EP1240403A1 - Dispositif d'alimentation hydraulique d'un appareil de forage roto-percutant - Google Patents
Dispositif d'alimentation hydraulique d'un appareil de forage roto-percutantInfo
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- EP1240403A1 EP1240403A1 EP00976114A EP00976114A EP1240403A1 EP 1240403 A1 EP1240403 A1 EP 1240403A1 EP 00976114 A EP00976114 A EP 00976114A EP 00976114 A EP00976114 A EP 00976114A EP 1240403 A1 EP1240403 A1 EP 1240403A1
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- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
- E21B6/02—Drives for drilling with combined rotary and percussive action the rotation being continuous
- E21B6/04—Separate drives for percussion and rotation
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- B25D9/06—Means for driving the impulse member
- B25D9/12—Means for driving the impulse member comprising a built-in liquid motor, i.e. the tool being driven by hydraulic pressure
Definitions
- the present invention relates to a hydraulic supply device for a rotary percussive drilling apparatus.
- the apparatus in question is used for drilling holes intended for the extraction of rocks and ores, and comprises a drilling tool animated by a rotary movement and driven in percussion using a device strikes acting independently of rotation.
- the device is mounted on a feed device, which allows the tool to create a pressing force on the ground during drilling.
- Figure 1 of the accompanying schematic drawing shows a device of known type.
- This device comprises a hammer drill 2 equipped with a tool 3 associated with a rotary drive device 4 and a striking device 5.
- a distributor 6 makes it possible to reciprocate the piston 7 of the striking device 5.
- the rotary hammer is mounted movable with respect to the terrain in which drilling is to be carried out, using an advance system mounted on slides.
- the advance system 9 comprises a hydraulic jack whose rod 10 is supported on a fixed point 12. The advance system is guided by slides 13.
- the apparatus also comprises a device 14 for sucking the dust entrained by a hydraulic motor 15.
- the various movements are obtained from a source of hydraulic fluid under pressure through a flow divider 16, for example of the gear or static type, which supplies via four distributors 1 7, 1 8, 19 and 20 respectively the hydraulic motor of the rotary drive device, the impact device, the cylinder of the advance system, and the hydraulic motor of the dust suction device.
- the connections are made through a series of hoses.
- Known rotary percussive drilling rigs are characterized by different hydraulic flow rates and pressures depending on the movements controlled.
- the highest pressure is that of the dust extraction device 14, 1 5 and of the advance system 9-1 3.
- the pressure of the impact device 5 represents approximately two thirds of the value of the highest pressure, while the pressure of the rotary drive device 4 represents about one third of the highest pressure.
- the essential advantage of this device is its simplicity, since the power supplies of the different movements are independent of each other, and do not require any component other than distributors to perform all the functions.
- the main drawback lies in the significant pressure differences between the bodies of the flow divider 1 6. Taking into account the technology used for this type of hydraulic component, these significant differences in pressure induce leaks of hydraulic fluid between the bodies of the divider , which results in a low hydraulic efficiency of the hydraulic supply device of the drilling rig.
- the object of the invention is to provide a hydraulic supply device of this type, making it possible to minimize the pressure differences between the different actuators and, consequently, to improve the hydraulic efficiency of the device, without using complex technical solutions, particularly from a hydraulic point of view.
- the device according to the invention intended for the hydraulic supply of a rotary percussive drilling apparatus whose tool is, on the one hand, driven in rotation in one direction or the other and, on the other hand, subjected to the action of a striking device acting independently of the rotation, of a hydraulic advance device allowing the tool to create a bearing force on the ground, and possibly a drilling dust suction device, driven by a hydraulic motor, the various hydraulic actuators being driven from a source of hydraulic fluid under pressure through a hydraulic flow divider, a set of distributors and a set of pipes outside the device, such as hoses, is characterized in that it comprises a pipe for communicating the return pipe of the hydraulic device for rotating the tool and the line d al imentation of the impact device, to add to the feed rate of the impact device, the return rate of the rotary drive device.
- one of the ends of the connection pipe of the return pipe of the hydraulic device for driving the tool in rotation and of the supply line of the impact device is connected to the control distributor of the
- connection pipe for the return of the hydraulic device and the supply of the impact device is located outside the two hydraulic actuators respectively in rotation and in impact, so that a device for known structure can be used with the implementation of a hydraulic motor which is integrated into the device or independent of it, while offering a simple technical solution both in the production of the connecting pipe and in the maintenance of that -ci, since this connection is made outside the main part of the device.
- the connection pipe for the return pipe of the hydraulic device for driving the tool in rotation and the supply line for the impact device consists of the discharge line. liquid from the rotary drive device, which opens into the supply line of the impact device, upstream of the feed control distributor thereof.
- connection pipe for the return pipe of the hydraulic device for rotating the tool and the supply line for the striking device opens into this line d supply of the striking device, downstream of the feed control distributor thereof.
- the connecting pipe of the return pipe of the hydraulic device for driving the tool in rotation and the supply line of the striking device opens out, on the one hand, in this supply line for the impact device and, on the other hand, in a valve for communicating the return pipe of the drive device in rotation and of the striking device supply line, this valve being piloted and bringing the two circuits into communication when the striking device is actuated.
- the valve for communicating the two circuits is controlled by a pressure tap on the supply line of the impactor.
- the return line of the hydraulic rotary drive motor is connected to the reservoir, while when the impactor is in operation, the valve is actuated in order to channel the hydraulic fluid from output from the rotary drive to the supply line of the impactor.
- FIGS 2 to 4 are three schematic views similar to Figure 1 showing three embodiments of this hydraulic supply device.
- FIGS. 2 to 4 the same elements are designated by the same references as in FIG. 1.
- the return pipe 22 of the rotary drive device 4 of the tool is placed in communication with the supply line 23 of the striking device, by means of the line 24 for discharging liquid from the rotary drive device, after passing through the distributor 1 7.
- the line 24 opens into the supply line 23 of the impactor, in the area of the latter between the flow divider 1 6 and the distributor 18.
- the rotary drive device is supplied with hydraulic liquid, and the striking device does not work, the liquid is evacuated through the distributor 1 8 towards the reservoir 25. This is the position shown in FIG. 2.
- the distributor 1 8 is in its position for supplying the striking device, the return flow from the rotary drive device comes s '' add to the feed rate of the impactor.
- the device comprises a tube 26 for communicating the return pipe of the hydraulic device for rotating the tool and the pipe 23 of the supply line of the striking device. This tubing 26 opens into line 23 downstream of the distributor 18 for controlling the supply of the striking device.
- the rotational drive device 4 is powered to be able to rotate in both directions.
- the distributor 1 7 is arranged to be able to cross feed the two supply and return lines of the device 4 so that the supply line can be used as a return line and vice versa.
- the tubing 26 is connected to the distributor 1 7, and is placed in communication with the return line 22, this return line being the high and low line in the drawing, that is to say that not carrying out the supply of the device 4.
- the device comprises a tube 27 for communicating the line 22 of return of the rotary drive device 4, this tube 27 opening, on the one hand, in the line 23 for supplying the striking device, downstream of the distributor 1 8 and, on the other hand, in a valve 29 capable of either ensuring communication between the line 22 and a line opening into the drawer 1 7, or to put the return line 22 into communication with the tubing 27.
- this valve is controlled from a pressure tapping line 30 communicating with the supply line 23 of the impactor, so that the valve ensures the communication of line 22 with line 23 via the tubing 27 only when the striking device is actuated.
- the invention brings a great improvement to the existing technique by providing a device of simple design, making it possible to minimize the pressure differences between the different actuators by using the output flow rate of the drive device in rotation of the tool to add it to the feed rate of the striking device, without implementing a complex technical solution, in particular from a hydraulic point of view, since this connection is made entirely outside the 'device, without requiring modifications to the design thereof.
- the invention is not limited to the sole embodiments of this device, described above by way of examples, on the contrary it embraces all variants.
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Abstract
Dispositif d'alimentation hydraulique d'un appareil de forage roto-percutant (2) dont l'outil (3) est, d'une part, entraîné en rotation (4) dans un sens ou dans l'autre et, d'autre part, soumis à l'action d'un dispositif de frappe (6) agissant indépendamment de la rotation, d'un dispositif hydraulique (9) d'avance permettant à l'outil de créer une force d'appui sur le terrain, et éventuellement d'un dispositif (14) d'aspiration des poussières de forage, entraîné par un moteur hydraulique, les différents organes d'actionnement hydrauliques étant entraînés à partir d'une source de liquide hydraulique sous pression à travers un diviseur de débit hydraulique (16), un ensemble de distributeurs (17, 18, 19, 20) et un ensemble de tubulures extérieures à l'appareil, telles que des flexibles. Ce dispositif comprend une tubulure extérieure à l'appareil (24), de mise en communication de la tubulure (22) de retour du dispositif hydraulique (4) d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne d'alimentation (23) du dispositif de frappe (6), pour ajouter au débit d'alimentation du dispositif de frappe, le débit de retour du dispositif d'entraînement en rotation.
Description
DISPOSITIF D'ALIMENTATION HYDRAULIQUE D'UN APPAREIL DE FORAGE ROTO-PERCUTANT
La présente invention a pour objet un dispositif d'alimentation hydraulique d'un appareil de forage roto-percutant. L'appareil dont il s'agit est employé pour le forage de trous destinés à l'extraction des roches et minerais, et comporte un outil de forage animé d'un mouvement de rotation et entraîné en percussion à l'aide d'un dispositif de frappe agissant indépendamment de la rotation. L'appareil est monté sur un dispositif d'avance, qui permet à l'outil de créer une force d'appui sur le terrain lors du forage.
La figure 1 du dessin schématique annexé représente un dispositif de type connu.
Ce dispositif comprend un marteau perforateur 2 équipé d'un outil 3 associé à un dispositif d'entraînement en rotation 4 et à un dispositif de frappe 5. Un distributeur 6 permet de réaliser le mouvement alternatif du piston 7 du dispositif de frappe 5. Le marteau perforateur est monté déplaçable vis-à-vis du terrain dans lequel un forage doit être effectué, à l'aide d'un système d'avance monté sur des glissières. Le système d'avance 9 comprend un vérin hydraulique dont la tige 10 prend appui sur un point fixe 1 2. Le système d'avance est guidé par des glissières 13.
L'appareil comprend également un dispositif 14 d'aspiration des poussières entraînées par un moteur hydraulique 1 5.
Les différents mouvements sont obtenus à partir d'une source de liquide hydraulique sous pression à travers un diviseur de débit 16, par exemple de type à engrenages ou statique, qui alimente par l'intermédiaire de quatre distributeurs 1 7, 1 8, 19 et 20 respectivement le moteur hydraulique du dispositif d'entraînement en rotation, le dispositif de frappe, le vérin du système d'avance, et le moteur hydraulique du dispositif d'aspiration des poussières. Les liaisons sont réalisées par l'intermédiaire d'une série de flexibles.
Les appareils de forage roto-percutants connus se caractérisent par des débits et des pressions hydrauliques différents selon les mouvements commandés. La pression la plus élevée est celle du dispositif 14, 1 5 d'aspiration des poussières et du système d'avance 9-1 3. La pression du dispositif de frappe 5 représente environ les deux tiers de la
valeur de la pression la plus élevée, tandis que la pression du dispositif d'entraînement en rotation 4 représente environ un tiers de la pression la plus élevée.
L'avantage essentiel de cet appareil est sa simplicité, car les alimentations des différents mouvements sont indépendantes les unes des autres, et ne nécessitent aucun composant autre que des distributeurs pour réaliser toutes les fonctions.
L'inconvénient essentiel réside dans les différences de pression importantes entre les corps du diviseur de débit 1 6. Compte tenu de la technologie employée pour ce type de composant hydraulique, ces différences importantes de pression induisent des fuites de fluide hydraulique entre les corps du diviseur, ce qui se traduit par un rendement hydraulique faible du dispositif d'alimentation hydraulique de l'appareil de forage. Le but de l'invention est de fournir un dispositif d'alimentation hydraulique de ce type, permettant de minimiser les différences de pression entre les différents actionneurs et, par suite, d'améliorer le rendement hydraulique de l'appareil, sans mettre en oeuvre de solutions techniques complexes, notamment d'un point de vue hydraulique. A cet effet, le dispositif selon l'invention, destiné à l'alimentation hydraulique d'un appareil de forage roto-percutant dont l'outil est, d'une part, entraîné en rotation dans un sens ou dans l'autre et, d'autre part, soumis à l'action d'un dispositif de frappe agissant indépendamment de la rotation, d'un dispositif hydraulique d'avance permettant à l'outil de créer une force d'appui sur le terrain, et éventuellement d'un dispositif d'aspiration des poussières de forage, entraîné par un moteur hydraulique, les différents organes d'actionnement hydrauliques étant entraînés à partir d'une source de liquide hydraulique sous pression à travers un diviseur de débit hydraulique, un ensemble de distributeurs et un ensemble de tubulures extérieures à l'appareil, telles que des flexibles, est caractérisé en ce qu'il comprend une tubulure de mise en communication de la tubulure de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne d'alimentation du dispositif de frappe, pour ajouter au débit d'alimentation du dispositif de frappe, le débit de retour du dispositif d'entraînement en rotation.
Avantageusement, l'une des extrémités de la tubulure de mise en communication de la tubulure de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne d'alimentation du dispositif de frappe est reliée au distributeur de commande de l'alimentation du dispositif d'entraînement en rotation.
Il doit être noté que la tubulure de mise en communication du retour du dispositif hydraulique et de l'alimentation du dispositif de frappe est située à l'extérieur des deux actionneurs hydrauliques respectivement en rotation et en frappe, de telle sorte qu'un dispositif de structure connue peut être utilisé avec mise en oeuvre d'un moteur hydraulique qui soit intégré à l'appareil ou indépendant de celui-ci, tout en offrant une solution technique simple tant dans la réalisation de la tubulure de liaison que dans la maintenance de celle-ci, puisque cette liaison est faite à l'extérieur de la partie principale de l'appareil. Suivant une première forme d'exécution, la tubulure de mise en communication de la tubulure de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne d'alimentation du dispositif de frappe est constituée par la ligne d'évacuation de liquide hors du dispositif d'entraînement en rotation, qui débouche dans la ligne d'alimentation du dispositif de frappe, en amont du distributeur de commande d'alimentation de celui-ci.
Il s'agit simplement, dans ce cas, de relier la ligne d'évacuation de liquide hydraulique hors du dispositif d'entraînement en rotation à la ligne d'alimentation du dispositif de frappe, au lieu de la relier directement au réservoir hydraulique.
Suivant une autre forme d'exécution de ce dispositif, la tubulure de mise en communication de la tubulure de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne d'alimentation du dispositif de frappe débouche dans cette ligne d'alimentation du dispositif de frappe, en aval du distributeur de commande d'alimentation de celui-ci.
Suivant une autre forme d'exécution de ce dispositif, la tubulure de mise en communication de la tubulure de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne d'alimentation du dispositif de frappe débouche, d'une part, dans cette ligne d'alimentation du dispositif de frappe et, d'autre part, dans une valve de mise en communication de la tubulure de retour du dispositif d'entraînement en
rotation et de la ligne d'alimentation du dispositif de frappe, cette valve étant pilotée et réalisant la mise en communication des deux circuits lorsque le dispositif de frappe est actionné.
De préférence, dans ce cas, la valve de mise en communication des deux circuits est commandée par une prise de pression sur la ligne d'alimentation du dispositif de frappe. Lorsque le dispositif de frappe n'est pas actionné, la ligne de retour du moteur hydraulique d'entraînement en rotation est reliée au réservoir, alors que lorsque le dispositif de frappe est en fonctionnement, la valve est actionnée afin de canaliser le liquide hydraulique de sortie du dispositif d'entraînement en rotation vers la ligne d'alimentation du dispositif de frappe.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce dispositif :
Figures 2 à 4 sont trois vues schématiques similaires à la figure 1 représentant trois formes d'exécution de ce dispositif d'alimentation hydraulique.
Dans les différentes formes d'exécution des figures 2 à 4, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que dans la figure 1 .
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3, la tubulure 22 de retour du dispositif d'entraînement en rotation 4 de l'outil est mise en communication avec la ligne 23 d'alimentation du dispositif de frappe, par l'intermédiaire de la ligne 24 d'évacuation de liquide hors du dispositif d'entraînement en rotation, après passage à travers le distributeur 1 7. A cet effet, la ligne 24 débouche dans la ligne d'alimentation 23 du dispositif de frappe, dans la zone de celle-ci comprise entre le diviseur de débit 1 6 et le distributeur 18. Lorsque le dispositif d'entraînement en rotation est alimenté en liquide hydraulique, et que le dispositif de frappe ne fonctionne pas, le liquide est évacué à travers le distributeur 1 8 vers le réservoir 25. Il s'agit de la position représentée à la figure 2. Au contraire, lorsque le distributeur 1 8 est dans sa position d'alimentation du dispositif de frappe, le débit de retour du dispositif d'entraînement en rotation vient s'additionner au débit d'alimentation du dispositif de frappe.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3, le dispositif comporte une tubulure 26 de mise en communication de la tubulure de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation de l'outil et de la tubulure 23 de la ligne d'alimentation du dispositif de frappe. Cette tubulure 26 débouche dans la ligne 23 en aval du distributeur 18 de commande de l'alimentation du dispositif de frappe.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3, le dispositif d'entraînement en rotation 4 est alimenté pour pouvoir tourner dans les deux sens. A cet effet, le distributeur 1 7 est agencé pour pouvoir alimenter de façon croisée les deux lignes d'alimentation et de retour du dispositif 4 pour que la ligne d'alimentation puisse être utilisée comme ligne de retour et inversement. La tubulure 26 est reliée au distributeur 1 7, et est mise en communication avec la ligne de retour 22, cette ligne de retour étant la ligne haute et basse au dessin, c'est-à-dire celle ne réalisant pas l'alimentation du dispositif 4.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4, le dispositif comprend une tubulure 27 de mise en communication de la ligne 22 de retour du dispositif d'entraînement en rotation 4, cette tubulure 27 débouchant, d'une part, dans la ligne 23 d'alimentation du dispositif de frappe, en aval du distributeur 1 8 et, d'autre part, dans une valve 29 susceptible soit d'assurer une mise en communication de la ligne 22 avec une ligne débouchant dans le tiroir 1 7, soit de mettre en communication la ligne de retour 22 avec la tubulure 27. A cet effet, cette valve est pilotée à partir d'une ligne de prise de pression 30 communiquant avec la ligne d'alimentation 23 du dispositif de frappe, afin que la valve n'assure la communication de la ligne 22 avec la ligne 23 par l'intermédiaire de la tubulure 27 que lorsque le dispositif de frappe est actionné.
Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un dispositif de conception simple, permettant de minimiser les différences de pression entre les différents actionneurs en utilisant le débit de sortie du dispositif d'entraînement en rotation de l'outil pour l'additionner au débit de l'alimentation du dispositif de frappe, sans mettre en oeuvre de solution technique complexe, notamment d'un point de vue hydraulique, puisque cette liaison est réalisée entièrement à l'extérieur de l'appareil, sans nécessiter de modifications de la conception de celui-ci.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.
Claims
1 . Dispositif d'alimentation hydraulique d'un appareil de forage roto-percutant (2) dont l'outil (3) est, d'une part, entraîné en rotation (4) dans un sens ou dans l'autre et, d'autre part, soumis à l'action d'un dispositif de frappe (6) agissant indépendamment de la rotation, d'un dispositif hydraulique (9) d'avance permettant à l'outil de créer une force d'appui sur le terrain, et éventuellement d'un dispositif (14) d'aspiration des poussières de forage, entraîné par un moteur hydraulique, les différents organes d'actionnement hydrauliques étant entraînés à partir d'une source de liquide hydraulique sous pression à travers un diviseur de débit hydraulique ( 1 6), un ensemble de distributeurs ( 1 7, 18, 1 9, 20) et un ensemble de tubulures extérieures à l'appareil, telles que des flexibles, caractérisé en ce qu'il comprend une tubulure extérieure à l'appareil (24, 26, 27), de mise en communication de la tubulure (22) de retour du dispositif hydraulique (4) d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne d'alimentation (23) du dispositif de frappe (6), pour ajouter au débit d'alimentation du dispositif de frappe, le débit de retour du dispositif d'entraînement en rotation.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'une des extrémités de la tubulure (24, 26) de mise en communication de la tubulure (22) de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne (23) d'alimentation du dispositif de frappe est reliée au distributeur de commande ( 1 7) de l'alimentation du dispositif d'entraînement en rotation (4) .
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tubulure (24) de mise en communication de la tubulure (22) de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation (4) de l'outil (3) et de la ligne (23) d'alimentation du dispositif de frappe (6) est constituée par la ligne d'évacuation de liquide hors du dispositif d'entraînement en rotation, qui débouche dans la ligne (23) d'alimentation du dispositif de frappe (6), en amont du distributeur ( 1 8) de commande d'alimentation de celui-ci.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tubulure (26) de mise en communication de la tubulure (22) de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation (4) de l'outil et de la ligne (23) d'alimentation du dispositif de frappe débouche dans cette ligne (23) d'alimentation du dispositif de frappe, en aval du distributeur (1 8) de commande d'alimentation de celui-ci.
5. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la tubulure (27) de mise en communication de la tubulure (22) de retour du dispositif hydraulique d'entraînement en rotation de l'outil et de la ligne (23) d'alimentation du dispositif de frappe débouche, d'une part, dans cette ligne d'alimentation du dispositif de frappe et, d'autre part, dans une valve (29) de mise en communication de la tubulure (22) de retour du dispositif d'entraînement en rotation et de la ligne (23) d'alimentation du dispositif de frappe, cette valve (29) étant pilotée et réalisant la mise en communication des deux circuits lorsque le dispositif de frappe (6) est actionné.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valve (29) de mise en communication des deux circuits est commandée par une prise de pression (30) sur la ligne (23) d'alimentation du dispositif de frappe (6) .
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