CH635908A5 - Dispositif antifriction constitue par deux surfaces et son utilisation dans une turbine de forage. - Google Patents

Description

L'invention a pour objet un dispositif antifriction comprenant une paire de surfaces en contact glissant l'une avec l'autre, ainsi que son utilisation dans une turbine de forage pour recevoir les fortes poussées axiales d'un rotor de la turbine de forage. Un tel dispositif est destiné, de façon générale, à assurer le guidage ou l'appui de deux pièces en mouvement, quelle que soit leur vitesse relative.

Les très nombreux types de paliers connus ne permettent pas d'éviter de façon efficace l'usure des pièces en contact. Cette usure doit être cependant tout particulièrement évitée lorsque les paliers supportent, par exemple, les rotors de turbines de forage. Une telle usure peut avoir en effet des conséquences graves en raison de la diminution qu'elle entraîne du jeu existant entre les aubes du stator et du rotor, la suppression de ce jeu conduisant à leur destruction.

On ne peut donc utiliser les solutions dans lesquelles l'une des parties en contact est une pièce d'usure destinée à être remplacée, puisque cette usure entraînerait le rapprochement des aubes, et les revêtements antifriction connus ne sont efficaces que dans des conditions bien définies ne correspondant pas aux charges importantes supportées par les turbines de forage.

Afin d'éviter l'inconvénient des surfaces lisses, on peut faire appel aux roulements mais, là encore, les conditions d'emploi ne peuvent être toujours respectées, les roulements étant attaqués par la boue de forage et leur étanchéité ne pouvant être conservée.

Dans le but de rendre pratiquement nulle l'usure des surfaces en contact, dans toute plage de températures et de pressions extérieures à celles de la transformation du diamant en graphite, le dispositif antifriction selon l'invention est caractérisé en ce que chacune de ces surfaces consiste en une concrétion diamantée rodée.

L'expérience montre en effet que quels que soient les types de concrétions diamantées utilisés et après rodage des deux surfaces l'une contre l'autre, les dispositifs antifriction que constituent de telles surfaces par leur liaison non seulement résistent aux pressions élevées et aux grandes vitesses, mais sont pratiquement sans usure dès que le rodage a été obtenu.

En outre, l'expérience montre qu'il devient possible non seulement d'utiliser de telles surfaces lisses de compositions identiques des plus variées, mais que l'on peut appliquer le dispositif antifriction ainsi réalisé à tous les types connus de paliers, l'une des surfaces jouant le rôle de palier proprement dit et l'autre surface glissant ou roulant sur ce nouveau type de palier. En particulier, lorsque les efforts de pression sont importants et que la vitesse est grande, on peut utiliser un palier formé d'une couronne d'appui reposant sur des patins de même nature que la couronne, après rodage des surfaces diamantées en contact. Cela a pour avantage de pouvoir s'écarter davantage des zones de transformation des diamants en graphite par la réduction de la température qui est obtenue en faisant circuler un fluide de refroidissement entre les patins, les surfaces des paliers étant séparées aux vitesses élevées par un film fluide liquide ou gazeux.

Les expériences étendues aux contacts de surfaces de concrétions diamantées de compositions différentes se sont également révélées efficaces, que les diamants incorporés soient d'origine naturelle ou artificielle et dès l'instant que le rodage a été réalisé. On peut, de la sorte, utiliser des couronnes de diamants, Ces derniers servant de patins sur lesquels portent des chemins en concrétion diamantée.

Tous les types de concrétions diamantées utilisés, de natures voisines ou différentes aussi bien dans les compositions des poudres métalliques utilisées que dans les dimensions des diamants inclus dans les concrétions diamantées, se sont révélés sans usure dès l'obtention du rodage entre les surfaces en concrétion diamantée.

Le dispositif antifriction peut aussi être utilisé dans tous types de paliers, y compris paliers de butée, crapaudines et paliers à films de fluides servant de guidage et/ou d'appui permanent ou intermittent à une autre surface diamantée.

Les objets et caractéristiques ressortiront de la description suivante faite en référence au dessin annexé qui représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention dans l'une de ses applications.

Sur le dessin:

La figure unique représente une demi-coupe axiale schématique de la partie du stator et du rotor d'une turbine de forage incluant un palier à patin de concrétion diamantée.

Dans l'exemple choisi, le stator est constitué, dans la partie représentée, d'une partie cylindrique 1 dont l'axe 3 coïncide avec l'axe du rotor central 4.

Le rotor 4 inclut un support circulaire 5 au-dessous duquel est fixé, ou incorporé, une couronne 8 faite d'une concrétion diamantée. La surface inférieure 6 de cette couronne prend appui sur les surfaces 7 d'une série de patins 9 solidaires du stator 1.

Les patins 9, constitués d'une concrétion diamantée identique à celle de la couronne 8, sont fixés ou incorporés à un support 2 en forme d'anneau du stator 1.

Dans cet exemple, seuls les efforts axiaux étant importants, le palier 10 monté à la périphérie du support 2 peut être de type quelconque et pourrait éventuellement être un palier dont la surface diamantée serait rodée sur la surface cylindrique diamantée en regard du rotor 4.

La composition de la couronne de concrétion diamantée 8 et des patins 9 peut être, par exemple, toute composition de concrétions diamantées utilisées dans les outils de forage. Les surfaces 6 et 7 sont rodées, par exemple, par frottement de ces surfaces l'une contre l'autre jusqu'à disparition de toute trace d'usure sensible. On constate en effet, ainsi qu'on l'a exposé ci-dessus, que l'usure cessait dès l'obtention du rodage.

Bien qu'en général l'obtention du rodage soit atteinte d'autant plus rapidement que les compositions des concrétions sont identiques et comportent des diamants de fines granulométries, il est possible d'obtenir des surfaces rodées n'entraînant plus d'usure lorsque les granulométries diffèrent et que les concrétions répondent à des compositions différentes.

En particulier, dans l'application de ces surfaces aux paliers de turbines de forage, on constate que, contrairement à l'action destructrice qu'avait la boue de forage sur les roulements lorsqu'elle était utilisée comme fluide de refroidissement, la boue n'a aucune action nocive sur les surfaces frottantes diamantées. La boue circulant entre les patins 9 de surface 7 et la couronne 8 de surface 6 n'a pour seul effet que de refroidir ces surfaces. L'absence d'altération des surfaces diamantées et rodées 6 et 7 est remarquable et est aussi l'un des facteurs d'absence d'usure.

Dans le cas où l'on désire réaliser des paliers fluides, on procède de la même manière en effectuant un rodage des paliers cylindriques de surfaces diamantées et des pièces diamantées délimitant les films de fluide.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

635 908

Toutes les compositions diamantées peuvent convenir dès l'instant qu'une surface d'une telle composition peut être rodée sur une autre surface de même nature pour parvenir à l'absence d'usure. Il est possible d'ailleurs d'effectuer une partie du rodage sur des surfaces de compositions différentes, le rodage entre les surfaces du palier 5 de même nature ou de nature différente ayant cependant lieu soit pour réaliser le finissage du rodage, soit pour réaliser le rodage proprement dit.

A titre d'exemple de concrétion diamantée, on peut utiliser notamment celle décrite dans le brevet suisse N° 528008. Cette concrétion diamantée est une masse frittée formée à partir d'une composition faite d'au moins un carbure de tungstène ou de titane, tantale, chrome, vanadium, niobium, molybdène ou autre métal résistant à l'abrasion, et d'au moins un des métaux suivants: cobalt, nickel, molybdène ou autre métal utilisable comme liant pour le frittage, à laquelle on a incorporé des particules de diamants.

1 feuille dessin

Claims (4)

635 908

1. Dispositif antifriction comprenant une paire de surfaces en contact glissant l'une avec l'autre, caractérisé en ce que chacune de ces surfaces (6,7) consiste en une concrétion diamantée rodée.

2. Dispositif antifriction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la granulométrie des diamants est différente dans les concrétions diamantées des deux surfaces (6, 7).

2

REVENDICATIONS

3. Utilisation du dispositif antifriction selon l'une des revendications 1 ou 2, dans une turbine de forage, caractérisée en ce que l'une (6) des surfaces (6, 7) appartient à une couronne (5) solidaire du rotor (4) et l'autre (7) de ces surfaces appartient à une couronne (9) solidaire du stator (1) de la turbine.

4. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couronne (9), à surface (7) à concrétion diamantée, du stator (1) est formée de patins.