Appareil à chambre de reaction à pression
La presente invention a pour objet un appareil à chambre de reaction à pression. Cet appareil est destine à faciliter les répéti- tions de l'opération de chargement et de dechargement de matieres destinees à etre soumises à un choc à pression élevéc.
Le but de l'invention est de fournir un tel appareil permettant d'automatiser le traitement des matieres à temperature et pression élevées par rapport à l'utilisation des appareils connus comprenant un seul récipient de pression dans lequel le chargement et/ou le dechargement doivent attendre le traitement des matieres monopolisant un récipient de pression.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une station de reaction, un chemin definissant une trajectoire à travers la station de reáction et comportant des stations á recipient de pression espacés le long de la trajectoire, un recipient de pression ouvert sur le chemin entre les stations à récipient de pression dans l'une desquelles il s'aligne avec la station de réaction, un dispositif de fermeture agencé pour fermer et sceller le recipient quand il est aligné avec la station de reaction pour résister à un choc explosif à haute pression dans le récipient, des conduits d'alimentation de combustible à valves en communication avec l'intérieur du recipient aligne avec la station de reaction,
et un dispositif d'amorçage de la reaction communiquant avec l'intérieur du récipient aligne avec la station de reaction et pouvant etre actionné depuis l'extérieur du récipient après avoir chargé et acellé le recipient.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en plan de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en elevation laterale correspondant à la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe à plus grande echelle selon la ligne III-III de la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe à plus grande echelle d'un detail d'une value représentée à la fig.3.
La fig. 5 est une coupe à plus grande echelle d'un detail d'une autre valve représentée à la fig. 3.
La fig. 6 est une coupe à l'échelle de la fig. 3, d'un coin et d'un cylindre de verrouillage.
La fig. 7 est une coupe à plus grande echelle selon la ligne VII
VII de la fig. 1, la fig. 8 est une vue en plan à plus grande echelle du récipient de pression représenté aux fig. 1 et 2, la fig. 9 est une coupe à plus grande echelle du recipient de pression représente en fig. 8, et la fig. 10 est un diagramme de fonctionnement relatif à cette forme d'exécution.
En se referant au dessin et en particulier à la fig. 1, l'appareil comprend un chassis de positionnement à navette 11 comprenant une base 12 qui comporte des rails de guidage 13 sur lesquels une plaque de navette 14 est guidee de maniere coulissante. Sur la plaque de navette 14 sont montes deux récipients de reaction 15 et 16 cylindriques disposés côte à côte et supportant la pression. Un portique 17 (fig. 1 et 2) chevauche le recipient de reaction 16 et porte un couvercle 18 en forme de plaque qui est en coincidence de recouvrement au-dessus de l'un ou l'autre des récipients 15 et 16, suivant lequel de ces récipients est au-dessous du couvercle 18.
Le couvercle 18 est suspendu à une plaque supérieure 19 du portique 17 et est approché ou éloigné du recipient cylindrique 15 ou 16 au moyen d'un cylindre d'actionnement 20 à va-etvient. Le verrouillage du couvercle 18 sur le recipient de pression 15 ou 16 est réalisé au moyen de verrous constitués par des coins 21. Un cylindre d'actionnement 22 à double action est utilise pour déplacer la plaque de navette 14 sur les rails de guidage 13, le piston du cylindre d'actionnement 22 etant fixe à la plaque de navette 14. A une extrémité de son mouvement, le cylindre d'actionnement 22 est disposé comme représenté avec le récipient cylindrique 16 au-dessous du'portique 17.
En position d'extension complete du cylindre d'actionnement 22, le recipient de pression 15 est place en coincidence au-dessous du portique 17 et le recipient 16 à l'état ouvert est dèplacé vers la droite sur les rails 13. Dans cette position, le recipient 16 peut etre décharge et rechargé tandis que le récipient 15 est au-dessous du portique 17.
Donc, dans chaque position un des récipients 15 ou 16 est ouvert pour decharger le contenu de celui-ci et le recharger.
Des tuyaux de mélange de combustibles 31 et 32 (fig. 2) desservent chacun les récipients 15 et 16 respectivement, à travers la plaque de navette 14. Comme on le remarquera, les tuyaux de melange de combustibles fournissent du combustible à un dispositif d'allumage . On prévoit l'admission de gaz de vidange à travers la plaque de navette aux récipients 15 et 16 à travers des tuyaux de gaz de vidange 23 et 24.
Le couvercle 18 est muni de valves. L'ensemble des valves comporte une valve à grande capacité 25 et une valve à capacite reduite 26 qui traversent le couvercle 18 et sont actionnées par des interrupteurs de limite 27 et 28 respectivement. Un tableau de commandc 29 permet d'assurer les commandes d'énergie électri- que et de suite d'opérations, Lorsque des moyens hydrauliques ou pneumatiques sont utilisés, un reservoir Åa pompe ou un compresseur 30 est disposé de prèférence au voisinage des endroits necessitant l'alimentation principale de fluide comprime et est relie operativement à la commande hydraulique et/ou pneumatique et aux composants du dispositif de valves hydraulique non représenté.
En général. les commandes hydrauliques et mecaniques sont conventionnelles et sont destinees seulement à obtenir la succession et la chronologie nècessaire ou choisie pour le traitement se poursuivant à l'intérieur des récipients de reaction 15 et 16.
En fig. 2, les conduites de gaz de vidange 23 et 24 respectivement. sont représentées desservant les récipients 15 et 16. Leur liaison à travers le collecteur de la plaque de navette 14 sera mieux comprise dans la suite de la description. Le portique 17 comporte des tiges verticales 33 entre lesquelles peuvent se dépla- cer les récipients 15 et 16. Les tiges 33 sont des tiges de tension fixées au bâti 12 à l'endroit du protique et à la plaque supérieure du portique 19 par des bagues d'arrét 34 et des ecrous 35. En accord avec la construction décrite, trois positions sont definies dans le bâti 12 représentées en fig. 2 sous la forme d'un poste 1 (ouvert), d'un poste 2 (portique), et d'un poste 3 (ouvert).
Les réci- pients sont désignes respectivement A et B pour tenir compte ulté- rieurement de leur suite d'opérations.
En se référant à la fig. 3, on se rend mieux compte de la construction du portique 17 du fait que la plaque 19 est montree portant au-dessous d'elle le couvercle 18 ce dernier etant approché ou élogné de la plaque supèrieure 19 au moyen du cylindre d'actionnement 20 et de sa tige de piston non representée. La tige de piston du cylindre 20 est reliee à une traverse 35 b qui est reliée à deux arbres de guidage espacés l'un de l'autre 35a qui coulissent dans des paliers 36. Les arbres 35 a sont fixés solidement au couvercle 18 par un support 37. La plaque supérieure 19 est maintenue fixe sur la tige de tension 33 par les butees 34 et l'écrou 35.
Les valves 25 et 26, ouvertes et fermées par des cylindres d'actionnement 38 et 39 respectivement, sont disposees dans le couvercle 18. La position des cylindres d'actionnement 38 et 39 est commande par les interrupteurs de limite 27 et 28 respectivement. Des ouvertures de degagement 40 et 41 Åa travers la plaque supérieure 19 permettent aux valves 25 et 26 respectivement de se déplacer avec le couvercle 18 sans toucher la plaque supérieure 19.
Dans le corps de valve 42 de la plus grande valve 25 une ouverture d'échappement 43 est ménagée de sorte que lorsque la valve 25 est ouverte, la pression Åa l'intérieur du récipient se transmet Åa travers une ouverture 43, ou sélectivement, la pression dans le récipient est reduite. Avant l'insertion d'un melange de gaz combustible, l'ouverture 43 permet de faire le vide dans le récipient de reaction au poste de travail. La fermeture hermétique du sitze de valve 44 est rompue lorsque la tige de valve 45 est déplacée axialement vers le haut dans le corps 42. Des vis de couvercle 46 fixent le corps de valve 42 au couvercle 18 et le dessin a été légèrement modifié par une rotation partielle du support d'organe d'actionnement 47 de sorte que les vis de fixation sont visibles.
Un palier axial 48 dans le support 47 renforce la tige de valve 45.
La valve 26 est de construction et de fonctionnement sembla ble à la valve 25 mais est sensiblement plus petite. Le corps de valve 49 est fixe directement au couvercle 18 par des vis de couvercle 50. La tige de piston 51 du cylindre d'actionnement 39 constitue la tige de valve et ferme ou ouvre un siege 52. Un orifice de valve 53 est ménagé au-dessus du couvercle 18. Le cylindre d'actionnement 39, semblable au cylindre d'actionnement 38 sur la plus grande des valves 25, est du type à double action et le dé- placement est commandé par les interrupteurs de limite 28.
La similitude des agencements de siège des deux valves 25 et 26 peut etre mieux comprise en référence aux fig. 4 et 5. L'agencement du siege des valves 25 et 26 est important en ce qu'elles doivent resister à une pression de choc importante engendrée à l'intérieur des recipients de réaction ou de pression 15 et 16.
Dans la valve 25, le corps de valve tubulaire 42 est fixe au couvercle 18 et est fermé hermetiquement à sa périphérie contre le couvercle 18 par unjoint d'étanchété 53. Un rebord conique vers l'intérieur fournit un epaulement 54 venu de fabrication avec le corps de valve 42 et a l'intérieur du corps 42. Contre l'épaule- ment 54 un anneau d'étanchété annulaire 55 est menage qui est fait en matiére auto-lubrifiante et qui est courbé avec precision dans la partie interieure superieure, pour se raccorder au contour de l'epaulement conique 54. Cet anneau profile 55 permet de comprimer un joint annulaire 60 sur un tambour de valve 56 porte à l'extrémité de la tige de piston 45 lorsque la valve 25 se ferme.
Le matériau préféré pour l'anneau d'étancheite 54 est le polyetrafluoroéthylène. disponible sous la désignation commerciale Teflon ou son équivalent connu pour presenter une surface glissante, de bonne propriete de resistance au frottement, qui ne s'encrasse pas et possède une deformation elastique appropriée de sorte qu'il est d'un bon usage comme siege de valve. En plus, cette matiere résineuse presente une tolerance élevée pour la chaleur sans s'altérer. L'anneau d'étanchéité annulaire 55 est fixé en le comprimant contre l'épaulement 54 au moyen d'un anneau de compression 57 fixe au corps 42 au moyen d'une vis de couvercle 58.
La garniture de valve 56 est cylindrique et est munie d'une gorge d'étanchéité annulaire 59 qui reçoit l'anneau 60. Le bord inférieur avant 61 de la garniture 56 est légèrement chanfreiné.
Les parties du disque 56 de part et d'autre de la gorge 59 et du joint 60 dans la gorge 59 sur la garniture de valve 56 sont en contact de pression lors de la fermeture avec l'anneau d'étanchéité annulaire 55. Ceci donne un siege de valve excellent pour une pression par choc brusque et permet le mouvement d'ouverture et de fermeture axial de la garniture de valve 56 sans endommager le joint-palier. Egalement, I'action des valves 25 et 26 tend à nettoyer les joints d'étanchéité 55 et 64 respectivement. Cette action d'essuyage dans les valves 25 et 26 est particuliètement importante dans les fonctionnements impliquant des débris ou des résidus de réaction.
La valve 26 (fig. 5) est d'une construction semblable Åa celle de la valve 25 et la description ne sera pas repetee sauf pour faire ressortir que dans la réduction de dimension. l'épaulement conique interieur 54 n'est pas necessaire pour commander la deformation.
Le joint au sitze de valve 52 est réalisé par une garniture de valve 62 et un joint 63 ajuste etroitement contre un anneau de guidage 64 en Teflon , et l'anneau 64 est maintenu fermement contre un épaulement 65 par un anneau de compression 66 fixe au corps de valve 49 par des vis entourant l'ouverture du siege de valve 52.
Les coins 21 indiques de façon générale aux fig. 1 et 2 sont plus complètement representes à la fig. 6. Les coins 21 sont interposes entre la plaque superieure 19 du montage de portique 17 et le couvercle 18. Le coin 67 est monte à va-et-vient linéairement dans un bloc de guidage 68. Le dispositif commandant le va-etvient est un cylindre d'actionnement 69 ayant sa tige de piston 70 fixée à l'arrière du coin 67. Le cylindre 69 est fixe à la plaque supérieure 19 par une plaque de base ou plaque demontage 70a. La plaque 70a permet egalement le montage du bloc de guidage 68 et est fixee par des vis ou d'autre maniere à la plaque superieure 19.
Une rampe 71 presentant une inclinaison correspondante à celle du coin de 5 à 12 degres est formee dans le couvercle 18 de sorte que le bloc 67 peut être introduit et enlevé de celle-ci. L'inclinaison permet d'appliquer une pression de fermeture hermétique au couvercle 18 déplaçable verticalement et fournit un angle de ver rouillage tel que la force vers le haut appliquee sur le couvercle 18 Åa partir de la pression interieure du récipient 15 ou 16 ne provo quera pas un mouvement de retrait sur les coins 67 tout en garantissant le retrait facile du coin 67.
Comme décrit précédemment, plusieurs dispositifs de verrouillage à coins 21 sont menages entre la plaque superieure 19 et le couvercle 18 pour réaliser une fermeture simultanée à pression efficace des recipients 15 etlou 16 audessous du portique 17.
Bien qu'on ait represente la force s'appliquant vers le bas sur le couvercle 18, les coins 21 peuvent egalement fournir une fermeture par l'élévation du recipient en contact avec un élément ou une plaque de fermeture et cette modification est incluse dans la description de la fermeture à pression au poste de traitement ou portique dans lequel les récipients de pression sont positionnés pour la fermeture.
En fig. 7 la plaque de navette 14 est representee entre les tiges 33 et au-dessus des éléments de guidage 13. Plusieurs barres de guidage 72 sont à cheval sur des éléments de guidage choisis 13 et sont fixes à la plaque de navette 14 de manière à garantir une piste de guidage sur la plaque de navette. Les tiges 33 sont fixées à travers un élément de base 73 au moyen d'écrous 74 et de clavettes 75. Les récipients de reaction 15 et 16 sont fixes sur la plaque de navette 14 comme represente en fig. 2 par des supports 76.
En se référant aux fig. 8 et 9, la mise en place des recipients 15 et 16 et la construction reelle du récipient 15 identique au recipient 16 seront mieux comprises. Le récipient 15 est un cylindre de pression en acier fixe périphériquement de facon éthache à la base et fixe à la plaque de navette 14. Le cylindre 15 est muni d'un épaulement interieur à portee 77 contre lequel est ajuste par compression un anneau d'étanchété 78. L'anneau 78 est maintenu par compression en place par un anneau de fixation 79 présentant une section transversale en forme générale de L et fixe au recipient par plusieurs vis de serrage 80.
Un anneau 81 est retenu dans une rigole annulaire ménagée dans la face inférieure de l'anneau de fixation 79 et lors du montage du récipient 15 sur la plaque de navette 14, l'anneau 81 est force par compression contre la plaque de navette 14 formant une fixation hermétique. Un joint annulaire semblable 82 est menage sur l'extrémitè superieure ouverte 83 du recipient 15 de sorte que lorsque le couvercle 18 est abaissé pour recouvrir l'extrémité supérieure du récipient 15, un anneau 81 retenu dans une rigole ferme hermétiquement le récipient 15 lors de l'engagement du couvercle 18 et sous la compression totale des verrous à coins 21.
Au moins deux orifices 84 et 85 sont menages à travers la plaque de navette 14 et communiquent avec la cavite 86 du recipient 15. L'orifice 84 communique avec un collecteur 87. L'orifice 85 est desservi par un tuyau de communication comme represente. Ces orifices sont reliés par les tuyaux 23 et 31 afin d'introduire sélectivement les gaz de commencement du processus et de refoulement (inerte) à l'intérieur 86 du récipient. L'orifice 85 communique avec un moyeu central de collecteur 88 presentant un passage central 89 et des passages radiaux 90 s'ouvrant à l'intè- rieur 86 à travers des orifices 97 dans une broche tubulaire 96 du récipient 15. Le moyeu 88 supporte, sur son rebord 91, une plateforme de support ou deflecteur 92.
La partie verticale du moyeu 88 supporte coaxialement un mandrin tubulaire à pointe conique 93. Un joint plat pour le gaz 94 en forme d'anneau fournit un bloc de garniture elastique autour du moyeu 88 à la base du rebord 91.
Cette disposition est particulierement appropriee pour recevoir un tambour de matiere 95 sur sa broche tubulaire 96 perforee radialement. Les perforations radiales 97 à travers les parois tubulaires de la broche 96 permettent la penetration du gaz et/ou de la matiere d'amorçage dans la masse de la matiere 95 portée par la broche 96. L'extrémité inférieure 98 de la broche 96 appuie contre le joint d'étanchéité 94 et un jeu entre le moyeu 88 et la broche tubulaire 96 permet le passage des gaz.
La disposition ainsi décrite permet le traitement d'un chargement de matiere préalablement formee en tambour, de maniere à etre facilement chargée dans le recipient de pression à reaction, coulissant sur le mandrin 93 et supportee symetriquement par celui-ci lors du traitement et pour produire l'allumage ou l'amorçage du traitement à reaction radialement à l'intérieur du tambour de matiere. Le déchargement après le traitement est egalement facilitè. On constatera que dans les exemples d'un chargement de matiére important le montage moyer-mandrin décrit peut être enlevé comme montré généralement en fig. 1.
Dans les conduites de combustible 31 et 32, un amorceur d'étincelles 99 est placé sur la plaque 14 de la fig. 8. L'étincelle amorce une detonation du mélange combustible et la detonation se déplace à travers les conduits 31 et 32 vers le recipient imprégné de combustible de manière à élever brusquement la pression et la température dans le recipient et son contenu.
L'homme de metier remarquera que d'autres entrees dans le recipient pourraient etre ménagées pour introduire du materiau combustible, l'amorçage de la combustion etlou l'introduction de gaz de refoulement, mais dans la construction à navette indiquée, I'entree à travers la plaque de navette 14 est preferee.
En fig. 10, le fonctionnement du dispositif represente aux fig. 1 et 2 est trace en forme de graphique. Les recipients sont indiqués en tant que recipients A et B et les postes sont indiqués en tant que postes 1 (ouvert), poste 2 (fermeture portique) et poste 3 (ouvert). Avec la navette dans la position gauche extreme, le recipient A est charge au poste 1 et le recipient B est au-dessous du poste de portique 2 pret pour subir ou subissant un traitement.
Lorsque les deux recipients A et B sont initialement vides, le recipient B est inactif comme represente. Une fois que le recipient A est cargè et que la navette est déplacée vers la droite, alors le ré- cipient A est sous le portique au poste 2 et le traitement commence se terminant par I'allumage ou l'assujettissement du contenu du recipient ferme à une pression de choc et une temperature élevées. Le récipient B est à ce moment au poste 3 ou il peut etre déchargé et charge sans le couvercle et en position de chargement ou de dechargement au poste 3 pour la durée requise pour evacuer, remplir, refouler, allumer et evacuer le recipient A audessous du portique.
Lors de l'achèvement du combustible, le couvercle est enlevé une fois que la pression dans le récipient est ramenee à la pression atmosphérique au moyen de la valve du couvercle. La navette est ensuite déplacée vers la gauche mettant en place le récipient A en position de chargement-déchargement au poste 1, et le recipient précédemment charge B est placé audessous du poste de portique 2, le couvercle est abaissé sur le recipient B, ferme par les coins pour la fermeture hermétique et l'opé- ration est commencée impliquant la réduction de la pression dans le récipient, l'introduction du combustible, le refoulement, la vidange et ensuite la combustion.
Pendant ce temps le recipient A a ete chargé et le couvercle apres soulevement permet à la navette de se deplacer vers la droite placant le recipient B pour le dé- chargement et le chargement et placant le recipient A de nouveau au-dessous du poste à portique 2 pour le traitement de son contenu. Après la combustion, la navette repete son mouvement vers la gauche et la suite d'oérations est répétée continuellement de sorte que la duree de traitement au-dessous du poste à portique 2 de l'un ou l'autre recipient A ou B fournit un temps suffisant pour charger et décharger le récipient ouvert.
Jusqu'ici, les procédés de traitement à pression élevée impli quaient habituellement un récipient du type autoclave dans lequel le chargement devait etre fait, suivi de la séquence de traitement à l'intérieur du recipient ferme et ensuite du dèchargement. L'intervalle de temps accumulait ainsi tous les intervalles de temps et la production etait necessairement lente.
Les dispositions décrites admettent le chargement et le déchargement tandis que le processus se poursuit et réalise une fermeture et un enlèvement de fermeture rapide dans lesquels les moyens pour la commande et la suite du dèveloppement peuvent être synchronisés pour commander l'ouverture, la fermeture et la navette des récipients de réaction à pression à des vitesses optimales compatibles avec un fonctionnement sûr. Parallèlement, un avantage existe dans le fait que seul un jeu de valve et d'opérateur de valve est nécessaire â la position de portique.
Essentiellement, I'évolution qui se produit à l'intérieur du réci- pient comprend une explosion ou une detonation commandée, une oxydation ou décomposition rapide déterminée par l'insertion d'un melange combustible-oxygène (par exemple hydrogène-oxy- gène) on décimposable et l'allumage ultérieur du mélange ou l'allumage de la décomposition. Le combustible est admis au mélan- ge approprié Åa travers la valve de remplissage 26. L'écoulement du combustible vers le récipient de réaction au-dessous du portique est réalise par la reduction de la pression dans le récipient fermé au-dessous du
portique. Cette réduction de pression est réali- sée le plus facilement par exemple, en utilisant un injecteur de vapeur (non representé) porté par la valve du recipient 25 après la fermeture de la plaque de couvercle sur le récipient.
L'injecteur est fermé et la valve 25 fermée lorsqu'un vide choisi a été établi dans le récipient et lorsque la valve de remplissage 26 est ouverte permettant l'introduction dans le récipient plane poste de portique ou de traitement du mélange combustible-oxygène dans un rapport qui est commandé par des ouvertures et á une pression détermi- née La valve 26 est fermée. Ici il peut être souhaitable de permettre une période d'imbibition de sorte que le combustible traverse la masse de matière á traiter dans le récipient de réaction.
Lorsqu'un entraînement de refoulement est nécessaire, la valve 25 est ouverte à nouveau et permet l'introduction d'un gaz de refoulement tel que l'azote pour pénétrer dans le récipient au tuyau de fond 23 ou aux collecteurs 87.
Cet entraînement éloigne le combustible excédentaire dans les vides entourant la matière et l'en- traînement de gaz inerte et de combustible excédentaire s'echappe â travers la valve 25 avec une valve d'entraînement munie d'ori- fices (non représentés) à l'ouverture 43 contre-équilibres par une valve extérieure également non représentée pour maintenir une contre-pression á l'intérieur du récipient. Lors d'un entraînement typique de 10 à 15 secondes, la réduction de pression á partir de la pression de remplissage initiale est d'environ 5% ou moins.
L'écoulement d'azote est arrêté par une valve dans le conduit 23 ou 24 et le recipient rempli est allumé. Après la combustion, I'éjecteur est actionné et la pression dans la chambre est ré- duite en ouvrant la valve 25 Åa la vapeur de l'éjecteur Ceci évacue le contenu gazeux indésire du récipient sous vide et ensuite le gaz inerte tel que l'azote s'écoule de nouveau dans le récipient élevant la pression jusqu'à la pression atmosphérique. Les verrous â coins sont retirés. La plaque de couvercle est soulevée et le récipient et la matière traitée sont enlevés du portique ou du poste de traitement pour le
déchargement et un récipient nouvellement charge est plane sous le portique ou poste de traitement pour le traitement.
Les commandes hydrauliques et électriques ainsi décrites sont prévues pour comporteur des composants électriques, hydrauliques etXou pneumatiques conventionnels adeptés aux exigences du processus sous le portique pour fournir une réduction de pression, un remplissage de combustible, le refoulement, la combustion, I'échappement et le recyclage comme demandé. Dans certains cas, I'entraînement de refoulement est éliminé.
L'appareil ainsi décrit trouve une utilisation principale en fournissant un fonctionnement automatique au processus pour la liaison et/ou la réticulation exprimées dans le brevet USA N 3175025. En plus, le processus du brevet USA N 3456047 peut etre exécuté en utilisant l'appareil décrit ici. L'appareil décrit est également sujet à un traitement par choc à pression élevée d'autres matières.
Pressure reaction chamber apparatus
The present invention relates to an apparatus with a pressure reaction chamber. This apparatus is intended to facilitate the repetitions of the operation of loading and unloading of materials intended to be subjected to a shock at high pressure.
The aim of the invention is to provide such an apparatus making it possible to automate the treatment of materials at elevated temperature and pressure compared to the use of known apparatuses comprising a single pressure vessel in which the loading and / or unloading must. wait for the treatment of materials monopolizing a pressure vessel.
The apparatus according to the invention is characterized in that it comprises a reaction station, a path defining a path through the reaction station and having pressure vessel stations spaced along the path, a pressure vessel open on the path between pressure vessel stations in one of which it aligns with the reaction station, a closure device arranged to close and seal the vessel when it is aligned with the reaction station to withstand a explosive shock at high pressure in the container, fuel supply ducts with valves in communication with the interior of the container aligned with the reaction station,
and a reaction initiator communicating with the interior of the vessel aligned with the reaction station and operable from outside the vessel after loading and sealing the vessel.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a plan view of this embodiment.
Fig. 2 is a side elevation view corresponding to FIG. 1.
Fig. 3 is a sectional view on a larger scale along the line III-III of FIG. 1.
Fig. 4 is a section on a larger scale of a detail of a value shown in fig.3.
Fig. 5 is a section on an enlarged scale of a detail of another valve shown in FIG. 3.
Fig. 6 is a section to scale of FIG. 3, a wedge and a locking cylinder.
Fig. 7 is a section on a larger scale along line VII
VII of fig. 1, FIG. 8 is a plan view on a larger scale of the pressure vessel shown in FIGS. 1 and 2, fig. 9 is a section on a larger scale of the pressure vessel shown in FIG. 8, and fig. 10 is an operating diagram relating to this embodiment.
With reference to the drawing and in particular to FIG. 1, the apparatus comprises a shuttle positioning frame 11 comprising a base 12 which has guide rails 13 on which a shuttle plate 14 is slidably guided. On the shuttle plate 14 are mounted two reaction vessels 15 and 16 cylindrical arranged side by side and supporting the pressure. A gantry 17 (fig. 1 and 2) overlaps the reaction vessel 16 and carries a plate-shaped cover 18 which coincides with the overlap above one or the other of the vessels 15 and 16, according to which of these containers is below the cover 18.
The cover 18 is suspended from a top plate 19 of the gantry 17 and is approached or moved away from the cylindrical container 15 or 16 by means of a reciprocating actuating cylinder 20. The locking of the cover 18 on the pressure vessel 15 or 16 is achieved by means of locks constituted by wedges 21. A double-acting actuating cylinder 22 is used to move the shuttle plate 14 on the guide rails 13, the piston of the actuating cylinder 22 being fixed to the shuttle plate 14. At one end of its movement, the actuating cylinder 22 is arranged as shown with the cylindrical container 16 below the gantry 17.
In the fully extended position of the actuating cylinder 22, the pressure vessel 15 is placed coincidentally below the gantry 17 and the vessel 16 in the open state is moved to the right on the rails 13. In this position , the container 16 can be unloaded and recharged while the container 15 is below the gantry 17.
Therefore, in each position one of the containers 15 or 16 is open to unload the contents therefrom and to reload it.
Fuel mixing pipes 31 and 32 (Fig. 2) each serve the vessels 15 and 16 respectively, through the shuttle plate 14. As will be appreciated, the fuel mixing pipes supply fuel to a device. ignition. Provision is made for the inlet of drain gas through the shuttle plate to the vessels 15 and 16 through the drain gas pipes 23 and 24.
The cover 18 is provided with valves. The valve assembly includes a large capacity valve 25 and a reduced capacity valve 26 which pass through cover 18 and are actuated by limit switches 27 and 28 respectively. A control panel 29 makes it possible to ensure the controls of electrical energy and the sequence of operations. When hydraulic or pneumatic means are used, a pump reservoir or a compressor 30 is preferably placed in the vicinity of the places requiring the main fluid supply compresses and is operatively connected to the hydraulic and / or pneumatic control and to the components of the hydraulic valve device not shown.
In general. the hydraulic and mechanical controls are conventional and are intended only to obtain the succession and the chronology necessary or chosen for the treatment continuing inside the reaction vessels 15 and 16.
In fig. 2, the drain gas lines 23 and 24 respectively. are shown serving the containers 15 and 16. Their connection through the collector of the shuttle plate 14 will be better understood in the remainder of the description. The gantry 17 comprises vertical rods 33 between which the containers 15 and 16 can move. The rods 33 are tension rods fixed to the frame 12 at the location of the protic and to the upper plate of the gantry 19 by rings. stop 34 and nuts 35. In accordance with the construction described, three positions are defined in the frame 12 shown in FIG. 2 in the form of a station 1 (open), a station 2 (gantry), and a station 3 (open).
The receptacles are respectively designated A and B to subsequently take account of their sequence of operations.
Referring to fig. 3, the construction of the gantry 17 is better understood by the fact that the plate 19 is shown carrying the cover 18 below it, the latter being approached or removed from the upper plate 19 by means of the actuating cylinder 20 and its piston rod, not shown. The piston rod of the cylinder 20 is connected to a cross member 35b which is connected to two spaced apart guide shafts 35a which slide in bearings 36. The shafts 35a are securely attached to the cover 18 by a support 37. The upper plate 19 is held fixed on the tension rod 33 by the stops 34 and the nut 35.
The valves 25 and 26, opened and closed by actuating cylinders 38 and 39 respectively, are provided in the cover 18. The position of actuating cylinders 38 and 39 is controlled by limit switches 27 and 28 respectively. Clearance openings 40 and 41 Å through the top plate 19 allow the valves 25 and 26 respectively to move with the cover 18 without touching the top plate 19.
In the valve body 42 of the larger valve 25 an exhaust opening 43 is provided so that when the valve 25 is opened, the pressure inside the container is transmitted through an opening 43, or selectively, the pressure inside the container. pressure in the container is reduced. Before the insertion of a mixture of combustible gas, the opening 43 makes it possible to create a vacuum in the reaction vessel at the workstation. The hermetic seal of the valve sitze 44 is broken when the valve stem 45 is moved axially upward in the body 42. Cover screws 46 secure the valve body 42 to the cover 18 and the design has been slightly modified by one. partial rotation of the actuator support 47 so that the fixing screws are visible.
An axial bearing 48 in the support 47 reinforces the valve stem 45.
Valve 26 is similar in construction and operation to valve 25 but is substantially smaller. The valve body 49 is fixed directly to the cover 18 by cover screws 50. The piston rod 51 of the actuating cylinder 39 constitutes the valve rod and closes or opens a seat 52. A valve orifice 53 is provided in the valve stem. above cover 18. Actuating cylinder 39, similar to actuating cylinder 38 on the larger of the valves 25, is of the double acting type and displacement is controlled by limit switches 28.
The similarity of the seat arrangements of the two valves 25 and 26 can be better understood with reference to Figs. 4 and 5. The seating arrangement of the valves 25 and 26 is important in that they must withstand a large impact pressure generated inside the reaction or pressure vessels 15 and 16.
In valve 25, tubular valve body 42 is fixed to cover 18 and is sealed at its periphery against cover 18 by a seal 53. An inwardly tapered rim provides a shoulder 54 manufactured with the seal. valve body 42 and inside the body 42. Against the shoulder 54 an annular sealing ring 55 is fitted which is made of self-lubricating material and which is precisely bent in the upper interior part, to mate with the contour of the conical shoulder 54. This profile ring 55 allows an annular seal 60 to be compressed on a valve drum 56 carried at the end of the piston rod 45 when the valve 25 closes.
The preferred material for the seal ring 54 is polyetrafluoroethylene. available under the trade designation Teflon or its equivalent known to exhibit a slippery surface, of good friction resistance property, which does not clog and has a suitable elastic deformation so that it is of good use as a seat. valve. In addition, this resinous material exhibits a high tolerance for heat without deteriorating. The annular sealing ring 55 is fixed by compressing it against the shoulder 54 by means of a compression ring 57 fixed to the body 42 by means of a cover screw 58.
The valve packing 56 is cylindrical and is provided with an annular sealing groove 59 which receives the ring 60. The front lower edge 61 of the packing 56 is slightly chamfered.
The parts of the disc 56 on either side of the groove 59 and of the seal 60 in the groove 59 on the valve packing 56 are in pressure contact when closing with the annular sealing ring 55. This gives a valve seat excellent for sudden impact pressure and allows axial opening and closing movement of the valve packing 56 without damaging the bearing seal. Also, the action of the valves 25 and 26 tends to clean the seals 55 and 64 respectively. This wiping action in valves 25 and 26 is particularly important in operations involving debris or reaction residue.
The valve 26 (Fig. 5) is of similar construction to that of the valve 25 and the description will not be repeated except to emphasize that in the reduction in size. the inner tapered shoulder 54 is not necessary to control the deformation.
The seal to the valve sitze 52 is made by a valve gasket 62 and seal 63 fits tightly against a Teflon guide ring 64, and the ring 64 is held firmly against a shoulder 65 by a compression ring 66 attached to the ring. valve body 49 by screws surrounding the opening of the valve seat 52.
The corners 21 indicate generally in FIGS. 1 and 2 are more fully represented in fig. 6. The wedges 21 are interposed between the top plate 19 of the gantry assembly 17 and the cover 18. The wedge 67 is reciprocated linearly in a guide block 68. The reciprocating device is a reciprocating device. actuating cylinder 69 having its piston rod 70 attached to the rear of wedge 67. Cylinder 69 is attached to top plate 19 by a base plate or mounting plate 70a. The plate 70a also allows the mounting of the guide block 68 and is secured by screws or otherwise to the top plate 19.
A ramp 71 having an inclination corresponding to that of the corner of 5 to 12 degrees is formed in the cover 18 so that the block 67 can be inserted and removed therefrom. The tilt allows sealing pressure to be applied to the vertically movable lid 18 and provides a locking angle such that the upward force applied to the lid 18 from the pressure inside the container 15 or 16 will not cause not a withdrawal movement on the corners 67 while ensuring easy removal of the corner 67.
As described above, several wedge locking devices 21 are fitted between the upper plate 19 and the cover 18 to achieve a simultaneous effective pressure closure of the containers 15 and / or 16 below the gantry 17.
Although the force applied downward to the cover 18 has been shown, the wedges 21 may also provide closure by elevation of the container in contact with a closure member or plate and this modification is included in the specification. description of the pressure closure at the treatment station or gantry in which the pressure vessels are positioned for closure.
In fig. 7 the shuttle plate 14 is shown between the rods 33 and above the guide elements 13. Several guide bars 72 are straddling selected guide elements 13 and are fixed to the shuttle plate 14 so as to ensure a guide track on the shuttle plate. The rods 33 are fixed through a base member 73 by means of nuts 74 and wedges 75. The reaction vessels 15 and 16 are fixed on the shuttle plate 14 as shown in fig. 2 by supports 76.
Referring to Figs. 8 and 9, the positioning of the containers 15 and 16 and the actual construction of the container 15 identical to the container 16 will be better understood. The container 15 is a steel pressure cylinder fixed peripherally axially at the base and fixed to the shuttle plate 14. The cylinder 15 is provided with an inner shoulder with bearing 77 against which is compression fitted a ring of pressure. seal 78. Ring 78 is compressively held in place by a fastening ring 79 having a generally L-shaped cross section and secured to the container by several set screws 80.
A ring 81 is retained in an annular channel formed in the underside of the fixing ring 79 and when mounting the container 15 on the shuttle plate 14, the ring 81 is force by compression against the shuttle plate 14 forming airtight fixing. A similar annular seal 82 is provided on the open upper end 83 of the container 15 so that when the lid 18 is lowered to cover the upper end of the container 15, a ring 81 retained in a channel hermetically seals the container 15 upon removal. the engagement of the cover 18 and under the total compression of the wedge locks 21.
At least two ports 84 and 85 are provided through shuttle plate 14 and communicate with cavity 86 of container 15. Port 84 communicates with manifold 87. Port 85 is served by a communication pipe as shown. These ports are connected by pipes 23 and 31 in order to selectively introduce process initiation and discharge (inert) gases into the interior 86 of the vessel. Port 85 communicates with a central manifold hub 88 having a central passage 89 and radial passages 90 opening inwardly 86 through orifices 97 in a tubular pin 96 of the container 15. The hub 88 supports , on its rim 91, a support platform or deflector 92.
The vertical portion of the hub 88 coaxially supports a tapered tip tubular mandrel 93. A ring-shaped gas seal 94 provides a block of resilient packing around the hub 88 at the base of the flange 91.
This arrangement is particularly suitable for receiving a material drum 95 on its tubular spindle 96 perforated radially. Radial perforations 97 through the tubular walls of pin 96 allow penetration of gas and / or initiating material into the bulk of material 95 carried by pin 96. The lower end 98 of pin 96 rests against the seal 94 and a clearance between the hub 88 and the tubular pin 96 allows the passage of gases.
The arrangement thus described allows the treatment of a loading of material previously formed into a drum, so as to be easily loaded into the reaction pressure vessel, sliding on the mandrel 93 and supported symmetrically by the latter during the treatment and to produce. ignition or initiation of the reaction treatment radially inside the material drum. Unloading after processing is also facilitated. It will be seen that in the examples of a large material load the hub-mandrel assembly described can be removed as generally shown in FIG. 1.
In the fuel lines 31 and 32, a spark initiator 99 is placed on the plate 14 of FIG. 8. The spark initiates a detonation of the combustible mixture and the detonation moves through conduits 31 and 32 to the fuel impregnated container so as to sharply raise the pressure and temperature in the container and its contents.
Those skilled in the art will appreciate that other inlets into the container could be made to introduce combustible material, initiate combustion and / or introduce discharge gas, but in the shuttle construction shown, the inlet at through the shuttle plate 14 is preferred.
In fig. 10, the operation of the device shown in FIGS. 1 and 2 is trace in the form of a graph. The recipients are indicated as A and B recipients and the stations are indicated as stations 1 (open), station 2 (gantry closing) and station 3 (open). With the shuttle in the extreme left position, vessel A is loaded at station 1 and vessel B is below gantry station 2 ready for or undergoing treatment.
When the two containers A and B are initially empty, container B is inactive as represented. Once container A is loaded and the shuttle is moved to the right, then container A is under the gantry at station 2 and processing begins ending with lighting or securing the contents of the closed container. at high shock pressure and temperature. Container B is at this time at station 3 where it can be unloaded and loaded without the cover and in the loading or unloading position at station 3 for the time required to evacuate, fill, discharge, light and evacuate the container A below the portico.
Upon completion of the fuel, the cover is removed once the pressure in the vessel is brought back to atmospheric pressure by means of the cover valve. The shuttle is then moved to the left placing the container A in the loading-unloading position at station 1, and the previously loaded container B is placed below the gantry station 2, the cover is lowered on the container B, closed by the corners for the hermetic seal and the operation is started involving the reduction of the pressure in the container, the introduction of the fuel, the discharge, the emptying and then the combustion.
During this time the container A has been loaded and the cover after lifting allows the shuttle to move to the right placing the container B for unloading and loading and placing the container A again below the gantry station. 2 for the treatment of its contents. After combustion, the shuttle repeats its movement to the left and the sequence of operations is repeated continuously so that the treatment time below gantry station 2 of either vessel A or B provides a sufficient time to load and unload the open container.
Heretofore, high pressure treatment processes have usually involved an autoclave-type vessel in which loading was to be done, followed by the sequence of processing inside the closed vessel and then unloading. The time interval thus accumulated all the time intervals and production was necessarily slow.
The arrangements described allow loading and unloading while the process continues and achieves rapid closing and closing removal in which the means for control and further development can be synchronized to control opening, closing and release. shuttle pressure reaction vessels at optimum speeds consistent with safe operation. At the same time, an advantage exists that only one set of valve and valve operator is required in the gantry position.
Essentially, the evolution that takes place inside the vessel comprises a controlled explosion or detonation, rapid oxidation or decomposition determined by the insertion of a fuel-oxygen mixture (eg hydrogen-oxygen). it is decimposable and subsequent ignition of the mixture or ignition of decomposition. The fuel is admitted in the appropriate mixture through the filling valve 26. The flow of fuel to the reaction vessel below the gantry is effected by reducing the pressure in the closed vessel below the gantry.
portico. This pressure reduction is most easily accomplished, for example, by using a steam injector (not shown) carried by the valve of the container 25 after the cover plate has been closed on the container.
The injector is closed and the valve 25 closed when a selected vacuum has been established in the container and when the filling valve 26 is open allowing the introduction into the flat container gantry station or treatment of the fuel-oxygen mixture in a ratio which is controlled by openings and at a determined pressure. The valve 26 is closed. Here it may be desirable to allow an imbibition period so that the fuel passes through the mass of material to be treated in the reaction vessel.
When a discharge drive is required, the valve 25 is opened again and allows the introduction of a discharge gas such as nitrogen to enter the vessel at the bottom pipe 23 or manifolds 87.
This entrainment draws excess fuel away into the voids surrounding the material and the entrainment of inert gas and excess fuel escapes through valve 25 with a drive valve provided with orifices (not shown) at. the opening 43 is counterbalanced by an external valve also not shown to maintain a back pressure inside the container. In a typical workout of 10 to 15 seconds, the pressure reduction from the initial fill pressure is approximately 5% or less.
The flow of nitrogen is stopped by a valve in line 23 or 24 and the filled container is turned on. After combustion, the ejector is actuated and the pressure in the chamber is reduced by opening the valve 25 Å to the vapor of the ejector. This discharges the unwanted gas content from the vacuum vessel and then the inert gas such as gas. nitrogen flows back into the container raising the pressure to atmospheric pressure. The corner locks are removed. The cover plate is lifted and the container and processed material are removed from the gantry or processing station for processing.
unloading and a newly loaded container is flat under the gantry or processing station for processing.
The hydraulic and electrical controls thus described are intended to include conventional electrical, hydraulic and pneumatic components suitable for the requirements of the process under the gantry to provide pressure reduction, fueling, delivery, combustion, exhaust and cooling. recycling as requested. In some cases, the discharge drive is eliminated.
The apparatus thus described finds primary use in providing automatic operation to the process for the binding and / or crosslinking expressed in US Patent No. 3175025. In addition, the process of US Patent No. 3456047 can be performed using the apparatus. described here. The disclosed apparatus is also subject to high pressure impact treatment of other materials.