Brevet FR2610669A1 — publié le 19880812

i La présente invention concerne les exploitations minières dans lesquelles on utilise des jets de liquide et a notamment pour objet des monitors hydrauliques à deux canons à action impulsionnelle. L'invention peut être utilisée dans l'industrie minière et dans la construction d'ouvrages hydrotechniques pour détruire des roches par des jets puisatoires d'eau sans élever la pression de l'impulsion,ainsi qu'en énergé- tique,pour le nettoyage des éléments thermoénergétiques des chaudières de centrales électriques. On connaît un monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle (voir certificat d'auteur de l'URSS no 962611, 1982) comportant un corps, fermé aux faces en bout opposées par des couvercles, et ayant des sièges formant, à l'intérieur de celui-ci, des première, deuxième, et troisième enceintes, la première desdites enceintes étant formée entre les sièges et les parois du corps, tandis que les deuxième et troisième enceintes se trouvent entre les parois du corps, les sièges et les couvercles du corps, des pistons, montés coaxilament au corps dans les deuxième et troisième enceintes respectivement de manière qu'ils forment des première, deuxième, troisième et quatrième chambres et accouplés entre eux par une tige avec possibilité de se déplacer axialement, des premier et second canons, pourvus d'ajutages, et des première, deuxième et troisième articulations, dont les deux premières sont montées sur le corps et raccordées aux deuxième et troisième chambres et aux premier et second canons respectivement, des premier et second tubes, mettant en communication les première et quatrième chambres avec les premier et second canons avec ajutages, une conduite munie d'une vanne reliant la première chambre à l'atmosphère, une conduite d'amenée reliée au corps et mise en communication, à travers la troisième articulation, avec la première enceinte. La troisième articulation est montée sur un cadre et est constituée d'une cage et d'un montant. Une chambre annulaire est formée alors dans la cage et des ouvertures sont prévues dans le montant. Le montant se transforme en corps. Les première et deuxième articulations possèdent des chambres. Certaines de ces chambres sont reliées aux canons pourvus d'ajutages et aux deuxième et troisième chambres à travers les ouvertures tandis que les autres sont mises en communication, à travers les orifices, non seulement avec les première et quatrième chambres, mais aussi avec les premier et second canons pourvus d'ajutages, respectivement, à travers les premier et second tubes. La résistance hydraulique des tubes est sensiblement supérieure à celle des ajutages. Les première et quatrième chambres sont séparées des chambres à air par des diaphragmes, dont la course est limitée par des grilles. Le fonctionnement du dispositif est fondé sur la transformation du courant stationnaire d'eau en courant pulsatoire s'écoulant alternativement des canons, sans élévation de la pression de l'impulsion. Dans le monitor hydraulique connu à deux canons à action impulsionnelle, les couvercles sont réalisés sous forme des chambres à air,alors que les surfaces des sections transversales des pistons de l'interrupteur de courant sont égales l'une à l'autre. De ce fait, le déplacement des pistons d'une position à l'autre est ralenti par suite de la variation progressive de la pression dans les chambres, formées par les pistons, les chambres à air et les parois du corps, ce qui conduit à la diminution de la fréquence de pulsations de la pression de liquide dans les canons et à une baisse du rendement de l'abattage hvdraulioue. En outre. la présence des chambres à air impose de faire appel à une adaptation précise de leurs paramètres, autrement, lors du déplacement ralenti des pistons, les pressions dans les chambres formées par les 26 1 0669 pistons, les chambres à air et les parois du corps pourraient s'équilibrer, ce qui aboutit, lorsque les surfaces des pistons sont égales, à l'égalisation des efforts agissant sur eux. En conséquence, l'interrupteur de courant prend sa position intermédiaire et le liquide s'écoule des deux canons munis d'ajutages, c'est-à-dire, que le dispositif est mis hors du régime d'auto-oscillations. On s'est donc proposé de mettre au point un monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle réalisé selon une construction dans laquelle la géométrie des pistons, le maintien de la pression constante de liquide dans une chambre, formée entre un piston, un couvercle et les parois du corps, et la variation discrète de la pression de liquide dans l'autre chambre, formée par l'autre piston, l'autre couvercle et les parois du corps, permettraient d'obtenir la répartition des efforts sur les pistons, accouplés par la tige,assurant l'augmentation de la vitesse de déplacement desdits pistons avec la tige et, par conséquent, l'augmentation de la fréquence des pulsa- tions de la pression de liquide dans les canons munis d'ajutages, et d'augmenter, par cela même, l'efficacité de l'abattage hydraulique. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un monitor à deux canons à action impulsionnelle comportant un corps, fermé à ses faces opposées par des couvercles et ayant des sièges formant, à l'intérieur du corps, trois enceintes, dont la première est formée par les sièges et les parois du corps et chacune de deux autres se trouve entre l'un des sièges, les parois du corps et le couvercle correspondant du corps, une tige, des premier et second pistons, montés dans les deuxième et troisième enceintes, respectivement, de manière à former des première, deuxième, troisième et quatrième chambres et accouplés l'un à l'autre par une tige avec possibilité de se déplacer axialement, des premier et second canons pourvus d'ajutages, reliés au corps et raccordés aux deuxième et troisième chambres, respectivement, un tube raccordé par un bout à la première chambre, reliée à travers une vanne à l'atmosphère et par le deuxième bout, au second canon avec ajutage, une conduite d'amenée, reliée au corps et mise en communication avec la première enceinte, caractérisé, selon l'invention, en ce que la quatrième chambre est mise en communication avec la première enceinte, en ce que la surface de la section transversale du piston, monté dans la deuxième enceinte, est de K fois supérieure à la surface de la section transversale du piston, monté dans la troisième enceinte, o K est choisi dans les limites de 1,2 à 1,5, et en ce que les couvercles sont rigides. Il est avantageux que la quatrième chambre soit reliée à la première enceinte à travers un tube complémentaire. Ce mode de réalisation du monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle faisant l'objet de l'invention assure l'augmentation de la fréquence de pulsations de la pression dans les canons, ce qui augmente l'efficacité de l'abattage hydraulique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation avec références à un dessin unique non limitatif annexé dans lequel est représentée une vue d'ensemble d'un monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle en coupe longitudinale, selon l'invention. Le monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle faisant l'objet de l'invention comporte un corps 1 avec des sièges 2, 3, formant, à l'intérieur du corps 1, des enceintes 4,5,6, dont l'enceinte 4 est limitée par les sièges 2,3 tandis que les enceintes 5 et 6 se trouvent entre les sièges 3 et 2, des couvercles 7,8 montés sur les faces en bout et les parois du corps 1, respectivement, des pistons 9, 10 montés dans les enceintes , 6, respectivement, de manière à former des chambres 11, 12, 13, 14 et accouplés l'un à l'autre par une'tige 15 avec possibilité de se déplacer axialement, des canons 16, 17 pourvus d'ajutages et des articulations 18, 19 et 20. Les articulations 18 et 19 sont montées sur le corps 1 et sont reliées aux chambres 12, 13 et aux canons 16, 17 pourvus d'ajutages, respectivement. Les couvercles 7, 8 sont rigides. Le monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle comprend aussi des tubes 21, 22, le tube 21 étant raccordé à la chambre 14 et au canon 17, pourvu d'un ajutage, tandis que la chambre 11 est reliée à l'enceinte 4 (dans la variante en question, elle est reliée à travers le tube 22. Il est également possible d'appliquer d'autres variantes du raccordement de la chambre 11 avec l'enceinte 4, par exemple, à l'aide d'un canal pratiqué dans le corps 1). Il comprend également une conduite 23 avec une vanne 23' reliant la chambre 14 à l'atmosphère, une conduite d'amenée 24, mise en communication,à travers une articulation 20,avec l'enceinte 4. La surface de la section transversale du piston 9, monté dans l'enceinte 5, est de K fois supérieure à la surface de la section trans- versale du piston 10, monté dans l'enceinte 6, o K est choisi dans les limites entre 1,2 et 1,5. L'articulation 20 est montée sur un cadre 25 et est constituée d'une cage 26 et d'un montant 27. Une chambre annulaire 28 est pratiquée dans la cage 26 et des ouvertures 29 sont prévues dans le montant 27. Le montant 27 est raccordé au corps 1. Les articulations 18 et 19 comportent des chambres 30, 31, mises en communication,à travers des ouvertures 32 et 33, avec les canons 16, 17 respectivement, pourvus d'ajutages. Un orifice 34 est pratiqué dans le corps 1 entre la chambre 14 et la conduite 23 munie d'une vanne 23'. Le monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle fonctionne de la manière suivante. Quand la vanne 23' est ouverteles pistons 9 et 14 et la tige 15 se trouvent à la position extrême. A ce moment, l'arrivée d'eau vers le canon 16, pourvu d'un ajutage, est fermée et l'arrivée d'eau vers le canon 17 avec ajutage est ouverte. Ceci est assuré grâce à la présence de l'effort agissant sur le piston 10 du côté de la chambre 11, reliée à l'aide du tube 22 à l'enceinte 4 du corps 1 du monitor hydraulique à deux canons à action impuisionnelle. L'eau arrivée de la conduite d'amenée 24, passe à travers la chambre annulaire 28, la cage 26 de l'articulation 20, l'ouverture 29 du montant 27, le montant 27, remplit l'en- ceinte 4 du corps 1 et, ensuite, en s'écoulant à travers la fente entre le siège 3 et le piston 9, parvient dans la chambre 13, les ouvertures 33, la chambre 31 de l'articulation 19, le canon 17, portant un ajutage, et se dirige, à travers l'ajutage, vers l'atmosphère, vers un objet à détruire. En outre, l'eau s'écoulant du canon 17 passe à travers le tube 21, remplit la chambre 14 et s'échappe à l'atmosphère à travers l'orifice 34 et la vanne 23', vers l'atmosphère. La pression dans cette chambre 14 est voisine de la pression atmosphérique. A ce même moment, l'eau coule suivant le tube 22 vers la chambre 11,depuis l'enceinte 4 et se trouve amenée sous pression au monitor hydraulique à deux canon à action impulsionnelle. Il s'ensuit qu'on maintient, dans cette chambre, une pression constante égale à la pression de liquide. Pour mettre le monitor hydraulique à deux canons à action impuisionnelle en régime d'auto-oscillations, il faut fermer la vanne 23. La vanne est commandée à partir d'un pupitre de commande (non montré sur la figure). Au bout d'un certain temps, la pression dans la chambre 14 devient égale à la pression dans le canon 17 portant un ajutage. Du fait que la surface de la section transversale du piston 9 est de K fois supérieure à celle de-la section transversale du piston 10, un effort est alors engendré du côté du piston 9 qui est dé K fois supérieur à celui qui agit du côté du piston 10. En conséquence, un effort résultant est alors engendré et fait se déplacer les pistons 9 et 10,conjointement avec la tige 15,à la position extrême jusqu'à ce que le piston 9 bute contre le siège 3. Le courant d'eau, arrivé vers le canon 17 avec ajutage, se trouve coupé et l'arrivée d'eau vers le canon 16 avec ajutage 'ouvre. Depuis l'enceinte 4, l'eau ne se dirige pas, alors, vers le canon 17 mais elle s'écoule vers le canon 16 avec ajutage en circulant, à ce moment, à travers la fente entre le siège 2 et le piston 10, la chambre 12, les ouvertures 32, la chambre 30 de l'articulation 18, le canon 16, muni d'un ajutage,pour s'échapper à travers l'ajutage du canon 16 vers l'atmosphère, vers un objet à détruire. En même temps, la pression de l'eau dans le canon 17 avec ajutage décroit jusqu'à la pression atmosphérique et une onde de cette pression se dirige, suivant le tube 21, vers la chambre 14. Au moment o l'onde a passé par la chambre 14, il se produit une nouvelle répartition des efforts due tant à la différence des surfaces des pistons 9 et 10 qu'aux pressions dont la résultante déplace les pistons 9 et 10 conjointement avec la tige 15, du siège 3 vers le siège 2. L'arrivée d'eau vers le canon 16 avec ajutage est fermée et la voie d'eau vers le canon 17 portant l'ajutage s'ouvre. C'est ainsi qu'on assure la variation discrète de la pression dans la chambre 14. A la coupure du courant d'eau vers le canon 17, la pression dans la chambre 14 est égale à la pression atmosphérique, lorsque l'arrivée de l'eau vers le canon 17 est ouverte, la pression dans la chambre 14 est égale à la pression amenée. Les pro- cessus se déroulant dans les canons 16 et 17-pourvus d'ajutages s'alter- nent et, ensuite, se déroulent d'une manière analogue au cas précédemment décrit. Il s'ensuit que l'eau s'écoule des canons vers un objet à détruire, alternativement. En conséquence, le courant stationnaire d'eau se transforme en courant pulsatoire sans augmentation de la pression dans l'impulsion à une fréquence de pulsations comprise entre 20 et 25 Hz. Ainsi, en reliant la chambre 11 à l'enceinte 4 par le tube 22, en choisissant la section du piston 9 supérieure de K fois à la section transversale du piston 10 et en réalisant des couvercles 7, 8 rigides, on assure une répartition des efforts sur les pistons 9 et 10 avec la tige 15 qui élève la vitesse de déplacement des pistons 9 et 10 conjointement avec la tige 15 de 5,0 m/s à 6,0 m/s. Ceci augmente en définitive la fréquence de pulsations de la pression d'eau dans les canons 16, 17 d'une valeur comprise entre 10 et 12,5 Hz à une valeur comprise entre et 25 Hz. De plus, il convient de prendre en considé- ration que le monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle est un système dynamique compliqué, dont les éléments sont décrits par des équations différentielles du deuxième ordre en dérivées partielles (canons, tubes, conduite d'amenée) et par des équations différentielles du deuxième ordre (équation du mouvement des pistons avec la tige), c'est pourquoi le coefficient K est déterminé par voie expérimentale et se trouve dans les limites entre 1,2 et 1,5. Si le coefficient K est inférieur à 1,2 fois, le monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle n'entre pas en régime d'auto-oscillations. L'eau s'écoule du canon 17 portant l'ajutage. La fermeture de la vanne 23' n'exerce sur le monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle aucune influence, et l'eau s'écoule d'une manière stationnaire à travers le canon 17 pourvu d'un ajutage. Cela est dû à ce que l'effort appliqué du côté du piston 9 est inférieur à celui agissant du côté du piston 10, c'est pourquoi le piston 10 se trouve toujours près du siège 2. Dans le cas o le coefficient K est compris entre 1,2 et 1,5, le monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle entre facilement en régime d'auto-oscillations. Il est commandé par la vanne 23' et assure la fréquence de pulsations de la pression de l'eau dans les canons 16 et 17 jusqu'à 20 à 25 Hz. La fréquence est de deux fois supérieure à celle du dispositif de l'antériorité la plus proche. Si le coefficient K dépasse la valeur de 1,5, le monitor à deux canons à action impulsionnelle n'entre pas en régime d'auto-oscillations et ses pistons 9 et 10,avec la tige, se trouvent à une position moyenne à la fermeture de la vanne 23', c'est-à-dire que l'eau débouche des deux canons 16 et 17 pourvus d'ajutages vers l'atmosphère du fait que les efforts, agissant des côtés des pistons 9 et 10, sont, dans ce.cas, équilibrés. L'invention assure l'augmentation de l'efficacité de la destruction des roches grâce à l'augmentation de la fréquence des pulsations de la pression de l'eau dans l'impulsion de deux fois. - REVENDICATIONS - 1. Monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle comportant un corps, fermé, à ses faces opposées, par des couvercles et ayant des sièges formant, à l'intérieur dudit corps, des enceintes, dont la première se trouve entre les sièges et les parois du corps et les deux autres se trouvent entre les sièges, les couvercles et les parois du corps, respectivement, une tige, des pistons montés coaxialement au corps dans les dernières enceintes de manière à former des chambres et reliées entre elles par une tige avec possibilité de se déplacer axialement, des canons pourvus d'ajutages, reliés au corps et mis en communication avec les chambres respecti- vement, un tube raccordé par un bout à la dernière chambre reliée à travers une vanne à l'atmosphère, et par l'autre bout, à un canon pourvu d'un ajutage, une conduite d'amenée, reliée au corps et mise en communication avec la première enceinte, caractérisé en ce que la première chambre (11) est mise en communication avec la première enceinte (4), en ce que la surface de la section transver- sale du premier piston (9), monté dans la deuxième enceinte (5), est de K fois supérieure à celle de la section transversale du second piston (10), monté dans la troi- sième enceinte (6),o le coefficient K est choisi dans les limites de 1,2 à 1,5 et en ce que les couvercles sont rigides. 2. Monitor hydraulique à deux canons à action impulsionnelle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un tube (22) complémentaire par lequel la chambre (11) est mise en communication avec l'enceinte (4).