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La présente invention a pour objet des outils de forage -,rotatifs à grande profondeur du type dans lequel le fleuret ro- tatif est fixé à une tête foreuse munie d'un moteur rotatif pneumatique, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un mé- canisme démultiplicateur, cette tête foreuse étant fixée à un tube guide fixe usuel composé d'un certain nombre d'éléments de tube réunis ensemble.
Le but de l'invention est de fournir un outil de forage actionné par gaz comprimé dans lequel le gaz sous pression (généralement de l'air comprimé), outre qu'il actionne le mo-
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teur rotatif actionnant le fleuret, est amené en un excès tel qu'en revenant à la surface, en dehors du tuyau d'amenée d'aire il soit capable d'entraîner les matériaux extraits.
Un autre but de l'invention est de fournir des moyens pour détourner directement vers le fleuret rotatif une partie du gaz comprimé, ou une quantité de gaz supplémentaire, et pour mélanger ce gaz avec le gaz d'échappement du moteur avant qu'il n'atteigne le fleuret, afin d'éjecter les matériaux extraits avec une force suffisante, hors du fond du trou, et de les faire monter le long de la surface extérieure du tube guide
D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-après, considérée parallèlement au dessin ci-joint.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une première @ forme de réalisation d'une tête foreuse rotative utili- sant un moteur pneumatique à ailettes rotatives accouplé au fleuret par l'intermédiaire d'un mécanisme démultiplicateur épicycloïdal.
Les figures 2,3 et 4 sont des coupes transversales suivant les lignes II-II, III-III et IV-IV de la figure 1.
La figure 5 est une coupe longitudinale d'une deuxième forme de réalisation d'une tête foreuse rotative utilisant un type spécial de moteur à turbine radiale.
Les figures 6, 7 et 8 sont des coupes suivant les lignes VI-VI, VII-VII et VIII-VIII de la figure 5.
La tête foreuse 1 r.eprésentée sur les figures 1 à 4 comprend une enveloppe cylindrique de forme allongée formée de plusieurs parties reliées ensemble, par exemple vissées, et qui présente une ouverture d'entrée à son extrémité supérieure et au moins une ouverture de sortie à son extrémité inférieure.
L'ouverture supérieure d'entrée de l'enveloppe de tête foreuse est fixée hermétiquement et rigidement à l'extrémité de l'élé-
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ment inférieur 2 d'une ligne de tubes guides non rotatifs, dont 11 extrémité supérieure est reliée, par des moyens usuels, à une source de gaz (habituellement de l'air) sous pression (non représentée).
Dans la partie supérieure de l'enveloppe cylindrique 1 est monté un moteur rotatif à gaz comprimé, 4,qui, dans l'exemple représenté, est un moteur à déplacement rotatif, de construction connue, dont le rotor comprend un tambour ou moyeu 5 muni de fentes dans chacune desquelles une ailette ou un diaphragme est monté de manière à pouvoir coulisser. Le moyeu .2. est monté de manière à pouvoir tourner, en position coaxiale à l'enveloppe, dans des paliers 109 et 1105,et il est enfermé excentriquement , dans un cylindre 6, contre les parois intérieures duquel les ailettes 7 sont poussées par la force centrifuge quand le moteur tourne.
Le rotor 1 est relié au fleuret ( non représenté), par un mécanisme démultiplicateur 14, grâce à un arbre coaxial 15 muni d'un pignon d'extrémité 115 qui constitue le pignon primaire de ce-mécanisme démultiplicateur, lequel mécanisme est du type épicycloïdal dans le cas représenté et comprend trois satellites 17 engrenant avec le pignon 115 et avec une couronne dentée fixe 18. Les satellites 17 sont montés de manière à pou- voir tourner sur un plateau en forme de disque 16 capable de tourner et solidaire d'un arbre 19 auquel est fixé un engrenage planétaire 119. Ce dernier engrène avec plusieurs (par exemple quatre) satellites 20 montés sur un plateau tournant en forme de disque 21, et engrenant avec une couronne dentée fixe 22.
Le plateau en forme de disque 21 est muni d'une fusée 121 qui est accouplée, par exemple grâce à un manchon 23, avec l'axe creux du porte-fleuret. Le mécanisme démultiplicateur 14 est adapté dans une chambre fermée 24 et il est lubrifié par',l'huile.contenue dans un récipient fixe 26 qui est. traversé
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par l'arbre 15 et communique avec la chambre 24 par des trous
25.
L'air comprimé est amené au moteur 4; par le tube guide
2 qui s'ouvre dans une chambre 8 en haut de l'enveloppe 1, d'où l'air comprimé est conduit au moteur par des orifices d'ad- mission 9 pour sortir du moteur par des orifices d'échappement
10 et'arriver dans une chambre collectrice 11. Mais étant donné que le gaz comprimé sert aussi à éjecter vers la surface les matériaux extraits, le moteur est construit de telle porte que les gaz, à la sortie du moteur, possèdent encore une pression notable et, en outre, le rotor 5 possède une perforation axiale 105 dont l'entrée est munie d'une soupape 13 commandée par un régulateur centrifuge 12, le tout étant disposé de ma- nière à permettre un afflux substantiel d'air supplémentaire dans la chambre 11, directement à travers la perforation 105.
L'ensemble est construit de façon telle qu'il existe toujours, dans la chambre 11, un puissant souffle d'air. Cet air, qui comprend l'air d'échappement du moteur et l'air supplémentaire, est alors amené, par des conduits longitudinaux gz, dans une chambre 28 prévue au-delà du mécanisme démultiplicateur 14, et de laquelle il se rend, par des orifices 123 du manchon 23, dans la perforation de l'axe creux du porte-fleuret (non re- présenté), traversant alors cette perforation et éjectant ainsi loin du fleuret les matériaux extraits par forage rotatif, en les faisant monter le long de l'extérieur de la tête foreuse et du tube guide 2.
Ainsi, il est possible d'examiner à tout moment les matériaux extraits, entraînés par l'air à la surface du forage, afin de déterminer la nature du sol que l'on perfore, sans extraire de carotte, et en évitant que les matériaux extraits ne de soient mélangés à l'eau de lavage.
Suivant la forme de réalisation représentée sur les fi-
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gures 5 à 7, le moteur à gaz comprimé est une turbine radiale dans laquelle le rotor est adapté à l'extérieur et est muni de sorties axiales qui permettent l'expulsion de l'air à proxi- mité du fleuret.
La tête foreuse 1 est constituée dans le cas présent par un élément de liaison cylindrique creux 29 relié à l'extrémité du tube guide 2 et auquel la partie supérieure d'un axe creux fixe 30 est fixée coaxialement à la tête fo- reuse 1. Cet axe 30 est muni, à son extrémité inférieure 230, d'une soupape commandée par un régulateur centrifuge 46, et il est mis en communication avec le/tube guide grâce à une soupape de retenue 34 qui s'ouvre dans une chambre 35 dont la paroi inférieure est munie de plusieurs perforations 36 qui font communiquer ladite chambre avec la perforation axiale de l'axe 30.
Sur cet axe 30, un rotor 31 est monté de manière à pouvoir tourner sur des paliers 32, et des presse-étoupe 44 sont intercalés en,des points appropriés pour empêcher l'échappe- mentdu .gaz moteur sous pression. A l'extrémité inférieure du - rotor 31 est adapté un porte-fleuret 33.
Le rotor 31 est actionné par une turbine radiale compo- sée d'un empilage de disques de commande 38, avec des disques d'écartement 39 interposés, l'ensemble des disques 38 et 39 étant réuni de façon serrée entre eux et avec les autres parties du rotor 31(par exemple au moyen de tirants 40), et formant la roue de turbine proprement dite. Chacun. des disques de commande 33 présente essentiellement la forme représentée sur la figurer et comprend une couronne de fentes courbes à. peu près radiale 138, les parois courbes étant à peu près parallèles entre elles, ces fentes s'ouvrant au centre dans une perforation centrale à travers laquelle es t 'introduit l'axe 30, et s'ouvrantà leurs extrémités extérieures dans des trous excentriques 238.
Le gaz sous pression est amené aux disques 38 par des trous radiaux 130 de l'axe 30. Les disques 38 sont disposés de façon que leurs trous excentriques 238 soient pratiquement alignés, entre eux et
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avec des trous correspondants 239 prévus dans les disques d'étale- ment 39. Les lignes de trous 238-239 forment des conduits axiaux qui sont fermés à l'extrémité supérieure et s'ouvrent à l'extrémité inférieure,-par des conduits 41 et 42, dans une chambre de sortie collectrice de gaz 43, de laquelle le gaz (habituellement de l'air) sous pression est expulsé vers le fleuret adapté dans le porte-fleuret 33, et sert ainsi a expul- ser vers la surface les matériaux extraits.
Si la quantité et/ou la vitesse du gaz à la sortie de la turbine n'est pas suffisante pour entraîner les matériaux extraits, un supplé- ment de gaz sous pression peut être amené directement depuis la perforation de l'axe 30, en passant par la soupape 45 commandée par un régulateur ou autrement.
Afin que le tube guide 2 ne subisse pas le moment de réaction de l'outil de forage, on a prévu, à la partie supé- rieure fixe 29 de la tête foreuse, des patins de frein 47 qui sont reliés à des pistons 49 qui sont montés de manière à pou- voir coulisser dans des cylindres radiaux correspondants, 50. pratiqués dans la chambre les pistons étant poussés vers l'in térieur par des ressorts 48. Mais quand on amène du gaz sous une pression suffisante dans la chambre 35, les pistons 49 poussent les patins 47 contre les parois du trou foré, en surmontant l'ac- tion des ressorts 48. Les patins 47 présentent à peu près une ; forme prismatique trapézoïdale, les côtés inclinés étant dirigés longitudinalement de manière à permettre les mouvements axiaux de la partie fixe de la tête foreuse, tout en freinant puissam- ment son moment de torsion.
Bien entendu, l'invention peut subir de nombreuses modi- fications. Par exemple, dans certains cas, on peut supprimer'-le mécanisme démultiplicateur de la première forme de réalisation, ou bien on peut réaliser l'invention dans d'autres types de têtes foreuses construites suivant le même principe et utilisant des
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turbines à gaz comprimé.