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La -présente invention a pour objet un dispositif de fermeture pour récipient sous pression, dispositif du type dans lequel la force axiale exercée sur un bouchon.conique par la pres- sion intérieure tendant à expulser ce bouchon contribue à augmenter l'étanchéité. L'invention.vise en particulier un dispositif de fermeture pour raccords coudés ou coudes de tubes qui, comme c'est le cas dans les fours de distillation ou de craquage de l'industrie pétrolière, sont dudgeonnés chacun dans le trou d'un corps ou bottier de coude à parois épaisses et qui sont nettoyés de temps à autre,, après l'enlèvement du dispositif de fermeture.
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Dans un dispositif de fermeture connu, une bague d'étan- chéité conique est disposée entre le cône du bouchon et la paroi du boîtier, et remplit la fente annulaire conique, laquelle bague prend appuie par son.extrémité à paroi épaisse, contre la surface d'appui d'un anneau pouvant être retiré de l'orifice du dispositif de fermeture. La pression axiale du bouchon provoque la dilatation élastique de la bague d'étanchéité qui assure une meilleure étanchéi-' té en s'appliquant avec plus de force contre la paroi du bottier.
Toutefois, l'effet recherché n'est pas obtenu d'une manière satis- faisante en raison de la pression d'application relativement faible.
On a déjà muni la bague d'étanchéité d'arêtes obturatri- ces vives qui viennent en appui contre le cône du bouchon et contre la paroi du bottier. Toutefois, les arêtes d'étanchéité marquent la matière et y dessinent des rainures permanentes. La liaison par friction se transforme en. une liaison par correspondance de formes.
Ceci présente des inconvénients lorsque le dispositif de fermeture doit être ouvert à plusieurs reprises, étant donné que, lors du - serrage du bouchon, la bague d'étanchéité ne retourne presque jamais dans les mêmes petites rainures.
L'invention a pour but la réalisation d'un dispositif de fermeture du type précité qui est plus avantageux et qu'on peut ouvrir aussi souvent qu'on le désire.
Conformément à l'invention* la bague d'étanchéité présente une section transversale sensiblement circulaire, Le cône du bou- chon présente une génératrice telle que l'effort axial exercé sur le bouchon.par la pression intérieure du récipient augmente la résistance de frottement de la bague d'étanchéité contre la paroi du bottier dans une mesure telle que la surface d'appui amovible se trouve en grande partie déchargée de l'effort axial.
Grâce à la section transversale sensiblement circulaire de la bague d'étanchéité, non seulement on évite la formation de rainures malgré l'augmentation considérable de la pression d'appli- cation,, mais encore on conserve l'adhérence, par friction, à la paroi du boîtier. Cette adhérence est utilisée pour décharger d'une
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grande partie de l'effort axial sur le bouchon l'élément présentant la surface d'appui amovible., Etant donné que l'élément considéré est un élément démontable? on est ainsi amené à le faire relative- ment léger..
La paroi du bottier qui se trouve immédiatement devant, la zone d'étanchéité n'est pas exposée à des efforts exagérés due à l'action de la pression intérieure et présente en ce point une telle réserve de robustesse qu'elle peut absorber avec sûreté la charge provenant du bouchon. La conséquence en est que, grâce à l'invention? on obtient une meilleure utilisation de la fraction importante de la matière qui, jusqu'à ce jour,, était inutilisée à l'embouchure du bottier au profit d'une réalisation plus légère du dispositif de fermeture..
La génératrice, du cane peut être une ligne droite, c'est- à-dire que le cône est un cône pure Toutefois, pour diminuer les conditions de précision le fabrication, le cône peut également n'être qu'un cône approché, o'est-à-dire que la génératrice peut ête une ligne concave ou une ligne convexe. En. outre,, la section transversale de la bague d'étanchéité peut être ovale, afin que l'on obtienne, par suite du plus grand rayon de courbure des lignes de contact, une pression d'application qui ne soit pas trop élevée; .
La surface d'appui amovible peut être la surface frontale intérieure d'un anneau introduit dans l'embouchure du bottier, lequel anneau est avantageusement fixé d'une manière facilement. démontable grâce à un système à baïonnette. Il n'est toutefois pas nécessaire d'avoir toujours, comme surface d'appui un anneau spé- cial fermé.
Lorsqu'on utilise, par exemple,, pour le serrage du bouchon une traverse pivotante à trois branches, la somme des par- ties correspondantes des surfaces (dirigées vers l'intérieur) des bras de la traverse peut constituer simultanément surface d'appui de la bague d'étanchéité,
Dans un dispositif de fermeture pour récipient sous pres- sion ou coude exposé à des températures de service élevées, la bague d'étanchéité est avantageusement faite en matière austénitique.
La
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matière austénitique présentant un coefficient de dilatation supé- rieur à celui de la matière ferritique de la paroi du récipient et du bouchon, fait que, lors de l'ouverture du dispositif de fermetu- re. la bague d'étanchéité se sépare plus facilement de la paroi du bottier et peut par conséquent être retirée plus aisément lorsque le récipient ou le coude sont froids,
Sur le dessin annexé, on a représenté plusieurs exemples de réalisation du dispositif faisant.l'objet de l'invention.
Sur ce dessin : la fig.1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un coude avec raccord de tube et dispositif de fermeture.
La fig. 2 est une vue analogue à la fig.l,. le couvercle de fermeture étant toutefois agencé avec un creux formant six pans.
La fig..3 est une vue analogue à la fig,l dans laquelle toutefois l'anneau présentant la surface d'appui est en même temps le couvercle.
Un récipient sous pression 1 servant de coude d'un four de distillation de l'industrie pétrolière; présente un orifice 2 dans lequel est creusée une gorge annulaire 3, La gorge annulaire est utilisée pour le dudgeonnage d'un tube non représenté sur le dessin et introduit dans l'orifice précité. Le dudgeon est intro- duit par un orifice opposé 4. L'orifice 4 comporte un dispositifde fermeture conforme à l'invention.et pouvant être ouvert un nombre quelconque de fois. Ce dispositif comprend un bouchon 5 dont le plateau est un cône 6 ayant sa grande base tournée vers l'intérieur du coude. La génératrice 6' du cône est, dans l'exemple représentée une ligne droite.
Le c8ne 6 est relié à une tige filetée 7 venue d'une pièce avec lui et dont la partie inférieure forme un carré, la partie filetée de la tige étant de plus petit diamètre. Un écrou 8 se trouve au-dessus d'un couvercle 9 qui repose, par l'intermé- diaire d'une surface sphérique 10, dans un chambrage 11 de l'embou- chure 12 du bottier. Le trou ménagé dans le couvercle 9 pour le passage de la tige filetée 7 est également en gradins et sa partie inférieure comprend des parois planes. Sur le cône 6 repose une
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bague d'étanchéité 13 de section transversale ovale,, bague qui, lorsque le dispositif obturateur est en service, se trouve en con- tact avec une surface d'appui 14 et avec la paroi 15 du bottier.
La surface d'appui 14 est constituée par la surface inférieure d'un anneau 16 dont la périphérie porte la denture d'une fermeture à baïonnette ou d'une fermeture analogue et dont les parties saillan- tes sont logées dans une gorge annulaire dans la paroi supérieure de laquelle débouchent les rainures longitudinales correspondantes d'un système à baïonnette 17.
Pour fermer l'orifice 4, on introduit le bouchon 5, avec la bague d'étanchéité 13 reposant dessus ainsi que l'anneau 16 dans l'orifice en question. On fait ensuite tourner l'anneau, pour le sortir de la z8ne des rainures longitudinales 17 et l'amener à la position de verrouillage. Après mise en place du couvercle 9 sur la tige filetée 7, on visse l'écrou 8 et on le serre. Au cours de cette opération, la bague d'étanchéité 13 s'applique fortement contre la surface d'appui 14 et contre la paroi 15 du boîtier. Le carré prévu sur la tige filetée 7 s'oppose à un entraînement, par rotation, du cône lors du serrage de l'écrou. Pour la même raison, le couvercle 9 comporte un dispositif (non représenté sur le dessin) l'empêchant de tourner par rapport à l'embouchure 12.
A la place d'un carré, la tige filetée 7 peut également ne comporter qu'un ou deux plats opposés. Il existe d'ailleurs d'autres types de dispositifs de ce genre connus en soi, s'opposant à la rotation et qui sont plus ou moins avantageux du point de vue de la réalisation technique.
Dans la position'considérée ci-dessus, le dispositif obturateur est pré-serré. Lorsqu'il existe une pression intérieure dans le récipient ou coude, cella-ci tend à chasser le bouchon 5 lors de l'orifice 4. Chaque force axiale s'exerçant sur le bouchon et produite par la pression intérieure se traduit par un accroisse- ment de serrage de la bague d'étanchéité 13. Cette bague est dilatée davantage par le cône 6 et serrée avec plus de force contre la paroi 15 du bottier.
Il en résulte que la bague d'étanchéité 13 oppose, au mouvement ascendant que tend à exécuter le bouchon, la
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résistance de frottement contre la paroi 15, de sorte que l'on' obtient simultanément une étanchéité plus grande, en même temps que la surface d'appui 14 n'a besoin de supporter qu'une partie de la force axiale du bouchon 5.
La conséquence en est que l'épaisseur de l'anneau 16 et son diamètre extérieur peuvent être relativement petits, de sorte que l'anneau et l'embouchure du bottier peuvent être allégés.
'L'épaisseur de paroi,, au voisinage de la paroi de bottier 15, est généralement suffisamment grande pour qu'elle puisse résister commo- dément à l'effort complémentaire produit par la bague d'étanchéité 13. La paroi 15 est en effet toujours usinée, dans les dispositifs obturateurs du type connu, pour résister à des contraintes et pré- sente par conséquent une épaisseur particulière.
L'ouverture du dispositif de fermeture s'effectue dans, l'ordre de succession inverse. Si le bouchon 5 est coincé, un léger coup sur la tige filetée 7 est suffisant pour le décoincer. La bague d'étanchéité 13 reste alors toutefois coincée ; on devra, éventuellement, la retirer de l'embouchure du bottier au moyen d'un dispositif d'extraction. Si toutefois la bague d'étanchéité 13 est en matière austénitique, elle se contracte, lors du refroidissement du bottier et du bouchon en matière ferritique, plus fortement que ces dernières parties. Il en résulte que la bague d'étanchéité peut être retirée plus facilement. Il importe alors peu que la bague d'étanchéité enserre le bouchon,, car il peut être remonté en conser- vant la même position par rapport au bouchon.
Pour l'invention, il importe que l'angle que fait la géné- ratrice 6' avec la verticale ne soit ni trop grand et ni trop petit.
Il existe un angle optimum qui est lié aux dimensions et à la forme de la section transversale de la basue d'étanchéité 13. On donne avantageusement à la génératrice 6' une légère courbure telle que la surface latérale du c8ne soit légèrement concave.
Dans l'agencement représenté sur la figure 2, la forme de réalisation modifiée du couvercle 18 fait que celui-ci constitue simultanément l'écrou pour la tige filetée 19. Dans, cet exemple, la
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@ surface inférieure est sphérique. Pbur le serrage, il existe un six pans intérieur 21. Un tel dispositif de fermeture simplifié et ne disant que faiblement saillie hors de l'orifice 4 peut être utilisé sans inconvénient, même si l'efficacité d'un écrou à grande surface d'appui est moins bonne. Il suffit simplement de serrer préalablement avec modération le dispositif de fermeture. L'étan- chéité est assurée principalement par la pression intérieure.
Dans la forme de réalisation de petite hauteur représen- tée à la figure 3, l'anneau 16 de la figure 1 est supprimé. Le cou- vercle 22 est montée à baïonnette dans l'embouchure 23 du bottier et sa surface inférieure 24 assure simultanément la fonction de l'anneau 16. La forme de réalisation de la figure 3 présente un autre avantage qui est que 1'écrou 25 n'a pas besoin d'être enlevé.
Toutes les parties du dispositif de fermeture restent assemblées pendant son enlèvement de l'orifice 4 et pendant son introduction.
Dans la forme de réalisation conforme à la figure 1, il faut enle- ver le couvercle 9 pour qu'on puisse amener l'anneau 16 dans la position de verrouillage du dispositif de fermeture à baïonnette et pour qu'on puisse de nouveau l'écarter de cette position en vue de l'ouverture.
A la place du couvercle 22 à paroi pleine, on peut utiliser une traverse de laquelle partent radialement deux, trois ou un plus grand nombre de bras. Il ne subsiste alors, il est vrai, plus de surface d'appui ininterrompue 24. Ceci ne présente aucun inconvénient parce que, en raison.de l'action du dispositif de - fermeture conforme à l'invention, la force d'application de la bague d'étanchéité 13 contre la surface d'appui n'est pas sensible- ment plus grande que la force de serrage préalable provenant de la vis
L'agencement du couvercle sous la forme d'une traverse présente l'avantage d'un poids plus faible et d'un meilleur agence- ment des moyens s'opposant à la rotation entre cône et traverse, d'une part, et entre traverse et embouchure du bottier, d'autre part.
Le couvercle représenté sur la fig.l peut également être une traverse.
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The object of the present invention is a closure device for a pressure vessel, a device of the type in which the axial force exerted on a conical stopper by the internal pressure tending to expel this stopper contributes to increasing the tightness. The invention relates in particular to a closing device for elbow or elbow fittings for tubes which, as is the case in the distillation or cracking furnaces of the petroleum industry, are each expanded in the hole of a body. or thick-walled elbow packer which are cleaned from time to time, after removal of the closure.
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In a known closure device, a conical sealing ring is disposed between the cone of the plug and the wall of the housing, and fills the conical annular slot, which ring bears with its thick-walled end against the surface. support of a ring that can be removed from the opening of the closure device. The axial pressure of the plug causes the elastic expansion of the sealing ring which provides a better seal by pressing with more force against the wall of the casing.
However, the desired effect is not obtained satisfactorily due to the relatively low application pressure.
The sealing ring has already been provided with sharp obturating edges which bear against the cone of the stopper and against the wall of the casing. However, the sealing ridges mark the material and create permanent grooves in it. The friction bond turns into. a pattern matching bond.
This has drawbacks when the closure device has to be opened several times, since when tightening the stopper the sealing ring almost never returns to the same small grooves.
The object of the invention is to provide a closure device of the aforementioned type which is more advantageous and which can be opened as often as desired.
According to the invention * the sealing ring has a substantially circular cross section, The cone of the stopper has a generatrix such that the axial force exerted on the stopper. By the internal pressure of the container increases the frictional resistance of the sealing ring against the wall of the casing to such an extent that the removable bearing surface is largely relieved of the axial force.
The substantially circular cross-section of the sealing ring not only prevents the formation of grooves despite the considerable increase in application pressure, but also maintains the frictional adhesion to the sealant. housing wall. This adhesion is used to unload from a
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large part of the axial force on the stopper the element having the removable bearing surface., Given that the element considered is a removable element? we are thus led to do it relatively light.
The wall of the casing which is immediately in front, the sealing zone is not exposed to exaggerated forces due to the action of the internal pressure and presents at this point such a reserve of robustness that it can absorb with safety the load from the plug. The consequence is that thanks to the invention? better use is obtained of the large fraction of the material which, until now, was unused at the mouth of the shoemaker in favor of a lighter construction of the closure device.
The generator of the cane can be a straight line, that is to say that the cone is a pure cone However, to reduce the conditions of precision in the manufacture, the cone can also be only an approximate cone, o that is, the generator can be a concave line or a convex line. In. In addition, the cross section of the sealing ring may be oval, so that one obtains, as a result of the greater radius of curvature of the contact lines, an application pressure which is not too high; .
The removable bearing surface may be the inner front surface of a ring introduced into the mouth of the housing, which ring is advantageously fixed in an easy manner. removable thanks to a bayonet system. However, it is not always necessary to have a special closed ring as a supporting surface.
When, for example, a three-branch pivoting cross member is used for tightening the stopper, the sum of the corresponding parts of the surfaces (directed inward) of the arms of the cross member can simultaneously constitute the bearing surface of the sealing ring,
In a closure device for a pressure vessel or elbow exposed to high operating temperatures, the sealing ring is preferably made of austenitic material.
The
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austenitic material exhibiting a coefficient of expansion greater than that of the ferritic material of the wall of the receptacle and of the stopper, so that when the closure device is opened. the sealing ring separates more easily from the wall of the casing and can therefore be removed more easily when the container or the elbow are cold,
The accompanying drawing shows several embodiments of the device which is the object of the invention.
In this drawing: FIG. 1 is a partial view in longitudinal section of an elbow with tube connection and closure device.
Fig. 2 is a view similar to fig.l ,. the closing cover being however arranged with a hollow forming a hexagon.
Fig..3 is a view similar to Fig, 1 in which however the ring having the bearing surface is at the same time the cover.
A pressure vessel 1 serving as an elbow of a distillation furnace for the petroleum industry; has an orifice 2 in which an annular groove 3 is hollowed out. The annular groove is used for expanding a tube not shown in the drawing and introduced into the aforementioned orifice. The nozzle is introduced through an opposite orifice 4. The orifice 4 comprises a closing device in accordance with the invention and which can be opened any number of times. This device comprises a plug 5, the plate of which is a cone 6 having its large base turned towards the inside of the elbow. The generator 6 'of the cone is, in the example shown, a straight line.
The c8ne 6 is connected to a threaded rod 7 integral with it and the lower part of which forms a square, the threaded part of the rod being of smaller diameter. A nut 8 is located above a cover 9 which rests, via a spherical surface 10, in a recess 11 of the mouth 12 of the casing. The hole made in the cover 9 for the passage of the threaded rod 7 is also stepped and its lower part comprises flat walls. On cone 6 rests a
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sealing ring 13 of oval cross section, ring which, when the shutter device is in use, is in contact with a bearing surface 14 and with the wall 15 of the casing.
The bearing surface 14 is formed by the lower surface of a ring 16, the periphery of which bears the teeth of a bayonet closure or of a similar closure and of which the projecting parts are housed in an annular groove in the upper wall from which the corresponding longitudinal grooves of a bayonet system 17 emerge.
To close the orifice 4, the plug 5 is introduced, with the sealing ring 13 resting on it as well as the ring 16 in the orifice in question. The ring is then rotated to take it out of the z8ne of the longitudinal grooves 17 and bring it to the locking position. After placing the cover 9 on the threaded rod 7, the nut 8 is screwed in and tightened. During this operation, the sealing ring 13 is strongly pressed against the bearing surface 14 and against the wall 15 of the housing. The square provided on the threaded rod 7 opposes a drive, by rotation, of the cone during tightening of the nut. For the same reason, the cover 9 comprises a device (not shown in the drawing) preventing it from rotating relative to the mouth 12.
Instead of a square, the threaded rod 7 may also have only one or two opposite flats. There are also other types of devices of this type known per se, which oppose rotation and which are more or less advantageous from the point of view of technical implementation.
In the position considered above, the obturator device is pre-tightened. When there is an internal pressure in the container or elbow, this tends to push out the stopper 5 at the orifice 4. Each axial force exerted on the stopper and produced by the internal pressure results in an increase. tightening of the sealing ring 13. This ring is further expanded by the cone 6 and clamped with more force against the wall 15 of the housing.
It follows that the sealing ring 13 opposes, to the upward movement that the stopper tends to perform, the
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frictional resistance against the wall 15, so that at the same time a greater seal is obtained, at the same time that the bearing surface 14 only needs to withstand part of the axial force of the plug 5.
The consequence is that the thickness of the ring 16 and its outer diameter can be relatively small, so that the ring and the mouth of the housing can be made lighter.
The wall thickness, in the vicinity of the casing wall 15, is generally large enough for it to conveniently withstand the additional force produced by the sealing ring 13. The wall 15 is in effect. always machined, in closure devices of the known type, to withstand stresses and consequently present a particular thickness.
The opening of the closing device is carried out in the reverse order of succession. If the stopper 5 is stuck, a light blow on the threaded rod 7 is sufficient to loosen it. The sealing ring 13 therefore remains stuck; it will possibly have to be removed from the mouth of the casing by means of an extraction device. If, however, the sealing ring 13 is made of austenitic material, it contracts, during the cooling of the casing and of the stopper made of ferritic material, more strongly than these latter parts. As a result, the sealing ring can be removed more easily. It is then irrelevant that the sealing ring encloses the plug, because it can be reassembled while keeping the same position with respect to the plug.
For the invention, it is important that the angle which the generator 6 'makes with the vertical is neither too large nor too small.
There is an optimum angle which is linked to the dimensions and to the shape of the cross section of the sealing base 13. The generatrix 6 'is advantageously given a slight curvature such that the lateral surface of the c8ne is slightly concave.
In the arrangement shown in Fig. 2, the modified embodiment of the cover 18 causes the latter to simultaneously constitute the nut for the threaded rod 19. In this example, the
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@ lower surface is spherical. Pbur tightening, there is an internal hexagonal 21. Such a simplified closing device and saying only slightly protrusion out of the orifice 4 can be used without inconvenience, even if the effectiveness of a nut with a large surface area. support is less good. It suffices to tighten the closure device moderately beforehand. The tightness is ensured mainly by the internal pressure.
In the low rise embodiment shown in Figure 3, the ring 16 of Figure 1 is omitted. The cover 22 is bayonet-mounted in the mouth 23 of the casing and its lower surface 24 simultaneously performs the function of the ring 16. The embodiment of FIG. 3 has a further advantage which is that the nut 25. does not need to be removed.
All the parts of the closure device remain assembled during its removal from the orifice 4 and during its introduction.
In the embodiment according to figure 1, the cover 9 must be removed so that the ring 16 can be brought into the locking position of the bayonet locking device and so that the locking device can be re-opened. move away from this position for opening.
Instead of the solid-walled cover 22, a cross member can be used from which two, three or more arms radially extend. It is true then that there is no longer any uninterrupted bearing surface 24. This does not present any disadvantage because, due to the action of the closure device according to the invention, the application force of the sealing ring 13 against the bearing surface is not appreciably greater than the pre-clamping force from the screw
The arrangement of the cover in the form of a cross member has the advantage of a lower weight and a better arrangement of the means opposing the rotation between the cone and the cross member, on the one hand, and between crosspiece and mouth of the shoemaker, on the other hand.
The cover shown in fig.l can also be a cross member.