CA3149887C - Perforateur hydraulique roto-percutant pourvu d'un piston de butee - Google Patents

Abstract

Le perforateur hydraulique roto-percutant comprend un corps ; un emmanchement ; un piston de frappe configuré pour frapper l'emmanchement ; un piston de butée configuré pour positionner l'emmanchement dans une position d'équilibre prédéterminée, le corps et le piston de butée délimitant une première chambre de commande reliée de façon permanente à un conduit d'alimentation en fluide à haute pression et configurée pour solliciter le piston de butée vers l'avant, et une deuxième chambre de commande configurée pour solliciter le piston de butée vers l'avant. Le perforateur hydraulique roto-percutant comprend un canal de communication fluidique débouchant dans la deuxième chambre de commande, configuré pour alimenter la deuxième chambre de commande en fluide à haute pression et pourvu d'un orifice calibré.

Description

1 PERFORATEUR HYDRAULIQUE ROTO-PERCUTANT POURVU D'UN PISTON DE BUTEE La presente invention se rapporte a un perforateur hydraulique rotopercutant plus specialement utilise sur une installation de forage.

Une installation de forage comprend de fac;:on connue un perforateur hydraulique roto-percutant monte coulissant sur une glissiere et entrainant une ou plusieurs barres de forage, la derniere de ces barres de forage portant un outil appele taillant qui au contact de la roche.

Un tel perforateur a generalement pour objectif de farer des trous plus ou moins profonds afin de pouvoir y placer des charges explosives. 10 Le perforateur est done !'element principal d'une installation de forage qui, d'une part, confere au taillant la mise en rotation et la mise en percussion par l'intermediaire des barres de forage de fac;:on a penetrer la roche, et d'autre part, fournit un fluide d'injection de maniere a extra ire les debris du trou fore.

Un perforateur hydraulique roto-percutant comprend plus particulierement 15 d'une part un systeme de frappe qui est anime par un ou plusieurs debits de fluide hydraulique provenant d'un circuit principal d'alimentation hydraulique et qui comprend un piston de frappe configure pour frapper, a chaque cycle de fonctionnement du perforateur, un emmanchement couple aux barres de forage, et d'autre part un systeme de rotation pourvu d'un moteur rotatif hydraulique et configure pour mettre en rotation 20 l'emmanchement et les barres de forage.

Afin de maintenir le taillant en appui contre la roche, une force de poussee est generalement appliquee par la glissiere sur le perforateur hydraulique rotopercutant.

De fac;:on avantageuse, la force de poussee est generee par la glissiere grace principalement a un cable ou une chaine d'entrainement, mu(e) principalement par un 25 verin hydraulique ou un moteur hydraulique.

La force de poussee precitee est transmise du perforateur hydraulique rotopercutant au taillant par l'emmanchement et les barres de forage.

Plus precisement, la force de poussee est transmise du corps du perforateur a l'emmanchement par l'intermediaire d'un element de butee incorpore dans le corps du perforateur.

Cet 30 element de butee peut etre constitue, pour des perforateurs puissants, d'un piston de butee dont au moins une surface est alimentee hydrauliquement de fac;:on a assurer une transmission de la force de poussee au moyen d'un fluide.

La force de poussee doit egalement compenser en partie la force de recul du perforateur qui est principalement engendree par la pression de frappe et la frequence de frappe du piston de frappe et qui 35 croit avec ces parametres.

Au final, le taillant n'est plaque contre la roche que par approximativement la difference entre la force de poussee et la force de recul, ainsi que par la force exercee par le piston de butee sur l'emmanchement.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 2 La stabilite et la performance en vitesse de penetration d'un perforateur hydraulique roto-percutant, lorsqu'il fonctionne, dependent notamment de la fac;:on dont le piston de butee est dispose et alimente hydrauliquement.

Le document WO2010/082871 divulgue un perforateur hydraulique roto- 5 percutant dans lequel, en conditions de fonctionnement du systeme de frappe, le piston de butee est positionne dans une position d'equilibre, conforme a une course de frappe souhaitee du piston de frappe, par l'intermediaire d'une chambre de commande hydraulique delimitee par le piston de frappe et le corps du perforateur et reliee de fac;:on permanente a un conduit d'alimentation en fluide a haute pression, la chambre de 10 commande hydraulique etant configuree d'une part pour solliciter le piston de butee vers l'avant et d'autre part pour etre reliee a un conduit de retour de fluide a basse pression lorsque la face arriere du piston de butee est situee a une distance predeterminee de la paroi arriere de la cavite recevant le piston de butee.

La configuration du piston de butee et du corps decris dans le document 15 WO2010/082871 permet d'assurer un positionnement approximativement stable du piston de butee pendant le fonctionnement du systeme de frappe, autour d'une position de travail optimum predeterminee.

Cependant, les vibrations et reactions de la roche aux chocs repetes du taillant rendent instable la force d'appui de l'outil de la barre de forage sur la roche, en 20 particulier lors des mouvements de l'outil dus a la penetration de la barre de forage dans le terrain et aux vibrations diverses du corps du perforateur.

Or, une telle instabilite de la force d'appui du taillant sur la roche nuit au positionnement de l'emmanchement par rapport au piston de frappe et done aux performances du perforateur hydraulique.

La presente invention vise a remedier a tout ou partie de ces inconvenients.

Le probleme technique a la base de !'invention consiste done a fournir un perforateur hydraulique qui soit de structure simple et economique, tout en ayant des performances ameliorees.

A cet effet, la presente invention concerne un perforateur hydraulique rotopercutant comprenant : 30 - un corps, - un emmanchement destine a etre couple a au moins une barre de forage equipee d'un outil, - un piston de frappe monte coulissant a l'interieur du corps suivant un axe de frappe et configure pour frapper l'emmanchement, 35 - un piston de butee qui est monte coulissant dans une cavite du corps selon un axe de deplacement sensiblement parallele a l'axe de frappe, le piston de butee comportant une face avant tournee vers l'emmanchement et configuree pour Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 3 positionner l'emmanchement dans une position d'equilibre predeterminee par rapport au piston de frappe, et une face arriere opposee a la face avant et situee en regard d'une paroi arriere de la cavite, et - un conduit d'alimentation en fluide a haute pression et un conduit de 5 retour de fluide a basse pression, le corps et le piston de butee delimitant au moins en partie une premiere chambre de commande reliee de fac;:on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et configuree pour solliciter le piston de butee vers l'avant, le perforateur hydraulique roto-percutant comprenant en outre un canal de liaison 10 configure pour relier fluidiquement la premiere chambre de commande au conduit de retour de fluide a basse pression lorsque la face arriere du piston de butee est situee a une distance de la paroi arriere de la cavite qui est superieure a une valeur predeterminee, caracterise en ce que le corps et le piston de butee delimitent en outre au 15 moins en partie une deuxieme chambre de commande configuree pour solliciter le piston de butee vers l'avant, et en ce que le perforateur hydraulique roto-percutant comprend un canal de communication fluidique qui debouche dans la deuxieme chambre de commande et qui est configure pour alimenter la deuxieme chambre de commande en fluide a haute pression, le canal de communication fluidique etant pourvu d'un orifice 20 calibre.

La configuration particuliere de la premiere chambre de commande et du canal de liaison permet de positionner le piston de butee hydrauliquement dans une position d'equilibre approximativement stable correspondant a une course de frappe optimale du piston de frappe.

En outre, la configuration specifique de la deuxieme chambre de commande permet, du fait de la liaison permanente de cette derniere avec un canal de communication fluidique pourvu d'un orifice calibre, de limiter en amplitude le mouvement de recul du piston de butee car la pression dans la deuxieme chambre de commande augmente plus rapidement grace a !'orifice calibre et limite ainsi la course de 30 recul du piston de butee.

Egalement, lorsque le piston de butee avance, la pression dans la deuxieme chambre de commande diminue, toujours grace a !'orifice calibre, ce qui limite la force d'avance appliquee sur le piston de butee, et done le deplacement vers l'avant du piston de butee.

Ainsi, la configuration specifique de la deuxieme chambre de commande 35 permet de mieux recentrer le piston de butee autour de sa position d'equilibre, et de ce fait d'eviter que le piston de butee avance jusqu'a une butee mecanique avant prevue sur le corps, ou bien que le piston de butee ne recule trop et vienne en contact avec la Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 4 paroi arriere de la cavite recevant le piston de butee.

En limitant les phase de contact entre le piston de butee et sa butee mecanique avant, le perforateur hydraulique rotopercutant selon la presente invention assure d'une part un meilleur appui, direct ou indirect, du piston de butee sur l'emmanchement et done un maintien optimise du 5 taillant contre la roche lors des phases de frappe du piston de frappe, ce qui limite considerablement les risques de frappes a vide de l'emmanchement et en consequence les risques d'endommagement de l'emmanchement, des barres de forage et du taillant, et d'autre part un positionnement optimise de l'emmanchement par rapport au piston de frappe, ce qui confere au perforateur hydraulique roto-percutant selon la presente 10 inventions des performances ameliorees.

De plus, en limitant la course de recul du piston de butee, le perforateur hydraulique roto-percutant selon la presente invention permet d'une part d'eviter de reduire la course de frappe du piston de frappe (et par consequent d'eviter de limiter l'energie par coup du perforateur hydraulique roto-percutant), et done d'accroitre encore les performances du perforateur hydraulique roto-percutant, et 15 d'autre part d'eviter au piston de butee de reculer jusqu'a toucher la paroi arriere de la cavite, ce qui serait susceptible d'endommager le corps et le piston de butee.

Par consequent, la configuration particuliere du perforateur hydraulique roto-percutant selon la presente invention lui confere des performances et une fiabilite ameliorees par rapport aux perforateurs hydrauliques roto-percutants de l'art anterieur.

Le perforateur hydraulique peut en outre presenter une ou plusieurs des caracteristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

Selon un mode de realisation de !'invention, la deuxieme chambre de commande est configuree pour etre alimentee en fluide a haute pression uniquement par le canal de communication fluidique.

Selon un mode de realisation de !'invention, le canal de communication fluidique comporte une premiere portion d'extremite debouchant dans la deuxieme chambre de commande et une deuxieme portion d'extremite debouchant dans une chambre interne qui est delimitee en partie par le corps et qui est configuree pour etre alimentee en permanence en fluide a haute pression.

Selon un mode de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique rotopercutant comprend un circuit d'alimentation hydraulique principal configure pour commander un coulissement alternatif du piston de frappe selon l'axe de frappe.

Selon un mode de realisation de !'invention, le circuit d'alimentation hydraulique principal est en outre configure pour commander un coulissement du piston 35 de butee selon l'axe de deplacement, le circuit d'alimentation hydraulique principal comportant le conduit d'alimentation en fluide a haute pression et le conduit de retour de fluide a basse pression.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 Selon un mode de realisation de !'invention, le corps et le piston de frappe delimitent au moins en partie une chambre de commande primaire reliee de fac;:on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et une chambre de commande secondaire qui est antagoniste a la chambre de commande primaire, le 5 perforateur hydraulique roto-percutant comportant en outre un distributeur de commande configure pour relier fluidiquement la chambre de commande secondaire alternativement au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et au conduit de retour de fluide a basse pression de maniere a commander des courses de frappe et de retour du piston de frappe. 10 Selon un autre mode de realisation de !'invention, le circuit d'alimentation hydraulique principal comporte un conduit d'alimentation en fluide a haute pression principal et un conduit de retour de fluide a basse pression principal, et le corps et le piston de frappe delimitent au moins en partie une chambre de commande primaire reliee de fac;:on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression 15 principal et une chambre de commande secondaire qui est antagoniste a la chambre de commande primaire, le perforateur hydraulique roto-percutant comportant en outre un distributeur de commande configure pour relier fluidiquement la chambre de commande secondaire alternativement au conduit d'alimentation en fluide a haute pression principal et au conduit de retour de fluide a basse pression principal de maniere a 20 commander des courses de frappe et de retour du piston de frappe.

Selon un mode de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique rotopercutant comprend un circuit d'alimentation hydraulique secondaire configure pour commander un coulissement du piston de butee selon l'axe de deplacement, le circuit d'alimentation hydraulique secondaire comportant le conduit d'alimentation en fluide a 25 haute pression et le conduit de retour de fluide a basse pression.

Selon un mode de realisation de !'invention, la deuxieme chambre de commande est reliee en permanence a la chambre de commande primaire via le canal de communication fluidique.

Selon un mode de realisation de !'invention, la deuxieme chambre de 30 commande est reliee en permanence a la premiere chambre de commande via le canal de communication fluidique.

Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de butee comporte une premiere surface de commande annulaire s'etendant transversalement a l'axe de deplacement et delimitant au moins en partie la premiere chambre de commande et une 35 deuxieme surface de commande annulaire s'etendant transversalement a l'axe de deplacement et delimitant au moins en partie la deuxieme chambre de commande.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 6 Selon un mode de realisation de !'invention, chacune des premiere et deuxieme surfaces de commande annulaires est orientee a l'oppose de l'emmanchement, c'est-a-dire vers la paroi arriere de la cavite recevant le piston de butee.

Selon un mode de realisation de !'invention, la deuxieme surface de commande annulaire presente une surface superieure a la surface de la premiere surface de commande annulaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, chacune des premiere et deuxieme surfaces de commande annulaires s'etend sensiblement perpendiculairement 10 a l'axe de deplacement.

Selon un mode de realisation de !'invention, la premiere surface de commande annulaire est plus proche de la face avant du piston de butee que la deuxieme surface de commande annulaire.

Selon un autre mode de realisation de !'invention, la premiere surface de 15 commande annulaire est plus eloignee de la face avant du piston de butee que la deuxieme surface de commande annulaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, le corps et le piston de butee delimitent au moins en partie en outre une troisieme chambre de commande reliee de fac;:on permanente au conduit de retour de fluide a basse pression, la troisieme chambre 20 de commande etant antagoniste aux premiere et deuxieme chambres de commande.

Selon un mode de realisation de !'invention, la troisieme chambre de commande est configuree pour solliciter le piston de butee vers l'arriere, c'est-a-dire vers la paroi arriere de la cavite et done a l'oppose de l'emmanchement.

Selon un mode de realisation de !'invention, la troisieme chambre de 25 commande est reliee au conduit de retour de fluide a basse pression par un canal de communication fluidique additionnel.

Le canal de communication fluidique additionnel peut par exemple etre pourvu d'un orifice calibre additionnel.

Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de butee comporte le canal de liaison.

Selon un mode de realisation de !'invention, le canal de liaison comporte une premiere portion d'extremite debouchant dans la premiere chambre de commande et une deuxieme portion d'extremite opposee a la premiere portion d'extremite et debouchant dans une surface exterieure du piston de butee, la deuxieme portion d'extremite du canal de liaison etant apte a etre reliee fluidiquement au conduit de 35 retour de fluide a basse pression lorsque la face arriere du piston de butee est situee a une distance de la paroi arriere de la cavite qui est superieure a la valeur predeterminee.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 7 Selon un mode de realisation de !'invention, le corps comporte une gorge annulaire debouchant dans la cavite et reliee en permanence au conduit de retour de fluide a basse pression, la deuxieme portion d'extremite du canal de liaison etant apte a etre reliee fluidiquement a la gorge annulaire lorsque la face arriere du piston de butee 5 est situee a une distance de la paroi arriere de la cavite qui est superieure a la valeur predeterminee.

Selon un mode de realisation de !'invention, le canal de liaison comporte une premiere portion d'extremite debouchant dans la troisieme chambre de commande et une deuxieme portion d'extremite opposee a la premiere portion d'extremite et 10 debouchant dans une surface exterieure du piston de butee, la deuxieme portion d'extremite du canal de liaison etant apte a etre reliee fluidiquement a la premiere chambre de commande lorsque la face arriere du piston de butee est situee a une distance de la paroi arriere de la cavite qui est superieure a la valeur predeterminee.

Selon un mode de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique roto- 15 percutant comporte un canal d'alimentation reliant la premiere chambre de commande au conduit d'alimentation en fluide a haute pression, le canal d'alimentation etant pourvu d'un orifice d'alimentation calibre.

Selon un mode de realisation de !'invention, le canal d'alimentation comporte un gicleur comprenant !'orifice d'alimentation calibre. 20 Selon un mode de realisation de !'invention, !'orifice calibre presente une section de passage plus petite que celle de !'orifice d'alimentation calibre.

Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de butee est monte coulissant autour du piston de frappe.

Selon un mode de realisation de !'invention, le circuit d'alimentation 25 hydraulique principal comporte un accumulateur haute pression relie au conduit d'alimentation en fluide a haute pression.

Selon un mode de realisation de !'invention le circuit d'alimentation hydraulique principal comporte en outre un accumulateur basse pression re lie au conduit de retour de fluide a basse pression.

Selon un mode de realisation de !'invention, la troisieme chambre de commande est reliee de fac;:on permanente a l'accumulateur basse pression.

Selon un mode de realisation de !'invention, la gorge annulaire est reliee a l'accumulateur basse pression.

Selon un mode de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique roto- 35 percutant comporte en outre une bague de butee disposee axialement entre l'emmanchement et la face avant du piston de butee.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 8 Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de butee comporte une surface d'appui annulaire configuree pour venir en butee contre une surface de butee annulaire du corps.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface d'appui annulaire est 5 inclinee par rapport a l'axe de deplacement.

Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de butee comporte une collerette annulaire comportant la surface d'appui annulaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, la collerette annulaire delimite au moins en partie la troisieme chambre de commande. 10 Selon un mode de realisation de !'invention, la collerette annulaire comporte la premiere surface de commande annulaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface d'appui annulaire est configuree pour venir en butee contre la surface de butee annulaire du corps lorsque la face arriere du piston de butee est situee a une distance predeterminee de la paroi 15 arriere de la cavite, la distance predeterminee etant superieure a la valeur predeterminee.

Selon un mode de realisation de !'invention, le canal de communication fluidique et !'orifice calibre sont formes par une rainure axiale ou un meplat axial qui est prevu(e) sur le piston de butee ou sur le corps, et qui relie la premiere chambre de 20 commande a la deuxieme chambre de commande.

Selon un mode de realisation de !'invention, le canal de communication fluidique comporte un gicleur comprenant !'orifice calibre.

Selon un mode de realisation de !'invention, le gicleur est pourvu de deux orifices de passage dont l'un forme !'orifice calibre.

De fac;:on avantageuse, les deux 25 orifices de passage peuvent etre decales angulairement l'un de l'autre d'environ 90° par rapport a un axe central du gicleur.

Selon un mode de realisation de !'invention, la premiere chambre de commande est delimitee entierement par le corps et le piston de butee.

Selon un mode de realisation de !'invention, la premiere chambre de 30 commande est delimitee en partie par le corps et le piston de butee.

Selon un mode de realisation de !'invention, la deuxieme chambre de commande est delimitee entierement par le corps et le piston de butee.

Selon un mode de realisation de !'invention, la deuxieme chambre de commande est delimitee en partie par le corps et le piston de butee.

Selon un mode de realisation de !'invention, le corps et le piston de frappe delimitent en partie ou entierement la chambre de commande primaire.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 9 Selon un mode de realisation de !'invention, le corps et le piston de frappe delimitent en partie ou entierement la chambre de commande secondaire.

De toute fac;:on !'invention sera bien comprise a l'aide de la description qui suit en reference aux dessins schematiques annexes representant, a titre d'exemples non 5 limitatifs, plusieurs formes d'execution de ce perforateur hydraulique.

La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un perforateur hydraulique roto-percutant selon un premier mode de realisation de !'invention.

La figure 2 est une vue en coupe longitudinale, a l'echelle agrandie, d'un detail de la figure 1.

La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un perforateur hydraulique roto-percutant selon un deuxieme mode de realisation de !'invention.

Les figures 1 et 2 representent un premier mode de realisation d'un perforateur hydraulique roto-percutant 2 qui est destine a la perforation de trous de mine, et qui est pourvu notamment d'un systeme de frappe. 15 Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comporte plus particulierement un corps 3 comportant un cylindre de piston 4.

Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le corps 3 comporte un corps principal 3.1 delimitant en partie le cylindre de piston 4, ainsi qu'une chemise avant 3.2 et une chemise arriere 3.3 montees en force dans un alesage 3.4 delimite par le corps principal 3.1.

Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comporte egalement un systeme de frappe comportant un piston de frappe 5 monte coulissant de fac;:on alternative dans le cylindre de piston 4 suivant un axe de frappe A.

Comme montre plus particulierement sur la figure 2, le piston de frappe 5 et le cylindre de piston 4 delimitent une chambre de commande primaire 6 qui est annulaire, et une chambre de commande 25 secondaire 7 qui a une section plus importante que celle de la chambre de commande primaire 6 et qui est antagoniste a la chambre de commande primaire 6.

Le systeme de frappe du perforateur hydraulique roto-percutant 2 comprend en outre un distributeur de commande 8 agence pour commander un mouvement alternatif du piston de frappe 5 a l'interieur du cylindre de piston 4 30 alternativement suivant une course de frappe et une course de retour.

Le distributeur de commande 8 est configure pour mettre la chambre de commande secondaire 7, alternativement en relation avec un conduit d'alimentation en fluide a haute pression 9, tel qu'un conduit d'alimentation en fluide incompressible (par exemple en huile) a haute pression, lors de la course de frappe du piston de frappe 5, et avec un conduit de retour 35 de fluide a basse pression 11, tel qu'un conduit de retour de fluide incompressible (par exemple en huile) a basse pression, lors de la course de retour du piston de frappe 5.

Le conduit d'alimentation en fluide a haute pression 9 et le conduit de retour de fluide a Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 basse pression 11 appartiennent a un circuit d'alimentation hydraulique principal dont est pourvu le systeme de frappe.

Le circuit d'alimentation hydraulique principal peut avantageusement comporter un accumulateur haute pression 12 relie au conduit d'alimentation en fluide a haute pression 9, et un accumulateur basse pression 10 relie 5 au conduit de retour de fluide a basse pression 11.

Le distributeur de commande 8 est plus particulierement monte mobile dans un alesage menage dans le corps 3 entre une premiere position (voir la figure 2) dans laquelle le distributeur de commande 8 est configure pour mettre la chambre de commande secondaire 7 en relation avec le conduit d'alimentation en fluide a haute 10 pression 9 et une deuxieme position dans laquelle le distributeur de commande 8 est configure pour mettre la chambre de commande secondaire 7 en relation avec le conduit de retour de fluide a basse pression 11.

La chambre de commande primaire 6 est avantageusement alimentee en permanence en fluide a haute pression par un canal d'alimentation relie au conduit 15 d'alimentation en fluide a haute pression 9, de maniere a ce que chaque position du distributeur de commande 8 provoque la course de frappe du piston de frappe 5, puis la course de retour du piston de frappe 5.

Le systeme de frappe du perforateur hydraulique roto-percutant 2 comprend egalement un piston de butee 13 qui est tubulaire et qui est monte coulissant 20 dans une cavite 14 du corps 3 selon un axe de deplacement sensiblement para lie le a l'axe de frappe A et de preference confondu avec l'axe de frappe A.

Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le piston de butee 13 est monte coulissant autour du piston de frappe 5, et la cavite 14 est menagee dans le corps 3 coaxialement au cylindre de piston 4. 25 Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comporte en outre un emmanchement 15 destine a etre couple, de maniere connue, a au moins une barre de forage (non representee sur les figures) equipee d'un outil, egalement nomme taillant.

L'emmanchement 15 s'etend longitudinalement selon l'axe de frappe A, et comporte une premiere portion d'extremite tournee vers le piston de frappe 5 et pourvue d'une face 30 d'extremite 17 contre laquelle est destine a trapper le piston de frappe 5 au cours de chaque cycle de fonctionnement du perforateur hydraulique roto-percutant 2, et une deuxieme portion d'extremite (non representee sur les figures), opposee a la premiere portion d'extremite, destinee a etre couplee a l'au moins une barre de forage.

Comme montre plus particulierement sur la figure 2, le piston de butee 13 35 comportant une face avant 18 tournee vers l'emmanchement 15 et configuree pour positionner l'emmanchement 15 dans une position d'equilibre predeterminee par rapport au piston de frappe 5, et une face arriere 19 opposee a la face avant 18 et situee Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 11 en regard d'une paroi arriere 21 de la cavite 14.

La face avant 18 du piston de butee 13 est configuree pour appliquer une force de poussee directement sur l'emmanchement 15 ou indirectement sur l'emmanchement 15 par l'intermediaire d'une bague de butee 20 interposee axialement entre l'emmanchement 15 et le piston de butee 13. 5 Le corps 3 et le piston de butee 13 delimitent, avec le piston de frappe 5, une premiere chambre de commande 22 reliee de fac;:on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression 9 et configuree pour solliciter le piston de butee 13 vers l'avant, c'est-a-dire vers l'emmanchement 15 et done a l'oppose de la paroi arriere 21 de la cavite 14.

Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comporte 10 avantageusement un canal d'alimentation 23 reliant la premiere chambre de commande 22 au conduit d'alimentation en fluide a haute pression 9.

Selon le premier mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le canal d'alimentation 23 est pourvu d'un orifice d'alimentation calibre 24, qui peut par exemple etre prevu sur un gicleur incorpore au canal d'alimentation 23. 15 Le corps 3 et le piston de butee 13 delimitent egalement une deuxieme chambre de commande 25 qui est, comme la premiere chambre de commande 22, configuree pour solliciter le piston de butee 13 vers l'avant.

Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, la deuxieme chambre de commande 25 est reliee a la premiere chambre de commande 22 par 20 l'intermediaire d'un canal de communication fluidique 26 pourvu d'un orifice calibre 27, qui peut par exemple etre prevu sur un gicleur incorpore au canal de communication fluidique 26.

De fac;:on avantageuse, la deuxieme chambre de commande 25 est configuree pour etre alimentee en fluide a haute pression uniquement par le canal de communication fluidique 26. 25 Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le piston de butee 13 comporte une premiere surface de commande annulaire 28, egalement nommee premiere surface active annulaire, s'etendant perpendiculairement a l'axe de deplacement et delimitant en partie la premiere chambre de commande 22, et une deuxieme surface de commande annulaire 29, egalement nommee deuxieme surface 30 active annulaire, s'etendant perpendiculairement a l'axe de deplacement et delimitant en partie la deuxieme chambre de commande 25.

La deuxieme surface de commande annulaire 29 presente avantageusement une surface superieure a la surface de la premiere surface de commande annulaire 28.

Le corps 3 et le piston de butee 13 delimitent egalement une troisieme 35 chambre de commande 31 reliee de fac;:on permanente au conduit de retour de fluide a basse pression 11, par l'intermediaire d'un canal de communication fluidique additionnel 32 debouchant dans la troisieme chambre de commande 31.

La troisieme chambre de Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 12 commande 31 est antagoniste aux premiere et deuxieme chambres de commande 22, 25, et est ainsi configuree pour solliciter le piston de butee 13 vers l'arriere.

Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comprend de plus un canal de liaison 33 configure pour relier fluidiquement la premiere chambre de commande 22 au 5 conduit de retour de fluide a basse pression 11 lorsque la face arriere 19 du piston de butee 13 est situee a une distance de la paroi arriere 21 de la cavite 14 qui est superieure a une valeur predeterminee.

Selon le premier mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le piston de butee 13 comporte le canal de liaison 33, et le canal de liaison 33 comporte une premiere portion d'extremite 33.1 debouchant dans la premiere 10 chambre de commande 22 et une deuxieme portion d'extremite 33.2 opposee a la premiere portion d'extremite 33.1 et debouchant dans une surface exterieure du piston de butee 13.

Avantageusement, la deuxieme portion d'extremite 33.2 du canal de liaison 33 est apte a etre reliee fluidiquement a une gorge annulaire 34, qui debouche dans la cavite 14 et qui est reliee en permanence au conduit de retour de fluide a basse pression 15 11, lorsque la face arriere 19 du piston de butee 13 est situee a une distance de la paroi arriere 21 de la cavite 14 qui est superieure a la valeur predeterminee.

Lorsque le systeme de frappe du perforateur hydraulique roto-percutant 2 est alimente, la pression etablie dans la premiere chambre de commande 22, grace au debit d'huile qui s'est ecoule par !'orifice d'alimentation calibre 24, sollicite vers l'avant 20 le piston de butee 13 jusqu'a une position telle que le canal de liaison 33 debouche dans la gorge annulaire 34 qui est reliee en permanence au conduit de retour de fluide a basse pression 11. A ce moment-la, le piston de butee 13, qui est soumis, par la roche, a une force reactive a la force de poussee exercee par le perforateur hydraulique rotopercutant 2, cesse d'avancer, et trouve une position d'equilibre sur l'arete du debouche 25 du canal de liaison 33 dans la gorge annulaire 34.

Par construction, cette position d'equilibre permet de situer l'emmanchement 15 a une distance du piston de frappe 5 qui correspond a une course de frappe C prevue pour le piston de frappe 5. II est a noter que !'orifice d'alimentation calibre 24 est avantageusement de faible dimension par rapport au canal de liaison 33 et au canal de communication fluidique additionnel 32 de 30 fac;:on ace que la pression qui s'etablit dans la premiere chambre de commande 22 chute tres rapidement lorsque le canal de liaison 33 s'ouvre dans la gorge annulaire 34.

Des que le piston de butee 13 a atteint sa position d'equilibre, !'orifice calibre 27, de plus petite section que !'orifice d'alimentation calibre 24, va progressivement remplir en fluide haute pression la deuxieme chambre de commande 35 25 dont la pression avait chutee en raison de !'augmentation du volume de la deuxieme chambre de commande 25 (resultant du mouvement d'avance du piston de butee 13) et Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 13 de la presence de !'orifice calibre 27 qui empeche un remplissage rapide de la deuxieme chambre de commande 25.

A partir de cet etat, si la reaction de la roche fait reculer le piston de butee 13, la pression dans la premiere chambre de commande 22 va augmenter a un premier 5 niveau de pression superieur a la pression d'alimentation grace a la presence de !'orifice d'alimentation calibre 24, et la pression dans la deuxieme chambre de commande 25 va augmenter a un niveau de pression bien superieur a celui la premiere chambre de commande 22 grace a la presence de !'orifice calibre 27 dont la section est inferieure a celle de !'orifice d'alimentation calibre 24.

La deuxieme surface de commande annulaire 10 29 etant plus importante que la premiere surface de commande annulaire 28, et le niveau de pression exerce sur la deuxieme surface de commande annulaire 29 etant bien superieur a celui exerce sur la premiere surface de commande annulaire 28, lui-meme superieur a ce qu'il aurait ete sans la presence de !'orifice d'alimentation calibre 24, la force d'avance exercee sur le piston de butee 13 devient tres importante, de telle sorte 15 que la distance de recul du piston de butee 13 sera faible.

Lorsqu'a partir de cet etat la reaction de la roche permet au piston de butee 13 d'avancer (notamment lorsque la roche cede sous l'impact du piston de frappe 5), les deux surpressions s'exerc;:ant respectivement sur les premiere et deuxieme surfaces de commande annulaires 28, 29 n'ayant pas eu le temps de s'evacuer via !'orifice 20 d'alimentation calibre 24 et !'orifice calibre 27, le piston de butee 13 subit une acceleration instantanee tres importante qui lui permet de retrouver tres rapidement son appui sur l'emmanchement 15 via la bague de butee 20, idealement proche de sa position d'equilibre.

Une fois cette position d'equilibre atteinte, les pressions dans les premiere et deuxieme chambres de commande 22, 25 sont tres diminuees du fait de 25 !'expansion rapide des premiere et deuxieme chambres de commande 22, 25, par consequent le piston de butee 13 ne subira qu'une faible force hydraulique vers l'avant, ceci afin de le conserver proche de sa position d'equilibre hydraulique.

Des que le piston de butee 13 est en appui sur l'emmanchement 15 via la butee de butee 20, les pressions dans les premiere et deuxieme chambres de commande 22, 25 augmentent rapidement 30 car leur volume reste sensiblement constant et qu'elles sont gavees en fluide haute pression par !'orifice d'alimentation calibre 24 specifiquement calibre afin d'optimiser l'efficacite de ce gavage, la resistance hydraulique face a un recul brutal du piston de butee 13 et la modulation de la pression dans la premiere chambre de commande 22.

La frequence de frappe d'un perforateur hydraulique depassant 35 generalement les 50 Hz, les temps de cycle du piston de frappe 5 sont tres courts, ce qui permet, avec !'architecture precitee du systeme d'alimentation du piston de butee 13, de pouvoir jouer avec la compressibilite du fluide hydraulique bien plus qu'avec les debits Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 14 d'alimentation. II en resulte une excellente reactivite du piston de butee 13 tout en ne consommant qu'un faible volume d'huile grace a !'orifice d'alimentation calibre 24 et a la faible course du piston de butee 13 permise par la deuxieme chambre de commande 25.

Effectivement, l'huile contenue dans la premiere chambre de commande 22 ne 5 partira que tres peu dans le conduit de retour de fluide a basse pression 11 via l'ouverture du canal de liaison 33, car le piston de butee 13 ne sera pas pousse trop loin en avant par rapport a la position d'equilibre hydraulique grace aux mecanismes precedemment explicites.

Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comprend egalement un 10 systeme d'entrainement en rotation qui est configure pour entrainer en rotation l'emmanchement 15 autour d'un axe de rotation qui est sensiblement confondu avec l'axe de frappe A.

Le systeme d'entrainement en rotation comporte un organe d'accouplement 35, tel qu'un pignon d'accouplement, qui est tubulaire et qui est dispose autour de l'emmanchement 15. L'organe d'accouplement 35 comprend des cannelures 15 d'accouplement male et des cannelures d'accouplement femelle qui sont couplees en rotation respectivement avec des cannelures d'accouplement femelle et male prevues sur l'emmanchement 15.

De fac;:on avantageuse, l'organe d'accouplement 35 comporte une denture peripherique externe couplee en rotation avec un arbre de sortie d'un moteur 20 d'entrainement 36, tel qu'un moteur hydraulique alimente hydrauliquement par un circuit externe d'alimentation hydraulique, appartenant au systeme d'entrainement en rotation.

Le systeme d'entrainement en rotation peut par exemple comporter un pignon intermediaire 37 qui est couple d'un part a l'arbre de sortie du moteur d'entrainement 36 et d'autre part a la denture peripherique externe de l'organe d'accouplement 35. 25 Lorsque le perforateur hydraulique roto-percutant 2 est en fonctionnement, l'emmanchement 15 est mis en rotation grace au moteur d'entrainement 36, et l'emmanchement 15 rec;:oit sur sa face d'extremite 17 les chocs cycliques du piston de frappe 5, assures par le systeme de frappe alimente par le circuit d'alimentation hydraulique principal.

Dans le meme temps, l'engin porteur sur lequel est monte le 30 perforateur hydraulique roto-percutant 2 applique une force de poussee sur la barre de forage, via le corps 3 et l'emmanchement 15. A l'interieur du perforateur hydraulique roto-percutant 2, entre le corps 3 et l'emmanchement 15, cette force de poussee est transmise par l'intermediaire du piston de butee 13 et de la bague de butee 20.

Le positionnement du piston de butee 13 est ainsi purement hydraulique et est agence de 35 fac;:on a ce que la course de frappe C du piston de frappe 5 soit respectee.

Le piston de butee 13 comporte en outre une surface d'appui annulaire 39 configuree pour venir en butee contre une surface de butee annulaire 41 prevue sur le Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 corps 3, de maniere a limiter la course de deplacement du piston de butee 13 vers l'avant, c'est-a-dire vers l'emmanchement 15.

Avantageusement, la surface d'appui annulaire 39 est configuree pour venir en butee contre la surface de butee annulaire 41 du corps 3 lorsque la face arriere 19 du piston de butee 13 est situee a une distance predeterminee 5 de la paroi arriere 21 de la cavite 14, la distance predeterminee etant superieure a la valeur predeterminee.

Selon le premier mode de realisation de !'invention, la surface d'appui annulaire 39 est inclinee par rapport a l'axe de deplacement, et delimite en partie la troisieme chambre de commande 31.

La figure 3 represente un deuxieme mode de realisation du perforateur 10 hydraulique roto-percutant 2 qui differe du premier mode de realisation essentiellement en ce que le canal de communication fluidique additionnel 32 est pourvu d'un orifice calibre additionnel 42, qui peut par exemple etre prevu sur un gicleur incorpore au canal de communication fluidique additionnel 32, et en ce que la premiere portion d'extremite 33.1 du canal de liaison 33 debouche dans la troisieme chambre de commande 31 et la 15 deuxieme portion d'extremite 33.2 du canal de liaison 33 debouche dans une surface exterieure du piston de butee 13, la deuxieme portion d'extremite 33.2 du canal de liaison 33 etant apte a etre reliee fluidiquement a la premiere chambre de commande 22 lorsque la face arriere 19 du piston de butee 13 est situee a une distance de la paroi arriere 21 de la cavite 14 qui est superieure a la valeur predeterminee. 20 Lorsque le perforateur hydraulique roto-percutant 2 selon le deuxieme mode de realisation de !'invention est en fonctionnement, la premiere chambre de commande 22 est soumise a la haute pression, le piston de butee 13 se deplace vers l'avantjusqu'a ce que la deuxieme portion d'extremite 33.2 du canal de liaison 33 s'ouvre dans la premiere chambre de commande 22. L'huile sous haute pression s'ecoule alors 25 dans la troisieme chambre de commande 31 dont la liaison avec le canal de retour 27 est etranglee par !'orifice calibre additionnel 42.

Les premiere et troisieme chambres de commande 22, 31 prennent alors des pressions assez proches, ce qui reduit ou annule la poussee vers l'avant du piston de butee 13.

En consequence, le piston de butee 13 va trouver une position de fonctionnement stable autour de cette position de la deuxieme 30 portion d'extremite 33.2 du canal de liaison 33.

Comme dans le premier mode de realisation de !'invention, la deuxieme chambre de commande 25 est reliee a la premiere chambre de commande 22 via un canal de communication fluidique 26 pourvu d'un orifice calibre 27, remplissant la meme fonction que dans le premier mode de realisation.

Selon un tel mode de realisation de 35 !'invention, le canal de communication fluidique 26 est cependant prevu sur le corps 3, et par exemple sur la chemise arriere 3.3.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 16 Selon le deuxieme mode de realisation de !'invention, le piston de butee 13 comporte une collerette annulaire 43, egalement appelee epaulement annulaire, qui comporte la surface d'appui annulaire 39 et la premiere surface de commande annulaire 28.

Ainsi, la collerette annulaire 43 delimite avantageusement en partie la premiere 5 chambre de commande 22 et en partie la troisieme chambre de commande 31.

Selon le deuxieme mode de realisation de !'invention, le canal d'alimentation 23 peut etre depourvu d'orifice calibre, ou de tout autre element d'etranglement specifique.

Selon le deuxieme mode de realisation de !'invention, la premiere chambre 10 de commande 22 est delimitee uniquement par le corps 3 et le piston de butee 13, et la deuxieme chambre de commande 25 est delimitee par le corps 3, le piston de butee 13 et le piston de frappe 5.

Selon un autre mode de realisation de !'invention, le canal de communication fluidique 26 pourrait etre configure pour relier la deuxieme chambre de 15 commande 25 a la chambre de commande primaire 6, toujours en etant pourvu d'un orifice calibre 27.

Selon un autre mode de realisation de !'invention, le canal de communication fluidique 26 et !'orifice calibre 27 pourraient etre formes par un meplat axial calibre ou une rainure axiale calibree reliant soit la premiere chambre de commande 20 22 a la deuxieme chambre de commande 25 ou soit la chambre de commande primaire 6 a la deuxieme chambre de commande 25.

Le meplat axial calibre ou la rainure axiale calibree peuvent par exemple etre prevu(e) sur le corps 3 ou le piston de butee 13.

Comme ii va de soi, !'invention ne se limite pas aux seules formes d'execution de ce perforateur hydraulique, decrites ci-dessus a titre d'exemples, elle en 25 embrasse au contraire toutes les variantes de realisation.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23

Claims (17)

17 REVENDICATIONS 1. Perforateur hydraulique roto-percutant comprenant : - un corps, - un emmanchement destine a etre couple a au mains une barre de forage equipee d'un outil, - un piston de frappe monte coulissant a l'interieur du corps suivant un axe de frappe et configure pour trapper l'emmanchement, - un piston de butee qui est monte coulissant dans une cavite du corps selon 10 un axe de deplacement sensiblement parallele a l'axe de frappe, le piston de butee comportant une face avant tournee vers l'emmanchement et configuree pour positionner l'emmanchement dans une position d'equilibre predeterminee par rapport au piston de frappe, et une face arriere opposee a la face avant et situee en regard d'une paroi arriere de la cavite, et 15 - un conduit d'alimentation en fluide a haute pression et un conduit de retour de fluide a basse pression, le corps et le piston de butee delimitant au mains en partie une premiere chambre de commande reliee de fa9on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et configuree pour solliciter le piston de butee vers l'avant, le 20 perforateur hydraulique roto-percutant comprenant en outre un canal de liaison configure pour relier fluidiquement la premiere chambre de commande au conduit de retour de fluide a basse pression lorsque la face arriere du piston de butee est situee a une distance de la paroi arriere de la cavite qui est superieure a une valeur predeterminee, 25 caracterise en ce que le corps et le piston de butee delimitent en outre au mains en partie une deuxieme chambre de commande configuree pour solliciter le piston de butee vers l'avant, et en ce que le perforateur hydraulique roto-percutant comprend un canal de communication fluidique qui debouche dans la deuxieme chambre de commande et qui est configure pour alimenter la deuxieme chambre de commande en 30 fluide a haute pression, le canal de communication fluidique etant pourvu d'un orifice calibre.

2. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 1, lequel comprend un circuit d'alimentation hydraulique principal configure pour 35 commander un coulissement alternatif du piston de frappe selon l'axe de frappe. Date Re<;ue/Date Received 2024-03-08 18

3. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 2, dans lequel le circuit d'alimentation hydraulique principal est en outre configure pour commander un coulissement du piston de butee selon l'axe de deplacement, le circuit d'alimentation hydraulique principal comportant le conduit d'alimentation en fluide a 5 haute pression et le conduit de retour de fluide a basse pression.

4. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 3, dans lequel le corps et le piston de frappe delimitent une chambre de commande primaire reliee de fa9on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et une 10 chambre de commande secondaire qui est antagoniste a la chambre de commande primaire, le perforateur hydraulique roto-percutant comportant en outre un distributeur de commande configure pour relier fluidiquement la chambre de commande second a ire alternativement au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et au conduit de retour de fluide a basse pression de maniere a commander des courses de frappe et de 15 retour du piston de frappe.

5. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 4, dans lequel la deuxieme chambre de commande est reliee en permanence a la chambre de commande primaire via le canal de communication fluidique.

6. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, dans lequel la deuxieme chambre de commande est reliee en permanence a la premiere chambre de commande via le canal de communication fluidique.

7. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, dans lequel le piston de butee comporte une premiere surface de commande annulaire s'etendant transversalement a l'axe de deplacement et delimitant au mains en partie la premiere chambre de commande et une deuxieme surface de 30 commande annulaire s'etendant transversalement a l'axe de deplacement et delimitant au mains en partie la deuxieme chambre de commande.

8. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, dans lequel le corps et le piston de butee delimitent au mains en 35 partie en outre une troisieme chambre de commande reliee de fa9on permanente au conduit de retour de fluide a basse pression, la troisieme chambre de commande etant antagoniste aux premiere et deuxieme chambres de commande. Date Re<;ue/Date Received 2024-03-08 19

9. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, dans lequel le piston de butee comporte le canal de liaison. 5

10. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 9, dans lequel le canal de liaison comporte une premiere portion d'extremite debouchant dans la premiere chambre de commande et une deuxieme portion d'extremite opposee a la premiere portion d'extremite et debouchant dans une surface exterieure du piston de butee, la deuxieme portion d'extremite du canal de liaison etant apte a etre reliee 10 fluidiquement au conduit de retour de fluide a basse pression lorsque la face arriere du piston de butee est situee a une distance de la paroi arriere de la cavite qui est superieure a la valeur predeterminee.

11. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 9, dans 15 lequel le canal de liaison comporte une premiere portion d'extremite debouchant dans la troisieme chambre de commande et une deuxieme portion d'extremite opposee a la premiere portion d'extremite et debouchant dans une surface exterieure du piston de butee, la deuxieme portion d'extremite du canal de liaison etant apte a etre reliee fluidiquement a la premiere chambre de commande lorsque la face arriere du piston de 20 butee est situee a une distance de la paroi arriere de la cavite qui est superieure a la valeur predeterminee.

12. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 11, lequel comporte un canal d'alimentation reliant la premiere 25 chambre de commande au conduit d'alimentation en fluide a haute pression, le canal d'alimentation etant pourvu d'un orifice d'alimentation calibre.

13. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 12, dans lequel le piston de butee est monte coulissant autour du 30 piston de frappe.

14. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 13, lequel comporte en outre une bague de butee disposee axialement entre l'emmanchement et la face avant du piston de butee. Date Re<;ue/Date Received 2024-03-08

15. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 14, dans lequel le canal de communication fluidique et !'orifice calibre sont formes par une rainure axiale ou un meplat axial qui est prevu(e) sur le piston de butee ou sur le corps, et qui relie la premiere chambre de commande a la deuxieme 5 chambre de commande.

16. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 14, dans lequel le canal de communication fluidique comporte un gicleur comprenant !'orifice calibre.

Date Re<;ue/Date Received 2024-03-08