Brevet FR2905427A1 — publié le 20080307

La présente invention est relative à un moteur linéaire pouvant faire avancer pas à pas une tige, sans aucune limitation autre que la longueur de ladite tige. Le moteur linéaire selon la présente invention est constitué par un cylindre traversé de part en part par une tige coulissant à l'intérieur de ce cylindre. Ce dernier comportant d'une part une chambre remplie d'un fluide sous pression qui provoque une déformation élastique de la paroi interne du cylindre en contact avec la tige, ce qui provoque une immobilisation de celle-ci par serrage ; d'autre part une chambre annulaire dans laquelle peut se déplacer une chemise entourant la tige, cette chemise comportant une chambre remplie d'un fluide sous pression provoquant, par déformation élastique, le serrage de ladite chemise mobile sur la tige ; des moyens hydrauliques permettant de desserrer alternativement les moyens de serrage par contre-pression. Selon une première variante de réalisation, les deux chambres de serrage remplies d'un fluide sous pression sont des chambres étanches remplies en permanence d'un gaz sous pression. Selon une deuxième variante de réalisation, les deux chambres de serrage sont reliées à des moyens de distribution hydrauliques permettant de les mettre ou non en pression. L'invention concerne également un procédé permettant de déplacer pas à pas une tige en mettant en oeuvre les moyens décrits ci-dessus consistant à réaliser de façon répétitive le cycle d'opérations suivantes : dans un premier temps, la tige est immobilisée par les deux moyens de serrage ; dans un deuxième temps, la tige demeurant immobilisée par le premier moyen de serrage, le second moyen de serrage se trouvant dans la chemise mobile est relâché et est déplacé le long de la tige ; dans un troisième temps, la chambre mobile est à nouveau serrée sur la tige ; 2905427 2 dans un quatrième temps, le premier moyen de serrage est relâché et la chemise mobile, qui est serrée sur la tige, est déplacée par le liquide hydraulique à la manière d'un piston, ce qui provoque un déplacement de la tige ; 5 dans un cinquième temps, les deux moyens de serrage immobilisent la tige ; les pièces se trouvant dans leur position initiale. Le cycle est ensuite répété à volonté. A titre d'exemple non limitatif et pour faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté aux dessins annexés : 10 Figures la à le : cinq vues représentant les diverses phases de fonctionnement du moteur selon l'invention ; Figure 2 : une vue d'une variante du dispositif de la figure 1. En se reportant à la figure 1 (la à le), on voit que le moteur linéaire permettant un fonctionnement dans les deux sens, selon l'invention est 15 constitué par un cylindre 2, traversé de part en part par une tige cylindrique 1. Le cylindre 2 comporte une portion 20, dans laquelle se trouve une chambre étanche 21, remplie en permanence par un gaz, de préférence un gaz neutre, sous pression. Ce gaz sous pression provoque une déformation élastique de la paroi du 20 cylindre 2, comprise entre la chambre 21 et la tige 1. Cette déformation élastique provoque un effort de serrage sur la tige 1 et immobilise celle-ci. Le cylindre 2 comporte une deuxième portion 3, comportant une chambre annulaire 30, dans laquelle est disposée une chemise cylindrique 32 25 entourant la tige 1. La longueur de la chemise 32 est inférieure à celle de la chambre annulaire 30. 2905427 3 Dans la paroi de la chemise 32 est disposée une chambre étanche 31, remplie en permanence par un gaz, de préférence un gaz neutre, sous pression. De façon analogue à ce qui a été décrit précédemment au sujet de la 5 chambre 21, le gaz sous pression de la chambre 31 provoque une déformation élastique de la paroi de la chambre 32, comprise entre la chambre 31 et la tige 1. Cette déformation élastique provoque un serrage de la chemise 32 sur la tige 1. 10 Ainsi, sur la figure la, la tige 1 est serrée à la fois par la déformation de la chambre 21 et celle de la chambre 31 : aucun mouvement de la tige 1 ni de la chemise 32 n'est possible (phase 1). A noter qu'à une de ses extrémités la chambre annulaire 30 est en communication avec une conduite hydraulique 4 et que la paroi de la chemise 15 32, en contact avec la tige 1 est munie d'une rainure en spirale 33 qui communique avec la pression hydraulique alimentée par la conduite 4. A son autre extrémité la chemise 32 est muni de joints d'étanchéité 34. La partie arrière de la chambre annulaire 30 communique avec une conduite hydraulique 5. 20 Sur la figure la, les conduites 4 et 5 n'étant pas alimentées en liquide sous pression, aucun mouvement ni de la tige 1 ni de la chemise 32 n'est possible. La figure lb illustre la phase 2. La conduite 4 est alimentée en liquide hydraulique sous pression, cette 25 pression étant plus élevée que celle régnant dans la chambre 31. Le liquide hydraulique sous pression a deux effets : d'une part en passant par les rainures 33 il constitue une contre-pression antagoniste qui annule l'effort de serrage de la chemise 32 sur la tige 1 par le gaz sous pression contenu dans la chambre 31 de la chemise 32 ; d'autre part il 2905427 4 repousse ladite chemise 32 vers l'autre extrémité de la chambre 30, à la manière d'un piston. La tige 1 est toujours immobilisée par le serrage exercé par le gaz sous pression de la chambre 21 ; mais la chemise 32 s'est déplacée de la course L le 5 long de la tige 1. La figure 1c illustre la troisième phase. La pression hydraulique dans la conduite 4 est annulée et il en résulte que la chemise 32 est à nouveau serrée sur la tige 1. La figure 1d illustre la quatrième phase. 10 Les conduites 5 et 6 sont alors alimentées en liquide hydraulique sous pression. Le liquide hydraulique arrivant par la canalisation 6 pénètre dans une rainure en spirale 22 ménagée dans la paroi séparant la chambre 21 de la tige 1, de façon analogue à la rainure 33, précédemment décrite. 15 De façon analogue à ce qui a été décrit en relation avec la rainure 33, le liquide hydraulique sous pression dans la rainure 22 exerce une contre-pression qui annule l'effort de serrage produit par le gaz sous pression se trouvant dans la chambre 21. Le liquide hydraulique sous pression arrivant par la canalisation 5, 20 pénètre dans la chambre 30 et repousse la chemise 32, à la manière d'un piston. Comme la chemise 32 est serrée sur la tige 1 et que le serrage de la chambre 21 est annulé par la contre-pression hydraulique arrivant par la canalisation 6, la tige 1 est entraînée par la chemise 32, de la longueur L, 25 correspondant à la course de la chemise. La figure le illustre la cinquième phase. Pour cette phase toutes les alimentations hydrauliques sont coupées ; les pièces se retrouvent dans la position de la figure la, si ce n'est que la tige 1 s'est déplacée de la longueur L. 2905427 5 On peut alors reprendre le cycle : à chaque cycle la tige se déplace de la longueur L, pas à pas. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1 la tige 1 se déplace dans une seule direction, représentée par la flèche F aux figures 1d et 5 le. Pour que la tige 1 puisse se déplacer dans les deux sens il suffit, comme cela est représenté à la figure 2 de disposer deux dispositifs comme celui de la figure 1 en position symétrique inverse. A la figure 2 les mêmes éléments portent les mêmes références. 10 On voit que si on alimente en liquide hydraulique sous pression les conduites 4, 6 et 5', les efforts de serrage seront annulés en 31, 21, que la chemise 32' sera toujours serrée sur la tige 1 et sera repoussée vers la gauche, sur la figure 2, par le liquide hydraulique arrivant par la canalisation 5'. Le moteur représenté à la figure 2 peut donc fonctionner dans les deux 15 sens. Le dispositif selon la présente invention peut être utilisé pour des applications très variées telles que : enfoncement ou extraction de tubes pétroliers ; guidage d'outils de forage ; guidage d'outils de mesure ; vérin à très grande course logé dans un encombrement réduit ; moteur linéaire ; cette 20 énumération n'étant nullement limitative. Dans les exemples représentés aux figures 1 et 2, les chambres 21 et 31 sont des volumes clos, étanches, remplis d'un gaz neutre sous pression. Il serait cependant possible, bien que plus complexe, d'alimenter lesdites chambres 21 et 31 par du liquide hydraulique de façon à les mettre à volonté 25 sous pression et/ou hors pression. Dans un tel cas les rainures spirales 23 et 33 ne sont plus nécessaires pour exercer une contre-pression antagoniste. REVENDICATIONS 1- Moteur linéaire pouvant faire avancer pas à pas une tige (1) sans aucune limitation autre que la longueur de ladite tige (1) constitué par un cylindre (2) traversé de part en part par une tige (1) coulissant à l'intérieur de ce cylindre (2), ce dernier comportant : d'une part une chambre (21) remplie d'un fluide sous pression, qui provoque une déformation élastique de la paroi interne dudit cylindre (2) en contact avec la tige (1), ce qui provoque une immobilisation de celle-ci par serrage ; d'autre part une chambre annulaire (30) dans laquelle peut se déplacer une chemise (32) entourant la tige (1), cette chemise (32) comportant une chambre (31) remplie d'un fluide sous pression provoquant, par déformation élastique de la paroi en contact avec la tige (1), le serrage de ladite chemise (32) sur la tige (1) ; et des moyens de serrage permettant ainsi de déplacer la chemise (32) à la manière d'un piston lorsque ladite chemise (32) est serrée sur la tige (1), de façon à entraîner cette dernière. 2- Moteur linéaire selon la revendication 1 dans lequel les chambres de serrage (21, 31) sont des volumes clos, étanches, remplis de gaz neutre sous pression. 3- Moteur linéaire selon la revendication 2 dans lequel les parois séparant lesdites chambres de serrage (21, 31) sont munies de rainures spiralées (23, 33) de sorte que le liquide hydraulique sous pression puisse s'y immiscer et exercer ainsi un contre-effort antagoniste annulant l'effet de serrage du gaz sous pression. 4- Moteur linéaire selon la revendication 1 dans lequel les chambres de serrage (21, 31) sont alimentées en liquide hydraulique de façon à pouvoir être mises, à volonté, sous pression ou hors pression ; de façon à exercer ou non un effort de serrage sur la tige. 5- Moteur linéaire selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la chambre annulaire (30) dans laquelle se déplace la chemise mobile faisant piston (32) communique, à une de ses extrémités, avec une conduite hydraulique (4) et, à son autre extrémité, avec une autre conduite hydraulique (5). 6 2905427 7 6- Moteur linéaire selon la revendication 3 dans lequel la paroi du cylindre (2) en contact avec la tige (1) et comprise entre cette tige (1) et la chambre (21) remplie de gaz sous pression est munie d'une rainure en spirale (23) par laquelle le liquide hydraulique sous pression en provenance de la 5 conduite (6) vient entre la tige (1) et la paroi en contact avec la tige (1) de façon à créer une contre-pression antagoniste, qui annule l'effort de serrage de la partie (20) du cylindre (2) sur la tige (1). 7- Moteur linéaire selon les revendications 1, 5 et 6 dans lequel la pression hydraulique arrivant par la canalisation (5) provoque le déplacement 10 de la chemise mobile (32) faisant piston, à l'intérieur de la chambre annulaire (30). 8- Moteur linéaire selon la revendication 7 dans lequel la pression hydraulique n'alimente la conduite (5) que lorsque la conduite (6) est alimentée, ce qui provoque l'annulation du serrage de la tige (1) par le gaz sous pression 15 et permet donc le déplacement de la tige (1) entraînée par la chemise mobile (32) faisant piston. 9- Moteur linéaire selon les revendications 1 à 8 comprenant deux dispositifs en position symétrique inverse afin de pouvoir déplacer la tige (1) dans les deux sens. 20 10- Procédé de mise en oeuvre du moteur linéaire selon les revendications précédentes consistant à réaliser de façon répétitive le cycle d'opérations suivantes : ^ dans un premier temps, la tige est immobilisée par les deux moyens de serrage ; 25 ^ dans un deuxième temps, la tige est immobilisée par le premier moyen de serrage, le second moyen de serrage se trouvant dans la chemise mobile est relâché et est déplacé le long de la tige ; ^ dans un troisième temps, la chambre mobile est à nouveau serrée sur la tige ; 2905427 8 ^ dans un quatrième temps, le premier moyen de serrage est relâché et la chemise mobile, qui est serrée sur la tige, est déplacée par le liquide hydraulique à la manière d'un piston, ce qui provoque un déplacement de la tige ; 5 ^ dans un cinquième temps, les deux moyens de serrage immobilisent la tige ; les pièces se trouvant dans leur position initiale. Le cycle étant ensuite répété à volonté.