Brevet FR2618484A1 — publié le 19890127

La présente invention concerne le génie minier, le matériel à action impulsionnelle et a notamment pour objet des éjecteurs hydrauliques à action impulsionnelle. L'invention peut s'appliquer à l'industrie minière et à la construction des ouvrages hydrotechniques pour démolir des roches par des jets pulsatoires sous pression élevée et peut également être utilisée au nettoyage des éléments thermoénergétiques des chaudières des centrales électriques dans la production d'énergie. On connaît un éjecteur hydraulique à action impulsion- nelle (SU, A, 768968), comportant un accumulateur hydropneumatique mis en communication avec une conduite d'amenée, un générateur d'oscillations, lié par une conduite à l'accumulateur hydropneumatique, un mécanisme de commande du déplacement du piston. creux, lié au générateur d'oscilla- tions at un ajutage ce travail, lié au générateur d'oscillations par une conduite. Il convient de noter que le diamètre de la conduite entre le générateur d'oscillations et l'ajutage de travail est inférieur d'un tiers à celui de la conduite entre le générateur d'oscillations et l'accumu- lateur hydropneumatique, leurs longueurs étant identiques. Le fonctionnement de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle est fondé sur l'accélération de l'eau dans la conduite entre le générateur d'oscillations et l'accumu- lateur hydropneumatique à travers l'ajutage d'évacuation et sur l'accélération supplémentaire de l'eau dans la conduite entre le générateur d'oscillations et l'ajutage de travail, suivie du freinage ultérieur en amont de l'ajutage de travail. Ce dispositif est caractérisé par une pression insuf- fisamment élevée en amont de l'ajutage de travail, obtenue à un rapport déterminé des longueurs et des diamètres des conduites, ce qui conduit à une baisse du rendement. En outre, sous l'action es oscillations de la colonne d'eau dans la conduite entre le générateur d'oscillations et l'ajutage de travail, des impulsions à basse pression, qui n'exercent aucune action destructive sur un objet, appa- raissent en amont de l'ajutage de travail derrière l'impul- sion de pression élevée, diminuant ainsi.l'efficacité du jet à haute pression et aboutissant à l'arrosage superflu à l'eau d'un objet à détruire ce qui est, dans plusieurs cas, indésirable. On connaît également un éjecteur hydraulique à action impulsionnelle (SU, A, 1102956) comportant unaccumulateur hydropneumatique, lié à la conduite d'amenée, un générateur principal d'oscillations mis en communication, par une conduite,avec l'accumulateur hydropneumatique, un mécanisme de commande du déplacement d'un piston creux, lié au générateur principal d'oscillations et un deuxième généra- teur d'oscillations, monté en amont de l'ajutage de travail et lié par une conduite au générateur principal d'oscilla- tions. Le fonctionnement de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle est fondé sur l'accélération de l'eau entre le générateur principal d'oscillations et l'accumulateur hydropneumatique et entre le générateur principal d'oscil- latibons et le deuxième générateur d'oscillations, à travers l'ajutage d'évacuation. L'accroissement de la pression élevée est obtenu grâce à l'augmentation supplémentaire de la vitesse du courant de l'eau dans la conduite entre le générateur principal d'oscillations et le deuxième générateur, lorsqu'elle est évacuée à travers l'ajutage d'évacuation. L'inconvénient de cet éjecteur hydraulique à action impulsionnelle réside dans la faible efficacité de l'abat- tage hydraulique. Cet inconvénient est dû à la faible énergie d'une impulsion unique et résulte de ce que l'ampli- tude d'une pression élevée en amont de l'ajutage de travail, amplitude obtenue à un rapport déterminé des longueurs et des diamètres des conduites reliant l'accumulateur hydro- pneumatique au générateur principal d'oscillations et le générateur principal d'oscillations au deuxième généra- teur d'oscillations, est encore insuffisamment élevée. En outre, par suite de l'oscillation de la colonne d'eau dans la conduite entre le générateur principal d'oscil- lations et le deuxième générateur d'oscillations, des impulsions à basse pression apparaissent après l'impulsion de pression élevée et n'exercent pas d'action destructive sur un objet à détruire. Elles diminuent l'efficacité du jet d'eau refoulée sous pression et aboutissent à une inondation superflue d'un objet à détruire, ce qui est indésirable. On s'est donc proposé de mettre un éjecteur hydraulique à action impulsionnelle au point, dans lequel on pourrait former une impulsion à haute pression d'une énergie élevée pour la destruction des roches en assurant, en même temps, un taux suffisant d'efficacité de l'abattage hydraulique grâce à la modification du schéma de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle. Le problème posé est résolu à l'aide d'un éjecteur hydraulique à action impulsionnelle comportant un accumula- teur hydropneumatique lié à une conduite d'amenée, un générateur principal d'oscillations mis en communication par une conduite avec l'accumulateur hydropneumatique, un mécanisme de commande du déplacement du piston creux, lié au générateur principal d'oscillations, un deuxième générateur d'oscillations, comportant un corps et un piston avec une tige qui forment dans le corps une cavité côté piston, et une cavité côté tige, liée à un ajutage de travail et à une tubulure d'entrée, et mis en communi- cation avec le générateur principal d'oscillations par une conduite, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'une soupape de retenue est montée dans la conduite liant le générateur principal d'oscillations au deuxième générateur d'oscillations et en ce qu'un autre accumulateur hydropneu- matique est lié à la tubulure d'entrée du deuxième géné- rateur d'oscillations. Il est également avantageux que l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle soit muni, selon l'invention, d'une source de pression constante liée à la cavité, côté piston, du deuxième générateur d'oscillations. 2 6 1 8 4 8 4 En montant une soupape de retenue dans la conduite liant le générateur principal d'oscillations au deuxième généra- teur d'oscillations, on offre la possibilité de ne prélever que les impulsions de haute pression de cette conduite, au moment o le générateur principal d'oscillations fonctionne e.n régime d'auto- oscillations. L'énergie de ces impulsions s'accumule dans l'autre accumulateur hydropneumatique qui est lié à la tubulure d'entrée du deuxième générateur d'oscillations. En liant la source de pression constante à la cavité du deuxième générateur d'oscillations, on assure la concen- tration de l'énergie des impulsions à haute pression et l'écoulement de l'eau sous une haute pression à travers l'ajutage de travail, vers un objet à détruire. 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 v3 suivre de différents modes de réalisation avec référence au dessin annexé non limitatif représentant une vue d'ensemble d'un éjecteur hydraulique à action impulsionnelle, en coupe longitudinale, selon l'invention. L'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle comporte un accumulateur hydropneumatique 1 mis en communication avec une conduite d'amenée 2 et un générateur principal d'oscillations 3 lié par une conduite 4 à l'accumulateur hydropneumatique 1. Un mécanisme de commande 5 du dépla- cement d'un piston creux 6 est lié au générateur principal d'oscillations 3. Un deuxième générateur d'oscillations 7 comporte un corps 8 dans lequel est placé un piston 9 ayant une tige 10 et formant une cavité côté piston 11, et une cavité 12, côté tige, liée à un ajutage de travail 13 ainsi qu'une tubulure d'entrée 14. Le deuxième générateur d'oscillations 7 est mis en communication, par une conduite 15, avec le générateur principal d'oscillations 3. Une soupape de retenue 16 est montée dans la conduite 15 en amont de la tubulure d'entrée 14 du deuxième générateur d'oscillations 7. Un deuxième accumulateur hydropneumatique 17 est lié, lui aussi, à la tubulure d'entrée du deuxième générateur d'oscillations 7. Un orifice 19 est pratiqué dans le corps 8 du deuxième générateur d'oscillations 7 pour lier la cavité 12, côté tige, à l'ajutage de travail 13. Le deuxième accumulateur hydropneumatique 17 est pourvu d'un diaphragme 20 qui est serré par la pression de gaz contre une grille 21. Le générateur principal d'oscillations 3 est pourvu d'un ajutage d'évacuation 22. L'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle fonc- tionne de la manière suivante. Après l'ouverture de l'arrivée de l'eau de la tubulure d'amenée 2, on transfère l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle en régime d'autooscillations à l'aide du ;Mécanisme de commande 5 du déplacement du piston creux 6. Chaque période de ces auto-oscillations est constituée de deux phases: une phase basse et une phase haute. La phase basse d'oscillations commence après le déplacement du piston 6 du générateur principal d'oscilla- tions 3 vers la conduite 15. A ce moment, la liaison hydraulique entre les conduites 4 et 15 s'interrompt et la conduite 4 se trouve reliée à l'ajutage d'évacuation 22. La pression de l'eau dans la zone du générateur principal d'oscillations 3 diminue et l'onde de pression réduite, en comparaison avec la pression dans la conduite d'amenée 2, se propage suivant la conduite 4, vers l'accumulateur hydropneumatique I en se réfléchissant de celui-ci sous forme d'une onde de pression voisine de la pression d'amenée. En règle générale, trois à cinq ondes de pression réduite se propagent pendant une phase basse entre le générateur principal d'oscillations 3 et l'accumulateur hydropneumatique 1. Ce régime est nommé coup de bélier et c'est ce régime qui permet d'élever sensiblement la pression dans la zone du générateur principal d'oscillations 3. Dès l'arrivée de chaque onde réfléchie suivante au générateur principal d'oscillations 3, la vitesse de déplacement de l'eau par la conduite 4 et la pression dans la zone du générateur 2618 4 8 4 principal d'oscillations 3 augmentent d'une manière saccadée. Dans le cas o la différence de la pression sur le piston 6 devient suffisante pour son déplacement, il prend la position près de la conduite 4. L'ajutage d'évacuation 22 se fezme et les conduites 4 et 15 communiquent entre elles. La phase basse d'oscillations se termine et la phase haute commence. Après la fermeture de l'ajutage d'évacuation 22 ayant une petite résistance hydraulique, la pression dans la zone du générateur principal d'oscillations 3 s'élève et devient supérieure à la pression amenée. L'onde de cette pression élevée se propage suivant les conduites 4 et 15 et la vitesse de déplacement du courant d'eau dans la conduite 15 est supérieure à celle dans la conduite 4 du fait que son diamètre est plus petit. Ainsi, des ondes de choc ayant des pressions identiques mais des vitesses différentes de déplacement duJ courant se propagent dans les deux sens, depuis le générateur principal d'oscillations 3. Lorsqu'une onde, réfléchie de l'accumulateur hydropneu- matique 1, est revenue au générateur principal d'oscillations 3, le piston 6 se déplace à la position plus proche de la conduite 15. La conduite 4 se met en communication avec l'ajutage d'évacuation 22 et sa liaison hydraulique avec la conduite 15 s'interrompt. La phase haute se termine et la phase basse des oscillations du courant d'eau recommence dans la conduite 4. D'autre part, au début de la phase haute, l'onde de pression préalablement élevée se propage également suivant la conduite 4 du générateur principal d'oscillations 3. Elle atteint la soupape de retenue 16 et l'ouvre. Le courant passe par la soupape de retenue 16, parvient dans la con- duite d'entrée 14 du deuxième générateur d'oscillations 7 et à l'accumulateur hydropneumatique 17. A ce moment, la tige 10 du piston 9 du deuxième générateur d'oscillations 7 coupe l'arrivée de l'eau à l'ajutage de travail 13. Le deuxième accumulateur hydropneumatique 17 reçoit le courant 2618 4 8 4 à haute pression. La résistance hydraulique opposée au déplacement du courant croit du fait que la pression de l'air comprimé au-dessus du diaphragme 20 empêche ce courant de pénétrer dans l'accumulateur hydropneumatique 17. En conséquence, la vitesse de déplacement du courant d'eau diminue, ce qui aboutit à l'augmentation supplémen- taire de la pression du courant. De ce fait, le courant surmonte la résistance de l'air comprimé au-dessus du diaphragme 20 et parvient dans la cavité de l'accumulateur hydropneumatique 17 entre la grille 21 et la diaphragme 20, en poussant ce dernier. A ce moment, l'onde à cette pression élevée supplémentaire se propage suivant la conduite 15 vers le générateur principal d'oscillations 3. A l'arrivée de cette onde au générateur principal d'oscillations 3, les longueurs des conduites 4 et 15 étant égales, une autre onde de pression qui s'est réfléchie de l'accumulateur hydropneumatique 1, arrive à ce générateur, de l'autre côté. En conséquence, le piston 6 du générateur principal d'oscillations 3 se déplace vers la conduite 15, la phase basse d'oscillations commence et la liaison hydraulique entre les conduites 4 et 15 s'interrompt. C'est pourquoi la pression près du générateur principal d'oscillations 3 du côté de la conduite 15 décroît jusqu'à une valeur quelque peu supérieure à la pression amenée, la vitesse du déplacement du courant décroît jusqu'à une valeur nulle et une onde à cette pression et de vitesse nulle se propage suivant la conduite 15 vers la soupape de retenue 16. Dès que cette onde a atteint la soupape de retenue 16, celle- ci se ferme du fait que la pression agissant sur elle, du côté de l'accumulateur hydropneumatique 17, est supérieure. De ce fait, la pression en amont de la soupape de retenue 16 diminue et l'onde à cette pression et de vitesse nulle se propage vers le générateur principal d'oscillations 3. Les oscillations du courant d'eau dans la conduite 15 (entre deux impasses: par la soupape de retenue fermée 16 et le générateur principal d'oscillations 3)continueront avec 2 6 1 8 4 8 4 une diminution constante de la pression jusqu'à ce que la phase basse d'oscillations du courant dans la conduite 4 se termine et que la liaison hydraulique entre les con- duites 4 et 15 se rétablisse. Dès qu'elle s'est rétablie la phase haute recommence et l'onde de pression préalable- ment élevée se propage de nouveau vers la soupape de rete- nue 16. Le processus recommence et l'accumulateur hydro- pneumatique 17 admet une impulsion, c'est-à-dire un volume déterminé à la pression élevée. A l'accroissement du volume admis et, par conséquent, à la compression de l'air au-dessus du diaphragme 20, la résistance hydraulique de l'accumulateur hydraulique 17 croît. Ceci aboutit à l'augmentation de la pression dans l'onde qui apparaît en amont de la soupape de retenue 18 en phase haute. Le char- gement de l'accumulateur hydropneumatique 17 continue tant que la pression d'air au-dessus du diaphragme 20 ( et la pression du liquide au- dessous de celui-ci) augmente, jusqu'à ce que la force de son action sur la surface de la tige 10 du piston 9 devienne supérieure à la force de l'action de la pression dans la cavité 11, côté piston du corps 8, sur la surface du piston 9. Dès qu'elle est devenue supérieure, le piston 9 s'éloigne de la tubulure d'entrée 14 et la force de déplacement du piston 9 avec la tige 10 croît du fait que la pression agissant du côté de l'accumulateur hydropneumatique 17 agit déjà sur la surface de toute la tige. 10. Le piston 9 se déplace con- jointement avec la tige 10, depuis la tubulure d'entrée 14, vers la source de pression constante 18. Sous l'action de la pression élevée, le courant de liquide passe par la cavité 12, côté tige, l'orifice 19 et s'écoule à travers l'ajutage de travail 13. Tout le volume accumulé de l'eau à haute pression, sous la forme d'un jet impulsionnel à haute pression ayant une énergie élevée, agit sur l'objet à détruire. Le processus de déchargement dudeuxième accumulateur hydropneumatique 17 commence. L'écoulement à travers l'ajutage de travail 13 s'effec- tue lors de la réduction progressive de la pression dans l'accumulateur hydropneumatique 17. Lorsque la valeur de la pression a diminué au point que la force agissant du côté de la source de pression constante 18 (pression dans la cavité 11, côté piston,sur la surface du piston 9) devienne supérieure à la force agissant depuis la tubulure d'entrée 14 (pression dans l'accumulateur hydropneumatique 17 agissant sur la surface de la tige 10), le piston 9 se déplace conjointement avec la tige 10, vers la tubulure d'entrée 14 du deuxième générateur d'oscillations 7. L'arrivée d'eau à l'ajutage de travail 13 s'interrompt. Le processus de déchargement du deuxième accumulateur hydropneumatique 17 se termine et son chargement recommence. Le processus de fonctionnement recommence. La valeur de la pression en amont de l'ajutage de travail 13 dépend du régime de fonctionnement de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle, du rapport des surfaces actives du piston 9 et de la tige 10, de la pression ini- tiale de l'air comprimé au-dessus du diaphragme 20 du deuxième accumulateur hydropneumatique 17 et de la pression constante dans la cavité 11, côté piston. En changeant cette pression pendant le fonctionnement de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle, il est possible de régler, dans des limites déterminées, la pression en amont de l'ajutage de travail 13. La durée d'impulsion en amont de l'ajutage de travail 13 et le temps d'écoulement du liquide à travers celui-ci dépendent du volume géométrique et de la pression initiale de l'air dans le deuxième accumulateur hydropneumatique 17 ainsi que du diamètre de l'ajutage de travail 13. L'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle reven- diqué permet d'augmenter, grace à l'accumulation impulsion- nelle de l'énergie du courant d'eau sous pression élevée dans le deuxième accumulateur hydropneumatique 17, l'énergie d'une impulsion unique d'eau s'écoulant-à travers l'ajutage de travail, le niveau de pression élevée étant conservé, ce qui augmente notablement le rendement de l'abattage hydraulique. En outre, on supprime l'évacuation supplémen- taire du courant de liquide à basse pression, de la conduite , ce qui augmente le rendement de l'éjecteur hydraulique à action impulsionnelle. Le mode de réalisation décrit ci-dessus de l'invention revendiquée.assure l'augmentation de l'efficacité de l'abattage hydraulique,grâce à l'augmentation de l'énergie d'une impulsion unique, et du rendement. R E V E N DI C A T I 0 N S 1. Ejecteur hydraulique à action impulsionnelle,du type comportant un accumulateur hydropneumatique lié à une conduite d'amenée, un générateur principal d'oscilla- tions, mis en communication, par une conduite, avec l'accumulateur hydropneumatique, un mécanisme de commande du déplacement d'un piston creux, mis en communication avec le générateur principal d'oscillations, un deuxième générateur d'oscillations comportant un corps et un piston avec une tige qui forment, dans le corps, une cavité côte piston, et une cavité côte tige, mise en communication avec un ajutage de travail et une tubulure d'entrée, et raccordé par une conduite au générateur'principal d'oscillations, caractérisé en ce qu'une soupape de retenue (16) est montée dans la tubulure (15), liant le générateur principal d'oscillations (3) au deuxième générateur d'oscillations (7) et en ce qu'un autre accumulateur hydropneumatique (17) est lié à la tubulure d'entrée (14) du deuxième générateur d'oscillations (7). 2. Ejecteur hydraulique à action impulsionnelle selon la revendication 1, caractérisé en ce -qu'il comporte une source de pression constante (18) liée à la cavité côte piston (11), du deuxième générateur d'oscillations (7).