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Récipient à vapeur ou à eau, pour chaudières à vapeur à pression maximum, ainsi que procédé et appareil pour sa fabrication.
C'est un fait connu que dans les efforts faits pour employer des pressions de marche de plus en plus' élevées dans les chaudières à vapeur, on tend à fabriquer des récipients de chaudière faits autant que possible sans joint ou des récipients comportant aussi peu de joints.. que possible.Ces tentatives ont abouti déjà aux proposi- tions les plus diverses. On n'est toutefois pas parvenu jusqu'à présent à trouver un mode de,construction de réci- pientsqui réponde à toutes les exigences' et qui supporté de façon irréprochable une augmentation de la pression au-delà de 60 à 80 atm.
la présente invention part de cette constatation que dans de semblables récipients à eau ou à vapeur soumis à de fortes sollicitations -souvent à des'températures élevées-, il importe avant tout d'obtenir une texture aussi favorable que possible dont l'allure. tient compter
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précisément aux endroits particulièrement exposés des sollicitations dangereuses des parois et des fonds.
La solution de ce problème est obtenue selon la présente in- vention par l'emploi, pour la fabrication des récipients mentionnés ci-dessus, destinés'aux chaudières à pression maximum, du procédé d'étirage à chaud avec emploi d'un poinçon et de plusieurs anneaux d'étirage et par l'utili- sation comme pièce de travail d'un bloc préalablement transformé en plaque-par exemple par laminage ou forgea- ge- bloc recevant par ce traitement préalable déjà des propriétés de texture favorables déterminées, qui se font sentir de façon particulièrement avantageuse lors du traitement d'étirage ultérieur.
On obtient alors un corps étiré dont le fond formé lors de l'étirage reste comme fond du récipient tandis que l'extrémité ouverte du corps étiré est fermée moyennant un changement de forme ulté- rieur ou par l'introduction d'un corps de fermeture appro- prié. En cas de fermeture du fond ouvert du récipient, on peut employer comme corps d'obturation d'une manière con- . nue en soi un couvercle de trou d'homme, une fermeture à vis ou autre. Il est toutefois aussi possible de fermer l'extrémité ouverte du corps étiré en y/raccordant un corps étiré identique, les deux corps étant réunis d'une manière appropriée par leurs extrémités ouvertes au moyen d'un joint à rivets, d'un joint soudé, d'un joint posé à chaud ou autre analogue.
L'avantage qui résulte de ce procédé de fabri- cation spécial pour de semblables récipients consiste en ce que la paroi du récipient qui, en elle-même est déjà sans joint, reçoit un fond fait d'une pièce avec la paroi et qui possédait déjà, par suite du traitement préalable par laminage ou forgeage, avant le commencement de l'éti- rage, une structure dense particulièrement favorable, qui est encore modifiée de façon particulièrement avantage
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par l'étirage sur le mandrin. On produit avant tout par l'étirage, dans la pièce de fond également, une allure des fibres qui, précisément aux endroits les plus solli- cités de la chaudière, c'est-à-dire aux points de transi- tion entre le fond et les parois du tambour, contribue à supporter en toute sécurité des efforts particulièrement élevés.
Un autre avantage du procédé consiste encore en ce que par l'emploi d'une plaque laminée par exemple, les parois proprement dites du cylindre ne sont soumises pendant toute la fabrication qu'à un traitement de com- pression et à un traitement de pur étirage. On supprime toutes les fatigues résultant par exemple du perçage d'un bloc et de l'élargissement progressif du corps creux for- mé. En tous cas, du fait que le.diamètre du tambour est constamment réduit pendant la fabrication jusqu'au dia- mètre désiré, on obtient la certitude que des formations de fentes ou de crevasses ou des germer de fissurations ne peuvent résulter du procédé de fabrication même.
On obtient en même temps, l'avantage que les refoulements de zônes isolées du tambour et notamment aussi du fond du tambour, qui se produisent facilement lors de l'élargis- sement de la pièce tel qu'il est employé dans beaucoup de procédés par étirage, sont évités. C'est là une circons- tance qui est d'une importance extrême au point de vue de ' l'allure aussi uniforme et régulière que possible des fi- bres de la texture.
Par suite -'du passage de diamètres as- sez grands à des diamètres de plus en plus petits, l'opé- ration d'étirage est elle-même finalement facilitée car on évite ainsi complètement ou à peu près les pertes par frottement entre le mandrin et la paroi de la pièce de travail: La partie de la pièce déjà traitée par un anneau d'étirage déterminé est en outre seule amenée à s'appli- quer contre la paroi relativement froide du mandrin tan- .
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dis que la partie non encore traitée de la paroi en forme de tambour de la pièce de travail reste éloignée du man- drin, est donc d'abord soustraite à l'effet de refroidis- sement et entre par conséquent dans le traitement par l'anneau d'étirage, avec une température relativement éle- vée.
L'effet de refroidissement du mandrin sur la pièce de travail tel qu'il se produit par exemple lors de l'é- largissement de pièces de petit diamètre jusqu'à un dia- mètre plus grand, avec étirage conjugué n'est pas seule- ment nuisible en lui-même mais surtout à cause de son ir- régularité. Dans le cas d'un grand diamètre, le mandrin possède en effet fréquemment en des parties différentes un état de chaleur différent ; exercerait donc en des points différents de la pièce des effets de refroidisse- ment également différents, dans le cas où les parois de la pièce viendraient en contact prématurément avec les parois qui sont froides dans des mesures différentes.
On obtient dans l'ensemble de façon sûre ce résultat que le corps cylindrique finalement obtenu a été traité de l'ex- trémité du fond jusqu'à l'extrémité ouverte pendant cha- que phase d'étirage, à la même température pour chaque section de paroi.
Les avantages du nouveau procédé d'étirage men- tionnés ci-dessus acquièrent une importance a'autant plus grande et sont d'autant plus précieux en pratique que les dimensions (diamètre, longueur et épaisseur de paroi) de la pièce achevée doivent être plus grandes.
Le procédé esquissé pour la fabrication du nou- veau récipient à vapeur ou à eau pour chaudières à vapeur à maximum de pression, permet encore un mode tout particu- lièrement avantageux de fermeture.de l'extrémité ouverte du tambour. Suivant l'invention, on peut, du fait que lors de l'étirage on ne refoula pas complètement à tra- vers les anneaux d'étirage le tambour du récipient pen-
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dant la ou les dernières' passes, laisser subsister à l'extrémité ouverte du tambour un épaississement en forme de bourrelet qui permet, 'par. rabattement-, martelage, etc.. de créer un fond de réservoir aussi résistant qu'on le désire, dont l'ouverture restante peut être fermée de la manière connue comme un trou d'homme.
Ce mode de fabrica- tion du fond du récipient complète le récipient pour don- ner un corps cylindrique d'une pièce, tout-à-fait sans joint, capable de supporter les pressions les plus éle- vées au-dessus de 100 atm., même à des températures éle- vées de la vapeur. En cas de besoin, l'extrémité fermée du récipient peut aussi recevoir un trou de main ou un trou d'homme.
Ainsi que cela a déjà été dit plus haut, on peut utiliser pleinement les propriétés avantageuses de résistance des corps cylindriques fabriqués de la maniè- re décrite, en assemblant également par les extrémités ouvertes deux récipients de ce genre. On peut alors, sui- vant la présente invention et en vue d'utiliser complète- ment les propriétés de résistance des corps cylindriques ou tambours ainsi formés, supprimer tous les jours inut'i- les, notamment aussi aux extrémités du corps cylindrique, en raccordant les deux tronçons de récipient fabriqués par étirage à chaud et fermés à une extrémité, à un ou à plusieurs tronçons médians -de préférence sans joints également- qui possèdent seuls les ouvertures de trou d'homme.
Ces tronçons sans fond sont également, suivant la présente invention, fabriques de préférence à partie d'une plaque dont la texture est déjà resserrée et dont le fond que l'on enlève peut fréquemment trouver une bon- ne utilisation ailleurs.
Lesefforts faits pour éviter systématiquement pendant toute la fabrication et même encore après celle-ci
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toute fatigue inutile à la périphérie ou par refoulement dans les parois du récipient, ont conduit en outre sui- vant la présente invention à l'emploi de mandrins qui sont faits en plusieurs pièces différentes longitudinales, les surfaces de contact entre ces pièces étant en forme de coins de façon que par un déplacement longitudinal des pièces du mandrin les unes par rapport aux autres, on puisse réduire la périphérie du mandrin. Les tensions pé- riphériques se produisant autrement lors du refroidisse- ment de la pièce (tensions de contraction) ne peuvent pas se produire alors ou peuvent être éliminées avant d'avoir dépassé une valeur déterminée admissible.
L'enlèvement de la pièce du mandrin est en outre facilitée; on évite en même temps que le corps du récipient qui, autrement, se cale par contraction naturellement sur le mandrin après être resté longtemps sur celui-ci doive en être retiré de force-au moyen d'une tenaille, ce qui n'est pas pos- sible sans de forts effets de refoulement notamment à l'extrémité ouverte du récipient. On évite de cette ma- nière tout ce qui, au cours de la fabrication, pourrait produire ne fût-ce que le germe de fissurations.
Une forme de réalisation spéciale du nouveau mandrin d'étirage pour la fabrication de semblables ré- cipients de chaudière possède la particularité d'être fait en trois pièces. La pièce médiane qui va en s'amin- cissant en coin vers la pointe du mandrin s'engage dans ce cas dans les deux auttes pièces longitudinales du man- drin au moyen de saillies'.qui s'engagent dans des fentes longitudinales appropriées des deux autres tronçons.
Cette pièce médiane peut. ainsi servir à déplacer tout le mandrin. Dans la position avancée, les trois tronçons forment tous ensemble lemandrin d'étirage fermé tandis que lors du retrait de la pièce médiane en forme de coin, le diamètre du mandrin diminue 'et celui-ci peut être re-
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tiré, sans résistance particulière,de la pièce reposant sur lui. De semblables mandrins divisés peuvent être em- ployés pour toutes les-phases .du procédé'ou.au moins pour le dernier ou les derniers étirages.: Il va de soi que les mandrins d'étirage peuvent" aussi être en deux pièces, seu- lement ou être exécutées en.plus de trois pièces, d'une manière appropriée quelconque.
Les dessins représentent la fabrication du nouveau récipient pour chaudières à pression maximum.
Les figs. 1 à 5 montrent successivement le fa- çonnage de la pièce a dont la texture a été au préalable condensée par exemple-par laminage ou.forgeage et qui est placée à l'état de plaque dans la presse d'étirage. On emploie comme outils, des poinçons d'étirage b, b4 allant en diminuant successivement de diamètre ainsi que de$ anneaux d'étirage c-c4 dont le diamètre diminue aussi en conséquence.
On voit aux figures comment, progressivement, à partir de la plaque, la forme de tambour prend naissan- ce en passant par la forme de demi-sphère; tandis que les diamètres de l'extérieur et de l'intérieur diminuent cons- tamment. On peut naturellement aussi à cet effet employer successivement les mêmes poinçons avec des anneaux d'éti- rage de largeur différente, ce qui donne cet avantage que dans ce cas, lors de la seconde utilisation du même poin- çon ce dernier est déjà chauffé et-qu'on évite ainsi un refroidissement trop prononcé de la pièce.
La fig. 5 montre le mandrin b4 en plusieurs pièces, au nombre de trois, dans ce cas, La subdivision du mandrin dans le sens de la longueur est produite au moyen d'une pièce médiane d en forme de coin qui va en s'amincissant vers l'extrémité du fond de la pièce éti- rée. Des deux côtés de la pièce médiane d se trouvent les deux autres parties ¯e du mandrin. Ces dernières pos- sèdent des rainures longitudinales! dans lesquelles s'engagent des talons g de la pièce médiane d en forme de
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coin. Le déplacement du poinçon se fait simplement par le mouvement de la pièce médiane ± qui à cet effet est mon- tée dans la presse d'ètirage.
La fig. 6 montre comment, au moyen du bourrelet h formé dans le dernier anneau ou dans le dernier groupe d'anneaux d'étirage par un passage incomplet voulu de la pièce à travers l'anneau, on peut former par rabattement un fond-de récipient et l'on peut donner à ce dernier n'im- porte quelle épaisseur désirée. L'ouverture restante est alors fermée d'une manière connue au moyen d'un trou d'homme, par un bouchon vissé, etc.. On peut égentuelle- ment aussi laisser subsister le bourrelet h à l'état de bride, ou bien l'usiner encore spécialement comme bride pour rattacher à l'aide de celle-ci un autre tronçon de chaudière ou un autre corps de fermeture.
La fig. ? montre un récipient de chaudière pour pression maximum, formé par l'assemblage de deux moitiés de corps cylindriques fermées, reliées ensemble par les extrémités ouvertes au moyen d'un mode d'assemblage ap- proprié. Le corps cylindrique peut être rendu accessible au moyen d'un trou d'homme dispose dans un des fonds.
La fig. 8 montre un récipient à vapeur ou à eau dans lequel on a évité tout percement inutile des fonds fabriqués suivant le procédé décrit. Le trou d'homme i se trouve dans un tronçon médian k intercalé entre deux tron- çons fermés d'un seul coté.
La fig. 9 montre schématiquement l'opération d'étirage pour la fabrication du corps cylindrique telle qu'elle se présente lorsque, pour la fabrication du corps cylindrique, on. passe progressivement d'un grand diamètre au diamètre plus petit désiré. On voit clairement que seules les parties de'-la p,aroi qui ont déjà passé à tra- vers l'anneau d'étirage sont appliquées contre le mandrin tandis que les parties de la paroi non encore traitées et
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à ce moment pour.ainsi ¯dire .non- refroidies conservent
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leur température ,}nirè"9-:u;r..ur, :cÍui,}ést réduite que par le refroidissement inê'V'iable} de.-'l..J'air' et peut être atteinte de nouveau dans ..l'anneau par suite de l'échauf-
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.'. ..fol..,If; fement résultant de la transformation.
Ceci dit, nous déclarons considérer comme étant de notre invention et revendiquer :
1 .- Un récipient à vapeur pu à eau pour chau- dières à vapeur a pression maximum (chaudière pour plus de 30 atm. de pression de vapeur), caractérisé en ce qu'il est fabriqué au moyen d'un procédé d'étirage à chaud (avec emploi de mandrins et d'anneaux d'étirage) à partir d'une plaque dont la texture est condensée ppar exemple par laminage-, le fond formé par l'extrémité an- térieure du poinçon d'étirage restant dans le corps éti- ré comme fond du récipient tandis que l'extrémitéouver- te .du corps étiré peut être fermée par une transformation ultérieure et (ou) par-introduction d'un corps de ferme- ture approprié (couvercle de trou d'homme, pièce vissée, etc..).
2 .- Un récipient à vapeur ou à eau, selon 1, caractérisé en ce que l'extrémité ouverte du corps étiré est fermée complètement ou partiellement par le fait qu'un bourrelet extérieur prenant naissance sur le corps étiré, lors de l'étirage, par suite d'un passage incom- plet de la pièce à travers'le dernier anneau d'étirage ou le dernier groupe d'anneaux, est transformé par un rabat--. tement ultérieur pour former un fond 'de récipient renfor- cé.