EP3715583B1 - Cleaning of a discharge opening of a tunnel-boring machine by ultrasonic waves - Google Patents
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- EP3715583B1 EP3715583B1 EP20159846.3A EP20159846A EP3715583B1 EP 3715583 B1 EP3715583 B1 EP 3715583B1 EP 20159846 A EP20159846 A EP 20159846A EP 3715583 B1 EP3715583 B1 EP 3715583B1
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Description
L'invention concerne de manière générale le domaine des travaux souterrains mécanisés, plus particulièrement l'excavation à l'aide d'une machine de creusement du type tunnelier. Plus précisément, l'invention s'intéresse ici au colmatage ou blocage des ouvertures d'évacuation de la roue de coupe d'un tunnelier permettant le passage des matériaux vers la chambre d'abattage derrière la roue de coupe.The invention relates generally to the field of mechanized underground work, more particularly excavation using a tunnel boring machine type. More specifically, the invention is concerned here with the clogging or blocking of the discharge openings of the cutting wheel of a tunnel boring machine allowing the passage of materials towards the felling chamber behind the cutting wheel.
On connaît des machines de creusement de tunnels, appelées tunneliers, qui comportent une structure mobile de grandes dimensions consistant en une grande usine mobile à l'avant de laquelle est disposé un bouclier ayant une section en adéquation avec la forme définitive du tunnel (tunnel de section circulaire, bilobé, ...).There are known tunnel digging machines, called tunnel boring machines, which comprise a large mobile structure consisting of a large mobile plant at the front of which is placed a shield having a section corresponding to the final shape of the tunnel (tunnel de circular section, bilobed, ...).
La partie antérieure du bouclier qui vient en contact avec le front de taille pour réaliser la découpe de la formation géologique traversée par le tunnel comporte une roue de coupe supportant des outils de travail et entraînée en rotation à une vitesse déterminée qui est fonction de la nature du terrain à creuser.The front part of the shield which comes into contact with the working face to cut the geological formation crossed by the tunnel comprises a cutting wheel supporting work tools and driven in rotation at a determined speed which is a function of nature. land to dig.
La roue de coupe d'un tunnelier peut se trouver bouchée ou bloquée lorsque le terrain rencontré en front de coupe comprend des matériaux à forte plasticité, généralement due à la présence d'argiles, et que le conditionnement apporté par le chantier (additifs) ne suffit pas à faciliter l'évacuation de ces matériaux. L'accumulation du matériau aboutit finalement au colmatage des ouvertures prévues pour l'évacuation du terrain, ce qui a pour effet d'empêcher l'avancée de la machine.The cutting wheel of a tunnel boring machine can be clogged or blocked when the ground encountered at the cutting face includes materials with high plasticity, generally due to the presence of clays, and the conditioning provided by the site (additives) does not not sufficient to facilitate the removal of these materials. The accumulation of material ultimately results in the clogging of the openings provided for the evacuation of the ground, which has the effect of preventing the advance of the machine.
Actuellement, les ouvertures d'évacuation doivent être débouchées à l'aide de jets d'eau haute pression ou d'outils manuels (pioche ou pelle), ce qui implique d'envoyer du personnel derrière la roue de coupe, soit en atmosphère hyperbare et à une température élevée. Cette opération nécessite donc du temps et présente un risque non négligeable pour la santé et la sécurité du personnel.Currently, the evacuation openings must be unblocked using high pressure water jets or hand tools (pick or shovel), which involves sending personnel behind the cutting wheel, either in a hyperbaric atmosphere. and at an elevated temperature. This operation therefore requires time and presents a non-negligible risk to the health and safety of the personnel.
Il a déjà donc été proposé d'agir sur la géométrie (« fruit », ou inclinaison des parois) et le revêtement des ouvertures d'évacuation formées dans la roue de coupe afin de faciliter au maximum l'évacuation du terrain et de réduire les risques de colmatage ou de blocage. Toutefois, ces moyens ne permettent pas d'éviter complètement le colmatage.It has therefore already been proposed to act on the geometry (“fruit”, or inclination of the walls) and the coating of the evacuation openings formed in the cutting wheel in order to facilitate the evacuation of the ground as much as possible and to reduce losses. risk of clogging or blockage. However, these means do not make it possible to completely avoid clogging.
Le document
Le document
Dans ces deux documents, les émetteurs ultrasons sont montés sur des silentblocs (silent-blocks en anglais) afin d'empêcher la propagation des vibrations vers le bâti du tunnelier et de maximiser la transmission des ondes au terrain, améliorant ainsi la mise en mouvement du terrain. De plus, le colmatage du terrain est traité au niveau de la chambre qui est située en aval de la roue de coupe et dont le volume est plus grand que les ouvertures d'évacuation, ce qui permet de mettre suffisamment le terrain en mouvement pour le décolmater. Une telle mise en mouvement ne peut en revanche pas être obtenue dans le cas d'une ouverture d'évacuation.In these two documents, the ultrasonic transmitters are mounted on silent blocks in order to prevent the propagation of vibrations towards the frame of the tunnel boring machine and to maximize the transmission of the waves to the ground, thus improving the setting in motion of the machine. ground. In addition, the clogging of the ground is treated at the level of the chamber which is located downstream of the cutting wheel and whose volume is greater than the evacuation openings, which makes it possible to put the ground in movement sufficiently for it. unclog. On the other hand, such setting in motion cannot be obtained in the case of an evacuation opening.
Un objectif de l'invention est donc de proposer une nouvelle solution qui puisse être appliquée au décolmatage des ouvertures d'évacuation de la roue de coupe d'un tunnelier, et qui permette de limiter, voire de supprimer les risques de colmatage et de blocage desdites ouvertures même lorsque le terrain comprend des matériaux à forte plasticité tels que de l'argile. Avantageusement, cette solution pourra s'adapter à tout type et toute taille de tunnelier.An objective of the invention is therefore to provide a new solution which can be applied to the unclogging of the discharge openings of the cutting wheel of a tunnel boring machine, and which makes it possible to limit or even eliminate the risks of clogging and blocking. said openings even when the ground includes materials with high plasticity such as clay. Advantageously, this solution can be adapted to any type and size of tunnel boring machine.
Pour cela, l'invention propose une tête de coupe d'un tunnelier selon la revendication 1, comprenant une roue de coupe comprenant au moins une ouverture d'évacuation de matériau, ladite ouverture d'évacuation étant délimitée par une paroi circonférentielle, et un anneau de fixation, l'anneau de fixation et la roue de coupe étant raccordés par une série de bras et délimitant ensemble une chambre de confinement, ladite chambre de confinement s'étendant en aval de l'au moins une ouverture d'évacuation, la roue de coupe comprenant en outre au moins un émetteur ultrason configuré pour générer un mouvement mécanique vibratoire dans une plage de fréquences ultrasonore, ledit émetteur étant fixé contre la paroi circonférentielle de sorte à transmettre le mouvement mécanique vibratoire à la paroi circonférentielle en vibration et à réduire son coefficient de frottement.For this, the invention provides a cutting head of a tunnel boring machine according to claim 1, comprising a cutting wheel comprising at least one material discharge opening, said discharge opening being delimited by a circumferential wall, and a fixing ring, the fixing ring and the cutting wheel being connected by a series of arms and together delimiting a containment chamber, said containment chamber extending downstream of the at least one discharge opening, the cutting wheel further comprising at least one ultrasonic transmitter configured to generate vibratory mechanical movement in an ultrasonic frequency range, said transmitter being fixed against the circumferential wall so as to transmit the vibratory mechanical movement to the vibrating circumferential wall and reduce its coefficient of friction.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de la roue de coupe décrite ci-dessus sont les suivantes prises individuellement ou en combinaison :
- l'émetteur ultrason est fixé directement sur la paroi circonférentielle.
- l'émetteur ultrason est fixé sur une plaque, ladite plaque étant rapportée et fixée directement sur la paroi circonférentielle.
- une rainure est formée dans la plaque de sorte à diminuer localement son épaisseur et l'émetteur est logé au moins partiellement dans la rainure.
- au moins un émetteur est configuré pour générer un mouvement mécanique vibratoire dans une plage de fréquences comprise entre 16 kHz et 25 kHz, de préférence de l'ordre de 19 kHz.
- au moins deux émetteurs ultrasons, de préférence entre quatre et dix émetteurs ultrasons, sont fixés sur la paroi circonférentielle de l'ouverture d'évacuation.
- les émetteurs ultrasons sont configurés pour générer un mouvement mécanique vibratoire dans une plage à la même fréquence ultrasonore, à 1 % près.
- la paroi circonférentielle de l'ouverture présente deux parois radiales, s'étendant radialement depuis un centre de rotation de la roue de coupe, et deux parois latérales reliant les parois radiales, l'au moins un émetteur étant fixé sur l'une des parois radiales.
- la paroi radiale sur laquelle l'émetteur est fixé présente un bord interne, proche de l'axe de rotation de la roue de coupe, et un bord externe, à distance de l'axe de rotation de la roue de coupe, la paroi radiale présentant une longueur déterminée entre le bord interne et le bord externe, et l'émetteur est fixé à une distance du bord interne comprise entre 5% et 50% de la longueur prédéterminée.
- the ultrasonic transmitter is attached directly to the circumferential wall.
- the ultrasound transmitter is fixed on a plate, said plate being attached and fixed directly to the circumferential wall.
- a groove is formed in the plate so as to locally reduce its thickness and the emitter is housed at least partially in the groove.
- at least one transmitter is configured to generate a vibratory mechanical movement in a frequency range between 16 kHz and 25 kHz, preferably of the order of 19 kHz.
- at least two ultrasonic transmitters, preferably between four and ten ultrasonic transmitters, are attached to the circumferential wall of the discharge opening.
- the ultrasonic transmitters are configured to generate vibratory mechanical movement in a range at the same ultrasonic frequency, to within 1%.
- the circumferential wall of the opening has two radial walls, extending radially from a center of rotation of the cutting wheel, and two side walls connecting the radial walls, the at least one emitter being fixed on one of the walls radial.
- the radial wall on which the transmitter is fixed has an inner edge, close to the axis of rotation of the cutting wheel, and an outer edge, away from the axis of rotation of the cutting wheel, the radial wall having a determined length between the inner edge and the outer edge, and the transmitter is fixed at a distance from the inner edge of between 5% and 50% of the predetermined length.
Optionnellement, l'au moins un émetteur est fixé sur la paroi circonférentielle entre deux bras adjacents.Optionally, the at least one emitter is fixed on the circumferential wall between two adjacent arms.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- La
figure 1 est une vue partielle d'un exemple de réalisation d'une tête de coupe comprenant une roue de coupe conforme à l'invention. - La
figure 2 est un exemple de réalisation d'un système d'émission comprenant une plaque, un couvercle et des émetteurs ultrason pouvant être utilisés dans la tête de coupe de lafigure 1 . - La
figure 3 est une vue en perspective et en détail de la roue de coupe de lafigure 1 sur laquelle a été représenté le système d'émission de lafigure 2 .
- The
figure 1 is a partial view of an exemplary embodiment of a cutting head comprising a cutting wheel according to the invention. - The
figure 2 is an exemplary embodiment of an emission system comprising a plate, a cover and ultrasonic emitters which can be used in the cutting head of thefigure 1 . - The
figure 3 is a perspective and detailed view of the cutting wheel of thefigure 1 on which the emission system of thefigure 2 .
De manière classique, un tunnelier comprend, en partie avant, un bouclier ayant une section sensiblement circulaire dont le diamètre correspond au diamètre du tunnel dont on réalise le creusement. Le bouclier loge une tête de coupe 1 qui vient en contact avec le front de taille pour creuser le tunnel et qui est mobile en rotation autour d'un axe.Conventionally, a tunnel boring machine comprises, in the front part, a shield having a substantially circular section, the diameter of which corresponds to the diameter of the tunnel which is being excavated. The shield houses a cutting head 1 which comes into contact with the working face to dig the tunnel and which is movable in rotation about an axis.
Le tunnelier comporte en outre un train suiveur s'étendant derrière le bouclier et qui avance en même temps que la tête de coupe 1 lors du creusement du tunnel.The tunnel boring machine further comprises a following train extending behind the shield and which advances at the same time as the cutting head 1 during the digging of the tunnel.
Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'évacuation de la boue à travers la tête de coupe du tunnelier, le long de l'axe X. Par ailleurs, de manière connue en soi, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de rotation de la tête de coupe et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui. La direction latérale correspond à une direction perpendiculaire à l'axe et ne passant pas par lui.In the present application, upstream and downstream are defined with respect to the direction of discharge of the mud through the cutting head of the tunnel boring machine, along the axis X. Moreover, in a manner known per se, the axial direction corresponds to the direction of the axis of rotation of the cutting head and a radial direction is a direction perpendicular to this axis and passing through it. The lateral direction corresponds to a direction perpendicular to the axis and not passing through it.
Un exemple de tête de coupe 1 a été illustré sur la
L'espace délimité par la roue de coupe 3 et l'anneau de fixation 2 au sein du bouclier définit une chambre de confinement. L'anneau de fixation 2, la roue de coupe 3 et l'axe sont coaxiaux.The space delimited by the
La roue de coupe 3 comporte un disque dans lequel sont formés une pluralité de passages traversants. La face avant du disque vient en contact avec le front de coupe tandis que sa face arrière s'étend en regard de la chambre de confinement. Les passages traversants forment soit des logements configurés pour recevoir un porte-outil de coupe et une molette, soit des ouvertures d'évacuation 5 configurées pour évacuer le terrain creusé par les molettes. Les ouvertures d'évacuation 5 sont alors connectées à des tuyaux d'évacuation traversant la chambre de confinement et configurés pour amener le terrain en partie arrière du bouclier, vers le train suiveur, où le terrain est alors traité.The
La chambre de confinement s'étend donc en aval de la face arrière de la roue de coupe 3 et les ouvertures d'évacuation 5 débouchent dans cette chambre de confinement.The confinement chamber therefore extends downstream of the rear face of the
Chaque ouverture d'évacuation 5 s'étend axialement à travers la roue de coupe 3 et est délimitée par une paroi circonférentielle 10, c'est-à-dire une paroi fermée s'étendant entre la face avant et la face arrière de la roue de coupe 3. Cette paroi circonférentielle 10 est donc en contact avec le terrain à évacuer.Each
Afin d'éviter que les ouvertures d'évacuation 5 ne soient bouchées ou bloquées par le terrain à évacuer, la roue de coupe 3 comprend au moins un émetteur 6 ultrason, de préférence plusieurs, chaque émetteur 6 ultrason étant configuré pour générer un mouvement mécanique vibratoire dans une plage de fréquences ultrasonore. L'émetteur 6 est fixé contre la paroi circonférentielle 10 de sorte à mettre transmettre le mouvement mécanique vibratoire à la paroi circonférentielle 10 en vibration et à réduire son coefficient de frottement. De la sorte, lorsque le terrain comprend des matériaux à forte plasticité, généralement due à la présence d'argiles, l'émission d'ondes sonore à très haute fréquence (ultrasons) a pour effet de modifier le coefficient de frottement de la paroi circonférentielle 10 et de faire glisser le terrain sur la surface, décolmatant ainsi l'ouverture d'évacuation 5.In order to prevent the
Par émetteur 6 ultrason, on comprendra ici un transducteur piézoélectrique, électrostrictif ou magnétostrictif qui est alimenté par un générateur électrique de puissance et qui permet de transformer l'énergie électrique ou électromagnétique fournie par le générateur en un mouvement mécanique vibratoire dans une plage de fréquence du domaine ultrason.By
Les émetteurs 6 étant fixés sur la paroi circonférentielle 10, ils génèrent des vibrations mécaniques vibratoires sur la surface de la paroi circonférentielle 10. Au contraire de l'art antérieur, qui cherche à transmettre les ondes sonores au terrain et à éviter qu'elles ne se propagent dans la structure du tunnelier grâce à des silentblocs, l'invention propose donc de solliciter directement la structure afin de la faire vibrer et de réduire son coefficient de frottement. Ce n'est donc pas une mise en mouvement du terrain au sein des ouvertures d'évacuation 5 qui permet leur décolmatage, mais une augmentation du coefficient de glissement de la paroi circonférentielle 10 qui permet de réduire l'adhésion du terrain sur la paroi et donc de faciliter son évacuation.The
Dans une première forme de réalisation, le ou les émetteurs 6 sont fixés sur la paroi circonférentielle 10 par l'intermédiaire d'une plaque 7, typiquement une plaque métallique afin d'assurer une bonne transmission des ondes ultrasonores. La plaque 7 peut alors être fixée sur la paroi circonférentielle 10 par soudage et/ou boulonnage, ou toute technique de fixation susceptible de supporter l'environnement sévère en front de coupe d'un tunnelier.In a first embodiment, the emitter or
Optionnellement, une rainure non traversante est formée dans la plaque 7, les émetteurs 6 étant alors logés au moins partiellement dans la rainure. La rainure permet ainsi de réduire l'épaisseur de la plaque métallique 7 au niveau des émetteurs 6 et d'améliorer ainsi la transmission des ondes ultrasonores à la paroi circonférentielle 10.Optionally, a non-through groove is formed in the
En variante, le ou les émetteurs 6 peuvent être fixés directement sur la paroi circonférentielle 10, c'est-à-dire sans interface entre chaque émetteur 6 et la paroi circonférentielle 10, par exemple en formant des logements dédiés dans la paroi circonférentielle 10.As a variant, the emitter (s) 6 can be fixed directly on the
Dans tous les cas, on notera que les émetteurs 6 ne sont fixés sur aucune structure (telle qu'un silentbloc) susceptible d'empêcher ou de réduire la transmission des vibrations générées par l'émetteur 6 à la structure de la tête de coupe 1.In all cases, it should be noted that the
De préférence, les émetteurs 6 sont protégés du terrain afin d'éviter leur endommagement. A cet effet, les émetteurs 6 sont recouverts par un couvercle 8 configuré pour délimiter, avec la plaque métallique 7 ou la paroi circonférentielle 10, un logement globalement étanche et capable de résister à l'environnement sévère en front de coupe (atmosphère hyperbare, terrain abrasif, température élevée du terrain).Preferably, the
Dans l'exemple de réalisation illustré sur la
En variante, comme illustré sur la
Un unique couvercle 8 et une unique plaque 7 peuvent être utilisés pour loger plusieurs émetteurs 6 (voir
Chaque émetteur 6 est connecté à un générateur électrique de puissance par l'intermédiaire d'un câble électrique 6a. Le générateur électrique est lui-même commandé par une unité de traitement adaptée pour exécuter automatiquement ou manuellement le procédé de décolmatage de l'ouverture d'évacuation 5, par exemple un ordinateur (pouvant être logé dans la cabine du tunnelier ou distant et connecté par voie filaire audit tunnelier). Ainsi, l'unité de traitement peut par exemple comprendre une mémoire dans laquelle sont stockées les instructions de code pour l'exécution du procédé de décolmatage et un calculateur de type processeur, microprocesseur, microcontrôleur, etc., configuré pour exécuter lesdites instructions. Le calculateur est en outre configuré pour étudier le comportement des émetteurs 6 pour en déduire la force appliquée par le terrain sur les parois circonférentielles 10 et donc adapter fréquence et puissance pour optimiser la propagation des vibrations sur lesdites parois circonférentielles 10. Optionnellement, le comportement des émetteurs 6 peut être utilisés pour obtenir des informations sur l'état du terrain excavé à destination du pilote du tunnelier.Each
Cette unité de traitement reçoit en entrée des paramètres spécifiques de forage, qui peuvent comprendre des mesures obtenues par un ou plusieurs capteurs fixés sur le tunnelier et donnant une information sur le colmatage ou blocage de l'ouverture.This processing unit receives as input specific drilling parameters, which may include measurements obtained by one or more sensors attached to the tunnel boring machine and providing information on the clogging or blocking of the opening.
Dans le cas où plusieurs émetteurs 6 sont fixés sur une même paroi circonférentielle 10, tout ou partie de ces émetteurs 6 peuvent être connectés en parallèle au même générateur électrique. Les émetteurs 6 peuvent par ailleurs être configurés pour générer un mouvement mécanique vibratoire à la même fréquence ultrasonore, à 1 % près. En variante, la fréquence du mouvement mécanique vibratoire des émetteurs 6 d'une même paroi circonférentielle 10 peut être différente d'un émetteur 6 à l'autre afin d'adapter la fréquence de chaque émetteur 6 à sa position sur la paroi.In the case where
Le générateur électrique de puissance est de préférence placé derrière la tête de coupe 1, au niveau du train suiveur. Dans ce cas, afin de raccorder un émetteur 6, situé au niveau du front de coupe, au générateur électrique correspondant, un système d'alimentation tel que celui décrit dans le document
Par exemple, le générateur électrique peut être configuré pour appliquer un courant de 3 A et une tension comprise entre 300 V et 400 V.For example, the electric generator can be configured to apply a current of 3 A and a voltage between 300 V and 400 V.
Les émetteurs 6 ultrasons sont configurés pour émettre des ondes ultrasonores. Par ondes ultrasonores, on comprendra ici des ondes sonores à une fréquence comprise entre 16 kHz et 25 kHz. Cette plage de fréquence permet en effet de faire entrer en vibration la paroi circonférentielle 10 et de modifier suffisamment le coefficient de frottement de la paroi circonférentielle 10 pour décolmater l'ouverture d'évacuation 5. De préférence, les ondes ultrasonores sont émises à une fréquence de l'ordre de 19 kHz (à 10% près).The 6 ultrasonic transmitters are configured to emit ultrasonic waves. By ultrasonic waves, we will understand here sound waves at a frequency between 16 kHz and 25 kHz. This frequency range in fact makes it possible to cause the
Le Demandeur s'est aperçu du fait que les zones des ouvertures d'évacuation 5 les plus touchées par le blocage et le colmatage correspondaient aux parties de la paroi circonférentielle 10 de ces ouvertures qui s'étendent globalement entre deux bras 4 adjacents de la tête de coupe 1. Les émetteurs 6 sont donc de préférence positionnés dans ces parties de la paroi circonférentielle 10, c'est-à-dire dans la portion radiale interne des ouvertures d'évacuation 5. Il est donc possible de ne pas fixer d'émetteurs 6 sur les parois latérales, bien que cela reste envisageable.The Applicant has noticed that the areas of the
Dans la présente demande, la direction axiale correspond à la direction de l'axe et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui. Par ailleurs, la direction latérale correspond à une direction perpendiculaire à l'axe et ne passant pas par lui. Sauf précision contraire, interne et externe, respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe que la partie ou la face externe du même élément.In the present application, the axial direction corresponds to the direction of the axis and a radial direction is a direction perpendicular to this axis and passing through it. Furthermore, the lateral direction corresponds to a direction perpendicular to the axis and not passing through it. Unless otherwise specified, inner and outer, respectively, are used with reference to a radial direction such that the inner part or face of an element is closer to the axis than the outer part or face of the same element.
La paroi circonférentielle 10 comprend, de manière connue en soi, deux parois radiales 11 s'étendant radialement depuis l'axe et deux parois latérales 14 connectant entre elles les deux parois radiales 11. Chaque paroi radiale 11 présente un bord interne 12, proche de l'axe de rotation de la roue de coupe 3, et un bord externe 13, à distance de l'axe de rotation de la roue de coupe 3. Enfin, chaque paroi radiale 11 présente une longueur déterminée correspondant à la plus courte distance entre le bord interne et le bord externe. Des exemples de parois radiales 11 et latérales 14 d'ouvertures ont été illustrés en
Afin de garantir que les zones les plus sensibles au colmatage soient bien traitées par les émetteurs 6 ultrasons, au moins un émetteur 6 est fixé à une distance du bord interne 12 comprise entre 5% et 50% de la longueur prédéterminée.In order to guarantee that the areas most sensitive to clogging are well treated by the
Dans une forme de réalisation, tous les émetteurs 6 d'une paroi radiale 11 donnée peuvent être fixés à une distance de son bord interne 12 comprise entre 5 % et 50 % de la longueur.In one embodiment, all of the
En variante, les émetteurs 6 peuvent être fixés le long de toute la longueur de la paroi radiale 11. Lorsque les deux parois radiales 11 d'une ouverture d'évacuation 5 donnée sont équipées d'émetteurs 6, chaque groupe d'émetteurs 6 associé à une paroi radiale 11 donnée peuvent être alimentés par un générateur électrique de puissance dédié.Alternatively, the
Dans une forme de réalisation, chaque paroi radiale 11 est équipée d'au moins un émetteur 6 ultrason, de préférence de plusieurs émetteurs 6 ultrasons. Par exemple, chaque paroi radiale 11 peut être équipée d'un à cinq émetteurs 6 ultrason selon la dimension de la paroi radiale 11. Par exemple, un émetteur 6 ultrason peut être placé tous les trente ou quarante centimètres le long de la paroi radiale 11, du moins dans la portion de la paroi radiale 11 qui s'étend à une distance du bord interne 12 comprise entre 5% et 50% de la longueur de ladite paroi. Ainsi, pour une paroi radiale 11 ayant une longueur de l'ordre de deux mètres, trois émetteurs 6 ultrasons peuvent être utilisés.In one embodiment, each
Le Demandeur a réalisé des essais sur un banc d'essai comprenant une boîte simulant une ouverture d'évacuation 5 d'une roue de coupe 3 dont la paroi circonférentielle 10 comprend deux parois radiales divergentes d'environ 1 m de longueur, une paroi latérale d'environ 0.66 m de longueur et une paroi latérale d'environ 1 m de longueur. Chaque paroi radiale de la boîte a été équipée de trois émetteurs 6 ultrasons alignés et espacés les uns des autres d'environ 25 cm. Les émetteurs 6 étaient montés au fond d'une unique rainure ménagée dans une plaque métallique 7 qui a été fixée par boulonnage sur la paroi radiale correspondante. La boîte formait ainsi un réservoir, qui a été rempli avec un matériau colmatant comprenant de l'argile et de l'eau de sorte à la boucher. La boîte a ensuite été inclinée de 10° afin de simuler la poussée du terrain à l'aide de la gravité, puis des ondes ultrasonores ont été générées simultanément par les six émetteurs 6 à une fréquence de 19 kHz. Au bout d'une minute, le matériau colmatant s'était décollé de la paroi latérale supérieure de la boîte et il a suffi d'une minute et demie pour décolmater l'ensemble de la boîte simulant l'ouverture d'évacuation 5. En d'autres termes, en une minute et demie, l'ensemble du colmatant matériau bloquant le réservoir de la boîte qui simulait une ouverture d'évacuation 5 était sorti de la boîte.The Applicant has carried out tests on a test bench comprising a box simulating an
Des essais supplémentaires ont montré qu'en augmentant la quantité d'eau dans le matériau, ledit matériau était plus colmaté et la durée d'émission des ondes sonores pour décolmater la boîte pouvait augmenter jusqu'à six minutes.Additional tests showed that by increasing the amount of water in the material, said material was more clogged and the duration of emission of sound waves to unclog the box could increase up to six minutes.
L'ensemble formé des émetteurs 6, du couvercle et le cas échéant de la plaque métallique 7 peuvent être montés sur la roue de coupe 3 en usine pendant sa phase de montage ou rapportés et fixés sur la paroi circonférentielle 10 directement sur le chantier.The assembly formed by the
Claims (10)
- A cutting head of a tunnel boring machine comprising:a cutting wheel (3) comprising at least one material intake opening (5), said intake opening (5) being delimited by a circumferential wall (10), anda fixing ring (2), the fixing ring and the cutting wheel (3) being joined by a series of arms (4) and delimiting together a containment chamber, said containment chamber extending downstream of the at least one intake opening (5),the cutting head (2) further comprising at least one ultrasonic emitter (6) configured to generate a mechanical vibratory motion in a range of ultrasonic frequencies, said emitter (6) being fixed against the circumferential wall (10) of the intake opening (5) so as to transmit the mechanical vibratory motion to the vibrating circumferential wall (10) and to reduce its coefficient of friction.
- The cutting head according to claim 1, wherein the ultrasonic emitter (6) is directly fixed to the circumferential wall (10).
- The cutting head according to claim 1, wherein the ultrasonic emitter (6) is fixed to a plate (7), said plate (7) being added and fixed directly to the circumferential wall (10).
- The cutting head according to claim 3, wherein a groove is formed in the plate (7) so as to locally reduce its thickness and the emitter (6) is housed at least partially in the groove.
- The cutting wheel according to any of claims 1 to 4, wherein at least one emitter (6) is configured to generate a mechanical vibratory motion in a range of frequencies comprised between 16 kHz and 25 kHz, preferably in the order of 19 kHz.
- The cutting head according to any of claims 1 to 5, wherein at least two ultrasonic emitters (6), preferably between four and ten ultrasonic emitters (6), are fixed to the circumferential wall (10) of the intake opening (5).
- The cutting head according to claim 6, wherein the ultrasonic emitters (6) are configured to generate a mechanical vibratory motion in a range at the same ultrasonic frequency, to within 1%.
- The cutting head according to any of claims 1 to 7, wherein the circumferential wall (10) of the opening has two radial walls (11), extending radially from a center of rotation of the cutting wheel (3), and two side walls (14) connecting the radial walls (11), the at least one emitter (6) being fixed to one of the radial walls (11).
- The cutting head according to claim 8, wherein the radial wall to which the emitter (6) is fixed has an inner edge (12), close to the axis of rotation of the cutting wheel (3), and an outer edge (13), at a distance from the axis of rotation of the cutting wheel (3), the radial wall having a determined length between the inner edge (12) and the outer edge (13), and the emitter (6) is fixed at a distance from the inner edge (11) comprised between 5% and 50% of the predetermined length.
- The cutting head according to any of claims 1 to 9, wherein the at least one emitter (6) is fixed to the circumferential wall (10) between two adjacent arms (4).
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