L'invention concerne un procédé pour la formation d'un joint étanche entre deux éléments dont le premier comporte un épaulement périphérique et dont le second comporte une cavité correspondant à cet épaulement. Elle concerne également le joint étanche obtenu par ce procédé ainsi que son utilisation.
Un problème important qui se pose lors de l'emploi des disques métalliques poreux et autres éléments de filtration pour filtrer les polymères synthétiques, c'est celui d'assurer un bon joint étanche et un bon blocage entre les bords des disques filtrants et les parois de l'élément filtrant. Tout joint étanche en amont d'un disque filtrant donne lieu à une zone morte où le polymère a tendance à se surchauffer et à se dégrader. Ce polymère dégradé en amont catalyse une dégradation ultérieure et réduit substantiellement la durée de l'ensemble d'un système d'éléments filtrants.
Il est également souhaitable de monter et de bloquer un empilement de disques filtrants dans un corps de filtre, chaque disque étant scellé et bloqué en place séparément. Cependant, ce scellement et ce blocage doivent être effectués de telle façon que les disques puissent être enlevés et remplacés facilement et à bas prix lors du nettoyage. La présente invention assure un blocage et un scellement d'un disque filtrant dans cet environnement déterminé.
La fig. 1 montre une coupe longitudinale d'un élément à disque filtrant unique monté suivant la présente invention;
la fig. 2 montre un détail agrandi en coupe longitudinale du bord du disque filtrant de la fig. 1 avant qu'il ne soit bloqué dans le corps de filtre;
la fig. 3 montre un détail agrandi en coupe longitudinale du bord du disque filtrant de la fig. 1 après son blocage dans le corps de filtre;
les fig. 4 et 5 montrent des coupes longitudinales de portions exposées des bords de disques filtrants multiples dans un corps de filtre représentées, respectivement, avant et après le blocage dans le corps de filtre;
la fig. 6 est une vue arrière de l'extrémité intérieure de l'élément filtrant de la fig. 1, comportant des portions exposées;
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la fig. 7 montre une coupe longitudinale d'une portion inférieure exposée d'un élément filtrant de surface étendue suivant la présente invention;
la fig. 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 7;
les fig. 9, 10 et 11 sont des coupes transversales d'éléments filtrants de surface étendue de différentes configurations montés suivant la présente invention;
la fig. 12 est une coupe axiale transversale d'un fragment d'une plaque d'appui d'un premier filtre multitubulaire représentant des tubes de filtration scellés dans ladite plaque;
la fig. 13 est un détail agrandi de fragments de la plaque d'appui et d'un tube de filtration de la fig. 12 avant de sceller le tube de filtration dans la plaque d'appui;
la fig. 14 est une coupe axiale transversale d'un fragment d'une plaque d'appui d'un deuxième filtre multitubulaire représentant un tube de filtration scellé dans ladite plaque;
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la fig. 15 est un détail agrandi de fragments de la plaque d'appui et du tube de filtration de la fig. 14 avant de sceller le tube de filtration dans la plaque d'appui, et
la fig. 16 est une coupe axiale transversale de fragments des deux éléments avant qu'ils ne soient forcés ensemble afin de constituer un joint étanche au moyen d'un rebord de blocage.
Comme représenté aux fig. 1 et 6, un disque filtrant 10 en acier inoxydable poreux ou similaire est formé, comprenant des épaulements annulaires supérieur et inférieur 11 et 12. Un corps de filtre 13 comporte une cavité cylindrique 14 comprenant un épaulement intérieur annulaire inférieur 15. Une filière 16 s'appuie contre l'épaulement 15 avec une rondelle plate en métal doux interposée 17. La filière 16 comporte les orifices d'extrusion 18. Un écran diffuseur 19 est disposé sur les orifices 18 afin de maintenir le disque 10 éloigné de la surface amont de la filière 16 afin que la surface amont de la filière 16 ne masque pas la plus grande partie de la surface aval du disque 10.
Avec l'écran diffuseur 19 dans la position représentée, le débit passe à travers le disque filtrant 10 et ensuite se répand latéralement à travers les fils de l'écran 19 pour s'écouler par les orifices d'extrusion 18.
Comme représenté à la fig. 2, le diamètre du disque 10 lui permet de s'adapter dans le corps de filtre 13. Deux bagues de blocage 20 sont disposées autour des épaulements 11 et 12, chaque bague de blocage 20 comportant une seule ondulation annulaire 21 faisant saillie dans le sens opposé au disque 10. Les bagues 20 s'adaptent librement entre les épaulements 11 et 12 et la paroi de la cavité 14. L'épaulement 11 a la même profondeur que l'épaisseur d'une bague 20. L'épaulement 12 est moins profond que l'épaisseur de l'écran 19 de façon que l'épaulement 12 et l'écran 19 aient la même épaisseur qu'une bague 20.
Pour asseoir le disque 10, une presse annulaire 23 est placée sur la bague supérieure 20 et le disque 10 est assis comme représenté à la fig. 3 en le forçant vers le bas et en aplatissant les ondulations 21. L'aplatissement des ondulations 21 dilate radialement les bagues 20 tant vers l'intérieur que vers l'extérieur afin de bloquer et de sceller le disque 10 dans le corps de filtre 13. Lorsque le disque 10 doit être enlevé pour le nettoyage, il peut être expulsé du corps de filtre 13 et remplacé par des bagues neuves 20.
Comme représenté aux fig. 4 et 5, une pluralité de disques filtrants 10' et 10" peut être bloquée dans un corps de filtre plus profond 13' au-dessus d'une filière 16 au moyen des bagues de blocage 20 qui sont toutes dilatées simultanément par la presse annulaire 23.
Les bagues 20 assurent un joint étanche aux pressions élevées d'extrusion nécessaires. Dans un exemple de la présente invention des bagues 20 en aluminium de la série 1100 ont assuré d'excellents résultats de scellement et de blocage à des pressions en amont du filtre de 4000 psi. Les bagues 20 étaient en aluminium d'une épaisseur de 1/16 de pouce, d'un diamètre d'environ 3 pouces et une largeur de 0,180 pouce comportant une ondulation faisant saillie d'environ 0,025 pouce. L'écran 19 avait une épaisseur de 0,032 pouce. La presse annulaire ou en manchon 23 exerçait une pression jusqu'à 12000 livres pour bloquer le disque 10 en place en dilatant les bagues 20 de façon à engager radialement le disque 10 et le corps de filtre 13.
En référence maintenant aux fig. 7 et 8, un corps de filtre 30 comporte une cavité centrale 31 munie d'un épaulement annulaire inférieur 32. Une filière 33 s'appuie sur l'épaulement 32 au-dessus d'une garniture en métal doux 34. Les orifices d'extrusion 35 sont ménagés dans la filière 33 et sur celle-ci est disposé un écran diffuseur 36. Un filtre à surface étendue 37 comporte un disque 38 qui n'a pas besoin d'être en métal poreux puisqu'il n'assure pas la fonction principale de filtration. Un faisceau de tubes poreux de filtration 43 montés dans le disque 38 assure une grande surface de filtration. Le disque 38 comporte un épaulement annulaire 39 pour recevoir une bague de blocage 40. Une presse annulaire 41 aplatit une ondulation annulaire 42 de la bague 40 afin de la dilater radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur, bloquant le disque 38 dans le corps 30.
La fig. 9 représente un corps de filtre substantiellement carré 50 comportant une cavité 51 à l'intérieur de laquelle est disposé un filtre de surface étendue 52 muni d'une plaque 53 de montage des éléments tubulaires de filtration 54 en matière poreuse.
Un épaulement périphérique est formé autour du bord supérieur de la plaque 53 pour y recevoir le rebord de blocage en métal doux 55. Le rebord 55 est semblable à la bague 20, sauf qu'il est de forme substantiellement carrée avec les angles arrondis. Le rebord 55 comporte une ondulation longitudinale qui s'étend vers le haut avant d'être aplatie afin de bloquer en place le filtre 52.
La fig. 10 représente un corps de filtre oblong 60 renfermant un filtre oblong de surface étendue 61 comportant une plaque 62 et des tubes poreux de filtration 63. Le filtre 61 est retenu en place en aplatissant une ondulation longitudinale du rebord de blocage 64, le rebord 64 s'appuyant dans un épaulement périphérique de la plaque 62.
La fig. 1 1 représente un corps de filtre réniforme 70 renfermant un filtre de surface étendue 71 de la même configuration, comportant une plaque 72 et des tubes de filtration 73 retenus en place par un rebord de blocage 74.
Comme représenté aux fig. 12 et 13, une plaque d'appui 80 comporte des tubes de filtration 81 en métal poreux fixés et scellés de façon à s'étendre vers le haut à partir de ladite plaque. Les bases des tubes 81 sont soudées ou autrement fixées dans les tiges métalliques 82 dont chacune comporte un épaulement annulaire 83 orienté vers le bas. Les tiges 82 s'adaptent vers le haut pour s'asseoir dans les passages 84 percés dans la plaque d'appui 80. Des bagues métalliques de pression 85 s'étendent vers le haut autour des extrémités 86 des tiges 82 et dans les passages 84 percés dans la plaque d'appui 80. Le serrement des boulons 87 tire vers le haut une plaque de compression 88 pour forcer les bagues de pression 85 dans les passages 84 vers les épaulements 83.
Une bague de blocage 89 comportant une ondulation annulaire est disposée en dessous de chaque épaulement 83; celleci sera comprimée axialement par une bague de pression 85 pour aplatir l'ondulation annulaire de chaque bague de blocage 89. Cet aplatissement dilate radialement les bagues de blocage 89 vers l'intérieur et vers l'extérieur pour constituer un joint étanche entre les tubes 81 et la plaque d'appui 80. La plaque de compression 88 comporte des ouvertures 79 pour permettre l'écoulement d'un polymère vers les tubes 81.
Les bagues de blocage 89 peuvent être en métal doux ou en tôle mince plus dure. Dans un exemple, les bagues de blocage 89 étaient en acier inoxydable d'une épaisseur de 0,010 pouce et s'enfonçaient dans les passages 84 et les tiges 82 pour constituer un joint étanche tant que les bagues 89 étaient comprimées par les bagues de pression 85. Le relâchement de la pression au moyen du desserrage des boulons 87 permet d'enlever facilement les tubes 81 pour l'entretien.
Les fig. 14 et 15 représentent une autre réalisation de la présente invention où des tubes de filtration 91 en acier inoxydable poreux sont fixés et scellés dans une plaque d'appui 90. Une tige 92 est soudée ou autrement fixée sur chaque tube 91. La tige 92 comporte un rebord annulaire 93 qui s'adapte à l'intérieur du trou 94 dans la plaque 90. Le trou 94 comporte un épaulement annulaire 95 orienté vers le bas vers lequel le rebord 93 est forcé à mesure que le tampon 96 est vissé vers le haut dans la partie inférieure du trou 94. Le tampon 96 comporte une ouverture hexagonale 98 qui permet le passage d'un polymère vers le tube 91 et dont on se sert pour serrer le tampon 96.
Une bague de blocage 97 comportant une ondulation annulaire est disposée entre le rebord 93 et l'épaulement 95 et sera comprimée et dilatée radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur afin de sceller le tube 91 dans la plaque d'appui 90.
Comme représenté à la fig. 16, on peut former sur deux plaques, brides de tuyaux ou similaires placées vis-à-vis 100 et 101, des épaulements 102 et 103 orientés vers l'extérieur et vers l'intérieur. Un rebord de blocage 104 comportant une ondulation longitudinale 105 est disposé entre les épaulements de telle façon que, lorsque les plaques 100 et 101 sont forcées ensemble, l'ondulation 105 est comprimée et le rebord 104 se dilate latéralement pour former un joint étanche.
The invention relates to a method for forming a tight seal between two elements, the first of which has a peripheral shoulder and the second of which has a cavity corresponding to this shoulder. It also relates to the tight seal obtained by this process as well as its use.
An important problem that arises when using porous metal discs and other filter elements to filter synthetic polymers is that of ensuring a good tight seal and good blocking between the edges of the filter discs and the walls. of the filter element. Any tight seal upstream of a filter disc gives rise to a dead zone where the polymer tends to overheat and degrade. This upstream degraded polymer catalyzes further degradation and substantially reduces the life of an entire filter element system.
It is also desirable to mount and lock a stack of filter discs in a filter body, each disc being sealed and locked in place separately. However, this sealing and blocking must be done in such a way that the discs can be removed and replaced easily and inexpensively during cleaning. The present invention ensures a blocking and a sealing of a filter disc in this determined environment.
Fig. 1 shows a longitudinal section of a single filter disc element mounted in accordance with the present invention;
fig. 2 shows an enlarged detail in longitudinal section of the edge of the filter disc of FIG. 1 before it is blocked in the filter body;
fig. 3 shows an enlarged detail in longitudinal section of the edge of the filter disc of FIG. 1 after its blockage in the filter body;
figs. 4 and 5 show longitudinal sections of exposed portions of the edges of multiple filter discs in a filter body shown, respectively, before and after jamming in the filter body;
fig. 6 is a rear view of the inner end of the filter element of FIG. 1, comprising exposed portions;
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fig. 7 shows a longitudinal section of an exposed lower portion of an extended surface filter element according to the present invention;
fig. 8 is a section taken along line 8-8 of FIG. 7;
figs. 9, 10 and 11 are cross sections of large surface filter elements of different configurations mounted in accordance with the present invention;
fig. 12 is a transverse axial section of a fragment of a backing plate of a first multitubular filter showing filter tubes sealed in said plate;
fig. 13 is an enlarged detail of fragments of the backing plate and a filter tube of FIG. 12 before sealing the filter tube in the backing plate;
fig. 14 is a cross axial section of a fragment of a backing plate of a second multitubular filter showing a filter tube sealed in said plate;
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fig. 15 is an enlarged detail of fragments of the backing plate and the filter tube of FIG. 14 before sealing the filter tube in the backing plate, and
fig. 16 is a transverse axial section of fragments of the two elements before they are forced together to form a tight seal by means of a locking rim.
As shown in fig. 1 and 6, a filter disc 10 of porous stainless steel or the like is formed, comprising upper and lower annular shoulders 11 and 12. A filter body 13 has a cylindrical cavity 14 including a lower annular inner shoulder 15. A die 16 s. 'presses against the shoulder 15 with an interposed flat soft metal washer 17. The die 16 comprises the extrusion orifices 18. A diffuser screen 19 is disposed on the orifices 18 in order to keep the disc 10 away from the upstream surface of die 16 so that the upstream surface of die 16 does not mask most of the downstream surface of disc 10.
With the diffuser screen 19 in the position shown, the flow passes through the filter disc 10 and then spreads laterally through the wires of the screen 19 to flow through the extrusion ports 18.
As shown in fig. 2, the diameter of the disc 10 allows it to fit into the filter body 13. Two locking rings 20 are arranged around the shoulders 11 and 12, each locking ring 20 having a single annular corrugation 21 projecting in the direction. opposite to the disc 10. The rings 20 fit freely between the shoulders 11 and 12 and the wall of the cavity 14. The shoulder 11 has the same depth as the thickness of a ring 20. The shoulder 12 is less deep than the thickness of the screen 19 so that the shoulder 12 and the screen 19 have the same thickness as a ring 20.
To seat the disc 10, an annular press 23 is placed on the upper ring 20 and the disc 10 is seated as shown in FIG. 3 by forcing it down and flattening the corrugations 21. The flattening of the corrugations 21 radially expands the rings 20 both inward and outward in order to lock and seal the disc 10 in the filter body 13 When the disc 10 has to be removed for cleaning, it can be expelled from the filter body 13 and replaced with new rings 20.
As shown in fig. 4 and 5, a plurality of filter discs 10 'and 10 "can be locked in a deeper filter body 13' above a die 16 by means of the locking rings 20 which are all simultaneously expanded by the annular press. 23.
The rings 20 provide a tight seal at the high extrusion pressures required. In one example of the present invention the 1100 series aluminum bushings provided excellent sealing and blocking results at pressures upstream of the filter of 4000 psi. The rings 20 were aluminum 1/16 inch thick, about 3 inches in diameter and 0.180 inch wide with a corrugation projecting about 0.025 inch. Screen 19 was 0.032 inch thick. The ring or sleeve press 23 exerted pressure up to 12,000 pounds to lock the disc 10 in place by expanding the rings 20 so as to radially engage the disc 10 and the filter body 13.
Referring now to Figs. 7 and 8, a filter body 30 has a central cavity 31 provided with a lower annular shoulder 32. A die 33 rests on the shoulder 32 above a soft metal insert 34. The orifices of extrusion 35 are provided in the die 33 and thereon is disposed a diffuser screen 36. An extended surface filter 37 comprises a disc 38 which does not need to be made of porous metal since it does not ensure the main filtration function. A bundle of porous filtration tubes 43 mounted in the disc 38 provides a large filtration surface. The disc 38 has an annular shoulder 39 for receiving a locking ring 40. An annular press 41 flattens an annular corrugation 42 of the ring 40 in order to expand it radially inward and outward, locking the disc 38 in the ring. body 30.
Fig. 9 shows a substantially square filter body 50 having a cavity 51 within which is disposed an extended surface filter 52 provided with a plate 53 for mounting the tubular filter elements 54 of porous material.
A peripheral shoulder is formed around the top edge of plate 53 to receive the soft metal locking flange 55 there. Flange 55 is similar to ring 20 except that it is substantially square in shape with rounded corners. The rim 55 has a longitudinal corrugation which extends upwards before being flattened in order to lock the filter 52 in place.
Fig. 10 shows an elongated filter body 60 enclosing an elongated extended area filter 61 having a plate 62 and porous filtration tubes 63. The filter 61 is held in place by flattening a longitudinal corrugation of the locking rim 64, the rim 64 s. 'pressing in a peripheral shoulder of the plate 62.
Fig. January 1 shows a kidney-shaped filter body 70 enclosing an extended surface filter 71 of the same configuration, comprising a plate 72 and filter tubes 73 held in place by a locking rim 74.
As shown in fig. 12 and 13, a backing plate 80 has porous metal filter tubes 81 attached and sealed so as to extend upwardly from said plate. The bases of the tubes 81 are welded or otherwise secured in the metal rods 82 each of which has an annular shoulder 83 facing downward. Rods 82 mate upward to sit in passages 84 drilled in backing plate 80. Metal pressure rings 85 extend upward around ends 86 of rods 82 and into passages 84 drilled in the backing plate 80. Tightening the bolts 87 pulls up a compression plate 88 to force the pressure rings 85 in the passages 84 towards the shoulders 83.
A locking ring 89 comprising an annular corrugation is disposed below each shoulder 83; this will be compressed axially by a pressure ring 85 to flatten the annular corrugation of each locking ring 89. This flattening radially expands the locking rings 89 inward and outward to form a tight seal between the tubes 81 and the backing plate 80. The compression plate 88 has openings 79 to allow the flow of a polymer to the tubes 81.
Locking rings 89 can be soft metal or harder thin sheet metal. In one example, the locking rings 89 were 0.010 inch thick stainless steel and squeezed into the passages 84 and rods 82 to provide a tight seal as long as the rings 89 were compressed by the pressure rings 85. Releasing the pressure by loosening the bolts 87 allows the tubes 81 to be easily removed for maintenance.
Figs. 14 and 15 show another embodiment of the present invention where porous stainless steel filter tubes 91 are secured and sealed in a backing plate 90. A rod 92 is welded or otherwise secured to each tube 91. Rod 92 includes an annular flange 93 which fits inside the hole 94 in the plate 90. The hole 94 has an annular shoulder 95 facing downward to which the flange 93 is forced as the plug 96 is screwed up in the lower portion of the hole 94. The tampon 96 has a hexagonal opening 98 which allows the passage of a polymer to the tube 91 and which is used to clamp the tampon 96.
A locking ring 97 having an annular corrugation is disposed between the rim 93 and the shoulder 95 and will be compressed and expanded radially inward and outward to seal the tube 91 in the backing plate 90.
As shown in fig. 16, it is possible to form on two plates, pipe flanges or the like placed opposite 100 and 101, shoulders 102 and 103 oriented outwards and inwards. A locking rim 104 having a longitudinal corrugation 105 is disposed between the shoulders such that when the plates 100 and 101 are forced together, the corrugation 105 is compressed and the rim 104 expands laterally to form a tight seal.