PERFECTIONNEMENTS APPORTES A UN DISPOSITIF DE FORAGE
A PERCUSSIONS.
PERFECTIONNEMENTS APPORTÉS À UN DISPOSITIF
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La présente invention est relative à des perfectionnements apportés à un dispositif de forage à percussions destiné au forage des sols, plus particulièrement un dispositif de forage en profondeur.
Les dispositifs de forage à percussion en profondeur sont entraînés par air comprimé et sont répartis en deux groupes principaux. Un dispositif de forage à soupape typique est décrit dans la demande de brevet Européen n[deg.] 83 200711.6 et comporte une soupape à clapet qui permet l'application d'air comprimé d'un côté ou de l'autre d'un piston monté dans un cylindre qui est agencé à l'intérieur d'un fourreau de protection. De cette manière, le piston peut ainsi être mis en mouvement alternatif de manière à frapper de manière répétitive l'extrémité d'un outil de forage monté sur le cylindre. La pression de fonctionnement d'un tel dispositif de forage est avantageusement comprise entre 85 p.s.i. (6 bars) et 250 p.s.i. (17 bars).
Un dispositif de forage typique sans soupape est décrit dans la demande de brevet européen n[deg.] 82 304174.4 et comporte un agencement de lumières pratiquées dans le cylindre en vue d'évacuer l'air comprimé d'un côté à l'autre du piston, à travers un conduit annulaire disposé entre le cylindre et le fourreau de protection, lesdites lumières étant ouvertes et fermées par le piston lui-même selon un cycle répétitif.
En général, les dispositifs de forage sans soupape ne conviennent que pour un fonctionnement à pression élevée, tandis que les dispositifs de forage à soupape peuvent être adaptés pour fonctionner dans une plus large gamme de pressions, mais conviennent plus particulièrement pour un fonctionnement à basse pression. Cependant, lorsqu'on cherche à assurer un fonctionnement efficace d'un dispositif de forage à soupape, à des pressions et des vitesses assez élevées, il y a lieu de ré-gler les paramètres critiques du dispositif de forage avec précision.
Le but de la présente invention vise, par conséquent, à fournir un dispositif de forage à percussions en profondeur du type à soupape, qui peut fonctionner efficacement à des pressions d'air allant jusqu'à 300 p.s.i. (24 bars).,
Le but de la présente invention est atteint par un dispositif de forage à percussions en profondeur qui fonctionne à l'air comprimé et qui comporte une tête arrière pour le raccordement dudit positif à une source d'air comprimé, un fourreau de protection solidaire de cette tête arrière, un mandrin monté sur l'extrémité opposée du fourreau de protection, destiné à recevoir l'outil de forage, un cylindre intérieur agencé à l'intérieur du fourreau de protection et muni d'un siège de soupape à une extrémité, une queue ou tige de soupape s'étendant à l'intérieur du cylindre,
ainsi qu'un piston agencé à l'intérieur du cylindre de manière à pouvoir effectuer un mouvement alternatif à partir d'une première position dans laquelle la queue de la soupape s'engage dans un alésage pratiqué dans la tête de piston vers une seconde position dans laquelle une tige de piston s'engage dans un logement pratiqué dans le cylindre et frappe un outil de forage maintenu par le mandrin, les dimensions étant telles que, pour un outil de forage de 3" (76,2 mm), le rapport de la longueur de la course du piston sur la longueur de la queue de soupape est compris entre 1,25 : 1 et 1,28 : 1 et le rapport de la longueur de la course du piston sur la longueur de la tige du piston à l'intérieur du logement au moment auquel le piston heurte l'outil de forage (la longueur nette du logement) est compris entre 1,85 : 1 et 1,88 1.
De préférence, le rapport de la longueur de la tête de piston sur la longueur de la tige du piston est
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longueur de la tige du piston sur la longueur nette du logement est compris entre 1,53 : 1 et 1,56 : 1.
Avantageusement, le rapport du diamètre de la tête de piston sur le diamètre de la tige du piston est compris entre 1,41 : 1 et .1,44 : 1, le rapport du diamètre de la tête de piston sur le diamètre de l'alésage pratiqué dans la tête de piston est compris entre 3,12 : 1 et 3,15 : 1, et le rapport du diamètre de la face du siège de soupape (côté intérieur du cylindre) sur le diamètre de la queue de soupape (à l'extrémité de celleci) est également compris entre 3,16 : 1 et 3,19 : 1.
Selon une forme d'exécution préférée de la présente invention, un dispositif de forage à percussions en profondeur et muni d'une soupape, fonctionnant à l'air comprimé, est constitué de manière à répondre aux paramètres critiques suivants :
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Une forme d'exécution préférée de la présente invention sera décrite plus en détails ci-dessous en référence à la figure annexée dans laquelle est représenté un dispositif de forage à percussions en profondeur d'un type connu en soi, selon une vue éclatée, en perspective.
En référence à la figure, un dispositif de forage à percussions en profondeur 1, muni d'une soupape comporte l'agencement suivant des éléments constitutifs. Un raccord à la tête arrière 2 constitue l'élément extrême du dispositif qui est raccordé, en fonctionnement, au cordon (non représentée). Ledit raccord est suivi par une bague d'entretoisement 3, une bague de serrage 4, un oeillet (o-ring) 5 et un agencement de soupape de commande qui comporte une soupape de commande 6, un ressort 7, une cage de soupape 8 et un bouchon de réglage de l'air 9. La soupape d'air principale comporte une soupape à clapet 10 qui repose sur un siège de soupape 11 engagé partiellement dans un cylindre intérieure 12, à la partie supérieure de celui-ci.
Un piston 13 comporte une tête 14 et une tige 15 qui s'étend vers le bas à partir de la tête 14. Un alésage axial 16 est pratiqué dans la tête 14 du piston en
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pape 11 et qui s'étend vers le bas à partir de celuici. La tige du piston 15 pénètre dans un alésage axial
17 pratiqué dans un logement 18 qui est monté à l'intérieur du cylindre 12. L'agencement complet du cylindre intérieur (et une partie du siège de soupape 11) sont montés dans un fourreau de protection 19. La partie inférieure du dispositif de forage comporte une bague d'entretoisement fendue 20 un anneau de retenue 21, un mandrin 22 et un outil de forage (non représenté) montés sur celui-ci.
Les dimensions des diverses parties du dispositif de forage et leurs relations mutuelles sont critiques pour un fonctionnement efficace du dispositif de forage, surtout lorsque ledit dispositif de forage est utilisé à une pression assez élevée, par exemple 350 p.s.i. (24 bars), qui est considérablement plus élevée que les pressions utilisées dans les dispositifs de l'état de la technique.
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tique. Lors de la course vers le bas, lorsque la tête de <EMI ID=6.1>
pression que en résulte dans la chambre supérieure du cylindre 12 provoque l'actionnement de la soupape à clapet 10 et la précontrainte de la chambre inférieure du cylindre 12 commence avant que le piston 13 n'ait réellement heurté l'outil de forage. Cette condition est analogue à celle du recouvrement des ouvertures de soupapes dans les machines à combustion interne ou à celle d'une période morte d'une machine à cycle diesel. Il en résulte que le facteur de précharge est très important étant donné qu'il constitue un coussin d'air frontal maximum sans pouvoir absorber d'énergie de l'impact vers le bas.
Les paramètres critiques à régler avec précision sont donc (a) le rapport de la longueur de la course du piston sur celle de la queue ou la tige de soupape, (b) le rapport de la longueur de la tige du piston sur la longueur nette du logement, et (c) le rapport de la course du piston sur la longueur nette du logement.
Raccourcir la tige de 0,020" (0,508 mm) ou 0,030"
(0,762 mm) impliquerait que le piston quitte la tige prématurément et que la précharge de la chambre inférieure permette la formation d'un coussin d'air présentant une résistance trop élevée pour le piston en créant de la chaleur et en provoquant une perte d'énergie d'impact. Rallonger la tige de 0,020" (0,508 mm) à 0,030"
(0,762 mm) impliquerait que le piston quitte la queue assez tard en retardant la précharge de la chambre inférieure et en perdant, de ce fait, la poussée ascendante.
Dans la forme d'exécution préférée, selon la présente invention, les dimensions particulières suivantes permettent l'obtention des paramètres critiques décrits ci-dessus, exprimés en termes de rapports.
Exemple
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Le dispositif de forage défini comme ci-dessus par les dimensions critiques, présente une augmentation de 20% du taux de pénétration par rapport aux dispositifs de l'état de la technique.
REVENDICATIONS
1. Dispositif de forage à percussions en profondeur fonctionnant à air comprimé, comportant une tête arrière pour le raccordement dudit positif à une source d'air comprimé, un fourreau de protection solidaire de cette tête arrière, un mandrin.,monté sur l'extrémité opposée du fourreau de protection, destiné à recevoir l'outil de forage, un cylindre intérieur agencé à l'intérieur du fourreau de protection et muni d'un siège de soupape à une extrémité, une queue ou tige de soupape s'étendant à l'intérieur du cylindre,
ainsi qu'un piston agencé à l'intérieur du cylindre de manière à pouvoir effectuer un mouvement alternatif à partir d'une première position dans laquelle la queue de la soupape s'engage dans un alésage pratiqué dans la tête de piston vers une seconde position dans laquelle une tige de piston s'engage dans un logement pratiqué dans le cylindre et frappe un outil de forage maintenu par le mandrin, les dimensions étant telles que pour un outil de forage de 3" (76,2 mm), le rapport de la longueur de la course du piston sur la longueur de la queue de soupape est compris entre 1,25 : 1 et 1,28 : 1 et le rapport de la longueur de la course du piston sur la longueur de la tige du piston à l'intérieur du logement au moment auquel le piston heurte l'outil de forage (la longueur nette du logement) est compris entre 1,85 : 1 et 1,88 : 1.
2. Dispositif de forage à percussions en profon-