[AR] Re: Burst disc thickness

  • From: William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Tue, 27 Oct 2020 19:35:41 -0600

Ed:

That’s an interesting albeit ad hoc seeming solution...but not one I expect
a customer would be fully comfortable with, if they knew.

I’m still thinking about Ben’s suggestion which might result in a
mechanically simpler device. It does seem to add to processing complexity
and it is not obvious to me that the latter imposes lower costs that the
cost benefit of the former. Still looking for an analytically simple way to
understand the trade....

Bill

On Tue, Oct 27, 2020 at 12:16 PM Edward Wranosky <edwardcw@xxxxxxxxx> wrote:

Bill,

A college team used stacked plastic burst discs to release a piston that
then released nitrous into a hybrid. Originally they used a single 0.090"
thick piece of plastic, but could not get it to fail reliably. They
switched to two discs, I believe both 0.050".  When the first one started
to fail, the second failed immediately. Different mechanisms, but similar
concepts.  I believe it also allowed them to buy the discs off the shelf as
well.

Edward

On Tue, Oct 27, 2020 at 11:45 AM William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
wrote:

Ben:

This seems intriguing.

Bill

On Tue, Oct 27, 2020 at 11:42 AM roxanna Mason <
rocketmaster.ken@xxxxxxxxx> wrote:

Can you use a pressure switch in series with a normally open vent valve?
We used this system in our LOx/Kerosene run tanks.

K

On Tue, Oct 27, 2020 at 8:08 AM William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
wrote:

Barry:

Good ideas do not require any apology.

Unfortunately, I’m venting a cold gas system....

Bill

On Mon, Oct 26, 2020 at 4:49 PM 1bcjolly <1bcjolly@xxxxxxxxxxxxx>
wrote:

Bill,
Any way a hot gas valve would work in your application?  I'm thinking
along the lines of using a pressure regulator in the place of a burst
disc.  You would be able to set the desired pressure,  hook the
nitrocellulose cartridge to the input of the regulator, when the input
pressure exceeded the set pressure you would have gas available to do your
work.  Might not need more than a simple regulator if only a one shot
device is necessary.  Just a thought.  Sorry if I have wasted your time.
Barry



Sent from my Sprint Tablet.


-------- Original message --------
From: Kevin Ho <rebelwithoutajob@xxxxxxxxxxx>
Date: 10/26/20 16:56 (GMT-05:00)
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Re: Burst disc thickness


The benefit of a striker or hammer design vs direct pressure by the
actuator is significantly greater pressure at the point of impact (thus
reliabiity) and a much smaller actuator and battery. The cost is some
greater complexity.

If you want to generate a puncture pressure with an actuator, you need
an actuator that can deliver that pressure, which may be reasonably large.

The lighter solution is for a much smaller actuator to push back and
then release a spring loaded mass, which then falls forward and
strikes/punctures the CO2 cylinder. Now you get the benefit of all the
energy stored during the entire stroke of the actuator.

A further benefit is the ability to easily add a mechanical safety,
like a transfer bar. You can use the motion of the actuator to raise a
transfer bar, so that unless the actuator is stroked, the hammer/striker
hits nothing but air. That would prevent inadvertent separation.

https://www.youtube.com/watch?v=S9ixC34PaKk

The equivalent rocket system is obviously much simpler, as it only has
to go bang once.

On Oct 25, 2020, at 10:40 PM, Troy Prideaux <
troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx> wrote:

I’m not familiar with what mechanical systems there are out there. Of
course that would be a preferred solution to pyro **if** there wasn’t
too much mass/volume penalty to drive the puncture. Typically (for HPR
separation systems) all-mechanical puncture systems have been developed
(maybe based on aircraft lifejacket inflation systems?), but rely on 
clever
design to achieve the required force to achieve the required puncture
orifice area for **that** application. Apparently the force required
to puncture out a 0.09” hole in a 16g CO2 canister is about 100lbs –
remember the sealing diaphragm needs to be strong enough to hold… well…
probably upwards of 1200psi for really hot conditions.
  Now, I did emphasize “that” application which requires a fair bit of
throughput capacity as it’s both acting on a large volume and needs to
compensate (to some degrees) for leakage within the mating pieces, vent
holes and whatever else.
   Bill’s application, on the other hand, is likely specifically
driving pistons with much more confined volumes and can probably expect no
leakage to compensate for, which does allow a much smaller 
orifice/puncture
as driving pressure is probably more important than pneumatic power.

Troy


*From:* arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [
mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx ;<arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx>] *On
Behalf Of *Kevin Ho
*Sent:* Monday, 26 October 2020 2:59 PM
*To:* arocket@xxxxxxxxxxxxx
*Subject:* [AR] Re: Burst disc thickness

Depending on the altitude/pressure the system is working at, it may be
worth skipping the pyro altogether and using mechanical striker on a
spring, similar to a Glock. It doesn’t take that much force to puncture a
CO2 cartridge, and you may be able to use actual Glock parts for it, which
are cheap as dirt and commonly available.

It’s mechanically well-trodden ground, and one great thing about it is
making a drop-safe hammer/trigger system is well known, and that can
prevent an accidental discharge.


On Oct 25, 2020, at 8:22 PM, Troy Prideaux <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
wrote:

How about piercing something like a 12 or 16g CO2 cartridge for your
pneumatic drive? You can actuate that via pyro that’s completely isolated
via a driving piston? Use a suitable spring or compressible/breakable
standoff to inhibit premature piercing. Yes, your flow rate is limited
through the pierced orifice, but (provided it’s pyro actuated) the HPR
vendors supplying CO2 recovery devices use this technique to substitute
pyros for complete rocket separation for quite sizable (in some instances)
rockets.

Troy

Troy

*From:* arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [
mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx ;<arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx>] *On
Behalf Of *William Claybaugh
*Sent:* Monday, 26 October 2020 12:13 PM
*To:* arocket@xxxxxxxxxxxxx
*Subject:* [AR] Re: Burst disc thickness

Henry:

The pressurized air actuates four pistons that bind the payload to the
rocket; those pistons have to be released by releasing the pressure in
order to separate the payload.

It is in principle possible to have a closed pressure system with a
burst disk that is actuated by a pyro charge over pressuring a 
“calibrated”
burst disk.  That is simpler than using a plunger to break the disk but
means that the whole system will be contaminated by the residuals; it also
means that venting will have to be overboard to avoid contamination of the
internal volume of the payload compartment. Finally, redundant charges are
required to assure operation which exacerbates all the above issues.

I am thus inclined to separate the hot actuating gas from the
pressurizing system.

Bill

On Sun, Oct 25, 2020 at 6:30 PM Henry Vanderbilt <
hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx> wrote:

Bill,

Are you using the actuating gas for anything else on the vehicle?  If
not, as long as you're thinking about using a pyro actuator anyway, might
it be simpler to modify the pyro device to generate the volume of gas you
need directly, and delete the cold gas supply?  When possible, simplify.
(Though I recognize that there are any number of possible factors I may 
not
be aware of rendering this simplification impractical.)

Possible off-the-shelf source for such a precision-actuated pyro gas
source might be an auto airbag actuator.



Henry
On 10/25/2020 4:39 PM, William Claybaugh wrote:

Troy:

That’s an ad hoc genius idea.

My concern would be that we have two different burst failure problems:
the low pressure side had to fail toward low pressure, the high pressure
side has to fight the pressure on the other side of that disc.  The charge
required for the latter is obviously greater than that required for the
former.  And in both cases we are venting hot gas into our system....

Bill

On Sun, Oct 25, 2020 at 5:31 PM Troy Prideaux <
troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx> wrote:

I helped a guy with PSANCP research for his master’s thesis years ago.
He built a pretty snazzy static testing rig c/w burst discs. He pretty 
much
standardised on cutting all the discs from Al-Alloy soda cans whose
material specs are apparently all within a pretty narrow tolerance. Being
experimental PSANCPs and being tested a across a broad spectrum of 
pressure
ranges, the burst discs got to experience multiple situations of
“relieving”. He tested/characterised them with various seat designs from
sharp edge (sharp shearing of the BD) to large radius that provided more 
of
a typical burst. The sharp edge seats would obviously fail at much lower
pressures but provide a full open conduit when they did fail.

  Maybe 1 possibility might be use 2 burst discs with the pyro between
them. Arrange the BD seating so there’s a sharp shearing failure in the
direction of the pyro pressure (against the pressure source) so the 
failure
point is both lower in that direction, but also provides a full flow when
open. This is one of my ad-hoc/on the fly ideas without much thought put
into it, so add appropriate portions of salt.

Troy

*From:* arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:
arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx] *On Behalf Of *William Claybaugh
*Sent:* Sunday, 25 October 2020 8:10 AM
*To:* arocket@xxxxxxxxxxxxx
*Subject:* [AR] Re: Burst disc thickness

Steven:

Thanks, that conforms with my thinking.

I’m testing the initiators this next week: two forms of nitrocellulose
(cotton and cord) to get a working unit with an initial cut on the amount
of gas generated,  I am assuming the cord will prove easier as it can be
cut to a desired length vs. the guncotton which will need to be weighed.

 I’m having disks made in three thicknesses in accord with the
circular flat plate model and will test each to burst in the valve 
assembly
once those are finished.

Final testing will then use the initiators to punch through the disk
under pressure...the trick there will be to find an amount of actuating 
gas
that does the job with one charge working but does not over pressurize 
with
two charges igniting. (I’m using dual redundant initiation In accord with
standard practice for pyro actuated devices.)

Bill

On Sat, Oct 24, 2020 at 8:36 AM Steven Berg <skyshredder9488@xxxxxxxxx>
wrote:

From my experience in using the flat plate model to design burst disks
in a few actuated systems, we used a circular flat plate to go into
testing. The overall thickness was typically all that needed to be varied.
Adhesives and clamping in the design were also the other first points of
design review.


On Fri, Oct 23, 2020, 2:27 PM William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
wrote:

Having inhaled deeply of the arcana of burst disc sizing; I find that
the entirety of the available math is about sizing the plumbing, not about
design of the burst disc.

For my current actuated burst disc design I have a 1.5" diameter disk
that is clamped at 1.25" diameter.  Operating conditions are air at
(probably something better than) -50 degree F (cold soak on the way to 200
Km) and at an original 125 psia. Using the standard flat plate model I get
this to be 0.050" thick disc of 6061-T6 providing a safety factor of 1.43.

If I am going to manufacture my own disk (an assumption worthy of
review), then is it correct to just assume a circular flat plate for
initial design, pending testing?

I will be testing prototype initiators next week; for now I am using
an e-match with a very small bit of nitrocellulose to generate the
pressuring gas.  The nitrocellulose is in both "guncotton" and cord form.
I expect the former will be faster but the latter possibly easier to
control since cord length can be directly measured.

All testing will be at a local energetic materials facility...

Bill



Other related posts: