ИНДИКАТОР РАЗРЫВА
BREAK INDICATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом касается индикатора разрыва и устройств выпуска давления, содержащих такой индикатор. В частности, индикатор разрыва содержит по меньшей мере одну не проводящую электричество мембрану и цепь, выполненную из электропроводящего материала. При расположении очень близко к разрывному диску индикатор разрыва может отслеживать целостность разрывного диска и сигнализировать о разрыве диска путем прерывания электрической цепи из-за разрыва одного или более электропроводящих сегментов, которые составляют цепь.
Предшествующий уровень техники
Во многих процессах и применениях разрывные диски устанавливаются в трубопроводе текучей среды, например, между двумя муфтами или фланцами трубы в устройстве выпуска избыточного давления. В качестве обычного примера для визуального осмотра диска, части защищенного устройства или соответствующих трубопроводов выпуска текучей среды должны быть разобраны. Кроме того, разрывные диски обычно установлены в удаленных или иначе физически недоступных местах. В таких конфигурациях визуальный осмотр разрывного диска для определения его целостности может быть очень трудным.
Электронные следящие системы, которые содержат датчики потока и индикаторы разрыва, обеспечивают незамедлительное обнаружение разрыва диска. В патенте US 5155471 описан датчик потока, состоящий из поддерживающей прокладки, определяющей путь потока и имеющей тонкую податливую мембрану, проходящую поперек него. Электропроводная полоса обернута вокруг противоположных четвертей мембраны и постоянно соединена с электрической цепью индикатора.
В патенте US 4978947 описан разрываемый индикатор потока текучей среды и сборка разрывного диска, содержащая индикатор. Индикатор содержит разрываемый элемент, который может быть зажат поперек трубопровода для потока текучей среды, имеющего по меньшей мере одно отверстие, образованное в нем для ослабления части элемента. Проводник электрического тока присоединен поперек ослабленной части разрываемого элемента, посредством чего, когда элемент разрывается в результате воздействия на него давления текучей среды, проводник также разрывается.
В патенте US 5631634 описана сборка датчика давления, включающая в себя диск, полностью выполненный из металла и имеющий множество находящихся на расстоянии по окружности лепестков. Диск присоединен к паре проводов, присоединенных к сигнализирующему монитору. При возрастании давления текучей среды, связанного с разрывом разрывного диска или протечкой клапана, датчик давления разрывается, при этом цепь размыкается.
Краткое изложение сущности изобретения
В одном варианте осуществления согласно настоящему изобретению предложен индикатор разрыва, содержащий не проводящий электричество материал, содержащий наружную кольцевую часть и внутреннюю секцию, прикрепленную к наружной кольцевой части первой и второй перемычками. Индикатор разрыва также включает в себя электрическую цепь, которая содержит первый и второй электропроводящие сегменты. Первый сегмент расположен на наружной кольцевой части. Второй сегмент проходит из наружной кольцевой части через первую перемычку на внутреннюю секцию и через вторую перемычку обратно на наружную кольцевую часть, где он соединяется с первым сегментом.
В другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению предложен индикатор разрыва, содержащий не проводящий электричество материал, содержащий наружную кольцевую часть, внутреннюю секцию и по меньшей мере два отверстия, расположенных между наружной кольцевой частью и внутренней секцией. Отверстия отделены друг от друга по меньшей мере первой и второй перемычками. Индикатор разрыва также включает в себя электрическую цепь, которая содержит по меньшей мере первый и второй электропроводящие сегменты. Первый сегмент расположен на наружной кольцевой части. Второй сегмент проходит через внутреннюю секцию и соединяется с первым сегментом в положении на упомянутой наружной кольцевой части.
В еще одном варианте осуществления согласно настоящему изобретению предложена сборка разрывного диска, содержащая разрывной диск, имеющий разрываемую центральную часть, и индикатор разрыва для сигнализации о разрыве упомянутой разрываемой центральной части. Индикатор разрыва содержит не проводящий электричество материал, содержащий наружную кольцевую часть и внутреннюю секцию, присоединенную к наружной кольцевой части первой и второй перемычками. Индикатор разрыва также включает в себя электрическую цепь, которая содержит первый и второй электропроводящие сегменты. Первый сегмент расположен на наружной кольцевой части, и второй сегмент проходит из наружной кольцевой части, через первую перемычку на внутреннюю секцию и через вторую перемычку обратно на наружную кольцевую часть, где он соединяется с первым сегментом для образования цепи.
В еще одном варианте осуществления согласно настоящему изобретению, предложен способ отслеживания статуса разрывного диска, расположенного в трубопроводе текучей среды. Предусмотрен индикатор разрыва, содержащий не проводящий электричество материал, имеющий наружную кольцевую часть и внутреннюю секцию, присоединенную к наружной кольцевой части первой и второй перемычками. Индикатор разрыва дополнительно включает в себя электрическую цепь, содержащую по меньшей мере первый и второй электропроводящие сегменты, соединенные вместе для образования цепи. Первый сегмент расположен на наружной кольцевой части, и второй сегмент проходит из наружной кольцевой части через первую перемычку на внутреннюю секцию и через вторую перемычку обратно на наружную кольцевую часть, где он соединяется с первым сегментом для образования цепи.
Индикатор разрыва расположен в упомянутом трубопроводе текучей среды так, что действие разрывного диска в ответ на присутствие условия достаточного давления в трубопроводе текучей среды заставит по меньшей мере одну из первой и второй перемычек разрываться, отрывая при этом второй электропроводящий сегмент и размыкая упомянутую цепь.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
Фиг. 1 изображает общий вид агрегата сброса давления, включающего в себя разрывной диск и индикатор разрыва согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 изображает вид в поперечном разрезе сборки сброса давления на Фиг. 1;
Фиг. 3 изображает общий вид в разобранном состоянии сборки сброса давления на Фиг. 1;
Фиг. 4 изображает общий вид в разобранном состоянии сборки разрывного диска, включающего в себя индикатор разрыва, выполненный согласно настоящему изобретению;
Фиг. 5 изображает вид в плане индикатора разрыва, выполненного согласно настоящему изобретению;
Фиг. 6 изображает вид в поперечном разрезе индикатора разрыва по линии 6-6 на Фиг. 5; и
Фиг. 7 изображает общий вид разрываемой перемычки индикатора разрыва с Фиг. 5.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
В последующем описании проиллюстрированы некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, этот документ не должен быть понят как ограничение всего объема изобретения. На Фиг. 1 показана сборка 10 сброса давления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Сборка 10 в целом содержит сборку 12 разрывного диска, расположенную между парой муфт 14, 16. Сборка 12 разрывного диска закреплена между муфтами 14, 16 посредством зажима 18.
Будучи установленной в сборке 10 сброса давления, сборка 12 разрывного диска, по существу, спрятана от взгляда оператора. Поэтому в некоторых применениях желательно использовать датчик для мониторинга целостности сборки 12 разрывного диска и сигнализации оператору, если сборка разрывного диска разрушена, обеспечивая сообщение между отверстиями 17, 19 муфт. В некоторых вариантах осуществления сборки разрывного диска датчик расположен в непосредственной близости от действительного разрывного диска, например, между муфтами 14, 16. Однако следует проявлять осторожность при вставлении дополнительных структур (элементов) между муфтами, поскольку эти структуры могут создать зоны напряжения на разрывном диске при закреплении между муфтами, которые могут ухудшить характеристики разрыва диска.
Было обнаружено, что индикаторы разрыва "типа полосы", такие как раскрыты в US 4342988, влияли на характеристики разрыва некоторых разрывных дисков в недопустимой степени при закреплении вместе со сборкой 12 разрывного диска между муфтами 14, 16 даже у нижнего предела диапазона давления разрыва для конкретного диска конкретной толщины. Было предположено, что будучи зажатым между муфтами 14, 16 индикатор разрыва типа полосы имеет эффект создания отдельных (дискретных) областей, в которых добавленная толщина создавала зоны напряжения в наружной окружности разрывного диска, что изменяло характеристики разрыва диска, в целом посредством уменьшения давления разрыва. Было предсказано, что этот эффект более резко выражен у верхнего предела диапазона давления разрыва для данной толщины диска. Как описано ниже, индикаторы разрыва согласно настоящему изобретению направлены на решение этой проблемы посредством обеспечения некоторой степени однородности в области рядом с муфтами.
Как показано на Фиг. 2-4, сборка 12 разрывного диска содержит разрывной диск 20, поддерживающий элемент 22, и индикатор 24 разрыва, которые расположены внутри прокладки 26. Прокладка 26 содержит слои 28, 30, соединенные окружной боковой стенкой 32, и включает в себя центральное отверстие 34. Щель 36 образована в части боковой стенки 32 для вставления диска 20, поддерживающего элемента 22 и индикатора 24 разрыва между слоями 28, 30. Каждый слой 28, 30 прокладки 26 включает в себя в целом круглый уплотнительный кольцевой буртик 38, 40 и внутреннюю фланцевую часть 42, 44 соответственно.
Как показано, разрывной диск 20 содержит разрывной диск обратного действия, имеющий вогнуто-выпуклую (то есть выгнутую или куполообразную) центральную разрываемую часть 46. Однако в объем настоящего изобретения включено использование выгнутых дисков прямого действия и невыгнутых или плоских разрывных дисков. Примеры разрывных дисков для использования согласно настоящему изобретению описаны в US 6945420, полностью включенном в этот документ по ссылке.
Как изображено на фиг.4, поддерживающий элемент 22 содержит кольцевую внутреннюю втулку 48, наружную периферийную часть 50, находящуюся в радиальном направлении на расстоянии от внутренней втулки 48, и один или более соединительных сегментов 52, находящихся между внутренней втулкой 48 и наружной периферийной частью 50. Соединительные сегменты 52 при взаимодействии с внутренней границей 54 наружной периферийной части и наружной границей 56 внутренней втулки образуют одно или более отверстий 58 в поддерживающем элементе 22. Поддерживающий элемент 22, в частности внутренняя втулка 48, необязательно содержит проходящий вовнутрь язычок 60 и зуб 62. Язычок 60 проходит в центральное отверстие 64 поддерживающего элемента и выполнен с возможностью предотвращения разделения на части диска 20 во время разрыва. Проиллюстрированный поддерживающий элемент описан более подробно в заявке US 12/422851 от 13 апреля 2009, которая полностью включена в этот документ по ссылке. Другие поддерживающие элементы, такие как относительно плоские поддерживающие кольца (то есть, без отверстий 58) могут быть использованы вместо поддерживающего элемента 22.
Один вариант осуществления индикатора 24 разрыва согласно настоящему изобретению показан на Фиг. 5. Индикатор 24 разрыва содержит наружную кольцевую часть 66 и внутреннюю секцию 68. Кольцевая часть 66 и внутренняя секция 68 соединены вместе первой и второй перемычками 70, 72 соответственно. Наружная кольцевая часть 66 и внутренняя секция 68 дополнительно изолированы друг от друга дугообразными отверстиями 74, 76.
Электропроводящие сегменты 78, 80 образуют цепь, которая может быть использована для отслеживания целостности индикатора разрыва и, следовательно, рабочего статуса разрывного диска 20. В некоторых вариантах осуществления сегмент 78 расположен полностью под наружной кольцевой частью 66 и проходит, по существу, вокруг всей окружности части 66, за исключением очень маленькой свободной области 82, которая образована концевыми областями 84, 86 первого сегмента. В этих вариантах осуществления сегмент 78 не проходит через какую-либо часть внутренней секции 68. Сегмент 80 проходит от наружной кольцевой части 66 и, в частности, через свободную область 82, через перемычку 70 и на внутреннюю секцию 68. Примерно в центре внутренней секции 68 сегмент 80 изменяет направление и проходит через перемычку 72 и обратно на наружную кольцевую часть 66. Как показано, сегмент 80 изменяет направление, примерно, на 60°, несмотря на то, что в альтернативных вариантах осуществления этот угол может быть больше или меньше. В других вариантах осуществления сегмент 80 вовсе не должен менять направление и продолжается вдоль прямого пути через внутреннюю секцию 68. Ориентация перемычки 72 изменяется для вмещения пути сегмента 80. Сегмент 80 соединяется с сегментом 78 в точке 88 соединения, расположенной рядом с наружной периферией наружной кольцевой части 66 для образования цепи.
Наружная кольцевая часть 66 и внутренняя секция 68 в целом содержат не проводящую электричество мембрану. В одном варианте осуществления мембрана является слоистой структурой, которая содержит по меньшей мере два слоя материала пленки синтетической смолы, такой как полиамидная пленка, доступная на рынке под торговой маркой apton. В некоторых вариантах осуществления в частности, как показано на Фиг. 6, индикатор 24 разрыва содержит наружные слои 90, 92 пленки синтетической смолы, два промежуточных слоя 94, 96 клея, такого как клей на основе акрила, и центральный проводящий слой 98, из которого образованы сегменты 78, 80. Центральный проводящий слой 98 может содержать любой подходящий электропроводящий материал, такой как медь или серебро, или, как более подробно обсуждено ниже, как медь, так и серебро. Следует заметить, что в объеме настоящего изобретения лежит индикатор 24 разрыва, имеющий альтернативную конструкцию, такую как, один лист пленки, имеющий проводящий слой, нанесенный на него или напечатанный на нем.
Электропроводящий сегмент 78 содержит дугообразный сегмент 100, который проходит от соединения 88 к концевой области 86. Сегмент 100 не образует часть цепи, наоборот, он обеспечивает некоторую степень однородности толщины, и, следовательно, структурной нагрузки для наружной периферии наружной кольцевой части 66. Если бы сегмент 100 не присутствовал, толщина наружной кольцевой части 66 в этой области отличалась бы от толщины наружной кольцевой части 66 в области сегмента 78. Будучи вставленной и зажатой между муфтами 14, 16, эта неоднородность толщины могла бы вызывать области напряжения в разрывном диске 20, таким образом, изменяя его характеристики открывания. Посредством сегмента 100, даже несмотря на то, что он не образует часть цепи, создание этих областей напряжения исключается. Влияние свободной области 82 при структурном нагружении уменьшается, поскольку сегмент 80 проходит через нее, оставляя только небольшие области, которые не заняты электропроводящим материалом. В некоторых вариантах осуществления сегмент 78 имеет длину, которая составляет по меньшей мере около 90% от наружной окружности наружной кольцевой части 66. В других вариантах осуществления эта длина составляет около 95% от наружной окружности наружной кольцевой части 66.
По меньшей мере одна из перемычек 70, 72 может включать в себя ослабленную область, которая способствует и/или образует начальную точку для отрывания этой перемычки. В некоторых вариантах осуществления соответствующая перемычка отделяется от наружной кольцевой части 66 при разрыве разрывного диска. В альтернативных вариантах осуществления перемычка может отделяться от внутренней секции 68, оставаясь прикрепленной к наружной кольцевой части 66. В других вариантах осуществления перемычка может отрываться в некоторой точке между наружной кольцевой частью 66 и внутренней секцией 68.
Было обнаружено, что плоский Kapton, клей и металлические проводящие материалы, из которых выполнены цепи индикатора разрыва, разрываются легче, когда крутящий момент прилагается к перемычке, в которой была предусмотрена начальная щель, из-за увеличенной концентрации напряжения в вершине щели. Этот крутящий момент может быть достигнут различными способами. В одном варианте осуществления наличие угла в сегменте 80 смещает перемычку 72 от центра относительно открывающейся центральной разрываемой части (лепестка) однолепесткового поворотного разрывного диска. В другом варианте осуществления перемычки 70, 72 могут быть или могут не быть соосно совмещенными друг с другом, и вся центральная часть индикатора 24 разрыва может быть смещена от центра относительно средней линии симметрии центральной разрываемой части 46 однолепесткового поворотного разрывного диска 20. В еще одном варианте осуществления центральная часть индикатора 24 разрыва расположена в центре относительно центральной точки разрываемой части 46, и перемычки 70, 72 скошены под углом относительно линии симметрии лепестка разрывного диска, тогда как они могут быть или могут не быть соосно совмещены друг с другом.
Независимо от конфигурации в этих вариантах осуществления, поскольку лепесток прилагает силу к внутренней секции 68 индикатора разрыва, требуемый крутящий момент придается перемычке 72, и напряжение концентрируется у вершины щели 102, способствуя разрыву цепи. В одном варианте осуществления имеется только одна ослабленная область для начала отделения, как показано у перемычки 72 на Фиг. 7. Исключение дополнительных ослабленных областей будет иметь эффект, заключающийся в концентрации напряжения и энергии в одной точке вместо двух или более точек, таким образом, приводя к улучшенной эффективности во время отделения. Как показано на Фиг. 7, перемычка 72 включает в себя щель 102, имеющую открытый конец, который сообщается с отверстием 76. При открывании разрывного диска 20 центральная разрываемая часть 46 соприкасается с внутренней секцией 68 и прилагает напряжение к перемычкам 70, 72. Как показано на чертежах, перемычка 72 в целом уже, чем перемычка 70, и сдвинута от нее. Щель 102 служит для дополнительного ослабления перемычки 72, концентрируя напряжение у вершины щели 102, так чтобы она легче отсоединялась от наружной кольцевой части 66, посредством этого разрывая сегмент 80 и открывая цепь. При отсоединении перемычки 72 внутренняя секция 68 может поворачиваться вокруг перемычки 70, которая выполняет функцию шарнира. Таким образом, из-за перемычки 70 внутренняя секция 68 не разделяется на части и остается прикрепленной к наружной кольцевой части 66.
Следует заметить, что щель 102, как показано на Фиг. 7, наклонена вовнутрь к внутренней секции 68. Этот небольшой угол оптимизирует направление отрывания через металлический проводящий сегмент. Медный материал, в частности, имеет гораздо большую прочность и энергию разрыва, чем не проводящий материал. Из-за этой разницы путь отделения материала стремится изменить направление у края медного сегмента. В идеале путь бы продолжился вдоль кратчайшего расстояния через медь, таким образом, используя меньше энергии для разделения цепи. Путь, по мере того, как он достигает края металлического сегмента, стремится изменить направление от лепестка. Таким образом, оптимальный путь разделения перед этой точкой был бы наклонен вовнутрь к лепестку.
В одном варианте осуществления согласно настоящему изобретению, электропроводящий сегмент 80 может содержать в основном медь, за исключением того, что по меньшей мере часть сегмента 80, в частности та часть, которая проходит через перемычку 72, содержит серебро. Серебро, особенно будучи напечатанным в виде чернил, имеет более низкое сопротивление разрыву, чем медь. Таким образом, использование серебра для образования разрывной части сегмента 80 может быть желательным в некоторых вариантах осуществления.
Как показано на Фиг. 4, в одном варианте осуществления индикатор 24 разрыва может быть собран с поддерживающим элементом 22 и разрывным диском 20, чтобы образовать объединенный блок, который помещен в прокладку 26. Будучи помещенным в прокладку 26, индикатор 24 разрыва расположен вниз по потоку от разрывного диска 20, и поддерживающий элемент 22 расположен между ними. Центральное отверстие 34 прокладки совпадает с центральной разрываемой частью 46 и внутренней секцией 68. В некоторых вариантах осуществления разрывной диск 20 представляет собой разрывной диск обратного действия, имеющий вогнуто-выпуклую разрываемую часть 46. Индикатор разрыва может быть расположен вблизи от диска 20 и отделен от него поддерживающим элементом 22, будучи направленным к вогнутой стороне разрываемой части 46. Также в объем настоящего изобретения включен вариант, исключающий поддерживающий элемент 22 из сборки разрывного диска, при этом наружная кольцевая часть 66 находится в непосредственном, сторона к стороне, соприкосновении с наружной кольцевой частью 47 разрывного диска. Если используется выгнутый диск прямого действия, может потребоваться расположение индикатора 24 разрыва дальше вниз по потоку от разрывного диска, или его выполнение выгнутой формы, при этом внутренняя секция 68 грубо соответствует выпуклой поверхности диска прямого действия, но не соприкасается с ним до тех пор, пока выгнутая секция диска не будет разорвана. Посредством этих компонентов в виде объединенной сборки могут быть уменьшены ошибки установки и, следовательно, рабочие неполадки.
Индикатор 24 разрыва в некоторых вариантах осуществления предусмотрен с ярлыком 104, содержащим провода 106, 108, которые соединены с электропроводящими сегментами 78, 80 соответственно. Ярлык 104 тогда может быть функционально соединен с адаптерной вилкой 110, как показано на Фиг. 1, или с другой подобной структурой, чтобы индикатор разрыва цепи мог быть объединен с более крупной отслеживающей системой. Ярлык 104 также может быть выполнен подобно ярлыку 112 поддерживающего элемента, чтобы два ярлыка могли быть сопряжены для установки. Как показано на Фиг. 4, разрывной диск 20 может также быть предусмотрен с ярлыком 114, несмотря на то, что в этом варианте осуществления ярлык 114 не является таким же длинным, как оба ярлыка 104 и 112. Тем не менее, основной функцией ярлыка 112 является обеспечение и визуальная помощь при установке правильной сборки 12 разрывного диска в сборке 10 сброса давления.
Также в объем настоящего изобретения включено использование индикатора 24 разрыва в случаях, когда не используются муфты 14, 16, например, когда сборка разрывного диска привинчена между фланцами трубы у концов смежных секций канала текучей среды или собрана в держателе разрывного диска, который затем привинчен между фланцами трубы у концов смежных секций канала текучей среды. Несмотря на то, что такие применения с "привинчиванием" отличаются от тех, в которых присутствуют муфты 14, 16, в частности исключением более мягкого материала прокладки, смежной с диском, и гораздо большими силами зажимания, используемыми при установке, описанные выше варианты все еще используются.
В настоящем изобретении также предложены способы отслеживания статуса разрывного диска 20 посредством индикатора 24 разрыва согласно любому из вариантов осуществления, описанных выше, и расположения индикатора разрыва вблизи от разрывного диска. Индикатор 24 разрыва может быть функционально соединен с отслеживающей системой, выполненной с возможностью сигнализации оператору об изменении целостности разрывного диска. При открывании разрывного диска 20, как обсуждено выше, разрываемая часть 46 физически соприкасается с внутренней секцией 68 и заставляет перемычку 72 отделяться от наружной кольцевой части 66, посредством этого разрывая проводящий сегмент 80 и разрывая цепь. Разрыв цепи заставляет отслеживающую систему сигнализировать оператору о том, что диск 20 разорван.