Brevet FR2603572A1 — publié le 19880311

"Ensemble de commande pour treuil" La présente invention concerne d'une manière générale la commande d'un treuil, et elle vise plus particulièrement, mais non nécessairement exclusivement, le cas où il s'agit du treuil équipant une installation de forage. D'une manière générale, un treuil a pour fonction d'assurer le contrôle d'une charge suspendue à un câble enroulé sur son tambour. S'agissant d'une installation de forage, cette charge est par exemple constituée par un train de tiges à descendre ou à remonter. L'ensemble de commande mis en oeuvre à cet effet comporte, usuellement, d'une part un groupe moteur, et d'autre part des moyens de freinage. Le groupe moteur, qui sera dit ci-après, par simple commodité, groupe moteur de puissance, est usuellement constitué par un moteur à courant continu. Quoi qu'il en soit, son arbre est susceptible d'être calé en rotation sur celui du tambour du treuil, sous le contrôle d'un embrayage. Corollairement, les moyens de freinage associés comportent, par exemple, d'une part un frein électromagnétique, et d'autre part un frein à friction. Le frein électromagnétique est usuellement un frein à courants de FOUCAULT. Monté en bout de l'arbre du tambour du treuil, il présente une action progressive à partir d'un couple de ralentissement nul. Mais il est long à être efficace. Et, du fait même de son principe d'intervention, il cesse d'être actif pour les faibles vitesses de rotation. Plutôt que d'un frein, il s'agit donc d'un simple ralentisseur, et, de fait, il peut indifféremment être remplacé par un ralentisseur hydraulique. Le frein à friction, quant à lui, est usuellement soit un frein à bande, soit un frein à disque. Dans l'un et l'autre cas, il est le plus souvent l'objet d'un effet d'auto-serrage, dont il résulte un manque de progressivité, et même de continuité, pour les valeurs de couple et/ou de vitesse faibles. A la descente, le treuil est entraîné par la charge, seuls intervenant, pour la retenue de celle-ci, les moyens de freinage de son ensemble de commande cependant que le groupe moteur de puissance que comporte celui-ci se trouve mis hors service par l'embrayage qui lui est associé, celui-ci étant à cet effet placé en position de désengagement. A la montée, au contraire, le treuil est entraîné de manière positive par le groupe moteur de puissance. Partant d'une position de blocage à vitesse de rotation nulle assurée par le frein à friction, il faut, pour ce faire, placer en position d'engagement l'embrayage, puis relâcher le frein à friction. I1 résulte de ce qui précède, manque d'efficacité du ralentisseur et manque de progressivité et de continuité du frein à friction aux vitesses de rotation faibles, que l'enchaînement de ces actions conduit en pratique à de très fortes discontinuitésdans les couples appliqués à l'arbre du tambour du treuil. De ce fait, il est très difficile, sinon impossible, d'avoir à ce jour un contrôle fin et continu de la vitesse au voisinage du zéro, de part et d'autre de celui-ci. Autrement dit, il est très difficile, à ce jour, partant d'une position d'arrêt, d'appliquer à la charge, de manière bien contrôlée, de petits mouvements de descente ou de montée de part et d'autre de cette position d'arrêt. Or, notamment pour favoriser une mécanisation des opérations à effectuer sur la charge lors d'un tel arrêt, il peut au contraire être souhaitable de pouvoir en affiner, par de petits mouvements de descente ou de montée, la position. Autrement dit, il peut être souhaitable de pouvoir disposer d'un contrôle fin et continu de la vitesse de cette charge au voisinage du zéro, de part et d'autre de celui-ci. Pour les raisons exposées, le ralentisseur et le frein à friction sont, à cet égard, inopérants. On peut par contre songer à ne faire intervenir que le seul groupe moteur de puissance, celui-ci assurant alors tant l'entraînement de la charge à la montée que sa retenue à la descente, et devant de ce fait être susceptible de tourner dans l'un et l'autre sens. Mais, dans les ensembles de commande usuellement établis à ce jour, il n'est pas prévu d'adapter en conséquence la transmission de puissance correspondante, ni d'assurer de manière convenable, au moins au-delà d'un certain seuil, la dissipation de l'énergie renvoyée vers le groupe moteur de puissance à la descente. La présente invention a d'une manière générale pour objet une disposition apte à permettre d'obvier de maniere très simple et efficace à ces difficultés et conduisant en outre à d'autres avantages. De manière plus précise, elle a pour objet un ensemble de commande pour treuil du genre comportant, d'une part, un groupe moteur de puissance, dont l'arbre est susceptible d'être calé en rotation sur celui du tambour du treuil, sous le contrôle d'un embrayage, et, d'autre part, un ralentisseur, qui est également susceptible d'intervenir sur la vitesse de rotation dudit tambour, cet ensemble de commande étant d'une manière générale caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un groupe moteur auxiliaire susceptible d'intervenir par l'intermédiaire d'une transmission présentant trois arbres de rotation, dont un est calé en rotation sur l'arbre du tambour du treuil, tandis qu'un autre est calé en rotation sur l'arbre du ralentisseur et que le troisième est calé en rotation sur l'arbre dudit groupe moteur auxiliaire. Par exemple, la transmission mise en oeuvre pour l'intervention, suivant l'invention, d'un groupe moteur auxiliaire, peut être une tranmission à planétaire, porte-satellites et couronne extérieure ; en variante, il peut s'agir d'un simple différentiel. Quoi qu'il en soit, par blocage ou non de l'un ou l'autre de ses arbres, plusieurs configurations différentes d'intervention peuvent être obtenues. Pour l'une d'elles, correspondant à la mise hors service du groupe moteur auxiliaire, seul intervient, de manière usuelle, le ralentisseur, mais avec un rapport de tranmission, qui, suivant les applications, peut avantageusement être un rapport réducteur ou un rapport multiplicateur, et qui peut donc avantageusement être choisi de manière à favoriser par exemple l'efficacité de ce ralentisseur ou la mise en oeuvre d'un ralentisseur de volume moindre. Selon une deuxième configuration, qui correspond plus précisément au but premier directement poursuivi, c'est le ralentisseur qui, au contraire, est mis hors service. Dans un tel cas, le tambour du treuil se trouve sous le contrôle du seul groupe moteur auxiliaire, avec les performances dues à la propre régulation de celui-ci. I1 peut donc être fait en sorte que ce groupe moteur auxiliaire soit en mesure d'intervenir dans l'un et l'autre des sens de rotation. Ainsi un contrôle fin et continu de la vitesse de rotation au voisinage du zéro et de part et d'autre de celui-ci peut très simplement être obtenu. En pratique, le contrôle correspondant se limitant aux très faibles vitesses de rotation, les puissances en jeu restent relativement modestes, en sorte que la puissance du groupe moteur auxiliaire à mettre en oeuvre peut n'être avantageusement qu'une fraction de celle du groupe moteur de puissance. La mise en oeuvre de ce groupe moteur auxiliaire n'entraîne donc avantageusement qu'un surcoût d'investissement très modéré. I1 en est en d'autant plus ainsi qu'il n'impose, pour sa mise en oeuvre, que l'intervention d'une transmission susceptible de s'insérer très facilement entre le tambour du treuil et le ralentisseur, et que, s'agissant par exemple de l'équipement d'une installation déjà existante, il n'en résulte dès lors pas de modification notable pour une telle installation. Suivant une troisième configuration possible de la transmission par l'intermédiaire de laquelle intervient ainsi le groupe moteur auxiliaire mis en oeuvre suivant l'invention, ce groupe moteur auxiliaire est en service simultanément avec le ralentisseur. Mais, compte tenu du rapport de transmission correspondant, il peut avantageusement être fait en sorte qu'il accroisse alors la vitesse de rotation du ralentisseur, et, partant, le couple de ralentissement qu'il développe, et donc son efficacité. Le ralentisseur étant ainsi avantageusement susceptible, même pour une vitesse de rotation nulle du tambour du treuil de développer un couple de ralentissement correspondant à la charge à retenir, et le groupe moteur auxiliaire prenant alors appui sur lui, il suffit, pour que la charge monte, d'accroître la vitesse de rotation de ce groupe moteur auxiliaire, et, pour qu'elle descende, de réduire cette vitesse de rotation. Comme précédemment, un contrôle fin et continu de la vitesse de rotation du tambour du treuil au voisinage du zéro et de part et d'autre de celui-ci est obtenu. En outre, aucune intervention du frein à friction n'est alors avantageusement nécessaire. Autrement dit, en permettant, dans ce cas, de maintenir les effets du ralentisseur même à une vitesse de rotation nulle pour le tambour du treuil, le groupe moteur auxiliaire mis en oeuvre suivant l'invention permet avantageusement de n'utiliser que ce seul ralentisseur pour le contrôle de la charge, avec les avantages de progressivité et de continuité qui lui sont attachés. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels la figure 1 est un bloc diagramme d'un ensemble de commande pour treuil suivant l'invention la figure 2 est, partie en vue latérale, et en partie en coupe axiale, une vue de la transmission que comporte, suivant l'invention, pour l'intervention d'un groupe moteur auxiliaire, cet ensemble de commande la figure 3 est une vue partielle en élévation-coupe de cette transmission, suivant la ligne III-III de la figure 2 la figure 4 est un bloc diagramme analogue à celui de la figure 1, pour une variante de mise en oeuvre de l'ensemble de commande concerne. Tel qu'illustré sur ces figures, et notamment sur la figure 1, il s'agit, globalement, d'assurer le contrôle du tambour 10 d'un quelconque treuil de levage. L'ensemble de commande mis en oeuvre à cet effet comporte, de manière connue en soi, d'une part un groupe moteur de puissance 11, dont l'arbre 12 est susceptible d'être calé en rotation sur celui 13 du tambour 10, sous le contrôle d'un embrayage 14, et, d'autre part, un ralentisseur 16, qui est également susceptible d'intervenir sur la vitesse de rotation dudit tambour 10. En pratique, le groupe moteur de puissance Il comporte un moteur électrique à courant continu 17. Sa puissance est par exemple de l'ordre de 1500 CV. Dans la forme de mise en oeuvre illustrée à la figure 1, le ralentisseur 16 est un frein électromagnétique à courants de FOUCAULT. Mais il peut aussi bien s'agir d'un ralentisseur hydraulique. Enfin, et de manière connue en soi, il est associé, au tambour 10 du treuil de levage concerné, un frein à friction 18. Il peut s'agir, par exemple, d'un frein à bande ou d'un frein à disque. Ces dispositions étant bien connues par elles-mêmes, et ne faisant pas en soi partie de la présente invention, elles ne seront pas décrites plus en détail ici. Suivant l'invention, l'ensemble de commande mis en oeuvre comporte en outre un groupe moteur auxiliaire 20 susceptible d'intervenir par l'intermédiaire d'une transmission 21 présentant trois arbres de rotation A, B, C, dont un est calé en rotation sur l'arbre 13 du tambour 10, tandis qu'un autre est calé en rotation sur l'arbre 22 du ralentisseur 16 et que le troisième est calé en rotation sur 1 t arbre 29 du groupe moteur auxiliaire 20. Par exemple, et tel que représenté, la transmission 21 par laquelle intervient le groupe moteur auxiliaire 20 est une transmission à planétaire 23A, d'arbre A, porte-satellites 23B, d'arbre B, et couronne extérieure 23C, d'arbre C supposé confondu avec elle-même. Il s'agit donc, dans ce cas, d'une transmission mécanique à trains épicycloidaux. Une réalisation pratique d'une telle transmission 21 est représentée, à titre d'exemple, sur les figures 2, 3. L'ensemble est logé dans un carter 24 auquel, tel que schématisé en traits interrompus, peut être accolée pour la desserte de son volume interne, une pompe à huile 25. Sur l'arbre A du planétaire 23A, qui est centré sur le carter 24, est calé en rotation, à l'extérieur de ce carter 24, un disque 26 propre à en permettre, si désiré, par un dispositif de commande 37 approprié, le blocage en rotation. L'arbre A du planétaire 23A sert également au centrage du porte-satellites 23B. Sur ce dernier sont montés rotatifs, chacun individuellement, en engrenant avec le planétaire 23A, et en étant régulièrement répartis circulairement autour de l'axe de l'ensemble, une pluralité de pignons satellites 27. Par sa périphérie interne, la couronne extérieure 23C engrène avec ces pignons satellites 27, et, par sa périphérie externe, elle engrène avec une vis tangente 28 calée en rotation sur l'arbre 29 du groupe moteur auxiliaire 20. De préférence, mais non nécessairement obligatoirement, ce groupe moteur auxiliaire 20 est apte à intervenir dans l'un et l'autre des sens de rotation. Dans la forme de réalisation représentée, il est simplement constitué par un moteur électrique dont la vitesse peut varier entre par exemple O et 3000 t/mn dans l'un et l'autre sens. Suivant un aspect de l'invention, la puissance du groupe moteur auxiliaire 20 ainsi constitué n'est qu'une fraction de celle du groupe moteur de puissance 11. En pratique, cette fraction est inférieure à 1/3. Par exemple, pour la constitution du groupe moteur auxiliaire 20, un moteur électrique de 150 kW peut être suffisant. Quoi qu'il en soit, la couronne extérieure 23C de la transmission 21 peut être bloquée en rotation dans le carter 24, soit que le moteur constituant le groupe moteur auxiliaire 20 soit mis en oeuvre à cet effet, soit qu'il soit prévu pour ce faire un dispositif de verrouillage particulier, non représenté, pour limiter les efforts correspondants sur la vis tangente 28. Suivant une forme de mise en oeuvre possible, illustrée par les figures 1 à 3, le planétaire 23A de la transmission 21 par laquelle intervient le groupe moteur auxiliaire 20 mis en oeuvre suivant l'invention est calé en rotation, par son arbre A, sur l'arbre 22 du ralentisseur 16, son porte-satellites 23B est calé en rotation, par son arbre B, sur l'arbre 13 du tambour 10 du treuil de levage concerné, et sa couronne extérieure 23C est, comme décrit ci-dessus, calé en rotation sur l'arbre 29 du groupe moteur auxiliaire 20. Ainsi qu'on le notera, dans la forme de réalisation représentée, les arbres A, B de la transmission 21 forment en fait des moyeux relativement massifs, chacun d'eux présentant axialement un alésage conique borgne 30 propre à en permettre l'emmanchement sur l'arbre 22, 13 concerné, un clavetage, non visible sur les figures, étant conjointement prévu pour le calage en rotation de l'ensemble. Ainsi qu'on le notera également, cette transmission 21 ne présente axialement qu'un encombrement très réduit, ce qui facilite son insertion entre ces arbres 22, 13, en bout de ceux-ci, même dans une installation préexistante. S'agissant du treuil de levage d'une installation de forage, trois types de fonctionnement peuvent dès lors, par exemple, être envisagés. En cours de forage, ce qui correspond à une vitesse de descente lente et à des efforts moyens pouvant se perpétuer pendant une durée relativement très importante, le planétaire 23A est, par le dispositif 37, bloqué en rotation, ce qui met hors service le ralentisseur 16. Le mouvement de rotation du tambour 10 du treuil concerné est dès lors contrôlé par le seul groupe moteur auxiliaire 20. Pour une manoeuvre de montée ou de descente du train de tiges exécutée à vitesse élevée, comme cela est le cas pour la majeure partie d'une telle manoeuvre, la couronne extérieure 23C de la transmission 21 est au contraire bloquée en rotation, ce qui met hors service le groupe moteur auxiliaire 20. Seul intervient alors le ralentisseur 16, dont l'efficacité, aux vitesses de rotation pratiquées, est précisément maximale. Pour une manoeuvre exécutée au contraire à vitesse lente et à charge réduite, comme cela est le cas lorsqu'il s'agit simplement d'ajuster la position du train de tiges de part et d'autre d'une position d'arrêt de celui-ci, l'ensemble de la transmission 21 est libéré. C'est dès lors le groupe moteur auxiliaire 20 mis en oeuvre suivant l'invention qui assure le contrôle fin et continu du réglage de position correspondant, en prenant appui sur le ralentisseur 16. Bien entendu, entre les divers constituants concernés , et suivant les applications visées, toutes les permutations sont envisageables. Par exemple, suivant la forme de mise en oeuvre illustrée par la figure 2, le planétaire 23A de la transmission 21 est calé sur l'arbre 13 du tambour 10 du treuil de levage concerné, son porte-satellites 23B est calé sur l'arbre 22 du ralentisseur 16, qui est par exemple dans ce cas un ralentisseur hydraulique, et sa couronne extérieure 23C, qui forme par elle-même l'arbre C correspondant, est, comme précédemment, par l'intermédiaire d'une vis tangente 28, calée sur l'arbre 29 du groupe moteur auxiliaire 20. La présente invention ne se limite d'ailleurs pas aux formes de mise en oeuvre décrites et représentées, mais englobe toute variante. Elle ne se limite d'ailleurs pas non plus au cas où la transmission par laquelle intervient le groupe moteur auxiliaire est, comme plus particulièrement décrit, une transmission à trains épicycloidaux. Il pourrait s'agir aussi bien par exemple d'un simple différentiel et, plus précisément, d'un simple différentiel à pignons coniques. De même, au lieu de se réduire à un simple moteur électrique, le groupe moteur auxiliaire mis en oeuvre suivant l'invention pourrait comporter, outre un tel moteur, ou un quelconque autre moteur, un variateur de vitesse. REVENDICATIONS 1. Ensemble de commande pour treuil, du genre comportant, d'une part, un groupe moteur de puissance (11), dont l'arbre (12) est susceptible d'être calé en rotation sur celui (13) du tambour.(10) du treuil, sous le contrôle d'un embrayage (14), et, d'autre part, un ralentisseur (16j, qui est également susceptible d'intervenir sur la vitesse de rotation dudit tambour (10), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un groupe moteur auxiliaire (20) susceptible d'intervenir par l'intermédiaire d'une transmission (21) présentant trois arbres de rotation (A, B, C) dont un est calé en rotation sur l'arbre (13) du tambour (10) du treuil, tandis qu'un autre est calé en rotation sur l'arbre (22) du ralentisseur (16) et que le troisième est calé en rotation sur l'arbre (29) dudit groupe moteur auxiliaire (20). 2. Ensemble de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission (21) par laquelle intervient le groupe moteur auxiliaire (20) est une tranmission à planétaire (23A), porte-satellites (23B) et couronne extérieure (23C). 3. Ensemble de commande suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le planétaire (23A) de la transmission (21) par laquelle intervient le groupe moteur auxiliaire (20) est calé sur l'arbre (22) du ralentisseur (16), son porte-satellites (23B) sur l'arbre (13) du tambour (10) du treuil, et sa couronne extérieure (23C) sur l'arbre (29) dudit groupe moteur auxiliaire (20). 4. Ensemble de commande suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le planétaire (23A) de la transmission (21) par laquelle intervient le groupe moteur auxiliaire (20) est calé sur l'arbre (13) du tambour (10) du treuil, son porte-satellites (23B) sur l'arbre (22) du ralentisseur (16), et sa couronne extérieure (23C) sur l'arbre (29) dudit groupe moteur auxiliaire (20). 5. Ensemble de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce quc la transmission (21) par laquelle intervient le groupe moteur auxiliaire (20) est un différentiel. 6. Ensemble de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la puissance du groupe moteur auxiliaire (20) n'est qu'une fraction de celle du groupe moteur de puissance (11). 7. Ensemble de commande suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite fraction est inférieure à un tiers. 8. Ensemble de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le groupe moteur auxiliaire (20) est apte à intervenir dans l'un et l'autre des sens de rotation. 9. Ensemble de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le groupe moteur auxiliaire (20) comporte un moteur électrique suivi d'un variateur.