Brevet FR2609754A1 — publié le 19880722

La présente invention a pour objet un moteur à vis qui peut être, entre autres, utilisé comme moteur de fond dans le forage des puits d'huile et de gaz. Il existe déjà des moteurs de ce type dont le stator et le rotor constituent un engrenage hypocycloïdal. Le stator est constitué d'une denture hélicoïdale intérieure en élas- tomère surmoulé dans un fourreau métallique. Le rotor est constitué d'une denture hélicoïdale extérieure en acier dur et comportant un filet de moins que le stator. Le rotor et le stator forment un couple cinétique avec un engagement permanent comparable à un engrenage interne. Lorsque le rotor tourne sur lui-même son axe décrit un cylindre centré sur l'axe du stator de rayon égal à l'excentricité ge" tel que: 2e = D2- Di, Dl et DA étant les diamètres primitifs du rotor et du stator. Pour entraîner le trépan en rotation le rotor doit être relié à celui-ci par un double joint de cardan qui est une pièce délicate dans un tel environnement et estencombrante. D'autre part, le forage avec les outils à molettes demande des couples élevés à faible vitesse de rotation. Pour cela il faut augmenter le nombre de filets du rotor, étant donné que le rotor tourne sur lui-même à une vitesse inversement proportionnelle à son nombre de filets pour une vitesse constante de rotation de l'axe du rotor par rapport à l'axe du stator. Ce déplacement de l'axe du rotor entraîne des vibrations nuisibles. La présente invention a pour but d'éliminer le double joint de cardan en le remplaçant par un deuxième moteur du même type que celui decrit ci-dessus c'est à dire compor- tant un rotor et un stator mais dont le nombre de filets différent du nombre de filets des rotor et stator du pre- mier moteur tout en ayant la même excentricité me" du rotor par rapport au stator. En attachant le rotor du premier moteur au rotor du deuxième moteur, on crée un train d'engrenages et le stator du deuxième moteur tourne alors concentriquement par rap- port au stator du premier moteur et peut être fixé au trépan sans Joint de cardan. On dispose alors de plus de puissance pour le même encombrement. Ce train d'engrenage donne une demultiplication permétant d'obtenir un couple élevé à faible vitesse de rotation du trepan. De façon plus précise l'invention concerne un moteur à vis constitué d'au moins deux moteurs à engrenage helicoï- dal planétaire le premier moteur comportant un stator so- lidaire de la gaine du moteur à vis dans lequel tourne avec une excentricité le" par rapport à ce stator un rotor ayant un filet de moins que le stator, et d'un deuxième mo- teur comportant un rotor ayant un nombre de filets diffé- rent du premier rotor, fixé à celui-ci et tournant dans un stator avec la même excentricité Me", le dit deuxième sta- tor étant solidaire de l'arbre de sortie du moteur à vis et tournant concentriquement par rapport au premier stator. Dans ce qui suit, le mode de réalisation préferé de l'invention est exposé plus en détails à l'aide de dessins dans lesquels: - la figure 1 représente une coupe longitudinale du moteur à vis selon l'invention. - la figure 2 représente une coupe transversale du moteur de la figure 1 par la ligne II-Il. - la figure 3 représente une coupe transversale du même mo- teur de la figure 1 par la ligne III-III. En se reportant aux figures 1, 2 et 3, on note que le moteur comporte en partant du haut: - un raccord 2 muni d'un filetage pour se connecter au train de tiges amenant la boue de forage - une gaine 1 venant se visser sur le raccord 2 - une butée 3, pour positionner les rotors 10 et 16 longi- tudinalement, percée d'orifices 4 pour le passage de la boue et d'une gorge circulaire 5 dans laquelle roule une bille 7 sur laquelle s'appuie le rotor 10. Cette butée 3 est maintenue en contact avec le rotor 10 par l'intermé- diaire du ressort 6 - un stator 8 à quatre filets en élastomère surmoulé dans un fourreau 9 -un rotor 10 à trois filets en acier dur terminé par une bride Il -un rotor 16 à deux filets terminé par une bride 12 atta- chée à la bride 1il par des boulons 13 de telle sorte que les axes des rotors soient confondus - un stator 14 à trois filets en élastomère surmoulé dans un fourreau 15 dont la partie inférieure vient se visser sur le raccord 26 - un palier 17 en élastomère surmoulé dans un fourreau 18 comportant des rainures longitudinales 20 et un filtre 19 à sa partie supérieure - un orifice 25 dans la gaine 1 - une butée 23 en matériau dur rapportée dans le raccord 26 et comportant une gorge circulaire 22 dans laquelle roule une bille 21 - un raccord 26 recevant la butée 23 et percé d'orifices 24 pour le passage de la boue - un arbre de sortie 27 comportant un épaulement 34 pour positionner longitudinalement la partie tournante du moteur venant se visser au raccord 26 - un ensemble de roulements 31, 32 et 35, pour maintenir l'arbre de sortie radialement et longitudinalement - un ressort 33 pour précharger les roulements 31 et 32 - un ensemble cylindre 29, piston 28 et ressort 30, ainsi qu'un jeu de joints à chevrons 37 pour maintenir les roule- ments dans de la graisse injectée par l'orifice 36 -une entretoise 38 entre les deux roulements 31 et 32 -un raccord 39 pour connecter le trépan La boue de forage arrivant par le raccord supérieur 2 entraîne le rotor 10 dans une rotation sur lui-même et dans une rotation inverse autour de l'axe du stator 8 par la création continue de chambres isolées entre elles et sou- mises à des pressions différentes. Le stator 8 ayant quatre filets et le rotor 10 trois filets, celui-ci fait un tour sur lui-même quand son centre fait trois tours autourL du centre du stF tcr 8 avec ur- - centricité "e" telle que: e = D, DI étant le diamètre primo:tif dL rCotc. Le rotor 16 a deu, filets et le stator 14 a trois filets le diamètre pri itif D'du rotor 16 est tel que e = iy, =à'/6> donc DX =2/8 D, Ceci permet au stator 14 de rester centré sur le stator 8 lorsque les deux rotors tournent sous l'effet de la boue. Le rotor 16 tourne par rapport au stator 14 d'un demi-tour lorsque son centre tourne d'un tour autour de l 'axe du sta- tor 14. Celui-ci tourne donc en sens inverse de * tour par rapport au rotor 16 donc au rotor 10 qui lui est atta- ché. Le stator 14 tourne donc par rapport au stator 8 et sur le m'me axe de: ( I'tour - 1/3tour)*Z/-= I/JtoLur Le stator 14 est attaché à l'arbre de sortie par le raccord 26 et peut donc transmettre directement cette rota- tion au trepan sans passer par le double joint de cardan hab i tuel. Le stator 14 étant de diamètre inférieur au stator , on peut placer sur toute sa périphérie un palier 17 du type utilisé sur les lignes d'arbre des navires.Ce palier 17 es t lubrifié et refroidi par dE la boue qui cirule à travers des rainures longitudinales 20. La circulation de boue est obtenue par un orifice calibré dans la gaine 1 et son débit est fonction de la diffèrence de pression entre l'entrée du deuxième moteur et l'e:xtérieur de la gaine. Four limiter l'abrasion du palier 17 et éviter l'obstruction de l'ori- fice 25, un filtre 19 est placé à l'entrée du palier 17. L'ensemble des rotors 10 et 16 est soumis à une poussée 3:0 longitudinale qui est contrebalancée par une butée à bille constituée de la bille 21 et de son support 23. A la partie supérieure, un montage identique 3 et 7 permet de limiter le déplacement longitudinal des rotors, les butées étant maintenues au contact des rotors par le ressort 6. Le raccord 26 est vissé sur l'arbre 27 lui-m'ame vissé sur un raccord d'usure 39 recevant le trépan. L'arbre 27 est muni d'un épaulement 34 sur lequel viennent s'appuyer deux roulements obliques 31 et 32 qui transmettent au corps du moteur la poussée due au poids sur l'outil et celle due à la chute de pression à travers le moteur et le trépan. Un ressort 33 permet d'appliquer une précharge sur ces roule- ments. Pour permettre un bon fonctionnement des roulements, ceux-ci sont placés dans de la graisse injectée par l'ori- fice 36. Cette graisse est mise en légère surpression par rapport à la boue par un piston 28 coulissant dans le cy- lindre 29 et comprimé par le ressort 30. A la partie infé- rieure un joint à chevron, du type utilisé dans les têtes d'injection de boue, isole les roulements de la boue exté- rieure. Un roulement à rouleau 35 limite l'excentration de l'arbre 27 par rapport à la gaine 1 pour un bon fonction- nement du joint 37. Bien entendu l'invention ne se limite pas aux seuls mo- des de réalisation decrits. Des variantes peuvent y être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. On peut ainsi modifier le nombre de dents des stators, le type de paliers et de butées ainsi que de joints et leur disposition. 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