FR2515746A1 - HYDRAULIC APPARATUS WITH RECIPROCATING MOVEMENTS, IN PARTICULAR HYDRAULIC PERFORATOR OR APPARATUS FOR PERCUSSION SOUNDING - Google Patents
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Abstract
CET APPAREIL POSSEDE UN CARTER 12, 14, 16, 18 DANS LEQUEL COULISSE UN PISTON EN DEUX PARTIES 20, 22 PRESENTANT UNE PREMIERE FACE 26 ET UNE SECONDE FACE 28. UN DISTRIBUTEUR ROTATIF 30, 32 FAIT COMMUNIQUER LA PREMIERE FACE DU PISTON DE MANIERE IMMINENTE AVEC UNE ARRIVEE DE FLUIDE HYDRAULIQUE 34. UN PASSAGE 42 EST MENAGE DANS L'APPAREIL POUR EXPOSER LA SECONDE FACE 28 DU PISTON DE FACON PERMANENTE A UN FLUIDE DE PRESSION, PAR EXEMPLE A UNE ARRIVEE D'AIR COMPRIME 40. LE PISTON 20, 22 EST POUSSE VERS LE BAS PAR LA PRESSION HYDRAULIQUE LORSQUE LE DISTRIBUTEUR ROTATIF FAIT COMMUNIQUER L'ARRIVEE 34 AVEC LA FACE SUPERIEURE 26 DU PISTON ET L'AIR COMPRIME FAIT MONTER LE DOUBLE PISTON LORSQUE LE DISTRIBUTEUR COUPE CETTE COMMUNICATION.THIS APPARATUS HAS A CRANKCASE 12, 14, 16, 18 IN WHICH A TWO-PART PISTON SLIDES 20, 22 HAVING A FIRST FACE 26 AND A SECOND FACE 28. A ROTARY DISTRIBUTOR 30, 32 COMMUNICATES THE FIRST FACE OF THE PISTON IN ANIMAL WAY WITH A HYDRAULIC FLUID INLET 34. A PASSAGE 42 IS CLEANED IN THE APPARATUS TO EXPOSE THE SECOND SIDE 28 OF THE PISTON PERMANENTLY TO A PRESSURE FLUID, FOR EXAMPLE TO A COMPRESSED AIR INLET 40. THE PISTON 20, 22 IS PUSHED DOWN BY THE HYDRAULIC PRESSURE WHEN THE ROTARY VALVE COMMUNICATES THE ARRIVAL 34 WITH THE UPPER FACE 26 OF THE PISTON AND THE COMPRESSED AIR MOUNTS THE DOUBLE PISTON WHEN THE DISTRIBUTOR SHUT OFF THIS COMMUNICATION.
Description
Cette invention concerne un appareil hydraulique à mouvement alternatif etThis invention relates to a reciprocating hydraulic apparatus and
plus particulièrement une perforatrice more specifically a hole punch
hydraulique a mouvement alternatif, dans lequel un côté d'un pis- hydraulic reciprocating, in which one side of a
ton est exposé en permanence à un fluide de pression, de l'air comprimé par exemple, et le côté opposé du piston communique de tone is continuously exposed to pressure fluid, such as compressed air, and the opposite side of the piston communicates
manière intermittente avec une source de pression hydraulique. intermittently with a hydraulic pressure source.
On connaît de nombreux appareils à mouvement alter- Numerous devices are known to have an alternating movement.
natif mus par un fluide, notamment pour le forage ou le sondage descendant Ils comprennent aussi bien des appareils pneumatiques que des appareils hydrauliques L'invention vise en particulier à procurer un appareil hydraulique dont le mouvement alternatif soit aussi rapide que celui d'un appareil pneumatique mais qui consomme moins d'énergie L'art antérieur est rappelé ci-après; native driven by a fluid, especially for drilling or downhole drilling They include both pneumatic and hydraulic devices The invention aims in particular to provide a hydraulic device whose reciprocating movement is as fast as that of a pneumatic device but which consumes less energy The prior art is recalled below;
tous les brevets cités sont des brevets des Etats-Unis d'Amérique. all the patents cited are patents from the United States of America.
Le brevet 2 876 742 décrit un dispositif de per- Patent 2,876,742 describes a device for
cussion ma par un fluide de pression et à vitesse variable dont, en particulier, l'organe de percussion est rotatif Le dispositif cussion ma by a fluid of pressure and variable speed of which, in particular, the percussion member is rotary The device
comporte un distributeur rotatif commandé par un moteur externe. has a rotary distributor controlled by an external motor.
Le brevet 3 327 790 décrit un outil mft par un fluide pour appliquer des coups répétés à un trépan dans le sondage par percussion de puits de pétrole et de gaz Ce brevet concerne surtout les appareils de percussion à incorporer dans les tiges de forage pour animer les trépans de vibrations ou d'oscillations Patent 3,327,790 describes a tool mft by a fluid for applying repeated blows to a drill bit in the percussion drilling of oil and gas wells. vibration or oscillation bits
axiales pendant qu'ils sont tournés lors de tels sondages. axial while they are being rotated in such surveys.
Le brevet 2 402 300 concerne des mécanismes et des systèmes mus par un fluide et utilisant un distributeur rotatif pour envoyer le fluide alternativement aux extrémités opposées d'un piston. Le brevet 3 404 204 concerne un réacteur pour mélanger des liquides visqueux sous conditions inertes et plus Patent 2,402,300 relates to mechanisms and systems driven by a fluid and using a rotary distributor to send the fluid alternately to the opposite ends of a piston. Patent 3,404,204 relates to a reactor for mixing viscous liquids under inert conditions and more
spécialement un réacteur comportant un agitateur du type à plon- especially a reactor comprising a plunger type agitator
geur pour faire réagir de très petites quantités de liquides haute- to react with very small quantities of high liquids
ment visqueux sous conditions inertes Le dispositif comporte un distributeur rotatif qui applique la pression alternativement aux viscous under inert conditions The device includes a rotary distributor which applies pressure alternately to the
extrémités d'une tige.ends of a rod.
Le brevet 4 103 591 décrit un dispositif pour Patent 4,103,591 describes a device for
actionner un outil d'un marteau de percussion à commande hydrau- operate a hydraulic hammer hammer tool
lique, conçu plus spécialement comme un marteau perforateur Le dispositif possède un distributeur rotatif qui admet de l'huile sous pression dans une chambre et fait ensuite communiquer l'huile avec une conduite de retour Le piston de percussion est soulevé par l'huile sous pression, pendant que la face supérieure du pis- ton comprime un volume de fluide, dont la pression monte Quand la chambre sous le piston est détendue, par suite de la rotation du distributeur, la pression du volume de fluide audessus du lique, designed more specifically as a hammer drill The device has a rotary distributor which admits pressurized oil into a chamber and then communicates the oil with a return line The percussion piston is lifted by the pressurized oil , while the upper face of the piston compresses a volume of fluid, the pressure of which increases When the chamber under the piston is relaxed, due to the rotation of the distributor, the pressure of the volume of fluid above the
piston fait redescendre ce dernier.piston brings the latter down.
L'appareil hydraulique à mouvement alternatif selon l'invention possède un cylindre, un carter o une autre enveloppe dans laquelle coulisse un piston présentant une première et une seconde face, des moyens pour faire communiquer la première face de façon intermittente avec une source de fluide de pression hydraulique, ainsi que des moyens pour exposer la seconde face du piston en permanence à un fluide sous pression Le piston se déplace dans une première direction lorsque la source de fluide hydraulique communique avec la première face et il se déplace dans une seconde The hydraulic reciprocating device according to the invention has a cylinder, a casing or another casing in which slides a piston having a first and a second face, means for communicating the first face intermittently with a source of fluid. of hydraulic pressure, as well as means for continuously exposing the second face of the piston to a pressurized fluid The piston moves in a first direction when the source of hydraulic fluid communicates with the first face and it moves in a second
direction lorsque cette communication est coupée. direction when this communication is cut.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other features and advantages of the invention
tion ressortiront plus clairement de la description qui va suivre tion will emerge more clearly from the description which follows
d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe axiale schématique d'une perforatrice hydraulique pour sondages descendantspar percussion; et la figure 2 est une coupe transversale de cet of a nonlimiting exemplary embodiment, as well as of the appended drawing, in which: FIG. 1 is a schematic axial section of a hydraulic perforator for downward soundings by percussion; and Figure 2 is a cross section of this
appareil, prise suivant la ligne 2-2 de la figure l. device, taken along line 2-2 of figure l.
La perforatrice hydraulique 10 représentée possède un carter qui peut être d'une seule pièce mais est constitué de plusieurs parties 12, 14, 16 et 18 dans cet exemple Dans ce carter The hydraulic perforator 10 shown has a casing which may be in one piece but consists of several parts 12, 14, 16 and 18 in this example In this casing
peut coulisser un piston qui est formé ici de deux pistons élémen- can slide a piston which is formed here of two pistons element
taires 20 et 22 Le premier piston élémentaire 20 présente une pre- shutters 20 and 22 The first elementary piston 20 has a pre-
mière face de piston 26 et le second piston élémentaire 24 présente une seconde face de piston 28 La première face de piston peut Atre mise en communication, de façon intermittente, avec une source de fluide hydraulique au moyen d'un distributeur rotatif 30, lequel first piston face 26 and the second elementary piston 24 has a second piston face 28 The first piston face can be brought into communication, intermittently, with a source of hydraulic fluid by means of a rotary distributor 30, which
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possède un orifice 32 qui communique alternativement avec une source has an orifice 32 which communicates alternately with a source
de fluide hydraulique 34 et avec un retour de fluide hydraulique 36. of hydraulic fluid 34 and with a return of hydraulic fluid 36.
Le distributeur 30 peut être tourné par un moyen conventionnel tel qu'un moteur 38 La perforatrice comprend en plus des moyens pour exposer la seconde face de piston 28 en permanence à un fluide da The distributor 30 can be rotated by conventional means such as a motor 38. The perforator further comprises means for permanently exposing the second face of piston 28 to a fluid da
pression, lequel peut être un fluide hydraulique ou un fluide pneu- pressure, which can be a hydraulic fluid or a pneumatic fluid
matique Dans l'exemple représenté, i L s'agit t'air comprimé, dont matic In the example shown, i L is compressed air, of which
l'arrivée est désignée par 40.arrival is designated by 40.
Dans la perforatrice de l'exemple représenté, l'arri- In the hole punch of the example shown, the back
vée d'air comprimé 40 est mise en communication avec la seconde face 28 par un passage 42 qui traverse les parties de carter 12, 14, 16 et 18 L'air comprimé ainsi introduit a tendance à déplacer le piston 22, 20 dans une seconde direction, désignée par B Ce déplacement se produit effectivement lorsque le distributeur 30 occupe la position compressed air 40 is placed in communication with the second face 28 by a passage 42 which passes through the housing parts 12, 14, 16 and 18 The compressed air thus introduced tends to move the piston 22, 20 in a second direction, designated by B This displacement actually occurs when the distributor 30 occupies the position
o l'arrivée de fluide hydraulique 34 ne comumnique pas avec la pre- o the arrival of hydraulic fluid 34 does not comumnic with the
mière face 26 Par contre, dès que la rotation du distributeur 30 fait communiquer l'orifice de distributeur 32 avec l'arrivée de fluide face 26 on the other hand, as soon as the rotation of the distributor 30 makes the distributor orifice 32 communicate with the fluid inlet
hydraulique 34, la première face de piston 26 est mise en communica- hydraulic 34, the first piston face 26 is communicated
tion avec cette arrivée 34 et est exposée à sa pression à travers le tion with this arrival 34 and is exposed to its pressure across the
passage 44 Cette communication est établie et coupée de façon inter- passage 44 This communication is established and cut inter-
mittente Lorsqu'elle est établie, le produit de la pression hydrau- mittent When established, the product of the hydraulic pressure
lique sur la première face 26 et de l'aire de surface de celle-ci est plus grand que le produit de la pression exercée par l'air comprimé sur la seconde face 28 et l'aire de surface de cette dernière, de sorte lique on the first face 26 and the surface area thereof is greater than the product of the pressure exerted by the compressed air on the second face 28 and the surface area thereof, so
que le piston est déplacé dans une première direction A La perfora- that the piston is moved in a first direction A The perfora-
trice hydraulique 10 représentée est équipée d'un trépan a percussion 46 A chaque déplacement du piston dans la direction A, il produit hydraulic trice 10 shown is equipped with an impact drill bit 46 Each time the piston moves in direction A, it produces
un impact sur le trépan 46, ce qui a un effet de perçage à percussion. an impact on the drill bit 46, which has a percussion drilling effect.
Un tel appareil est notamment applicable au sondage descendant par percussion Le trépan 46 est animé d'une rotation par entraînement en rotation du carter de façon conventionnelle par des moyens non représentés La figure 2 montre plus spécialement l'accouplement par cannelures entre le trépan 46 et la partie 18 du carter, d'o il ressort clairement que le trépan 46 peut être animé de mouvements verticaux de percussion pendant qu'il est entraîné en rotation par Such an apparatus is particularly applicable to downward sounding by percussion. The drill bit 46 is driven in rotation by rotationally driving the casing in a conventional manner by means not shown. FIG. 2 shows more particularly the coupling by splines between the drill bit 46 and part 18 of the casing, from which it is clear that the drill bit 46 can be driven by vertical percussion movements while it is rotated by
le carter.the housing.
2515 T 462515 T 46
L'espace compris entre les deux pistons élémentaires de la perforatrice représentée communique avec l'air extérieur Ceci élimine tous les problèmes d'alignement liés à l'étanchéification de deux diamètres de piston L'air comprimé qui pourrait passer entre le second piston élémentaire 22 et la partie 14 du carter peut The space between the two elementary pistons of the perforator shown communicates with the outside air. This eliminates all the alignment problems linked to the sealing of two piston diameters. The compressed air which could pass between the second elementary piston 22 and part 14 of the housing can
ensuite passer autour du premier piston élémentaire 20 par une rai- then pass around the first elementary piston 20 by a rai-
nure hélico Tdale 48 dans celui-ci avant de s'échapper par un ori- Tale 48 helicopter in this one before escaping through an ori-
fice 50 et un passage 52 débouchant à l'extérieur. fice 50 and a passage 52 opening to the outside.
Lorsque l'appareil est utilisé comme une perfora- When the device is used as a perforator
trice pour sondages descendantspar percussion, l'air comprimé de l'arrivée 40 peut être utilisé en plus comme un fluide de nettoyage pour chasser du sondage ou du trou les déblais de forage A cet effet, on peut prévoir une fuite continue-d'air comprimé le long du second piston élémentaire 22 Il est possible aussi de prévoir un passage en dérivation intermittent par lequel le fluide de nettoyage est admis dans le trou au moyen d'un tube d'échappement For downhole percussion drilling, the compressed air from the inlet 40 can also be used as a cleaning fluid to remove the drill cuttings from the borehole or from the hole. compressed along the second elementary piston 22 It is also possible to provide an intermittent bypass passage through which the cleaning fluid is admitted into the hole by means of an exhaust tube
pendant les mouvements alternatifs du second piston élémentaire 22. during the reciprocating movements of the second elementary piston 22.
Les détails de l'utilisation d'un fluide de nettoyage pour chasser les débris du trou sont connus à l'homme de l'art et sontnotamment décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 084 646 La méthode à fuite continue sera probablement préférable dans le cas de petites perforatrices alors que la méthode à soufflage inter' mittent sera généralement préférable en cas d'utilisation de grosses perforatrices. The details of using a cleaning fluid to remove debris from the hole are known to those skilled in the art and are particularly described in U.S. Patent 4,084,646 The continuous leak method will probably preferable in the case of small perforators while the intermittent blowing method will generally be preferable when large perforators are used.
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