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Joints pour hautes pressions.
La présente invention est relative aux joints pour hautes pressions et concerne spécialement les joints de cou- vercle pour les récipients à hautes pressions ou autoclaves utilisés dans l'industrie de l'ammoniaque synthétique ainsi que dans d'autres industries nécessitant des pressions très élevées. Elle s'étend également aux joints pour tuyaux à haute pression, ainsi qu'aux joints entre des récipients cy- lindriques de grand diamètre, de 1 m. à 1,50 m. par exemple, soumis à des pressions élevées.
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Dans le joint suivant l'invention, le contact étan- che est assuré par les surfaces externes opposées d'un an- neau évidé en matière dure dont les surfaces internes sont exposées à la haute pression, et ces surfaces externes sont convexes à l'endroit du contact avec les surfaces correspon- dantes formant sièges des éléments à raccorder. L'expression t'anneau évidé" s'étend ici à tout anneau ayant une section transversale en forme de godet ou de cuvette, c'est-à-dire en V ou en U par exemple.
Dans ce joint, la force de serrage s'exerce parallèlement à l'axe de l'anneau, ou dans un sens susceptible de donner une composante appréciable parallèle- ment à cet axe, et les surfaces convexes externes de l'anneau évidé sont en contact élastique suivant une ligne ou une ban- de avec les surfaces formant sièges des éléments à raccorder.
Afin de protéger l'anneau évidé contre une déformation dé- passant la limite de son élasticité, on y loge de préférence une bague auxiliaire qui étançonne ses parois internes et empêche celles-ci de s'affaisser sous l'effet de la pression à laquelle elles sont soumises. Dans ce cas, il y a lieu de ménager dans la bague auxiliaire une petite lumière, de ma- nière que la forte pression puisse agir à l'intérieur de l'anneau évidé.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple non limitatif, deux formes de réalisation de l'invention.
Sur la fige l, les éléments à raccorder comportent des surfaces formant sièges, planes et obliques 1. 2 et des organes, tels que des boulons 3 par exemple, permettant de serrer ces éléments l'un vers l'autre. L'anneau évidé en acier 4 présente une section transversale en V, et ses pa- rois sont étançonnées par une bague auxiliaire en acier 7 qu'on peut former de plusieurs pièces, afin de rendre le @
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montage plus aisé. Une lumière 8 permet au fluide sous hau- te pression contenu dans le récipient d'avoir accès dans l'espace 9 délimité par les anneaux 4, 7.
Le contact étanche est établi en 10 et 11 entre les surfaces convexes externes de l'anneau 4 et les faces 1 et 2, suivant une ligne ou un étroite bande circulaires.
L'anneau évidé 4, de section en U, représenté sur la fig. 2, possède une base plate prenant appui sur les sur- faces planes correspondantes 5, 6 des éléments à raccorder, de manière à empêcher qu'il ne se déplace radialement. Les parois convexes de l'anneau 4 et les faces correspondantes 1, 2 des éléments à raccorder sont en contact étanche en 10 et 11. Comme dans la réalisation précédente, les parois in- ternes de l'anneau 4 sont étançonnées par une bague auxiliai- re 7 comportant une lumière 8. Le contact étanche une fois réalisé par des moyens mécaniques externes, tout accroisse- ment de la pression à l'intérieur du récipient aura pour effet de serrer le joint en pressant vers l'extérieur, contre les faces 1; 2, les parois de l'anneau 4 qui doit naturelle- ment posséder l'élasticité nécessaire.
Les figs. 3 et 4 montrent un moyen d'appliquer l'invention au raccordement de deux récipients cylindriques de grand diamètre. La fige 3 est une demi-coupe suivant l'axe des récipients cylindriques, et la fig. 4 est une demi-coupe correspondante, prise perpendiculairement à cet axe. Sur la fig. 3, l'anneau évidé 1 est logé, avec sa bague auxiliaire 6, dans des creusures annulaires ménagées dans les brides des extrémités des cylindres 2, 3. On assemble ces brides à l'aide d'une frette de serrage 4, faite en trois parties reliées les unes aux autres par des boulons 5.
Les bords des brides venant en prise avec la frette de @
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serrage 4 sont biseautées, ainsi que les parois internes de cette frette, de sorte que lorsqu'on serre les boulons 5, les brides sont pressées sur l'anneau évidé 1 et forment un joint étanche.
Le joint perfectionné établi suivant l'invention offre l'avantage que l'anneau possède une plus grande élas- ticité, ce qui permet au joint de supporter sans céder des variations de pression plus importantes. En outre, un faible effort extérieur initial suffit pour établir le joint, étant donné qu'une fois que les organes sont en contact, la pres- sion interne contribue à les y maintenir, en pressant l'anneau vers l'extérieur.
On peut accroître également la flexibilité de l'an- neau en lui donnant une section croissante vers l'extérieur, de manière que le fond de son évidement ait une épaisseur relativement faible par rapport à celle des parois latérales où se fait le joint. Enfin, si on situe la ligne de contact à proximité du bord de l'anneau comme c'est représenté en 10 et 11, la force de serrage due à la pression interne se trouve augmentée, du fait que cette pression agit sensible- ment sur la surface interne tout entière de l'anneau, et n'est pas neutralisée par une pression correspondante sur la surface externe de celui-ci, sauf pour la relativement petite partie comprise entre le bord de l'anneau et la ligne de contact.
On a déjà proposé pour résister aux fortes pres- sions un joint comportant un anneau évidé, en acier flexi- ble ou autre métal dur, logé dans des évidements annulaires correspondants ménagés dans les éléments à raccorder, et dont les surfaces internes sont soumises à la pression tandis
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que ses bords ou ses parois sont comprimés, à l'encontre de la résistance élastique du métal, lorsqu'on boulonne ou qu'on fixe ces éléments l'un à l'autre Dans ce joint toute- fois, les parois de l'anneau évidé ne présentent aucune con- vexité à l'endroit où elles portent contre les surfaces formant sièges, et le contact destiné à rendre le joint étan- che se fait donc sensiblement sur la surface entière de ces parois.
Il faut donc, dans cette forme de construction, que les parois de l'anneau évidé épousent exactement les surfaces formant sièges et que ces dernières soient, par conséquent, très soigneusement usinées. Par contre, dans le joint conforme à la présente invention, le contact étanche se fait suivant une bande de faible largeur et la force de serrage effective en est augmehtée, tandis que le joint peut supporter sans céder des fluctuations de pression interne plus considérables et que l'usinage des surfaces formant siège ainsi que de celles de l'anneau évidé exige moins de précision que ce n'est le cas pour le joint connu auquel il vient d'être fait allusion.
- REVENDICATIONS -
1.- Joint pour hautes pressions, caractérisé en ce que le contact étanche est assuré par les surfaces externes opposées d'un anneau évidé en métal dur, du genre indiqué, dont les surfaces internes sont exposées à la haute pression, ces surfaces externes étant convexes à l'endroit de leur contact avec les surfaces correspondantes formant sièges des éléments à raccorder.
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Seals for high pressures.
The present invention relates to high pressure gaskets and especially relates to cover gaskets for high pressure vessels or autoclaves used in the synthetic ammonia industry as well as in other industries requiring very high pressures. It also extends to joints for high pressure pipes, as well as joints between large diameter cylindrical receptacles of 1 m. at 1.50 m. for example, subjected to high pressures.
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In the seal according to the invention, the sealing contact is provided by the opposite outer surfaces of a hollow ring of hard material, the inner surfaces of which are exposed to the high pressure, and these outer surfaces are convex to the surface. place of contact with the corresponding surfaces forming the seats of the elements to be connected. The expression “hollow ring” extends here to any ring having a cross section in the shape of a cup or bowl, that is to say V or U for example.
In this joint, the clamping force is exerted parallel to the axis of the ring, or in a direction likely to give an appreciable component parallel to this axis, and the external convex surfaces of the hollow ring are in elastic contact along a line or a strip with the surfaces forming the seats of the elements to be connected.
In order to protect the hollow ring against a deformation exceeding the limit of its elasticity, an auxiliary ring is preferably housed therein which supports its internal walls and prevents them from sagging under the effect of the pressure at which they are submitted. In this case, it is necessary to provide a small slot in the auxiliary ring, so that the strong pressure can act inside the hollow ring.
The accompanying drawings show, by way of non-limiting example, two embodiments of the invention.
On the pin 1, the elements to be connected comprise surfaces forming seats, flat and oblique 1, 2 and members, such as bolts 3 for example, making it possible to tighten these elements towards each other. The hollow steel ring 4 has a V-shaped cross section, and its walls are supported by an auxiliary steel ring 7 which can be formed from several pieces, in order to make the @
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easier assembly. A light 8 allows the fluid under high pressure contained in the container to have access to the space 9 delimited by the rings 4, 7.
The sealed contact is established at 10 and 11 between the outer convex surfaces of the ring 4 and the faces 1 and 2, following a line or a narrow circular strip.
The hollow ring 4, of U-shaped section, shown in FIG. 2, has a flat base resting on the corresponding plane surfaces 5, 6 of the elements to be connected, so as to prevent it from moving radially. The convex walls of the ring 4 and the corresponding faces 1, 2 of the elements to be connected are in sealed contact at 10 and 11. As in the previous embodiment, the internal walls of the ring 4 are supported by an auxiliary ring. - re 7 comprising a slot 8. Once the sealed contact has been made by external mechanical means, any increase in the pressure inside the container will have the effect of tightening the seal by pressing towards the outside, against the faces. 1; 2, the walls of the ring 4 which must naturally have the necessary elasticity.
Figs. 3 and 4 show a means of applying the invention to the connection of two cylindrical containers of large diameter. The rod 3 is a half-section along the axis of the cylindrical containers, and FIG. 4 is a corresponding half-section, taken perpendicular to this axis. In fig. 3, the hollow ring 1 is housed, with its auxiliary ring 6, in annular recesses made in the flanges of the ends of the cylinders 2, 3. These flanges are assembled using a shrink ring 4, made of three parts connected to each other by bolts 5.
The edges of the flanges engaging the hoop of @
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clamp 4 are bevelled, as are the internal walls of this band, so that when the bolts 5 are tightened, the flanges are pressed on the hollow ring 1 and form a tight seal.
The improved seal established in accordance with the invention offers the advantage that the ring has greater elasticity, which enables the seal to withstand greater pressure variations without yielding. In addition, a small initial external force is sufficient to establish the seal, since once the members are in contact, the internal pressure helps to keep them there, by pressing the ring outwards.
The flexibility of the ring can also be increased by giving it an increasing section towards the outside, so that the bottom of its recess has a relatively small thickness compared to that of the side walls where the seal is made. Finally, if the contact line is located near the edge of the ring as shown at 10 and 11, the clamping force due to the internal pressure is increased, because this pressure acts appreciably on the entire inner surface of the ring, and is not neutralized by a corresponding pressure on the outer surface thereof, except for the relatively small portion between the edge of the ring and the contact line.
To withstand high pressures, a seal has already been proposed comprising a hollow ring, made of flexible steel or other hard metal, housed in corresponding annular recesses made in the elements to be connected, and the internal surfaces of which are subjected to pressure. pressure while
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that its edges or its walls are compressed, against the elastic resistance of the metal, when these elements are bolted or fixed to each other In this joint, however, the walls of the hollow ring do not have any convexity where they bear against the surfaces forming the seats, and the contact intended to make the seal is therefore made substantially over the entire surface of these walls.
It is therefore necessary, in this form of construction, that the walls of the hollow ring exactly match the surfaces forming the seats and that the latter be, consequently, very carefully machined. On the other hand, in the seal according to the present invention, the sealed contact takes place along a narrow strip and the effective clamping force is increased thereby, while the seal can withstand without yielding more considerable internal pressure fluctuations and that the machining of the surfaces forming the seat as well as those of the hollow ring requires less precision than is the case for the known seal to which has just been alluded.
- CLAIMS -
1.- Seal for high pressures, characterized in that the sealed contact is ensured by the opposite external surfaces of a hollow hard metal ring, of the kind indicated, the internal surfaces of which are exposed to the high pressure, these external surfaces being convex at the point of their contact with the corresponding surfaces forming the seats of the elements to be connected.