FR2523202A1 - HAMMER WITH PNEUMATIC DRIVE OF THE TYPE "FOND-DE-TROU" - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un marteau pneumatique de forage, et plusThe present invention relates to a pneumatic drill hammer, and more
particulièrement un marteau du type "fond-de-trou", c'est à dire particularly a hammer of the type "bottom-of-hole", ie
destiné à travailler au fond même du trou que l'on est en train de forer. intended to work at the very bottom of the hole that is being drilled.
De tels appareils sont donc disposés à l'extrémité d'un ensemble de tubes qui servent à lui transmettre l'air comprimé de fonctionnement ainsi que la poussée et le mouvement général de rotation pour régulariser l'action Such devices are therefore arranged at the end of a set of tubes which serve to transmit to it the operating compressed air as well as the thrust and the general rotational movement to regulate the action.
du taillant de perforation.perforation cutter.
De tels marteaux pneumatiques destinés à travailler au fond du trou comportent généralement un corps tubulaire alimenté en air comprimé, un mécanisme de distribution, un piston frappeur, et un taillant recevant les Such pneumatic hammers for working at the bottom of the hole generally comprise a tubular body supplied with compressed air, a distribution mechanism, a striking piston, and a cutter receiving the
chocs du piston frappeur pour les transmettre à la roche Le piston frap- percussion piston shocks to transmit them to the rock.
peur est mobile dans un cylindre formé par une chemise intérieure, et entre fear is mobile in a cylinder formed by an inner shirt, and between
la chemise et la paroi intérieure du corps du marteau sont ménagés des pas- the liner and the inner wall of the hammer body are protected against
sages longitudinaux servant à amener l'air comprimé agissant sur le piston, d'autres passages servant à l'échappement de l'air après son action sur longitudinals for supplying the compressed air acting on the piston, other passages serving to exhaust the air after its action on
l'une ou l'autre face du piston frappeur Lorsque de tels marteaux sont pré- one or the other face of the striking piston When such hammers are pre-
vus pour une amenée indépendante d'un fluide de chasse de déblais, ils com- seen for an independent supply of a spoil hunting fluid, they com-
portent une pièce de raccordement axial à la tuyauterie d'amenée du fluide à travers les tubes de forage, et un tube axial traversant de part en part tout l'ensemble du marteau, c'est à dire en particulier le piston frappeur, pour venir déboucher dans un alésage axial ménagé dans le taillant Un tel marteau pneumatique a été décrit par exemple dans le brevet fran ais publié carry an axial connecting piece to the fluid supply pipe through the drill pipe, and an axial tube passing right through the entire hammer assembly, that is to say in particular the striking piston, to come This pneumatic hammer has been described for example in the published French patent.
sous le numéro 2 044 939.under number 2 044 939.
Pour obtenir des efforts suffisants de frappe du piston frappeur sur le taillant, et par conséquent sur la roche à briser, on utilise de l'air comprimé sous forte pression, sous 20 à 25 bars par exemple La consommation qui peut être de l'ordre par exemple de 10 à 15 Nm 3 par minute impose donc l'utilisation de compresseurs de fort débit sous forte pression, c'est à dire de matériels lourds et encombrants Il s'agit en outre de matériels onéreux, aussi bien en valeur d'achat et d'immobilisation, qu'en coût de To obtain sufficient efforts to strike the striking piston on the cutter, and therefore on the rock to break, using compressed air under high pressure, under 20 to 25 bar for example Consumption that may be of the order for example 10 to 15 Nm 3 per minute therefore requires the use of compressors high flow under high pressure, ie heavy and bulky equipment It is also expensive equipment, both in value of purchase and capitalization, that in the cost of
fonctionnement car la consommation d'énergie est importante. functioning because the energy consumption is important.
La présente invention permet une réduction importante de ces coûts, et en particulier, à même efficacité de forage, une importante réduction de The present invention allows a significant reduction in these costs, and in particular, at the same drilling efficiency, a significant reduction in
la consommation d'énergie.energy consumption.
L'invention concerne donc un marteau pneumatique de forage de type "fondde-trou", comportant un corps tubulaire alimenté en air comprimé portant un taillant de perforation, et dans lequel un piston frappeur est mis en mouvement alternatif dans une chemise intérieure formant fourreau par un mécanisme de distribution d'air comprimé alternativement au-dessus et audessous du piston frappeur de manière à ce qu'il vienne cycliquement The invention therefore relates to a pneumatic drill-type drill "bottom-hole", comprising a tubular body supplied with compressed air carrying a perforation cutter, and wherein a striking piston is reciprocated in an inner sleeve forming sleeve by a mechanism for distributing compressed air alternately above and below the striking piston so that it comes cyclically
frapper sur le taillant et remonter. knock on the cutting edge and pull up.
Selon l'invention le marteau comporte deux alimentations séparées d'air comprimé, respectivement à haute et basse pression, le mécanisme de distribution assurant alternativement l'alimentation en air haute pression de la chambre supérieure au-dessus du piston frappeur pour le projeter vers According to the invention the hammer comprises two separate compressed air supplies, respectively at high and low pressure, the distribution mechanism alternately ensuring the supply of high pressure air from the upper chamber above the striking piston to project it to
le taillant avec mise à l'échappement de la chambre inférieure, puis ltali- cutting with exhaust of the lower chamber, then ltalian
oe mentation 7 air basse pression de la chambre inférieure pour faire remonter oe mentation 7 low pressure air from the lower chamber to wind up
le piston avec mise à l'échappement de la chambre supérieure. the piston with exhaust of the upper chamber.
Selon une forme particulière de réalisation de l'invention l'ali- According to a particular embodiment of the invention, the
mentation en air basse pression de la chambre inférieure est assurée par une chambre axiale intérieure du piston frappeur, tandis que l'alimentation en air haute pression de la chambre supérieure est assurée par des lumières low-pressure air from the lower chamber is provided by an inner axial chamber of the striking piston, while the high-pressure air supply of the upper chamber is provided by lights
traversant le fourreau et des rainures longitudinales formées extérieure- through the sheath and longitudinal grooves formed outer-
ment dans l'épaisseur du fourreau.in the thickness of the sheath.
L'invention sera mieux comprise en se référant à un mode de réali- The invention will be better understood by referring to a mode of realization
sation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure 1 est une vue générale en coupe longitudinale, en deux This particular example is given by way of example and shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a general view in longitudinal section, in two
parties, d'un marteau pneumatique réalisé selon l'invention. parts, of a pneumatic hammer made according to the invention.
Les figures 2 à 5 sont des vues partielles qui montrent les posi- Figures 2 to 5 are partial views that show the posi-
tions successives du piston frappeur au cours d'un cycle de fonctionnement. successive operations of the striking piston during an operating cycle.
En se référant tout d'abord à l'ensemble des deux parties de la Referring first of all to the two parts of the
figure 1, on verra que le corps principal 1 du marteau est vissé à sa par- Figure 1, it will be seen that the main body 1 of the hammer is screwed to its
tie inférieure sur un embout 2 dans lequel coulisse la queue cannelée du taillant de perforation 3 La queue du taillant est arrêtée en rotation par lower part on a tip 2 in which slides the fluted tail of the perforation cutter 3 The tail of the cutter is stopped in rotation by
rapport au corps, et limitée en déplacement axial par une clavette tangen- relative to the body, and limited in axial displacement by a tangential key
tielle 4 qui porte sur un dégagement 5 de la queue. 4 which relates to a clearance of the tail.
Un fourreau cylindrique 7 double intérieurement le corps 1 sur pres- A cylindrical sleeve 7 internally double the body 1 on pres-
que toute sa longueur A sa partie inférieure le fourreau 7 prend appui sur une bague entretoise 8 de forme générale conique, percée d'orifices radiaux 9, et qui -rend elle-même appui sur l'embout 2 De façon analogue l'autre extrémité du fourreau 7 est en butée sur une bague 10 munie de conduits that its entire length At its lower part the sheath 7 is supported on a spacer ring 8 of generally conical shape, pierced by radial orifices 9, and which -rend itself bearing on the tip 2 Similarly the other end sheath 7 is abutting on a ring 10 provided with ducts
radiaux 11 La bague 10 est maintenue par l'extrémité de l'embout de rac- The ring 10 is held by the end of the connector end.
cordement 13 vissé sur le corps 1 Par son autre extrémité l'embout 13 rope 13 screwed on the body 1 With its other end the tip 13
reçoit les pièces usuelles de liaison avec les tubes et tiges d'alimenta- receives the usual parts of connection with the tubes and rods of alimenta-
tion et de manoeuvre du marteau La pièce 15 qui transmet la poussée sur le marteau forme un premier conduit annulaire 16 autour d'un tube 17; un second conduit annulaire 18 est formé entre la face interne du tube 17 et The piece 15 which transmits the thrust on the hammer forms a first annular duct 16 around a tube 17; a second annular duct 18 is formed between the inner face of the tube 17 and
un tube central 19.a central tube 19.
Par sa surface interne le fourreau 7 sert de guide au piston frap- By its inner surface the sheath 7 serves as a guide for the piston piston.
peur coulissant 21 qui peut se déplacer librement entre une position basse telle que représentée sur la figure 1 o il est au contact de l'extrémité de la queue du taillant, et une position haute comme on le verra plus loin sliding fear 21 which can move freely between a low position as shown in Figure 1 where it is in contact with the end of the tail of the cutter, and a high position as will be seen later
lors de la description du fonctionnement de l'appareil La partie supérieure when describing the operation of the device The upper part
du frapeur 21 enserre en permanence la partie basse du tube 17 dont l'ex- 21 of the crater permanently surrounds the lower part of the tube 17 whose ex-
trémité inférieure pleine 23 comporte des canaux 24 qui font communiquer le conduit annulaire 18 avec une chambre centrale 25 à l'intérieur du frappeur full lower end 23 comprises channels 24 which communicate the annular duct 18 with a central chamber 25 inside the batter
21 La chambre 25 est prolongée par deux conduits axiaux 26 et 27, ce der- The chamber 25 is extended by two axial ducts 26 and 27, the latter
nier débouchant à la partie inférieure du frappeur Extérieurement le frap- denier leading to the bottom of the batter Externally the striker
peur 21 comporte une gorge circulaire 28. fear 21 has a circular groove 28.
La surface extérieure du fourreau 7 comporte trois séries de rainu- The outer surface of the sheath 7 comprises three series of grooves.
res longitudinales; pour simplifier le dessin on n'a représenté ici qu'une seule rainure de chaque type Une première série de rainures supérieures 30 longitudinal res; to simplify the drawing there is shown here only one groove of each type A first series of upper grooves 30
fait communiquer la chambre annulaire 31 qui entoure la bague 10 avec au- communicates the annular chamber 31 which surrounds the ring 10 with
tant d'orifices 32 qui débouchent à l'intérieur du fourreau Une deuxième so many orifices 32 which open inside the sheath A second
série de rainures inférieures 34 aboutissent à la chambre annulaire 35 en- series of lower grooves 34 lead to the annular chamber 35
tourant la bague inférieure 8; les orifices 36 et 37 traversent la paroi du fourreau 7 et débouchent dans ces rainures 34 Enfin une troisième série de rainures 39 fait communiquer les orifices 40 et 41 qui traversent aussi turning the lower ring 8; the orifices 36 and 37 pass through the wall of the sheath 7 and open into these grooves 34. Finally, a third series of grooves 39 makes the orifices 40 and 41 pass through.
la paroi du fourreau 7.the wall of the sheath 7.
On notera que la chambre 35, autour de la bague 8, communique avec l'extérieur du marteau par les conduits 9, par les jeux entre les cannelures du taillant et les gorges conjuguées de l'embout 2, et par la chambre 47 qui It will be noted that the chamber 35, around the ring 8, communicates with the outside of the hammer through the ducts 9, the clearance between the flutes of the cutter and the conjugate grooves of the nozzle 2, and by the chamber 47 which
communique avec l'extérieur par les conduits d'échappement 48. communicates with the outside through the exhaust ducts 48.
Le tube central 19-sert à lamenée d'eau utilisée pour chasser les The central tube 19 serves the purpose of water used to chase the
déblais en fond de trou Pour cela le tube 19 se prolonge à la partie infé- cuttings downhole For this the tube 19 is extended to the lower part
rieure jusqu'à pénétrer dans la queue du taillant qui comporte un canal cen- until it reaches the tail of the cutter which has a central channel
tral conjugué 43 La pénétration du tube dans la queue du taillant est dé- The penetration of the tube into the tail of the cutter is de-
terminée pour que le tube reste engagé quelle que soit la position du tail- completed so that the tube remains engaged regardless of the position of the tail-
lant dans son déplacement axial Le canal central 43 est pmlongé par un canal 44 qui vient déboucher par des orifices 45 à la périphérie du taillant /4 The central channel 43 is elongated by a channel 44 which opens out through orifices 45 at the periphery of the cutting edge.
pour en chasser les déblais.to drive out the excavations.
Le conduit annulaire extérieur 16 est alimenté en air comprimé à hau- The outer annular conduit 16 is supplied with compressed air at a higher rate.
te pression, par exemple sous 20 à 25 bars Le conduit annulaire intérieur pressure, for example under 20 to 25 bar The inner annular conduit
18 est alimenté en air comprimé à basse pression par exemple sous 6 bars. 18 is supplied with compressed air at low pressure, for example under 6 bars.
On n'a las représenté sur les dessins les raccords d'alimentation simultanée du marteau par les trois fluides différents, liquide de chasse pour The connections of the simultaneous supply of the hammer by the three different fluids, liquid for hunting, have not been shown in the drawings.
le tube central 19, air basse pression pour le conduit 18, air haute pres- the central tube 19, low pressure air for the duct 18, high air pres-
sion pour le conduit 16 De tels raccords, ainsi que la structure des tubes allonges de liaison avec la surface ont été déjà décrits par exemple par These connectors, as well as the structure of the elongate tubes for connection with the surface have already been described, for example, by
le brevet français publié sous le numéro 2 126 118. the French patent published under number 2 126 118.
On se réfàrera maintenant aux figures 2 à 5 pour comprendre le fonc- Referring now to FIGS. 2 to 5, to understand the function
tionnement du marteau, ainsi alimenté en air comprimé sous deux pressions différentes Sur la figure 2, comme sur la figure 1 précédente, le piston frappeur 21 est représenté en position basse, juste après son -impact sur la queue du taillant Dans cette position l'air à haute pression remplit le In FIG. 2, as in FIG. 1 above, the striking piston 21 is shown in the lower position, just after its impact on the tail of the cutter. In this position, the hammer piston is fed with compressed air at two different pressures. high pressure air fills the
conduit 16, la chambre intermédiaire 49, les conduits 11, la chambre annu- 16, the intermediate chamber 49, the ducts 11, the annular chamber
laire 31, les rainures 30 et les orifices 32; mais ceux-ci, à l'intérieur du fourreau, sont obturés par le frappeur 21 et l'air haute pression reste 31, the grooves 30 and the orifices 32; but these, inside the sheath, are closed by the hitter 21 and the high pressure air remains
prisonnier dans les rainures 30 Par contre l'air à basse pression qui ar- trapped in the grooves 30 On the other hand low pressure air
rive par le conduit 18 passe par les conduits 24 dans la chambre 25, et de bank through the conduit 18 passes through the ducts 24 in the chamber 25, and
là par les conduits 26 et 27 remplit la chambre inférieure 50 sous le frap- there through the conduits 26 and 27 fills the lower chamber 50 under the
peur 21 La pression dans la chambre inférieure 50 fait remonter le frap- fear 21 The pressure in the lower chamber 50 makes up the frap-
peur 21 sans autre réaction que son propre poids car la chambre supérieure 51 communique alors librement avec l'échappement à l'extérieur du marteau fear 21 without any reaction other than its own weight because the upper chamber 51 then freely communicates with the exhaust outside the hammer
par les orifices 36, les rainures 34 et la chambre 35. through the orifices 36, the grooves 34 and the chamber 35.
Lorsque dans sa course de remontée le frappeur atteint la position re- When in his uphill race the batter reaches the
présentée à la figure 3, l'arrivée d'air à basse pression est interrompue par obturation des orifices 24 par les parois de la chambre 26 En même temps la chambre 50 est mise à l'échappement par l'ouverture des orifices 37 qui shown in Figure 3, the low pressure air inlet is interrupted by closing the orifices 24 by the walls of the chamber 26 at the same time the chamber 50 is exhausted through the opening of the openings 37 which
la font alors communiquer avec les rainures 34. then make it communicate with the grooves 34.
Sous l'impulsion donnée le frappeur 21 va poursuivre sa course vers le haut et la gorge 28 va se trouver face aux orifices 32 et se remplir d'air Under the impetus given the hitter 21 will continue its upward stroke and the groove 28 will face the orifices 32 and fill with air
à haute pression.at high pressure.
Lorsque le frappeur atteint la position représentée à la figure 4 la When the batter reaches the position shown in Figure 4 the
gorge 28, déjà pleine d'air sous haute pression, fait directement commu- throat 28, already full of air under high pressure, is directly
niquer les orifices 32 et 40, si bien que par les rainures 39 et les orifi- holes 32 and 40, so that by the grooves 39 and the ori-
ces 41 la chambre 51 se trouve remplie d'air sous haute pression. these 41 the chamber 51 is filled with air under high pressure.
Les orifices d'échappement 36 étant déjà fermés, la haute pression dans la chambre 51 repousse violemment le frappeur 21 vers le bas, sans contrepression puisque la chambre inférieure 50 est alors à l'échappement The exhaust ports 36 are already closed, the high pressure in the chamber 51 violently pushes the batter 21 down without back pressure since the lower chamber 50 is then exhausted
par les orifices découverts 37.by the openings uncovered 37.
Au cours de sa course descendante (figure 5), le frappeur 21 ferme d'abord l'alimentation haute pression de la chambre 51, puis met celle-ci à l'échappement en découvrant les orifices 36 Un peu avant l'impact sur l'extrémité de la queue du taillant l'échappement de la chambre 50 est During its downward stroke (FIG. 5), the hitter 21 first closes the high-pressure supply of the chamber 51, then puts it into the exhaust by uncovering the orifices 36. tail end of the tailpipe exhaust chamber 50 is
fermé par obturation des orifices 37, puis l'air basse pression est à nou- closed by closing the orifices 37, then the low pressure air is again
veau amené dans la chambre 50 par ouverture des orifices 24 sur la chambre calf brought into the chamber 50 by opening the orifices 24 on the chamber
25, et le cycle peut recommencer.25, and the cycle can start again.
On voit qu'ainsi à chaque cycle, c'est à dire à chaque aller et retour We see that each cycle, ie each round trip
du frappeur 21, seule la phase active de lancée du frappeur vers le tail- 21, only the active phase of the batter's pitch to the tail.
lant est consommatrice d'air à haute pression, tandis que la phase inactive lant is a consumer of high pressure air, while the inactive phase
de remontée ne consomme que de l'air sous basse pression; l'effort engen- lift only consumes low pressure air; the effort
dré par la basse pression dans la chambre 50 est suffisante pour assurer dredged by the low pressure in chamber 50 is sufficient to ensure
la libre remontée du frappeur qui bénéficie d'ailleurs de l'effet de re- the free recovery of the batter who benefits from the effect of
bond lors du choc sur l'extrémité de la queue du taillant La consommation en air à haute pression est donc globalement divisée sensiblement par deux, during the impact on the end of the tail of the cutter The consumption of air at high pressure is generally divided substantially by two,
ce qui permet ?our la même puissance de perforation, d'utiliser un maté- allowing the same power of perforation, to use a material
riel beaucoup moins encombrant, moins coûteux à l'achat et moins coûteux much less bulky, less expensive to buy and less expensive
en consommation d'énergie L'alimentation en air comprimé sous basse pres- in energy consumption The supply of compressed air under low pressure
sion de l'ordre de 6 bars ne nécessite en effet qu'un raccordement à un réseau usuel de distribution, ou un groupe compresseur de faible coût 6 bars requires only a connection to a conventional distribution network, or a low-cost compressor unit.
d'achat et de consommation.purchase and consumption.
On notera qu'à l'échappement, aussi bien l'air haute pression après action dans la chambre supérieure 51 que l'air basse pression après travail dans la chambre inférieure 50, se retrouvent mélangés dans la chambre 35, It will be noted that in the exhaust, both the high pressure air after action in the upper chamber 51 and the low pressure air after working in the lower chamber 50, are found mixed in the chamber 35,
puis à la sortie du marteau dans les conduits 48. then at the exit of the hammer in the conduits 48.
Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de ré- Of course, the invention is not strictly limited to the mode of
alisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais elle couvre éga- described above as an example, but it also covers
lement les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des which would differ only in details,
variantes d'exécution, ou par l'utilisation de moyens équivalents. alternative embodiments, or by the use of equivalent means.
Ainsi, bien que la description ci-dessus ait été faite pour un mar- Thus, although the above description was made for a
teau pneumatique comportant une amenée centrale de fluide de chasse, on ob- pneumatic trough with a central feed of flushing fluid,
serverait lé même avantage de réduction de consommation d'énergie pour un marteau sans fluide de chasse, et dont les déblais ne seraient évacués que would offer the same benefit of reducing energy consumption for a hammer without flushing fluid, which would be removed only
par l'air d'échappement issu des conduits 48. by the exhaust air coming from the ducts 48.
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