Brevet FR2560545A1 — publié le 19850906

i La présente invention concerne une machine de forage par percussion actionnée par fluide sous pression, comprenant: - un corps délimitant un volume cylindrique, - un piston de percussion se déplaçant axialement dans ledit volume cylindrique, - un conduit d'entrée et un premier conduit de sortie placés dans le corps et pouvant être reliés res- pectivement à une source de fluide sous pression et à un récipient de fluide sous pression de manière à permettre un mouvement alternatif du piston de percussion par le fluide sous pression, - un distributeur pour commander le mouvement de percussion du piston, - un moyen pour fixer une tige de forage sur le corps comme un prolongement du volume cylindrique, et - un mécanisme rotatif actionné par pression fluidique pour faire tourner la tige de forage, ce méca- nisme étant relié au volume cylindrique du piston de percussion par l'intermédiaire d'un second conduit de sortie pour que la rotation dudit mécanisme soit assurée par le fluide sous pression déchargé du volume cylindrique. D'après le brevet ZA 76/5367, on connait une ma- chine de forage qui est pourvue d'un mécanisme rotatif actionné par pression fluidique pour faire tourner la tige de forage, ce mécanisme étant alimenté en fluide sous pression par le piston de percussion pendant son mouvement de retour. Dans ce but, le piston de percus- sion est pourvu d'un épaulement annulaire spécial se déplaçant dans son propre volume cylindrique séparé du volume cylindrique du piston de percussion. Le volume cylindrique de l'épaulement est relié à une source de fluide sous pression séparée de la source de fluide sous pression du piston de percussion. Une structure de ce type produit ce qu'on appelle une rotation intermittente de la tige de forage, de telle sorte que la tige de forage -560545 est seulement entraînée en rotation entre les courses du piston de percussion. Ainsi, l'énergie engendrée par le mouvement de retour du piston de percussion peut être utilisée pour faire tourner le mécanisme rotatif. Cepen- dant, l'inconvénient consiste en ce que le fluide sous pression refoulé dans le mécanisme rotatif n'est pas le même que celui utilisé pour faire déplacer le piston de percussion et, en conséquence, il est nécessaire de pré- voir deux circuits fluidiques différents comportant des dispositifs et composants séparés. D'après le brevet US 4 103 746, on connaît une machine de forage dans laquelle, de façon analogue, le mouvement de retour du piston de percussion est utilisé pour pomper du fluide sous pression vers le mécanisme rotatif. Dans ce but, le conduit de sortie du volume cylindrique du piston de percussion est relié au méca- nisme rotatif, de sorte que tout le fluide sous pression déplacé pendant le mouvement de retour du piston de percussion s'écoule dans le mécanisme rotatif et dans un organe d'étranglement qui peut être prévu dans un conduit de dérivation relié en parallèle au mécanisme rotatif. Dans cette structure, le même fluide sous pression est évidemment utilisé pour faire tourner le mécanisme rotatif et pour faire déplacer le piston de percussion, mais l'inconvénient consiste en ce que le dimensionnement du mécanisme rotatif est déterminé par la consommation de fluide sous pression nécessaire pour l'exécution du mouvement de percussion par le piston, ce qui se traduit dans la plupart des cas par un sur- dimensionnement du mécanisme rotatif. / L'objet de la présente invention est de créer une machine de forage qui remédie aux inconvénients mentionnés ci-dessus et qui permette que seulement une partie de la quantité de fluide sous pression effectivement néces- saire pour actionner le piston de percussion dans chaque cas soit utilisée par le mécanisme rotatif. Ce problème est résolu au moyen d'une machine de forage agencée con- formément à l'invention et qui est caractérisée en ce que le corps comprend deux conduits de sortie débouchant dans le volume cylindrique à une certaine distance l'un de l'autre dans la direction de mouvement du piston de percussion, un des conduits étant relié au mécanisme rotatif tandis que l'autre est relié au récipient de fluide sous pression. L'invention est basée sur l'idée que la tige de piston distribue le fluide sous pression déplacé dans le volume cylindrique pendant son mouvement de retour dans une proportion appropriée qui est telle qu'une partie du fluide sous pression est directement refoulée vers le récipient de fluide tandis que l'autre partie est refoulée vers le mécanisme rotatif, en exergant ainsi une pression différentielle sur le moteur rotatif. En choisissant cette proportion de façon appropriée, il est possible de régler la quantité de fluide sous pression fournie au mécanisme rotatif de la façon la plus avantageuse en ce qui concerne la rotation, de sorte qu'il est possible d'optimiser le dimensionnement du mécanisme rotatif. En conséquence, le dimensionnement du mécanisme rotatif peut être choisi indépendamment de la quantité de fluide sous pression nécessaire pour l'exécution du mouvement de percussion par le piston. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mis en évidence, dans la suite de la descrip- tion, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1-représente schématiquement en coupe axiale un mode préféré de réalisation d'une machine de forage conforme à l'invention, montrant la position du distributeur pour la course de retour du piston de per- cussion; la figure 2 est une vue en coupe partielle de la machine de la figure 1 montrant la position du distributeur pour la course de percussion, et la figure 3 montre une partie du distributeur et des conduits du corps de la machine à échelle agrandie. Le dessin représente une machine de forage compre- nant un corps 1 qui forme un volume cylindrique2 pour un piston de percussion 3 se déplaçant axialement. Le corps est pourvu d'un conduit d'entrée 4, dont une extrémité est reliée à une pompe à fluide sous pression tandis que l'autre extrémité se termine dans la chambre avant 6 du volume cylindrique, ainsi que d'un conduit de sortie 7, dont une extrémité est reliée à un récipient de fluide 8 tandis que l'autre extrémité aboutit par l'intermédiaire de deux fentes périphériques à un dis- tributeur 9 qui se déplace axialement dans le volume cylindrique et qui entoure le piston de percussion. La paroi du distributeur est pourvue d'orifices de sortie correspondants 10 par l'intermédiaire desquels la chambre arrière 11 du volume cylindrique est en communication avec le conduit de sortie 7, en fonction de la position du distributeur. Par liaison de la chambre arrière alternativement avec le conduit d'entrée et avec le conduit de sortie sous l'effet des mouvements du distri- buteur, il est possible de faire déplacer le piston de percussion vers l'avant et vers l'arrière dans le volume cylindrique. La structure et le fonctionnement d'une machine de forage de ce genre pourvue d'un piston de percussion et d'un distributeur sont connus d'après le brevet FI 50 940. En conséquence, cette structure ne sera pas décrite de façon plus détaillée à cet égard. Un mandrin de forage 12 est monté au moyen de roulements à l'extrémité avant du corps de la machine de façon à pouvoir se déplacer par rotation et par translation axiale et une tige de forage 13 peut être reliée à ce mandrin. Le mandrin de forage est placé sur le prolongement axial du piston de percussion et il s'étend jusqu'à la zone de déplacement du piston de percussion de façon que le mouvement alternatif du piston de percussion exerce des chocs axiaux successifs sur l'extrémité du mandrin de forage. A la place d'un mandrin de forage, il est possible d'utiliser, comme moyen de liaison de la tige de forage avec la machine de forage, un manchon fendu de type connu, à l'intérieur duquel l'extrémité de la tige de forage ou du mandrin de forage est poussée respectivement en condition d'accrochage avec la surface intérieure fendue du manchon. Le mandrin de forage est pourvu d'une denture 14 et le corps de la machine supporte un moteur rotatif 15 actionné par pression fluidique et qui fait tourner le mandrin de forage au moyen d'engrenages 16, 17. Un tel mécanisme rotatif 18 est connu et représente seulement un mode de réalisation de mécanismes rotatifs appropriés et actionnés par fluide sous pression. Conformément a l'invention, le corps de la machine de forage est pourvu d'un autre conduit de sortie 19. Une extrémité du conduit est reliée par un tuyau 20 au moteur rotatif 15, et l'autre extrémité débouche par l'intermédiaire d'une fente périphérique dans le dis- tributeur à une certaine distance du conduit de sortie adjacent 7 aboutissant au récipient de fluide. La paroi du distributeur est pourvue d'orifices de sortie corres- pondants 21 placés à la même distance des orifices de sortie adjacents 10. La machine de forage fonctionne de la façon suivante: Pendant le mouvement de retour du piston de percus- sion à partir du mandrin de forage, quand le distributeur est placé dans la position de retour arrière conformément à la figure 1, du fluide sous pression sort de la chambre arrière 11 par l'intermédiaire des orifices de sortie , 21 du distributeur. La partie principale du fluide sous pression s'écoule d'abord par l'intermédiaire des orifices 10 vers le conduit de sortie 7 puis vers le récipient de fluide 8, du fait que la pression s'opposant à l'écoulement de fluide est plus petite dans ce conduit. Après que le piston de percussion est arrivé dans une position o le piston obture les orifices de sortie 10, le reste du fluide sous pression sortant de la chambre arrière pendant la course de retour s'écoule par l'in- termédiaire des orifices de sortie 21 dans le conduit de sortie 19 et en outre par l'intermédiaire du conduit dans le moteur rotatif, qui commence à faire tourner le mandrin et la tige de forage. En choisissant de façon appropriée la distance séparant les orifices de sortie 21 du conduit de sortie débouchant dans le moteur rotatif et l'orifice de sortie 10 ainsi que leurs posi- tions par rapport a la fin de course de retour du piston de percussion, il est toujours possible de séparer de la quantité totale de fluide sous pression sortant de sa chambre arrière, la quantité de fluide qui est nécessaire pour faire tourner le moteur rotatif et qui convient dans chaque cas pour la capacité du moteur. Pendant que le distributeur se déplace vers l'avant dans la phase extrême du mouvement de retour du piston de percussion, il obture le conduit de sortie 7 aboutissant au récipient de fluide et en même temps également le conduit de sortie 19 aboutissant au moteur rotatif. En conséquence, la phase de percussion se déroule de la même manière que dans une structure classique. Par bran- chement additionnel d'un accumulateur de pression dans le conduit aboutissant au moteur rotatif, on peut pro- longer la période de rotation de manière que le moteur tourne encore après que le distributeur a fermé le conduit. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. L'invention peut également être appliquée a des struc- tures de machines de forage dans lesquelles le distri- buteur est remplacé par un système de commande d'un autre type. 2560O545 - REVENDICATIONS 1. Machine de forage par percussion actionnée par pression de fluide, comprenant: -.un corps (1) délimitant un volume cylindrique (2), - un piston de percussion (3) se déplaçant axia- lement dans ledit volume cylindrique, - un conduit d'entrée (4) et un premier conduit de sortie (7) placés dans le corps et pouvant être reliés respectivement à une source de fluide sous pression (5) et a un récipient de fluide sous pression (8) de manière à permettre un mouvement alternatif du piston de percus- sion par le fluide sous pression, - un distributeur pour commander le mouvement de percussion du piston, - un moyen (12) pour fixer une tige de forage (13) sur le corps comme un prolongement du volume cylindrique, et un mécanisme rotatif (18) actionné par pression fluidique pour faire tourner la tige de forage, ce méca- nisme étant relié au volume cylindrique du piston de percussion par l'intermédiaire d'un second conduit de sortie (19) pour que la rotation dudit mécanisme soit assurée par le fluide sous pression déchargé du volume cylindrique, caractérisé en ce que ledit conduit de sortie (19) du- mécanisme rotatif se termine dans la chambre (11) du volume cylindrique (2), qui est placée sur le côté du piston de percussion (3) qui est opposé au moyen d'ac- couplement (12) de la tige de forage, et il est posi- tionné dans la direction de mouvement du piston de percussion (3) à distance dudit premier conduit de sortie (7), sur le même côté de celui-ci que le piston de per- cussion. 2. Machine de forage selon la revendication 1, comprenant un distributeur (9) en forme de manchon-qui est monté de façon à pouvoir se déplacer axialement dans la paroi du volume cylindrique (2) pour commander la communication du volume cylindrique respectivement avec le conduit d'entrée et le premier conduit de sortie, caractérisé en ce que le distributeur (9) est pourvu d'orifices de passage (10, 21) qui, dans une position de retour du distributeur, relient le volume cylindrique aux conduits de sortie (7,19) places dans le corps et qui assurent, dans une position de percussion, la ferme- ture de la communication des conduits de sortie avec le volume cylindrique. 3. Machine de forage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le premier conduit de sortie (7) pouvant être relié au récipient de fluide sous pression (8) se termine dans le volume cylindrique (2) en au moins deux endroits placés à distance l'un de l'autre dans la direction de mouvement du piston de percussion (3).