[发明专利]带具有盘打开和防碎裂控制结构的激光形成的弱化线的破裂盘

说明书

发明背景

发明领域

本发明总体涉及具有激光形成的打开线的破裂盘，激光形成的打开线包括一个或多个盘打开控制结构。各盘打开控制结构可包括防碎裂特征或打开启动特征。这些结构提供对盘的打开特性的更大控制。具体来说，打开启动特征提供对破裂盘的发生初始破裂的部分增加的控制，并可利用防碎裂特征来降低盘打开时所形成的瓣片分离的可能性。

现有技术的描述

有时也称为刻痕线的打开线已经被用于破裂盘一段时期，以限定盘在暴露于预定过压条件时打开的区域。打开期间，破裂盘在打开线处撕裂，以形成在过压条件的力下绕一个或多个相应的铰链区域枢转的一个或多个瓣片，从而允许受压流体流过打开的盘。

刻划线通常通过使用金属刻划模具形成。当使用金属刻划模具形成刻划线时，模具挤压并加工硬化盘金属，因此改变金属的晶粒结构。该加工硬化可增加金属的脆性并形成应力区域。脆性和应力区域由于疲劳裂纹和应力腐蚀而限制压力释放装置的寿命。此外，如果在刻痕过程期间盘本身磨损且必须定期更换，则难以在盘制造时对刻痕深度实现高度控制。缺少控制给予盘打开性能一定程度的不可预测性。

为了避免模具刻划的问题，已经设计了替代工艺来形成破裂盘绕其打开的线。美国专利第7,600,527号中描述了一种这样的工艺，其公开了通过电解抛光法形成弱化线。在该工艺中，破裂盘设有一层抗蚀材料。然后使用激光去除抗蚀材料的对应于所需弱化线的部分。接着，盘经受电解抛光操作以从盘的表面去除金属，由此形成具有所需深度的弱化线。但是，控制电解抛光弱化线的宽度会有困难，尤其是如果盘材料相对厚且需要延长的电解抛光时间以实现所需的线深度时。该特性会限制使用该方法形成更复杂结构的能力，更复杂结构包括彼此靠近的多条沟道。

还已提出直接使用激光来在破裂盘内加工弱化线。美国专利申请公开2010/0140264和2010/0224603是这方面的示例。但这些文献采用常规的弱化线构造，只要弱化线包括可限制对于特定厚度的盘可形成的破裂压力范围的、形成在盘的一面内的相对长、连续的沟道即可。

发明内容

本发明克服多个上述缺点并提供打开线的形成，该打开线包括盘打开控制特征，该盘打开控制特征旨在增强对诸如破裂盘的压力释放装置的打开特性的控制。根据本发明的一实施例，提供一种包括破裂盘的过压释放装置。该破裂盘包括具有相对表面的中央部分以及与中央部分为围绕关系的外部凸缘部分。激光形成的打开线形成在破裂盘内、特别是在某些实施例中在中央部分中，该激光形成的打开线至少部分地限定过压释放区域。激光形成的打开线包括一个或多个打开线部段和一个或多个激光形成的打开控制特征。一个或多个打开线部段包括从两表面中的一个朝向另一个表面穿入盘的沟槽。一个或多个打开控制特征至少部分地由一对激光形成的侧边缘限定。这些激光形成的侧边缘沿打开线部段中至少一个的方向朝向彼此会聚。

根据本发明的另一实施例，提供一种在压力释放装置内形成打开线的方法。提供压力释放装置，该压力释放装置包括包括具有相对表面的中央部分以及与中央部分为围绕关系的外部凸缘部分。通过将激光束在多次激光穿过时在中央部分上经过而在中央部分内形成打开线。每次经过遵循预定激光路径，且每次经过可操作成通过激光消融从中央部分选择性地移除材料，由此形成沟道。所形成的打开线包括一个或多个打开线部段和一个或多个打开控制特征。多个激光路径中的每个的至少一部分与至少一个另一激光路径的至少一部分间隔开，以使得通过激光消融在每个路径上形成的沟道至少部分地或完全重叠在通过激光消融在另一激光路径上形成的沟道上。多个激光路径保持大致恒定间隔和沟道重叠程度的各部分对应于一个或多个打开线部段。至少一个激光路径的至少一部分从一个或多个其它激光路径发散。各激光路径的发散部分对应于一个或多个打开控制特征。

附图说明

图1是具有激光加工的打开线的反向作用破裂盘的凸面的等轴立体图，激光加工打开线包括激光形成的打开控制特征；

图2是图1的反向作用破裂盘的凸面的等轴立体图；

图3是图1的反向作用破裂盘的凸面的平面图；

图4是图1的破裂盘的激光形成的打开控制特征的放大局部视图；

图5是沿线5-5截取的图4的破裂盘的隆起部的局部剖视图；

图6是激光形成的打开控制特征的替代实施例的放大局部视图；

图7是沿线7-7截取的图6的破裂盘的隆起部的局部剖视图；

图8是图1的破裂盘和具有盘打开齿的示例破裂盘支承环的放大立体图，盘打开齿构造成与打开线的打开启动特征配合；