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" Perfectionnements aux jointe pour riautes pressions ".
Il est relativement facile de faire un joint cir- culaire de petit diamètre capable de résister à une forte pression de fluide et divers moyens sont connus à cet effet, mais on éprouve une difficulté considérable à produire un joint satisfaisant de grand diamètre, par exemple au delà de 30 cm.
Pour de tels joints en a déjà proposé d'employer des garnitures d'étanohéité en métal malléable,le joint étant fait par compression de la matière de la garniture jusqu'à ce qu'elle vienne s'engager de façon étanche dans les interstices entre les pièces à assembler, mais suivant la présente invention, un joint parfaitement satisfaisant, e grand diamètre, peut être obtenu moyennant l'emploi des
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propriétés élastiques de matières dures, telles que l'acier,
La difficulté de réaliser un joint de grand diamètre croît très rapidement en raison du diamètre et pour ce motif les résultats avantageux de l'invention ressortent le mieux lors- que celle-ci est appliquée à la construction de oints dent le diamètre dépasse par exemple 30 cm.
Pour fixer les idées, l'invention va maintenant être décrite dans son application au couvercle d'une pièce cylindrique forgée ayant un diamètre intérieur de 1,25 mètre, comme celle qui constitue la paroi d'un appareil catalytique pour la/production synthétique de l'ammoniaque. Comme on le sait, la synthèse de l'ammoniaque s'effectue généralement sous des pressions très élevées, par exemple de 200 à 400 atmosphères, et les couvercles du convertisseur doivent par conséquent être étanches aux gaz dans des conditions très difficiles.
Le dessin annexé représente la partie supérieure d'un convertisseur à ammoniaque. A est la pièce forgée ex- térieure cylindrique dont le diamètre intérieur peut être d'environ 1,25 m ; le couvercle comprend plusieurs pièces dont les éléments essentiels sont un anneau B en forme de lentille, un couvercle D et un anneau vissé E. L'anneau lenticulaire présente des surfaces courbes a et 1 disposées obliquement qui sont de préférence des portions de sphères dont le centre se trouve sur l'axe de l'anneau. La face a vient en contact avec un épaulement oblique a' formé dans la pièce forgée, cette dernière face étant tangente à la face courbe ± suivant sa ligne de contact.
L'autre face 1 de l'anneau en lentille vient en contact avec la face b' du couvercle D, cette face,]' étant de même tangente à la face b à l'endroit de la ligne de contact. Ces faces tangentes
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peuvent être considérées coma des parties de cônes. L'anneau
E est vissé dans le sommet du convertisseur et peut être ser- ré par des moyens appropriés quelconques. Le couvercle D doit être claveté à la paroi extérieure (comme indiqué en K) en vue d'empêcher sa rotation possible et la formation d'entail- les, qui en résulterait, dans les surfaces b et a.
Le serra- ge de la vis de culasse E a pour effet d'écraser l'anneau en forme de lentille entre l'épaulement et le couvercle et l'effet d'une pression mécanique sur E met les faces .a et a' et b, l'en contact si intime qu'on obtient un joint élasti- que capable de résister à des pressions intérieures de gaz de plusieurs centaines d'atmosphères ou davantage. Lorsque l'anneau lenticulaire est seulement posé entre les faces a' et ils le contact dans le joint est linéaire, mais lorsqu'on exerce une pression mécanique sur le couvercle, le contact linéaire s'étend pour donner un contact suivant une largeur finie, ou en d'autres termes les surfaces courbes de l'anneau lenticulaire s'aplatissent légèrement et en même temps les surfaces tangentes ,µ et b' s'infléchissent légèrement.
Ces déformations sont toutefois parfaitement élastiques vu que l'on emploie une pression telle que la matière sollicitée ne soit jamais poussée jusqu'à sa limite d'élasticité.
On a observé que le joint ainsi obtenu en faisant descendre le couvercle D au moyen de l'anneau vissé E, est 'capable de supporter une pression intérieure de gaz très éle- vée, par exemple de 200 à. 300 atmosphères.Il est vrai que le couvercle D se soulève légèrement de la position dans la- quelle il avait été abaissé par vissage lorsque la pression intérieure était par exemple la pression atmosphérique, mais en même temps l'anneau lenticulaire s'étend vers l'extérieur dans une faible mesure par suite de la pression intérieure
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élevée et ces mouvements tendent à se contrebalancer dans le joint.
L'effet final est, que la déformation élastique à l'en- droit du joint possède une grandeur suffisante pour absorber les petits mouvements relatifs de l'anneau en lentille et du couvercle, de sorte qu'une fois que le joint a été créé, il se maintient en dépit des variations de la pression intérieu- re du gaz.
Il est essentiel, pour le fonctionnement complète- ment satisfaisant de ce joint, que la compression mécanique nécessaire soit appliquée uniformément sur le pourtour de l'anneau et aussi exactement que possible dans un alignement parallèle à l'axe de l'anneau et passant par la ligne de contact des faces ,il et ,il'. La compression fournie par un cou- vercle boulonné ne se conformerait pas suffisamment à ces conditions vu qu'une pression intérieure très élevée de gaz agissant sur un joint de grand diamètre forcerait le couver- cle à se bomber autour du cercle de boulons et d&itre part les boulons s'allongeraient.
ces deux effets permettraient au couvercle de se soulever de l'anneau en forme de lentille ( c'est-à-dire que le mouvement dépasserait ce que la défor- mation élastique pourrait absorber ) et tendraient ainsi à rompre l'étanchéité du joint, si au contraire la pression mécanique est exercée directement au-dessus de la ligne de contact du joint ( comme dans le cas de la présente invention ), il n'y a pas de mouvement relatif du couvercle et l'anneau lenticulaire, à l'endroit de la ligne de contact, sous l'in- fluence du bombement. On peut employer suivant cette invention, tout autre moyen que l'anneau vissé indiqué ci-dessus, pourvu que les conditions mentionnées soient satisfaisantes.
On voit que plus l'angle sous lequel l'anneau len- culaire vient en contact avec l'épaulement est grand,plus
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le joint sera serré, mais l'inconvénient d'un angle trop grand est que les faces a. et a' sont plus exposées à la torsion du fait que l'anneau lenticulaire est plus fortement coincé, et il serait très difficile d'enlever l'anneau en cas de besoin. D'autre part, l'emploi d'un angle trop petit rendrait difficile la réalisation d'un joint satisfaisant.
On a trouvé qu'un angle de 30 à 45 convient très bien pour ces joints.
La matière de l'anneau en forme de lentille est généralement de l'acier doux, mais d'autres métaux ou al- liages peuvent être employés pourvu qu'ils ne soient pas malléables ; le cuivre par exemple ne conviendrait pas.
-:- REVENDICATIONS -:- @ 1.- Joint pour pressions élevées, caractérisé en ce que le contact assurant l'étanchéité est élastique par le fait qu'il est établi suivant les deux surfaces obliques d'un anneau lenticulaire en métal dur, la force de serrage étant appliquée dans une direction parallèle à l'axe de l'anneau et autant que possible dans un alignement passant par le contact dans le joint.
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"Improvements to joints for riautes pressures".
It is relatively easy to make a small diameter circular seal capable of withstanding high fluid pressure and various means are known for this purpose, but considerable difficulty is encountered in producing a satisfactory large diameter seal, for example at beyond 30 cm.
For such joints, it has already been proposed to use malleable metal etanoheity gaskets, the gasket being made by compressing the material of the gasket until it comes to engage in a sealed manner in the interstices between parts to be assembled, but according to the present invention, a perfectly satisfactory seal, e large diameter, can be obtained by using the
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elastic properties of hard materials, such as steel,
The difficulty of making a large diameter joint increases very rapidly due to the diameter and for this reason the advantageous results of the invention are most evident when it is applied to the construction of anointed teeth the diameter exceeds for example 30 cm.
For the sake of clarity, the invention will now be described in its application to the cover of a cylindrical forged part having an internal diameter of 1.25 meters, such as that which constitutes the wall of a catalytic apparatus for the synthetic production of ammonia. As is known, the synthesis of ammonia generally takes place under very high pressures, for example 200 to 400 atmospheres, and the converter covers must therefore be gas-tight under very difficult conditions.
The accompanying drawing shows the upper part of an ammonia converter. A is the cylindrical outer forging, the inner diameter of which may be about 1.25 m; the cover comprises several parts, the essential elements of which are a ring B in the form of a lens, a cover D and a screwed ring E. The lenticular ring has curved surfaces a and 1 disposed obliquely which are preferably portions of spheres of which the center is on the axis of the ring. The face a comes into contact with an oblique shoulder a 'formed in the forged part, the latter face being tangent to the curved face ± along its line of contact.
The other face 1 of the lens ring comes into contact with the face b 'of the cover D, this face,]' likewise being tangent to the face b at the location of the contact line. These tangent faces
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can be considered coma parts of cones. The ring
E is screwed into the top of the converter and can be tightened by any suitable means. The cover D must be keyed to the outer wall (as indicated in K) in order to prevent its possible rotation and the formation of notches, which would result, in the surfaces b and a.
The tightening of the cylinder head screw E has the effect of crushing the lens-shaped ring between the shoulder and the cover and the effect of mechanical pressure on E places the faces .a and a 'and b, so intimately contacting it that a resilient seal is obtained capable of withstanding internal gas pressures of several hundred atmospheres or more. When the lenticular ring is only placed between the faces a 'and they contact in the gasket is linear, but when mechanical pressure is exerted on the cover, the linear contact extends to give contact along a finite width, or in other words the curved surfaces of the lenticular ring flatten slightly and at the same time the tangent surfaces, µ and b 'bend slightly.
These deformations are however perfectly elastic since one employs a pressure such that the requested material is never pushed up to its elastic limit.
It has been observed that the seal thus obtained by lowering the cover D by means of the screw ring E, is able to withstand a very high internal gas pressure, for example from 200 to. 300 atmospheres.It is true that the cover D lifts slightly from the position in which it had been lowered by screwing when the internal pressure was for example atmospheric pressure, but at the same time the lenticular ring extends towards the 'exterior to a small extent due to interior pressure
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high and these movements tend to counterbalance each other in the joint.
The final effect is, that the elastic deformation at the place of the seal is of sufficient magnitude to absorb the small relative movements of the lens ring and the cover, so that once the seal has been created , it is maintained despite variations in the internal pressure of the gas.
It is essential for the fully satisfactory operation of this seal that the necessary mechanical compression be applied uniformly around the perimeter of the ring and as exactly as possible in an alignment parallel to the axis of the ring and passing through the line of contact of the faces, he and, he '. The compression provided by a bolted cover would not conform sufficiently to these conditions since a very high internal gas pressure acting on a large diameter joint would force the cover to bulge around the bolt circle and depart. the bolts would lengthen.
these two effects would allow the cover to lift off the lens-shaped ring (i.e. the movement would exceed what the elastic deformation could absorb) and thus tend to break the seal of the gasket, if instead the mechanical pressure is exerted directly above the contact line of the seal (as in the case of the present invention), there is no relative movement of the cover and the lenticular ring, at the point of the contact line, under the influence of the bulge. Any other means than the screw ring indicated above can be employed according to this invention, provided that the conditions mentioned are satisfactory.
It can be seen that the greater the angle at which the lenticular ring comes into contact with the shoulder, the more
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the joint will be tight, but the disadvantage of too large an angle is that faces a. and a 'are more prone to twisting because the lenticular ring is more strongly stuck, and it would be very difficult to remove the ring if needed. On the other hand, the use of too small an angle would make it difficult to achieve a satisfactory seal.
An angle of 30 to 45 has been found to be very suitable for these joints.
The material of the lens-shaped ring is usually mild steel, but other metals or alloys can be used as long as they are not malleable; copper for example would not be suitable.
-: - CLAIMS -: - @ 1.- Seal for high pressures, characterized in that the contact ensuring the sealing is elastic in that it is established along the two oblique surfaces of a hard metal lenticular ring, the clamping force being applied in a direction parallel to the axis of the ring and as far as possible in alignment passing through contact in the seal.