Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention concerne un marteau
électromagnétique à masse ferromagnétique mobile.
De tels marteaux sont par exemple utilisés dans les
chantiers de travaux publics pour l'enfoncement de pieux ou
de palplanches par percussion, et ceci dans des types de
terrain três différents.
On connaît un marteau électromagnétique à masse
ferromagnétique mobile comprenant un tube portant un
bobinage et, au voisinage d'une de ses extrémités, une
enclume, comme cela est décrit par exemple dans le document
JP-A-56 153018. Ce type de marteau présente de nombreux
inconvénients, dont le principal est le manque de support
rigide du bobinage de sorte que, lors du soulèvement de la
masse, ledit bobinage subit un effort de réaction
considérable provoquant son tassement. En cours
d'utilisation, ces déformations successives du bobinage
engendrent une baisse des performances du marteau
électromagnétique et peuvent conduire à une détérioration
du bobinage.
On connaît par ailleurs du document US-A-5 168 939
un dispositif de forage de puits de pétrole à impacteur
électromagnétiquement accéléré, comportant une pluralité de
modules bobinés séparés entre eux par une simple entretoise
et empilés les uns sur les autres dans une structure
porteuse. La réalisation du bobinage en une pluralité de
modules indépendants offre la possibilité de contrôler la
force électromagnétique générée par chaque module.
L'empilement des modules bobinés est précontraint pour
éviter la séparation des modules lors de l'uti~-isation,
notamment sous l'effet de la réaction électromagnétique au
passage de l'impacteur. L'impacteur est introduit
manuellement au sommet du dispositif, de sorte que sa
remontée au moyen d'une force électromagnétique générée par
les modules bobinês n'est pas prévue. Le probléme de la
résistance des modules à l'écrasement induit par la
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réaction électromagnétique au passage de l'impacteur lors
de sa remontée n'est pas abordé dans ce document, ce qui
constitue une faiblesse importante pour un tel dispositif dont les
modules peuvent se détériorer rapidement, sans parler des questions
d'étanchéité qui ne sont également pas traitées.
On pourra également se référer au titre de
l'arrière-plan technologique aux documents US-A-4799 557,
US-A-4 468 594, et US-A-4 215 297.
Plus récemment, il a été proposé un marteau
électromagnêtique plus performant, dans lequel le bobinage
est réalisé par enroulement autour du tube du marteau,
ledit tube étant én matériau amagnétique et comprenant des
moyens de reprise des efforts axiaux, et de transmission de
ces efforts à l'enclume lors de la remontée de la masse.
Un tel marteau électromagnétique est décrit dans le
document FR-A-2 765 904 cédé à la demanderesse. Dans un
mode de réalisation particulier, il est prévu un bobinage
additionnel réalisé par enroulement autour du même tube
central, à une position axiale située entre le bobinage et
l'enclume, ledit bobinage additionnel étant raccordé au
bobinage principal pour être alimenté par le courant induit
dans ce dernier lors de la descente de la masse.
L'enroulement direct du bobinage sur le tube diz
marteau électromagnétique précité présente toutefois
certains inconvénients qui vont être exposés ci-après.
L'utilisation d'un tube intérieur monobloc, dont la
longueur est de l' ordre de 4 à 5 mètres, ne permet pas de
prévoir une imprégnation avec du vernis électrique, car 1a
longueur d'un tel tube dépasse largement la capacité des
3~' cuves d'imprégnation classiquement utilisées. Par suite, le
tube intérieur du marteau électromagnétique est
relativement vulnérable à l'humidité, et au blocage
mécanique par suite d'un gonflement du tube. En outre, on
s'est aperçu que la partie inférieure du bobinage enroulé
directement sur le tube était extrêmement sollicitée en
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cours d'utilisation. A titre indicatif, l'écrasement de la
bobine lors de la remontée de la masse correspond à un
effort de l'ordre de 20 tonnes. Or, les bobinages
habituellement utilisés sont constitués par un enroulement
d'un conducteur dont la section à la forme d'un méplat
rectangulaire disposé dans le sens de la hauteur. Par
suite, une pression très élevée exercée verticalement sur
les enroulements du bobinage risque de générer une
déformation plastique du matériau (en général du cuivre).
Cette déformation a pour effet d'ëcraser l'isolant
concerné, et d'aboutir progressivement à une mise en court-
circuit de spire à spire. Le phénomène s'amplifie
rapidement, car la diminution de la résistance électrique
provoque une augmentation de l'échauffement, et par suite
une destruction de l'isolant par court-circuit ou
surchauffe. Enfin, on s'est aperçu que la structure du
marteau électromagnétique précité était relativement
vulnérable à l'humidité, par suite d'une étanchéité
extrêmement difficile à maintenir au niveau du bobinage.
Dans ce cas, si le bobinage est détérioré, on est obligé de
suspendre l'utilisation du marteau électromagnétique, puis
de dégager le bobinage du tube central, ce qui ne peut se
faire qu'avec un appareillage adapté lourd et encombrant,
avec l'inconvénient d'un arrêt de fabrication prolongé.
La présente invention vise à résoudre le problème
précité, en concevant un marteau êlectromagnétique ne
présentant pas les inconvénients ou limitations ci-dessus,
tout en conservant les avantages de la structure exposêe
dans le document précité FR-A-2 765 904.
Ce problème est résolu conformément à l'invention
grâce à un marteau électromagnétique à masse
ferromagnétique mobile, du type comportant un tube en
matériau amagnétique destiné à reposer sur un élément à
enfoncer dans le sol, ledit tube étant entouré par un
bobinage périphêrique relié à des moyens d'alimentation en
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r
y
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énergie électrique et recevant à coulissement la masse
mobile, ledit marteau étant remarquable en ce que le
bobïnage périphérique est divisé en une pluralité de
bobines indépendantes, chaque bobine étant logée dans un
caisson associé en étant enroulée autour d'une paroi
intérieure cylindrique dudit caisson, les parois
intêrieures cylindriques des caissons étant superposées
pour constituer le tube dans lequel coulisse la masse
mobile, chaque caisson comprenant en outre des moyens de
reprise des efforts axiaux, ainsi qu'un boîtier permettant
de raccorder la bobine concernée à des câbles
d'alimentation électrique associés.
La réalisation du bobinage en une pluralité de
bobines indépendantes logées dans un caisson associé permet
de répartir les efforts exercés sur la zone inférieure de
chaque bobine, l'effort total supporté étant divisé par le
nombre de bobines utilisées. On est ainsi assuré de limiter
considérablement la sollicitation des enroulements de
chaque bobine, tout en évitant le risque d'écrasement de
l'isolant et la mise en court circuit du bobinage.
De préférence, chaque bobine est logée de façon
étanche dans son caisson associé, le logement de rêception
étant délimité par des couronnes d'extrémité et par une
paroi extérieure cylindrique. En particulier, chaque bobine
est calée dans son logement de réception par une résine de
remplissage. Ainsi, chaque enroulement est parfaitement
protégé des agressions extérieures, et on peut prévoir un
fonctionnement du marteau électromagnêtique dans un milieu
très chargé en humidité.
Avantageusement alors, chaque caisson est délimité
par des couronnes inférieure et supérieure dont l'une est
une couronne d'extrémité délimitant le logement de
réception de la bobine, et dont l'autre est agencée à
distance de l'autre couronne d'extrémité, avec
interposition d'entretoises de renfort, lesdites couronnes
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et entretoises constituant lesdits moyens de reprise des
efforts axiaux. Le calage de la bobine à l'intérieur du
caisson associé permet â la fois de reprendre et de limiter
les écrasements axiaux des enroulements concernés.
5 Avantageusement encore, le boîtier de raccordement
de chaque caisson est externe et étanche.
De préfêrence alors, chaque boîtier de raccordement
est disposé entre deux couronnes du caisson, et comporte un
logement scellé associé au raccordement des entrée et
sortie de la bobine et duquel saille une boîte à bornes
recevant les éléments de raccordement aux câbles concernés.
En particulier, le logement scellé associé au boîtier de
raccordement est rempli d'un matériau d'enrobage, par
exemple du silicone liquide. L'utilisation de tels boîtiers
externes permet de tester chaque bobine séparément et
d'identifier un éventuel défaut.
De préférence encore, les caissons superposés sont
reliés entre eux par des liaisons démontables, en
particulier par boulonnage, de façon que chaque caisson
soit interchangeable individuellement. En particulier, les
bobines sont agencées pour permettre un fonctionnement
dudit marteau en mode dégradé au cas où l'une des bobines
est détériorée. Ainsi, en cas de défaut détecté, la bobine
défectueuse peut être mise électriquement hors service par
le biais d'une modification externe du câblage, sans que
ceci n'interrompe le fonctionnement du marteau alors en
mode dégradé, c'est-à-dire avec des tensions et des
cadences de battage réduites. En outre, en cas de défaut
dans un caisson, l'interchangeabilitê mécanique et
électrique externe permet un échange standard rapide par le
personnel de chantier, évitant d'immobiliser trop longtemps
l'outil de production.
Grâce à la construction modulaire, il est alors
possible de réparer uniquement le caisson endommagé, et
donc de réduire le coût et le délai du reconditionnement.
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Conformément à un mode d'exécution particulier, les
n bobines sont électriquement en série ou en parallèle,
avec un raccordement des 2n câbles concernés à une boîte de
raccordement â barrettes. Ce systèmes de raccordement
permet de réaliser un by-pass très rapide d'une bobine
endommagée.
En variante, on pourra prévoir que les n bobines
sont électriquement en série, avec un raccordement des deux
câbles concernés à une boîte extérieure.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la
description qui va suivre et des dessins annexés,
concernant un mode de réalisation particulier, en référence
aux figures où .
- la figure 1 est une coupe axiale d'un marteau
électromagnétique conforme à l'invention , comportant ici
trois bobines indépendantes constituant le bobinage
périphérique, lesdites bobines étant électriquement en
parallèle,
- la figure 2 est une coupe selon II-II de la
figure 1 à plus grande échelle, permettant de mieux
distinguer la zone du boîtier de raccordement,
- la figure 3 est une coupe axiale illustrant, à
plus grande échelle, un caisson avec sa bobine et son
boîtier de raccordement associé,
- les figures 4 et 5 sont des détails à plus grande
échelle, en coupe selon un plan respectivement passant par
l'axe du marteau et perpendiculaire audit axe, dans la zone
du boîtier de raccordement d'une bobine.
La figure 1 illustre un marteau électromagnétique
10 conforme à l'invention, du type comportant un tube 11 en
matériau amagnétique destiné à reposer sur un élément
enfoncé dans le sol (non représenté), ledit tube étant
entouré par un bobinage périphérique relié à des moyens
d'alimentation en énergie électrique (non visible ici), et
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¿
recevant à coulissement une masse ferromagnétique mobile
notée 12. L'axe du marteau électromagnétique 10, qui est
l'axe central du tube 11, est noté X.
Conformément à une caractéristique essentielle de
l'invention, le bobinage périphérique est divisé en une
pluralité (ici trois) de bobines indépendantes notëes 14,
chaque bobine 14 étant logée dans un caisson associé 13 en
étant enroulée autour d'une paroi intérieure cylindrique 15
dudit caisson, et les parois intérieures cylindriques 15
des caissons 13 sont superposées pour constituer le tube 11
dans lequel coulisse la masse mobile 12.
Ainsi, contrairement au principe d'un tube unitaire
monobloc qui était prévu dans le marteau électromagnétique
du document FR-A-2 765 904 précité, le tube central du
prêsent marteau électromagnétique 10 est constitué par des
tronçons superposés, chaque tronçon êtant constitué par la
paroi intérieure d'un caisson recevant une bobine
indépendante. Alors, chaque bobine 14 est logée de façon
étanche dans son caisson 13 associé, le logement de
réception associé 21 étant délimité par des couronnes
d'extrémité 16, 17 et par une paroi extérieure cylindrique
19. Cette conception modulaire sera mieux comprise en se
référant à la figure 3, où l'on distingue les différentes
parois qui délimitent le logement de réception 21 associé à
une bobine 14.
Dans la pratique, un tel caisson â bobine est
réalisé en commençant par le bobinage de l'enroulement
autour de la paroi intérieure cylindrique 15, jusqu'à
constituer la bobine 14. Il est alors avantageux de prévoir
que chaque bobine 14 est calée dans son logement de
réception 21 par une résine de remplissage. Ensuite, le
caisson est fermé par soudure à l'aide de deux couronnes
d'extrémité 16, 17 et d'une paroi périphérique extérieure
cylindrique 19. Sur la figure 3, on constate que le
logement de réception 21 est occupé par ce remplissage. On
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constate également que la paroi intérieure cylindrique 15
présente un épaulement d'appui pour chacune des couronnes
d'extrémité 16, 17. Ceci permet d'assurer la transmission
des efforts axiaux depuis les couronnes jusqu'à la paroi
centrale 15 pour la reprise des efforts axiaux.
Chaque caisson 13 est en outre délimité par dés
couronnes inférieure 16 et supérieure 18, dont l'une (16)
est une couronne d'extrémité délimitant le logement 21 de
réception de la bobine 14, et dont l'autre (18) est agencée
à distance de l'autre couronne d'extrémité 17, avec
interposition d'entretoises de renfort notées 20.
L'agencement radial des entretoises de renfort 20 est mieux
visible sur la coupe de la figure 2. Les couronnes 16, 17,
18 et les entretoises 20 constituent, pour chaque caisson
13, des moyens dé reprise des efforts axiaux, et ces moyens
ne portent pas directement sur les extrémités supérieure ou
inférieure des bobines indépendantes 14.
Si l'on revient à la figure l, on constate que le
marteau électromagnétique 10 comporte; au-dessus du caisson
supérieur, une âme tubulaire 15.1 prolongeant la paroi
intérieure cylindrique 15 dudit caisson, et il est prévu,
pour la reprise des efforts axiaux, des entretoises
radiales de renfort 20.1 qui peuvent être alignées
verticalement sur les entretoises prévues pour les
différents caissons. De même, en dessous du caisson
inférieur, on trouve une âme tubulaire 15.2 prolongeant
inférieurement la paroi intérieure cylindrique 15 dudit
caisson, et des entretoises radiales de renfort notées
20.2. Les âmes tubulaires 15.1 et 15.2, complétées par les
parois intérieures cylindriques 15 des différents caissons
13, constituent alors le tube central en matériau
amagnétique du marteau électromagnétique 10. On distingue
en outre én partie haute une virole 22.1 et en partie basse
une virole d'appui 22.2. Le raccordement entre ces parties
hautes et basse du marteau électromagnétique se fait par le
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biaïs des couronnes délimitânt supérieurement le caisson
supérieur et inférieurement le caisson infêrieur. Il est
ainsi prévu, en partie supérieure, une couronne 16.1
solidarisée à la couronne supérieure 18 du caisson
supérieur 13, et, inférieurement, une couronne 18.2
solidarisêe à la couronne inférieure 16 du caisson
inférïeur.
Bien que cela ne soit pas représenté ici, les
caissons superposés 13 sont reliés entre eux par des
liaisons démontables au niveau des couronnes de contact, en
particulier par boulonnage, de façon que chaque caisson 13
soit interchangeable individuellement.
Sur la figure 1, on constate que chaque caisson 13
comprend en outre un boîtier de raccordement noté 23
permettant de raccorder la bobine concernée 14 à des câbles
d'alimentation êlectrique associés 24. En l'espèce, on a
prévu que les trois bobines 14 soient électriquement en
parallèle, avec un raccordement des six câbles 24 concernés
à une boîte de raccordement à barrettes notée 25. Un passe-
câble 26 est prévu sur le caisson central et le caisson
supérieur afin de maintenir la verticalité des câbles 24
qui montent à la boîte de raccordement 25. Le système à
barrettes non visible ici permet de passer rapidement d'un
mode de raccordement en série à un mode de raccordement en
parallèle. Il devient donc facile d'organiser si nécessaire
un by-pass d'une bobine défectueuse en agissant sur la
paire de barrettes concernée. Dans ce cas, le marteau
électromagnétique peut encore fonctionner, mais en mode
dëgradé, au cas où l'une des bobines 14 est détériorée. La
boîte de raccordement à barrettes 25 reçoit également trois
câbles 27 (un seul est visible sur la figure 1)
correspondant aux pôles positif, négatif et à la masse.
Ceci permet donc de raccorder le marteau électromagnétique
à des moyens d'alimentation en énergie électrique, par
exemple du type de ceux qui sont dëcrits dans le document
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FR-A-2 765 904 précité.
Ainsi que cela est mieux visible sur la coupe de la
figure 2, on a également prévu un capotage extérieur 39
enveloppant des ensembles de câbles 24 et les boîtiers de
5 raccordement associés 23.
Pour ce qui est du raccordement électrique entre
les bobines indépendantes 14, on pourra naturellement
prévoir en variante que les bobines 14 sont électriquement
en série, avec un raccordement des deux câbles concernês à
10 une boîte extérieure (variante non illustrêe) . Un tel mode
de raccordement présente l'avantage de n'avoir que deux
câbles au niveau de la boîte générale de raccordement
extérieur, et donc seulement deux bornes en plus de la
masse, ce qui écarte tout risque d'erreur de raccordement.
Toutefois, l'utilisation d'une boîte de raccordement à
barrettes précédemment décrite apparaît plus souple,
surtout pour faire face au cas d'une bobine ou d'un caisson
détérioré.
En revenant à la coupe de la figure 3, on a déjâ vu
que la bobine indépendante 14 est calêe dans son logement
de réception 21 par une résine de remplissage, ce qui
assure une êtanchéité complète du bobinage à l'intérieur du
caisson pour garantir une utilisation en milieu très
humide. La même recherche d'étanchêité concerne le
raccordement relatif à chacune des bobines indépendantes 14
aux câbles associés 24.
En effet, le brin d'entrée noté 28 de l'enroulement
14 traverse la couronne 17 au niveau d'un perçage 31, et le
brin de sortie 29 au niveau d'un passage 32 de la même
couronne 17, pour une jonction à des éléments de
raccordement associés 35. Chaque boîtier de raccordement 23
est disposé entre deux couronnes 17, 18 du caisson 13, et
comporte un logement scellé 30 associé au raccordement des
entrée et sortie 28, 29 de la bobine 14 et duquel saille
une boîte à bornes 34 recevant les éléments de raccordement
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précités 35. Comme cela est visible sur les figures 2 et 3,
le logement scellé 30 associê au boîtier de raccordement 23
est rempli d'un matériau d'enrobage, en particulier du
sïlicone liquide. Ce matêriau d'enrobage est très
S intéressant, car il assure â la fois l'étanchéité au niveau
des jonctions, mais aussi le blocage mécanique et la
protection contre toute pénétration extérieure d'humidité.
Les éléments de raccordement 35 traversent une paroi 33
fermant le logement scellé 30 du côtê radialement extérieur
de celui-ci. Du côté radialement intérieur, le logement 30
est délimité par la paroi cylindrique centrale 15 du
caisson 13. Sur les côtés, on a prévu deux flasques 40 qui
forment également raidisseurs pour la reprise et la
transmission des efforts axiaux. Ainsi, les opérateurs
susceptibles de manipuler les organes de raccordement par
l'extérieur. n'ont accès qu'aux boîtes à bornes 34, sans
risque d'intervention sur la partie scellée du
raccordement.
Les figures 4 et 5 permettent de mieux distinguer
l'agencement de ces composants au niveau d'un boîtier de
raccordement 23. On distingue bien l'enrobage étanche des
entrée et sortie 28, 29 de l'enroulement 14 dans le
logement scellé 30. On constate également que le
raccordement au câble 24 s'effectue par vissage d'une cosse
terminale 37 passant sur un filetage d'extrémité 38 de
chaque élément de raccordement 35, ce vissage se faisant
par l'extérieur après enlèvement d'un couvercle 41 fermant
la boîte à bornes 34. La solidarisation du câble 24 à la
boîte à bornes 34 se fait par une jonction mécanique 36
analogue à celle que l'on utilise déjà pour des flexibles
hydrauliques. Ainsi, les jonctions dans la boîte à bornes
34 sont parfaitement protégées de l'extérieur.
On aura compris que la compression totale subie par
les bobines indépendantes est divisée par le nombre de
caissons, ce qui permet de limiter l'écrasement de chaque
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bobine individuelle. De plus, le calage de chaque bobine à
l'intérieur de son caisson permet de reprendre et limiter
les écrasements axiaux des enroulements concernés. Les
couronnes et les raidisseurs de chaque caisson reprennent
les efforts axiaux ét les dirigent vers le tube central et
les parois périphériques des caissons.
L'agencement externe des boîtiers de raccordement
23 permet de tester chaque bobine individuelle séparément,
et d'identifier un éventuel défaut.
Dans un tel cas, comme cela a été dit plus haut, le
bobinage défectueux peut être êlectriquement mis hors
service par le biais d'une modification externe du câblage,
ce qui n'empêche pas le marteau de continuer à fonctionner
en mode dégradé.
En cas de défaut important dans un caisson,
l'interchangeabilité mécanique et électrique externe permet
un échange standard rapide par le personnel de chantier,
afin de ne pas immobiliser trop longtemps l'outil de
production. I1 est alors possible de réparer uniquement le
caisson endommagé, ce qui permet de réduire le coût et le
délai du reconditionnement. L'enrobage complet de la bobine
assure en outre une sécurité totale pour le personnel
d'exploitation et de maintenance.
En cas de bobinage abîmé, il est alors possible
d'extraire aisément le caisson concerné, en démontant les
liaisons mécaniques concernées, et en soulevant la partie
du marteau au-dessus du caisson concerné. Une telle
opération eût êté naturellement impossible avec un tube
central monobloc comme c'êtait le cas dans le document
précité FR-A-2 765 904.
En cas de bobinage abîmé, si ce bobinage est
écrasé, on procède à un décapsulage au tour vertical, puis
on passe le caisson dans un four à pyrolyse pour brûler les
isolants, ce qui permet de récupérer le cuivre des
enroulements et les éléments métalliques du caisson. En cas
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de vieillissement des isolants, on procède également à un
décapsulage, puis à une réimprégnation en cuve, le fil
restant enroulé, puis à une nouvelle fermeture du caisson
au moyen d'une résine polymérisée.
On est ainsi parvenu à réaliser un marteau
êlectromagnêtique capable de fonctionner en milieu très
humide, et dont la structure permet d'éviter un tassement
excessif du bobinage, même dans des conditions de
fonctionnement très sévères. En outre, l'interchangeabilité
des caissons procure une grande souplesse et une fiabilité
très avantageuses.
L'invention n'est pas limitée aux modes de
réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au
contraire toute variante reprenant, avec des moyens
équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées
plus haut.
