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PERFECTIONNEMENTS AUX JOINTS DE TUYAUX A BRIDES ET BOULONS.
Cette invention concerne les joints à brides et boulons ser- -vant à assembler des éléments destinés à fonctionner à des températures -élevées et, particulièrement, les joints de tuyaux ou des joints semblables., par exemple, les joints pour assembler entre eux des tuyaux et des vannes, ou des tuyaux et des réservoirs sous pression, ou des réservoirs sous pres- sion et des couvercles fermant des ouvertures qui y sont pratiquées. Il est fréquemment nécessaire que ces joints restent étanches aux fluides lors- que les éléents raccordés sont soumis à des pressions internes élevées.
En vue dassurer la résistance nécessaire des boulons et éviter un fluage excessif aux températures considérées, l'emploi pour les boulons d'un métal différent de celui des.brides est un expédient fréquent. Les boulons et les brides possèdent alors des coefficients de dilatation thermiques différents et il en résulte que des fuites peuvent se produire. Un but de l'invention est de réduire ou d'éviter ce danger.
Suivant la présente invention, un joint pour l'assemblage d'é- léments destinés à fonctionner à des températures élevées et utilisant des boulons en une matière dont le coefficient de dilatation thermique est difié- rent de celui d'une ou plusieurs brides du joint, est caractérisé en ce que des dispositifs compensateurs ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui du boulon et destinés à réduire ou éliminer les variations de l'effort exercé sur le boulon en fonction de la température, par suite de la différence des dilatations et des contractions de la ou des brides et du - boulon, agissent entre chaque boulon près d'une ou de chacune de ses extrémi- tés et la bride adjacente.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, ave-c référence au dessin annexé, qui représente en coupe longitudinale fragmentai- re un joint à brides et boulons établi entre un corps et une conduite, dans une canalisation de vapeur'travaillant, par exemple, à une pression de 1500
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livres par pouce carré (105 kg/cm2) et une température de 1050 F (565 C).
La coupe est faite suivant des trous de boulon coaxiaux ménagés dans les brides et l'un des écrous de serrage vissés sur le boulon n'est représenté que partiellement en coupe.
Le dessin montre une conduite 1 et un corps de vanne 2 qui sont faits en acier ferritique identique. Une bride 3 formée sur la conduite et mise bout à bout sur une bride semblable 4 formée sur le corps de la vanne. La face 5. de la bride 3 est pourvue à proximité de l'intérieur de la conduite, d'une saillie annulaire 6 qui s'adapte dans une cavité correspondante 7 ménagée dans la face 8 de la bride 4 et renfermant une garniture en acier approprié et amiante 7'. A l'extérieur de la saillie annulaire 6, la face 5 présente une cavité annulaire 9 qui s'étend jusqu'à une faible distance du bord extérieur de la face.
Dans le voisinage des brides 3 et 4 les parois de la conduite et du corps de vanne respectivement présentent une épaisseur convenablement' accrue. La bride 3 présente un nombre approprié de trous de boulons 10 disposés symétriquement et correspondant aux trous de boulons 11, ménagés dans la bride 4 coaxialement aux trous 10.
L'extrémité extérieure de chaque trou de boulon est contrealésée pour former une emboîture longitudinale 12. Un épaulement 15 du fond de chaque emboiture 12 forme siège pour recevoir l'extrémité intérieure d'un bout de tube 16 dont il sera question ci-après.
Dans chaque paire de trous de boulon correspondants 10 et 11 passe un boulon 17 comprenant des extrémités 18 de diamètre réduit et des parties filetées 19 s'étendant des extrémités 18 vers l'intérieur. Des écrous de serrage 20 ayant le même ou sensiblement le même coefficient de dilatation thermique que les boulons, comprennent chacun une partie cylindrique principale 21 se vissant sur l'une des parties filetées 19 du boulon, et une partie extérieure hexagonale 22 présentant un alésage 23 dans lequel pénètre l'une des extrémités 18 du boulon, de telle sorte que la dilatation du bou- lon peut se voir facilement. A une de ses extrémités, chaque boulon 17 présente un bout carré 24 à l'extérieur de l'écrou adjacent 20 pour permettre de tenir le boulon afin de l'empêcher de tourner.
Une virole ou un bout de tube 16 qui entoure le boulon et dont la majeure partie est située à l'intérieur de chaque emboture 12, s'étend entre l'épaulement 15 et une surface 25 de l'écrou adjacent 20. Les viroles jouent le rôle d'organes compensateurs de la différence de dilatation entre le boulon 17 et les brides 3 et 4 et elles ont un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui du boulon. Comme les écrous de serrage et le boulon ont le même ou sensiblement le même coefficient de dilatation thermique, la longueur effective du boulon peut, pour;ce qui concerne la différence de dilatation entre le boulon et les brides, être considérée comme étant la longueur entre les surfaces 25. De même, la longueur effective des brides peut être considérée comme étant la longueur entre les épaulements.
En service, lorsque la conduite 1 et le corps de vanne 2 sont chauffés, les brides 3 et 4 se dilatent vers l'extérieur à partir des faces 5 et 8, respectivement, et chaque boulon 17 se dilate d'une manière semblable vers l'extérieur mais à un degré plus élevé. Toutefois, les viroles 16 se dilatent vers l'intérieur à partir des surfaces 25, dans une mesure encore plus grande. La dilatation des viroles vers l'intérieur peut, en outre être égale à la différence entre la dilatation de la longueur effective du boulon 17 et la dilatation de la longueur effective des brides 3 et 4 et dans ces conditions la tension sur le boulon n'est pour ainsi dire pas modifiée.
Dans une forme d'exécution préférée du joint, la conduite 1 et le corps de vanne 2 sont faits en le même acier ferritique, à savoir de l'acier à 2 1/4 % de chrome, 1% de molybdène qui possède un coefficient de dilatation thermique de 7.8 x 10-6 par l F. Chacune des brides 3 et 4 pos-
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sède une longueur axiale de 5 1/4 pouces (13,35 cm) et la longueur axiale de chaque ambc@ture 12 sat de 2 3/8 pouces (5,13 om), de telle sorte que la lcngueur effective de;: brides, c'est-à-dire la longueur entre les épaulements 15 est égale à 5 3/4 pouces (14,6 cm).
Les boulons 17 sont faits d'un alliage contenant 17% de chrome, 17% de @ick@l, 3% de manganèse, 2,5 % de molybdène, 7% de cobalt et 1,8 % de tantale at possédant un coefficient de dilatation thermique de 8,9 x 10-6 par 1 F. La longueur affective du boulon, c'est-àdire la longueur entra les surfaces 25 st égale à 11 1/2 pouces (29,2 cm).
Les ébroua 20 sont faits en une matière de composition semblable à celle des boulons et possèdent ls même coefficient de dilatation crie les boulons. Les viroles sont faites en acier austénitique, renfermant 18% de chrome, 12% de nickel et 1% de tantale et possédant un coefficient de dilatation thermique de 10 x 10-6 par 1 F. Etant donné des dimensions,on constate que pour une variation donnée de température,la dilatation des viroles est exactement égale à la différence entre la dilatation de la longueur effective du boulon 17 et la dilatation dt- la longueur effective des brides 3 et 4,avec le résultat que la tenei@n sur le boulon reste pratiquement inchangée.
Dans certains cas, il peut être bon ou nécessaire de ne placer le dispositif compensateur qu'à une extrémité seulement d'un boulon, par exemple, lorsque le boulor-, est un goujon.
REVENDICATIONS.
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1.- Joint de tuyau à brides et boulons ou joint analogue, pour assembler des éléments destinés à fonctionner à des températures élevées et utilisant des boulons en une matière dont le coefficient de dilatation thermique est différent de celui d'une ou plusieurs brides du joint, caractériséen ce que des dispositifs compensateurs ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui du boulon et destinés à réduire ou éliminer la variation de 1'effort exercé sur le boulon suivant la température, par suite de la différence des dilatations ou contractions de la ou des brides et du boulon, agirent entre chaque boulon, près d'une ou de chacune de ses extrémités, et la bride adjacente.
2.- Joint suivant la revendication 1, et utilisant des boulcns et des brides ayant des coefficients de dilatation thermiques tels que l'élévation de la température tend à réduire la tension des boulons, caractérisé en ce que des dispositifs de compensation ayant un coefficient de dilataticn supérieur à delui du boulon et destinés à maintenir pratiquement constante la tension sur :Le boulon lorsque la température change, agissent entre chaque boulon, près d'une ou de chacune de ses extrémités, et la bride correspondante.