Brevet FR2610037A1 — publié le 19880729

La présente invention concerne le génie minier, le matériel hydraulique à action impulsionnelle et a notamment pour objet des éjecteurs hydrauliques 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 pulsatoires sous une pression élevée et peut être également utilisée en énergétique pour nettoyer des éléments thermoénergétiques de groupes de chaudières de centrales électriques. On connaît un éjecteur hydraulique à action impulsionnelle (voir certificat d'auteur U.R.S.S. nO 594 322, rendu public dans le bulletin "Découvertes, inventions, modèles d'utilité, marques de fabrique", nO 7, 1978, Ukrainsky nauchno-issledovatelsky i proektnokonstruktorsky institut podzemnoi gidravlicheskoi dobychi uglya) comportant un accumulateur hydropneumatique monté sur une conduite d'amenée et relié par une conduite à un générateur d'oscillations ayant un corps abritant un piston creux qui forme, dans celui-ci, des chambres de fermeture et d'ouverture d'évacuation ainsi que des chambres de basse et de haute pression et un mécanisme servant à commander le déplacement du piston creux, exécuté sous forme d'une cloche à air partagée, par un diaphragme, en deux cavités.L'une des cavités est remplie de gaz comprimé tandis que l'autre relie la chambre de haute pression, a travers une vanne d'étranglement de résistance variable,à la chambre d'ouverture d'évacuation et, à travers une vanne, à l'atmosphère. La chambre de basse pression est mise en communication avec un ajutage d'évacuation et la chambre de haute pression est reliée à un ajutage de travail et à la conduite mettant l'accumulateur hydropneumatique en communication avec le générateur d'oscillations. Le fonctionnement de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle est fondé sur l'accélération d'un liquide dans la conduite entre l'accumulateur hydropneumatique et le générateur d'oscillations, à travers l'ajutage d'évacuation, et sur le freinage ultérieur du courant de liquide en amont de son ajutage de travail. Ce dispositif est caractérisé par une capacité de destruction insuffisamment élevée du jet de liquide due à ce que la valeur de la puissance du jet est limitée. On connait également un éjecteur hydraulique à action impulsionnelle (voir certificat d'auteur U.R.S.S. nO 1116161 publié dans le bulletin "Découvertes, inventions, modèles d'utilité, marques de fabrique" n 36, 1984, Gosudarstvenny Sojuzny zavod po mekhanicheskoi i khimicheskoi ochistke kotloagregatov "Kotloochistka") comportant un accumulateur hydropneumatique mis en communication avec une tubulure d'entrée du générateur d'oscillations qui possède un corps renfermant un piston principal formant, dans celui-ci, une cavité, en aval du siège et une cavité, côté piston, reliée à une source de pression constante et un second accumulateur hydropneumatique avec un diaphragme, et dans la cavité au-dessous de ce diaphragme est disposé un piston ayant une tige et venant coopérer avec le piston principal en formant une cavité, côté tige, séparée de la cavité, côté piston, par une cloison et mise en communication avec l'atmosphère alors que la cavité au-dessous du diaphragme est reliée par un tube de dérivation, pourvu d'une vanne d'étranglement, à une tubulure de sortie et à un ajutage. Le fonctionnement du dispositif est fondé sur l'accumulation de l'énergie, par l'accumulateur hydropneumatique, de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle, jusqu'à une valeur prédéterminée, suivie de la projection ultérieure du liquide à travers l'ajutage sous forme d'un jet pulsatoire ayant une haute pression et un débit maximal. Ce dispositif est caractérisé par la capacité de destruction insuffisamment élevée du jet de liquide résultant du ralentissement de la formation du flanc avant de l'impulsion de haute pression. De ce fait, on n'obtient pas l'application brusque de la charge au front d'abattage et au lieu de cela, il se produit une application progressive de celle-ci. Cet inconvénient est dû à ce que, par suite des rapports déterminés des parametres de la construction du siège et de l'ajutage, et du siège et du piston principal, il peut se former un état que la force supplémentaire agissant sur le piston principal ne pourra compenser, à cause de l'action de la pression dans la cavité en aval du siège sur une partie de la section du piston principal, et des forces de frottement engendrées à ce moment.Le piston principal reculera lentement du siège, ce qui aboutit au ralentissement de la formation du flanc avant de l'impulsion de haute pression en amont de l'ajutage, c'est-à-dire, à une lente augmentation de la pression et, par conséquent, à une baisse de l'efficacité de l'abattage hydraulique. En outre, il n'est pas impossible que le piston principal prenne une certaine position intermédiaire et puisse y rester constamment. Dans ce cas, l'écoulement du liquide à travers le siège et l'ajutage sera constant et la charge de l'accumulateur hydropneumatique sera nulle. Ceci baisse la capacité de fonctionnement de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle. On s'est donc proposé de mettre au point un éjecteur hydraulique à action impulsionnelle qui permettrait de former un flanc avant raide d'impulsion hydraulique pour la destruction des roches, avec un taux suffisant d'efficacité de l'abattage hydraulique, grâce au perfectionnement du générateur d'oscillations. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un éjecteur hydraulique à action impulsionnelle comportant un accumulateur hydropneumatique, relié à une tubulure d'entrée d'un générateur d'oscillations ayant un corps abritant un piston principal y formant une cavité en aval du siège et une cavité, côté piston, en communication avec une source de pression constante et un second accumulateur hydropneumatique, muni d'un diaphragme, au-dessous duquel est disposé, dans une cavité, un piston, ayant une tige coopérant avec le piston principal et formant une cavité, côté tige, séparée de la cavité, côté piston, du corps du générateur d'oscillations par une cloison et reliée à l'atmosphère tandis que la cavité au-dessous du diaphragme est raccordée par un tube de dérivation, pourvu d'une vanne d'étranglement, à la tubulure de sortie, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'un fourreau est monté dans la cavité en aval du siège du corps du générateur d'oscillations, qui abrite le piston principal du générateur d'oscillations, lequel piston est monté mobile, et forme, dans le corps, une cavité reliée à la tubulure de sortie. Il est également avantageux que, dans l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle selon l'invention, le fourreau soit muni d'un limiteur de course du piston principal. Il est aussi avantageux que, dans l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle conforme à l'invention, un limiteur de course du fourreau soit monté, dans la cavité, côté piston, du corps du générateur d'oscillations. Il s'ensuite que, dans le dispositif revendiqué, le fourreau coopérant avec le siège fait fonction d'élément de fermeture complémentaire permettant de séparer plus surement la tubulure d'entrée du générateur d'oscillations et la cavité en aval du siège pendant le chargement de l'accumulateur hydropneumatique. En outre, le fourreau partage la cavité en aval du siège en deux cavités, l'une d'entre elles étant la cavité intérieure se trouvant, lors de la séparation du piston principal et du siège, sous une pression égale à la pression régnant dans la tubulure d'entrée. On assure ainsi une difference maximale de pression, sur le piston principal, c'est-à-dire, une vitesse maximale de déplacement du piston principal, déterminée par la différence de pression entre la pression de chargement dans la tubulure d'entrée et la pression constante dans la cavité, côté piston.Le liquide ne peut arriver de la tubulure d'entrée dans la cavité reliée à la tubulure de sortie qu'au moment où le piston principal bute contre le limiteur de course du fourreau et le sépare du siège. On assure ainsi une brusque augmentation de la pression dans la tubulure de sortie en amont de l'ajutage, c'est-à-dire la raideur maximale du flanc avant de l'impulsion, augmentant l'efficacité de la destruction des roches en supprimant le "coincement" du piston principal et élevant, par cela même, la fiabilité et la capacité de fonctionnement du dispositif. 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 donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec référence au dessin annexé non limitatif dans lequel - la figure unique montre une vue d'ensemble de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle, en coupe, selon l'invention. L'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle comporte un accumulateur hydropneumatique 1 relié, d'une part, à une conduite d'amenée ou à une pompe (non montrée sur le dessin) et d'autre part, à une tubulure d'entrée 2 du générateur d'oscillations 3. Le générateur d'oscillations 3 comporte un corps 4 dans lequel est logé un piston principal 5 formant une cavité 6 en aval du siège et une cavité 7, côté piston, mise en communication avec une source 8 de pression constante.En plus, l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle comporte un second accumulateur hydropneumatique 9 ayant un diaphragme 10 dans la cavité 11 au-dessous du diaphragme 10 est disposé un piston 12 ayant une tige 13, coopérant avec le piston principal 5 et formant, dans le corps 4, une cavité 14, côté tige, séparée de la cavité 7, coté piston, du piston principal 5, par une cloison 15 et reliée à l'atmosphère à travers des orifices 16. La cavité 11 au-dessous du diaphragme est raccordée par un tube de dérivation 17, muni d'une vanne d'étranglement 18, à une tubulure de sortie 19 et à un ajutage 20. Un fourreau 21 est monté mobile dans la cavité 6, située en aval du siège, du corps 4 du générateur 3 d'oscillations.Le piston principal 5 est monté mobile dans le fourreau 21 alors que celui-ci forme, dans le corps 4, une cavité 22 qui communique avec la tubulure de sortie 19 du générateur d'oscillations 3. Le fourreau 21 possède un limiteur de course 23 du piston principal 5. En outre, un limiteur de course 24 pour le fourreau 21 est monté dans la cavité 7, en aval du siège, alors que le siège 25 est formé par la tubulure d'entrée 2 du côté du piston principal 5 et du fourreau 21. L'accumulateur hydropneumatique 1 comporte un diaphragme 26 qui s'appuie, sous l'action de l'air comprimé, contre la grille 27 tandis que le diaphragme 10 du second accumulateur hydropneumatique 9 s'appuie, lui aussi, sous l'action de l'air comprimé, contre la grille 28. L'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle fonctionne à la manière suivante. A l'arrivée d'un liquide sous pression dans la cavité 7 en aval du piston, depuis la source 8 de pression constante, le piston 12 se déplace conjointement avec la tige 13 dans la cavité 11 au-dessous du diaphragme, dans la direction du second accumulateur hydropneumatique 9 et se dégage de sa coopération avec le piston principal 5. La même pression constante déplace le fourreau 21 et le piston principal 5 vers le siège 25 et les applique contre celui-ci. La fermeture du siège 25 par le fourreau 21 et le piston principal 5 empêche l'eau de s'écouler de la tubulure d'entrée 2 du générateur d'oscillations 3 vers la cavité 6 en aval du siège et la cavité 22 et, ensuite, de celle-ci, vers la tubulure de sortie 19 portant l'ajutage 20. C'est pourquoi toute l'eau, arrivant de la pompe ou de la conduite principale, remplit la cavité de la tubulure d'entrée 2 et l'accumulateur hydropneumatique 1, en faisant s'éloigner le diaphragme 26 de la grille 27, en remplissant l'espace libéré entre eux. La pression de l'air au-dessus du diaphragme 26 et la pression de l'eau se trouvant sous celui-ci s'élèvent constamment. Il se produit un processus de chargement de l'accumulateur hydropneumatique 1. Ce processus continue jusqu'à ce que la pression dans la tubulure d'entrée 2 et l'accumulateur hydropneumatique 1 augmente jusqu'à une valeur telle que la force résultant de son action sur la partie de la surface du piston principal 5 égale à la surface libre du siège 25 devienne supérieure à la force résultant de l'action de la pression constante dans la cavité 7, côté piston, et agissant sur toute la surface du piston principal 5. Dès que la force agissant sur le piston principal 5 du côté de la tubulure d'entrée 2 et de l'accumulateur hydropneumatique 1 est devenue supérieure à la force agissant sur le piston principal 5 du côté de la cavité 7, côté piston, le piston principal 5 s'éloigne du siège 25.A ce moment, la cavité 6 en aval du siège se met en communication avec la tubulure d'entrée 2 et la pression de chargement commence à agir sur toute la surface du piston principal 5. C'est pourquoi la force agissant sur le piston principal 5, du côté de la tubulure d'entrée 2, croît brusquement, en accélérant le déplacement de ce dernier. A la fin de son déplacement, le piston principal 5 coopère avec le limiteur de course 23 du fourreau 21 et sépare le fourreau 21 du siège 25,mettant alors en communication la tubulure d'entrée 2 avec la cavité 6 en aval du siège et avec la cavité 22. La pression de chargement agissant sur la surface du fourreau 21 augmente la vitesse de déplacement du piston principal 5 jusqu'au limiteur de course 24 dans le corps 4. La phase de décharge de l'accumulateur hydropneumatique 1 commence à partir du moment de la séparation du fourreau 21 et du siège 25. Sous forme d'une impulsion, l'eau commence à s'ecouler à travers l'ajutage 20 de la tubulure de sortie 19 vers un objet à détruire. A ce même moment, l'eau, s'écoulant à travers le tube de dérivation 17, mui d'une vanne d'étranglement 18, remplit la cavité 11 au-dessous du diaphragme. La pression dans celle-ci croit alors pratiquement instantanément jusqu'à une valeur égale à la pression de l'air dans l'accumulateur hydropneumatique 9 et, ensuite, l'augmentation de la pression se ralentit et dépend du débit d'eau passant à travers la vanne d'étranglement 18 et de la vitesse de compression de l'air par le diaphragme 10. Etant donné que la surface du piston 12 est de plusieurs fois supérieure à celle de la tige 13 et que la cavité 14, côté tige, est reliée à l'atmosphère, le piston 12 se déplace conjointement avec la tige 13 à la suite de l'apparition de la pression dans la cavité 11 au-dessous du diaphragme, depuis l'accumulateur hydropneumatique 1, jusqu'à ce que la tige 13 vienne coopérer avec le piston principal 5. Pendant le processus de déchargement de l'accumulateur hydropneumatique 1, la pression dans la tubulure d'entrée 2 diminue progressivement et la pression dans la cavité 7, côté piston, reste invariable tandis que la pression dans la cavité 11 au-dessous du diaphragme de l'accumulateur hydropneumatique 9 croît graduellement. En conséquence, il y a un moment où la force agissant sur le piston principal 5 par l'intermédiaire de la tige 13, depuis la cavité 11 au-dessous du diaphragme, devient supérieure à celle agissant sur le piston principal 5 du côté de la cavité 6 en aval du siège et assurant le déplacement du piston principal 5 dans la direction vers le siège 25.Le fourreau 21 reste alors serré contre le limiteur de course 24 du fait que la pression agissant sur sa face en bout du côté de la cavité 6, en aval du siège, est encore supérieure à la pression constante dans la cavité 7, côté piston. Dès que le piston principal 5 s'est appliqué contre le siège 25, la pression dans les cavités 6 et 22 devient voisine de la pression atmosphérique et le fourreau 21 se déplace, lui aussi, sous l'action de la pression constante dans la cavité 7, côté piston, jusqu'à buter contre le siège 25. Le processus de déchargement de l'accumulateur hydropneumatique 1 se termine et le processus de son chargement recommence. Pendant le processus de chargement, l'eau est chassée de la cavite 11 au-dessous du diaphragme, à travers le tube de dérivation 17, muni de la vanne d'étranglement 18, par l'air comprimé de l'accumulateur hydropneumatique 9, dans la tubulure de sortie 19 et de là, à travers l'ajutage 20, vers l'atmosphère. Dès que le diaphragme 10 a atteint.la grille 28, la pression dans la cavité 11 au-dessous du diaphragme diminue jusqu'à la pression atmosphérique et le piston 12, sollicité par la pression constante dans la cavité 7 en aval du siège, se déplace conjointement avec la tige 13 vers l'accumulateur hydropneumatique 9 et sa tige 13 se dégage de la coopération avec le piston principal 5. Ensuite, le processus de fonctionnement recommence. - REVENDICATIONS 1. Ejecteur hydraulique à action impulsionnelle, du type comportant un accumulateur hydropneumatique, mis en communication avec la tubulure d'entrée d'un générateur d'oscillations, ayant un corps abritant un piston principal qui y forme une cavité en aval du siège et une cavité côté piston, reliée à une source de pression constante et un second accumulateur hydropneumatique avec un diaphragme formant en desous de lui une cavité dans laquelle est disposé un piston ayant une tige coopérant avec le piston principal et formant une cavité, côté tige, séparée de la cavité, coté piston, du corps du générateur d'oscillations par une cloison et reliée à l'atmosphère tandis que la cavité au-dessous du diaphragme est mise en communication, par un tube de dérivation ayant une vanne d'étranglement, avec une tubulure de sortie, caractérisé en ce qu'un fourreau (21) est monté mobile dans la cavité (6) en aval du siège du corps (4) du générateur (3) d'oscillations et abrite le piston principal (5) du générateur (3) d'oscillations, lequel piston est monté mobile, et forme, dans le corps (4), une cavité (22), mise en communication avec la tubulure de sortie (19). 2. Ejecteur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau (21) comporte un limiteur (23) de course du piston principal (5). 3. Ejecteur hydraulique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un limiteur de course (24) du fourreau (21) est monté dans la cavité (7), cté piston, du corps (4) du générateur (3) d'oscillations.