(57)【要約】ラプチャーディスク２０は、関連の方法を伴って開示される。より具体的には、破裂可能部が破裂することになる圧力を決定するように構成された遷移領域２３を備える小型化されたラプチャーディスクが開示される。ラプチャーディスクの破裂圧力を設定するように遷移領域の角の丸みＲを構成したラプチャーディスクを形成する方法も開示される。また、頂点２４に位置した凹部と、開放性能を向上するように構成された脆弱性の円形のラインとを有するラプチャーディスクが開示される。さらに、ラプチャーディスクの組を供給し、その組における各ラプチャーディスクが異なった角の丸みの遷移領域を有する、加圧されたシステム内の圧力を除去する方法が開示される。ラプチャーディスクは、その組から選択され、遷移領域の角の丸みによって設定された破裂圧力に基づいて設置されてもよい。【選択図】図２
2013506802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
破裂可能部と、
フランジ部と、
前記破裂可能部と前記フランジ部を接続する遷移領域と、
を備えるラプチャーディスクであって、
前記遷移領域は、前記破裂可能部が破裂する圧力を決定するように構成されている、
ラプチャーディスク。
【請求項２】
前記ラプチャーディスクは、加圧されたシステムに向かって配向されるように構成された凸面を有する反転型ラプチャーディスクである、請求項１に記載のラプチャーディスク。
【請求項３】
前記破裂可能部は、前記破裂可能部が破裂する前に反転するように構成されている、請求項２に記載のラプチャーディスク。
【請求項４】
前記反転型ラプチャーディスクの前記凸面は、前記破裂可能部の破裂の間及び前記破裂可能部の破裂の後に凸型形状を維持するように構成されている、請求項２に記載のラプチャーディスク。
【請求項５】
前記ラプチャーディスクは約１インチ（約２．５４ｃｍ）以下の直径を有する、請求項１に記載のラプチャーディスク。
【請求項６】
前記破裂可能部によって画定されたスコアラインを更に備える、請求項５に記載のラプチャーディスク。
【請求項７】
前記スコアラインは実質的に円形である、請求項６に記載のラプチャーディスク。
【請求項８】
前記スコアラインは実質的に長円形である、請求項６に記載のラプチャーディスク。
【請求項９】
前記スコアラインは実質的にＸ形である、請求項６に記載のラプチャーディスク。
【請求項１０】
前記ラプチャーディスクは構造改良部を更に備える、請求項５に記載のラプチャーディスク。
【請求項１１】
前記破裂可能部は頂点を有し、前記構造改良部は該破裂可能部の前記頂点に画定された凹部を備える、請求項１０に記載のラプチャーディスク。
【請求項１２】
前記構造改良部は切頂円錐形状から成る、請求項１０に記載のラプチャーディスク。
【請求項１３】
前記遷移領域は、前記ラプチャーディスクの厚さより小さい角の丸みを有する、請求項５に記載のラプチャーディスク。
【請求項１４】
前記遷移領域は、半径がゼロである角の丸みを有する、請求項１３に記載のラプチャーディスク。
【請求項１５】
前記遷移領域は面取り部を有する、請求項１３に記載のラプチャーディスク。
【請求項１６】
前記遷移は、約０．００１インチ（約０．００２５４ｃｍ）から約０．０１０インチ（約０．０２５４ｃｍ）の半径の丸みを有する、請求項１３に記載のラプチャーディスク。
【請求項１７】
前記ラプチャーディスクはコイル金属から製造されている、請求項５に記載のラプチャーディスク。
【請求項１８】
前記破裂可能部はドーム形状にされている、請求項５に記載のラプチャーディスク。
【請求項１９】
前記ドーム形状は実質的に球面状である、請求項１８に記載のラプチャーディスク。
【請求項２０】
前記ラプチャーディスクの前記直径は約３／４インチ（約１．９０５ｃｍ）以下であり、
前記破裂可能部は、破裂圧力で破裂するように構成されており、
前記遷移領域は、前記破裂圧力の温度感受性を最小化するように構成されている、
請求項１に記載のラプチャーディスク。
【請求項２１】
前記破裂可能部の変動係数が、約１インチ（約２．５４ｃｍ）以上の直径を有するラプチャーディスクの変動係数の約２／３未満である、請求項２０に記載のラプチャーディスク。
【請求項２２】
前記破裂可能部の変動係数が、１インチ（２．５４ｃｍ）以上の直径を有するラプチャーディスクの変動係数の約１／２未満である、請求項２０に記載のラプチャーディスク。
【請求項２３】
前記変動係数は、同じ直径のニッケル合金６００製の引張型ラプチャーディスクの変動係数より小さい、請求項２０に記載のラプチャーディスク。
【請求項２４】
前記変動係数は約０．１未満である、請求項２０に記載のラプチャーディスク。
【請求項２５】
前記破裂可能部は構造改良部を更に備え、
前記ラプチャーディスクの前記直径は約３／４インチ（約１．９０５ｃｍ）以下であり、
前記破裂可能部は、破裂圧力で破裂するように構成されており、
前記構造改良部は、前記破裂圧力の温度感受性を最小化するように構成されている、
請求項１に記載のラプチャーディスク。
【請求項２６】
前記破裂可能部の変動係数が、約１インチ（約２．５４ｃｍ）以上の直径を有するラプチャーディスクの変動係数の約２／３未満である、請求項２５に記載のラプチャーディスク。
【請求項２７】
前記破裂可能部の変動係数が、１インチ（２．５４ｃｍ）以上の直径を有するラプチャーディスクの変動係数の約１／２未満である、請求項２５に記載のラプチャーディスク。
【請求項２８】
前記変動係数は、同じ直径のニッケル合金６００製の引張型ラプチャーディスクの変動係数より小さい、請求項２５に記載のラプチャーディスク。
【請求項２９】
前記変動係数は約０．１未満である、請求項２５に記載のラプチャーディスク。
【請求項３０】
ラプチャーディスク材料を、破裂可能部、フランジ部、及び遷移領域に形成することと、
前記ラプチャーディスクの破裂圧力を設定するように前記遷移領域を構成することと、
を含む、ラプチャーディスクを形成する方法。
【請求項３１】
前記遷移領域は角の丸みを有し、前記遷移領域を構成することは、前記ラプチャーディスクの前記破裂圧力を設定するように前記遷移領域の前記角の丸みを構成することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記遷移領域を構成することは、前記遷移領域に面取り部を提供することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記遷移領域を構成することは、前記遷移領域に鋭い角部を提供することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記ラプチャーディスク材料を形成することは、ラプチャーディスク材を、加圧されたシステムに露出するように構成された凸面を有する前記破裂可能部をともなう反転型ラプチャーディスクに形成することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記ラプチャーディスク材料を破裂可能部に形成することは、所定の圧力で反転するように前記破裂可能部の前記凸面を構成することを更に含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記ラプチャーディスク材料を破裂可能部に形成することは、前記破裂可能部の破裂の間を通して凸状を維持するように前記凸面を構成することを更に含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記遷移領域の前記角の丸みを構成することは、
前記ディスクの厚さより小さくなるように前記遷移領域の前記角の丸みを構成することを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記ラプチャーディスク材料に構造改良部を導入することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
構造改良部を導入することは、前記破裂可能部を少なくとも２つの異なった形状を有する複合ドーム形状に形成することを更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記破裂可能部を複合ドーム形状に形成することは、前記破裂可能部を切頂円錐部分及び概して曲線状の部分に形成することを更に含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
構造改良部を導入することは、前記破裂可能部を凹ませることを更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記破裂可能部を凹ませることは、前記ラプチャーディスク材を前記破裂可能部、前記フランジ部、及び角の丸みを有する前記遷移領域に形成する前に実行される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記ラプチャーディスク材料はコイル金属から成り、前記方法は、
前記コイル金属からラプチャーディスクブランクの外径を除去することを更に含む、
請求項３０に記載の方法。
【請求項４４】
順送金型の組を通して前記コイル金属を誘導することを更に有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記コイル金属は少なくとも１組の側方誘導穴を有し、前記方法は、
前記少なくとも１組の側方誘導穴に動作可能に係合するように構成された誘導手段を提供することと、
該誘導手段と前記少なくとも１組の側方誘導穴と動作可能な係合を通して前記順送金型の組を通して前記コイル金属を進ませることと、
を更に含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記破裂可能部に脆弱性の領域を導入することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４７】
脆弱性の領域を導入することは、前記破裂可能部にラインを刻むことを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
脆弱性の領域を導入することは、前記破裂可能部にせん断線を設けることを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
ラプチャーディスクの組を提供することであって、前記組における各ラプチャーディスクは、厚さ、ドームの高さ、及び遷移領域を有し、前記組における各ラプチャーディスクは同じ厚さ及び同じドームの高さを有し、前記組における各ラプチャーディスクは異なった遷移領域を有する、ラプチャーディスクの組を提供することと、
前記選択されたラプチャーディスクの前記遷移領域によって決定された破裂圧力に基づいて、前記ラプチャーディスクの組からラプチャーディスクを選択することと、
前記選択されたラプチャーディスクを前記加圧されたシステム内へ設置することと、
を含む、加圧されたシステム内の圧力を除去する方法。
【請求項５０】
ラプチャーディスクの組を供給することは、各遷移領域が異なった角の丸みを有するラプチャーディスクの組を提供することを更に含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
ラプチャーディスクの組を提供することは、各遷移領域が異なった面取り部を有するラプチャーディスクの組を提供することを更に含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記ラプチャーディスクの組を提供することは、前記遷移領域において鋭い角部を有する少なくとも１つのラプチャーディスクを含むラプチャーディスクの組を提供することを更に含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
脆弱性の実質的に円形のラインと、凹部を画定する頂点と、を有する破裂可能部を備えるラプチャーディスクであって、
前記凹部は、差圧に反応して前記破裂可能部の反転を開始させるように構成されており、前記反転は、前記脆弱性の実質的に円形のラインの全体を横切る前記ディスクのほぼ同時の開放をもたらし、
前記破裂可能部の反転は、前記脆弱性の実質的に円形のラインに沿った前記ディスクの開放をもたらす、
ラプチャーディスク。
【請求項５４】
前記凹部は、前記脆弱性の実質的に円形のラインに沿って対称的に前記ディスクの開放をもたらす、前記破裂可能部の反転を開始させるように更に構成されている、請求項５３に記載のラプチャーディスク。
【請求項５５】
前記ラプチャーディスクは公称破裂圧力を有し、前記凹部は、前記ラプチャーディスクの破裂圧力の精度を改善するように構成されており、前記凹部は、前記ラプチャーディスクの前記公称破裂圧力を維持するように構成されている、請求項５３に記載のラプチャーディスク。
【請求項５６】
頂点を有する破裂可能部であって、前記頂点の穴及び脆弱性の実質的に円形のラインを画定する該破裂可能部と、
封止部と、
を備えるラプチャーディスクであって、
前記破裂可能部は、差圧に反応して前記穴で反転を開始するように構成されており、該反転は、前記脆弱性の実質的に円形のラインの全体を横切る前記ディスクのほぼ同時の開放をもたらす、
ラプチャーディスク。
【請求項５７】
前記破裂可能部は、前記脆弱性の実質的に円形のラインに沿って対称的に前記ディスクの開放をもたらす前記穴において反転を開始するように更に構成されている、請求項５６に記載のラプチャーディスク。
【請求項５８】
前記破裂可能部は凸面側を有し、前記封止部は前記破裂可能部の前記凸面側上に配置されている、請求項５７に記載のラプチャーディスク。
【請求項５９】
前記封止部は、前記破裂可能部の反転の際に破裂するように構成されている、請求項５７に記載のラプチャーディスク。
【請求項６０】
順送金型の組を有するプレスを提供することであって、前記順送金型の組は第１の金型及び第２の金型を含む、プレスを提供することと、
ラプチャーディスク材料をラプチャーディスク形状に形成するように、前記ラプチャーディスク材料に前記第１の金型をプレスすることと、
前記第１の金型を前記ラプチャーディスク材料にプレスした後に、前記ラプチャーディスク材料を前記第２の金型まで動かすことと、
ラプチャーディスクを製造するように前記ラプチャーディスク材料に前記第２の金型をプレスすることと、
を含む、反転座屈ラプチャーディスクを形成する方法。
【請求項６１】
平坦なラプチャーディスク材料のコイルを提供することを更に含み、
前記第１の金型をプレスすることは、曲線状の破裂可能部を形成することを更に含み、
前記第２の金型をプレスすることは、前記曲線状の破裂可能部の外径を除去することを更に含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記ラプチャーディスク材料に脆弱性のラインを設けることを更に含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
構造改良部を形成するように前記ラプチャーディスク材料に第３の金型をプレスすることを更に含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６４】
前記第３の金型をプレスすることは、凹部を形成することを更に含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記第３の金型をプレスすることは、前記曲線状の破裂可能部が形成される前に実行される、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記第３の金型をプレスすることは、オフセットされたクラウン部を形成することを更に含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６７】
前記第３の金型をプレスすることは、前記ラプチャーディスク材料に切頂円錐形状部を形成することを更に含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６８】
前記ラプチャーディスクの前記破裂圧力の制御に寄与するように構成された角の丸みを有する遷移領域を設けることを更に含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６９】
順送金型の組を提供することと、
前記順送金型の組の第１の金型を用いてラプチャーディスク材料に構造改良部を形成することと、
前記順送金型の組の第２の金型を用いて前記ラプチャーディスク材料に曲線形状部を形成することと、
を有する、反転座屈ラプチャーディスクを形成する方法。
【請求項７０】
前記構造改良部を滑らかにすることを更に含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
構造改良部を形成することは、前記ラプチャーディスク材料を凹ませることを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
構造改良部を形成することは、前記ラプチャーディスク材料に切頂円錐形状部を形成することを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
前記ラプチャーディスク材に複合形状部を形成することを更に含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
前記ラプチャーディスク材料はコイル材料である、請求項６９に記載の方法。
【請求項７５】
前記ラプチャーディスク材料に脆弱性のラインを形成することを更に含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７６】
前記ラプチャーディスク材料から前記ラプチャーディスクを除去することを更に含む、請求項６９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）本願は、ジョン・トマスコ（Ｊｏｈｎ  Ｔｏｍａｓｋｏ）、ポール・ゴッギン（Ｐａｕｌ  Ｇｏｇｇｉｎ）、及びゴーフ・ブラジール（Ｇｅｏｆ  Ｂｒａｚｉｅｒ）によって２００９年９月３０日に出願された、発明の名称「ラプチャーディスク（ＲＵＰＴＵＲＥ  ＤＩＳＫ）」の米国仮出願第６１／２７２，４９７号の利益を主張し、その開示は本明細書中に参照により明示的に組み込まれる。
【０００２】
本開示は概してラプチャーディスクに関する。より具体的には、本開示は、関連の方法を伴って、小型化されたラプチャーディスクに関する。
【背景技術】
【０００３】
ラプチャーディスクは、潜在的に危険な過圧状態に反応して加圧されたシステムから圧力を解放するのに使用される。一般に、ラプチャーディスクは、圧力除去組立体を形成する、一対の保持部材間を封止するフランジ、又は安全ヘッド（safety head）を有する。そして、圧力除去組立体は、加圧されたシステム内の従来の一対のパイプフランジ間、又は一対のネジ式継手間に把持され、又はそうでなければ封止するように配置されていてもよい。第１のパイプは、圧力除去組立体の片面に加圧された流体を導き、第２のパイプは、安全貯蔵器への出口を提供するか、又は環境に開いていてもよい。保持部材は、ラプチャーディスクの一部をシステム内の加圧された流体に露出させる中央の開口部を含む。入口側と出口側の間の流体圧力が所定の差圧に達したときに、このラプチャーディスクの露出部分は破裂することになる。破裂したディスクは通気経路を生成し、この通気経路により、流体は、加圧システム内の圧力を低減するように出口を通って逃げることができる。
【０００４】
ラプチャーディスクは、ドーム形状、丸い形状、又は他の概して曲線状のラプチャー可能部を一般的に有し、前方動作又は反転動作であってもよい。引張型ラプチャーディスクは、破裂可能部の凹面側を加圧されたシステムに露出した状態で配置され、ディスクを張力下に置く。そのため、過圧状態に達したとき、すなわちシステム圧力が安全レベル又は望ましいレベルを超えたときに、ラプチャーディスクは、外方に破裂することで圧力を解放してもよい。逆に、反転座屈ラプチャーディスクとしても知られた反転型ラプチャーディスクは、破裂可能部の凸面側を加圧されたシステムに露出した状態で配置され、ディスクの材料は圧縮状態に置かれる。そのため、過圧状態に達したときに、ラプチャーディスクは、加圧された流体を排出するように座屈、及び反転、すなわち逆転、そして引き裂かれてもよい。
【０００５】
連続した加工工程の間に作業ステーションから別の作業ステーションまで手動で、ロボットアームにより、又はこれら２つの組み合わせのいずれかにより、ラプチャーディスク材料を移動して、ドーム形状、丸い形状、又は他の概して曲線状のラプチャーディスクをラプチャーディスク産業は歴史的に製造してきた。
【０００６】
反転座屈ラプチャーディスクは、反転の際にそれ自体によって破裂してもよい。あるいは、破裂を容易化するように付加的な特徴を与えてもよい。たとえば、破裂が確実に起こるように、反転したときに反転座屈ラプチャーディスクに切断構造又は応力集中点が接触してもよい。例示的な切断構造は１以上の刃及び円形の歯付きリングを含む。１以上の刃は、例えば、市販のＲＢ−９０（商標）反転座屈ディスクの一部としてＢＳ＆Ｂセーフティシステムズ（ＢＳ＆Ｂ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が提供するものに類似する４部分の刃、又は市販のＤＫＢ ＶＡＣ−ＳＡＦ（商標）ラプチャーディスクの一部としてＢＳ＆Ｂセーフティシステムズ（ＢＳ＆Ｂ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が提供するものに類似する３つの形状を有する３部分の刃であってもよい。円形の歯付きリングは、例えば、市販のＪＲＳ（商標）ラプチャーディスクの一部としてＢＳ＆Ｂセーフティシステムズ（ＢＳ＆Ｂ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が提供するものに類似していてもよい。他の例示的な切断構造を破裂可能部の周囲に沿って配置してもよい。また他の例示的な切断構造を、反転の際に破裂可能部と係合するように設計されたＸ形状部、Ｙ形状部、又は不規則なＹ形状部内に配置してもよい。
【０００７】
切断構造を使用するラプチャーディスク組立体が、共同所有の特許文献１と特許文献２に記載されており、これらの内容は参照により本明細書に明示的に組み込まれる。例示的な圧力集中点が、共同所有の特許文献３に記載されており、この内容は参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【０００８】
ラプチャーディスクが破裂する所定の差圧は「破裂圧力」として知られている。ラプチャーディスクを評価する破裂圧力は「公称破裂圧力」として知られている。材料の厚さやドームの高さ（「クラウン高さ」としても知られている）などのラプチャーディスクの物理的なパラメーターによって破裂圧力を設定してもよい。また、破裂圧力は凹部などの様々な物理的な特徴を用いて設定してもよい。凹部を有するラプチャーディスク、及びこのようなラプチャーディスクを製造する方法が、例えば、共同所有の特許文献４から７に開示されている。これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００９】
一般に、所与の公称破裂圧力に対する公知のラプチャーディスクの破裂圧力は、適用する温度の関数として変化する可能性がある。単純な引張荷重を受けている（例えば、引張型）ラプチャーディスクに対しては、破裂圧力の変化は、所与のラプチャーディスク材料の温度変化にともなう引張強度の変化に密接に関連する。反転座屈ラプチャーディスクに関しては、温度に従う破裂圧力の変化は小さい。これは、材料の引張強度がこのような構造の破裂応答に影響を及ぼす１つのパラメーターにすぎないためである。加圧されたシステムの温度は変化する場合があるので、温度感度を低減したラプチャーディスクが望ましい。
【００１０】
ラプチャーディスクの開放の容易化、及びラプチャーディスクの開放パターンの制御に、スコアライン、シアーライン、及び脆弱性の線としても知られた脆弱性の他の領域などの物理的な特徴を使用してもよい。たとえば、反転座屈ディスクでは、ディスクが反転しているときに、ディスクはスコアラインに沿って裂けることになる。破裂の際にディスクが破片になるのを防ぎ、かつディスクからの破片が流体と共に加圧されたシステムから抜け出すのを防ぐように、ヒンジ領域として作動するディスクの選択された部分は通常スコアがないままにされる。
【００１１】
また、ラプチャーディスクの破片化は遷移領域の使用によっても制御される。この遷移領域はラプチャーディスクのドームとフランジ部の間に現れる。ラプチャーディスク産業は、破片化制御を補助する一定の角の丸みを備えた遷移領域を用いることを重視してきた。一般に、ディスク材料の厚さを超えた半径の角の丸みが、ラプチャーディスクの破片化制御には最も良いアプローチであると認められている。一般的に、より高い破裂圧力を伴うラプチャーディスクに関して、ディスクの厚さと遷移領域の角の丸みの両方が、ラプチャーディスクの破片化を制御するために増加することになる。
【００１２】
幾つかの適用は、例えば約１インチ（約２．５４ｃｍ）以下の直径を有する、効果的に「小型化された」小さなラプチャーディスクを必要とする。一般的に、ドームの高さ、凹部、脆弱性の領域、及び遷移領域などの上述の物理的な特徴は、より大きな直径のラプチャーディスクと同様、小型化されたラプチャーディスクの破裂と破片化の制御に使用される。このようなパラメーター及び特徴の信頼性を保つことは、小型化されたラプチャーディスクに供給可能な破裂圧力の範囲が制限するが、しかしながら、破裂圧力の信頼できない変動、又は利用可能な板材の厚さの原材料から所望の破裂圧力が生成不可能という状況をもたらす場合がある。
【００１３】
また、スコアが入れられ小型化された反転座屈ディスクは、次のような課題が生じる。すなわち、反転の際に小さな開口部を通して過剰のドーム材料を押し込む必要性が生じることである。より厚い小型化された反転座屈ディスクは特にこの課題が顕著である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第４，２３６，６４８号公報
【特許文献２】米国特許第５，０８２，１３３号公報
【特許文献３】米国特許第５，９３４，３０８号公報
【特許文献４】米国特許第６，１７８，９８３号公報
【特許文献５】米国特許第６，３２１，５８２号公報
【特許文献６】米国特許第６，４４６，６５３号公報
【特許文献７】米国特許第６，４９４，０７４号公報
【特許文献８】米国特許第４，４０４，９８２号公報
【特許文献９】米国特許第４，４４１，３５０号公報
【特許文献１０】米国特許第４，１０２，１６７号公報
【特許文献１１】米国特許第５，９９５，６０５号公報
【特許文献１２】米国特許第５，５７０，８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記を鑑みて、多数の異なった破裂圧力要件を満たすように構成可能であり、かつより信頼性のある破裂性能を提供できる小型化されたラプチャーディスクが必要である。本開示のラプチャーディスク、並びに付随するシステム及び方法は、これらの利点又は他の利点を達成する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の利点又は他の利点の１つ以上を達成するために、本明細書で実施され、かつ広く記載されるように、本開示は、破裂可能部と、フランジ部と、破裂可能部とフランジ部とを接続する遷移領域と、を備えるラプチャーディスクであって、遷移領域は、破裂可能部が破裂することになる圧力を決定するように構成されている、ラプチャーディスクに関する。
【００１７】
別の態様では、本開示は、ラプチャーディスク材料から破裂可能部、フランジ部、及び遷移領域を形成することと、ラプチャーディスクの破裂圧力を設定するように遷移領域を構成することとを含む、ラプチャーディスクを形成する方法に関する。
【００１８】
また、本開示は、ラプチャーディスクの組を供給することであって、その組の各ラプチャーディスクは、厚さ、ドームの高さ、及び遷移領域を有し、その組の各ラプチャーディスクは同じ厚さ及び同じドームの高さを有し、その組の各ラプチャーディスクは異なった遷移領域を有する、ラプチャーディスクの組を供給することを含む、加圧されたシステム内の圧力を除去する方法に関する。この方法は、選択されたラプチャーディスクの遷移領域によって決定された破裂圧力に基づいてラプチャーディスクの組からラプチャーディスクを選択することと、選択されたラプチャーディスクを加圧されたシステム内に設置することと、もまた含む。
【００１９】
本開示の別の実施形態は、脆弱性の実質的に円形のラインと凹部を画定する頂点とを有する破裂可能部を備えるラプチャーディスクに関する。凹部は、差圧に反応して破裂可能部の反転を開始するように構成されている。反転によって、脆弱性の実質的に円形のラインの全体にわたるディスクのほぼ同時の開放がもたらされ、かつ破裂可能部の反転によって、脆弱性の実質的に円形のラインに沿ったディスクの開放がもたらされる。
【００２０】
別の態様では、本開示は、頂点を有する破裂可能部であって、頂点の穴を画定し、脆弱性の実質的に円形のラインも確定する、破裂可能部を備えるラプチャーディスクに関する。ラプチャーディスクは封止部も有する。破裂可能部は、差圧に反応して穴で反転を開始するように構成されており、反転によって、脆弱性の実質的に円形のラインの全体にわたるディスクのほぼ同時の開放がもたらされる。
【００２１】
また、本開示は、順送金型の組を有するプレスを供給することであって、順送金型の組は第１の金型及び第２の金型を含む、プレスを供給することと、ラプチャーディスク材料をラプチャーディスク形状に形成するように、ラプチャーディスク材料を第１の金型でプレスすることと、第１の金型がラプチャーディスク材料をプレスした後に、そのラプチャーディスク材料を第２の金型まで動かすことと、ラプチャーディスクを製造するようにラプチャーディスク材料を第２の金型でプレスすることとを含む、反転座屈ラプチャーディスクを形成する方法に関する。
【００２２】
また、本開示は、順送金型の組を供給することと、順送金型の組の第１の金型を用いてラプチャーディスク材料に構造改良部を形成することと、順送金型の組の第２の金型を用いてラプチャーディスク材料に曲線形状部を形成することとを含む、反転座屈ラプチャーディスクを形成する方法にも関する。
【００２３】
本明細書の一部に組み込まれて、本明細書の一部を構成する添付図面は、幾つかの実施形態を例示し、本明細書とともに、本開示の原理を説明する機能を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】公知のラプチャーディスクの断面図である。
【図２】本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクの断面図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態に係る鋭い遷移領域を有するラプチャーディスク遷移領域である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態に係る緩い面取り部を有するラプチャーディスク遷移領域である。
【図３Ｃ】本開示の実施形態に係る小さな角の丸みを有するラプチャーディスク遷移領域である。
【図４Ａ】ラプチャーディスクの厚さの１．５倍の半径の角の丸みを有する公知のラプチャーディスク遷移領域である。
【図４Ｂ】ラプチャーディスクの厚さと等しい半径の角の丸みを有する公知のラプチャーディスク遷移領域である。
【図４Ｃ】ラプチャーディスクの厚さの１／２の半径の角の丸みを有する、本開示の実施形態に係るラプチャーディスク遷移領域である。
【図４Ｄ】ラプチャーディスクの厚さの１／４の半径の角の丸みを有する、本開示の実施形態に係るラプチャーディスク遷移領域である。
【図４Ｅ】ラプチャーディスクの厚さの１／８の半径の角の丸みを有する、本開示の実施形態に係るラプチャーディスク遷移領域である。
【図５Ａ】円形のスコアラインを含む、本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクである。
【図５Ｂ】交差したスコアラインを含む、本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクである。
【図５Ｃ】円形のスコアライン及び凹部を含む、本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクである。
【図６Ａ】頂点に穴を含む、本開示の実施形態に係る小型化された反転座屈ラプチャーディスクである。
【図６Ｂ】頂点に穴を含む、本開示の実施形態に係る小型化された反転座屈ラプチャーディスクである。
【図７Ａ】本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクを製造する方法におけるステップである。
【図７Ｂ】本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクを製造する方法におけるステップである。
【図７Ｃ】本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクを製造する方法におけるステップである。
【図８】本開示の実施形態に係る、ラプチャーディスクの凹面側のスコアラインを含む小型化されたラプチャーディスクである。
【図９Ａ】形状が全損せずに破裂するように構成された、本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクである。
【図９Ｂ】形状が全損せずに破裂するように構成された、本開示の実施形態に係る小型化されたラプチャーディスクである。
【図１０】本開示の実施形態に係るラプチャーディスクの複合ドーム形状である。
【図１１】本開示の実施形態に係るラプチャーディスクの製造に使用するコイル材料である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本例示的な実施形態を詳細に参照し、添付図面にその実施例を示す。
【００２６】
例示的な公知の反転型ラプチャーディスク１０が図１に示されている。ラプチャーディスク１０は、破裂可能部１とフランジ部２の間の遷移領域３をともなって、破裂可能部１、及びフランジ部２により提供される。フランジ部２は実質的に平坦である一方、破裂可能部１は、その断面が概して弓形である。図１に示すように、破裂可能部１は、実質的に球面状である。当技術分野で理解されるように、図１のラプチャーディスク１０の破裂圧力は、ディスクの厚さＴ、ドームの高さＨ、及び凹部４などの多くのパラメーター及び特徴の関数であるが、必ずしもこれらのパラメーター及び特徴に限定されない。図１のラプチャーディスク１０の破片化は、角の丸みＲを有する一定の角の丸みの遷移領域３を使用することで制御される。公知のラプチャーディスクでは、角の丸みＲは、破片化の制御を補助するように厚さＴより大きく保たれてきた。これらのパラメーター及び特徴は、ラプチャーディスクのサイズにかかわらずラプチャーディスクの破裂圧力と破片化の制御に使用されてきた。
【００２７】
図１のラプチャーディスク１０を「小型化」、すなわち、約１インチ（約２．５４ｃｍ）以下の直径Ｄを有するように設計してもよい。小型化されたラプチャーディスク１０は、一般にコイル金属材料から製造される。このようなコイル金属材料は、限られた数の標準厚さＴで利用可能である。たとえば、コイル金属材料は、厚さＴは、例えば、０．０１０インチ（０．０２５４ｃｍ）の厚さ、０．０１２インチ（０．０３０４８ｃｍ）の厚さ、０．０１４インチ（０．０３５５６ｃｍ）の厚さ等々、０．００２インチ（０．００５０８ｃｍ）又は０．００３インチ（０．００７６２ｃｍ）きざみで変化する厚さＴで提供される場合がある。次第に厚さが増すコイル金属から作られたラプチャーディスクは、次第に高い破裂圧力を有する。しかしながら、コイルの厚さが０．００２インチ（０．００５０８ｃｍ）きざみで増加する小型化されたラプチャーディスクでは、例えば、ラプチャーディスクの破裂圧力への影響が著しい。そのため、その小型化されたラプチャーディスクの厚さＴを単に変更することによって、製造業者は、破裂圧力値間に顕著な圧力飛躍がある（例えば、１０００ｐｓｉｇ（６８９４．９４９２ｋＰａＧ）から１５００ｐｓｉｇ（１０３４２．４２３８ｋＰａＧ）や２０００ｐｓｉｇ（１３７８９．８９８４ｋＰａＧ）まで）非常に粗い数の破裂圧力要件しか満たすことができない。その結果、製造業者が利用可能な材料の厚さが制限されることによって、破裂圧力が、例えば、１０００ｐｓｉｇ（６８９４．９４９２ｋＰａＧ）から２０００ｐｓｉｇ（１３７８９．８９８４ｋＰａＧ）の規則的な範囲で、製造業者は小型化されたラプチャーディスク、特に反転座屈ディスクの切れ目の無い製品ラインを提供することができない。顧客は、例えば１７５０ｐｓｉｇ（１２０６６．１６１１ｋＰａＧ）の正確な破裂圧力を有する小型化されたラプチャーディスクを入手不可能かもしれない。したがって、この顧客は、必要がないのにディスクが開いてしまうというリスクを負って、所望の破裂圧力より低い破裂圧力のディスクを頼る必要があるかもしれない。あるいは、その顧客は、潜在的に危険な過圧状態にさらされるリスクを負って、所望の破裂圧力より低い破裂圧力のディスクを頼る必要があるかもしれない。
【００２８】
また、小型化されたラプチャーディスク１０のドームの高さＨは、ディスク１０の破裂圧力を微調整するとともに所望の破裂圧力の分布範囲の隙間を埋めるようにも変更してもよい。すなわち、０．０１２インチ（０．０３０４８ｃｍ）厚さの小型化された反転座屈ラプチャーディスク１０に関して、製造業者は、例えば、１／２インチ（１．２７ｃｍ）の公称直径ディスク用の０．１０インチ（０．２５４ｃｍ）から０．２０インチ（０．５０８ｃｍ）範囲のドームの高さＨを提供してもよい。しかしながら、利用可能なコイル金属の厚さが制限されるため、異なったドームの高さは、破裂圧力の著しい隙間の無い分布範囲をまだ提供できていない。たとえば、異なったドームの高さを有する小型化された反転座屈ラプチャーディスクの製造では、例えば、厚さ０．０１０インチ（０．０２５４ｃｍ）と厚さ０．０１２インチ（０．０３０４８ｃｍ）の２つの標準厚さの材料を使用することで１０００ｐｓｉｇ（６８９４．９４９２ｋＰａＧ）から１５００ｐｓｉｇ（１０３４２．４２３８ｋＰａＧ）範囲の破裂圧力と１８００ｐｓｉｇ（１２４１０．９０８６ｋＰａＧ）から２２００ｐｓｉｇ（１５１６８．８８８３ｋＰａＧ）範囲の破裂圧力の２つの圧力範囲が可能になる場合があるが、１５００ｐｓｉｇ（１０３４２．４２３８ｋＰａＧ）から１８００ｐｓｉｇ（１２４１０．９０８６ｋＰａＧ）までの破裂圧力の隙間が残る場合がある。
【００２９】
同様に、図１に示す凹部４などの物理的な特徴は、小型化された反転座屈ラプチャーディスク１０が信頼性を有して破裂する場合がある破裂圧力の完全な圧力範囲を生成できない。凹部を設けるなど陥没させる技術は、ドーム形状の構造が小型化するのにともない機能しなくなる傾向がある。凹部を設けたディスクは凹部がないディスクより低い圧力で反転する可能性があるが、小構造（すなわち、小型化されたラプチャーディスク）では効果は最小化される。たとえば、凹部ありと凹部なしとの小型化された反転座屈ラプチャーディスクを比較するテストによって、１／２インチ（１．２７ｃｍ）公称サイズの凹部ありラプチャーディスクは、平均して、凹部なしラプチャーディスクが反転した圧力の１％以内で反転したことが示された。したがって、小型化された反転座屈ラプチャーディスクの破裂圧力の範囲を適度に改良するために凹部を使用してもよいが、所望の反転圧力を達成する能力は制限される。
【００３０】
図１のラプチャーディスク１０の遷移領域３は、ラプチャーディスクの破片化の制御に使用される。標準的な実施では、遷移領域３は、破片化を制御するようにディスク材料の厚さを超えた一定の角の丸みＲを有する。しかしながら、図１のディスクを小型化した場合、ディスクの反転と破裂への遷移領域３の影響は望ましいほどには顕著でなくなる。これは、遷移領域自体が反転座屈構造領域全体に対してより一層高い比率で寄与しているためである。結果として、一般的に遷移領域の角の丸みＲを小型化されたラプチャーディスク１０で用いるときに、遷移領域の角の丸みＲは、反転動作を小さくして、反転圧力の変動を増加させる（すなわち、反転圧力変動をより予見しにくくする）。
【００３１】
小型化されたラプチャーディスクでは、破裂圧力にいったん達すると、図１に示す典型的な遷移領域は低い運動エネルギーで反転する。すなわち、図１の小型化されたディスク１０が反転するときに、ディスク１０は比較的遅く動く。反転座屈ディスクが反転するときに、ラプチャーディスクの最も良い破裂性能は、高い運動エネルギーのスナップ作用によって達せられる。スナップ作用からの高い運動エネルギーによって、ラプチャーディスクはそれ自体が破壊されるのを助ける。あるいは、反転の際の破裂を容易にするために切断構造又は圧力集中点を使用するならば、スナップ作用からの高い運動エネルギーによって、反転型ラプチャーディスクの開放を確実化するに十分なエネルギーで反転型ラプチャーディスクは確実に切断構造に接触することになる。典型的な遷移領域３を用いた小型化されたラプチャーディスクは、このようなスナップ作用なしで反転するため、その性能は統一性がない場合がある、破裂圧力に達しているときに、ラプチャーディスクは常には開かない場合がある。
【００３２】
公知の小型化されたラプチャーディスクのこれらの課題又は他の課題を解決するために、図２に本開示に係る例示的な小型化されたラプチャーディスク２０を示す。ラプチャーディスク２０は破裂可能部２１、フランジ部２２、及び遷移領域２３を含んでいる。図２に示すように、小型化されたラプチャーディスク２０は、反転型ラプチャーディスクである。すなわち、破裂可能部２１の凸面側２６が加圧システムに露出し、破裂可能部２１の凹面側２５が出口に露出する。そして、ラプチャーディスク２０の破裂は破裂可能部２１の反転を伴う。図２に示すように、小型化されたラプチャーディスク２０は、実質的に球面状の破裂可能部２１を含んでいる。本開示は、長円形、断面が概して弓型状の他の形状を含み、かつ断面が非対称な形状を含む、異なった幾何学形状のラプチャーディスクを意図する。図２のラプチャーディスクは反転がたラプチャーディスクであるが、本開示は引張型ラプチャーディスクへの適用も意図する。
【００３３】
図２の小型化された反転座屈ラプチャーディスク２０は、ディスクの性能を向上させるように設計された遷移領域２３も提供する。これまでは、小型化されたラプチャーディスクの破裂圧力を設定するために遷移領域の角の丸みを用いてもよいとは認識されてこなかった。そうではなく、遷移領域の角の丸みは破片化制御に使用されてきたため、ラプチャーディスクのサイズに依存して遷移領域は固定されてきた。ラプチャーディスクの厚さより大きな遷移領域の角の丸みが破片化制御に使用されることが認められてきた。そのため、ラプチャーディスクの厚さより小さな半径の角の丸みの遷移領域を提供することを、ラプチャーディスク性能の向上に有用とし、小型化されたラプチャーディスクの破裂圧力の設定に有用とすることができるとは、特に認識されてこなかった。
【００３４】
上記を鑑みて、本開示によれば、ラプチャーディスク２０の破裂圧力を設定するように遷移領域２３の角の丸みＲを選んでもよい。これにより、本開示の小型化されたラプチャーディスク２０に関して、製造業者は、ラプチャーディスクの製品ラインのために望ましい破裂圧力の分布範囲の隙間を埋めるように遷移領域２３の角の丸みＲを変更してもよい。このような小型化されたラプチャーディスクの潜在的破裂圧力の範囲が、公知の小型化されたラプチャーディスクの破裂圧力範囲にわたり実質的に改良されることが示された。この公知の小型化されたラプチャーディスクは、破裂圧力を設定するように主としてディスクの厚さＴとドームの高さＨに依存する。ラプチャーディスクの破裂圧力は多くの要因に依存することになる。よって、遷移領域の角の丸みがラプチャーディスクの破裂圧力を「設定」又は「決定」すると呼ばれるとき、遷移領域の角の丸みは破裂圧力の制御への寄与に使用すると理解され、かつ、ディスクの厚さＴやドームの高さＨなどの他の要因はラプチャーディスクの破裂圧力の制御の役割も果たしてよいことが理解される。したがって、本開示によれば、破裂圧力の設定又は決定に遷移領域の角の丸みを使用することは、他の要因から構成されることを除外しない。
【００３５】
また、本開示の小型化されたラプチャーディスクは、ラプチャーディスクの破裂圧力を設定するように特別に選択された比較的急峻な遷移領域を提供されてもよい。たとえば、図３Ａに示すように、本開示の小型化されたラプチャーディスクは、明確な（比較的鋭い）縁の遷移領域３３１をともなって提供されてもよい。あるいは、小型化されたラプチャーディスクは、図３Ｂに示すような緩い面取り部３３９を含む遷移領域３３２、又は図３Ｃに示すような小さな角の丸みを有する遷移領域３３３をともなって提供されていてもよい。面取り部３３９は、ラプチャーディスクの破裂圧力を制御、設定、画定、又はそうでなければ破裂圧力に寄与するように選択されるか、寸法が定められてもよい。小さな角の丸みを備えた遷移領域を有する小型化されたラプチャーディスクの一実施形態では、角の丸みはラプチャーディスクの厚さより小さくてもよい。先行技術の小型化されたラプチャーディスクでは、図４Ｂの遷移領域４３２に示すように、遷移領域の角の丸みは、破片化を制御するようにラプチャーディスクの厚さＴと等しくてもよい。あるいは、先行技術の小型化されたラプチャーディスクでは、図４Ａの遷移領域４３１に示すように、角の丸みＲは、破片化を制御するように厚さＴより大きくてもよい。しかしながら、本開示に係るラプチャーディスクでは、角の丸みＲは図４Ｃから４Ｅに示すように、ディスクの厚さＴより小さくてもよい。図４Ｃに示す遷移領域４３３の角の丸みＲは、ラプチャーディスクの厚さＴの１／２である。図４Ｄに示す遷移領域４３４の角の丸みＲは、ラプチャーディスクの厚さＴの１／４である。図４Ｅに示す遷移領域４３５の角の丸みＲは、ラプチャーディスクの厚さＴの１／８である。上述したように、製造業者は、遷移領域の特定の角の丸みを選択することによって、小型化されたラプチャーディスクの破裂圧力を設定してもよい。具体的には、製造業者は、小型化されたラプチャーディスクの破裂圧力を増加させるように、遷移領域のより小さな角の丸みを選択してもよく、或いは、小型化されたラプチャーディスクの破裂圧力を減少させるように、遷移領域のより大きな角の丸みを選択してもよい。
【００３６】
さらに、遷移領域を含む小型化されたラプチャーディスク、例えば図３Ａから図３Ｃ及び図４Ｃから図４Ｅに示したものなどは、公知の小型化されたラプチャーディスクに優る改善された性能を提供することが示された。明確な縁の遷移領域を提供することによって、小型化されたラプチャーディスクの破裂圧力が実質的に増加することが示された。たとえば、３／８インチ（０．９５２５ｃｍ）の公称ドーム構造及び典型的な０．０５０インチ（０．１２７ｃｍ）の角の丸みの遷移領域を有するラプチャーディスクでは、破裂圧力が９，０００ｐｓｉｇ（６２０５４．５４３１ｋＰａＧ）であることが示された。対照的に、３／８インチ（０．９５２５ｃｍ）の公称ドーム構造及び緩く曲げられた縁を有する本開示に係るラプチャーディスクは１１，０００ｐｓｉｇ（７５８４４．４４１６ｋＰａＧ）の破裂圧力を有する。
【００３７】
また、遷移領域が鋭い縁から例示的な約０．０１０インチ（約０．０２５４ｃｍ）の半径の角の丸みまでの範囲にあってもよい本開示の小型化されたラプチャーディスクは、高い運動エネルギーを有する反転（すなわち、スナップ作用）をもたらし、より信頼性のある破断又は破裂を提供する。遷移領域の角の丸みが減少するのにしたがい、スナップ作用（すなわち、より高い運動エネルギー）が向上することが示された。よって、本開示に係る小型化されたディスクは向上したスナップ作用を有する場合がある。
【００３８】
本明細書に開示される遷移領域は、その外周に沿って一様に構成されてもよい。たとえば、遷移領域が、その外周に沿って一様な角の丸み、一様な面取り部、又は一様な鋭い角部をともなって提供されてもよい。しかしながら、本開示はこのような一様な構成に限定されない。また、遷移領域は不規則な遷移領域であってもよく、例えば、角の丸み、面取り部、又は角の特徴部が遷移領域の全外周の長さ未満の長さであってもよい。遷移領域は、その外周の周りで寸法が変化する特徴部も含んでいてよい。たとえば、遷移領域の一部分が第１の角の丸みを有していてもよい一方で、遷移領域の別の部分が異なった第２の角の丸みを有していてもよい。同様に、遷移領域の一部分が第１の面取り部を有していてもよい一方で、遷移領域の別の部分が異なった第２の面取り部を有していてもよい。また、遷移領域は複数の特徴部の組み合わせを含んでいてもよい。たとえば、遷移領域は、角の丸みを有する一部分、面取り部を有する別の部分、及び／又は鋭い角部を含んでいてもよい。さらに、遷移領域の１つ以上の特徴部が、その外周の周りに間欠的に設けられていてもよい。
【００３９】
図５Ａに本開示の別の実施形態を示す。図５Ａの小型化されたラプチャーディスク５０１が、破裂可能部５１１、フランジ部５２１、遷移領域５３１、及び円形のスコアライン５２１を含み、円形のスコアライン５２１に沿ってラプチャーディスク５０１は破裂することになる。円形のスコアライン５２１は円全体より小さな領域を占めていてもよい。たとえば、スコアラインは、円の中心角度２７０度から３３０度の範囲に沿って延びていてもよい。図５Ａはラプチャーディスク５０１の凸面側の円形のスコアライン５２１を示すが、図８に示すように、円形のスコアラインをラプチャーディスクの凹面側にも配置されていてもよい。円形のスコアラインを有するラプチャーディスクは、共同所有の特許文献８に記載されており、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。円形のスコアライン５２１を提供することで、小型化された反転座屈ラプチャーディスクの向上された性能がもたらされる。
【００４０】
小型化された反転型ラプチャーディスク５０２の別の実施形態は、図５Ｂに示したもの、及び共同所有の特許文献９に開示されたものなどの交差したスコアライン５５２に依存する。特許文献９のその内容は参照によりその全体を本明細書に明示的に組み込まれる。図５Ｂの反転座屈ディスク５０２は、破裂可能部５１２、フランジ部５１３、遷移領域５３２、及び交差したスコアライン５５２を有する。しかしながら、交差したスコアラインの設計を用いるには、スコアライン５５２で開くように、ディスクの破裂可能部５１２がそれ自体を通って押し込まれることを必要とする。小型化された反転動作ラプチャーディスクでは、ディスク材料は比較的厚い場合があり、これがディスク材をそれ自体に通すのを難しくしている。その結果、再現可能な破裂圧力は、交差したスコアラインの設計では非常に高くなければならない。たとえば、０．５インチ（１．２７ｃｍ）直径のラプチャーディスクの場合では数千ｐｓｉｇであり、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）直径のディスクの場合では１万ｐｓｉｇを超える破裂圧力である。対照的に、本開示の図５Ａに係る円形のスコアライン５５１を用いと、実質的により低い再現可能な破裂圧力がもたらされる。円の約３００度を覆う円形のスコアライン５５１と本開示に係る明確な遷移領域とを組み合わせたときに、特に肯定的な結果が再現性と良好な破裂性に関して観測された。図５Ａに示すように、円形のスコアラインは破裂可能部５１１に現れているが、代替的に円形のスコアラインをラプチャーディスクの遷移領域に配置してもよい。一実施形態では、円形のスコアラインをラプチャーディスクのフランジ部に配置してもよい。
【００４１】
また、円形のスコアラインを有する小型化された反転座屈ディスク５０１は、交差したスコアラインを有するディスクより良好な開放特性も有している場合がある。ディスク５０１の反転の際に、円形のスコアライン５５１によって、逃げる流体の流れを顕著には妨げずに開放位置へ回転しなければならない制御された単一の花弁状の材料がもたらされる。
【００４２】
図５Ｃに示すように、小型化された反転座屈ラプチャーディスク５０３の一実施形態は、脆弱性のスコアライン又は他のライン５５３、及び構造改良部を含んでいてもよい。図示のように、構造改良部は凹部５４３の形態を取っていてもよい。図５Ｃに示す小型化されたラプチャーディスクは、破裂可能部５１３、フランジ部５２３、及び遷移領域５３３も有する。構造改良部の追加は、小型化されたラプチャーディスクの破裂圧力精度を安定化する場合がある。一般に、円の２７０度から３３０度範囲の円形のスコアラインを設けてもよいため、完全な円でないことは材料の不規則な変位に繋がりかねない。材料のこのような不規則な変位によって、信頼性のない破裂圧力に繋がりかねない、ラプチャーディスク内の応力パターンがもたらされる場合がある。不規則な変位の影響は、小型化されたラプチャーディスクでより顕著であり、より大きな（例えば、直径１インチ（２．５４ｃｍ）を超える）ラプチャーディスクではそれほど顕著ではない。これにより、破裂圧力精度の信頼性を保障することに関しては、小型化されたラプチャーディスクに構造改良部を設けることで、より大きいラプチャーディスクよりも更に著しい利点が得られる。
【００４３】
本開示によれば、頂点に位置する凹部などの構造改良部は、ラプチャーディスクの公称破裂圧力を変更せずに、小型化されたラプチャーディスクに提供されてもよい。これまでは、頂点に凹部を設けることは、破裂圧力を下げる傾向があった。しかしながら、小型化されたラプチャーディスクについての本開示により、破裂圧力を下げずに破裂圧力精度が向上するように頂点の凹部を構成できることが観測された。
【００４４】
図５Ｃに示す実施形態によれば、小型化された反転座屈ラプチャーディスク５０３の開放を改良するように、凹部５４３及び脆弱性のライン５５３を構成してもよい。過圧状態では、小型化された反転座屈ラプチャーディスク５０３は、凹部５４３で反転を開始してもよい。ディスク５０３は、崩壊の波の半径方向外側に向かって崩壊し続ける。崩壊の波が脆弱性のライン５５３に達したときに、ラプチャーディスク５０３の材料は脆弱性のラインに沿って引き裂かれる。そのため、凹部５４３を適切に構成すると、崩壊の波は、脆弱性のライン５５３に沿った実質的に同じ各ポイントに実質的に時間通りに到達する場合がある。その結果、ディスク５０３は、脆弱性のライン５５３に沿って対称に開くことができ、開放性能が向上につながる場合がある。凹部５４３がないとき、或いは正しく構成されていない凹部があるときには、ドームの崩壊は、ドームの頂点から半径方向外側に徐々に進まない場合がある。その結果、脆弱性のライン５５３は非対称な荷重を受ける場合があり、ディスク５０３の、脆弱性のライン５５３に沿って非対称又は不規則な開放がもたらされる。よって、脆弱性のライン５５３に関連して凹部５４３を構成することによって、製造業者は、ディスク５０３を実質的により対称な開放を確実にする場合がある。
【００４５】
図６Ａ及び図６Ｂに示す本開示の別の実施形態によれば、小型化された反転座屈ラプチャーディスク６０は、破裂可能部６１、フランジ部６２、及び遷移領域６３をともなって提供されてもよい。脆弱性のスコアライン６５又は他の領域をラプチャーディスク６０に設けてもよい。図６Ａに示すように、スコアラインは実質的に円形であってもよい。また、ラプチャーディスク６０はその頂点において穴６８を画定していてもよい。図６Ｂに示すように、ラプチャーディスク６０を封止部６９と対になっていてもよいため、加圧された流体が穴６８から逃げてしまうことを防止する場合がある。小型化された反転座屈ラプチャーディスク６０の凸面側に封止部６９を配置してもよい。穴を含み、封止部と対になっているラプチャーディスクは、共同所有の特許文献５に開示されている。上述のように、その内容は参照によりその全体が本明細書に明示的に組み込まれる。
【００４６】
図６Ａ及び図６Ｂに示す実施形態では、ディスク６０の頂点においての破裂開始を引き起こすように穴６８を構成してもよい。図５Ｃに示した実施形態と同様に、ディスク６０は、破裂開始の後に崩壊の波の半径方向外側に向かって反転してもよい。崩壊の波が脆弱性の領域６５に達したときに、ディスク６０は脆弱性の領域６５に沿って開いてもよい。ディスク６０が開くときに封止部６９も開いてよいことにより、加圧された流体はシステムから逃げることができる。穴６８を適切に構成すると、崩壊の波は、脆弱性のライン６５に沿った実質的に各ポイントに、実質的に同じ各ポイントに時間通りに到達する場合がある。その結果、ディスク６０は、脆弱性のライン６５に沿って対称に開くことができることで、開放性能が向上できる。
【００４７】
本開示に係る小型化されたラプチャーディスクが上述したものに加えて多くの利点を得たことが示された。本開示に係る小型化されたラプチャーディスクは、破裂圧力の８０％又は９０％を超える圧力に到達可能な可変運転圧に対する耐性を示してもよい。また、本開示に係る小型化されたラプチャーディスクは、高度に周期的な運転圧状態に対する耐性を示してもよいことで、ラプチャーディスクの所望の運転寿命にわたって、何十万回もの圧力サイクルを与えることができる。５００ｐｓｉｇ（３４４７．４７４６ｋＰａＧ）から１５，０００ｐｓｉｇ（１０３４２４．２３８６ｋＰａＧ）範囲の破裂圧力を示すように、本開示に係る小型化されたラプチャーディスクを構成してもよい。このようなラプチャーディスクは、ラプチャーディスクの極端な漏れ止めが望まれる油圧用途に特に有用である。
【００４８】
本開示に係る小型化されたラプチャーディスクは、温度による破裂圧力の最小の変化量を示す場合がある。様々な温度でのニッケル合金６００（インコネル６００としても知られている）でできた種々のラプチャーディスクに関する破裂圧力の変化量が以下の表に示されている。この表では、「ＳＫｒ」は、ＢＳ＆Ｂセーフティシステムズ（ＢＳ＆Ｂ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が販売用に提供した、頂点に凹部を有する中実金属の反転型ディスクであり、「Ｂ Ｄｉｓｋ」は、ＢＳ＆Ｂセーフティシステムズ（ＢＳ＆Ｂ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が販売用に提供した、中実金属の引張型ディスクであり、「ＸＮ」は、ＢＳ＆Ｂセーフティシステムズ（ＢＳ＆Ｂ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が販売用に提供した、脆弱性の交差した形状のラインを有する中実金属の引張型ディスクであり（その公称サイズは１インチ（２．５４ｃｍ）以上である）、「本開示」は、脆弱性の円形ライン及び頂点の凹部形態の構造改良部を有する反転座屈ラプチャーディスクの形態にある、本開示に係る例示的なラプチャーディスクである（その公称サイズは３／４インチ（１．９０５ｃｍ）未満である）。
【００４９】
【表１】
2013506802.tif 000003
【００５０】
上の表において、１．００の係数は、周囲温度２２℃でのラプチャーディスクの破裂圧力である。たとえば、１．０３の係数は、その破裂圧力が周囲温度での破裂圧力の１．０３倍であることを示す。たとえば、０．９６の係数は、その破裂圧力が周囲温度での破裂圧力の０．９６倍であることを示す。２５０℃での破裂圧力係数から−４０℃での破裂圧力係数を引き算することによって、変動係数として定義された温度感受性の指標を計算することができる。上に示すように、本開示（０．０７）のラプチャーディスクに関する−４０℃での破裂圧力係数と２５０℃での破裂圧力係数との間の変動係数は、ＳＫｒディスク（０．２０）、Ｂディスク（０．１５）、及びＸＮディスク（０．１３）に関するそれよりも小さい。これにより、上の表で示すように、本開示は、従来のラプチャーディスク設計以上の熱安定性を示す。一実施形態では、ラプチャーディスクは、１インチ（２．５４ｃｍ）以上の反転座屈ディスクの変動係数の２／３未満の変動係数を有していてもよい。別の実施形態では、ラプチャーディスクは、１インチ（２．５４ｃｍ）以上の反転座屈ディスクの変動係数の１／２未満の変動係数を有していてもよい。また別の実施形態では、ラプチャーディスクは、同様サイズのニッケル合金６００（すなわち、インコネル６００）製の引張型ラプチャーディスクの変動係数未満の変動係数を有していてもよい。さらに別の実施形態では、ラプチャーディスクは、０．１未満の変動係数を有していてもよい。遷移領域の構成、構造改良部の使用、一般的なディスク形状、又はこれらの要因の任意の適切な組み合わせに基づき変動係数は最小化される場合がある。
【００５１】
反転型ラプチャーディスクは、破裂より前にドーム形状又は曲線状の破裂可能部が座屈又は反転することを含むものとして概して述べてきたが、破裂可能部は破裂の前に必ずしも座屈又は反転しなくてよいことも意図される。このようなラプチャーディスクの実施例を図９Ａ及び図９Ｂに示す。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ラプチャーディスクの破裂可能部９１は、その原形を全損せずに開く。すなわち、破裂可能部は常に圧力源に向かって凸状である。
【００５２】
ここで本開示の実施形態の製造に移ると、小型化された反転座屈ディスクは任意の適切な方法で製造してもよい。機械加工よりむしろスタンプ加工および成形によって小型化された反転座屈ディスクを製造するのが、特に費用効果が高くなるかもしれない。さらに、機械加工されたラプチャーディスクは、より小さなサイズと約３０００ｐｓｉｇ（２０６８４．８４７７ｋＰａＧ）未満の圧力では機能しない場合がある。たとえば、共同所有の特許文献１０に記載の機械加工されたラプチャーディスク、及びＭＲＢラプチャーディスクとしてＢＳ＆Ｂセーフティシステムズから市販されている、機械加工されたラプチャーディスクは、小型化されたラプチャーディスクで妥当には達成しないかもしれない極端な公差を必要とする、薄いラプチャーディスク材に依存する場合がある。加えて、機械加工された薄いラプチャーディスクとその周辺体との保持は、凸面側から圧力を受けるときに不安定性が増す傾向がある。さらに、ＭＲＢラプチャーディスクは破片化するラプチャーディスク設計であり、多くの適用ではその性能特性は望ましくない。
【００５３】
一実施形態では、小型化された反転座屈ラプチャーディスクは、ハードスタンプ加工工程によって製造してもよい。ハードスタンプ加工工程の間、ディスク材は、ディスクがその頂点で薄くならないように押される。あるいは、小型化された反転座屈ラプチャーディスクを形成するように、選択的にディスクの頂点を薄くできる油圧成形を含む任意の他の適切な製造方法を用いてもよい。
【００５４】
別の実施形態では、小型化されたラプチャーディスクを一連のステップで製造してもよい。最初に、図７Ａに示すように、平坦な状態の間に、凹部７４を形成するようにディスクのブランク材７６又は他のディスク材料を凹ませてもよい。第２に、金型の組又は順送金型の組で機械的なスタンプ加工によって球面状又は他の作動形状にディスク７０を形成してもよく、これにより、図７Ｂに示すように、破裂可能部７１、フランジ部７２、及び遷移領域７３が形成される。第３に、図７Ｃ及び図７Ｄに示すようにラプチャーディスクにスコアラインを設けてもよい。図７Ｃ及び図７Ｄに示したスコアライン７５はラプチャーディスク７０の凸面側に現れているが、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、代替的にスコアライン８５をラプチャーディスク８０の凹面側に配置してもよい。
【００５５】
また別の実施形態では、順送金型の組を使用してラプチャーディスクを製造してもよい。順送金型の組では、ラプチャーディスクの属性は、金型プレスの各ストロークごとに材料をステーションからステーションへと前方に動かす単一の工具で連続的に作り出される。これにより、順送金型の組を使用することで、ステーションからステーションへのラプチャーディスク材料の手動での運搬及び／又はロボットアームによる運搬の必要性を除去できる。この方法によれば、順送金型の組は１つ以上の金型を含んでいてもよく、この金型は、例えば、ラプチャーディスク材料に凹部を配置し、ラプチャーディスク材料をドーム形状又は他の適切な形状を形成し、ラプチャーディスク材料にスコアライン、シアーライン、又は脆弱性の他の領域を形成し、ラプチャーディスク材料にフランジ部を形成し、ラプチャーディスク材料に遷移領域を形成し、採用した工程の明確な証拠印を形成し、かつ任意の他の適切なラプチャーディスク形成作業又はディスク印付け作業を実行するように構成されている。一実施形態では、順送金型の組は１以上の金型を含んでいてもよく、この金型は、ラプチャーディスクの性能を向上させるように設計された遷移領域を付加するよう構成されている。たとえば、１つ以上の金型は、ラプチャーディスクの破裂圧力を制御するように選択された遷移領域の角の丸みを付加するように構成されていてもよい。別の実施形態として、１つ以上の金型は、遷移領域に面取り部又は鋭い角部を提供するように構成されていてもよい。順送金型の組の１つ以上の金型は一様な遷移領域を提供してもよい。すなわち、その金型は、遷移領域の外周周りに一様な構成を取ってもよい。代替的に又は追加的に、１つ以上の金型は不規則な遷移領域を提供してもよい。たとえば、その金型は、遷移領域の一部のみで特徴を提供するか、遷移領域の周りに間欠的に特徴を提供するか、特徴の組み合わせを遷移領域の周りに提供するか、又は遷移領域に沿って異なった寸法を有する特徴を提供してもよい。不規則又は間欠的な特徴は、例えば、１つ以上の角の丸み、面取り部、又は鋭い角部であってもよい。
【００５６】
順送金型の組を単一ラインで提供してもよく、或いは複数ラインの金型の組として順送金型の組を提供して、２つ以上のラプチャーディスクを同時にプレスしてもよい。本開示の原理と整合性が取れた状態で、いわゆるマルチライン又はマルチレーンの順送金型の組を使用してもよい。
【００５７】
機械的作用及び／又油圧作用を用いて順送金型の組の各金型を適用してもよい。順送りの金型組が複数の金型を含む実施形態では、本開示は、任意の適切な順序で各金型をラプチャーディスク材料に適用することを意図する。
【００５８】
一実施形態では、反転座屈ラプチャーディスクを形成するように順送金型の組を使用してもよい。別の実施形態では、小型化されたラプチャーディスクを形成するように順送金型の組を使用してもよい。
【００５９】
構造改良部を有する反転座屈ディスクを製造するように順送金型組を使用してもよい。図５Ｃ、図７Ｂ、図７Ｃ、及び図８に示す頂点の凹部や、共同所有の特許文献１１、特許文献４、及び特許文献６に開示された頂点の凹部などのように、構造改良部は、ラプチャーディスクのドームの頂点の凹部であってもよい。これら各特許文献の全内容は、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。また、構造改良部は、共同所有の特許文献１２（この全体内容は参照により本明細書に明示的に組み込まれる。）に開示されるようなオフセットされたクラウン部とできる可能性もある。あるいは、例えば図１０示すものなどのように、構造改良部は、複合ドーム形状の形態を取ってもよい。図１０に示すように、この複合ドーム形状部には、概して球面状の形態のドーム形状の領域に重なった少なくとも２つの形状がある。図１０では、複合ドーム形状部は、その基部の切頂円錐形状部１０１と基部上の概して球面状の形状部１０３とを有する。任意の数の異なった複合ドーム形状を作り出すように順送金型の組を使用してもよい。この複合ドーム形状は、例えば、円錐、切頂円錐、丸い形状／球面状の形状、切頂状の丸い形状／球面状の形状、及び／又は円筒状の組み合わせであってもよい。加えて、複合ドーム形状は不規則な複合形状であってもよい。１つの例示的な不規則な複合形状は、少なくとも２つの重なった形状部間の遷移領域を示し、この遷移領域はラプチャーディスクと同心ではない。別の例示的な不規則な複合形状では、少なくとも２つの重なった形状部はラプチャーディスクの外周の全周に存在していなくてもよい。すなわち、１つ以上の重なった形状部は間欠的であってもよい。
【００６０】
順送金型の組では、構造改良部が形成されるときに、ラプチャーディスク材料の上面及び下面の両方で少なくとも部分的に拘束することが構造改良部の形成が必要である場合がある。そのため、既にラプチャーディスクのドーム化された部分に凹部などの構造改良部を付加し、次に、凹ませる正確な位置でドーム化された部分の曲率に相当するように、拘束手段又は金型を特別に選択しなければならない。したがって、異なるバッチのラプチャーディスクが、ドーム化された部分の異なる位置に凹部を有するように意図された場合、新しい組の凹ませる拘束手段及び／又は金型が各異なる位置ごとに必要となることになる。上記を鑑みて、一実施形態では、ドーム形状又は他の丸い形状を形成する前にラプチャーディスク材に構造改良部を形成することにより、製造を容易化してもよい。このようにして、曲線状又はドーム状の材料よりもむしろ概して平坦な材料に構造改良部を形成してもよい。これによって、凹部が形成されるドーム形状部の位置に関係なく、構造改良部を形成する順送金型の組の一部は、多くの異なるバッチのラプチャーディスクと共に用いることができる。ドーム形状部を形成する前に凹部又は他の構造改良部が形成されるときは、ドーム形成前、ドーム形成の間、又はドーム形成後に凹部又は他の構造改良部を除去してもよい。
【００６１】
順送金型の組はコイル材料と共に使用してもよい。コイル材料は、金属製のコイル材料であってもよい。コイル材料は、単一の長さのコイル材料から複数の小型化されたラプチャーディスクを形成するための順送金型の組を通して供給されてもよい。順送金型の組を通してコイル材料を供給するときに、コイル材料を配置するための１つ以上の誘導手段を使用してもよい。費用と廃棄物を最小化するために、過剰な材料を最小化するよう選択した長い長さ及び幅を有するようにコイル材料を選択してもよい。このようなコイル材料は、例えば、所望のラプチャーディスクのフランジの直径の近い幅を有していてもよい。
【００６２】
一実施形態では、図１１に示すように、金属製のコイル材料は、コイル材料１１０の少なくとも１つの側に沿った誘導穴１１２の組をともなって提供されてもよい。誘導穴は３５ｍｍの写真用フィルムに見られる誘導穴に類似する形状を呈していてもよい。誘導手段は、これらの誘導穴との相互作用で順送金型の組を通してコイルを進め、かつ／又は、コイルが進むべき距離を決定してもよい。
【００６３】
比較的平坦なコイル材料から小型化されたラプチャーディスクを製造する方法の一実施形態では、順送金型の組を通してコイル材料を供給してもよい。コイル材料の一つの部分が第１の金型から凹部を受け取る。その後、コイル材料のその部分が第２の金型へと進み、第２の金型は、コイル材料に保持されたままのディスク材料片をドーム形状にする。その後、コイル材料のその部分は第３の金型へと進み、第３の金型によって、ディスクに脆弱性のスコアライン又は他の領域が設けられる。その後、コイル材料のその部分は、ラプチャーディスクの外径を除去されてもよい位置へと進み、ディスクはコイル材料から除去できる。順送金型の組は特定の順序でコイルに適用されるとして開示してきたが、本開示はその実施形態に限定されない。任意の好適な順序で適用される順送金型によってコイル材料をラプチャーディスクに加工してもよい。さらに、より多くの又はより少ない特徴をラプチャーディスクに提供する、より多くの又はより少ない金型を順送金型の組の一部として使用してもよい。
【００６４】
ラプチャーディスクの上述の実施形態は、球面のドーム形状のラプチャーディスクを利用するとして示してきたが、本開示は、この特定の構造に限定されることを意図しない。よって、代替のラプチャーディスクが本開示の範囲内にあることを意図し、代替のラプチャーディスクは、断面が実質的に弓型状であるドーム、長円形及び他の形状の均等なすべての形状を含んでいる。また、ラプチャーディスクの上述の実施形態は、金属でできているとして示してきたが、本開示はその材料のみに限定されないことを意図する。よって、記述したラプチャーディスクの実施形態は、プラスチック又はセラミックなどの任意の他の適切な材料でもできていてよい。上の開示は、ｐｓｉｇ単位のある数の例示的なラプチャーディスク破裂圧力を述べている。しかしながら、本開示はあらゆる特定の破裂圧力又はある特定の破裂圧力の範囲に限定されない。また、一実施形態の個々の特徴を別の実施形態の個々の特徴に付加するか、或いは別の実施形態の個々の特徴と置換してもよいことを意図する。よって、異なった実施形態間の異なった特徴の置換及び交換から生じる実施形態を包含することは、本開示の範囲内にある。
【００６５】
上述した実施形態及び配設は、意図される機構及び方法の単なる例示であることが意図される。他の実施形態は、本明細書及び本開示の実施を考慮することで当業者には明らかとなろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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