FR2483002A1 - Dispositif de commande directe de trepan pour materiel de forage - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF DE COMMANDE DIRECTE D'UN TREPAN COMPORTANT UN ROTOR 11, 12 A PAROI EXTERIEURE 13 HELICOIDALE ET UN STATOR 1 A PAROI INTERIEURE 9 HELICOIDALE, LE ROTOR ETANT CONSTITUE PAR UNE PIECE MOULEE 12 DISPOSEE SUR UN SUPPORT 11 COMPORTANT UN NOYAU TRONCONIQUE 17 SUR LEQUEL LADITE PIECE 12 PEUT COULISSER EN S'ELARGISSANT

Description

La présente invention concerne un dispositif de

commande directe de trépan pour matériel de forage, consti-

tué par un carter pouvant être traversé par un fluide de

travail en direction axiale principale à partir d'une extré-

mité d'entrée vers une extrémité de sortie, et par un arbre monté rotatif et radialement déplaçable de manière limitée dans ce carter, en étant en prise au moyen de surfaces ayant une forme du type denture helicoldale, qui sont en regard

l'une de l'autre et qui limitent un espace pour un fluide li-

quide ou gazeux, espace qui dé-finit pour ce fluide, lors de

son passage, un trajet d'écoulement sous forme de rainure hé-

licoldale à un filet au moins et à un étage au moins, l'une des deux surfaces étant réalisée dans une pièce moulée en un matériau élastique et prenant appui de manière étanche et sous pression sur l'autre surface réalisée en matière rigide, lors d'un mouvement de rotation relatif entre le carter et l'arbre,

dans des zones se déplaçant axialement et pouvant être soumi-

se à l'action d'une force de déformation dirigée radialement, qui est modifiée en fonction de la pression régnant dans le fluide de travail sur le côté d'entrée du carter et la pièce

étant montée comme support sur l'arbre.

On utilise de manière répandue des moteurs de ce gen-

re, basés sur le principe de Moineau, lors de forages profonds pour la commande directe du trépan ou comme moteurs dits de "sole". Ces moteurs comportent dans ces cas une extrémité de

raccordement supérieure sur le carter pour la connexion au tu-

be de forage et entraînent le trépan ou un outil de forage ana-

logue par l'intermédiaire d'un arbre articulé reliant l'arbre

moteur à l'outil de forage. Comme moyen de travail, on utili-

se dans ce cas un fluide de curage de forage qu'on pompe vers le bas à travers la ligne de tubes de forage et qui entre sous une pression élevée dans l'espace entre le carter formant un stator et l'arbre formant le rotor. Sur le trajet hélicoïdal

du fluide de travail à travers le moteur, une partie de l'é-

nergie de pression de ce fluide se transforme en énergie de rotation pour l'arbre. La chute de pression à l'intérieur de moteurs de ce genre dépend de la construction de ces moteurs

et est d'un ordre de grandeur de 25 à 60 bars pour les com-

mandes directes de trépan réalisées dans la pratique.

Le stator et l'arbre d'un tel moteur sont réalisés

sous forme de pièces façonnées de façon à présenter des sur-

faces hélicoïdales, l'une des pièces comportant un matériau élastiquement déformable.

Des parties des pièces mises ainsi en forme de l'ar-

bre et du stator sont assemblées et définissent un espace dans

lequel le fluide agit sur les surfaces en prise, ce qui pro-

duit un couple de rotation. Pour obtenir un fonctionnement satisfaisant du moteur, il est important que les surfaces ainsi formées soient en prise avec une étanchéité suffisante,

étant donné que dans le cas d'un manque d'étanchéité, lapuis-

sance du moteur diminue et n'atteint pas les valeurs qu'on a

désiré obtenir au moyen de cette conception de moteur. En rai-

son des conditions de fonctionnement variables dans le puits de forage, une étanchéification sûre de l'espace de travail par sélection préalable de dimensions en excès déterminant la

pression de contact n'est pas appropriée à l'obtention de ré-

sultats optimaux dans toutes les conditions de fonctionnement.

Dans une commande directe de trépan connue, on adap-

te dans une grande mesure la pression de contact déterminant l'effet d'étanchéité entre les zones des surfaces se trouvant

en prise, aux conditions de pression et de température du flui-

de de travail, ainsi qu'a la contrainte s'exerçant sur le trépan. Ceci est obtenu du fait que la pièce moulée montée sur l'arbre sous forme d'une gaine est déplaçable radialement,qui du fait de la pression du fluide de travail ou d'un fluide de pression peut être soumise à une force de déformation dirigée radialement ce qui produit une pression de contact entre les surfaces façonnées de l'arbre et du stator, dépendant de la

pression du fluide de travail ou du fluide de pression. Cety-

pe de réglage de la pression de contact ne permet cependant

que d'exercer une charge constante sur toute la longueur axia-

le de l'arbre, tandis que-la pression en sens opposé dufluide de forage dans l'espace de travail diminue d'une chambre à

l'autre dans un moteur à plusieurs étages avec pour conséquen-

ce que la pression est surcompensée dans chaque autre chambre de travail et qu'il se produit des pertes dues au frottement,

croissantes dans le sens axial.

L'invention a de ce fait pour but de permettre l'ob-

tention d'une pression de contact uniforme entre les zonesdes surfaces façonnées se trouvant en prise et ainsi le réglage optimal de la pression de contact pour chaque chambre pour la

réalisation d'un rendement maximal pour une usure aussi fai-

ble que possible. On obtient ce résultat pour une commande

directe de trépan pour un matériel de forage, du type consti-

tué par un carter pouvant être traversé par un fluide de tra-

vail en direction axiale principale à partir d'une extrémité d'entrée vers une extrémité de sortie et par un arbre monté rotatif et radialement déplaçable de manière limitée dans ce carter, cet arbre et ce carter étant en prise ensemble au moyen de surfaces ayant une forme du type denture hélicoïdale,

en regard l'une de l'autre et qui limitent ensemble un espa-

ce de travail pour un fluide liquide ou gazeux, espace de tra-

vail qui définit pour ce fluide, lors de son passage, un tra-

jet d'écoulement sous forme de rainure hélicoïdale à un filet

au moins et à un étage au moins, l'une des deux surfaces façon-

nées étant réalisée dans une pièce en un matériau élastique-

ment déformable, prenant appui de manière étanche et sous pres-

sion sur l'autre surface réalisée de manière rigide, lors d'un mouvement de rotation relatif entre le carter et l'arbre, dans des zones se déplaçant axialement et pouvant être soumises à l'action d'une force de déformation dirigée radialement, qui

est modifiée en fonction de la pression régnant dans le flui-

de de travail sur le côté d'entrée du carter et la pièce fa-

çonnée étant montée comme support sur l'arbre, du fait que la pièce façonnée et le support sont déplaçables- réciproquement

par action de la pression avec un degré de liberté dirigé pa-

rallèlement à une surface de référence cylindrique relative à l'axe de l'arbre et du fait que les surfaces de contact de

la pièce façonnée et du support sont inclinées dans la direc-

tion du degré de liberté et cela dans le sens d'une force de

déformation dirigée radialement vers l'extérieur en cas d'ac-

tion de la pression. Dans tous lesmodes de réalisation confor-

mes à l'invention, la pièce façonnée soumise principalement à l'usure présente une forme peu compliquée qui permet une production facile et qui ne comporte ainsi, en outre du coût faible de production du moteur, que des frais relativement

faibles de réparation ou de remise en état. En outre, le mo-

teur de commande directe de trépan selon l'invention facili-

te les calculs pour le dimensionnement, étant donné que la

déformation radiale de la pièce façonnée est soumise à un mé-

canisme de réglage automatique en fonction de la pression et de la charge s'exerçant sur le trépan et qu'en conséquence, les tolérances sur les cotes lors de la fabricationdelapièce

sont d'une importance plus réduite.

Pour l'obtention d'une déformation radiale, lapièce

façonnée peut être montée sur l'arbre de manière à être dépla-

çable axialement et à permettre une torsion modifiant la posi-

tion angulaire. Les surfaces de contact entre l'arbre et la

pièce façonnée, réalisées de manière analogue à un plan obli-

que doivent être dirigées dans la direction de déplacement prévue. Lors du déplacement axial de la pièce façonnée sur l'arbre, il est possible tant de fixer l'arbre axialement et

de déplacer la pièce façonnée que d'adopter la solution inver-

se. Selon un autre mode de réalisation, l'arbre est divisé en plusieurs parties de forme cônique avec une grande pente des parois de contact afin de réduire un comportement à hystérésis provoqué par un auto-blocage lors du déplacement de la pièce façonnée sur l'arbre entre l'une et l'autre des positions de

déplacement.

Suivant un autre mode de réalisation de l'invention,

on prévoit que le support de la pièce façonnée élastique com-

porte sur la face en regard de cette pièce et dans le sens

longitudinal de celle-ci, des nervures réparties sur son pour-

tour et que ladite pièce présente sur sa face intérieure des rainures correspondantes, au moyen desquelles les deux éléments

se trouvent mutuellement en prise.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail en se référant au dessin-annexé, dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une commande directe de trépan suivant l'invention, le rotor étant représenté partiellement en coupe;

la figure 2 est une vue en coupe analogue à la fi-

gure 1, représentant une deuxième variante conforme à l'in-

vention; la figure 3 est une vue en coupe dans laquelle la disposition de la pièce façonnée déplaçable est inversée par rapport à la partie fixe ou au stator; la figure 4 représente un mode de réalisation dans

lequel la disposition de la pièce façonnée déplaçable est in-

versée par rapport à la partie fixe, relativement à la figure 2; la figure 5 représente en perspective une partie d'une variante du support telle qu'elle peut être utilisée pour des modes de réalisation conformes aux figures 1 à 4; la figure 6 est une vue en coupe d'un cinquième mode

de réalisation d'une commande directe de trépan.

La commande directe de trépan pour matériel de fora-

ge représentée sur les figures 1 à 5 comprend un carter 1 de

forme cylindrique vers l'extérieur qui comporte à son extrémi-

té d'entrée supérieure un taraudage 2 permettant le vissage

d'un raccord à filetage extérieur 3 d'une pièce tubulaire 4.

A son extrémité de sortie inférieure, le carter 1 comporte un taraudage conique 5 permettant la mise en place par vissage d'un raccord 6 à filetage extérieur d'une pièce tubulaire 7

qui reçoit un dispositif de palier connu quelconque. Les piè-

ces 1, 4 et 7 sont dans ce cas disposées coaxialement à un axe

longitudinal commun 8.

La paroi intérieure 9 du carter 1 peut être munie d'un revêtement approprié afin de réduire l'usure ainsi que la corrosion. La forme de cette paroi 9 est-constituée par des filets hélicoïdaux à pas à gauche ou à droite. Dans l'exemple

représenté, la surface de la paroi 9 est formée par un file-

tage à dix spires. Le carter 1 constitue un stator dans le

mode de réalisation représenté.

Dans le carter 1, est monté rotatif et déplaçable

radialement de manière limitée en arbre désigné dans son en-

semble par 10 qui est constitué par un noyau ou un support 11 en acier ou en un matériau analogue et par une gaine 12 en élastomère, par exemple en caoutchouc, en polyuréthanne, etc.

Cette dernière peut être renforcée éventuellement par un re-

vêtement comportant des fibres de verre, des filaments métal-

liques, par exemple des fils d'acier ou des éléments analo-

gues, comportant un matériau élastomère. La paroi extérieure 13 de la gaine 12 est façonnée de telle sorte que sa forme soit adaptée à celle de la surface 9 du carter 1 et qui dans l'exemple représenté est constituée par un filetage à neuf

spires. On comprendra que le nombre de spires peut varier se-

* on les exigences dans chaque cas en conservant les différen-

ces de nombres de spires requises connues. On comprendra éga-

lement que l'hélice peut être répartie sur deux ou plusieurs étages ou parties, appropriées à la place de la disposition mono-étage représentée. Les surfaces façonnées 9 et 13 sont

en prise ensemble à la manière de dentures hélicoidales et dé-

finissent un espace de travail 14 qui comprend, en cas de réa-

lisation d'un ensemble rotor/stator multispires, un nombre correspondant de canaux hélicoïdaux. A son côté inférieur, le

support il de l'arbre 10 est relié au moyen d'un joint arti-

culé 15 ou d'un dispositif analogue à un arbre intermédiaire 16 dont l'extrémité inférieure non représentée prend appui par

l'intermédiaire d'un joint articulé ou d'un dispositif analo-

- gue sur une pièce montée rotative, coaxialement à l'axe 8 qui peut être connecté à l'outil de forage. L'arbre intermédiaire 16 constitue le support axial unique pour l'arbre 10 etpermet

à ce dernier la nutation excentrique requise en fonctionnement.

La pièce façonnée en matériau élastique, formant la

gaine 12 prend appui sur le noyau ou sur le support d'arbrell.

Tandis que le support 11 présente une surface 17 cônique s'é-

largissant radialement vers l'extérieur, vers le bas, la piè-

ce 12 comporte une surface inférieure 18 de forme complémen-

taire. En cas d'un déplacement axial relatif entre la pièce 12 et le support 11, on obtient une dilatation radiale de la pièce élastique 12 et ainsi une pression de contact supérieure entre la surface 13 de la pièce 12 et la surface 9 du carter 1. A son extrémité inférieure, la pièce 12 prend appui par

l'intermédiaire d'un disque annulaire 19 et d'un ressort spi-

ral 20 sur un épaulement 21 du support 11. A l'extrémité su-

périeure, la pièce 12 subit une contrainte initiale au moyen

d'un anneau de serrage 22 en contact avec sa face frontale.

Cette contrainte initiale peut être réglée au moyen d'une ou

plusieurs vis 23 auto-bloquantes,dont les filetages sont vis-

sés dans des trous borgnes 24 du support Il et dont la tête prend appui sur l'anneau de serrage 22.

Le mode de réalisation du moteur de commande con-

forme à l'invention représenté sur la figure 2 se distingue

de celui de la figure 1 en ce qui concerr.e la forme de la sur-

face du support 11 et de la face intérieure de la pièce façon-

née 12. Tandis que dans la figure 1, les surfaces mentionnées

sont réalisées sous forme d'une seule surface cônique, le sup-

port 11 représenté sur la figure 2 comporte plusieurs surfaces tronconiques 117 (dans l'exemple de réalisation à quatre étages ou gradins) et la pièce 12 comporte sur sa face intérieure les

parties complémentaires 118. La subdivision en plusieurs seg-

ments tronconiques permet le choix d'un angle d'inclinaison supérieur entre les surfaces de glissement du support et de la

pièce façonnée.

Une pente supérieure réduit le risque d'un auto-

blocage de la pièce lors de son retour à la position de départ après chute de la pression s'exerçant axialement sur elle. En

outre, ce mode de réalisation permet de maintenir une épais-

seur constante de la paroi de la pièce 12 sur toute la longueur axiale de l'arbre, ce qui se répercute favorablement sur la

répartition uniforme de la pression de contact entre les sur-

faces de contact 13 et 9 de la pièce et du carter lorsque la-

dite pièce est soumise à une pression axiale.

Lorsqu'on pompe vers le bas un fluide de travail sous forme d'un fluide de curage de forage à travers la ligne de tubes pour l'entraînement d'un outil de forage, le fluide de travail traverse l'espace de travail 14 en imprimant un

mouvement de rotation à l'arbre 10. Du fait de l'effet d'étran-

glement du moteur dû à la pression du fluide de curage, il se

produit dans le tube au-dessous du moteur une pression infé-

rieure à celle qui règne dans la ligne de tubes au-dessus du moteur. La face frontale de la pièce 12 soumise à la pression

supérieure dans le tube de forage supérieur a de ce fait ten-

dance à s'échapper vers le bas dans le sens d'écoulement du

fluide. Du fait du glissement de la pièce 12 le long du sup-

port 11, il se produit un élargissement de cette pièce 12 ce qui conduit à une pression de contact supérieure entre les

surfaces 13 et 9 de la pièce 12 constituant la gaine de l'ar-

bre, et du carter 1. Il se produit dans ce cas une force op- posée résultant de la pente du cône et de l'effet du ressort , laquelle augmente jusqu'à ce que sa composante axiale

équilibre la force produite par la différence de pression en-

tre le tube supérieur et le tube inférieur. En dimensionnant

le moteur en conséquence, cet équilibre se réalisera dans tou-

tes les conditions de travail entrant en ligne de compte de sorte que la pression de contact prendra toujours la valeur optimale en ce qui concerne l'effet d'étanchéification requis pour le couple de rotation à fournir et pour l'obtention d'une

usure aussi faible que possible. Une contrainte initiale ré-

glable au moyen d'une vis 23 permet de s'assurer qu'il existe déjà dans le cas de faibles pressions ou chutes de pression, un effet d'étanchéification suffisant et qu'ainsi le réglage peut devenir efficace sans retard lorsque la pression et la

charge s'exerçant sur l'outil de forage croissent.

Etant donné que dans le cas d'une trop faible pente -de la surface cônique, le frottement entre la pièce 12 et le

support 11 peut empêcher un retour de la pièce 12 dans la po-

sition axiale de départ, retour qui est provoqué par sa ten-

dance à la contraction, il est avantageux de disposer une pente suffisante entre les surfaces 13 et 9. En raison de la

dilatation radiale limitée que permet la réalisation de cette-

pente, une division en plusieurs parties tronconiques analo-

gues constitue une possibilité de solution appropriée. L'hys-

térésis entre la dilatation et la contraction de la gaine 12 lors de l'augmentation ou de la diminution de la pression

est ainsi réduite et le comportement de réglage devient meil-

leur. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, on utilise, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, une seule partie troncônique 217 comme support 11, la face intérieure de la pièce façonnée 12 étant réalisée de manière à présenter une forme complémentaire 218. Contrairement au mode de réalisation -de la figure 1, on prévoit cependantdans

ce cas, une pièce 12 supportée de manière à ne pas être dé-

plaçable axialement, le support 11 qui la traverse étant,lui, déplaçable axialement. La face frontale inférieure de lapièce 12 prend appui sur-la face frontale de la paroi d'une douille qui comporte dans son intérieur des rainures intérieures disposées axialement dans lesquelles s'engagent des clavettes correspondantes 27 du support 11. La face frontale inférieure du support 11 prend appui par l'intermédiaire d'un ressort spiral 26 sur le fond de la douille 25. L'extrémité supérieure du support 11 est réalisée sous forme d'épaulement 28 faisant saillie sur une distance correspondant environ au diamètre de la pièce 12, plusieurs vis 29 traversant cet épaulement et étant vissées d'autre part dans des alésages ou aans unanneau 30 lié à la gaine de l'arbre. Au moyen de ces vis, le support 11 peut être soumis à une contrainte initiale résultant de la

pression du ressort 26 et des forces de contraction de la piè-

ce façonnée 12.

Le mode de réalisation représenté sur la figure 4 comprend une combinaison des caractéristiques décrites en liaison avec les modes de réalisation des figures 2 et 3.D'une part, les surfaces de contact 317 et 318 entre le support il et la pièce 12 sont réalisées comme décrit dans la figure 2 par plusieurs parties tronconiques en gradins d'autre part,

la pièce 12 est supportée de manière à ne pas pouvoir se dé-

placer axialement comme décrit dans la figure 3 tandis que le

support Il est fixé radialement au moyen d'un dispositif rai-

nure/clavette, mais est déplaçable axialement. L'avantage des

modes de réalisation représentés sur les figures 3 et 4 com-

portant une pièce 12 non déplaçable axialement consiste en la

relation de phase constante dans toutes les conditionsdefonc-

tionnement, entre les surfaces 9 et 13 de l'arbre 10 et du carter 1, se trouvant en prise ensemble. On assure ainsi le

réglage exact requis de l'arbre 10 dans le carter 1 pourl'ob-

tention de la puissance conforme au dimensionnement ou à la conception. Etant donné que le couple de rotation du moteurest

fourni par les surfaces de la gaine de l'arbre subissant l'ac-

tion du fluide de travail et qu'il est transmis à l'outil de

forage par le noyau de l'arbre, les joints articulés et d'au-

tres arbres intermédiaires, les surfaces de liaison entre la

gaine de l'arbre et le noyau de l'arbre doivent être réali-

sées de telle manière qu'elles puissent transmettre le cou- ple de rotation. Si le frottement dans le cas d'une surface lisse est insuffisant et s'il existe en outre le danger d'un

gauchissement de la pièce façonnée 12, le support 11 peutcom-

porter des nervures 31 disposées sur sa surface extérieure et le long de celle-ci et réparties sur son pourtour conformément à la figure 5 et la pièce façonnée non représentée dans cecas

peut comporter sur sa face intérieure des rainures correspon-

dantes par l'intermédiaire desquelles les deux éléments sont réciproquement en prise. Une telle liaison par cannelures ou

au moyen d'une liaison rainure/clavette assure une transmis-

sion constante uniformément répartie du couple de rotation,

sans tenir compte de déplacements radiaux ou axiaux de lapiè-

ce moulée par rapport au support qui se produisentet on exclut des mouvements de torsion relatifs ainsi que des déformations

non contrôlées et des gauchissements dans des zones individuel-

les de la pièce façonnée.

La figure 6 représente un autre mode de réalisation

avantageux de l'objet de l'invention qui se distingue des va-

riantes représentées sur les figures 1 à 4 du fait de la di-

rection différente de l'inclinaison des surfaces de contact

417 et 418 du support il et de la pièce moulée 12. L'inclinai-

son ou la pente des surfaces de contact 417 et 418 est dirigée

dans ce cas dans le sens périphérique de sorte que la face ex-

térieure 417 du support 11 et en conséquence la face intérieuwe

418 de la pièce 12 de forme complémentaire présentent des pro-

fils qui sont réalisés comme pour une roue à dents de sciepour un dispositif d'encliquetage; il n'existe cependant aucun point commun en ce qui concerne le fonctionnement avec un tel dispositif. Le support comporte plusieurs parties saillantes

réparties uniformément sur le pourtour et disposées longitudi-

nalement, présentant une section en forme de dent. Le contour en forme de dents est réalisé de telle manière que le fonddes dents présente une distance augmentant de manière constante

2483002.

par rapport à l'axe de l'arbre 33, entre une distance mini-

male 34 et une distance maximale 35 de l'axe de l'arbre 33.

La droite 36 joignant le point 35 le plus éloigné de l'axe

de l'arbre 33 de l'un des flancs au point 34 du flanc voi-

sin, le plus rapproché de l'axe d'arbre 33, est disposée suivant un rayon de l'arbre ou en formant un angle aigr1 avec ce rayon. Le nombre des saillies en dent est de préférence

choisi égal au nombre de spires de la pièce moulée. Les sur-

faces de flanc disposées parallèlement à l'axe de l'arbre peuvent être dirigées axialement ou suivre par exemple la

forme hélicoldale-de la surface extérieure de la pièce mou-

lée. L'angle d'inclinaison du flanc mesuré entre une tangente au flanc et une droite perpendiculaire au rayon de l'arbre, au même point d'observation est choisi supérieur à l'angle

de frottement S du coefficient de frottement entre le maté-

riau du support 11 et celui de la pièce 12. En direction axiale, le support 11 et la pièce 12 sont fixes, c'est-à-dire indéplaçables.

Si pour l'entraînement d'un outil de forage on pom-

* pe du fluide de travail à travers le moteur, il s'exerce, du fait de la pression du fluide de travail un couple de rotation

agissant sur les surfaces 13 de la pièce 12 en prise. Ce cou-

ple de rotation est transmis par l'intermédiaire des flancs

417, 418 à allure plate des dentures de la pièce 12 et du sup-

port 11, par l'intermédiaire des paliers 15-et de l'arbre intermédiaire 16, à l'outil de forage. Dès qu'il se produit un couple de rotation opposé correspondant, lorsqu'il s'exerce une forte charge sur l'outil de forage, il peut se présenter le cas o l'adhérence entre la pièce 12 et le support Il sur les flancs en dents de scie 417 et 418 devient trop petite et o la pièce 12 subit une torsion. Dans ce cas, la pièce 12 subit un élargissement sur sa face intérieure et exerce alors une force supérieure sur les flancs plats en dents de scie417 du support il et sur les surfaces façonnées 9 du carter 1, en raison d'une part de la tendance à la contraction de la pièce 12 et d'autre part du fait de la contrepression s'exerçant entre les surfaces de contact 13 et 9 de la pièce moulée façonnée et

du carter extérieur. La force d'adhérence requise pour l'en-

traînement du support 11 est augmentée de cette manière et

simultanément, l'étanchéité de l'espace.14 contenant le flui-

de est augmentée. Lors de la diminution du moment de la char-

ge, la pièce 12 sur le support 11 retourne à nouveau dans sa position de départ ou lorsque ce moment ne diminue que fai-

blement, dans une position intermédiaire.

Le mode de réalisation mentionné combine de nombreux avantages des exemples de réalisation décrits ci-dessus. Ainsi, du fait de la position axiale fixe du support et de la pièce

moulée, la relation de phase des surfaces façonnées de l'ar-

bre et du carter n'est pas modifiée ou influencée lorsqu'il s'exerce une charge. Par un choix correspondant de la raideur de pente des flancs de dent, on peut éliminer un auto-blocage en ce qui concerne le déplacement de la gaine de l'arbre sur la surface du noyau. En outre, on peut renoncer à des rainures particulières pour la transmission du couple de rotation entre la pièce façonnée et le support,étant donné que cette fonction est déjà remplie par l'accouplement par friction et du faitde la forme géométrique des surfaces de contact en forme de dents

de scie.

Dans les cinq modes de réalisation de l'invention décrits, on utilise la différence de pression du fluide de travail à l'entrée et à la sortie comme variable de réglage

pour la pression des surfaces du rotor sur la surface du sta-

tor. Cette variable de réglage agit dans les modes de réali- sation décrits par les figures 1 à 4, en direction axiale, tandis qu'elle

subit dans la chambre de travail du moteur un changement de direction avec action en direction tangentielle sur les surfaces de la gaine en prise avec le carter. Dans

tous les cas, on obtient ainsi un réglage dépendant de la char-

ge, de sorte qu'on obtient exactement l'effet d'étanchéifica-

tion pour le couple de rotation requis et que les phénomènes

d'usure sont maintenus au minimum acceptable.

Bien que dans la description ci-dessus, on ait dé-

crit l'invention sur la base de moteurs constituant des com-

mandes directes de trépan, on comprendra que les moteursselon l'invention ne sont pas limités à un tel domaine d'application préféré, mais qu'ils peuvent être mis en oeuvre pour d'autres domaines d'application dans lesquels il existe des conditions de fonctionnement analogues. En outre de l'utilisationcomme commande directe de trépan décrite en détail cidessus, la commande suivant l'invention peut aussi être fondamentalement utilisée pour toutes les fonctions d'entraînement en rotation, telles qu'elles sont requises selon le cas dans un trou de

forage ou un tube de forage.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de commande directe d'un trépan pour

matériel de forage constitué par un carter pouvant être tra-

versé en direction axiale principale à partir d'une extrémi-

té d'entrée vers une extrémité de sortie et par un arbre monté rotatif et radialement déplaçable de manière limitée

dans ce carter, cet arbre et ce carter étant en prise ensem-

ble au moyen de surfaces, l'une en regard de l'autre, munies de dentures hélicoïdales et définissant ensemble un espace

pour un fluide de travail liquide ou gazeux, espace qui dé-

finit pour ce fluide lors de son passage, un trajet d'écou-

lement hélicoidal à au moins un filet et au moins mono-étage, l'une des deux surfaces façonnées étant réalisée dans une pièce moulée en un matériau élastiquement déformable et étant en contact sous pression, avec un effet d'étanchéification,

contre l'autre surface façonnée réalisée en une matière rigi-

de, lors d'un mouvement de rotation relatif dans des zones entre le carter et l'arbre se déplaçant axialement et pouvant subir l'action d'une force de déformation dirigée radialement, qui se modifie en fonction de la pression régnant dans le

fluide de travail du côté d'entrée du carter et la pièce fa-

çonnée étant montée sur l'arbre qui constitue le support, caractérisé en ce que la pièce moulée (12) et le support (11) sont déplaçables réciproquement par action d'une pression, avec un degré de liberté dirigé parallèlement à une surface de référence cylindrique relative à l'axe d'arbre (8) et en ce que les surfaces de contact (18, 118, 218, 318, 418; 17, 117, 217, 317, 417) de la pièce façonnée (12) et du support (11) sont inclinées en direction du degré de liberté, dans le

sens d'une force de déformation dirigée radialement vers l'ex-

térieur, lorsqu'il s'exerce une pression.

2. Dispositif de commande directe d'un trépan sui-

vant la revendication 1, caractérisé en ce que le support (11) est monté de manière non déplaçable radialement et en ce qu'il présente une forme troncônique (17) s'élargissant vers l'extrémité inférieure et en ce que la pièce moulée (12) est en contact avec le support (11) de manière axialement déplaçable, avec sa face intérieure complémentaire (18), cette

pièce (12) prenant appui à son extrémité inférieure élasti-

quement (15; 20; 21) sur le support et pouvant subir une contrainte initiale à son extrémité supérieure au moyen d'un

anneau exerçant une contrainte initiale réglable (22, 23).

3. Dispositif de commande directe de trépan sui- vant la revendication 2, caractérisé en ce que le support (11) comporte plusieurs surfaces tronconiques (117) coaxiales, disposées l'une après l'autre et en ce que la face-intérieure

(118) de la pièce moulée (12) présente une forme complémen-

taire par rapport au support (11).

4. Dispositif de commande directe de trépan sui-

vant la revendication 1, caractérisé en ce que; le support (11) est réalisé sous forme d'un cône (217) en une partiedont

le sommet est dirigé vers le bas, qui est axialement déplaça-

ble au moyen d'une liaison rainure/clavette (27) et quiprend appui par l'intermédiaire d'un ressort (26) sur une douille (25); et en ce que la pièce moulée (12) présente sur sa face intérieure (218) une forme complémentaire et en ce qu'elle

prend appui de manière axialement non déplaçable sur la douil-

le (25), le support (11) pouvant subir une contrainteinitiale à son côté supérieur par l'intermédiaire d'un dispositif de

contrainte initiale (28, 29, 30).

5. Dispositif de commande directe de trépan sui-

vant la revendication 4, caractérisé en ce que le support (11) comporte plusieurs surfaces troncôniques (317) coaxiales, disposées l'une derrière l'autre et en ce que la pièce moulée

(12) présente sur sa face intérieure (318) une forme complé-

mentaire par rapport aux surfaces tronconiques.

6. Dispositif de commande directe de trépan suivant

l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le sup-

port (11) de la pièce moulée élastique (12) comporte sur sa face en regard de cette pièce des nervures longitudinales (31)

réparties sur son pourtour et en ce que ladite pièce (12) com-

porte sur sa face intérieure des rainures correspondantes,les deux éléments étant en prise ensemble au moyen de ces nervures

et rainures.

7. Dispositif de commande directe de trépan suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le support (11) de

la pièce moulée (12) présente sur sa face en regard de celle-

ci un profil en dents de scie, la distance des flancs des dents (417) de l'arbre (33) augmentant de manière constante entre une distance minimale (34) et une distance maximale (35), lorsqu'on observe dans le sens de rotation (32) et en ce que la droite (36) joignant le point (35) de l'undes flancs, le plus éloigné de l'axe de l'arbre (33) au point suivant (34) le plus proche de l'axe de l'arbre (33) du flanc voisin, est dirigée suivant le rayon de l'arbre ou forme au moins un angle aigu avec ce rayon et en ce que la pièce (12) comporte sur sa face en regard du support des évidements (418)

complémentaires par rapport au profil en dents de scie.

8. Dispositif de commande directe de trépan suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle (<) mesuré

entre la direction du flanc et une droite de référence perpen-

diculaire au rayon de l'axe de l'arbre est supérieur à l'an-

gle de frottement (S) du coefficient de frottement entre'le

support (11) et la pièce moulée (12).

9. Dispositif de commande directe de trépan suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le profil de dent

(417, 418) est disposé axialement par rapport à l'axe de l'ar-

bre (33).

10. Dispositif de commande directe de trépan suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le profil des dents

(417, 418) forme une hélice parallèle à l'hélice de la dentu-

re extérieure (13) de la pièce (12).

11. Dispositif de commande directe de trépan suivant

l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le nom-

bre des flancs en dents de scie est égal au nombre de spires

de la pièces moulée.

12. Dispositif de commande directe de trépan suivant

I l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le sup-

port (11) prend appui sur un ressort (20, 26) avec une cons-

tante de ressort qui augmente lorsque la contrainte initiale

augmente.

13. Dispositif de commande directe de trépan suivant

l'une des revendications 2 à 6 ou 12, caractérisé er ce que

le support (11) est réglable avec une contrainte initiale sensiblement constante à l'intérieur d'un domaine de pression

pouvant être choisi par utilisation de ressorts correspon-

dants (20, 26) au moyen de l'anneau de contrainte initiale réglable (22, 23) ou de la direction de contrainte initiale

(28, 29, 30).