Brevet FR2308781A1 — publié le 19761119

L'invention concerne un oscillateur. Dans une réalisation connue, une pompe à piston pour envoyer un lubrifiant à une perforatrice est directement reliée mécaniquement sur un moteur à piston oscillant actionné par de l'air comprimé provenant du conduit d'alimentation de la perforatrice. Le moteur démarre ainsi automatiquement en mêne temps que la perforairice. Dans le dispositif de luhrification connu,la fréquence du moteur est contrôlée par un étranglement variable du conduit qui fournit l'air destiné à actiolmer ce moteur.Etant donné que la pression dans le conduit d'alimentation d'une perforatrice faisant partie d'un appareil de forage varie en général de façon a-préciable, la pression de l'air servant à entraSner le moteur varie également de façon appréciable, ce qui fait varier la fréquence du moteur. L'invention a pour objet de réaliser un oscillateur actionné par de l'air comprimé et dont la fréquence est pratiquement indépendante des variations de pression de l'air comprimé, de fa çon qu'il puisse être utilisé par exemple afin d'entrainer laécani- quement directement ou de commandeur d'une autre façon une ou plusieurs pompes à piston qui doivent fournir des débits constants prédéterminés. Sur les dessins annexés : La figure 1 est une représentation schématique d'un système pour lubrifier différents dispositifs consommateurs d'air, par exemple ceux qui appartiennent un appareil de forage. la figure 2 est une coupe par 2 - 2 de la figure 1 d'une pompe à lubrifiant à déplacement positif et de son moteur d'actionnement. la figure 3 montre à plus grande échelle certains détails de la figure 2. La figure 4 est une coupe d'une des soupapes représentées schématiquement sur la figure 1. La figura 5 montre une variante d'un oscillateur associé à une pompe à déplacement positif. Sur la figure 1, on a représenté de façon symbolique divers dispositifs 11 à 16 alimentés en air comprimé par des conduits 17 à 22, commandés par des soupapes d'alimentation 23 à 28, et qui peuvent constituer les dispositifs consommateurs d'air d'un appa reil de forage. Par exemple, la référence 11 peut désigner les moteurs qui servent à déplacer l'appareil, la référence 12 le moteur qui sert à faire avancer une perforatrice, la référence 13 le mo teur à percussion de cette perforatrice, la référence 14 le moteur qui fait tourner la perforatrice, la référence 15 un moteur à air comprimé qui entratne une génératrice, et la référence 16 un moteur qui entraine une pompe hydraulique.Cinq pompes à piston 25 à 33 pour de l'huile de graissage sont entraînées en synchronisme les unes avec les autres par un dispositif d'actionnement commun 34 et envoient de l'huile à des conduits 35 à 39. Chacun des conduits 36 à 39 aboutit à l'un des conduits 19 à 22 d'alimentation en air, tandis que le conduit 35 est divisé en deux branches 40, 41 qui aboutissent respectivement aux conduits 17 et 18 . Dans chacun des conduits 36 à 41 se trouve une soupape 42 à 47 qui détecte la pression dans le conduit 17 à 22 associé et ne s'ouvre pour permettre l'arrivée d'huile au conduit d'air que quand oedernier est sous pression. Une soupape de retenue 48 à 52 est reliée à chaque conduit 35 à 39, et ces soupapes sont reliées à une soupape de détente commune 53, de type classique, réglable et soumise à l'action d'un ressort.Ainsi, les soupapes 48 à 52 fonctionnent comme des soupapes de détente actionnées par contre-pression, la contrepression étant déterminée par la soupape 53. Une des soupapes identiques 42 à 47, la soupape 47, est représentée en détail sur la figure 4. Elle possède une membrane élastique 54, par exemple en caoutchouc, qui est sollicitée contre un siège 56 au moyen d'un piston 55 soumis à l'action d'un ressort 57. La périphérie de la membrane 54 est serrée de façon étanche contre le corps de la soupape au moyen d'un manchon 61. le conduit 39 débouche dans le siège 56 par un passage 58. le passage 58 se termine dans le siège 56 par une surface suffisamment faible pour que la pression de l'huile dans le conduit 39 (pression déterminée par la soupape 53 et sensiblement plus élevée que la pression dans la conduite d'alimentation) ne puisse pas surmonter l'action du ressort 57. Ainsi, la pression de l'huile ne peut pas décoller la membrane 54 du siège 56.Autour de ce siège est ménagée une chambre annulaire 59qui est en communication avec le conduit 22 par un passage 60. La membrane 54 possède une surface annulaire dirigée vers la chambre 60 assez grande pour que la pression d'air décolle la membrane du siège 56 quand le conduit 22 est sous pression, de sorte que de l'huile peut s'écouler librement du conduit 39 au conduit 22. La soupape 47 est à nouveau fermée quand la soupape 24 est fermée, et le conduit 22 est relié à l'atmosphere à travers le moteur 16.La membrane doit quitter son siège sous une pression d'air supé rieuse d'environ 7 bar à la pression atmosphésrique pour assurer une lubrificetion convenable d'un motour à air comprimé en fonctionnement libre. il est avanta@eux, en ce qui concerne a fiabilité, que la soupape 47 foncticnne en réponse à la rression et non pas en réponse à l'écoulement. Sur la figure 2, la pompe 31 et son dispositif d'actionnement 34 sont représentés en coupe longitudinale. La poupe pos- sède un carter 93 qui délimite un cylindre 63 et conient un plon- geur 64. Elle est ali:-entée en huile par un conduit 65 et évacue l'huile vers le conduit 37 par une soupape de retenue 66. Le carter du dispositif d'actionnement 34 est divisé par une cloison 67 en une chambre pneumaique cylindrique 68 et une chambre hydraulique cylindrique 69. La tige de piston 70 possède une tête de piston 7t dans la chambre pneumaique et une tete de piston 72 dans la chambre hydraulique.La tête de piston 72 est traversée par des passages 73 munis d'une soupape de retenue commune ayant la forme d'une plaque 74. Les deux chabres 75, 76 du cylindre hydraulique sont en communication avec un conduit qui présente un étranglement variable 62 et constitue un circuit ù'amorissement. La téte de piston 71 dans la chambre pneumatique sépare une chambre 77 située à sa gauche sur la figure 2 d'une chambre 78 située à sa droite, et la chambre 77 est alimentée en air comprimé par un conduit 79. Comme le contre clairement ra figure 3, la tête de piston 71 et tercée de trois alésages axiaux travers lesquels peuvent coulisser trois tiges 80. Les tiges 80 réunissent deux plaques extrêmes 81, 82 et possèdent des passages axiaux 83. La tête de piston 71 est percée de trois passages 84 qui aboutissent à un passage 85 relié à l'atmosphère et s'étendant à travers la tige de piston 70. L'ensemble constitué rar les plaques 81, 82 et les tiges 80 peut coulisser axialement de façon limitée par rapport à la tête de piston 71 en forr:iant un ensemble rigide. il constitue une soupale qui déplace en va-et-vient la tige de piston 70 et la tête de piston 71, et cette dernière est sollicitée vers la gauche des figures 2 et 3 par un ressort 86. Si l'on suppose que la tête de piston 71, et avec elle la tige 70 et ia tête de piston 72, ont été amenées par le ressort 86 dans la position représentée à gauche sur les figures 2 et 3, la position extrême est déterminée par un élément d7 en caoutchouc montre lequel vient reposer la plaque 81.Des bagues étanches 88 entourant les tiges 80 bloquent alors les passages 83 entre les chambres 77 et 78, en même temps que la chanvre 78 est reliée à l'atmosphère par les passages 84, 85. Ainsi, la tête de miston 71 se déplace vers la droite des figures, et ce mouvement est transmie aux plongeurs 64 par un levier 89. Ce mouvement n'est pas amorti, puisque la soupape 74 dans la chambre hydraulique est ouverte. Alors, quand l'autre plaque extrême 82 bute contre un anneau 90 en caoutchouc, des éléments d'étanchéité 91 bloquent les passages 84 en même temps que les passages 83 sont ouverts, de sorte que la chambre 78 est mise sous pression. La chambre 77 est constanment sous pression.Le ressort 86 ramène alors la tête de piston 71 à sa position extrême représentée à gauche sur les figures, et une autre course de travail commence à la faon décrite. Pendant le mouvement de retour de la tête du piston 71, sa vitesse est contrôlée par le circuit hydraulique d'amortissement qui comprend l'étranglement réglable 62. Le plongeur 64 se joint à la tête de piston 71 dans la course de retour, en raison de la pression dans le conduit 65 d'amenée d'huile qui agit sur des épaulements annulaires 92. Ainsi, la fréquence des pompes est déterminée par l'é- tranglement 62, facile > régler, du circuit hydraulique d'amortis- sement. Etant donné que cet étranglement contrôle la vitesse de la course de retour taxis que la course de travail est produite-par le ressort 86, le temps nécessaire à un mouvement de retour est indépendant des variations de la pression de l'air de commande. la course de travail n'est pas amortie par le circuit hydraulique 62, et sa vitesse dépend de la pression d'entrainement, mais étant donné que la course de travail est normalement beaucoup plus rapide que la course de retour qui est contrôlée par le circuit d'amortissement 62, des variations dans la pression d'entraînement n'affectent que légèrement la fréquence du dispositif d'actionnement 34. Le dispositif 34 est donc un oscillateur réglable dont la fréquence n'est influencée que de façon négligeable par les variations de pression de l'air d'entraSnement. On a constaté qu'on peut utiliser une fréquence supérieure à environ dix courses de pompage par minute. Â des fréquences plus faibles, la consommation d'huile devrait être accrue afin de fournir une lubrification convenable.De préférence, les pompes ont des dimensions telles que la fréquence puisse être maintenue au-dessus de 0,5 Hz quand elles sont utilises pour lubrifier des perfora*rices. Dans le cas d'un appareil de forage, le dispositif d'ac- tionnement 34 ect avantageusement relié de façon à comnencer s, n Va-et-vient dès que la soupape principale (non représentée) d'alimentation de l'apparei] est ouverte. Cela signi@ie que les cinq pompes 29 à 33 vont e-t vieruient en synchronisne e-t envoient coriti- nuellenent de l'nuile dais les conduit respectifs 35 à 39. Ces écoulements mesurés sont déterminés par la fréquence de l'oscillateur, et le lubrifiant sort à travers les soupapes 48 à 52 et à travers la soupape unique 53 jusqu'à un réservoir si les soupapes 42 à 47 ne sont Jas ouvertes.La pression d'huile déterminée par la soupape 53 dont être supérieure à la pression de l'air d'entraí- nement, et de préférence supérieure de plusieurs bars. Le -zoteur 11 pour déplacer l'appareil t le moteur 12 pour faire avancer la perforatrice le long de son guide peuvent être reliés sans inconvénient à la mêne palpe 29, car ces moteurs ne sont jamais utilisés simultanétlent. Par suite, la pompe 29 peut être considérée comme associée soit au moteur 11 pour déplacer l'appareil soit au moteur d'avance 12, mais elle ne peut jamais être associée simultanément aux deux moteurs. Les différentes pompes peuvent avoir des capacités différentes en ayant des cylindres de diamètres différents et des plongeurs de longueurs difféentes. Le dispositif oscillant d'actionnenent 34 à auto-contrôle n'a pas besoin d'entraîner mécaniquement directement les pompes 29 à 33 comme représenté, mais ces pompes peuvent être entraînées par un s imple dispositif d'actionnement à membrane actionné par air comprimé ou par un cylindre à air comprimé commandé par une soupape, qui est contrôlé par l'oscillateur 34 qui fait varier la position de la soupape. Un système combiné peut également être avantageux; dans ce cas, le dispositif d'actionnement 34 entraîne méca niquement par exemple cinq pompes comme décrit et représenté, mais modifie Qgalelent la position d'une soupape qui commande un ou plusieurs cylindres entrainant chacun un groupe de pompes. Sur la figure 5, on a représenté un dispositif de lubrification qui co'.iprend un oscillateur 34 dont la tige de piston 70 joue le r81e du plongeur d'une pompe à déplacement positif. Les organes représentés sur les figures précédentes portent les mêmes références sur la figure 5. Un dispositif de lubrification du tpe représenté sur cette figure convient à un dispositif unique actionné par air comprimé, par exemple un marteau-piqueur 100 tenu à la main. Le marteau-piqueur est alimenté en air comprimé par un conduit 101 et une soupape d'alimentation 102. L'huile provenant de la pompe a déplacemant position arrive par un conduit 103 à l'entrée d'air du marteau-piqueur.Dans une variante non reprdsentée, le conduit 103 peut aboutir directement à l'intérieur du marteau- piqueur. Dans l'oscillateur considéré, la chambre 78 est continuel lerènt. en communication avec l'atmosphère, et la chambre 77 est alinentJe alternativezaent en air comprilné et reliée à l'atmosphère par une soupape 104 reliée au conduit 101. Une soupape pilote 105 provoque pneumatiquement le changement de position de la soupape 104, et la tige de piston 70 déplace mécaniquement la soupape 105 par l'intermédiaire d'un accouplement 106, 107. Un organe 106 de l'accouplement est fix6 à la tige de piston 70, et l'autre organe 107 de l'accouplement est fixé à la soupape 105. Entre les deux orgaies 106 et 107 de l'accouplement, il existe un jeu axial qui fait que la soupape 105 change de position quand la tige de piston 70 vient au voisinage de ses positions extrêmes. Une soupape d'arrêt dans le conduit à huile 103 n'est pas nécessaire dans le mode de réalisation de la figure 5, puisque l'osciliateur démarre et s'ar- rête en même temps que le marteau-piqueur. La disposition des soupapes de la figure 5 peut être également utilisée dans un oscillateur faisant partie du système représenté figure 1. REVENDICATIONS 1 -Oscillateur caractérisé en qu'il comprend un piston 70, 71 à simple effet actionné par de l'air co.priflé et qui travaille dans un sens contre l'action d'un ressort 86 qui agit dans le sens opposé, en ce que le piston 70, 71 est commandé par une soupape 80 à 88 ou 104 qui change de position en fonction de la position du piston, et en ce qu'un circuit amortisseur hydau- lique réglable 62, 72 à 76 est prévu pour contrôler la vitesse du mouvement dans la direction de la course produIte parle ressort précité. 2 - Oscillateur suivant la revendication t, caractérisé en ce que le piston 70, 71 est relié de façon à contrôler la fréquence d'une pompe 29 à 33, 64 à déplacement positif pour un lubrifiant afin de constituer avec la pompe un dispositif automatique de dosage et de répartition ciu lubrifiant, le circuit amortis- seur hydraulique 62, 72 à 76 étant séparé du circuit du lubrifiant. 3 - Oscillateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est relié mécaniquement à une pompe linéaire à simple effet punie d'un plon@eur 64. 4 - Oscillateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le piston 70, 71 sollicite le plongeur 64 dans sa course de pompage. 5 - Oscillateur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit anortisseur hydraulique 62, 72 à 76 conprend un piston 72 moblle dans un cylindre pour diviser ce cylindre en deux chambres 75, 76 interconnectées kydrauliquement d'une part par l'intermédiaire d'un étranglement variable 62 et d'autre part par une soupae de retenue 74. 6 - Oscillateur suivant lune des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le piston 70, 71 effectue une course à une vitesse au moins double de la course produ@te par le ressort 86.