EP3698044A1 - Pompe a barillet rotatif avec moyens de guidage et de centrage du barillet distincts - Google Patents

Pompe a barillet rotatif avec moyens de guidage et de centrage du barillet distincts

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EP3698044A1
EP3698044A1 EP18779727.9A EP18779727A EP3698044A1 EP 3698044 A1 EP3698044 A1 EP 3698044A1 EP 18779727 A EP18779727 A EP 18779727A EP 3698044 A1 EP3698044 A1 EP 3698044A1
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EP
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cylinder block
pump
barrel
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drive shaft
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Julien TROST
Philippe Pagnier
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    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections

Definitions

  • the present invention relates to the field of pumps, in particular for high-pressure pumping, in particular for drilling operations.
  • crankshaft pumps are the most widespread in all sectors of the industry: capital goods, oil, gas and agri-food industries, the automotive sector, building (heating, well, air conditioning, water pumps, etc.) and more specifically for the treatment of water and waste (water and sanitation network). Nevertheless, they are still built from concepts dating from the 1930s, and are the subject of very few research and development studies to improve their performance, reduce their cost, minimize maintenance costs or reduce their environmental footprint.
  • These pumps have limits in terms of power, torque pressure / flow (that is to say, the limits that result in phenomena related to "water hammer” generated by the sinusoidal response of the pressure produced by the crankshaft ), weight, yield and shelf life. In addition, they do not allow to have a variable displacement and therefore lack flexibility of use.
  • Barrel pumps with oscillating plate the barrel is fixed in this architecture and one has two plates, a first inclined plate is in rotation and transfers to the second plate only the oscillation movement.
  • This architecture is suitable for high-pressure pumping due to the absence of rubbing elements (some of them are also found on the geothermal market). It also offers excellent mechanical performance. This configuration makes it possible to achieve a variable displacement, but it remains difficult to integrate and design.
  • the rotary barrel pumps ( Figure 2): within the pump 1, it is the plate 2 which is fixed and the barrel 6 carrying the pistons 3 is rotated, thus ensuring the movement of the pistons 3 in their shirts 4 (compression chamber).
  • the piston 3 - plate 2 connection is provided in the same way as for the first configuration.
  • the advantage of this architecture is that it can easily make the adjustable tray tilt and thus have the possibility of variable displacement.
  • the inertia of the rotating parts increases significantly since the barrel and the set of pistons are rotated.
  • the maintenance of the pump is made difficult: it is necessary to disassemble the entire cylinder, including the "mechanical" guide portion of the pistons to access the inlet and discharge pipes.
  • the barrel is made in two pieces, making assembly difficult, as good collinearity of the guide pins and the chamber is necessary.
  • the present invention relates to a rotary barrel pump, for which the pivot connection between the barrel and the casing is performed by the separate guiding and centering means. This design makes it possible to differentiate the guiding and sealing functions, which facilitates the maintenance and the maintenance of the pump.
  • the invention relates to a barrel pump comprising a housing, and comprising within said housing:
  • a cylinder block comprising at least two circumferentially distributed compression chambers, said cylinder block being driven by said drive shaft,
  • Said cylinder block is pivotally connected to the housing by guide means and separate centering means.
  • said cylinder block is a single piece, which comprises a first portion for guiding said pistons, and a second part comprising said compression chambers.
  • the interior spaces of said first and second parts of said cylinder block do not communicate together.
  • said first and second portions of said cylinder block are connected by a third portion, the diameter of which is smaller than the diameters of said first and second portions of said cylinder block.
  • said guide means comprise two angular contact roller bearings X mounted on said first portion of said cylinder block.
  • said centering means comprise a ball bearing mounted on said second portion of said cylinder block.
  • said cylinder block is driven by said drive shaft by means of splines provided on said drive shaft.
  • said grooves are arranged at the end of said drive shaft.
  • said pistons are in sliding pivot connection in said cylinder block.
  • said cylinder block comprises sealing means with the inlet and discharge lines of said pump.
  • said barrel pump comprises means for controlling the inclination of said plate.
  • said inclination control means comprises a wheel and worm system.
  • the invention relates to a use of said barrel pump according to one of the preceding features for a drilling operation, in particular for the injection of drilling muds into a wellbore.
  • Figure 1 already described, illustrates a fixed barrel pump according to the prior art.
  • Figure 2 already described, illustrates a rotary barrel pump according to the prior art.
  • Figure 3 illustrates a barrel pump according to one embodiment of the invention.
  • Figure 4 illustrates the relative assembly of the two barrels according to one embodiment of the invention.
  • the present invention relates to a rotary barrel pump.
  • the purpose of the barrel pump is to pump a fluid (eg water, oil, gas, drilling muds, etc.) by means of a linear displacement of several pistons.
  • a fluid eg water, oil, gas, drilling muds, etc.
  • This type of pump has the advantage of being compact, having interesting mechanical and volumetric efficiencies, an excellent weight / power ratio.
  • rotary barrel pumps are suitable for high pressure pumping.
  • the cylinder pump according to the invention comprises a housing and comprises within the housing: - a drive shaft: it is driven in rotation relative to the housing by an external source of energy, in particular a prime mover (for example thermal or electrical), in particular by means of a transmission (for example a gearbox),
  • a prime mover for example thermal or electrical
  • a transmission for example a gearbox
  • this inclination can be adjustable, a cylinder block (called a barrel), comprising at least two compression chambers (also called jackets) distributed circumferentially (in other words the compression chambers are distributed in a circle), the cylinder block is rotatable relative to the casing, and driven by the drive shaft, and
  • the pistons are driven by the cylinder block, and rods connect, by means of ball joints, the movable plate and the pistons so as to transform the movement of the cylinder block into motion of translation of the pistons, and the translation of the pistons within the compression chambers realize the pumping of the fluid.
  • the adjustment of the inclination plate allows a variable displacement of the pump, by modifying the stroke of the pistons.
  • the pivot connection between the cylinder block and the casing is formed by guide means and separate centering means.
  • the cylinder block can be a one-piece piece (that is to say, made in one piece).
  • the advantage of "merging" the two pieces of the cylinder block is to ensure good collinearity of the guide pins and the chamber, since this makes it possible to machining all the guiding and sealing means at once.
  • this design has a reduced mass because the assembly functions between any two parts of the cylinder block are removed (so more screws, washers, nuts, ).
  • the one-piece design simplifies the assembly of the pump barrel and the maintenance of the pump in service. Indeed, for maintenance, thanks to the separation of the guide means and the centering means, it is possible to disassemble only the centering means, or only the guide means.
  • the cylinder block may comprise a first portion for guiding the pistons and a second portion intended for sealing, the second part comprising the compression chambers of the cylinder block.
  • the second part is intended for the admission and discharge of the pumped fluid.
  • the first and second parts may have a substantially cylindrical shape.
  • the first and second parts can be connected by a third part.
  • this third part may be substantially cylindrical and may have a diameter smaller than the diameters of the first and second parts.
  • the guiding and centering means may comprise two angular contact roller bearings mounted in X (the bearing thrust centers are located between the two bearings). This configuration allows guidance and is suitable for high speeds of rotation with large loads.
  • the two angular contact roller bearings can be mounted on the first part of the cylinder block.
  • a ball bearing may be provided to limit the cantilever of the part and to ensure its centering over the entire length.
  • the choice of a ball bearing has the advantage of being adapted to high speeds of rotation. The loads on this bearing being limited, this choice makes it possible to be compact and light.
  • the ball bearing can be mounted on the second part of the cylinder block.
  • the cylinder block can be driven by the drive shaft by means of splines provided on the drive shaft.
  • the drive shaft may comprise male splines
  • the barrel may include female splines cooperating with the male splines of the drive shaft.
  • the splines make it possible to transmit a large torque.
  • the female splines may be arranged in the second part of the cylinder block, and possibly in the third part of the cylinder block. Alternatively, the female splines can be arranged on the first part of the cylinder block.
  • the cylinder block can be driven by means of a key provided in the drive shaft.
  • the pistons may be pivotally connected sliding in the cylinder, in particular in the first part of the cylinder block, in particular by means of a ring.
  • the tray may be substantially disk-shaped. However, the tray can have any shape. Only the compression chambers (and the pistons) are distributed on a circle.
  • the pump according to the invention may comprise a number of pistons of between three and fifteen, preferably between five and eleven.
  • a large number of pistons provides a continuous flow upstream and downstream of the pump.
  • the pump further comprises an inlet (inlet) and an outlet (discharge) of the fluid to be pumped.
  • the fluid passes through the inlet of the pump, enters a compression chamber, is compressed, and is discharged from the pump through the outlet by means of the piston.
  • the barrel in particular the second portion of the cylinder block, may comprise sealing means with the inlet and discharge pipes of the pump.
  • the inclination angle of the variable inclination plate relative to the axial direction of the drive shaft may be between 70 ° and 90 °.
  • the variable inclination plate (and a fortiori the turntable) can be inclined at an angle between 0 and 20 ° with respect to a radial direction of the drive shaft.
  • the barrel pump may comprise a means for controlling the inclination of the variable inclination plate.
  • this control means may comprise a wheel and worm system.
  • the pump may comprise a second plate (rotating plate).
  • the second plate can be pivotally connected to the variable inclination plate and can be driven by the drive shaft.
  • the drive of the second plate can be achieved by means of a finger ball joint.
  • the rotary barrel pump 1 comprises a drive shaft 5.
  • the rotation of the drive shaft 5 is performed by an external source not shown, for example an electric machine and a gearbox.
  • the drive shaft 5 is rotated relative to the casing 15.
  • the drive shaft 5 rotates the cylinder block 6 which has compression chambers 4.
  • the pump 1 further comprises a platen.
  • variable inclination 2 which, apart from its adjustment of the inclination, is fixed relative to the housing 15. The means for adjusting the inclination of the variable inclination plate 2 is not shown.
  • the pump 1 comprises a piston 3 driven by a translation movement (reciprocating movement) within a compression chamber 4.
  • the movement back and forth of the piston 3 is achieved by means of a rod 8 which connects the movable plate 2 and the piston 3 by means of ball joints. This movement back and forth of the piston 3 in the compression chamber 4 allows to pump the fluid.
  • FIG. 4 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, a sectional view of the barrel according to one embodiment of the invention. This is a sectional view along a plane comprising the axis of the drive shaft 5.
  • the cylinder block 6 comprises a first portion 16 for guiding the pistons 3, and a second portion 18 comprising the chambers
  • the cylinder block 6 comprises a third portion 17 connecting the first portion 16 to the second portion 18.
  • the first and second portions 16 and 18 have a substantially cylindrical shape.
  • the third portion 17 is also cylindrical and has a diameter smaller than the diameters of the first and second parts 16 and 18.
  • a cover 9 is provided at the end of the drive shaft 5 so as to dissociate the internal spaces of the first and second parts 16 and 18.
  • the cylinder block 6 is rotatably mounted in the casing 15 by means of centering means and guiding means.
  • the centering means comprise a ball bearing 13 mounted between the second portion 18 of the barrel 6 and the casing 15.
  • the guide means comprise two angular contact roller bearings 1 1 and 12 mounted between the first part 16 of the barrel 6 and the casing 15.
  • the angular contact roller bearings 1 1 and 12 are mounted in X.
  • the first part 16 of the barrel 6 comprises a ring 14 allowing a sliding pivot connection between the piston 3 and the barrel 6.
  • the drive shaft 5 has at its end splines 19, which cooperate with female splines (not shown) provided in the second and third parts 18 and 17 of the cylinder block 6.
  • the invention also relates to the use of the pump according to the invention for a drilling operation, in particular for the injection of drilling muds into a wellbore.
  • the pump according to the invention is well suited to this use, for its flexibility, compactness, and resistance to high pressures.
  • the pump according to the invention can be sized to operate up to pressures of the order of 1500 bars, that is to say 150 MPa.
  • the pump according to the invention can be sized to operate at flow rates ranging from 30 to 600 m 3 / h.

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Abstract

La présente invention concerne une pompe à barillet rotatif, pour lequel la liaison pivot entre le barillet (6) et le carter (15) est réalisée par les moyens de guidage et de centrage distincts.

Description

POMPE A BARILLET ROTATIF AVEC MOYENS DE GUIDAGE ET DE CENTRAGE DU BARILLET DISTINCTS
La présente invention concerne le domaine des pompes, en particulier pour le pompage haute pression, notamment pour des opérations de forage.
De nos jours, les pompes à vilebrequins sont les plus répandues dans l'ensemble des secteurs de l'industrie : les biens d'équipement, les industries pétrolière, gazière et agroalimentaire, le secteur automobile, le bâtiment (chauffage, puits, climatisation, pompes à eau, etc.) et plus spécifiquement pour le traitement de l'eau et des déchets (réseau d'eau et d'assainissement). Néanmoins, elles sont encore construites à partir de concepts datant des années 1930, et ne font l'objet que de très peu d'études de recherche et développement pour améliorer leurs performances, réduire leur coût de revient, minimiser les frais de maintenance ou diminuer leur empreinte environnementale. Ces pompes présentent des limites en termes de puissance, de couple pression / débit (c'est-à-dire des limites qui se traduisent par des phénomènes apparentés aux « coups de bélier » générés par la réponse sinusoïdale de la pression produite par le vilebrequin), de poids, de rendement et de durée de vie. De plus, elles ne permettent pas d'avoir une cylindrée variable et manquent donc de flexibilité d'utilisation.
En outre, dans le domaine de la production d'hydrocarbures, on observe actuellement que les forages doivent atteindre des profondeurs de plus en plus importantes, ce qui implique de travailler avec des pressions d'injection toujours plus élevées. Les compagnies pétrolières ont donc besoin de pompes à très haute pression pour atteindre les profondeurs requises pour l'injection, par exemple, de boues de forage. Ces dernières doivent également être fiables, économiques, flexibles et compactes, afin de répondre aux demandes toujours plus exigeantes du secteur de l'énergie.
Une autre technologie de pompe volumétrique est la pompe à barillet. Majoritairement destinées au pompage à plus faible pression et débit (elles sont principalement utilisées dans le pompage des huiles hydrauliques), elles offrent de nombreux avantages :
• Excellent rapport poids / puissance
• Très bon rapport qualité / prix
• Rendements mécaniques et volumétriques intéressants
· Possibilité de cylindrée variable en réglant l'inclinaison du plateau Les pompes conçues avec un barillet fonctionnent à l'aide d'un système de plateau tournant qui actionne les différents pistons les uns à la suite des autres. Lorsqu'un piston est en phase d'admission, le piston opposé est en mode refoulement, ce qui offre un flux constant en amont et aval de la pompe. La répartition des positions des pistons avec un guidage par le barillet assure une distribution des efforts progressive lors de la rotation de l'arbre entraîné par le moteur.
Il existe trois grandes architectures de pompe à barillet :
• Les pompes à barillet fixe (figure 1 ) : dans cette configuration de pompe 1 , où le barillet est fixe, c'est le plateau incliné 2 qui tourne (entraîné par l'arbre 5) afin de générer le mouvement des pistons 3 dans leurs chemises 4 (chambre de compression). La liaison entre les pistons 3 et le plateau 2 est alors assuré par des patins rotulés qui frottent sur le plateau 2. L'avantage ici est d'avoir une très faible inertie des pièces en rotation. Toutefois, cette configuration rend difficile la mise en place de cylindrée variable. De plus, dans le cas de pressions et débits importants, les efforts de frottement entre le plateau et les patins ne sont pas négligeables, et rendent complexe voire impossible la réalisation de la pompe.
• Les pompes à barillet avec plateau oscillant : le barillet est fixe dans cette architecture et l'on a deux plateaux, un premier plateau incliné est en rotation et transfère au second plateau uniquement le mouvement d'oscillation. Ainsi, on peut lier les pistons au second plateau oscillant sans la nécessité d'éléments frottants, par exemple avec une bielle liée au piston et au plateau par des liaisons rotules. Cette architecture est adaptée au pompage haute pression du fait de l'absence d'éléments frottant (on en trouve d'ailleurs quelques-unes sur le marché de la géothermie). Elle offre également un excellent rendement mécanique. Cette configuration rend possible la réalisation d'une cylindrée variable, elle reste néanmoins difficile à intégrer et à concevoir.
· Les pompes à barillet rotatif (figure 2) : au sein de la pompe 1 , c'est le plateau 2 qui est fixe et le barillet 6 portant les pistons 3 est en rotation, assurant ainsi le mouvement des pistons 3 dans leurs chemises 4 (chambre de compression). La liaison piston 3 - plateau 2 est assurée de la même manière que pour la première configuration. L'avantage de cette architecture est que l'on peut aisément rendre le plateau réglable en inclinaison et ainsi avoir la possibilité de cylindrée variable. En revanche, l'inertie des pièces en rotation augmente de façon non négligeable puisque le barillet et l'ensemble des pistons sont mis en rotation. De plus, pour cette configuration, la maintenance de la pompe est rendue difficile : il est nécessaire de démonter l'ensemble du barillet, y compris la partie « mécanique » de guidage des pistons pour accéder aux conduites d'admission et de refoulement. Généralement, pour cette réalisation, le barillet est réalisé en deux pièces, rendant difficile le montage, car une bonne colinéarité des axes de guidage et de la chambre est nécessaire. Pour pallier ces inconvénients, la présente invention concerne une pompe à barillet rotatif, pour lequel la liaison pivot entre le barillet et le carter est réalisée par les moyens de guidage et de centrage distincts. Cette conception permet de différencier les fonctions guidage et étanchéité, ce qui facilite la maintenance et l'entretien de la pompe.
Le dispositif selon l'invention
L'invention concerne une pompe à barillet comprenant un carter, et comprenant au sein dudit carter :
- un arbre d'entraînement,
- un bloc cylindre comportant au moins deux chambres de compression réparties circonférentiellement, ledit bloc cylindre étant entraîné par ledit arbre d'entraînement,
- un plateau dont l'inclinaison est réglable,
- au moins deux pistons en translation respectivement dans lesdites chambres de compression dudit bloc cylindre, lesdits pistons étant entraînés par ledit plateau au moyen de bielles.
Ledit bloc cylindre est en liaison pivot par rapport au carter par des moyens de guidage et des moyens de centrage séparés.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit bloc cylindre est une pièce monobloc, qui comprend une première partie pour le guidage desdits pistons, et une deuxième partie comprenant lesdites chambres de compression.
Avantageusement, les espaces intérieurs desdites première et deuxième parties dudit bloc cylindre ne communiquent pas ensemble.
De préférence, lesdites première et deuxième parties dudit bloc cylindre sont reliées par une troisième partie, dont le diamètre est inférieur aux diamètres desdites première et deuxième parties dudit bloc cylindre.
Selon un aspect, lesdits moyens de guidage comportent deux roulements à rouleaux à contact oblique montés en X sur ladite première partie dudit bloc cylindre.
Conformément à une caractéristique, lesdits moyens de centrage comportent un roulement à billes monté sur ladite deuxième partie dudit bloc cylindre.
Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit bloc cylindre est entraîné par ledit arbre d'entraînement au moyen de cannelures prévues sur ledit arbre d'entraînement.
De manière avantageuse, lesdites cannelures sont agencées à l'extrémité dudit arbre d'entraînement.
Conformément à un mode de réalisation, lesdits pistons sont en liaison pivot glissant dans ledit bloc cylindre. Selon un aspect, ledit bloc cylindre comprend des moyens d'étanchéité avec les conduites d'admission et de refoulement de ladite pompe.
Conformément à une mise en œuvre, ladite pompe à barillet comporte un moyen de commande de l'inclinaison dudit plateau.
De préférence, ledit moyen de commande de l'inclinaison comporte un système roue et vis sans fin.
En outre l'invention concerne une utilisation de ladite pompe à barillet selon l'une des caractéristiques précédentes pour une opération de forage, en particulier pour l'injection de boues de forage dans un puits de forage.
Présentation succincte des figures
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1 , déjà décrite, illustre une pompe à barillet fixe selon l'art antérieur.
La figure 2, déjà décrite, illustre une pompe à barillet rotatif selon l'art antérieur.
La figure 3 illustre une pompe à barillet selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 illustre le montage relatif des deux barillets selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
La présente invention concerne une pompe à barillet rotatif. La pompe à barillet a pour but de pomper un fluide (par exemple : eau, huile, gaz, boues de forage, etc.) au moyen d'un déplacement linéaire de plusieurs pistons. Ce type de pompe présente l'avantage d'être compacte, d'avoir des rendements mécaniques et volumétriques intéressants, un excellent rapport poids/puissance. De plus, les pompes à barillet rotatif sont adaptées au pompage haute pression.
La pompe à barillet selon l'invention comporte un carter et comporte au sein du carter : - un arbre d'entraînement : celui-ci est entraîné en rotation, par rapport au carter par une source d'énergie extérieure, notamment une machine motrice (par exemple thermique ou électrique), en particulier au moyen d'une transmission (par exemple une boîte de vitesses),
- un plateau incliné par rapport à l'arbre d'entraînement, cette inclinaison peut être réglable, - un bloc cylindre (appelé barillet), comportant au moins deux chambres de compression (appelés également chemises) réparties circonférentiellement (en d'autres termes les chambres de compression sont réparties selon un cercle), le bloc cylindre est rotatif par rapport au carter, et entraîné par l'arbre d'entraînement, et
au moins deux pistons en translation respectivement dans les chambres de compression, les pistons sont entraînés par le bloc cylindre, et des bielles relient, au moyen de liaisons rotules, le plateau mobile et les pistons de manière à transformer le mouvement du bloc cylindre en mouvement de translation des pistons, et la translation des pistons au sein des chambres de compression réalisent le pompage du fluide.
Le réglage de l'inclinaison plateau permet une cylindrée variable de la pompe, en modifiant la course des pistons. Selon l'invention, la liaison pivot entre le bloc cylindre et le carter est formée par des moyens de guidage et des moyens de centrage séparés.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le bloc cylindre peut être une pièce monobloc (c'est-à-dire réalisé en une seule pièce). L'avantage de la « fusion » des deux pièces du bloc cylindre (que l'on peut trouver dans l'art antérieur) est d'assurer une bonne colinéarité des axes de guidage et de la chambre, étant donné que cela permet d'usiner l'ensemble des moyens de guidage et d'étanchéité en une fois. De plus, cette conception, présente une masse réduite, car les fonctions d'assemblage entre deux éventuelles pièces du bloc cylindre sont supprimées (donc plus de vis, rondelles, écrous, ...). En outre, la réalisation en une seule pièce simplifie le montage du barillet de la pompe et la maintenance de la pompe en service. En effet, pour la maintenance, grâce à la séparation des moyens de guidage et des moyens de centrage, il est possible de démonter uniquement les moyens de centrage, ou uniquement les moyens de guidage. Conformément à une mise en œuvre de l'invention, le bloc cylindre peut comprendre une première partie pour le guidage des pistons et une deuxième partie destinée à l'étanchéité, la deuxième partie comprenant les chambres de compression du bloc cylindre. Ainsi, la deuxième partie est destinée à l'admission et au refoulement du fluide pompé. Une fois la pompe montée, les espaces intérieurs des deux parties du bloc cylindre ne sont pas en communication. En d'autres termes, une fois la pompe montée, un fluide contenu dans la première partie ne peut se retrouver dans la deuxième partie, et inversement. Cette conception permet de séparer le côté mécanique de la pompe (première partie avec les pièces en mouvement) de son côté hydraulique (deuxième partie avec l'admission et le roulement). La maintenance de la pompe s'en retrouve facilitée. Selon un exemple de réalisation, la dissociation des espaces intérieurs peut être réalisée au moyen d'un couvercle interne.
De préférence, et afin de réaliser la liaison pivot entre le bloc cylindre et le carter, les première et deuxième parties peuvent avoir une forme sensiblement cylindrique.
Selon un aspect de cette mise en œuvre de l'invention, les première et deuxième parties peuvent être reliées par une troisième partie. Avantageusement, cette troisième partie peut être sensiblement cylindrique et peut avoir un diamètre inférieur aux diamètres des première et deuxième parties.
Selon un aspect de ce mode de réalisation, les moyens de guidage et de centrage peuvent comporter deux roulements à rouleaux à contact oblique montés en X (les centres de poussée des roulements sont situés entre les deux roulements). Cette configuration permet un guidage et est adaptée pour des vitesses de rotation élevées avec des chargements importants. Selon un exemple de réalisation, les deux roulements à rouleaux à contact oblique peuvent être montés sur la première partie du bloc cylindre.
De plus, un roulement à billes peut être prévu pour permettre de limiter le porte-à-faux de la pièce et pour assurer son centrage sur toute la longueur. Le choix d'un roulement à billes présente l'avantage d'être adapté aux vitesses de rotation élevées. Les charges sur ce roulement étant limitées, ce choix permet d'être compact et léger. Selon un exemple de réalisation, le roulement à billes peut être monté sur la deuxième partie du bloc cylindre. Selon un mode de réalisation de l'invention, le bloc cylindre peut être entraîné par l'arbre d'entraînement au moyen de cannelures prévues sur l'arbre d'entraînement. En d'autres termes, l'arbre d'entraînement peut comprendre des cannelures mâles, et le barillet peut comprendre des cannelures femelles coopérant avec les cannelures mâles de l'arbre d'entraînement. Les cannelures permettent de transmettre un couple important. Selon un exemple de réalisation, les cannelures femelles peuvent être agencées dans la deuxième partie du bloc cylindre, et éventuellement dans la troisième partie du bloc cylindre. Alternativement, les cannelures femelles peuvent être agencées sur la première partie du bloc cylindre.
En variante, le bloc cylindre peut être entraîné au moyen d'une clavette prévue dans l'arbre d'entraînement. De manière avantageuse, les pistons peuvent être en liaison pivot glissant dans le barillet, en particulier dans la première partie du bloc cylindre, notamment au moyen d'une bague. Ainsi, les pistons sont guidés pour leur mouvement de va-et-vient. Le plateau peut avoir sensiblement la forme de disque. Toutefois, le plateau peut avoir n'importe quelle forme. Seules les chambres de compression (et les pistons) sont réparties sur un cercle.
Avantageusement, la pompe selon l'invention peut comporter un nombre de pistons compris entre trois et quinze, de préférence entre cinq et onze. Ainsi, un nombre élevé de pistons offre un flux continu en amont et en aval de la pompe.
De manière classique, la pompe comporte en outre une entrée (admission) et une sortie (refoulement) du fluide à pomper. Le fluide passe par l'entrée de la pompe, entre dans une chambre de compression, est comprimé, puis refoulé de la pompe par la sortie au moyen du piston.
En outre, le barillet, en particulier la deuxième partie du bloc cylindre, peut comprendre des moyens d'étanchéité avec les conduites d'admission et de refoulement de la pompe.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'angle d'inclinaison du plateau à inclinaison variable par rapport à la direction axiale de l'arbre d'entraînement peut être compris entre 70° et 90°. En d'autres termes, le plateau à inclinaison variable (et a fortiori le plateau rotatif) peut être incliné d'un angle compris entre 0 et 20° par rapport à une direction radiale de l'arbre d'entraînement.
Conformément à une mise en œuvre de l'invention, la pompe à barillet peut comporter un moyen de commande de l'inclinaison du plateau à inclinaison variable. Par exemple, ce moyen de commande peut comporter un système roue et vis sans fin. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pompe peut comporter un deuxième plateau (plateau rotatif). Le deuxième plateau peut être en liaison pivot par rapport au plateau à inclinaison variable et peut être entraîné par l'arbre d'entraînement. L'entraînement du deuxième plateau peut être réalisé au moyen d'une rotule à doigt. Cette conception de la pompe permet d'avoir un plateau qui tourne de manière synchronisée avec le bloc cylindre, permettant ainsi d'utiliser des liaisons rotules (entre bielles et plateau) sans patins frottants, ce qui permet un meilleur rendement de la pompe à barillet. La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un schéma cinématique d'une pompe à barillet rotatif selon un mode de réalisation de l'invention. La pompe à barillet rotatif 1 comporte un arbre d'entraînement 5. La rotation de l'arbre d'entraînement 5 est réalisée par une source extérieure non représentée, par exemple une machine électrique et une boîte de vitesses. L'arbre d'entraînement 5 est en rotation par rapport au carter 15. De plus, l'arbre d'entraînement 5 entraîne en rotation le bloc cylindre 6 qui comporte des chambres de compression 4. La pompe 1 comporte en outre un plateau à inclinaison variable 2, qui, mis à part son réglage de l'inclinaison, est fixe par rapport au carter 15. Le moyen de réglage de l'inclinaison du plateau à inclinaison variable 2 n'est pas représenté.
La pompe 1 comporte un piston 3 animé d'un mouvement de translation (mouvement de va et vient) au sein d'une chambre de compression 4.
Le mouvement de va et vient du piston 3 est réalisé au moyen d'une bielle 8 qui relie le plateau mobile 2 et le piston 3 au moyen de liaisons rotules. Ce mouvement de va et vient du piston 3 au sein de la chambre de compression 4 permet de pomper le fluide.
La figure 4 illustre, schématiquement et de manière non limitative, une vue en coupe du barillet selon un mode de réalisation de l'invention. Il s'agit d'une vue en coupe selon un plan comprenant l'axe de l'arbre d'entraînement 5. Le bloc cylindre 6 comprend une première partie 16 destinée au guidage des pistons 3, et une deuxième partie 18 comprenant les chambres de compression 4. De plus, le bloc cylindre 6 comprend une troisième partie 17 reliant la première partie 16 à la deuxième partie 18. Les première et deuxième parties 16 et 18 ont une forme sensiblement cylindrique. La troisième partie 17 est également cylindrique et possède un diamètre inférieur aux diamètres des première et deuxième parties 16 et 18.
Un couvercle 9 est prévu à l'extrémité de l'arbre d'entraînement 5 de manière à dissocier les espaces internes des première et deuxième parties 16 et 18.
Le bloc cylindre 6 est monté en rotation dans le carter 15, grâce à des moyens de centrage et des moyens de guidage.
Les moyens de centrage comportent un roulement à billes 13 monté entre la deuxième partie 18 du barillet 6 et le carter 15.
Les moyens de guidage comportent deux roulements à rouleaux à contact oblique 1 1 et 12 montés entre la première partie 16 du barillet 6 et le carter 15. Les roulements à rouleaux à contact oblique 1 1 et 12 sont montés en X.
Pour le guidage de chaque piston 3, la première partie 16 du barillet 6 comporte une bague 14 autorisant une liaison pivot glissant entre le piston 3 et le barillet 6. Pour l'entraînement du bloc cylindre, l'arbre d'entraînement 5 comporte à son extrémité des cannelures 19, qui coopèrent avec des cannelures femelles (non représentées) prévues dans les deuxième et troisième parties 18 et 17 du bloc cylindre 6. L'invention concerne également l'utilisation de la pompe selon l'invention pour une opération de forage, en particulier pour l'injection de boues de forage dans un puits de forage. En effet, la pompe selon l'invention est bien adaptée à cette utilisation, par sa flexibilité, sa compacité, et sa résistance aux hautes pressions.
Par exemple la pompe selon l'invention peut être dimensionnée pour fonctionner jusqu'à des pressions de l'ordre de 1500 bars, c'est-à-dire 150 MPa. En outre, la pompe selon l'invention peut être dimensionnée pour fonctionner à des débits variant de 30 à 600 m3/h.

Claims

Revendications
1 ) Pompe à barillet comprenant un carter (15), et comprenant au sein dudit carter (15) :
- un arbre d'entraînement (5),
- un bloc cylindre (6) comportant au moins deux chambres de compression (4) réparties circonférentiellement, ledit bloc cylindre (6) étant entraîné par ledit arbre d'entraînement (5),
- un plateau (2) dont l'inclinaison est réglable,
- au moins deux pistons (3) en translation respectivement dans lesdites chambres de compression (4) dudit bloc cylindre (6), lesdits pistons (3) étant entraînés par ledit plateau (2) au moyen de bielles (8),
caractérisé en ce que ledit bloc cylindre (6) est en liaison pivot par rapport au carter (15) par des moyens de guidage et des moyens de centrage séparés.
2) Pompe selon la revendication 1 , dans laquelle ledit bloc cylindre (6) est une pièce monobloc, qui comprend une première partie (16) pour le guidage desdits pistons (3), et une deuxième partie (18) comprenant lesdites chambres de compression (4).
3) Pompe selon la revendication 2, dans laquelle les espaces intérieurs desdites première (16) et deuxième (18) parties dudit bloc cylindre (6) ne communiquent pas ensemble.
4) Pompe selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle lesdites première (16) et deuxième (18) parties dudit bloc cylindre (6) sont reliées par une troisième partie (17), dont le diamètre est inférieur aux diamètres desdites première (16) et deuxième (18) parties dudit bloc cylindre (6).
5) Pompe selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle lesdits moyens de guidage comportent deux roulements à rouleaux à contact oblique (1 1 , 12) montés en X sur ladite première partie (16) dudit bloc cylindre (6). 6) Pompe selon l'une des revendications 2 à 5, dans laquelle lesdits moyens de centrage comportent un roulement à billes (13) monté sur ladite deuxième partie (18) dudit bloc cylindre (6).
7) Pompe selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit bloc cylindre (6) est entraîné par ledit arbre d'entraînement (5) au moyen de cannelures (19) prévues sur ledit arbre d'entraînement (5). 8) Pompe selon la revendication 7, dans laquelle lesdites cannelures sont agencées à l'extrémité dudit arbre d'entraînement (5).
9) Pompe selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits pistons (3) sont en liaison pivot glissant dans ledit bloc cylindre (6).
10) Pompe selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit bloc cylindre (6) comprend des moyens d'étanchéité avec les conduites d'admission et de refoulement de ladite pompe (1 ).
1 1 ) Pompe selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite pompe à barillet (1 ) comporte un moyen de commande de l'inclinaison dudit plateau (2).
12) Pompe selon la revendication 1 1 , dans laquelle ledit moyen de commande de l'inclinaison comporte un système roue et vis sans fin.
13) Utilisation de ladite pompe à barillet (1 ) selon l'une des revendications précédentes pour une opération de forage, en particulier pour l'injection de boues de forage dans un puits de forage.
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