있다. 안전 헤드(10)를 보다 표준화된 물질(예를 들어, 316 스테인리스 스틸 등)로 형성하고, 안전 헤드 인서트 부재(60)만을 고비용의 부식 저항 물질(하스텔로이 등)로 형성함으로써, 사용되는 고비용 물질의 양을 제한함에 의해 입구 안전 헤드(10)의 비용이 절감될 수 있다. 다른 실시예에 있어, 안전 헤드 인서트 부재(60)를 교체 가능하게 형성함으로써, 인서트는 안전 헤드 바디 전체를 정밀 기계에 의하지 않고 정밀 기계 가공될 수 있다. 이러한 방식으로, 인서트는 원하는 유동 조건을 달성하도록 정밀 기계 가공될 수 있다. 추가적으로 인서트 부재(60)가 부식되거나 침식될 때 최종 사용자는 안전 헤드 인서트 부재(60)만을 교체하거나 수리할 수 있어, 입구 안전 헤드(10)는 교체 또는 수리 없이 재사용될 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 인서트가 안전 헤드 어셈블리의 입구 측에 나타남에도 불구하고, 본 명세서는 또한 안전 헤드 인서트가 안전 헤드 어셈블리의 출구 측에 추가적으로 또는 대체적으로 제공될 수 있음을 고려한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 안전 헤드 인서트 부재(60)는 또한 파열 디스크(40)와 같은 인서트 디바이스를 결합하도록 구성되는 바이트 실(64)을 포함할 수 있다. 단단한 물질 또는 기타 다른 물질로 이루어질 수 있는 바이트 실(64)은 가압될 때 파열 디스크(40)의 플랜지부(44) 내부로 맞물릴 것이다. 인서트 디바이스 내부로 파고들게 됨으로써 바이트 실(64)은 단순 압력 실 보다 효과적인 실을 형성할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 바이트 실은 출구 측 상의 안전 헤드 인서트 부재에 추가될 수 있다. 일 실시예에 있어 바이트 실은 입구 및 출구 인서트 각각에 의해 제공되어 효과적으로 이중 바이트 실을 형성할 수 있다. 그러한 실시예에 있어 입구 및 출구 인서트의 바이트 실은 서로 정렬되거나 오프셋(offset)될 수 있다.

바이트 실(64)을 입구 안전 헤드(10) 자체보다 안전 헤드 인서트 부재(60) 내에 포함하는 것은 몇가지 이점을 제공한다. 바이트 실(64)에 이용되는 단단한 물질은 상당히 고가일 수 있다. 안전 헤드 인서트 부재(60)를 그러한 단단한 물질로 형성함으로써 입구 안전 헤드(10)는 연하고 값싼 물질로 이루어질 수 있다. 추가적으로 바이트 실(64)는 수송, 설치 또는 사용 도중 손상을 입을 수 있다. 손상된 바이트 실(64)은 인서트 디바이스와 저하된 실링 성능을 제공한다. 바이트 실(64)이 안전 헤드 인서트 부재(60)에 의해 제공될 때, 최종 사용자는 단지 안전 헤드 인서트 부재(60)를 교체할 수 있어 입구 안전 헤드(10)를 재사용할 수 있다.

바이트 실(64)이 설명되었음에도, 인서트 부재(60)가 실을 생성 또는 향상하기 위한 어떤 다른 적합한 메커니즘을 구비할 수 있음이 고려된다. 예를 들어 인서트는 나선형 세레이션이면(들)을 구비할 수 있다. 다른 예로서 인서트는 하나 이상의 오링(O-ring)을 구비할 수 있다.

도 9는 안전 헤드 인서트 부재(60)를 포함하는 안전 헤드 어셈블리(100)의 분해도를 도시한다. 명확성을 위해 인서트 디바이스는 생략되었다. 그러나 사용상, 파열 디스크(40) 등의 인서트 디바이스는 출구 안전 헤드(20)와 안전 헤드 인서트 부재(60) 및/또는 입구 안전 헤드(10) 사이에 제공될 수 있다. 보여진 바와 같이 안전 헤드 인서트 부재(60)는 입구 안전 헤드(10)의 내측 보어(11) 내에 들어맞는다. 출구 안전 헤드(20)는 입구 안전 헤드(10)의 상부에 위치된다. 출구 안전 헤드(20)의 물결 형상부(120)는 물결면이 입구 안전 헤드(10)의 물결면(120b)과 정렬되도록 위치된다. 어셈블리 볼트(30)는 2개의 안전 헤드(10, 20)를 미리 조립되거나 미리 토크가 가해진 구조로 함께 지지하기 위해 이용될 수 있다. J 볼트(70)는 J 볼트홀(74)과 함께, 가압 시스템 내 파이프 플랜지(미도시)와 인접한 위치에 입구 안전 헤드(10)를 유지하기 위해 제공될 수 있다. J 볼트(70)는 또한 공정 흐름 방향을 나타내는 지표로서 제공될 수 있다. J 볼트(70)의 제1 단부(71)는 입구 안전 헤드(10)의 J 볼트홀(74) 내부로 들어맞을 수 있고 J 볼트(70)의 제2 단부(72)는 입구 파이프 플랜지(미도시)의 J 볼트홀(미도시) 내부로 들어맞을 수 있다.

입구 안전 헤드 내 안전 헤드 인서트의 일 실시예는 도 10에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 입구 안전 헤드(1010)과 출구 안전 헤드(1020)을 포함하는 안전 헤드 어셈블리는 입구 파이프 플랜지(1081)와 출구 파이프 플랜지(1082) 사이에 설치된다. 입구 안전 헤드 핀홀(1013)과 출구 안전 헤드 핀홀(1023)이 도시된다(핀은 미도시). 도 10에서, 입구 안전 헤드 인서트(1060)는 숄더(1063)의 내측부 상에 대략 45도의 테이퍼를 포함한다. 45도의 테이퍼는 인서트의 숄더에서 안전 헤드 인서트(1060) 내 얇은 영역을 생성할 수 있다. 이러한 얇은 영역을 제거하거나 두껍게 하기 위하여 안전 헤드 인서트의 숄더(1063)를 낮추는 것이 바람직할 수도 있다.

입구 안전 헤드 내 안전 헤드 인서트의 다른 실시예가 도 12 및 도 13에 도시되어 있다. 도 12에서 입구 안전 헤드(1210) 및 출구 안전 헤드(1220)는 매칭된 플랜지들(1281, 1282) 사이에 설치된다. 또한 핀홀(1213, 1223)이 (핀 없이) 도시된다. 입구 안전 헤드 인서트(1260) 및 출구 안전 헤드 인서트(1269)가 도시된다. 도 13에서 입구 안전 헤드(1310) 및 출구 안전 헤드(1320)는 매칭된 플랜지들(1381, 1382) 사이에 설치된다. 또한 핀홀(1313, 1323)이 (핀 없이) 도시된다. 입구 안전 헤드 인서트(1360)과 출구 안전 헤드 인서트(1369)가 도시된다.

도 12에 도시된 입구 안전 헤드 인서트(1260)는 도 10에 도시된 입구 안전 헤드 인서트(1060) 보다 대략 94% 이상 많은 재료를 이용할 수 있고, 도 13에 도시된 입구 안전 헤드 인서트(1360)가 도 10에 도시된 입구 안전 헤드 인서트(1060) 보다 대략 25.2% 이상 많은 재료를 이용할 수 있다. 도 13에 도시된 어셈블리는 공지된 안전 헤드 어셈블리의 현재 기하학적 구조에 매칭될 수 있다. 따라서 본 명세서는 재료의 절감 및/또는 기존재하거나 공지된 안전 헤드의 내부 기하학적 구조에 대한 매칭을 위해, 상이한 사이즈의 안전 헤드 인서트들이 상이한 요소들을 제공하도록 이용될 수 있음을 고려한다.

출구 안전 헤드 내 출구 안전 헤드 인서트(1169, 1269, 1369)가 도 11, 도 12, 도 13에 도시된다. 입구 안전 헤드 인서트와 출구 안전 헤드 인서트 모두를 사용하는 실시예에 있어, 바이트 실(도 8에 도시)은 2개의 안전 헤드 인서트 사이에 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어 바이트 실 요소(도 8의 64)는 입구 및 출구 안전 헤드 인서트 내에 제공될 수 있다. 도 11(1160, 1169) 및 도 13(1360, 1369)에 도시된 바와 같이 2개의 안전 헤드 인서트가 이용될 때, 바이트 실이 어떤 방식으로든 손상되면, 입구 안전 헤드 또는 출구 안전 헤드를 교체할 필요 없이, 하나 또는 2개의 안전 헤드 인서트는 적절한 실을 보장하도록 교체될 수 있다. 본 명세서는 재료의 절감 및/또는 기존재하거나 공지된 안전 헤드의 내부 기하학적 구조에 대한 매칭을 위해, 상이한 사이즈의 출구 안전 헤드 인서트들이 상이한 요소들을 제공하도록 이용될 수 있음을 고려한다.

일 실시예에 있어, 출구 안전 헤드는 도 14에 도시된 바와 같이 센서 구멍(1429)을 구비할 수 있다. 도 14는 입구 안전 헤드(1410), 출구 안전 헤드(1420), 입구 안전 헤드 인서트(1460) 및 출구 안전 헤드 인서트(1469)를 나타낸다. 센서 구멍(1429)은 관통홀일 수 있고 나사산을 가질 수 있다. 센서 구멍(1429)은 자기장 센서 또는 기타 다른 적합한 센서의 설치를 위해 구성될 수 있다. 출구 안전 헤드 인서트(1469)는 센서 구멍(1429) 내에 설치된 센서의 적절한 작동을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 출구 안전 헤드 인서트(1469)는 그 두께가 센서 구멍(1429) 내에 설치된 센서의 작동을 방해하지 않도록 선택될 수 있다. 일 실시예에 있어, 센서는 자기장 센서일 수 있고 안전 헤드 인서트(1469)는 3mm 두께이거나 자기장의 강도에 따라 기타 다른 적절한 치수를 가질 수 있다. 센서 구멍(1429)이 출구 안전 헤드(1420) 내에 도시되어 있음에도, 센서 구멍을 입구 안전 헤드 내에 배치하는 것 또한 고려된다.

일 실시예에 있어, 하나 이상의 가스켓이 안전 헤드 어셈블리와 함께 이용되기 위해 제공될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 가스켓(1583)은 입구 안전 헤드(1510) 및 입구 플랜지(1581) 사이에 제공될 수 있다. 제2 가스켓(1584)은 출구 안전 헤드(1520) 및 출구 플랜지(1582) 사이에 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어, 가스켓(1583, 1584)은 Ia/Ib 타입 가스켓일 수 있다. 가스켓(1583, 1584)은 안전 헤드 인서트(1560, 1569)와 안전 헤드(1510, 1520) 사이 계면을 커버하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에 있어 가스켓 및/또는 안전 헤드 인서트는 안전 헤드 인서트와 안전 헤드 간 계면의 적절한 커버를 보장하도록 구성될 수 있다.

도 10은 Ia/Ib 타입 가스켓 보다 외부 직경이 작은 IIa/IIb 타입 가스켓(1083, 1084)를 도시한다.

입구 안전 헤드와 출구 안전 헤드 간 적절한 정렬을 보장하기 위하여, 각 안전 헤드는 정렬핀의 단부를 각각 수용하는 하나 이상의 핀홀을 구비할 수 있다.

핀홀(1613)을 갖는 입구 안전 헤드(1610)가 도 16에 도시된다. 다른 실시예의 경우 도 17에 도시된 바와 같이 입구 안전 헤드(1710)는 하나 이상의 핀홀(1713)이 위치되는 하나 이상의 보스(1714)를 포함할 수 있다. 보스(1714)를 제공함에 따라 입구 및 출구 헤드 사이에 보다 짧은 버클링 핀을 사용할 수 있게 된다. 보스(1714)를 제공함에 따라 평평한 표면에 핀홀을 드릴링할 수 있게 된다. 도 16에 도시된 바와 같은 디자인은 경계(fillet)로 어려운 드릴링을 요구할 수 있기 때문에, 이는 보스(1714)가 존재하지 않는 안전 헤드에 대해 제조 및 기계가공 측면에서 이점을 제공한다. 도 17이 입구 안전 헤드(1710) 상의 보스(1714)를 도시하고 있음에도, 하나 이상의 보스가 출구 안전 헤드 상에 추가적 또는 대체적으로 위치될 수 있음이 고려된다.

출구 안전 헤드(1820)가 볼트홀(1825)을 나타낸 도 18에 도시된다. 출구 안전 헤드(도 19의 1920)에 대한 다른 실시예의 경우, 도 19에 도시된 바와 같이 볼트홀(1925)이 위치한 지점에 단턱면(1928)을 제공하는 것이 바람직하다. 단턱면(1928)은 불소중합체 볼트 또는 기타 다른 볼트들이 안전 헤드와 함께 이용되고 그에 대해 단단히 조여질 기계 가공면이 요구되는 경우 바람직할 수 있다. 일 실시예에 있어 단턱면(1928)은 주조에 의해 형성되고 그 후 원한다면 기계 가공될 수 있다.

도 19에 도시된 바와 같이 단턱면(1928)은 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어 단턱면이 없는 경우, 볼트 표면을 기계 가공하는 공정이 플랜지의 두께로부터 재료를 제거할 수 있어, 플랜지의 온전한 상태를 손상시킬 수 있다. 다른 예로서, (단지 볼트 표면이 아닌) 전체적인 플랜지 표면은 균일한 플랜지 두께를 유지하면서 기계 가공된 볼트 면을 제공하도록 기계 가공될 수 있다. 다른 예에 있어, 단턱면이 제공되지 않는 경우 차후 보어의 깊이를 보상하기 위하여 기계 가공 이전의 플랜지 두께를 증가시킬 필요가 있거나 다른 기계 가공 공정이 필요하다. 단턱면은 플랜지의 전체 두께를 손상시키기 않고 하나 이상의 볼트 표면이 평탄화될 수 있도록 한다. 따라서 단턱면(1928)을 이용함으로써, 본 명세서는 재료 및 비용을 절감할 수 있다. 단턱면(1928)이 출구 안전 헤드(1920)에 도시됨에도, 또한 단턱면은 입구 안전 헤드와 함께 이용될 수 있음이 고려된다.

도 20은 조립된 안전 헤드 어셈블리(2000)의 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 입구 안전 헤드(2010)는 핀홀(미도시)을 위한 보스(2014)를 구비한다. 또한 도시된 바와 같이 출구 안전 헤드(2020)은 단턱면(2028)을 구비할 수 있다.

도 21은 조립된 안전 헤드 어셈블리(2100)를 단면으로 나타낸다. 도시된 바와 같이 센서(2199)는 출구 안전 헤드(2120) 내 센서 보어(2129) 내부로 삽입된다. 추가 또는 대체적으로, 센서 보어 및 센서가 입구 안전 헤드(2110)에 위치될 수 있음이 또한 고려된다. 센서(2199)는 센서 보어(2129) 내에 반경 방향으로 삽입될 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이 제1 안전 헤드 인서트(2160)은 입구 안전 헤드(2110)의 보어 내에 제공될 수 있고 제2 안전 헤드 인서트(2169)는 출구 안전 헤드(2120)의 보어 내에 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어 도 21에 도시된 바와 같이 안전 헤드 인서트(2160, 2169)는 안전 헤드(2110, 2120)의 보어 표면에 전체적으로 접촉하지 않을 수 있다. 안전 헤드 인서트(2160, 2169)는 안전 헤드(2110, 2120)의 상부 및/또는 하부와 견고한 및/또는 충분한 실을 유지하면서도, 안전 헤드 인서트(2160, 2169)에 사용된 재료의 양이 감소되도록 형성될 수 있다.

출구 안전 헤드(2220)의 다른 실시예가 도 22에 도시된다. 도 22에 도시된 실시예의 경우 출구 안전 헤드(2220)가 환형인 플랜지(2222) 및 돌기(2226)를 포함할 수 있다. 돌기는 안전 헤드(2220)로부터 외측으로 연장될 수 있고 안전 헤드의 외주부 둘레에 약 120도 이격되어 위치되어 정삼각형 윤곽을 형성할 수 있다. 120도 각도는 안전 헤드의 전체 형상이 이등변 삼각형 또는 부등변 삼각형이 되도록 변화될 수 있다. 직선 모서리부(2224)는 각 돌기(2226) 사이에 이어질 수 있다. 플랜지(2222)가 환형인 실시예에 있어, 직선 모서리부(2224)는 원에 접하도록 이어질 수 있다. 출구 안전 헤드(2220) 중심의 출구 보어(2221)는 유체 유로(F)를 정의할 수 있다. 돌기(2226)는 각각 볼트 관통홀(2225)을 정의하는 스루-보어를 포함한다. 플랜지는 핀홀(2223)을 정의하는 일련의 비대칭인 부분적 보어를 포함한다. 핀홀(2223) 구조는 출구 안전 헤드(2220)와 입구 안전 헤드(미도시)의 적절한 정렬을 가능하게 한다. 도 22의 실시예에 따른 입구 안전 헤드는 3개 이상의 돌기를 갖는 안전 헤드 또는 공지된 사각 형상의 안전 헤드와 비교하여 요구되는 재료를 감소시킬 수 있다. 더불어 삼각 형상의 안전 헤드는 어셈블리 볼트를 포함하는 안전 헤드 어셈블리를 작은 공간 또는 작은 공칭 사이즈의 파이프 플랜지들 사이에 결합할 때 이점들을 제공할 수 있다.

도 22의 안전 헤드는 플랜지(2222) 보다 작은 재질 두께를 갖는 돌기(2226) 요소를 제공할 수 있다. 보다 작은 재질 두께를 갖는 돌기(2226)를 제공함에 따라 안전 헤드의 무게 및 재료비를 더욱 감소시킬 수 있다. 재질 두께 절감은 상술한 도 2b에서 예시적으로 도시한 바와 유사할 수 있다.

도 22에 단지 출구 안전 헤드가 도시되었음에도, 입구 안전 헤드가 실질적으로 동일한 삼각형을 갖도록 제공될 수 있음이 이해될 수 있다. 도 22에 도시된 삼각 형상의 안전 헤드가 안전 헤드 또는 안전 헤드 어셈블리의 다른 실시예들과 결합되어, 조합된 곡률 반경을 같는 물결면, 핸들 형상의 하나 이상의 돌출부, (입구 안전 헤드 및/또는 출구 안전 헤드를 위한) 인서트, 바이트 실, J 볼트, 하나 이상의 볼트 헤드를 위한 홈, 가스켓, 센서 구멍, 핀홀을 위한 보스, 또는 단턱면을 포함하나 이에 제한되지는 않는 상술한 요소들을 구비할 수 있음이 고려된다. 또한 삼각 형상의 안전 헤드가, 재료 및 제조 비용의 감소, 가시적이고 및/또는 접근 가능한 어셈블리 볼트, 향상된 정렬, 미리 토크가 가해진 구조, 및 하나 이상의 센서의 배치를 포함하나 이에 제한되지는 않는, 안전 헤드 및/또는 안전 헤드 어셈블리의 다른 개시된 실시예들에 의해 이루어지는 바와 동일한 이점 또는 동일한 이점 중 많은 것들을 제공할 수 있음이 고려된다.

안전 헤드 어셈블리(2300)의 다른 실시예가 도 23에 도시된다. 도 23에 도시된 실시예의 경우 입구 안전 헤드(2310)는 주변 돌기(2311)를 구비한다. 출구 안전 헤드(2320)는 또한 주변 돌기(2321)을 구비한다. 도시된 바와 같이 입구 및 출구 안전 헤드(2310, 2320)의 주변 돌기(2311, 2321)는 인서트 디바이스(2340)가 이들 사이에 위치한 상태에서 서로 정렬된다. 도 23은 또한 센서가 삽입되는 센서 구멍(2329)를 도시한다.

도 24는 클램프(2360)가 제공된 도 23의 안전 헤드 어셈블리(2300)를 도시한다. 입구 및 출구 안전 헤드(2310)의 돌기(2311, 2321)의 경사면에 단단히 조여질 때, 클램프(2360)는 입구 및 출구 안전 헤드(2310, 2320)에 함께 힘을 가할 것이다. 클램프(2360)는 장치에 의존하여, 단일 조각으로 이루어지거나, 일부분으로 나누어져 힌지 결합될 수 있다. 경사면들은 적용되는 전체 토크를 변화시키도록 및/또는 토크가 적용되는 속도를 변화시키도록 원하는 바에 따라 경사질 수 있다. 이러한 방식으로 인서트 디바이스(2340)는 입구 및 출구 안전 헤드(2310, 2320) 사이에 고정될 수 있다. 일 실시예에 있어 인서트 디바이스(2340)는 입구 및 출구 안전 헤드(2310, 2320) 사이에서 미리 토크가 가해질 수 있다. 클램프(2360)를 사용함으로써 공지된 안전 헤드 및 안전 헤드 어셈블리에 비해, 추가적인 재료 절감을 달성할 가능성이 있다.

도 25는 도 23 및 도 24의 안전 헤드 어셈블리(2300)에 대해 클램프 나사(2361)을 더 도시한 도면이다. 일 실시예에 있어 클램프는 입구 및 출구 안전 헤드의 둘레 또는 부분적인 둘레를 따라 연장되는 클램프 링일 수 있다. 다른 실시예에 있어 클램프 링은 조인트(2362)에서 함께 결합되는 2개의 C형상부로 이루어질 수 있다. 단단히 조여질 때, 클램프 나사(2361)은 클램프 링의 단부들에 함께 힘을 가할 수 있다. 이러한 방식으로 클램프는 입구 및 출구 안전 헤드에 함께 힘을 가할 수 있다. 도시된 실시예의 경우 단일한 나사(2361)가 제공된다. 클램프 나사가 설명됨에도, 클램프 링의 단부들을 함께 가압하는 다른 적합한 메커니즘이 이용될 수 있다. 예를 들어 퀵 릴리즈 스키워(quick release skewer) 및 래치 시스템이 클램프 링의 단부들을 함께 가압하는데 이용될 수 있다.

도 26은 클램프 링(2660)과 클램프 나사(2661)를 이용하는 안전 헤드 어셈블리(2600)의 다른 실시예를 도시한다. 클램프 나사(2661)가 단단히 조여질 수 있어 클램프 링은 입구 및 출구 안전 헤드(2610, 2620)에 함께 힘을 가할 수 있다.

도 27은 클램프 링(2760)을 이용하는 안전 헤드 어셈블리(2700)의 부분 절개도이다. 도시된 바와 같이 인서트 디바이스(2740)는 입구 안전 헤드(2710) 및 출구 안전 헤드(2720) 사이에 설치된다. 입구 안전 헤드(2710) 및 출구 안전 헤드(2720)는 클램프 링(2760)에 의해 함께 지지된다. 입구 및 출구 안전 헤드(2710, 2720)를 포함하는 안전 헤드 어셈블리(2700)는 입구 파이프 플랜지(2781) 및 출구 파이프 플랜지(2782) 사이에 설치된다.

도 28은 클램프(2860)를 이용하는 안전 헤드 어셈블리(2800)의 다른 실시예를 도시한다. 도 28에 도시된 바와 같이 클램프(2860)는 주변 돌기(2811)과 주변 돌기(2821)의 경사면과 결합되도록 구성된 경사면을 포함한다. 도 28에 도시된 실시예는 도 24에 도시된 실시예와 비교할 때 고압 클램핑을 제공할 수 있다. 원하는 클램핑 압력을 얻기 위해 어떠한 적합한 클램프도 선택될 수 있음이 고려된다.

도 29는 도 28에 도시된 실시예의 다른 도면이다. 도 29는 클램프를 견고하게 조이는데 이용될 수 있는 2개의 클램프 나사(2861, 2862)의 보다 구체적인 도면을 제공한다. 도 29에 도시된 클램프 나사(2861, 2862) (및 도 25에 도시된 클램프 나사(2860))는 단지 대표적인 예이다. 클램프를 조이기 위한 어떠한 다른 메커니즘도 이용될 수 있다. 추가적으로, 도 25가 하나의 클램프 나사(2360)를 도시하고 도 29가 2개의 클램프 나사(2861, 2862)를 도시함에도, 어떠한 적합한 개수의 클램프 나사 또는 다른 클램프 조임 메커니즘도 이용될 수 있음이 고려된다.

도 30은 도 28 및 도 29에 도시된 실시예의 다른 도면이다. 도 30은 클램프 링(2860) 및 2개의 클램프 나사(2861, 2862)를 이용하는 안전 헤드 어셈블리를 도시한다.

도 31은 클램프 링(3160)을 이용하는 안전 헤드 어셈블리(3100)의 부분 절개도이다. 도시된 바와 같이 인서트 디바이스(3140)는 입구 안전 헤드(3110) 및 출구 안전 헤드(3120) 사이에 설치된다. 입구 안전 헤드(3110) 및 출구 안전 헤드(3120)는 클램프 링(3160)에 의해 함께 지지된다. 입구 및 출구 안전 헤드를 포함하는 안전 헤드 어셈블리(3100)는 입구 파이프 플랜지(3181) 및 출구 파이프 플랜지(3182) 사이에 설치된다.

도 32는 안전 헤드 어셈블리(3200)의 다른 실시예를 도시한다. 도 32에 도시된 실시예의 경우, 입구 안전 헤드(3210)는 주변 돌기(3211)을 구비한다. 출구 안전 헤드(3220)는 주변 돌기(3221)을 구비한다. 도시된 바와 같이 입구 및 출구 안전 헤드의 주변 돌기(3211, 3221)는 서로 정렬된다. 도 32는 또한 센서 구멍(3229)을 도시한다. 도 33은 도 32에 도시된 안전 헤드 어셈블리(3200)의 다른 도면이다.

도 34는 안전 헤드 어셈블리(3400)의 부분 절개도이다. 도시된 바와 같이 인서트 디바이스(3440)는 입구 안전 헤드(3410) 및 출구 안전 헤드(3420) 사이에 설치된다. 입구 및 출구 안전 헤드를 포함하는 안전 헤드 어셈블리(3400)는 입구 파이프 플랜지(3481) 및 출구 파이프 플랜지(3482) 사이에 설치된다. 도시된 바와 같이 장부 맞춤핀(dowel-pin) 드릴홀(3463)이 출구 안전 헤드 벽을 통해 돌출될 수 있다. 핀(미도시)은 장부 맞춤핀 드릴홀(3463)과 함께 이용될 수 있다. 장부 맞춤핀 드릴홀(3463)은 클램핑 이전에 입구 및 출구 안전 헤드를 함께 정렬하거나 위치 조정하기 위한 핀과 함께 이용될 수 있다. 핀은 또한 입구 및 출구 안전 헤드에 대한 적절한 위치를 보장하기 위하여 인서트 디바이스(예를 들어 파열 디스크)의 플랜지 내의 노치 또는 홀과 정렬될 수 있다.

본 명세서에 따른 안전 헤드는 예를 들어 "BS&B Safety Systems"에 의해 상업적으로 제공된 SRB-7RS 타입 헤드와 같은 종래의 안전 헤드와 비교하여 재료 양을 감소시킬 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 개시된 안전 헤드는 파이프 플랜지 사이의 중심 배치 및 고정을 향상시키는 독특하게 디자인된 외관을 포함할 수 있다. 개시된 안전 헤드는 종래 안전 헤드와 비교할 때 제거될 필요가 있는 스터드의 수를 최소화하여 컴패니언 플랜지들 사이로부터 제거될 수 있다. 개시된 안전 헤드는 공지된 안전 헤드와 동일한 내부 치수를 가질 수 있다. 따라서 동일 또는 유사한 성능 특성을 제공할 수 있다. 개시된 안전 헤드는 센서 또는 그러한 다른 장비를 수용할 수 있다. 개시된 안전 헤드는 설치 후 토크값을 체크하고 조정할 수 있다. 개시된 안전 헤드는 최소한의 토크 감도를 가질 수 있다. 개시된 안전 헤드는 J 볼트 호환성을 포함할 수 있다.

개시된 안전 헤드 어셈블리가 입구 안전 헤드 내 인서트 부재를 제공하는 것과 같이 설명되어도, 본 명세서는 이러한 특정 구조에 제한되도록 의도된 것이 아니다. 예를 들어 인서트 부재는 출구 안전 헤드 내에 제공될 수 있다. 가압 시스템에 더하여, 본 출원의 장치는 파이프 플랜지 및 플랜지 볼트들을 포함하는 다수의 실링 시스템 내에 설치될 수 있다. 추가적으로, 돌기(물결 형상부 및 핸들)를 모두 플랜지부 보다 얇게 나타냈음에도, 안전 헤드의 단지 하나의 돌기(또는 모든 돌기보다 적은 수의 돌기)가 플랜지부 보다 얇게 형성될 수 있다.

일 실시예의 개별적인 특징들이 다른 실시예의 개별적인 특징들에 추가되거나 그에 대체될 수 있음이 고려된다. 따라서 본 명세서의 권리범위는 다른 실시예들 간 상이한 특징들의 대체 및 교체에 따른 실시예들도 포함한다. 또한 본 명세서의 권리범위는 입구 안전 헤드로부터 출구 안전 헤드에 이르는 그리고 그 반대인 요소들을 제공하는 것을 포함한다.

상술한 실시예들 및 배열은 고려된 장치 및 방법들 중 대표적인 것을 단지 의도한 것이다. 다른 실시예들은 본 명세서의 설명 및 구현을 고려함에 따라 당업자에게 명백하게 될 것이다. 상기 설명과 예들은 단지 바람직한 실시예로 고려되도록 의도된 것이다.

Claims

주어진 공칭 사이즈의 배관 시스템 내에서 인서트 디바이스를 위치 조절하기 위한 안전 헤드(safety head)로서,
유체 유로를 정의하는 내측 보어(bore)를 구비하고, 제1 두께를 가지는 환형 플랜지부; 및
상기 환형 플랜지부로부터 외측으로 연장되고, 각각이 적어도 하나의 볼트홀(bolt hole)을 정의하는 복수의 돌출부를 포함하고,
적어도 하나의 상기 돌출부는, 제2 두께를 가지고, 상기 제2 두께는 상기 제1 두께보다 작고,
각각의 상기 돌출부는, 물결면(wave face)을 정의하는 조합된 곡률 반경을 나타내는 면을 구비하고,
상기 물결면은 상기 주어진 공칭 사이즈의 배관 시스템에 대한 복수의 볼트 결합 패턴을 서로 겹쳐서 획득되어서, 상기 복수의 볼트 결합 패턴 각각의 볼트의 적어도 일부분과 접촉하도록 상기 물결면이 구성됨으로써 교체 가능한 특징을 갖는, 안전 헤드.
제1항에 있어서,
상기 환형 플랜지부는 외측면을 정의하고, 상기 환형 플랜지부는 상기 외측면을 통해 상기 내측 보어를 향하는 센서 보어를 더 정의하는, 안전 헤드.
제2항에 있어서,
상기 센서 보어는 상기 환형 플랜지부를 통해 상기 내측 보어 내부로 완전히 연장되는, 안전 헤드.
제2항에 있어서, 상기 센서 보어는 나사산이 형성된 구멍을 정의하는, 안전 헤드.
주어진 공칭 사이즈의 배관 시스템 내에서 인서트 디바이스를 위치 조절하기 위한 안전 헤드 어셈블리로서,
유체 유로를 정의하는 내측 보어를 구비하고, 상측 플랜지 평면 및 하측 플랜지 평면을 구비하는 환형 플랜지부, 및
상기 환형 플랜지부로부터 외측으로 연장되고 적어도 하나의 볼트홀을 정의하며, 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 주어진 공칭 사이즈의 배관 시스템에 대한 복수의 볼트 결합 패턴을 서로 겹쳐서 정의되는 연속적인 조합된 곡률 반경을 나타내는 물결면을 구비하고, 상기 복수의 볼트 결합 패턴에 들어맞도록 상기 물결면이 구성됨으로써 교체 가능하게 결합되는 입구 안전 헤드;
유체 유로를 정의하는 내측 보어를 구비하고, 상측 플랜지 평면 및 하측 플랜지 평면을 구비하는 환형 플랜지부, 및
상기 환형 플랜지부로부터 외측으로 연장되고 적어도 하나의 볼트홀을 정의하며, 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 주어진 공칭 사이즈의 배관 시스템에 대한 복수의 볼트 결합 패턴을 서로 겹쳐서 정의되는 연속적인 조합된 곡률 반경을 나타내는 물결면을 구비하고, 상기 복수의 볼트 결합 패턴에 들어맞도록 상기 물결면이 구성됨으로써 교체 가능하게 결합되는 출구 안전 헤드; 및
헤드와 나사부를 구비하고, 상기 입구 안전 헤드의 적어도 하나의 볼트홀과 상기 출구 안전 헤드의 적어도 하나의 볼트홀 사이에서 연장되어 상기 입구 안전 헤드를 상기 출구 안전 헤드에 결합시키는 적어도 하나의 볼트를 포함하고,
상기 나사부의 적어도 일부는 상기 입구 안전 헤드의 적어도 하나의 돌출부와 상기 출구 안전 헤드의 적어도 하나의 돌출부 사이에서 노출되는, 안전 헤드 어셈블리.
제5항에 있어서,
상기 입구 안전 헤드의 환형 플랜지부와 상기 출구 안전 헤드의 환형 플랜지부 사이에 결합되도록 구성되는 플랜지를 구비하는 인서트 디바이스를 더 포함하는, 안전 헤드 어셈블리.
제5항에 있어서,
핀을 더 포함하고,
상기 입구 안전 헤드는 제1 핀홀을 더 정의하고, 상기 출구 안전 헤드는 제2 핀홀을 더 정의하고,
상기 핀은 상기 제1 핀홀과 상기 제2 핀홀 내에 삽입될 때 상기 입구 안전 헤드를 상기 출구 안전 헤드와 정렬을 이루도록 유지하는, 안전 헤드 어셈블리.
주어진 공칭 사이즈의 배관 시스템 내에서 인서트 디바이스를 위치 조절하기 위한 안전 헤드 어셈블리로서,
유체 유로를 정의하는 내측 보어를 구비하고, 플랜지부를 구비하는 바디, 및
입구 안전 헤드의 바디로부터 외측으로 돌출되고, 상기 주어진 공칭 크기의 배관 시스템에 대해 복수의 볼트 체결 패턴의 볼트들과 결합하도록 조합되는 곡률 반경을 나타내는 면을 구비하는 적어도 하나의 입구 안전 헤드 돌기를 포함함으로써 교체 가능한 특징을 갖는, 입구 안전 헤드; 및
유체 유로를 정의하는 내측 보어를 구비하고, 플랜지부를 구비하는 바디, 및
출구 안전 헤드의 바디로부터 외측으로 돌출되고, 상기 주어진 공칭 크기의 배관 시스템에 대해 복수의 볼트 체결 패턴의 볼트들과 결합하도록 조합되는 곡률 반경을 나타내는 면을 구비하는 적어도 하나의 출구 안전 헤드 돌기를 포함함으로써 교체 가능한 특징을 갖는, 출구 안전 헤드를 포함하고,
상기 입구 안전 헤드의 플랜지부와 상기 출구 안전 헤드의 플랜지부는 그들 사이에 위치되는 인서트 디바이스(insert device)를 수용하도록 구성되는, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 입구 안전 헤드 돌기는 핸들(handle)이고, 상기 적어도 하나의 출구 안전 헤드 돌기는 핸들인, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 입구 안전 헤드 돌기는 상기 입구 안전 헤드의 바디보다 얇은, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 출구 안전 헤드 돌기는 상기 출구 안전 헤드의 바디보다 얇은, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 입구 안전 헤드 돌기는 제1 볼트홀을 정의하는 관통 보어를 포함하고, 상기 적어도 하나의 출구 안전 헤드 돌기는 제2 볼트홀을 정의하는 관통 보어를 포함하고, 상기 제1 볼트홀과 상기 제2 볼트홀은 정렬된 상기 제1 볼트홀과 상기 제2 볼트홀을 통해 상기 입구 안전 헤드와 상기 출구 안전 헤드를 고정하는 볼트가 상기 적어도 하나의 입구 안전 헤드 돌기와 상기 적어도 하나의 출구 안전 헤드 돌기 사이에서 보일 수 있도록 정렬되는, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 입구 안전 헤드는 적어도 제1 핀홀을 정의하고, 상기 출구 안전 헤드는 적어도 제2 핀홀을 정의하고,
제1 단부와 제2 단부를 구비하는 정렬핀을 더 포함하고,
상기 제1 단부는 적어도 제1 핀홀 내에 들어맞도록 구성되고,
상기 제2 단부는 적어도 제2 핀홀 내에 들어맞도록 구성되는, 안전 헤드 어셈블리.
제13항에 있어서,
상기 입구 안전 헤드는 적어도 하나의 보스(boss)를 더 포함하고, 상기 적어도 제1 핀홀은 상기 적어도 하나의 보스 내에 정의되는, 안전 헤드 어셈블리.
제13항에 있어서,
상기 출구 안전 헤드는 적어도 하나의 단턱면(raised spot face)을 더 포함하고, 상기 적어도 제2 핀홀은 상기 적어도 하나의 단턱면 내에 정의되는, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
유체 유로를 정의하는 내측 보어를 구비하는 안전 헤드 인서트 부재를 더 포함하고,
상기 안전 헤드 인서트 부재는 상기 입구 안전 헤드의 상기 내측 보어 내에 들어맞도록 구성되는, 안전 헤드 어셈블리.
제16항에 있어서,
상기 안전 헤드 인서트 부재로부터 연장되는 융기부(ridged portion)를 더 포함하고,
상기 융기부는 인서트 디바이스와 맞물려 실링되도록 구성되는, 안전 헤드 어셈블리.
제16항에 있어서,
상기 인서트 부재는 귀금속으로부터 제조되는, 안전 헤드 어셈블리.
제16항에 있어서,
상기 인서트 부재는 플라스틱 또는 복합 재료로부터 제조되는, 안전 헤드 어셈블리.
제16항에 있어서,
상기 인서트 부재는 세라믹 물질로부터 제조되는, 안전 헤드 어셈블리.
제16항에 있어서,
오링(O-ring)을 더 포함하고,
상기 오링은 상기 안전 헤드 인서트 부재와 인서트 디바이스 사이의 실링을 형성하도록 구성되는, 안전 헤드 어셈블리.
제16항에 있어서,
상기 안전 헤드 인서트 부재에 의해 정의되는 세레이션(serration)을 더 포함하고,
상기 세레이션은 인서트 디바이스와 실링되도록 구성되는, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 2개의 플랜지부 사이에 위치되도록 구성되는 인서트 디바이스를 더 포함하는, 안전 헤드 어셈블리.
제23항에 있어서,
상기 인서트 디바이스는 파열 디스크인, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 입구 안전 헤드의 바디의 내측 보어는 중심축을 갖는 제1 보어이고, 상기 입구 안전 헤드는 상기 중심축으로부터 반경 방향으로 연장되는 제2 보어를 더 포함하는, 안전 헤드 어셈블리.
제25항에 있어서,
상기 제2 보어 내에 실장되는 센서를 더 포함하는, 안전 헤드 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 출구 안전 헤드의 바디의 내측 보어는 중심축을 갖는 제1 보어이고, 상기 출구 안전 헤드는 상기 중심축으로부터 반경 방향으로 연장되는 제2 보어를 더 포함하는, 안전 헤드 어셈블리.
제27항에 있어서,
상기 제2 보어 내에 실장되는 센서를 더 포함하는, 안전 헤드 어셈블리.
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