"Capsule à soufflet et son procédé de fabrication" "Capsule à soufflet et son procédé de fàbrica- ... - tion"
La présente invention est relative à une capsule à soufflet. Elle se rapporte plus particulièrement à une capsule à soufflet métallique à engagement utilisable dans des applications où la pression
à . l'extérieur du soufflet est quelque fois sensiblement supérieure à la pression à l'intérieur de celui-ci.
On utilise les capsules à soufflet dans une série étendue d'applications telles que dans les transducteurs à pression, les dispositifs de commande linéaires, les dispositifs sensibles à la température et
à la pression, etc. Dans un grand nombre de cas, la capsule à soufflet est formée d'une série de diaphragmes ondulés annulaires dont les bords intérieurs et exté-
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manière aux bords correspondants de diaphragmes adjacents de manière à former une série de circonvulu-
tions de soufflet.
Dans l'application envisagée dans le cadre
de la présente invention, la capsule à soufflet est située à l'intérieur d'un récipient sous pression.
L'une des extrémités de la capsule est fermée tandis
que son autre extrémité est reliée à un collecteur
dans le récipient de manière à isoler les espaces à l'in-térieur du récipient sous pression à l'intérieur et
à l'extérieur du soufflet. De plus, une communication de fluide passe par le collecteur dans le soufflet et
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pacement se trouvant à l'intérieur du récipient mais à l'extérieur du soufflet. Lorsqu'un fluide sous haute pression est injecté dans le récipient sous pression,
il a tendance à comprimer ou à écraser la capsule à soufflet de telle sorte que les diaphragmes ondulés s'engagent les uns contre les autres, le fluide à l'intérieur du soufflet étant alors chassé par le collecteur. Par contre, lorsque la pression dans le réacteur est réduite par rapport à la pression à l'intérieur de la capsule, la capsule a tendance à se dilater, en aspirant le fluide dans celle-ci.
On a constaté que lorsqu'un soufflet soudé
à engagement, de fabrication ordinaire est soumis à
des contraintes de haute pression répétées lorsqu'il
est dans sa position totalement engagée,une fatigue des diaphragmes apparaît après un nombre relativement réduit de cycles sous pression. On suppose que cette fatigue des diaphragmes provient de la déformation excessive
des petites portions annulaires non supportées des diaphragmes du soufflet formant chaque circonvolution
du soufflet à proximité des bords intérieurs des diaphragmes. Ces portions de diaphragme sont non supportées parce que les largeurs des joints, c'est-àdire les débordements ou cordons de soudure, entre les diaphragmes du soufflet aux diamètres intérieur et extérieur de la capsule sont deux fois plus larges que l'épaisseur des diaphragmes. Par conséquent, lorsque le soufflet est comprimé, les cordons adjacents sont mu-tuellement en contact en empêchant les diaphragmes du soufflet de s'engager complètement à l'endroit de ces portions et en laissant un petit espace dans chaque circonvolution.
Puisque ces portions de diaphragme sont l'objet d'une pression élevée sur un côté et d'une faible pression sur l'autre, elles se rabattent ou se recourbent l'une vers l'autre dans l'espace intermédiaire, en produisant ainsi une fatigue pendant les cycles de pression. Lors d'une utilisation effective, cette fatigue se produit après un nombre de cycles de pression relativement restreint sur la capsule. Par conséquent, ces capsules utilisées dans des applications à haute pression ont une durée d'existence relativement courte. Un grand nombre de capsules du type
de celles que l'on utilise dans le cadre de la présente invention sont utilisées dans des applications aéronautique et aérospatiale. De même, elles sont souvent réalisées avec des métaux coûteux, tels que l'acier inoxydable, le titane, etc. C'est ainsi qu'il est important qu'on puisse les réaliser d'une manière plus fiable et qu'elles aient une plus longue-durée d'existence pour des raisons de coût et de sécurité.
Il est possible d'éviter le problème relatif aux débordements en reliant ensemble les bords
<EMI ID=3.1>
ceci implique l'introduction d'un fin anneau d'un métal différent entre la, diaphragmes, qui fonde en formant la liaison. Dans un grand nombre d'applications, l'utilisation de ce métal de brasage différent crée des problèmes de fabrication. De même, une corrosion apparaît à cause de l'action électrolytique. Par conséquent, dans de telles applications on a constaté qu'il était nécessaire de souder les diaphragmes ensemble.
On sait également que les cordons de soudure, tels que ceux qu'on trouve sur les soufflets traditionnels, peuvent être enlevés par frappage. Cette opération implique l'écrasement de la soudure entre un marteau et une enclume pour aplatir .la soudure. Ceci peut être réalisé relativement aisément aux jo ints entre les paires de diaphragmes au diamètre intérieur du soufflet. Ceci provient du fait que chacune de ces paires de diaphragmes est une unité séparée de telle sorte qu'on accède aisément aux deux faces du cordon de soudure. Toutefois, il est très difficile et il n'est pas faisable du point de vue économique de frapper les cordons de soudure au diamètre extérieur du soufflet parce que le soufflet est déjà formé à ce moment et que les cordons de soudure individuels ne peuvent pas être aisément séparés des cordons adjacents pour l'opération de frappe.
Par conséquent, un but de la présente invention est de prévoir une capsule à soufflet qui s'avère particulièrement efficace dans les applications à haute pression.
Un autre but consiste à prévoir une capsule à soufflet dont les circonvolutions adjacentes peuvent être totalement engagées.
Un autre but de l'invention consiste à prévoir un soufflet de diaphragmes soudés, ondulés s'engageant, qui peut résister à un cycle de contraintes de haute pression pendant une période prolongée.
Un autre but de l'invention consiste à prévoir un procédé de fabrication d'une capsule à soufflet métallique comportant un ou plusieurs des avantages susmentionnés.
Les autres buts de l'invention ressortiront clairement de La description ci-après.
L'invention comprend, par conséquent, une série d'étapes et la relation d'une ou de plusieurs de ces étapes les unes par rapport aux autres, ainsi que l'article représentant les caractéristiques, les propriétés et la relation des éléments qui sont exemplifiés dans la description détaillée suivante.
D'une manière générale, la capsule à soufflet de la présente invention est capable de résister à un nombre de cycles répétés en une position totalement comprimée dans un environnement à haute pression parce qu'elle est fabriquée de manière à ne
pas laisser de portion de diaphragme non supportées qui soient exposées à une pression élevée lorsque la capsule est totalement engagée. Ceci est réalisé en intercalant un anneau d'écartement plat entre les bords intérieurs des diaphragmes du soufflet formant des circonvolutions de soufflet adjacentes. Dans le cadre de la présente invention, une circonvolution est définie comme étant un segment du soufflet comprenant une paire de diaphragmes annulaires reliés ensemble à leurs bords.
Chaque anneau est soudé (TIG) en place au moment où les bords intérieurs des diaphragmes de circonvolutions de soufflet adjacentes sont joints. L'épaisseur de l'anneau d'écartement est choisie de manière à être pratiquement la même que l'épaisseur additionnelle du débordement ou des cordons de soudure aux bords des circonvolutions de soufflet adjacentes.
Par conséquent, lorsque le soufflet est dans sa position totalement comprimée, les diaphragmes formant chaque circonvolution de soufflet peuvent s'engager l'un contre l'autre en formant un support mutuel sur la totalité de leurs largeurs. De plus, les marges intérieures des diaphragmes et les anneaux d'écartement.. forment une colonne de support de charge continue
qui supporte l'empilement des circonvolutions du soufflet de telle sorte que les cordons de soudure à leurs bords se touchent tout juste lorsque le soufflet est totalement engagé.
Avec cet agencement, il n'y a pas de portions non supportées des diaphragmes du soufflet soumises à une différence de pression élevée, qui ne soient pas totalement supportées par une portion de diaphragme adjacente lorsque le soufflet' est dans sa position totalement comprimée. Il en résulte que
les diaphragmes subissent une contrainte minimale lors. que la capsule est soumise à des cycles de pression répétés et que, par conséquent, la capsule aura une durée d'existence intéressante, de longue durée. En outre, la réalisation de la présente invention ne conduit à aucune augmentation importante du coût global du soufflet parce que les seuls éléments ajoutés consistent en une série d'anneaux plats identiques qui sont aisément façonnés par des techniques d'estampage ordinaires.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue en perspective d'une capsule à soufflet à diaphragmes ondulés réalisée suivant la présente invention, représentée dans un environnement à haute pression. La figure 2 est une vue en perspective de l'anneau d'écartement incorporé dans la capsule de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe fragmentaire de la capsule de la figure 1 prise à plus grande échelle, représentant celle-ci d'une manière plus détaillée. La figure 4 est une vue similaire à la figure 3 représentant l'agencement de capsule à soufflet traditionnel.
Si l'on se reporte à la figure 1 des dessins annexés, la capsule à soufflet de la présente invention représentée d'une manière générale par la référence numérique 10 est placée à l'intérieur d'un récipient
sous pression représenté en 12 par des traits interrompus. L'extrémité intérieure de la capsule est fermée par un disque circulaire 14. L'extrémité extérieure
de la capsule comporte une aile lOb qui est soudée ou fixée d'une autre manière à un collecteur ou une paroi d'extrémité 12a du récipient 12. C'est ainsi que la capsule 10 divise: le volume du récipient 12 en deux espacements isolés, à savoir un espacement 16 à l'intérieur de la capsule et un espacement 18 à l'extérieur de la capsule. En cours d'utilisation, une communication de fluide de l'extérieur est établie jusqu'aux deux espacements 16 et 18 par l'intermédiaire de conduits traversant les parois du récipient 12, comme indiqué en traits interrompus respectivement par les références numériques 22 et 24.
Si l'on se réfère à présent aux figures 1
et 3, la capsule à soufflet 10 comprend une série de circonvolutions identiques représentées d'une manière générale par la référence 26. Chaque circonvolution comprend un diaphragme femelle 28 et un diaphragme mâle 32. D'une manière caractéristique; les diaphragmes du soufflet sont réalisés en acier inoxydable, titane, ou en un autre métal résistant, et ils sont ondulés de manière à ce qu'ils se fléchissent aisément avec une contrainte minimale lorsque la capsule est soumise à un cycle entre ses positions totalement étendue et totalement comprimée.
La figure 3 représente les positions relatives de circonvolutions de soufflet adjacentes 26 lorsque la capsule 10 est dans sa position totalement engagée ou comprimée. La figure 4 représente les positions comparables de circonvolutions adjacentes 26a <EMI ID=4.1>
Si l'on se réfère un moment à la figure 4, dans les soufflets antérieurs de ce type général, chaque circonvolution 26a du soufflet est formée d'une paire de diaphragmes femelle et mâle 28 et 32 ondulés, qui s'engagent. Chaque circonvolution est formée en reliant les lèvres ou bords extérieurs des diaphragmes
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semble. Invariablement, ce processus conduit à la formation d'un cordon annulaire 34 dû au débordement de métal fondu au cours du processus de soudage. Dans un
cas caractéristique, chaque cordon de soudure 34 présente une section transversale qui est approximativement trois fois la largeur de l'épaisseur d'un diaphragme. C'est ainsi que chaque cordon de soudure 34 com-porte une portion 34a qui déborde au-delà de la surface de chaque diagramme à l'endroit de la jonction dans la direction de l'axe A du soufflet,d'une distance approximativement égale à la moitié de l'épaisseur du diaphragme.
Des cordons de soudure similaires 38 sont formés à l'endroit du diamètre intérieur du soufflet lorsque les diaphragmes de circonvolutions de soufflet adjacentes sont reliés ensemble de la même manière. Ces cordons de soudure intérieurs 38 comportent également
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diaphragmes, ainsi que cela est représenté.
Si L'on se réfère encore à la figure 4, lorsqu'une pression est appliquée à l'extérieur de la capsule 10, le soufflet ne peut pas être engagé complètement parce que les cordons de soudure adjacents 34 et les cordons de soudure adjacents 38 se touchent à l'endroit des diamètres intérieur et extérieur de la capsule. L'empilement des cordons de soudure 38 au diamètre intérieur du soufflet laisse les portions de diaphragme annulaires 28a et 32a adjacentes à ces cordons de soudure non supportées. De plus, l'-espacement entre ces portions de diaphragme correspond à l'espacement 16 (figure 1) à l'intérieur de la capsule qui est maintenu à une pression relativement faible.
D'un autre côté, les côtés opposés de ces portions de diaphragme 28a et 32a sont exposés à la pression relativement élevée régnant dans l'espacement 18 à l'extérieur de la capsule à soufflet. Par conséquent,
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férence de pression à travers ces portions de diaphragme fait que ces portions font saillie l'une vers l'au-tre dans l'intervalle existant entre celles-ci, comme indiqué par les traits interrompus en P sur la figure
4. En conséquence, les diaphragmes sont l'objet d'une fatigue à l'endroit de ces portions de diaphragme 28a et 32a après que la capsule à soufflet 10a n'ait subi qu'un nombre relativement restreint de cycles sous pression.
S i l'on se réfère à présent aux figures 2
et 3, la capsule à soufflet de la présente invention 10, d'une durée d'existence prolongée est quelque peu similaire à la capsule de la technique antérieure, par le fait qu'elle est composée d'un empilement de circonvolutions formant soufflet, obtenues en reliant des diaphragmes femelles et mâles 28 et 32 ondulés alternativement à l'endroit de leurs bords intérieurs et extérieurs. En fait, les liaisons à l'endroit des bords extérieurs des diaphragmes sont plus ou moins les mêmes
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sont caractérisés par des cordons de soudure 34, comportant des portions 34a débordant à l'extérieur des surfaces des diaphragmes suivant l'axe du soufflet A.
Les capsules 10 diffèrent toutefois sensiblement de la capsule de la technique antérieure, dans ses liaisons ou connexions entre les bords intérieurs des diaphragmes de circonvolutions adjacentes. A la place des connexions intérieures habituelles qui forment des cordons de soudure 38 (figure 4), la capsule de la présente invention 10 comporte des anneaux d'écartement plats 42 intercalés entre les diaphragmes 28
et 32 de circonvolutions adjacentes 26. Le diamètre intérieur de chaque anneau 42 est pratiquement le même que le diamètre intérieur des diaphragmes. Le diamè-tre extérieur de chaque anneau n'est pas particulièrement critique.
Comme on peut mieux le voir sur la figure 3, lorsque l'on façonne les diaphragmes 28 et 32, leurs bords marginaux intérieurs 28b, 32b sont aplatis de manière à ce que lorsque les anneaux 42 sont en position, ils affleurent ces bords marginaux, comme indiqué. Chaque anneau 42 est sensiblement de la même étendue que ces bords marginaux 28b, 32b et l'épaisseur
de chaque anneau est approximativement égale à deux fois l'épaisseur de la portion de cordon de soudure
34a. Chaque paire de marges de diaphragme 28b, 32b
et l'anneau d'écartement d'intersection 42 sont reliés par une, soudure TIG, comme indiqué en 46 sur la figure
3.
On notera que le processus de soudage des liaisons intérieures 46 entre les circonvolutions du soufflet provoque de lui-même un certain débordement. Toutefois, l'épaisseur complémentaire créée par l'anneau
42 s'adapte à la majeure partie de l'écoulement de métal fondu lorsque la liaison est formée. Par conséquent, il n'y a pas d'écoulement important de métal audelà des bords du sandwich comprenant chaque liaison intérieure de sorte que le cordon de soudure résultant est relativement petit. En tout cas, les cordons de soudure à l'endroit des liaisons ou des joints intérieurs sont aisément enlevés par frappage comme décrit précédemment.
Avec cet agencement, les portions de diaphragme 28a et 32a de chaque circonvolution 25 à l'intérieur des anneaux se supportent mutuellement et il n'y a pas d'écart ou de vide entre celles-ci. En d'autres termes, lesdiaphragmes 28, 32 formant chaque circonvolution 26 peuvent être engagés complètement suivant leur largeur entière. Par conséquent, lorsque l'espacement 18 entre les circonvolutions 26 du soufflet est exposé à une pression élevée et lorsque l'espacement 16 à l'intérieur du soufflet est exposé à une pression inférieure, ces portions de diaphragme 28a
et 32a qui s'engagent forment un support mutuel les unes pour les autres. En fait, il n'y a pas de portions des diaphragmes du soufflet qui soient exposées à une différence de pression et qui ne soient pas également supportées par un diaphragme adjacent.
De plus, comme indiqué par la figure 3, l'épaisseur de chaque anneau 42 est telle que lorsque le soufflet est totalement comprimé, les marges de diaphragme 28b, 32b et les anneaux 42 forment une colonne de support de charge qui permet aux cordons de soudure
34 aux bords des circonvolutions de se toucher tout juste de telle sorte qu'il n'y ait pas ou peu de dé-
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diaphragmes. Par conséquent, la capsule de la présente invention 10 peut subir un grand nombre de cycles sous pression sans présenter d'usure due à la fatigue.
Les anneaux d'écartement 42 étant de simples éléments métalliques estampés ajoutent peu au coût global de la capsule à soufflet 10. Par conséquent, une capsule à haute pression d'un rendement supérieur et d'une longue durée d'existence peut être fabriquée à un coût
à peine supérieur à celui des capsules comparables antérieures ayant des caractéristiques de rendement inférieures.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
"Bellows capsule and its manufacturing process" "Bellows capsule and its manufacturing process - ..."
The present invention relates to a bellows capsule. It relates more particularly to a metal bellows capsule with engagement usable in applications where the pressure
at . the outside of the bellows is sometimes substantially greater than the pressure inside of it.
The bellows capsules are used in a wide variety of applications such as pressure transducers, linear actuators, temperature sensitive devices and
pressure, etc. In a large number of cases, the bellows capsule is formed by a series of annular corrugated diaphragms whose inner and outer edges
<EMI ID = 1.1>
way to the corresponding edges of adjacent diaphragms so as to form a series of convolu-
bellows.
In the application envisaged in the context
of the present invention, the bellows capsule is located inside a pressure vessel.
One end of the capsule is closed while
that its other end is connected to a collector
in the container so as to isolate the spaces inside the pressure container inside and
outside the bellows. In addition, fluid communication passes through the manifold in the bellows and
<EMI ID = 2.1>
placement located inside the container but outside the bellows. When a high pressure fluid is injected into the pressure vessel,
it tends to compress or crush the bellows capsule so that the corrugated diaphragms engage against each other, the fluid inside the bellows then being expelled by the manifold. On the other hand, when the pressure in the reactor is reduced relative to the pressure inside the capsule, the capsule tends to expand, by sucking the fluid therein.
It was found that when a welded bellows
with engagement, of ordinary manufacture is subjected to
repeated high pressure stresses when
is in its fully engaged position, diaphragm fatigue appears after a relatively small number of pressurized cycles. It is assumed that this fatigue of the diaphragms comes from excessive deformation
small unsupported annular portions of the bellows diaphragms forming each convolution
bellows near the inner edges of the diaphragms. These diaphragm portions are not supported because the widths of the joints, that is to say the overflows or weld beads, between the diaphragms of the bellows with the inside and outside diameters of the capsule are twice as wide as the thickness of the diaphragms. . Consequently, when the bellows are compressed, the adjacent cords are mutually in contact by preventing the diaphragms of the bellows from fully engaging at the location of these portions and by leaving a small space in each convolution.
Since these diaphragm portions are subjected to high pressure on one side and low pressure on the other, they fold or bend towards each other in the intermediate space, thereby producing fatigue during pressure cycles. In actual use, this fatigue occurs after a relatively small number of pressure cycles on the capsule. Therefore, these capsules used in high pressure applications have a relatively short lifespan. A large number of capsules of the type
those used in the context of the present invention are used in aeronautical and aerospace applications. Likewise, they are often made with expensive metals, such as stainless steel, titanium, etc. This is why it is important that they can be made more reliably and that they have a longer lifespan for reasons of cost and safety.
You can avoid the overflow problem by connecting the edges together
<EMI ID = 3.1>
this involves the introduction of a thin ring of a different metal between the diaphragms, which melts to form the bond. In many applications, the use of this different brazing metal creates manufacturing problems. Likewise, corrosion appears due to the electrolytic action. Therefore, in such applications it has been found that it is necessary to weld the diaphragms together.
It is also known that the weld beads, such as those found on traditional bellows, can be removed by striking. This operation involves crushing the weld between a hammer and anvil to flatten the weld. This can be done relatively easily at the jo ints between the pairs of diaphragms to the internal diameter of the bellows. This is because each of these pairs of diaphragms is a separate unit so that both sides of the weld bead are easily accessible. However, it is very difficult and economically not feasible to strike the weld beads to the outside diameter of the bellows because the bellows is already formed at this time and the individual weld beads cannot be easily separated from adjacent cords for typing.
Therefore, an object of the present invention is to provide a bellows capsule which is particularly effective in high pressure applications.
Another object is to provide a bellows capsule whose adjacent convolutions can be fully engaged.
Another object of the invention is to provide a bellows of welded, engaging corrugated diaphragms, which can withstand a cycle of high pressure stresses for an extended period.
Another object of the invention consists in providing a method for manufacturing a metal bellows capsule comprising one or more of the abovementioned advantages.
The other objects of the invention will emerge clearly from the description below.
The invention therefore comprises a series of steps and the relation of one or more of these steps to each other, as well as the article representing the characteristics, properties and relationship of the elements which are exemplified in the following detailed description.
Generally, the bellows capsule of the present invention is capable of withstanding a number of repeated cycles in a fully compressed position in a high pressure environment because it is manufactured so as not to
do not leave an unsupported diaphragm portion that is exposed to high pressure when the capsule is fully engaged. This is achieved by interposing a flat spacer ring between the inner edges of the bellows diaphragms forming adjacent bellows convolutions. In the context of the present invention, a convolution is defined as being a segment of the bellows comprising a pair of annular diaphragms connected together at their edges.
Each ring is welded (TIG) in place when the inner edges of the diaphragms of adjacent bellows convolutions are joined. The thickness of the spacer ring is chosen so as to be practically the same as the additional thickness of the overflow or of the weld beads at the edges of the adjacent bellows convolutions.
Consequently, when the bellows is in its fully compressed position, the diaphragms forming each bellows convolution can engage against each other by forming a mutual support over their entire widths. In addition, the internal margins of the diaphragms and the spacing rings .. form a continuous load support column
which supports the stacking of the bellows convolutions so that the weld beads at their edges just touch when the bellows is fully engaged.
With this arrangement, there are no unsupported portions of the diaphragms of the bellows subjected to a high pressure difference, which are not fully supported by an adjacent diaphragm portion when the bellows is in its fully compressed position. It follows that
the diaphragms undergo minimal stress during. that the capsule is subjected to repeated pressure cycles and that, consequently, the capsule will have an interesting, long-lived existence. Furthermore, the embodiment of the present invention does not lead to any significant increase in the overall cost of the bellows because the only elements added consist of a series of identical flat rings which are easily shaped by ordinary stamping techniques.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which:
Figure 1 is a perspective view of a bellows capsule with corrugated diaphragms produced according to the present invention, shown in a high pressure environment. Figure 2 is a perspective view of the spacer ring incorporated in the capsule of Figure 1. Figure 3 is a fragmentary sectional view of the capsule of Figure 1 taken on a larger scale, representing it in more detail. Figure 4 is a view similar to Figure 3 showing the traditional bellows capsule arrangement.
Referring to Figure 1 of the accompanying drawings, the bellows capsule of the present invention shown generally by the reference numeral 10 is placed inside a container
under pressure represented at 12 by dashed lines. The inner end of the capsule is closed by a circular disc 14. The outer end
of the capsule has a wing 10b which is welded or otherwise fixed to a manifold or an end wall 12a of the container 12. This is how the capsule 10 divides: the volume of the container 12 into two isolated spaces , namely a space 16 inside the capsule and a space 18 outside the capsule. In use, a communication of fluid from the outside is established up to the two spaces 16 and 18 by means of conduits crossing the walls of the container 12, as indicated in broken lines respectively by the reference numerals 22 and 24 .
If we now refer to Figures 1
and 3, the bellows capsule 10 comprises a series of identical convolutions generally represented by the reference 26. Each convolution comprises a female diaphragm 28 and a male diaphragm 32. Typically; the bellows diaphragms are made of stainless steel, titanium, or another resistant metal, and they are corrugated so that they flex easily with minimal stress when the capsule is subjected to a cycle between its fully extended positions and fully compressed.
FIG. 3 represents the relative positions of adjacent bellows convolutions 26 when the capsule 10 is in its fully engaged or compressed position. Figure 4 shows the comparable positions of adjacent convolutions 26a <EMI ID = 4.1>
Referring for a moment to FIG. 4, in the prior bellows of this general type, each convolution 26a of the bellows is formed of a pair of female and male diaphragms 28 and 32 wavy, which engage. Each convolution is formed by connecting the lips or outer edges of the diaphragms
<EMI ID = 5.1>
seems. Invariably, this process leads to the formation of an annular bead 34 due to the overflow of molten metal during the welding process. In one
Typically, each weld bead 34 has a cross section which is approximately three times the width of the thickness of a diaphragm. Thus, each weld bead 34 has a portion 34a which extends beyond the surface of each diagram at the point of the junction in the direction of the axis of the bellows, by a distance approximately equal to half the thickness of the diaphragm.
Similar weld beads 38 are formed at the location of the internal diameter of the bellows when the diaphragms of adjacent bellows convolutions are connected together in the same manner. These interior weld beads 38 also include
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diaphragms, as shown.
Referring again to Figure 4, when pressure is applied to the outside of the capsule 10, the bellows cannot be fully engaged because the adjacent weld beads 34 and the adjacent weld beads 38 touch each other at the inside and outside diameters of the capsule. The stack of weld beads 38 at the internal diameter of the bellows leaves the annular diaphragm portions 28a and 32a adjacent to these unsupported weld beads. In addition, the spacing between these diaphragm portions corresponds to the spacing 16 (FIG. 1) inside the capsule which is maintained at a relatively low pressure.
On the other hand, the opposite sides of these diaphragm portions 28a and 32a are exposed to the relatively high pressure prevailing in the space 18 outside the bellows capsule. Therefore,
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pressure ference across these diaphragm portions causes these portions to protrude towards each other in the gap between them, as indicated by the broken lines at P in the figure
4. Consequently, the diaphragms are subjected to fatigue at the location of these diaphragm portions 28a and 32a after the bellows capsule 10a has undergone only a relatively small number of cycles under pressure.
S i now refer to Figures 2
and 3, the bellows capsule of the present invention 10, of an extended lifetime, is somewhat similar to the capsule of the prior art, in that it is composed of a stack of convolutions forming a bellows, obtained by connecting female and male diaphragms 28 and 32 corrugated alternately at the location of their inner and outer edges. In fact, the connections at the outer edges of the diaphragms are more or less the same
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are characterized by weld beads 34, comprising portions 34a projecting outside the surfaces of the diaphragms along the axis of the bellows A.
The capsules 10 however differ significantly from the capsule of the prior art, in its connections or connections between the inner edges of the diaphragms of adjacent convolutions. Instead of the usual internal connections which form weld beads 38 (FIG. 4), the capsule of the present invention 10 has flat spacer rings 42 interposed between the diaphragms 28
and 32 of adjacent convolutions 26. The inside diameter of each ring 42 is practically the same as the inside diameter of the diaphragms. The outer diameter of each ring is not particularly critical.
As can best be seen in FIG. 3, when the diaphragms 28 and 32 are shaped, their inner marginal edges 28b, 32b are flattened so that when the rings 42 are in position, they are flush with these marginal edges, as indicated. Each ring 42 is substantially of the same extent as these marginal edges 28b, 32b and the thickness
of each ring is approximately twice the thickness of the weld bead portion
34a. Each pair of diaphragm margins 28b, 32b
and the intersection spacer ring 42 are connected by a TIG weld, as indicated at 46 in the figure
3.
It will be noted that the process of welding the internal connections 46 between the convolutions of the bellows causes itself a certain overflow. However, the additional thickness created by the ring
42 adapts to most of the flow of molten metal when the bond is formed. Consequently, there is no significant flow of metal beyond the edges of the sandwich comprising each interior connection so that the resulting weld bead is relatively small. In any case, the weld beads at the location of the connections or the interior joints are easily removed by striking as described above.
With this arrangement, the diaphragm portions 28a and 32a of each convolution 25 inside the rings support each other and there is no gap or void between them. In other words, the diaphragms 28, 32 forming each convolution 26 can be engaged completely along their entire width. Consequently, when the space 18 between the convolutions 26 of the bellows is exposed to a high pressure and when the space 16 inside the bellows is exposed to a lower pressure, these diaphragm portions 28a
and 32a which engage form mutual support for each other. In fact, there are no portions of the bellows diaphragms which are exposed to a pressure difference and which are not also supported by an adjacent diaphragm.
In addition, as shown in Figure 3, the thickness of each ring 42 is such that when the bellows is fully compressed, the diaphragm margins 28b, 32b and the rings 42 form a load support column which allows the cords to welding
34 at the edges of the convolutions to just touch each other so that there is little or no
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diaphragms. Therefore, the capsule of the present invention can undergo a large number of pressure cycles without exhibiting wear due to fatigue.
The spacer rings 42 being simple stamped metal elements add little to the overall cost of the bellows capsule 10. Therefore, a high pressure capsule of higher efficiency and long service life can be manufactured at a cost
barely superior to that of previous comparable capsules having inferior yield characteristics.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of this patent.