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La détermination des dimensions et des formes des assemblages à brides dans Les tuyauteries et sur les récipients fait l'objet jusqu'aux époques les plus récentes de discussions approfondies des hommes de l'art, de la science et de l'industrie. L'une des raisons en est que les formes qu'on leur a données jusqu'à présent entraînent des dépenses qui ont une importance essentielle dans la réalisation d'un raccordement de tuyauterie ou d'appareils et d'accessoires. C'est ainsi, par exemple, qu'il n'est pas rare que pour le simple assemblage de deux éléments d'une construction il faille, avec la forme actuelle, un assemblage par brides dont le poids représente, suivant la pression et la température, jusqu'à 60% des organes de la construction.
La présente invention part du fait que les grandes dimensions de l'assemblage par brides usuel jusqu'à présent sont dues en premier lieu à ce que les brides doivent absorber un moment de flexion important.
Ce moment de flexion résulte de la force de serrage exercée par les bou- lons, force qui s'exerce, dans les assemblages connus jusqu'ici, avec un bras de levier égal à la distance qui sépare le centre du cercle des boulons du milieu de la surface de joint. Ce moment de flexion détermine alors non seulement les dimensions et le poids des brides, mais conduit également à une forme de bride qui est coûteuse, étant donné qu'il exige des congés de raccordement arrondis avec soin, à l'endroit où la bride se raccorde à la paroi du tuyau.
La présente invention est relative à un assemblage par brides pour tuyauteries et récipients avec un joint et boulons qui passent à travers des trous percés dans les brides, et elle consiste essentiellement en ce que les brides s'appliquent étroitement l'une contre l'autre de telle sorte que sur le bord extérieur des brides, il s'exerce un moment qui agit comme un moment contraire pour la contrainte de flexion qui se produit à l'endroit du raccordement de la bride avec le tuyau ou le récipient, que le diamètre du cercle diviseur des boulons ou des trous destinés à recevoir les boulons se trouve tout contre la paroi du tube , et que l'épaisseur et la hauteur de la bride ont été réduites, par rapport à celles des assemblages à brides en usage .jusqu'à. présent,
en fonction de la pression appelée à se produire dans la tuyauterie ou le récipient et du diamètre de la tuyauterie ou du récipient, par utilisation des possibilités données par la technique de la résistance. Il en résulte, suivant la pression et la température, une réduction d'environ 50% du poids de l'assemblage à brides. Les raccords entre tube et bride sont exécutés avec avantage, selon la présente invention, sans renforcement et on peut, selon la présente invention, utiliser, dans les assemblages à brides fixes, d'une manière avantageuse, une bride plate fixée par soudage, comme cela sera décrit en détail plus loin en regard des dessins joints.
Dans tous les cas, il est avantageux de placer les trous qui, dans les brides, reçoivent les boulons, à une distance si réduite de la paroi du tube qu'il ne subsiste entre l'écrou et la paroi du tube qui juste la place nécessaire à une clé pour la manoeuvre des écrous.
La présente invention peut être réalisée non seulement dans les assemblages dans lesquels les brides sont disposées de façon fixe aux extrémités des tubes ou sur le récipient, mais aussi, et avec un grand avantage, dans les assemblages dans lesquels des brides mobiles prennent appui contre des collets qui ont été obtenus soit par refoulement à l'extré- mité du tube et qui sont ainsi venus d'une seule pièce avec ce dernier, soit par fixation par soudage à l'extrémité du tube. Dans les assemblages de ce genre à brides mobiles, on réalise avec avantage la présente invention de telle sorte que les brides mobiles prennent appui l'une contre l' autre au-dessus ou en dehors des collets disposés aux extrémités des tubes.
Dans ce cas, on peut donner aux brides par exemple une forme dans le genre d'un étrier annulaire et les faire appliquer l'une contre l'autre par les branches extérieures de l'étrier.
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D'autres détails avantageux de linvention ressortent des dessins joints dans lesquels l'invention est représentée par quelques exemples d'exécution placés en regard des assemblages à brides connus jusque ici.
La figure I représente un assemblage de tubes du type connu jusqu'ici, à brides fixes.
La figure 2 représente un assemblage à brides selon l'invention.
La figure 3 représente une exécution connue d'un assemblage à brides mobiles.
La figure 4 représente un assemblage équivalent selon l'invention.
La figure 5 représente un autre assemblage connu à brides mobiles.
La figure 6 représente un assemblage à brides correspondant, exécuté selon l'invention.
Les figures 7 et 8 représentent la comparaison de l'agencement et des dimensions d'un assemblage connu jusqu'ici, à brides fixées par soudage, et d'un assemblage à brides selon l'invention.
Dans la figure 1 est représenté un assemblage à brides fixes selon l'exécution en usage jusqu'à présent. Le dessin permet de reconnaïtre non seulement Inexécution lourde des brides 1, mais aussi les raccordements coniques 2, d'une exécution difficile, entre bride et paroi du tube 3. Comme les brides 1 prennent appui l'une contre l'autre par l'intermédiaire de la languette 4, du joint 6 et de la rainure 5, il s'exerce sur elles par les boulons un moment de flexion qui correspond au bras de levier réalisé entre les surfaces d'appui et le point d'attaque des boulons.
Dans la représentation selon la figure 2, les brides, qui ont reçu une forme selon la présente invention, s'appliquent l'une contre l' autre par êtes surfaces continues de telle sorte que sur le bord extérieur des brides 1 il s'exerce, lorsqu'on serre les boulons qui assemblent les brides, un moment qui exerce son action dans le sens d'un moment contraire aux contraintes de flexion qui se produisent à l'endroit du raccordement des brides 1 à la tuyauterie 3. Les brides 1 ont, dans un assemblage de tubes de ce genre selon l'invention, des dimensions en hauteur et en largeur qui ont été réduites, par utilisation des possibilités résultant de la suppression de cette contrainte par flexion, sur la base du calcul effectué en tenant compte du diamètre de la tuyauterie 3 et de la pression qui doit s'y produire.
L'emploi de raccordements spéciaux entre la paroi 3 du tube et les brides 1, comme il en a été représenté en 2 dans la figure 1 peut également être supprimé dans la présente invention. Dans l'exemple d'exécution selon la figure 2, les brides 1 sont exécutées sous la forme de brides plates qui sont reliées à titre de sécurité supplémentaire à la paroi 3 du tube par des cordons intérieurs 7 de soudage et éventuellement des cordons-extérieurs 8. Leurs talons intérieurs 9 peuvent présenter un évidement 10 dans lequel peut être logé un joint 11.
La figure 3 représente un assemblage à brides avec collet et brides mobiles d'un type connu. Les brides mobiles 1 ne prennent appui en l'espèce que par leur arête inférieure entre les collets 12 des tubes 3 et sont, par conséquent, exposées à une grande contrainte par flexion.
Dans la-figure 4 est représenté un assemblage à brides selon l'invention. Dans ce cas, les brides 1 passent autour des collets 12 des tubes 3 par des talons annulaires 13 qui s'appliquent l'un contre autre par toute leur surface en bout. Par rapport aux assemblages connus de ce genre pour les tubes, comme celui qui est représenté dans la figure 3, on obtient avec la forme d'exécution selon l'invention représentée dans la figure 4, une réduction de poids des deux tiers environ.
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La figure 5 représente un assemblage à brides mobiles et col- lets pour des pressions faibles et moyennes. Dans cet assemblage connu, les brides 1 prennent appui par leur surface inférieure contre des collets
14 fixés par soudage et qui à leur tour s'engagent l'un dans l'autre par une languette 4 et une rainure 6, avec intercalation d'un joint élastique
5. Il résulte dans ce cas, pour les collets et les brides, des dimensions considérables. Un assemblage de ce genre peut être réalisé suivant le prin- cipe de la présente invention comme le montre la figure 6. Dans ce cas, les brides 1 ont la forme d'étriers annulaires et prennent appui l'un con- tre l'autre directement à l'extérieur par leurs branches 15.
Le joint 16 qui est un joint en caoutchouc en forme de coin est disposé dans une gor- ge intérieure ménagée dans les collets 14 fixés par soudage. L'économie de poids et de matière obtenue par la disposition selon la figure 6 par rapport à cella de la figure 5 est évidente. De plus, un assemblage à bri- des de ce genre comme le montre la figure 6 est particulièrement avanta- geux également par le fait qu'il est très peu encombrant. Cela présente une importance technique considérable de même que dans l'exploitation, par exemple pour les conduites d'air comprimé des mines ou encore par exem- ple dans la construction des ponts tubulaires comprenant un grand nombre de canalisations tubulaires, par exemple dans les raffineries.
Dans les figures 7 et 8 sont placés en regard deux exemples précis d'exécution d'un assemblage à brides du type connu, d'une part, et d'un assemblage selon l'invention exécuté d'une manière correspondante, ces exemples étant représentées à l'échelle sous la forme d'une coupe d'une demi-tuyauterie. Les deux assemblages pour tubes sont calculés pour un diamètre de tube de 400 m/m. en chiffre rond et une pression effective de 100 atmosphères à l'intérieur de la tuyauterie. Pour un assemblage de ce genre pour les tuyauteries, il faut, d'après les normes industrielles allemandes, faire usage de ce qu'on appelle une bride soudée ayant la for- me et les dimensions représentées dans la figure 7. Cette bride soudée a un diamètre intérieur de 367 m/m., comme le montre le dessin.
Si on se base dans le calcul sur une fatigue admissible, d'après les données actuel- les, de 12 kg/mm2, il faut aléser cette bride à 389 m/m. Les frais correspondants doivent etre ajoutés à ceux qui proviennent de l'excédent de poids et à ceux qui sont dûs à la difficulté de fabrication du raccordement coni- que 2.
Dans les assemblages pour tuyauteries représentés dans la figu- re 8, et destinés à la même pression intérieure et ayant les mêmes dimen- sions pour les tubes à assembler, on;, utilise aux extrémités 1 des tubes une bride plate 1 exactement calculée en ce qui concerne sa hauteur et son épaisseur et telle qu'elle est également représentée dans la figure 2. Cet- te bride 1 a un poids qui n'est que le tiers du poids de la bride soudée selon la figure 7 et des dimensions qui sont également le tiers de celles de cette dernière bride, et sa forme est simple et facile à obtenir. Les écrous et les têtes 16 des boulons sont rapprochés de la tuyauterie 3 dans toute la mesure qui permet encore le passage de la clé autour de ces écrous.
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The determination of the dimensions and shapes of flanged joints in piping and on vessels has been the subject until the most recent times of extensive discussion among those skilled in the art, science and industry. One of the reasons for this is that the shapes that have been given to them up to now involve expenses which are of essential importance in the realization of a connection of piping or of apparatus and accessories. It is thus, for example, that it is not rare that for the simple assembly of two elements of a construction it is necessary, with the current form, an assembly by flanges whose weight represents, according to the pressure and the temperature, up to 60% of the construction organs.
The present invention is based on the fact that the large dimensions of the flange connection customary until now are primarily due to the flanges having to absorb a large bending moment.
This bending moment results from the clamping force exerted by the bolts, force which is exerted, in the assemblies known hitherto, with a lever arm equal to the distance which separates the center of the circle of the middle bolts. of the joint surface. This bending moment then not only determines the dimensions and weight of the flanges, but also results in a flange shape which is expensive, since it requires carefully rounded fillets where the flange fits. connects to the pipe wall.
The present invention relates to a flange connection for pipes and vessels with a gasket and bolts which pass through holes drilled in the flanges, and it essentially consists in that the flanges are pressed tightly against each other. so that on the outer edge of the flanges a moment is exerted which acts as a counter moment for the bending stress which occurs at the point of the connection of the flange with the pipe or the container, that the diameter of the divider circle of the bolts or of the holes intended to receive the bolts is right up against the wall of the tube, and that the thickness and the height of the flange have been reduced, compared to those of the flanged assemblies in use. at. present,
depending on the pressure required to be produced in the pipe or the vessel and the diameter of the pipe or vessel, using the possibilities given by the resistance technique. This results, depending on the pressure and temperature, in a reduction of about 50% in the weight of the flanged assembly. The connections between tube and flange are made with advantage, according to the present invention, without reinforcement and it is possible, according to the present invention, to use, in the fixed flange joints, in an advantageous manner, a flat flange fixed by welding, as this will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
In all cases, it is advantageous to place the holes which, in the flanges, receive the bolts, at such a small distance from the wall of the tube that there is no remaining between the nut and the wall of the tube which just places it necessary for a wrench to operate the nuts.
The present invention can be realized not only in assemblies in which the flanges are fixedly disposed at the ends of the tubes or on the container, but also, and with great advantage, in assemblies in which movable flanges rest against collars which have been obtained either by upsetting at the end of the tube and which are thus formed integrally with the latter, or by fixing by welding to the end of the tube. In assemblies of this type with movable flanges, the present invention is advantageously carried out such that the movable flanges bear against each other above or outside the collars arranged at the ends of the tubes.
In this case, it is possible to give the flanges, for example, a shape similar to an annular stirrup and have them apply against each other by the outer branches of the stirrup.
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Other advantageous details of the invention emerge from the accompanying drawings in which the invention is represented by a few examples of execution placed opposite the flanged assemblies known hitherto.
FIG. I shows an assembly of tubes of the type known hitherto, with fixed flanges.
FIG. 2 represents a flanged assembly according to the invention.
FIG. 3 represents a known embodiment of an assembly with movable flanges.
FIG. 4 represents an equivalent assembly according to the invention.
FIG. 5 shows another known assembly with movable flanges.
FIG. 6 shows a corresponding flanged assembly, executed according to the invention.
Figures 7 and 8 show the comparison of the arrangement and dimensions of a hitherto known assembly, with flanges fixed by welding, and a flanged assembly according to the invention.
In Figure 1 is shown an assembly with fixed flanges according to the execution in use until now. The drawing makes it possible to recognize not only the heavy non-execution of the flanges 1, but also the conical connections 2, of a difficult execution, between the flange and the wall of the tube 3. As the flanges 1 bear against each other by the intermediate the tongue 4, the seal 6 and the groove 5, a bending moment is exerted on them by the bolts which corresponds to the lever arm produced between the bearing surfaces and the point of attack of the bolts.
In the representation according to figure 2, the flanges, which have been shaped according to the present invention, apply against each other by their continuous surfaces so that on the outer edge of the flanges 1 it is exerted. , when tightening the bolts which assemble the flanges, a moment which exerts its action in the direction of a moment contrary to the bending stresses which occur at the location of the connection of the flanges 1 to the piping 3. The flanges 1 have, in an assembly of tubes of this kind according to the invention, dimensions in height and in width which have been reduced, by use of the possibilities resulting from the elimination of this stress by bending, on the basis of the calculation carried out taking into account the diameter of the pipe 3 and the pressure which must be produced therein.
The use of special connections between the wall 3 of the tube and the flanges 1, as has been shown at 2 in FIG. 1, can also be omitted in the present invention. In the example of execution according to FIG. 2, the flanges 1 are made in the form of flat flanges which are connected as additional security to the wall 3 of the tube by internal welding seams 7 and possibly external-cords. 8. Their inner heels 9 may have a recess 10 in which a seal 11 can be housed.
FIG. 3 shows a flanged assembly with collar and movable flanges of a known type. The movable flanges 1 only bear in this case by their lower edge between the collars 12 of the tubes 3 and are therefore exposed to a great stress by bending.
In FIG. 4 is shown a flanged assembly according to the invention. In this case, the flanges 1 pass around the collars 12 of the tubes 3 by annular heels 13 which apply against each other through their entire end surface. Compared to known assemblies of this type for tubes, such as that shown in FIG. 3, with the embodiment according to the invention shown in FIG. 4, a reduction in weight of approximately two thirds is obtained.
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FIG. 5 shows an assembly with movable flanges and collars for low and medium pressures. In this known assembly, the flanges 1 are supported by their lower surface against the collars
14 fixed by welding and which in turn engage one into the other by a tongue 4 and a groove 6, with the interposition of an elastic seal
5. In this case, the collars and flanges result in considerable dimensions. Such an assembly can be carried out according to the principle of the present invention as shown in FIG. 6. In this case, the flanges 1 have the form of annular stirrups and bear against each other. directly outside by their branches 15.
The gasket 16 which is a wedge shaped rubber gasket is disposed in an inner groove formed in the collars 14 secured by welding. The saving in weight and material obtained by the arrangement according to FIG. 6 compared with that of FIG. 5 is obvious. In addition, such a brick assembly as shown in FIG. 6 is particularly advantageous also in that it takes up very little space. This is of considerable technical importance as well as in operation, for example for compressed air lines in mines or for example in the construction of tube bridges comprising a large number of tube lines, for example in refineries. .
In Figures 7 and 8 are placed opposite two specific examples of execution of a flanged assembly of the known type, on the one hand, and of an assembly according to the invention executed in a corresponding manner, these examples being shown to scale as a section of half a pipe. The two pipe connections are calculated for a pipe diameter of 400 m / m. in round numbers and an effective pressure of 100 atmospheres inside the piping. For such an assembly for piping, it is necessary, according to German industrial standards, to use what is called a welded flange having the shape and dimensions shown in figure 7. This welded flange has an internal diameter of 367 m / m., as shown in the drawing.
If the calculation is based on a permissible fatigue, according to current data, of 12 kg / mm2, this flange must be reamed to 389 m / m. The corresponding costs must be added to those resulting from excess weight and those due to the difficulty of manufacturing the conical connection 2.
In the assemblies for pipes shown in figure 8, and intended for the same internal pressure and having the same dimensions for the pipes to be assembled, a flat flange 1 is used at the ends 1 of the pipes, exactly calculated in this way. which concerns its height and its thickness and as it is also represented in figure 2. This flange 1 has a weight which is only one third of the weight of the welded flange according to figure 7 and of the dimensions which are also a third of those of the latter flange, and its shape is simple and easy to obtain. The nuts and the heads 16 of the bolts are brought closer to the pipe 3 to the extent that still allows the key to pass around these nuts.