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BREVET D'INVENTION Perforatrice
La présente invention est relative aux perforatrices et, plus particulièrement, aux perforatrices du type tournant comportant un dispositif permettant d'envoyer du fluide de nettoya,ge au taillant pour le refroidir et pour enlever les éclats de roches de la surface de travail.
L'un des buts de l'invention est la réalisation, entre l'outil et les éléments y amenant du fluide de nettoyage une liaison pouvant s'établir rapidement.
L'invention a, encore pour but d'éviter la. fuite de fluide de nettoyage.de la perforatrice et d'utiliser la pression
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de ce fluide comme force servant à maintenir un joint étanche entre l'outil et les élémentsd'amenée du fluide.
D'antres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la, description ci-dessous, faite en se référant au dessin annexé dans lequel : - La, figure 1 est une vue en élévation de côté d'une perforatrice selon l'invention, montée sur une colonne en vue de forer un trou horizontal.
- La. figure 2 est une vue, à plus grande échelle, et éléva,tion longitudinale, avec pa.rties en coupe, de cette perforatrice.
Sur le dessin, on voit une perforatrice 20 montéee -sur une colonne 21 et servant à faire tourner et avancer l'outil 22.
Cet outil est constitué par plusieurs éléments tu- bulaires 23 réunis les uns aux autres par des pièces de liaison 24, comportant une tige 25 à. leurs extrémités opposées, se vissant dans les éléments 23 et cha.que pièce de liaison comporte un passage 26 assurant la communication entre des passages 27 des éléments 23 voisins. Les extrémités des passages 26 sont coniques de façon à constituer les sièges de soupape 28 et le siège de l'extrémité d'aval de chaque passage 26 coopère avec une soupape de retenue 29 empêchant le fluide de nettoyage de revenir de l'outil vers la perforatrice.
Une extrémité du système de tige porte un taillant 30 représenté comme étant du type à. diamant en vue de forer un trou 31 dans de la roche 32 et l'extrémité opposée de l'outil est fixée sur la vis d'avance 33 de la perforatrice, au moyen d'un mandrin 34. Ce mandrin est vissé sur la, is d'avancersonbeîtier 35 comportant une tige taraudée 36
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servant à recevoir l'extrémité filetée 37 de la vis d'avance, et, dans le boîtier 35, il y a. plusieurs mâchoires 38 mobiles radialement, servant à serrer l'outil.
Ces mâchoires sont a,ctionnées, en vue de se mettre en prise sur l'outil ou hors de prise d'avec lui, au moyen de vis 39 passant dans la paroi du boîtier 35 et comportant des têtes 40 à leurs extrémités intérieures enclenchées avec les mâchoires de telle sorte que les vis puissent faire reculer les mâchoires à partir de leurs positions de serrage de l'outil. Les mâchoires sont guidées par les parois d'extrémité 41 et, dans ces pa.rois d'extrémité, il y a. des ouvertures 42 de dimension suffisante pour permettre d'introduire facilement l'outil dans le mandrin.
La, vis d'avance 33 passe entièrement dans le carter 43 de la perforatrice et a, une amplitude de mouvement en bout qui est approximativement égale à la, longueur d'un élément de tige 23. Du fait de cette disposition, lorsque le mandrin 34 .est détaché de l'outil et est ramené jusqu'à la limite du déplacement vers l'arrière de la. vis d'avance, on peut introduire, de façon commodes un élément de tige 23 dans le mandrin et le visser sur l'outil sans avoir besoin de déplacer la perforatrice en la, mettant hors d'alignement d'avec le trou de forage.
En outre, la visd'avance passe axialement dans le moteur servant à faire tourner l'outil et ce moteur 44 est pla,cé en avant du ca,rter 43. Il est du type tournant, à pales coulissantes, eson rotor 45 est en prise sur la -,il d'avance, par assemblage, à rainures et la,nguettes, de telle sorte que l'outil tourne à la vitesse du rotor et soit susceptible de se déplacer en bout par rapport à celui-ci.
En conséquence, la. vis d'avance comporte sur son pourtour une série de rainures 46 dont une seule est représentée, s'étendant longitudina,-
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lementdepuis l'extrémi lé arrière de la visd'avance jusqu'en un point voisin, de la tige 36 du mandrin et, su.r la surface intérieure du rotor, se trouvent des nervures 47 qui peuvent coulisser dans les rainures 46 et qui ont, de préférence, la même longueur que le rotor,
La chambre 48 contenant le rotor 45 est délimitée par une douille 49 et des plaques 50 et 51 introduites dans le carter 43 de façon à, constituer des fermetures pour les extré- mités de la chambre 48.
Aux extrémités du rotor, se trouvent des tourillons annulaires 52 et 53 traversant les plaques 50 et 51 respectivement et venant porter sur des paliers antifriction 54 et 55.
Le fluide sous pression servant à actionner le rotor vient à la perforatrice, d'une source d'alimentation, par un conduit 56 se vissant sur le carter 43 et un obturateur à, étranglement 57 commande l'écoulement de ce fluide sous pression dans un passage d'entrée 58 conduisant à. la chambre 48 et communiquant avec elle pa.r plusieurs ouvertures 59. Le fluide d'échap- pement va.,de la chambre 48, dans l'atmosphère, pa.r des orifices 60 de la douille 49 et de la paroi du carter 43.
Comme on l'a dit plus haut, le rotor fournit également la force nécessaire? our faire avancer l'outil vers le 1)oint de forage. Dans ce but, le tourillon 53porte une roue dentée 61, engrenant avec une roue dentée 62, calée sur un arbre creux 63 tourillonnant dans le carter 43 et disposé parallèlement à. la vis d'avance 33. Un certain nombre de roues d'engrenage 64 sont disposées sur l'arbre 63 de manière à engrener avec des roues 65 calées sur un écrou d'avance 66 pour la vis d'avance; cet écrou 66 étant convenablement supporté par des paliers antifriction 67 et 68, et taraudé de manière à coopérer avec les
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filets 69 de la vis d'avance 33.
Les roues dentées 64 différent les unes des autres en ce qui concerne le nombre des dents, de manière à permettre la, rotation de l'écrou 66 à des vitesses différentes, et elles sont enclenchées sélectivement a,vec l'arbre 63, pour les fa.ire tourner avec celui-ci, par une clavette 70 portée par un plongeur 7I pouvant aller et venir dans l'arbre 63. La, clavette 70 peut coulisser dans les fentes 72 ménagées dans les côtés opposés de l'arbre 63 et ses extrémités sont en saillie sur l'arbre 63 pour venir en prise avec les rainures de clavette 73 des roues dentées 64.
On déplace le plongeur 71 à la main, à l'a.ide d'une crémaillère 74 et d'un pignon 75 engrenant avec elle et ce plongeur estenclenché avec la crémaillère de façon à empêcher tout mouvement relatif en bout entre ces deux pièces, et à permettre la, rotation du plongeur par rapport à la crémaillère.
Etant donné la disposition des roues dentées 64 et 65 et la clavette 70 étant dans une position telle qu'elle relie une roue dentée 64 à l'arbre 63, l'écrou d'avance 66 tourne d'une façon bien connue pour faire avancer l'outil à une vitesse désirée du mouvement d'avance, suivant celle des roues 64/qui est alors enclenchée avec l'arbre 63. Le déplacement en sens inverse de l'écrou d'avance 66, en vue de faire reculer la, vis d'avance, peut se faire à la ma,in au: moyen d'un volant 76 qui est relié à l'extrémité arrière de l'écrou d'avance 66.
Le fluide servant à r efroidir le taillant et à balayer les déchets du trou de forage passe par la vis d'avance à laquelle il a,rrive par un conduit d'alimentation 77 relié à une rotule 78. Le conduit 77 est commandé par un robinet 79 et le pivot 78 se visse dans un bouchon creux 80 vissé lui-même dans
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l'extrémité arrière de la vis d'avance. L'extrémité intérieure du bouchon creux est reliée par vis à un tube 81 avec tête 82 à son extrémité libre et le pourtour de cette tête est un élément de garnissa.ge annulaire 83 servant à faire joint entre la surface intérieure de la. vis d'avance et la tête 82.
Dans la partie centra.le de la tête 82, il y a. une ouverture 84 dans la.quelle pa.sse, à, glissement, un tube 85 comporta.nt une bride extérieure 86, se trouvant dans le tube 81 et coopérant avec la tête 82 de manière à limiter le déplacement du tube 85 en direction de l'outil 22. L'extrémité avant du tube 85 se visse dans une extrémité d'une pièce de liaison creuse 87 dont l'extrémité opposée est reliée de la même façon à. un corps 88 comportant un passage 89 servant à faire passer le liquide de nettoyage de la. pièce de liaison au passage 26 de l'outil.
Le corps 88 s'adapte à to glissement dans la vis d'avance 33 et son pourtour forme élément de fermeture annulaire 90 empêchant le liquide de nettoyage de fuir le long de la' surface du corpspar l'extrémitéavant'de la
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vis d'nvance..r
Dans une forme de réalisation préférée, l'extrémité du passage 89, voisine de la pièce de liaison 87, est élargie de façon à. constituer une cavité 91 servant à loger une soupape de retenue 92, poussée par ressort, servant à fermer l'extrémité avant de la pièce de liaison pour empêcher le fluide de nettoyage de s'écouler de l'outil dans les éléments d'amenée du liquide se trouvant à. l'arrière du corps 88.
La partie d'extrémité avant du corps a. la forme d'une tige réduite 93 pénétra.nt dans une cavité 94 d'un élément de fermeture élastique, annulaire, 95, comportant une bride retournée 96 se logeant da.ns une rainure annulaire 97
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du pourtour de la tige 93 de manière à réunir l'élément de fermeture 95 avec le corps. L'élément de fermeture 95 comporte un passage 98 servant à établir une communication entre les passages 89 et 26 et l'extrémité avant de l'élément de fermeture 95 porte contre l'extrémité voisine de l'outil pour empêcher le liquide de nettoyage de fuir entre ceux-ci et par le mandrin 34.
L'élément de fermeture est entouré par un manchon 99 qui est relié de fa,çon appropriée à la partie avant du corps 88. L'alésage 100 du manchon 99, situé en avant de l'élément de fermeture 95, a les proportions voulues pour recevoir fa,ci- lement l'extrémité de l'outil et l'extrémité d'entrée 101 de l'alésage 100 est évasée de manière à faciliter ltintroduc- tion de l'outil dans l'alésage 100. Le corps et les parties qui y sont reliées sont poussés vers l'avant, en vue de mettre l'élément de fermeture 95 en prise avec l'outil, par un ressort 102 intercalé entre la tête 82 et le corps 88.
L'espace contenant le ressort 102 constitue une chambre de pression 103 qui est délimitée par le corps 88, la tête 82 et le tube 85 et le fluide de nettoyage sous pression arrive dans cette chambre 103 par des orifices 104 de la pièce de liaison 87, de manière à agir sur une surface de pression 105 du corps 88, afin de pousser l'élément de fermeture 95 vers l'avant. La, pression du 'fluide agissant sur la surface 105, accouplée à celle agissant sur l'extrémité libre du tube 85 et avec la force exercée par le ressort 102 applique solidement l'élément 95 contre l'outil, de façon qu'il n'y a,it pas de fluide de nettoyage qui s'échappe à l'extérieur de la perforatrice.
En fonctionnement du dispositif, on supposera que
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la vis d'avance 33 est dans la position de retrait où elle se trouve avent de commencer un forage et que l'élément de fermeture 95 est dans sa position extrême avant, dans laquelle la bride 86 du tube 85 est en prise avec la tête 83. L'extrémité d'un élément de tige 23, auquel est attachée une pièce de liaison 34 estalors introduite dans le manchon 99 du mandrin, contre l'élément de fermeture 95.
On établiainsi commodément un joint qui estensuite maintenu effectivement par les ressorts 102 lorsque l'on fait reculer le système de tige etde tube dans la mesure nécessaire pour oermettre à. l'extré- mité opposée de l'élément de tige de venir dans l'alignement d.e l'outil et pendant le déplacement inverse de l'élément de tige pour permettre de visser sur lui l'outil.
Après avoir ainsi allongé l'outil et les pièces étant placées de façon que la bride 86 se trouve à, une dis- tance appropriée au-dessus de la tête 82, ce qui est la posi- -tion qu'elle doit occuper pour que les parties tubulaires mobiles dans la vis d'avance puissent avoir la liberté de mouvement pour assurer la pression nécessaire de l'élément de fermeture 95 contre l'outil, on actionne les mâchoires 38 pour les mettre en prise avec l'outil de manière à les fixer solidement sur lui. On ouvre alors le robinet 79 de manière à faire communiquer les passages de la vis d'avance et de l'outil avec la source de fluide de nettoyage.
Unepartie de ce fluide pénètre dans la chambre sous pression I03 et agit contre la surface 105 de manière à pousser l'élément 95 salidement en prise avec les surfaces opposées de l'outil dans le corps 88 et, évidemment, également avec la surface intérieure du manchon 99 contenant l'élément de fermeture.
On a constaté que l'invention constituait en pratique
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un dispositif très efficace permettant d'établir rapidement la communication entre l'alimentation en fluide de nettoyage et le passage dtun outil et également de manière à former rapidement et effectivement un joint entre ces pièces. Comme on le voit facilement, ceci se fa,it simplement en introduisant l'outil dans la. perforatrice et en faisant communiquer le passage pour le fluide de nettoya,ge avec la source d'alimentation de celui-ci,
REVENDICATIONS.
I ) Perforatice avec vis d'avance tubulaire tournante, l'outil étant fixé sur cette vis en ayant même axe et étant muni d'un passage, un joint étant prévu dans le siège de cette vis par rapport à l'outil, joint qui est soumis à la, pression du fluide de nettqa,ge régnant dans le passage, pour le pousser contre l'outil.
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PATENT OF INVENTION Punch
The present invention relates to perforators and, more particularly, to rotary type perforators comprising a device making it possible to send cleaning fluid to the bit to cool it and to remove rock shards from the work surface.
One of the aims of the invention is to provide a connection between the tool and the elements bringing cleaning fluid to it which can be established quickly.
Another object of the invention is to avoid the. leaking cleaning fluid from the puncher and using pressure
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of this fluid as a force to maintain a tight seal between the tool and the fluid supply elements.
Other advantages and particularities of the invention will emerge from the description below, made with reference to the appended drawing in which: - Figure 1 is a side elevational view of a perforator according to the invention, mounted on a column to drill a horizontal hole.
- Figure 2 is a view, on a larger scale, and longitudinal elevation, with parts in section, of this perforator.
In the drawing, we see a perforator 20 mounted on a column 21 and used to rotate and advance the tool 22.
This tool consists of several tubular elements 23 joined to one another by connecting pieces 24, comprising a rod 25 to. their opposite ends, screwing into the elements 23 and cha.que connecting piece has a passage 26 providing communication between passages 27 of neighboring elements 23. The ends of the passages 26 are tapered so as to constitute the valve seats 28 and the seat of the downstream end of each passage 26 cooperates with a check valve 29 preventing cleaning fluid from returning from the tool to the nozzle. hole punch.
One end of the shank system carries a cutting edge 30 shown as being of type. diamond in order to drill a hole 31 in rock 32 and the opposite end of the tool is fixed on the feed screw 33 of the drill, by means of a mandrel 34. This mandrel is screwed on the, is of advance housing 35 comprising a threaded rod 36
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serving to receive the threaded end 37 of the feed screw, and, in the housing 35, there is. several radially movable jaws 38, serving to clamp the tool.
These jaws are a, ctées, in order to engage with the tool or out of engagement with it, by means of screws 39 passing through the wall of the housing 35 and having heads 40 at their inner ends engaged with jaws so that the screws can retract the jaws from their tool clamping positions. The jaws are guided by the end walls 41 and, in these end pa.rois, there is. openings 42 of sufficient size to allow the tool to be easily inserted into the mandrel.
The feed screw 33 passes fully through the housing 43 of the punch and has an end motion range which is approximately equal to the length of a shank member 23. As a result of this arrangement, when the mandrel 34. Is detached from the tool and is returned to the limit of the rearward movement of the. As a feed screw, a shank member 23 can conveniently be inserted into the chuck and screwed onto the tool without the need to move the perforator into it, out of alignment with the borehole.
In addition, the feed screw passes axially in the motor used to turn the tool and this motor 44 is placed in front of the body 43. It is of the rotating type, with sliding blades, its rotor 45 is in operation. taken on the -, it in advance, by assembly, with grooves and the, nguettes, so that the tool turns at the speed of the rotor and is capable of moving at the end relative to the latter.
Accordingly, the. feed screw has on its periphery a series of grooves 46 of which only one is shown, extending longitudina, -
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From the rear end of the feed screw to a neighboring point, the shank 36 of the mandrel and, on the inner surface of the rotor, are ribs 47 which can slide in the grooves 46 and which have , preferably the same length as the rotor,
The chamber 48 containing the rotor 45 is delimited by a sleeve 49 and plates 50 and 51 introduced into the casing 43 so as to constitute closures for the ends of the chamber 48.
At the ends of the rotor, there are annular journals 52 and 53 passing through the plates 50 and 51 respectively and coming to bear on antifriction bearings 54 and 55.
The pressurized fluid used to actuate the rotor comes to the perforator, from a power source, through a conduit 56 screwing onto the housing 43 and a throttle valve 57 controls the flow of this pressurized fluid in a entrance passage 58 leading to. chamber 48 and communicating with it through several openings 59. Exhaust fluid flows from chamber 48 into the atmosphere through orifices 60 in sleeve 49 and the housing wall 43.
As said above, the rotor also provides the necessary force? to advance the tool towards the 1) drilling anoint. For this purpose, the journal 53porte a toothed wheel 61, meshing with a toothed wheel 62, wedged on a hollow shaft 63 journaled in the casing 43 and disposed parallel to. the feed screw 33. A number of gear wheels 64 are arranged on the shaft 63 so as to mesh with wheels 65 wedged on a feed nut 66 for the feed screw; this nut 66 being suitably supported by antifriction bearings 67 and 68, and threaded so as to cooperate with the
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threads 69 of the feed screw 33.
The toothed wheels 64 differ from each other in the number of teeth, so as to allow rotation of the nut 66 at different speeds, and they are selectively engaged with the shaft 63 for them. fa.ire rotate therewith, by a key 70 carried by a plunger 7I which can move back and forth in the shaft 63. The key 70 can slide in the slots 72 formed in the opposite sides of the shaft 63 and its ends protrude from shaft 63 to engage with keyways 73 of gear wheels 64.
The plunger 71 is moved by hand, using a rack 74 and a pinion 75 meshing with it and this plunger is engaged with the rack so as to prevent any relative movement at the end between these two parts, and to allow the rotation of the plunger relative to the rack.
Due to the arrangement of the toothed wheels 64 and 65 and the key 70 being in a position such that it connects a toothed wheel 64 to the shaft 63, the feed nut 66 rotates in a well known manner to advance the tool at a desired speed of the feed movement, depending on that of the wheels 64 / which is then engaged with the shaft 63. The movement in the opposite direction of the feed nut 66, in order to make the feed screw, can be done manually by means of a handwheel 76 which is connected to the rear end of the feed nut 66.
The fluid used to cool the bit and sweep the waste from the borehole passes through the feed screw to which it has, rrive via a supply duct 77 connected to a ball 78. The duct 77 is controlled by a tap 79 and the pivot 78 is screwed into a hollow cap 80 itself screwed into
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the rear end of the feed screw. The inner end of the hollow plug is connected by screw to a tube 81 with head 82 at its free end and the periphery of this head is an annular garnissa.ge element 83 serving to make a seal between the inner surface of the. feed screw and head 82.
In the central part of the head 82 there is. an opening 84 in la.quelle pa.sse, sliding, a tube 85 comprises an outer flange 86, located in the tube 81 and cooperating with the head 82 so as to limit the movement of the tube 85 in the direction of the tool 22. The front end of the tube 85 screws into one end of a hollow connecting piece 87 whose opposite end is connected in the same way to. a body 88 comprising a passage 89 for passing the cleaning liquid from the. connecting piece to the passage 26 of the tool.
Body 88 slips into feed screw 33 and its circumference forms an annular closure member 90 preventing cleaning liquid from leaking along the body surface through the front end of the body.
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advance screw..r
In a preferred embodiment, the end of the passage 89, adjacent to the connecting piece 87, is widened so as to. provide a cavity 91 for housing a spring-loaded check valve 92 for closing the front end of the connecting piece to prevent cleaning fluid from flowing from the tool into the feed members of the liquid located at. back of body 88.
The front end portion of the body a. the shape of a reduced rod 93 penetrates a cavity 94 of an elastic, annular closure element 95, having an inverted flange 96 which fits in an annular groove 97
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of the perimeter of the rod 93 so as to join the closure element 95 with the body. The closure member 95 has a passage 98 for communicating between the passages 89 and 26 and the front end of the closure member 95 bears against the adjacent end of the tool to prevent cleaning liquid from escaping. leak between them and through the mandrel 34.
The closure element is surrounded by a sleeve 99 which is suitably connected to the front part of the body 88. The bore 100 of the sleeve 99, located in front of the closure element 95, has the desired proportions. to receive the end of the tool, and the entry end 101 of the bore 100 is flared so as to facilitate the insertion of the tool into the bore 100. The body and the parts which are connected to it are pushed forward, in order to bring the closure element 95 into engagement with the tool, by a spring 102 interposed between the head 82 and the body 88.
The space containing the spring 102 constitutes a pressure chamber 103 which is delimited by the body 88, the head 82 and the tube 85 and the pressurized cleaning fluid arrives in this chamber 103 through orifices 104 of the connecting piece 87 , so as to act on a pressure surface 105 of the body 88, in order to push the closure element 95 forward. The pressure of the fluid acting on the surface 105, coupled with that acting on the free end of the tube 85 and with the force exerted by the spring 102 firmly applies the element 95 against the tool, so that it does not There is no cleaning fluid escaping outside the hole punch.
In operation of the device, it will be assumed that
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the feed screw 33 is in the retracted position where it is before starting a drilling and the closure member 95 is in its extreme forward position, in which the flange 86 of the tube 85 is in engagement with the head 83. The end of a rod element 23, to which a connecting piece 34 is attached, is then introduced into the sleeve 99 of the mandrel, against the closure element 95.
A seal is thus conveniently established which is then effectively held by the springs 102 as the rod and tube system is retracted to the extent necessary to enable it. the opposite end of the shank member from coming into alignment with the tool and during reverse movement of the shank member to allow the tool to be screwed onto it.
Having thus lengthened the tool and the parts being positioned so that the flange 86 is at a suitable distance above the head 82, which is the position it must occupy so that the movable tubular parts in the feed screw can have freedom of movement to ensure the necessary pressure of the closure element 95 against the tool, the jaws 38 are actuated to engage them with the tool so as to fix them securely on him. The valve 79 is then opened so as to communicate the passages of the advance screw and of the tool with the source of cleaning fluid.
Some of this fluid enters the pressurized chamber I03 and acts against the surface 105 so as to urge the element 95 loosely into engagement with the opposing surfaces of the tool in the body 88 and, of course, also with the interior surface of the tool. sleeve 99 containing the closure element.
It has been found that the invention constituted in practice
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a very effective device making it possible to quickly establish communication between the supply of cleaning fluid and the passage of a tool and also so as to quickly and effectively form a seal between these parts. As we can easily see, this is done simply by inserting the tool in the. perforator and making the passage for the cleaning fluid communicate with the supply source thereof,
CLAIMS.
I) Perforation with rotating tubular feed screw, the tool being fixed to this screw having the same axis and being provided with a passage, a seal being provided in the seat of this screw relative to the tool, which seal is subjected to the pressure of the cleaning fluid, ge prevailing in the passage, to push it against the tool.
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