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Fermeture démontable à étanchéité continue .de fluides
Dans la construction de machines et d'appareils dans lesquels agissent des fluides sous pression, il se présente le problème d'obtenir des fermetures à étanchéité hermétique d'une façon continua Les cas qui peuvent se vérifier sont les suivants: la) Fermeture d'un orifice pratiqué dans une paroi d'un vase en particulier ±le l' extrémité d'un tube à section quelconque*
2 ) Assemblage des extrémités de deux tubes à section quelconque, l'un sur la prolongation de l'autre, ou adaptation d'en tube sur un orifice.'
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Dans la description suivante on parlera toujours de tubes;
toutefois tout ce qui se rapporte des tubes est valide aussi pour Ses ouvertures d'une forme quelconque, le tube, et en particulier 1 e tube cylindrique, étant le cas le plus fréquent dans la pratique des constructions mécaniques
On traitera ici, à titre d' exemple, de la fermeture des extrémités d'un tube cylindriques
Cette fermeture, ainsi qu'elle est exécutée dans les constructions communes, peut être accomplie de deux façons?
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1.
) On fileté intérieurement et extérieurement un ctubep1 y pratiquant un siège apte â recevoir une garniture, et on obtient la fermeture grâce a un bouchon vissé, avec garniture interposée, en le serrant à fond avec une clef
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ayant un bras de levier d'une, longueur proportionnée à 11 effort nécessaire pour la fermeture LI extrèmie au tube est munie d'une bride vis- sée, soudée ou mandrinée sur le tube même, sur laquelle on applique un couvercle posant sur une garniture, e t on serre la garniture, à laquelle est confiée l'étanchéité, entre la bride et le couvercle par l'intermédiaire d'une couronne de vis.
Le système de fermeture ? est bien adapté en prati- que pour des orifices n'ayant pas de grandes dimensions et pour des pressions pas trop élevées*
Pour donner une idée de la grandeur des efforts on
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peut se rapporter à cet exemple: Pour boucher un orifice du diamètre, de 80 mm.- de flÇ01'1 qu'il résiste à une pression de 1500 atn-j il faut serrer le bouchon arec une clef ayant un bras de levier de deux mètres de longueur et une force d' en- viron 75 kg - appliquée à l'extrémité du, 1 evi er2 c'est à dire l'effort fait par 3 hommes actuellement*1
On VOIT donc que ce système de fermeture, pour bou-
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cbons de grandes dimensions et pour preSSions/consifMrables,
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exige des efforts et des bras de levier croissant à mesure qu'augmentent les pressions et le diamètre de la fermeture, jusqu'à être pratiquement irréalisables pour, des pressions et dimensions au-dessus de certaines valeurs.'
Le système II permet d'obtenir pratiquement la fermeture pour diamètres et pour pressions plus grands que dans le cas précédent*1
Il y a lieu' toutefois de faire cette remarque:
Si les boulons ont été fermés .arec un effort suffi- sant pour obtenir l'étanchéité parfaite à une certaine pres- sion, et si l'on introduit ensuite le fluide dans le tube, on constate que, à mesure que la pression augmente, elle vient à équilibrer 1' effort total des boulons sur la garniture.
Il faut donc que l' effort total de serrage des boulons soit supérieur à la pression totale du fluide pour empêcher le relâchement de la garniture même, avec fuite conséquente du fluide.-
D'une telle condition de fonctionnement il résulte la nécessité d'avoir des organes de fermeture c' est à dire des brides, des couvercles, des boulons calculés pour un effort correspondant à la surface de l'orifice à boucher multipliée par la pression du fluide - De là il résulte encore que, pour de grands diamètres et pour des pressions élevées les organes de pression devraient avoir des dimensions énormes, et qu'il faudrait exercer de grands efforts pour serrer ces fermetures;
par conséquent, on aurait des frais considérables de construc- tion, ainsi qu'une dépense de travail et de temps pour le montage.
De plus, il arrive dans la pratique, que, lorsqu'on n'applique pas des dispositifs spéciaux et coûteux, on serre les boulons à sentiment et En particulier les gros boulons sont serrés avec une clef sur laquelle on frappe avec une
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maille* La sollicitation effective de la matière, bien que
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calculée, est toujours incertaine, et on peut aire que la sûreté est presque uniquement confiée à la pratique de ceux qui font le montage, puisque le serrage, lorsqu'il est fait avec trop d'énergie, peut même occasionner la rupture de quel- que organe, pour fort qu'il soit.'
Dans la pratique il peut arriver .aussi que ,une fuite se vérifiant pendant le travail, on l'attribue à un insuffisant serrage des boulons, tandis qu'elle peut être due au contraire à quelque défaut delà garniture.
Une pareille conclusion inexacte peut porter à serrer les parties aveu un effort capable d'en compromettre la sûreté, de façon à produire quelque rupture avec des effets quelquefois désastreux, lorsqu'il s'agit de fluides à des pressions très éevées.
Tous les inconvénients susdits ont conduit à ima- gin er le système de fermeture objet de la présente invention grâce à laquelle il est possible de 1 es éviter.
Le système selon l'intention est formé de la tapon suivante:
On a deux organes ( ou série d'organes) différents: le premier soutient pratiquement toute la charge correspondant te à la pression multipliée pour la surface de l'orifice - Le deuxième est préposé à l'étanchéité indépendamment de la charge susdite.
.Pour illustrer ce système on se rapportera à la figure 1.
Sur le tube 1 est vissé l'obturateur 3 jusqu'à ce que le collet 3 soit jointif, avec une zone annulaire correspondan- te pratiquée sur le tuba.- La communication entre la partie interne et la partie externe :Eu tube est ainsi réduite au jeu circulaire 4 de séparation entre le corps du tube et celui de l'obturateur.
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Sur ce jeu circulaire est appliquée la/ garniture 5
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dans les dimensions pratiquement les plus petites possibles de manière aie couvrir d'une façon sure.'
Cette garniture 5 est serrée en même temps entre le tube et l'obturateur à l'aide d'une bride folle 6 par une série de vis 7 disposées sur le tube et sur l'obturateur même, jusqu'à l'obtention d'une parfaite étanchéité
On voit que de cette façon l'organe de force, et ,est dire l'obturateur 2, n'a plus besoin d'être serré à fond.
En outre il subit un effort bien déterminé, correspondant à la surface de l'orifice multipliée par la pression, et par conséquent on, peut calculer avec exactitude la sollicitation de la matière
La bride folle elles vis, qui doivent *être serrées à fond arec une charge initiale, sont réduites à de petites dimensions, c' est à dire proportionnelles à la pression inté- rieure et aux dimensions de la garniture que, comme on l'a dit, il convient de construire aussi petite que possible pratiquement, puisqu' elle doit couvrir seulement le très petit jeu circulaire existant entre le tube et l'obturateur
On doit encore observer que, si pour une raison quel-¯ conque, par exemple un défaut de la matière ou un serrage trop ébergique,
une ou plusieurs vis 7 ou la bride 6 venait à se casser, le seul inconvénient qui pourrait en résulter serait celui d'une fuite de gaz plus ou moins violente, mais de pièces non pas une désastreuse projection comme dans le cas d'une rup- ture d'organes dans une fermeture du système II puisque l'ob- turateur qui supporte toute la pression reste toujours à sa place*' De tout ce qui a été dit ci-dessus on voit les avanta ges suivants: économie de poids, et parconséquent du coût de la fermeture; économie de travail et de temps et grande facili- té de montage, puisqu'on n'a plus besoin ni de travail de mailloche ni de très longs leviers; degré de sécurité absolue;
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aucune limitation ni dans la pression, ni dans les dimensions
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de Il orifice;
au contraire, comme on peut facile ment le comprendre, ces avantages sont d' au tant plus grands que sont plus grandes soit la pression interne, soit la surface de l'orifice*
Les figures 4,6 et 9, illustrent d'autres modes pour obtenir la réalisation de la fermeture des extrémités d'un tube contenant un fluide sous pression, et la, descrip- tion relative est identique à celle de la figure 1.
Dans les exemples illustrés dans les figures 10 et 12 le serrage de la garniture est obtenu, en remplacement des vis 7, par un anneau fileté 8 relié à l'obturateur, et qui fait pression sur un anpeau 6 qui, à son tour, fait pres- sion sur la garniture 5. Aussi dans ce cas, l'anneau fileté
8 pourrait être relié au tube au lieu de l'être à l'obturateur.
Dans les figures 2,3 et 5, on a représenté à plus grande échelle quelques formes d'exécution que l'on peut donner à la garniture 5. Cette garniture peut être totale- ment endossée comme dans les figures 5 et 11, ou' bien être libre des deux dotés, . ou encore libre d'un seul coté comme dans les figures 2 et 3.
Le choix de la forme est en dépen- dance de l'importance et de la particularité des cas.'
La garniture peut être faite en une matière qui soit la plus convenable dans chaque cas, par exemple en klingerite, plomb, métal blanc, aluminium, fer, cuivre, acier.-
Dans l'exemple illustré par la figure 2 on voit un système de garniture qui convient pour les grands dia- mètres et pour des garnitures de métal souple, tel que 1 e plomb, le métal blanc, l'aluminium, le cuivre.
En effet, si pour les grands diamètres on adoptait la garniture enchâssée comme dans les figures 10 et 11, il
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arriverait que, lors du démontage, on aurait de grandes ft:L*- ficul té4 à dévisser 1" obturateur 2 à cause de la friction en-
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tre les parois de l'obturateur et celles de la garniture 5, puisque, pendant la fermeture la garniture, en s'écrasant , se dilate Baisant saillie entre les parois cylindriques du tube 1 et celles de l'obturateur 3.
Si au contraire on laissait libre les deux bords de la garniture ou bien seulement le bord intérieur, ou seulement le bord extérieur comme dans la figure 3 l'inconvénient sus- dit serait éliminé, mais à cause de la forte étreinte néces- saire pour les pressions élevées la garniture se laminerait en glissant vers les parties externes s'amincissant peu à peu, sans jamais pouvoir att ein dr e l'étanchéité.
Ces inconvénients peuvent être tous doux éliminés en laissant la garniture libre d'un coté et en construisait les sièges avec section à dents et à peigne comme cela est illustré dans la figure 2; les dents ou les peignes empêchent la garniture souple d'échapper au serrage.-
La garniture représentée par la figure 3 libre d'une part et sans peignes, est avantageuse si on la cons- truit en métal souple et on l'emploie pour des pressions plu- tôt faibles, ou bien pour les pressions élevées et avec garniture en métaux durs, tels que le fer, acier, difficile- ment déformables même lorsqu'ils sont serrés fortement.-
La garniture enchâssée représentée dans la figure 5 ne donne pas les inconvénients susdits puisque, lorsqu'on emporte l'anneau ( voir figures 4 et 9)
la garrtiture reste sur son siège, et ainsi elle est libre de l'étreinte, ou bien elle est emportée avec l'anneau même, laissant libre l'obturateur.
L'obturateur peut être vissé dans le tube ou bien monté à bayonnette ou avec filet à secteurs, comme dans les obturateurs de canons, ou bien retenu par n'importe quelle tapons
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Pour le cas II, indiqué précédemment, 4t est à dire
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pour 1 e cas ou 11 @'agit de relier entreëLle les extrémités de deux tubes,
il y alleu d'observer qu'on peut appliquer tout ce qui a été dit plus haut pour la fermeture d'un simple orifice*
La liaison peut être obtenue en vissant les deux tubes l'un dans l' autre comme représenté dans la figure 8 ou bien en adoptant le système de fermeture représenté dans la figure 7 où les deux tubes sont vissés sur le manchon d'as- semblage 1 jusque ce que l' extrémité 3 se joigne au siège dans le. manchon ]le
Les jeux circulaires 4 sont fermés par les garnitu- res 5 sur lesquelles pressent les, brides 6 qui sont serrées contre la garniture par 1 es vis' 7.
La garniture 5, dans ce cas aussi, paît prendre une , forme quelconque comme illustrerons les figures 2, 3, 5 et 12.
Au lieu des brides 6 et des vis 7 on peut avoir des garnitures qui sont pressées par des anneaux 6 à frettes filetées 8, comme représenté dans les figures 10 et 12.
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