Brevet FR2635820A1 — publié le 19900302

Dispositif pour refroidir le réfrigérant d'une machine de creusement et/ou l'agent de pression hydraulique des dispositif d'entralnement hydrauliques dans le cas d'un creusement hydraulique au bouclier. L'invention concerne un dispositif pour refroidir le réfrigérant d'une machine de creusement et/ou l'agent de pression hydraulique des dispositif d'entraînement hydrauliques dans le cas d'un creusement hydraulique au bouclier. Dans le procédé de creusement hydraulique au moyen d'un bouclier, il est prévu, dans la chambre d'abattage du bouclier de creusement qui est séparée du côté arrière du bouclier par une cloison, une machine de creusement ayant la forme d'une roue de coupe ou d'une tête de forage ou analogues, qui est entraînée par des moteurs d'entraînement hydrauliques ou électriques. Du fait des puissances d'entraînement élevées qui sont nécessaires à la machine de creusement, l'évacuation de la chaleur peut poser de sérieux problèmes. Cette évacuation ne peut être obtenue, avec les systèmes de refroidissement dans lesquels le réfrigérant circule en circuit fermé, qu'à l'aide d'ensembles de refroidissement relativement coûteux. Il se pose également souvent le problème consistant à soumettre à refroidissement l'agent de pression hydraulique (le plus souvent une huile de pression) qui se trouve dans le réservoir d'un ensemble de pompage et qui sert à l'alimentation en agent de pression de 2635820O - 2- dispositifs utilisateurs hydrauliques, tels que surtout les divers vérins de travail (vérins pousseurs de bouclier, vérins de commande, vérins d'avance destinés à la machine de creusement, etc.). Dans ce cas également, il faut utiliser un système de refroidissement coûteux. Le but de l'invention est de fournir un système de refroidissement relativement simple, économique et de bon rendement pour atteindre le but mentionné. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que l'on prévoit en tant que dispositif de refroidissement un échangeur de chaleur qui est traversé par le liquide de lavage et de soutien constituant l'agent recevant la chaleur et par le réfrigérant et/ou l'agent de pression hydraulique constituant l'agent fournissant de la chaleur. - Dans le système de refroidissement selon I'invention qui comprend un échangeur de chaleur, on utilise donc le liquide de lavage et de soutien pour recevoir la chaleur et évacuer la chaleur, liquide qui sert à soutenir le front de taille dans la chambre d'abattage disposée dans le bouclier. Le liquide de lavage et de soutien est disponible en grande quantité et permet donc, d'une façon économique, une évacuation rapide de la chaleur et de ce fait un refroidissement efficace des fluides de commande. Le liquide de lavage et de soutien peut être de l'eau ou un liquide isothrope, par exemple surtout une suspension de bentonite. Il est prélevé de façon continue de la chambre d'abattage du bouclier, en général avec le matériau abattu quand il s'agit d'un creusement hydraulique au moyen d'un bouclier, et il est envoyé à une installation de séparation disposée à l'air libre o il est séparé du matériau d'abattage ou des déblais, et il est ensuite à nouveau repompé vers la chambre d'abattage par une conduite d'alimentation. De préférence, l'échangeur de chaleur est raccordé à la conduite d'alimentation qui achemine le liquide de lavage et de soutien préparé vers la chambre d'abattage. Mais il est également possible de raccorder l'échangeur de chaleur à la chambre d'abattage, de préférence dans sa région de tête, de manière que le liquide de lavage et de soutien provenant de la chambre d'abattage soit constamment envoyé par l'échangeur de chaleur. Il est cependant préférable de raccorder l'échangeur de chaleur à la conduite d'alimentation par laquelle le 2-635820 -3- liquide de lavage et de soutien préparé est pompé de l'installation de séparation vers la chambre d'abattage. Selon un mode de réalisation préféré, l'échangeur de chaleur est constitué par un récipient échangeur qui est muni de raccords avec la conduite d'alimentation allant à la chambre d'abattage et à l'intérieur duquel sont montés des éléments échangeurs de chaleur parcourus par le liquide de lavage et de soutien et est traversé par le fluide de commande à refroidir (réfrigérant et/ou agent de pression hydraulique). Les raccords mentionnés sont avantageusement prévus sur les côtés opposés du récipient échangeur. Un échangeur de chaleur du type mentionné se caractérise par une constitution relativement simple. On peut le raccorder à la conduite d'alimentation de liquide de lavage et de soutien de manière qu'il soit parcouru par la totalité de ce liquide qui est envoyé à la chambre d'abattage ou seulement par une quantité partielle de ce liquide. Les éléments échangeurs de chaleur sont avantageusement montés par leur section de support qui comprend un raccord à la paroi du récipient échangeur de manière à plonger dans ce dernier. Avantageusement, ils sont montés de façon suspendue sur le côté supérieur du récipient échangeur. Le c8té supérieur de ce dernier est avantageusement constitué par un couvercle amovible ou rabattable. En ce qui concerne les éléments échangeurs de chaleur, on peut utiliser de simples boucles de tube ou encore des éléments échangeurs en forme de plaques. De préférence, l'agencement est tel que le fluide de commande à refroidir est subdivisé en plusieurs ou encore en une pluralité de courants partiels qui sont respectivement acheminés par un élément échangeur de chaleur. Dans ce cas, on raccorde un groupe d'éléments échangeurs de chaleur montés en parallèle à des conduites communes d'un système de pompage à circuit fermé destini au fluide de commande à refroidir. Il peut être en outre avantageux de munir l'échangeur de chaleur de deux syst-mes échangeurs de chaleur, un système étant raccordé au système de pompage mettant en circulation fermée le réfrigérant destiné à la machine de creusement et l'autre système étant raccordé au système de circulation destiné à l'agent de pression hydraulique se trouvant dans le réservoir, agent de pression servant à l'alimentation des -4- divers dispositifs utilisateurs hydrauliques tels que surtout les divers vérins et cylindres de travail hydrauliques ainsi que les moteurs hydrauliques destinés à l'entraînement de la tête de forage et des pompes hydrauliques. L'invention concerne également un agencement dans lequel le réservoir destiné à l'agent de pression hydraulique et/ou au réfrigérant de la machine de creusement est monté à l'intérieur du récipient échangeur parcouru par le liquide de lavage et de soutien. Il est en outre avantageux de munir l'échangeur de chaleur ou son récipient échangeur d'une sortie fermable pour les salissures, pour pouvoir évacuer d'éventuelles salissures se déposant dans le récipient échangeur. On la prévoit en particulier à des fins de nettoyage quand des soupapes de fermeture sont montées à l'avant et/ou à l'arrière de l'échangeur de chaleur dans les conduites de raccordement. L'échangeur de chaleur selon l'invention est disposé avantageusement à l'arrière du bouclier de creusement dans le tunnel, ou encore sur un chariot situé à l'arrière du bouclier. Il peut alors être constitué sous forme d'un dispositif de refroidissement mobile qui suit l'avance du bouclier. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail dans ce qui suit en se référant au mode de réalisation montré sur le dessin et dans lequel: la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de creusement à bouclier hydraulique comprenant un système de refroidissement selon l'invention, et la figure 2 est une représentation à plus grande échelle et en perspective, et schématiquement simplifiée, de l'échangeur de chaleur selon l'invention qui peut être avantageusement utilisé dans le système de refroidissement selon l'invention. La figure 1 représente sous une forme schématique simplifiée un bouclier de creusement cylindrique 1 au moyen duquel on creuse un tunnel 2 ou un ouvrage souterrain quelconque en utilisant le procédé de creusement hydraulique au bouclier. Dans la chambre d'abattage 4 située du côté du front de taille et séparée du cSté arrière du bouclier par une paroi de séparation 3 fonctionne une machine de creusement -5- constituée par une tête de forage 5 ou analogue, qui peut être montée dans la paroi de séparation 3. L'entraînement en rotation de forte puissance de la tête de forage 5 comprend en général plusieurs moteurs d'entraînement 6 qui ne sont représentés que schématiquement à la figure 1. Dans la chambre d'abattage 4 est contenu le liquide de lavage et de soutien. Ce dernier est constitué par de l'eau ou par une suspension de bentonite. Dans le cas o cela est nécessaire, le liquide de lavage et de soutien peut être également soumis à la pression d'un coussin d'air comprimé. La chambre d'abattage 4 est dans ce cas raccordée à une conduite d'air comprimé. Le matériau abattu ou les déblais qui sont détachés par la tête de forage 5 sur le front d'abattage se mélangent au liquide de lavage et de soutien et sont évacués en mélange avec ce dernier par une conduite 7 d'un groupe de pompage 8 et envoyés par une conduite de refoulement 9 à une installation de séparation 10 qui est en général disposée à l'air libre. L'installation de séparation 10 n'est représentée que schématiquement à la figure 1. Dans l'installation de séparation ou de préparation 10 s'effectue la séparation des matériaux abattus du liquide de lavage et de soutien et, quand on utilise une suspension de bentonite, le rafratchissement de cette dernière par adjonction de bentonite. Le liquide de lavage et de soutien ainsi préparé est alors pompé par une pompe d'alimentation qui n'est pas représentée et par une conduite d'alimentation 11 vers la chambre d'abattage 4. Le fort dégagement de chaleur, notamment quand il s'agit d'un dispositif entratnement hydrostatique 6 de la tête de forage, exige un refroidissement des moteurs et des paliers de la tête de forage. A la figure 1 ne sont pas représentés les vérins hydrauliques de poussée du bouclier à l'aide desquels est avancé le bouclier de creusement 1. Le dispositif d'avance du bouclier comprend le plus souvent et en plus des vérins de poussée d'autres dispositifs utilisateurs hydrauliques tels que des vérins de commande, des vérins d'avance pour la tête de forage, etc. De l'ensemble de pompage qui sert à alimenter les divers dispositifs utilisateurs hydrauliques en liquide sous haute pression, on n'a représenté à la figure 1 que le réservoir 12 contenant ce liquide, qui est placé à l'arrière du bouclier de -6- creusement 1 dans la section de tunnel 2, éventuellement sur un chariot suivant le bouclier de creusement 1. L'ensemble de pompage associé peut former un ensemble unitaire avec le réservoir 12. En ce qui concerne l'agent de pression destiné à l'alimentation des divers dispositifs utilisateurs hydrauliques, on utilise en général de l'huile de pression, bien que l'on puisse également envisager des émulsions d'huile et d'eau. Dans la conduite d'alimentation 11 qui relie l'installation de séparation 10 à la chambre d'abattage 4 du bouclier de creusement 1 est monté un échangeur de chaleur 13 servant au refroidissement du réfrigérant refroidissant le dispositif d'entraînement 6 de la tête de forage et/ou au refroidissement de l'agent de pression destiné à l'ensemble de pompage sous haute pression se trouvant dans le réservoir 12. Dans le mode de réalisation représenté, le réfrigérant destiné au dispositif d'entraînement 6 de la tête de forage est entraîné en circuit fermé par une pompe non représentée et en passant par des conduites 22 et 23, ces dernières étant raccordées au réservoir 12. Ce réservoir 12 reçoit donc dans ce cas le réfrigérant qui en est aspiré par la pompe à réfrigérant. Simultanément, le réservoir 12 peut également recevoir l'agent de pression hydraulique (huile de pression) qui sert à l'alimentation des divers dispositifs utilisateurs hydrauliques tels que les vérins de poussée du bouclier. Dans le cas o un refroidissement du réfrigérant et de l'agent de pression hydraulique destiné à l'entraînement hydraulique n'est pas nécessaire, le réservoir 12 ne constitue qu'un récipient pour ce réfrigérant. A la figure 2 est représenté sous une forme schématique simplifiée un mode de réalisation préféré d'un échangeur de chaleur 13. Ce dernier est constitué par un récipient échangeur 14 qui présente sur ses deux côtés opposés des raccords respectifs 15 ou 16 pour la liaison avec la conduite d'alimentation 11. Le liquide de lavage et de soutien qui est amené par la conduite d'alimentation 1il traverse de ce fait le récipient échangeur 14 avant de parvenir dans la chambre d'abattage 4. A l'intérieur du récipient échangeur 14 sont prévus des éléments échangeurs de chaleur 17 qui, comme le montre la figure 2 seulement par quelques éléments, peuvent être constitués par des simples serpentins -7en cuivre. Au lieu de cela, on peut utiliser pour réaliser les éléments échangeurs de chaleur 17 des éléments en forme de plaques. Les éléments échangeurs de chaleur 17 sont suspendus par leur support ou partie de tête 20 comprenant les raccords 18 et 19 au côté supérieur 21 du récipient échangeur 14, de manière à plonger par le haut dans ce récipient échangeur 14 et de ce fait à être baignés par le liquide de soutien qui traverse le récipient échangeur 14. Les éléments échangeurs 17 sont raccordés par leurs raccords 18 à une conduite commune 25 et par leur raccord 19 à une conduite commune 26. Dans la conduite 26 est montée une pompe 24 constituée de préférence par une pompe centrifuge à plusieurs étages. La pompe 24 refoule le fluide de commande à refroidir par la conduite 26 et les raccords 19 de manière à passer par les éléments échangeurs de chaleur 17. Le fluide de commande qui est refroidi par échange de chaleur avec le liquide de soutien s'écoule ensuite par les raccords 18 et la conduite 25 pour revenir dans le réservoir 12 (figure 1), à partir duquel il peut être alors aspiré et envoyé dans le circuit à réfrigérant 14, 15 de la pompe à réfrigérant. Cependant, au lieu de cela, le fluide de commande refroidi peut être mis directement en circulation dans le circuit à réfrigérant 22, 23 par la pompe 24, c'est-à-dire sans passer par le réservoir 12. Dans ce cas, les éléments échangeurs de chaleur 17 sont reliés aux conduites 22 et 23. Ceci est montré à la figure 1 par les conduites 22, 23 représentées en traits mixtes. Dans le cas o le réfrigérant se trouvant dans le réservoir 12 doit être également refroidi, réservoir à partir duquel l'ensemble de pompage haute pression qui alimente les dispositifs utilisateurs hydrauliques aspirent le réfrigérant, on peut associer un échangeur de chaleur 13 à un autre système échangeur de chaleur qui comprend un groupe additionnel d'éléments échangeurs de chaleur 17 plongeant dans le récipient échangeur 14 et étant de ce fait également baigné par le liquide de soutien. Le second groupe d'éléments échangeurs de chaleur 17 est alors raccordé au réservoir 12 par les conduites 25 et 26, avec interposition de la pompe de mise en circulation 24, et qui sont indiquées à la figure 1. - 8 - Grace au système de refroidissement décrit dans ce qui précède, il est donc possible de refroidir le fluide de commande servant au refroidissement de la tête de forage 5 ou l'agent de pression servant à l'alimentation en agent de pression des dispositifs utilisateurs hydrauliques, ou encore fonctionner avec une combinaison des deux systèmes de refroidissement. Le système de refroidissement premièrement mentionné est alors avantageusement constitué sous forme d'un circuit fermé à réfrigérant, comme mentionné, les conduites à réfrigérant 22 et 23 étant raccordées directement aux éléments échangeurs de chaleur 17 de l'échangeur de chaleur 13 en dérivation du réservoir 12. Il est recommandé d'associer aux raccords 15 et 16 ou à la conduite d'alimentation 11 des soupapes de fermeture à l'avant et à l'arrière de l'échangeur de chaleur de manière à pouvoir couper l'amenée de liquide de lavage et de soutien pendant le nettoyage du récipient échangeur 14. Ce dernier est avantageusement muni dans son fond d'une sortie fermable destinée aux salissures. Les soupapes de fermeture mentionnées prévues dans la conduite d'alimentation 11 permettent également la fermeture de cette conduite quand la conduite d'alimentation 11 est allongée à mesure qu'avance le creusement par le bouclier. L'échangeur de chaleur 13 est alors avantageusement entratné avec le bouclier 1. Il peut être monté sur un chariot disposé à l'arrière du bouclier de creusement 1. Les éléments échangeurs de chaleur sont montés de façon étanche dans les ouvertures du couvercle 21 de l'échangeur de chaleur 14 de manière à pouvoir être détachés en cas de besoin du récipient échangeur et d'être retirés par le haut de ce dernier. L'agencement en parallèle des éléments échangeurs de chaleur 17 détermine une subdivision du fluide de commande à refroidir en un nombre plus ou moins élevé de courants partiels qui sont respectivement acheminés par un élément échangeur de chaleur 17. Il est ainsi possible d'obtenir un refroidissement particulièrement efficace. Le dispc3itif de refroidissement selon l'invention peut être utilisé non seulement pour le creusement au bouclier d'un front de taille soutenu par un liquide, mais aussi pour un creusement au bouclier avec liquide de lavage ou évacuation hydraulique des matériaux abattus. - 9 - REVENDICATIONS 1. Dispositif pour refroidir le réfrigérant d'une machine de creusement et/ou l'agent de pression hydraulique des dispositif d'entraînement hydrauliques dans le cas d'un creusement hydraulique au bouclier, caractérisé en ce que l'on prévoit en tant que dispositif de refroidissement un échangeur de chaleur (13) qui est traversé par le liquide de lavage et de soutien constituant l'agent recevant la chaleur et par le réfrigérant et/ou l'agent de pression hydraulique constituant l'agent fournissant de la chaleur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (13) est raccordé à la conduite d'alimentation (11) qui achemine le liquide de lavage et de soutien préparé vers la chambre d'abattage (4) du bouclier de creusement (1). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (13) est constitué par un récipient échangeur (14) qui est muni, de préférence sur ses cotés opposés, de raccords (15, 16) avec la conduite d'alimentation (11) allant à la chambre d'abattage (4), et en ce que sont montés à l'intérieur des éléments échangeurs de chaleur (17) baignés par le liquide de lavage et de soutien et traversés par le réfrigérant et/ou l'agent de pression hydraulique. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments échangeurs de chaleur (17) sont montés par leur section de support (20) qui comprend les raccords (18, 19) à une paroi du récipient échangeur (14) de manière à plonger dans le récipient échangeur. 5. Dispositif selon la revendication 4,-caractérisé en ce que les éléments échangeurs de chaleur (17) sont montés de façon suspendue sur le côté supérieur (21) du récipient échangeur (14). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les éléments échangeurs de chaleur (17) sont constitués par des serpentins ou analogues. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'un groupe d'éléments échangeurs de chaleur (17) montés en parallèle est raccordé à des conduites communes (22, 23; 25, - 10 - 26) d'un système de pompage à circuit destiné au fluide de commande à refroidir. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le récipient échangeur (14) est muni de deux systèmes d'échange de chaleur, un système étant raccordé au système de pompage mettant en circulation fermée le réfrigérant destiné à la machine de creusement (5) et l'autre système étant raccordé au système mettant en circulation l'agent de pression hydraulique se trouvant dans un réservoir (12). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réservoir (12) destiné à l'agent de pression hydraulique et/ou au réfrigérant est disposé à l'intérieur du récipient échangeur (14) traversé par le liquide de lavage et de soutien. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le récipient échangeur (14) est muni d'une sortie fermable destinée aux salissures. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que des soupapes de fermeture sont montées dans la conduite d'alimentation (11) à l'avant et/ou à l'arrière de l'échangeur de chaleur (13). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (13) est disposé à l'arrière du bouclier de creusement (1) dans le tunnel, et de préférence sur un chariot suivant le bouclier de creusement.