Brevet FR2482693A1 — publié le 19811120

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour un circuit d'injection de fluide, sur un marteau-perforateur, ce dispositif étant prévu,suivant un système d'étanchéité dit "axial " ou " central",entre le tube d'amenée de fluide,traversant le piston frappeur de la machine de percussion, et la barre à mine réalisée creuse. La foration des trous de mine avec les machines à percussion requiert l'utilisation d'un fluide, généralement de l'eau ou de l'air,pour assurer l'évacuation des débris de roche produits à chaque impact. Il convient donc d'assurer la transmission de ce fluide depuis la canalisation d'amenée jusqu'à la barre à mine constituant l'outil de foration;celle-ci,alésée à cet effet,permet le passage du fluide jusqu'au taillant. La barre à mine possède, par rapport au corps du marteau, un mouvement relatif complexe, d'une part rotatif,d'autre part axial alternatif à la fréquence des impacts. Un dispositif d'étanchéité efficace est donc nécessaire,dans le cas de l'utilisation d'un fluide hydraulique qui est habituellement de l'eau,pour éviter des entrées de cette eau dans la machine. Dans le cas ici considéré d'un système " axial" ou "central", l'étanchéité entre le tube d'amenée et la barre à mine est actuellement assurée par de simples joints annulaires, montés dans l'alésage de la barre à mine. L'expérience courante montre que ces joints ont une durée très brève et doivent être changés fréquemment. Un dispositif d'étanchéité plus perfectionné,décrit dans un précédent brevet français N0 2 316 431 Re MONTABERT,comprend un joint formé d'une douille métallique extérieure, s'ajustant dans l'alésage de la barre 8 mine,et d'une partie intérieure en élastomère,solidaire de la douille. Cette partie en élastomère présente un passage central de forme tronconiquescomplémentaire de l'extrémité également tronconique du tube d'amenée de fluide, ces formes permettant un coincement étanche-.La partie en élastomère possède, en outre, un épanouissement formant une lèvre de joint annulaire et ayant, à l'état non comprimé c'est-à-dire avant montage, un diamètre supérieur à celui de l'alésage de la barre à mine. Malgré l'amélioration apportée par un tel dispositif, celui-ci conserve les mêmes inconvénients que les Joints traditionnels,dans certaines conditions de formation, notamment dans le cas de la foration de roches dures et de la foration avec injection d'eau à pression élevée.Les destructions rapides observées sont des déchirements de la lèvre d'étanchéité, ce phénomène étant directement lié aux importantes pulsations de pression dont l'eau d'injection est le siège, et à la présence d'un jeu inévitable entre l'alésage de la barre à mine et le diamètre extérieur de la douille métallique composant le dispositif d'étanchéité (ce jeu étant la somme d'un jeu fonctionnel minimum, et des tolérances de fabrication relatives à chacune des deux pièces). L'invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet,elle a pour objet un dispositif d'étanchéité, du genre prévu sur le circuit d'injection entre le tube d'amenée de fluide et la barre à mine, le tube comportant une extrémité tronconique coopérant avec un passage central également tronconique du dispositif d'étanchéité qui possède en outre, extérieurement, une lèpre de joint dont le diamètre avant montage est supérieur au diamètre de l'alésage de la barre à mine, ce dispositif se composant, d'une part, d'une douille en matériau viscoélastique,comportant le passage central précité, et d'autre part, d'un joint d'étanchéité annulaire en élastomère, constitué par une pièce distincte montée dans une gorge annulaire extérieure de la dou-ille en matériau viscoélastique, celle-ci s'ajustant avec un léger jeu initial dans l'alésage de la barre à mine, après montage sur l'extrémité tronconique du tube d'amenée, et subissant une déformation visco-élastique l'amenant en contact avec l'alésage de la barre à mine,sous l'action des forces de frottement et des forces-hydrauliques développées par le fluide d'injection. La douille en matériau visco-élastique possèdes dans le dispositif selon l'invention, la propriété fondamen tale de pouvoir se déplacer le long de la partie tronc nique du tube d'amenée de fluide, sous l'action conjuguée des pulsations de pression et des forces de contact exercées sur l'alésage de la barre à mine, tant sur la lèvre de dont que sur la douille. Cette propriété per met d'assurer automatiquement - l'expansion de la douille jusqu'au contact avec l'alésa ge,ce qui la transforme en une douille anti-extrusion pour le joint; - le rétreint de la douille lorsqu'elle n'est plus soumi se qu'aux forces de contact avec l'alésage, ce qui lui permet de s'en soustraire et de ne pas être arrachée de l'extrémité du tube d'amenée. En ce qui concerne la fonction " anti-extrusion",on notera que si les bagues anti-extrusion sont des éléments contituties connus dans certains dispositifs d'étanchéi té, elles ne présentent cependant pas habituellement la caractéristique de ne remplir leur rôle que sous l'action des pulsations de pression du fluide à étancher, après modifications de leurs dimensions initiales. Par ailleurs, l'augmentation automatique du diamètre de la douille permet de réaliser l'ensemble des éléments constitutifs du dispositif d'étanchéité selon l'invention avec des tolérances de fabrication larges, tant pour l'alésage de la barre à mine que pour l'extrémité tron conique du tube d'amenée, les deux pièces spéciales douil le et joint pouvant, quant à elles, être obtenues à peu de frais par injection ou moulage. Ainsi ltensemble des pièces composant ce dispositif d'étanchéité est de fabri cation très économique. Le contact douille-alésage n'interrompt pas la progression de la douille le long de la partie tronconique. Cette progression ne pourra être limitée que par la pré sénce d'une butée.Dans ce but, selon une forme cle réalisation simple, le tube d'amenée de fluide a son extrémité tronconique délimitée par un épaulement formant butée pour la face terminale arrière de la douille,afin de limiter la déformation visco-élastique de celle-ci. En variante, il peut être prévu que le tube d'amenée de fluide a sa face d'extrémité cooperant avec un épaulement interne du passage central de la douille,de manière à constituer une butée limitant la déformation visco-élastique de ladite douille. La mise en place initiale du dispositif d'étanchéité sur le tube d'amenée doit être effectuée avec précision, afin que la poussée manuelle du dispositif sur l'extrémité tronconique du tube ne fasse pas gonfler exagérément la douille et que le léger jeu initial de la douille dans l'alésage soit effectivement obtenu. A cet effet, la douille en matériau visco-élastique peut être conçue de telle manière que la coïncidence de sa face terminale avant avec la face d'extrémité du tube d'amenée détermine le gonflement initial de ladite douille amenant son diamètre à une valeur proche, mais légèrement inférieure au diamètre de l'alésage de la barre à mine.Selon une autre possibilimité, l'extrpmité tronconique du tube d'amenée comporte une marque circulaire dont la colncidence avec la face terminale arrière de la douille en matériau visco-élastique détermine le gonflement initial de ladite douille amenant son diamètre à une valeur proche,mais légèrement inférieure au diamètre de l'alésage de la barre à mine. Le matériau visco-élastique dans lequel est réalisée la douille, devant permettre le fluage tout en conservant une élasticité résiduelle, est par exemple dutpep. lyacétal.li'élastomère utilisé pour le joint d'étanchéité, choisi pour optimiser la résistance à l'usure et à l'abrasion (le fluide d'injection véhiculant souvent des particules abrasives), peut être notamment du type poly ur~thane. Le dispositif d'étanchéité Objet de l'invention présente, en résumé, les avantages suivants -Excellent blocage de la douille sur la partie tronconique du tube d'amenée de fluide, grâce à l'élasticité résiduelle du matériau constituant la douille. -Guidage parfaitement centré du tube d'amenée dans l'alésage de la barre à mine, grâce à la douille formant palier. -Aucun risque de cisaillement de matière pour le joint travaillant en compression hydrostatique dans sa masse. -Pas de risque d'extrusion du joint, le jeu entre la douille et l'alésage de la barre à mine étant réduit à zéro. -Joint réalisable séparément en un élastomère résistant à l'usure et à l'abrasion, permettant les étanchéités pour fluides chargés. tolérances larges pour l'exécution de l'alésage dans la barre à mine et de l'extrémité tronconique du tube d'injection, indispensable pour l'obtention d'un dispositif d'étanchéité économique. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de ce dispositif d'étanchéité pour circuit d'injection de fluide,sur un marteau-perforateur Figure 1 est une vue générale en coupe axiale mon trant les différentes parties du dispositif d'étanchéité selon l'invention, séparées les unes des autres,dans une première forme d'exécution; Figure 2 est une vue en coupe axiale montrant, à plus grande échelle, le dispositif d'étanchéité avant mise en place sur le tube d'injection et introduction dans la barre à mine; Figure 3 est une vue en coupe axiale montrant le dispositif d'étanchéité mis en place sur le tube d'injection et introduit dans la barre à mine;; Figure 4 est une vue en coupe axiale montrant le dispositif d'étanchéité arrêté en position de remontée maximale sur le tube d'injection; Figure 5 est une vue en coupe axiale, illustrant une variante d'exécution de ce dispositif d'étanchéité. Le marteau-perforateur représenté très partiellement sur le dessin comprend un piston-frappeur 1 percé suivant son axe d'un canal 2 de diamètre suffisant pour laisser passer un tube 3 solidaire du corps du marteau, et qui permet l'amenée d'eau . Le tube 3 est terminé, à son ex trémité avant,par une partie tronconique 4, exécutée par un procédé usuel tel qu'usinage ou rétreinte,dont l'angle d'ouverture est désigné par cX. L'extrémité arrière de la barre à mine 5 qui pénètre dans le marteau,et sur laquelle s'exercent les impacts, est généralement forée selon son axe. Le canal 6 réalisé dans la barre à mine 5 est alésé à un diamètre précis D, sur une certaine longueur li, et il présente sur cette longueur un état de surface répondant aux critères habituellement retenus pour constituer une surface apte à admettre les frottements d'une garniture d'étanchéité. L'entrée 7 du canal 6 est évasée sous forme d'un tronc de cône par exemple,suivant une disposition connue en soi. Le dispositif d'étanchéité proprement dit comprend une douille 8 comportant un passage central tronconique 9, dont l'angle d'ouverture OC correspond à l'angle du cône 4, exécuté en extrémité du tube 3 comme indiqué plus haut. La douille 8 possède une gorge annulaire extérieure 10 de section quelconque, par exemple demi-ronde ou rectangulaire, adaptée pour recevoir un joint d'étanchéité annulaire 11. La douille 8 est réalisée en un matériau visco-élasti que,t,el que du type polyacétal . Quant au joint d'étanchéité 11, il est fabriqué en élastomère, du type polyuréthane par exemple. Le dispositif d'étanchéité, constitué par l'assembla- ge de la douille 8 et du joint 11, est placé par simple poussée manuelle sur l'extrémité tronconique 4 du tube 3 (voir figure 2). La douille 8 est alors soumise à une déformation purement élastique qui assure son maintien sur le tube 3; de plus, le diamètre initial (à lçétat libre) de la douille 8 aura été choisi de manière à ce que la douille montée à la main ait un diamètre extérieur inférieur ou égal au plus petit diamètre d'alésage D existant sur la barre à mine 5, dompte tenu des tolérances de fabrication de l'alésage 6. De ce fait, l'ensemble constitué par le tube 3 équipé du dispositif d'étanchéité peut facilement être monté dans l'alésage 6 de la barre à mine 5. Le joint 11, qui présente déjà avant montage un diamètre extérieur supérieur au diamètre D,réalise après montage dans l'alésage 6 une étanchéité efficace ( voir figure 3). lie dispositif d'étanchéité étant ainsi mis en place,le travail de perforation peut s'effectuer sans modification importante de la position de la douille 8 sur le tube 3, ceci dans certaines conditions et en particulier si le terrain foré est tendre et absorbe bien les impacts fournis par le marteau -perforateur. Cependant, dans le cas contraire, le fluide d'injection peut être le siège de pulsations de pression très importantes, s'appliquant sur le joint Il et la face ter minale avant 12 de la douille 8. La douille en matériau visco-élastique glisse alors sur la partie tronconique 4, ce qui, par augmentation de son diamètre extérieur, l'amène en contact avec l'alésage 6 de la barre à mine 5. La douille 8 tient alors lieu de bague anti-extrusion pour le joint 11, avec un jeu rigoureusement nul entre ladite douille 8 et l'alésage 6. 't'entrée en contact de la douille 8 avec l'alésage 6 n'interrompt pas la progression de la douille le long de la partie tronconique 4. Cette progression est seulement limitée par la présence d'une butée 13, constituée par un épaulement usiné sur le tube 3 et séparant la partie tronconique 4 du restant de ce tube. Comme le montre la figure 4, la butée 13 coopère avec la face terminale arrière 14 de la douille 8, pour arrêter cette dernière en position de remontée maximale sur le tube 3. Ce glissement de la douille 8 le long de la partie tronconique 4 ne peut, de toute évidence, se traduire par une augmentation du diamètre extérieur de la douille;en fait, le matériau visco-élastique dont est constituée la douille 8 permet le fluage, afin de compenser la diminution d'épaisseur par un allongement corrélatif de cette douille. Lorsque la douille 8 est en appui contre la butée 13, elle est maintenue en position sur la partie tronconique 9 grâce à la déformation élastique résiduelle subsistant dans le matériau après déformation visco-élastique. Dans certaines conditions particulières, la barre à mine 5 peut être le siège d'impacts répétés et de vibrations très importantes sans que le fluide d'injection n'exerce sa pression sur la face avant 12 de la douille 8. Le dispositif d'étanchéité se trouve alors entraîné dans la direction de l'extrémité avant 15 du tube 3, et par la déformation élastique rémanente,il diminue de diamètre jusqu a ce que la douille 8 soit ajustée libre dans l'alésage 6. Ce déplacement n'est que de quelques dizièmes de millimètre et il est réversible dès qu'apparaissent à nouveau les pulsations de pression par injection du fluide dans l'alésage 6. Le dispositif d'étanchéité précédemment décrit peut être, en outre, étudié de manière à fournir, sans aucun élément supplémentaire, une position de référence précise pour le montage, afin que la poussée manuelle ne fasse pas gonfler exagérément la douille 8, ce qui pourrait rendre son introduction dans la barre à mine 5 quasiment impossible. A cet effet, il suffit de prévoir qu'en faisant coïncider la face terminale avant 12 de la douille 8 avec la face d'extrémité avant 15 du tube3,la douille 8 subit un gonflement déterminé amenant son diamètre extérieur à une valeur proche, mais inférieure au diamè tre D minimal de l'alésage 6 de la barre à mine.Avantageusement, cette déformation est exécutée dans la zone d'allongement élastique du matériau constituant la douille 8. Selon une autre caractéristique de la douille 8, celle-ci comporte à l'avant et extérieurement une partie tronconique 16 qui permet, d'une part, une mise en place aisée du joint 11 et, d'autre part, évite l'exécution d'une entrée évasée 7 trop importante sur la barre à mine 5, la partie tronconique 16 et l'entrée évasée 7 coopérant pour réaliser le centrale relatif des pièces lors du montage. Une variante d'exécution du dispositif d'étanchéité selon l'invention est représentée sur la figure 5.La butée limitant la déformation visco-élastique de la douille 8 est ici constituée par la face d'extrémité 15 du tube d'injection 3,coopérant avec un épaulement interne 17 spécialement formé à cet effet sur la douille 8, à l'extrémité avant du passage central tronconique 9 (qui se prolonge, entre l'épaulement 17 et la face terminale avant 12 de la douille,par un passage 18 DanS cette variante d'exécution, la référence per- mettant de limiter la poussée manuelle pour mise en place initiale de la douille 8 sur le tube 3, est constituée par une marque circulaire 19 , exécutée sur la partie tronconique 4 du tube 3; il suffit de faire coïncider la face terminale arrière 14 de la douille avec cette marque 19 avant d'emmancher le dispositif d'étanchéité dans l'alésage 6 de la barre à mine 5. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif d'étanchéité pour circuit d'injection de fluide qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples;elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application. C'est ainsi notamment,que les formes de détail et les matériaux constitutifs de la douille 8 et du joint Il peuvent être modifiés,et remplacés par tous moyens équivalendk -REVENDICÂTIONs 1.- Dispositif d'étanchéité pour circuit d'injection de fluide, sur un marteau-perforateur, prévu sur le circuit d'injection entre le tube d'amenée de fluide et la barre à mine, le tube comportait une extrémité tronconique coopérant avec un passage central également tronconique du dispositif d'étanchéité qui possède en outre, extérieurement, une lèpre de joint dont le diamètre avant montage est supérieur au diamètre de l'alésage de la barre à mine, caractérisé en ce qu'il se compose,d'une part, d'une douille (8-) en matériau visco-élastique, comportant le passage central précité (9), et d'autre part, d'un joint d'étanchéité annulaire (11) en élastomère, constitué par une pièce distincte montée dans une gorge annulaire extérieure (10) de la douille (8) en matériau visco-élastique, celle-ci s'ajustant avec un léger jeu initial dans l'alésage (6) de la barre à mine (5), après montage sur l'extrémité tronconique (4) du tube d'amenée (3), et subissant une déformation viscoélastique l'amenant en contact avec l'alésage(6) de la barre à mine (5), sous l'action des forces de frottement et des forces développées par le fluide d'injection. 2.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube d'amenée de fluide (3) a son extrémité tronconique (4) délimitée par un épaulement formant butée(13) pour la face terminale arrière (14) de la douille (8),afin de limiter la déformation visco-élastique de celle-ci. 3.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1,caractérisé en ce que le tube d'amenée de fluide (3) a sa face d'extrémité (15) coopérant avec un épaulement interne (17) du passage central (9,18) de la douille(8), de manière à constituer une butée limitant la déformation visco-élastique de ladite douille(8). 4.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la douille (8) en matériau visco-élastique est conçue de telle manière que la coìncidence de sa face terminale avant (12) avec la fa ce d'extrémité (15) du tube d'amenée (3) détermine le gonflement initial de ladite douille (8) amenant son diamètre à une valeur proche, mais légèrement inférieure au diamètre (D) de l'alésage (6) de la barre à mine(5). 5.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que l'extrémité tronconique (4) du tube d'amenée (3) comporte une marque circulaire (19), dont la coincidence avec la face terminale arrière (14) de la douille (8) en matériau visco-élastique détermine le gonflement initial de ladite douille (8) amenant son diamètre à une valeur proche, mais légèrement inférieure au diamètre ( D) de l'alésage (6) de la barre à mine (5). 6.- Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et dans lequel l'alésage (6) de la barre à mine (5) a son entrée (7) évasée sous forme de tronc de cône par exemple, de manière connue en soi,caractérisé en ce que la douille (8) en matériau visco-élastique comporte à lavant et extérieurement une partie tronconique (16), coopérant avec l'entrée évasée (7) de la barre à mine (5). 7.- Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6caractérisé en ce que le matériau visco-élastique,dans lequel est réalisée la douille (8) , est du type polyacétal. 8.- Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élastomère,avec lequel est fabriqué le joint d'étanchéité (11), est du type polyuréthane