FR2963945A1 - Dispositif annulaire pour deplacements radiaux d'organes relies entre eux - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour générer des déplacements et/ou des efforts essentiellement radiaux d'au moins un organe mécanique par rapport à son axe X-X commun avec celui d'au moins un autre organe mécanique qui est en liaison fonctionnelle avec le premier, ledit dispositif comportant: (I) un bâti, une bague rotulante (11) et une bague interne procurant deux liaisons rotules gigognes (a) et (b) de centres respectifs A et B, excentrées d'une distance ou valeur ε le long du dit axe X-X commun aux deux bagues en position dite neutre, (II) un ou plusieurs actionneurs disposés en barillet autour de l'axe X-X pour piloter le mécanisme, chaque actionneur agissant sur la bague rotulante (11) par l'intermédiaire d'un poussoir (3) guidé, et (III) une bague de guidage (4) pour guider les poussoirs (3) par liaison plane bidirectionnelle (e), tandis que les bagues rotulantes (11, 13) sont orientables au moyen des poussoirs (3) déplacés par les actionneurs (2) et guidés par la bague de guidage (4), et tandis que lesdites bagues rotulantes sont mobiles en rotation dans leurs logements respectifs (a) et (b). Application notamment aux dispositifs de contrôle de trajectoire de forage.

Description

DISPOSITIF ANNULAIRE POUR DÉPLACEMENTS RADIAUX D'ORGANES RELIÉS ENTRE EUX

ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Domaine de l'invention La présente invention concerne les déplacements radiaux d'au moins deux organes mécaniques contigus l'un par rapport à l'autre, notamment pour des applications de forage dirigé. Elle concerne en particulier les forages nécessitant un contrôle précis de trajectoire, notamment dans les domaines de l'industrie pétrolière et gazière, du génie civil, de la géothermie et plus généralement dans tous les domaines d'intervention sous terrain sans tranchée, ou même encore l'orientation précise d'organes mécaniques, tels que les rouleaux de laminoirs, notamment. L'invention concerne plus particulièrement, quelle que soit l'application ainsi envisagée, un dispositif annulaire permettant des déplacements et/ou des efforts essentiellement radiaux maîtrisés entre au moins deux organes mécaniques ayant un axe commun, suivant une ou deux directions.

Description de la technique antérieure Des dispositifs d'orientation d'outils de forage ont été décrits par exemple dans les documents WO 90/07625, US 6.581.699 et 2.898.935. Ces dispositifs répondent à certains objectifs, mais ils ne permettent pas toujours d'atteindre les meilleurs résultats en toutes circonstances.

Il est généralement proposé d'utiliser des vérins hydrauliques radiaux ou tangentiels, ce qui correspond à une conception simple, fiable et réversible. Mais de tels vérins fonctionnent généralement à haute pression et présentent des courses faibles dans un tel environnement. De plus, ils sont difficiles à instrumenter pour que l'on puisse obtenir un contrôle de position précis. Dans le document US 3.677.354 il est préconisé pour le déplacement dans un plan suivant deux directions dans un environnement annulaire très contraignant d'utiliser des coussins gonflables. Ceux-ci présentent une forte capacité de charge et d'expansion avec des pressions de fonctionnement faibles, mais ils sont fragiles, surtout à haute température, et manquent de raideur. Dans le document US 5.875.859 il est suggéré d'utiliser des systèmes à doubles excentriques, qui sont capables de générer des efforts très importants et de gérer une multitude de positions avec une grande précision. Mais la conception de ces systèmes les rend généralement irréversibles et il est essentiellement proposé de les associer à des paliers à aiguilles. Leur pilotage en force nécessite des asservissements complexes, et il nécessite généralement deux embrayages ou deux motorisations indépendantes. Également, il a été proposé des systèmes à coins, eux aussi capables de générer des efforts importants, mais dont la mise en oeuvre est extrêmement délicate dans un espace annulaire, et qui sont par essence plutôt adaptés au mode unidirectionnel. Or, il est universellement admis que la fiabilité d'un système est le 15 plus souvent inversement proportionnelle à sa complexité, qui est elle-même également un facteur de coût important, tant pour la fabrication que pour la maintenance. Selon la présente invention, on a maintenant élaboré une solution alternative réversible ou irréversible, radialement compacte et contrôlable 20 avec précision aussi bien en force qu'en position, ainsi que parfaitement adaptée au forage, donc apte à fonctionner en présence de chocs et de vibrations, sur la base de recherches visant à répondre aux attentes susdites - notamment celles qu'a pu faire naître l'attractivité du dispositif décrit dans le brevet FR 2.898.935. 25 RÉSUMÉ DE L'INVENTION La présente invention repose sur l'élaboration et la mise au point d'un système avantageusement bidirectionnel, de génération de force et/ou de déplacements essentiellement radiaux par rapport à l'axe X-X du système 30 annulaire qui sera décrit plus en détail plus loin. L'invention a ainsi pour premier objet un dispositif pour générer des déplacements essentiellement radiaux d'organes mécaniques reliés entre eux, notamment pour des forages dirigés, ledit dispositif étant conçu et agencé pour permettre des déplacements essentiellement radiaux d'au moins 35 un organe mécanique par rapport à son axe X-X commun avec celui d'au moins un autre organe mécanique qui est en liaison fonctionnelle avec le premier, tandis que ledit dispositif comporte, pour permettre de tels déplacements respectifs des dits au moins deux organes mécaniques respectifs (notamment d'un arbre ou un boîtier orientable par rapport à un bâti dans un outil de forage): (I) deux bagues rotulantes et un bâti procurant deux liaisons rotules gigognes (a) et (b) de centres respectifs A et B, excentrées d'une distance ou valeur s le long du dit axe X-X commun aux deux liaisons rotules en position dite neutre, (II) un ou plusieurs actionneurs solidaires du dit bâti et disposés en barillet autour de l'axe X-X pour piloter le mécanisme, chaque actionneur étant relié à la bague rotulante de centre A par un poussoir, encore dénommé biellette de compression, et (III) une bague de guidage solidaire du dit bâti pour guider les poussoirs par 15 liaison plane bidirectionnelle (e), ainsi que, en option, des éléments fonctionnels pouvant servir à la mise en marche, au pilotage et au maintien du bon fonctionnement du dit dispositif, qui est ainsi annulaire et isostatique. L'invention a également pour objet un appareillage intégrant un 20 dispositif tel que décrit ici, notamment un appareillage de forage destiné à des applications nécessitant un contrôle précis de trajectoire, par exemple (mais sans que cela soit limitatif) dans les domaines de l'industrie pétrolière et gazière, du génie civil, de la géothermie et plus généralement dans tous les domaines d'intervention sous terrain sans tranchée, entre autres. 25 Dans un tel appareillage, le dispositif est en version unidirectionnelle pour permettre de constituer un raccord coudé orientable, tandis qu'il est en version bi-directionnelle pour constituer un système d'orientation d'outil de forage en mode tournant / rotatif (dit RSS, pour "Rotary Steerable System"), agencé pour fonctionner de manière dynamique et autonome ou interactive 30 en fond de puits dans les deux cas. Selon l'invention, on crée ainsi un système bilatéral, pour générer des déplacements essentiellement radiaux par rapport à un tel axe X-X, suivant une ou deux directions à partir de deux liaisons rotules gigognes de centres respectifs A et B, excentrées d'une valeurs suivant le dit axe X-X commun 35 aux deux liaisons rotules lorsque celles-ci sont en position dite « neutre », et piloter le mécanisme ainsi élaboré au moyen d'un ou plusieurs actionneurs disposés en barillet autour de l'axe X-X susdit. Dans un tel système, chaque actionneur active - indépendamment et suivant une direction donnée - la liaison rotule (a) par l'intermédiaire d'un poussoir guidé dans un plan défini par l'axe X-X et la dite direction. Dans le cas d'un système unidirectionnel, le système est piloté par au moins 1 actionneur (système unilatéral) ou deux actionneurs (système bilatéral) disposés en barillet autour de l'axe X-X à 180° l'un de l'autre. Dans le cas d'un système bidirectionnel, le système est piloté par deux actionneurs (système unilatéral) disposés en barillet autour de l'axe X-X à 90° ou par N actionneurs (système bilatéral) disposés en barillet autour de l'axe X-X et répartis dans ce cas régulièrement tous les 360°/N, le nombre minimum d'actionneurs étant alors de 3. Dans des modes avantageux de réalisation, on met en oeuvre en 15 option, séparément ou en combinaison si cela est techniquement possible, une et/ou plusieurs des dispositions suivantes: - Lorsqu'il est souhaitable de maîtriser uniquement quelques positions de déplacements radiaux dans une ou plusieurs directions, chaque actionneur est avantageusement équipé d'un ou plusieurs capteurs de 20 position, par exemple de type magnétique à effet Hall, ainsi que d'autres types de capteurs de position si nécessaire. - Lorsqu'un contrôle d'une multitude de positions dans une ou plusieurs directions est requis dans le cadre du déplacement radial susdit, l'actionneur ou chacun des actionneurs mis en oeuvre est avantageusement 25 muni d'un capteur de position de type inductif, capacitif ou optique, par exemple. - Lorsqu'il est nécessaire de contrôler et maîtriser la force radiale, chaque actionneur est instrumenté avec un capteur de force, de courant et/ou de pression, par exemple. 30 - Lesdits au moins un actionneurs sont choisis parmi les actionneurs mécaniques, électromécaniques, électromagnétiques, pyrotechniques, hydrauliques et électro-hydrauliques. 35 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres objectifs, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement, à la lumière de la description détaillée ci-après de modes de réalisation préférés, fournis à titre 5 illustratif et nullement limitatif, tandis que sont annexées à ladite description des planches de dessins dans lesquelles: Figure 1 est la représentation tridimensionnelle d'un ensemble rotules gigognes 1 avec actionneurs (non représentés) selon l'invention, comprenant une bague rotulante et orientable 11 en position dite "orientée", un bâti et une bague interne (non représentés, et référencés respectivement 12 et 13 sur les Figures 2 à 8), des poussoirs 3 et une bague de guidage 4 desdits poussoirs, solidaire du bâti 12. Les poussoirs 3 peuvent être des biellettes de compression ou analogues, assurant la transmission de l'effort/déplacement de l'actionneur (non représenté) à la bague rotulante 11.

Figure 2 représente une coupe longitudinale du dispositif en position dite "neutre" (angle a et déplacement radial 0 égaux à 0). Figure 3 est la représentation de la figure 1 en position dite « orientée» au maximum du déplacement radial (angle a et déplacement radial à à leur valeurs respectives maximales).

Figure 4 est une représentation en coupe longitudinale d'un système double/tandem dont la distance entre les deux systèmes décrits dans les Figures 1 à 3 est optimisée. Cet agencement est particulièrement adapté à l'orientation de rouleaux, aussi bien selon un mode dépendant que selon un mode indépendant.

Figure 5 est une représentation en coupe longitudinale d'un système double/tandem dont la distance entre les 2 systèmes décrits figures 1 à 3 est minimisée. Cet agencement est particulièrement adapté aux systèmes d'orientation d'outil de forage tels que décrits dans les documents WO 90/07625, US 6,581,699 et FR 2.898.935 selon lesquels une force importante, concentrée est requise pour fléchir l'arbre traversant. Figure 6 représente en coupe longitudinale schématique un dispositif d'orientation pour forage dirigé conforme au brevet FR 2.898.935, illustrant une application de la présente invention.

Figure 7 représente en coupe longitudinale un dispositif selon l'invention, intégré dans un système selon la Figure 6; 14a, 14b et 14c désignent des joints d'étanchéité, tandis que 6 désigne dans ce cas l'extrémité du boîtier orientable et que 7 désigne l'arbre incurvable ou flexible traversant. Figure 8 représente en coupe longitudinale schématique un dispositif d'orientation pour forage dirigé conforme aux enseignements du document US 7.188.685, illustrant une autre application de la présente invention.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION En référence aux dessins ainsi succinctement décrits, notamment aux figures 2-5, qui illustrent l'invention sans la limiter d'une quelconque manière, le système pour la réalisation de déplacements essentiellement radiaux (notamment de l'arbre 5 par rapport au bâti 12) suivant une ou deux directions comporte un dispositif comprenant une bague rotulante 11, une bague ou rotule interne 13, des actionneurs 2, des poussoirs 3, et une bague de guidage 4 desdits poussoirs ou biellettes de compression. Dans le dispositif bilatéral selon l'invention, tel que défini plus haut, les bagues gigognes 11 et 13 sont déplacées sous l'action des poussoirs 3 poussés par des actionneurs 2 et/ou 2', et guidés par une bague de guidage 4. Lesdites bagues gigognes sont mobiles en rotation dans leurs logements respectifs (a12) et (b11). Il convient ici de préciser que le logement pour la rotule 13 est inclus dans la bague rotulante orientable 11; en d'autres termes, la surface convexe de la liaison rotule (a) et la surface concave de la liaison rotule (b) font partie du même composant du dispositif, à savoir la rotule orientable 11. Sous un aspect, le dispositif selon l'invention comprend essentiellement: - un ensemble rotules gigognes 1, composé d'une bague orientable 11 comportant une première surface sphérique (ail) de centre A, qui coopère avec une surface sphérique (a12) d'un bâti 12 d'axe X-X; et une deuxième surface sphérique (b11) de centre B, qui coopère avec une surface sphérique (b13) d'une bague interne 13, les centres A et B étant distants d'une valeur s; - au moins un actionneur 2 associé à un poussoir 3; - au moins un poussoir 3, présentant une première extrémité de forme torique ou sphérique (c3) de centre C côté bague rotulante et orientable 11, qui coopère avec la gorge torique (cil) usinée dans la bague 11; une deuxième extrémité de forme cylindrique (d3) côté actionneur qui coopère avec la gorge également cylindrique (d21) usinée dans l'extrémité ( en pratique constituée par celle des pistons 21) du au moins un actionneur 2; et deux faces planes (e3) et (e3') parallèles et symétriques par rapport à un plan Pc (non représenté) passant par l'axe X-X et le centre C; une bague de guidage 4, comportant au moins une rainure transversale périphérique dont les flancs (e4) et (e4') coopèrent respectivement avec les faces planes (e3) et (e3') des poussoirs 3; et - en option, des joints (14) racleurs et/ou d'étanchéité, agencés de telle manière que la translation de l'extrémité 21 d'un actionneur 2 d'une valeur t (essentiellement sous l'action d'une pression P introduite par la conduite 23) entraîne la rotation de la bague rotulante 11 autour du point A dans le plan Pc et le centre C, d'une valeur a, et le déplacement radial 0 du centre B de la bague interne 13 dans le plan Pc et donc de l'arbre 5 par rapport au bâti 12.

Ainsi, si l'on se réfère à la Figure 2, où l'invention est illustrée en position dite "neutre", ou à la Figure 3 représentant schématiquement un dispositif à deux actionneurs selon l'invention en position activée, on a représenté: - l'ensemble rotules gigognes 1, composé d'une bague orientable 11 comportant une première surface sphérique (ail) de centre A qui coopère avec un bâti 12 d'axe X-X et présentant une de surface sphérique (a12); et une deuxième surface sphérique (b11) de centre B qui coopère avec une bague interne 13 de surface sphérique (b13), les centres A et B étant distants d'une valeur c; - deux ensembles actionneurs 2 et 2', constitués par des vérins hydrauliques composés respectivement d'un piston 21 et 21', et de deux ressorts de rappel en position "médiane" / "neutre" 22a, 22b et 22a', 22b'. - deux poussoirs 3, présentant une première extrémité de forme torique ou sphérique (c3) de centre C côté bague rotulante ou orientable 11, qui coopèrent avec la gorge torique (c11) usinée dans la bague 11; une deuxième extrémité de forme cylindrique (d3) côté actionneur coopère avec la gorge également cylindrique (d21, d21') usinée dans l'extrémité des pistons 21 et 21' des actionneurs 2 et 2'; et deux faces planes (e3) et (e3') parallèles et symétriques par rapport à un plan passant par l'axe X-X et le centre C; - une bague de guidage 4, solidaire du bâti 12, destinée à guider les poussoirs par liaison plane bidirectionnelle (e), et comportant pour cela deux rainures transversales périphériques opposées dont les deux flancs (e4) et (e4') coopèrent respectivement avec les faces planes (e3) et (e3') des poussoirs 3; - des joints racleurs et/ou d'étanchéité 14 optionnels, de tout type connu de l'homme du métier, permettant d'éviter un joint frontal additionnel tel que celui évoqué dans le brevet FR 2.898.935. De tels joints facultatifs sont représentés par la référence 14 (décomposée en 14a, 14b et 14c sur la Figure 7). Les translations en sens opposé des pistons 21 et 21' d'une valeur t sous l'action d'une pression P introduite par la conduite 23 entraînent la rotation de la bague rotulante 11 autour du point A d'une valeur a et le déplacement radial A du centre B de la bague interne 13 et donc de l'arbre 5.

Lorsque la pression hydraulique P est relâchée, les ressorts de rappel 22a et 22b' ramènent respectivement les pistons 21 et 21' dans leur position médiane, et par voie de conséquence la bague rotulante 11 dans sa position "neutre". Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les vérins 2 sont des vérins à simple effet, ce qui permet de simplifier leur construction et leur commande. Ils sont en pratique alimentés par des moyens hydrauliques connus de l'homme du métier, et avantageusement équipés d'un clapet de surpression, afin d'éviter les surcharges dans l'ensemble des organes composant le mécanisme, et d'une électrovanne. Le choix du type d'électrovanne est fonction notamment des types de fonctionnement recherchés en modes normal et/ou dégradé, ou en d'autres termes de la configuration qui est souhaitée pour l'asservissement du dispositif et/ou en cas de panne du dispositif d'alimentation ou de pilotage, pour obtenir la meilleure sécurité et/ou la consommation la plus faible possible. Par exemple, chaque vérin hydraulique d'un actionneur 2 peut être piloté par une électrovanne naturellement fermée de sorte que le système est toujours verrouillé, ou par une électrovanne naturellement ouverte de sorte que le système revient en position "neutre" en cas d'incident.

On peut en option prévoir également une vanne proportionnelle pour l'asservissement en force des vérins, essentiellement dans le cas d'un actionneur hydraulique. Selon une caractéristique également avantageuse de l'invention, les vérins 2 sont de préférence électromécaniques, de sorte que l'orientation de 10 la bague 11 peut être assurée avec précision et de manière irréversible. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la bague orientable 11 et la bague ou rotule interne 13 sont en bronze, y compris en bronze au béryllium, ou en acier à roulement type 100 C 6 ou 100 CD 7 pour maximiser sa capacité radiale, ou encore en inox amagnétique, en particulier 15 pour l'application dans le domaine du forage dirigé. Les surfaces des liaisons rotules (a) et (b) font avantageusement l'objet d'un traitement de surface pour réduire le coefficient de frottement, et ainsi maximiser le rendement et la durée de vie des contacts. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les 20 poussoirs sont réalisés dans des matériaux ayant un module de Young et une limité d'élasticité élevés pour pouvoir transmettre des efforts importants dans un encombrement radial restreint sans risque de flambage et d'écaillage des surfaces des liaisons (c) et (d). La valeur d'excentration s des deux rotules est comprise entre 0,005 et 25 0,50 fois le diamètre de la surface sphérique (a), et la valeur de basculement est comprise entre 0 et 45°. De la sorte, le dispositif suivant l'invention présente un encombrement radial faible, sans pour autant que ses capacités de transmission de force et de déplacement radial soient diminuées. Il est par ailleurs de construction simple et robuste, notamment du fait de la possibilité 30 de travailler sous pression réduite en jouant sur la valeur de l'excentration s, ce qui permet d'envisager une plage d'applications particulièrement large, y compris, et c'est là un atout indéniable, en présence de chocs et de vibrations. Une autre particularité du dispositif selon l'invention est sa capacité à

10 être irréversible ou réversible. Lorsqu'il est souhaitable que le système soit à sécurité positive et revienne à sa position dite "neutre" (centres des deux rotules alignés sur l'axe X-X) naturellement, le système est alors réversible par association à un système de rappel, par exemple à ressort(s), ou des actionneurs réversibles, avantageusement hydrauliques ou électro-hydrauliques et pilotés par au moins une électrovanne normalement ouverte. Le système de rappel peut être constitué d'un ou plusieurs ressorts intégrés à chaque actionneur, ou de l'arbre flexible (voir documents WO 90/07625, US 6,581,699 et FR 2.898.935), ou encore d'un ou plusieurs ressorts agissant directement sur la bague rotulante 11. Un tel système de rappel est agencé et réglé en fonction de la valeur d'excentration e, des rendements des deux liaisons rotules (a) et (b), de la réversibilité des actionneurs 2, et de la raideur de l'arbre 5 (ou de l'organe référencé 7 dans le cas illustré sur les Figures 6 à 8, qui correspond à l'application dans les solutions techniques décrites dans les documents WO 90/07625, US 6,581,699 et FR 2.898.935). Lorsqu'il est souhaitable que le système soit irréversible, à savoir qu'il reste en position en cas de dysfonctionnement du système de pilotage associé, les actionneurs sont de préférence également irréversibles, avantageusement électromécaniques. Encore une autre particularité du dispositif selon l'invention est le fait que les moyens préconisés permettent la transmission de l'effort de chaque actionneur 2 à la bague rotulante ou orientable 11 par des poussoirs 3 présentant: ^ une extrémité (c3) de forme torique ou sphérique, ladite extrémité (c3) coopérant avec la gorge (c11) usinée dans la bague rotulante 11 et avantageusement torique, formant une liaison ponctuelle (c) de centre C; ^ une extrémité (d3) de forme avantageusement cylindrique côté 30 actionneur, ladite extrémité (d3) coopérant avec la gorge également cylindrique (d21) usinée dans l'extrémité active de l'actionneur 2, formant un contact linéique (d); ^ et deux faces planes (e3) et (e3'), parallèles et symétriques par rapport à un plan passant par l'axe X-X et le centre C, qui coopèrent avec les flans (e4, e4') de la gorge de la bague de guidage 4, formant une liaison plane bilatérale (e). Cette disposition fondamentale garantit l'isostatisme du système, évite le calage angulaire de la bague rotulante et orientable 11 par rapport aux actionneurs 2, et procure la possibilité de maximiser ou minimiser à convenance le nombre d'actionneurs, et également le bras de levier en disposant les poussoirs sur un diamètre respectivement maximum ou minimum, pour optimiser les efforts des actionneurs et la vitesse de déplacement.

De la sorte, il est possible de réduire au maximum l'encombrement radial du dispositif sans compromettre ses capacités de force, de déplacement, de précision et de réversibilité ou d'irréversibilité, en adaptant la valeur de l'excentration c des centres A et B des liaisons rotules respectivement (a) et (b), le rendement desdites liaisons rotules, le nombre, le diamètre de répartition et l'angle d'inclinaison des poussoirs 3, ainsi que le nombre, le type, la force et la précision des actionneurs 2 aux exigences de l'application envisagée, d'où un spectre d'applications potentielles large. Dans la construction dite double/tandem (voir les Figures 4 et 5), le pilotage de chacun des dispositifs de déviation peut être symétrique ou 20 asymétrique, et dans ce dernier cas indépendant. Un des atouts de l'invention est sa construction simple et robuste, mettant en oeuvre des contacts principalement surfaciques, mécaniquement très capacitifs, tant sur le plan de la charge radiale qu'en cas de chocs et/ou de vibrations, par comparaison avec les liaisons ponctuelles sur billes ou 25 linéiques sur aiguilles. En outre, un tel système selon l'invention procure une capacité d'amortissement maximale. Dans l'absolu, les contacts surfaciques susdits sont accompagnés d'un ou plusieurs contacts ponctuels (c), mais celui-ci peut être remplacé, si on le souhaite, par un patin rotulant de type connu de l'homme du métier.

30 Le dispositif selon la présente invention est ainsi simple et compact radialement, et résistant aux chocs, à la température et aux vibrations. Il est ainsi parfaitement adapté de manière générale aux contraintes actuellement rencontrées et prises en charge de conception imposées par divers facteurs, et plus particulièrement aux systèmes d'orientation d'outil de forage tels que décrits dans les documents susmentionnés WO 90/07625, US 6.581.699 et FR 2.898.935. Bien que l'invention ait été décrite . ci-dessus principalement en référence au forage, l'homme du métier comprendra qu'elle peut recevoir de multiples autres applications, par exemple en tous domaines où est requise l'orientation précise d'organes mécaniques et /ou sous fortes charges, tels que les rouleaux de laminoirs, entre autres.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif pour générer des déplacements et/ou des efforts essentiellement radiaux d'au moins un organe mécanique par rapport à son axe X-X commun avec celui d'au moins un autre organe mécanique qui est en liaison fonctionnelle avec le premier, caractérisé en ce qu'il comporte, pour permettre de tels déplacements respectifs entre lesdits au moins deux organes mécaniques: (I) un bâti (12), une bague rotulante (11) et une bague interne (13) procurant deux liaisons rotules gigognes (a) et (b) de centres respectifs A et B, excentrées d'une distance ou valeur c le long du dit axe X-X commun aux deux bagues en position dite neutre, (II) un ou plusieurs actionneurs (2), solidaires du dit bâti et disposés en barillet autour de l'axe X-X pour piloter le mécanisme, chaque actionneur étant apte à agir sur la bague rotulante (11) par l'intermédiaire d'un poussoir (3) guidé, et (III) une bague de guidage (4) solidaire du dit bâti, pour guider les poussoirs (3) par liaison plane bidirectionnelle (e), ainsi que, en option, des éléments fonctionnels pouvant servir à la 20 mise en marche, au pilotage et au maintien du bon fonctionnement du dit dispositif annulaire et isostatique, tandis que les bagues rotulantes (11, 13) sont orientables au moyen d'un ou plusieurs poussoirs (3) déplacés par le ou les actionneurs (2) et guidés par la bague de guidage (4), 25 tandis que lesdites bagues rotulantes sont mobiles en rotation dans leurs logements respectifs (a12) et (b11), tandis que le logement (b11) de la rotule (13) est inclus dans la rotule (11); et que la surface convexe de la liaison rotule (a) et la surface concave de la liaison rotule (b) font partie du même composant du dispositif. 30 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement: - un ensemble rotules gigognes, composé d'une bague orientable (11) comportant une première surface sphérique (a11) de centre A, qui 35 coopère avec une surface sphérique (a12) d'un bâti (12) d'axe X-X ; etune deuxième surface sphérique (b11) de centre B, qui coopère avec une surface sphérique (b13) d'une bague interne (13), les centres A et B étant distants d'une valeur c; - au moins un actionneur (2) associé à un poussoir (3); - au moins un poussoir (3), présentant une première extrémité de forme torique ou sphérique (c3) de centre C côté bague rotulante et orientable (11), qui coopère avec la gorge torique (c11) usinée dans la bague (11); une deuxième extrémité de forme cylindrique (d3) côté actionneur qui coopère avec la gorge également cylindrique (d21) usinée dans l'extrémité du au moins un actionneur (2); et deux faces planes (e3) et (e3') parallèles et symétriques par rapport à un plan Pc passant par l'axe X-X et le centre C; - une bague de guidage (4), comportant au moins une rainure transversale périphérique, dont les flancs (e4) et (e4') coopèrent 15 respectivement avec les faces planes (e3) et (e3') des poussoirs (3); et - en option, des joints (14) racleurs et/ou d'étanchéité, agencés de telle manière que la translation de l'extrémité (21) d'un actionneur (2) d'une valeur t entraîne la rotation de la bague rotulante (11) autour du point A dans le plan Pc et le centre C, d'une valeur a, et 20 le déplacement radial 0 du centre B de la bague interne (13) dans le plan Pc et donc de l'arbre (5) par rapport au bâti (12). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsqu'un contrôle précis d'une ou plusieurs positions dans une ou 25 plusieurs directions est requis, chaque actionneur (2) est muni d'un ou plusieurs capteurs de positions de type inductif, capacitif ou optique, ou de type magnétique à effet Hall. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, 30 lorsqu'il est nécessaire de contrôler et maîtriser la force radiale, chaque actionneur (2) est instrumenté avec un capteur de force, de courant et/ou de pression, incluant un moyen formant vanne proportionnelle dans le cas d'un actionneur hydraulique.5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits au moins un actionneur (2) sont choisis parmi les actionneurs mécaniques, électromécaniques, électromagnétiques, pyrotechniques, hydrauliques et électro-hydrauliques. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les poussoirs (3) sont des biellettes de compression ou analogues, et les actionneurs (2) sont des vérins à simple effet. 10 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est agencé en un système double/tandem, dont la distance entre les deux systèmes est avantageusement optimisée, tandis que les dispositifs de déviation ainsi agencés sont pilotables symétriquement ou asymétriquement, et dans ce dernier cas de manière indépendante. 15 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur d'excentrations desdites rotules est comprise entre 0,005 et 0,50 fois le diamètre de la surface sphérique (a), et la valeur de basculement est comprise entre 0 et 45°. 20 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est réversible, notamment par association à un système de rappel, par exemple à ressort(s), ou à des actionneurs réversibles, avantageusement hydrauliques ou électro-hydrauliques et pilotés par 25 au moins une électrovanne normalement ouverte. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est irréversible, de manière à rester en position en cas de dysfonctionnement du système de pilotage associé, les actionneurs 30 étant de préférence également irréversibles, avantageusement électromécaniques. 11. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1à 10 pour la réalisation de forages dirigés. 12. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour l'orientation précise d'organes mécaniques, notamment des 5 rouleaux de laminoirs. 13. Appareillage, notamment appareillage destiné à des applications de contrôle de trajectoire de forage, intégrant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 14. Appareillage selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif intégré est en version unidirectionnelle pour permettre de constituer un raccord coudé orientable. 15 15. Appareillage selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif intégré est en version bi-directionnelle pour constituer un RSS ("Rotary Steerable System"). 10