CA3149908C - Perforateur hydraulique roto-percutant pourvu d'un piston de butee et d'une chambre de freinage - Google Patents

Abstract

Le perforateur hydraulique roto-percutant comprend un corps; un emmanchement; un piston de frappe configuré pour frapper l'emmanchement et pourvu d'une une surface de freinage; une chambre de freinage configurée pour freiner hydrauliquement le piston de frappe; un piston de butée configuré pour appliquer une force de poussée sur l'emmanchement et pourvu d'une surface d'appui configurée pour venir en butée contre une surface de butée prévue sur le corps, de manière à limiter la course de déplacement du piston de butée vers l'emmanchement. Le perforateur hydraulique roto-percutant est configuré de telle sorte que la surface d'appui et la surface de butée sont espacées axialement d'une distance d'espacement prédéterminée lorsque simultanément (i) l'emmanchement est en appui sur le piston de butée et est en contact avec le piston de frappe, et (ii) la surface de freinage est située au niveau d'une arête d'entrée de la chambre de freinage.

Description

1 PERFORATEUR HYDRAULIQUE ROTO-PERCUTANT POURVU D'UN PISTON DE BUTEE ET D'UNE CHAMBRE DE FREINAGE La presente invention se rapporte a un perforateur hydraulique roto- 5 percutant 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 se trouve au contact de la roche.

Un tel perforateur a generalement pour 10 objectif de farer des trous plus ou moins profonds afin de pouvoir y placer des charges explosives.

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 extraire les debris du trou fore. 15 Un perforateur hydraulique roto-percutant comprend plus particulierement d'une part un systeme de frappe qui est anime par un ou plusieurs debits de fluide hydraulique provenant d'un circuit d'alimentation hydraulique principal 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 20 de rotation pourvu d'un moteur rotatif hydraulique et configure pour mettre en rotation 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 25 principalement a un cable ou une chaine d'entrainement, mu(e) principalement par un 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 30 l'intermediaire d'un element de butee incorpore dans le corps du perforateur.

Cet 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 35 engendree par la pression de frappe et la frequence de frappe du piston de frappe et qui 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, que l'on Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 2 appellera force d'appui residuelle, ainsi que par la force exercee par !'element de butee sur l'emmanchement.

La stabilite et la performance en vitesse de penetration d'un perforateur hydraulique roto-percutant, lorsqu'il fonctionne, dependent notamment de cette force 5 d'appui residuelle au moment du choc, garante de la bonne transmission de l'onde de choc du piston de frappe jusqu'a la roche.

Le document WO2010/082871 divulgue un perforateur hydraulique rotopercutant 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 10 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 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 15 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 decrite dans le document WO2010/082871 permet d'assurer un positionnement approximativement stable du piston de butee pendant le fonctionnement du systeme de frappe, autour d'une position 20 de travail optimum predeterminee.

Cependant, lorsque le piston de butee se trouve dans une position d'equilibre, determinee de maniere hydraulique ou mecanique, ii est susceptible, dans certaines conditions de fonctionnement du perforateur hydraulique roto-percutant, de ne pas maintenir le taillant en contact avec la roche.

Dans ce cas precis, chaque coup du 25 piston de frappe est transmis a l'emmanchement, aux barres de forage et au taillant sans le moindre appui de ce dernier sur la roche, ce qui genere des effets destructeurs sur ces pieces ainsi que sur la ligne de frappe du perforateur.

Cette phase de frappe peut par exemple etre nommee phase de « frappe mal appuyee » ou phase de « frappe a vide », resultant d'une force de poussee trop faible par rapport a une pression de frappe don nee. 30 Pour pallier ces desagrements, ii est connu de limiter la pression de frappe actionnant le piston de frappe, et done la vitesse d'impact du piston de frappe, lorsque le perforateur travaille dans une phase de frappe mal appuyee.

La detection, entre autres, d'une diminution de la force de poussee ou d'une augmentation du debit d'avance alimentant le verin ou le moteur d'avance de la glissiere permet de transmettre 35 un signal de commande a des organes de commande externes au perforateur de telle sorte qu'ils limitent la pression de frappe du piston de frappe.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 3 Cette fonction de limitation, visant a limiter la pression de frappe du piston de frappe, n'est pas toujours ajustee au mieux sur les perforateurs et elle est parfois deconnectee par les utilisateurs.

Par ailleurs, dans un souci d'economie, cette fonction de limitation n'est parfois pas implementee sur les perforateurs. 5 Pour limiter les risques de deterioration de la ligne de frappe d'un perforateur hydraulique roto-percutant en cas de frappe a vide, ii est egalement connu d'equiper le corps de ce dernier d'une chambre de freinage annulaire qui est prevue par exemple dans le prolongement d'une chambre de commande (reliee en permanence a un conduit d'alimentation en fluide a haute pression et participant a la commande des 10 courses de frappe et de retour du piston de frappe) et qui est configuree pour etre isolee fluidiquement de la chambre de commande (par l'intermediaire d'une surface de freinage prevue sur le piston de frappe) lorsque le piston de frappe depasse une course maximale souhaitee afin de ralentir rapidement la vitesse d'impact du piston de frappe sur l'emmanchement, et done de limiter l'energie transmise a l'emmanchement, et 15 egalement afin de limiter la vitesse d'impact du piston de frappe sur une surface de butee de piston prevue sur le corps du perforateur hydraulique roto-percutant et configuree pour limiter la course de frappe du piston de frappe.

Le corps du perforateur est egalement pourvu d'une surface de butee avant ayant pour fonction de limiter, axialement et vers l'avant du perforateur, la course de 20 l'emmanchement.

Suivant les choix technologiques adoptes, la position de l'emmanchement sur la surface de butee avant peut soit permettre une vitesse d'impact reduite du piston de frappe sur l'emmanchement, par exemple lorsqu'une force de retrait est exercee sur le perforateur par la glissiere, ce qui a pour but de decoincer le taillant lorsque celui-ci est prisonnier de la roche, soit interdire tout contact entre 25 l'emmanchement et le piston de frappe.

Selon un tel mode de realisation du perforateur hydraulique roto-percutant, le piston de butee comprend une surface d'appui qui est apte pour venir en butee contre une surface de butee prevue sur le corps, de maniere a limiter la course de deplacement du piston de butee vers l'emmanchement, et le perforateur hydraulique roto-percutant 30 est configuree de telle sorte que la surface d'appui et la surface de butee sont au contact l'une de l'autre lorsque simultanement : - l'emmanchement est en appui sur le piston de butee, via generalement une bague de butee, et est en contact avec le piston de frappe, et - la surface de freinage du piston de frappe est situee au niveau d'une arete 35 d'entree de la chambre de freinage.

Ainsi, lorsque la surface d'appui prevue sur le piston de butee et la surface de butee prevue sur le corps sont au contact l'une de l'autre, la position occupee par le Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 4 piston de butee correspond habituellement a positionner axialement l'emmanchement par rapport au piston de frappe de telle sorte que, lorsque le piston de frappe entre en contact avec l'emmanchement, la surface de freinage du piston de frappe commence a penetrer dans la chambre de freinage annulaire et, par consequent, a entamer sa phase 5 de freinage.

Une telle position du piston de frappe (a !'instant precis ou le piston de frappe isole fluidiquement la chambre de freinage) correspond a une vitesse d'impact maximale du piston de frappe.

Dans cette configuration du piston de butee, la position precise de l'emmanchement n'est toutefois pas determinee puisqu'elle depend notamment de la 10 force de recul du perforateur et de la force de poussee appliquee par la glissiere sur le perforateur (l'emmanchement etant situe entre une position d'appui dans laquelle ii est en appui contre la surface de butee avant une position d'appui dans laquelle ii est en appui contre le piston de butee).

Ainsi, lorsque la surface d'appui prevue sur le piston de butee et la surface de butee prevue sur le corps sont au contact l'une de l'autre, la vitesse 15 d'impact du piston de frappe sur l'emmanchement sera comprise, en fonction de la force d'appui residuelle, entre la vitesse d'impact maximale determinee et la vitesse d'impact minimale determinee, mais ne peut etre definie precisement.

De plus, la vitesse d'impact entre le piston de frappe et l'emmanchement peut etre plus importante que la vitesse d'impact maximale si l'emmanchement, projete 20 par le coup precedent donne par le piston de frappe, rebondit sur la surface de butee avant et rencontre a nouveau le piston de frappe avant sa phase de freinage avec une vitesse de recul importante.

Si cette vitesse d'impact du piston de frappe sur l'emmanchement est trop importante alors que le taillant n'est pas en contact avec la roche, des ruptures prematurees seront notamment deplorees par l'utilisateur du 25 perforateur sur une eventuelle bague de butee interposee entre le piston de butee et l'emmanchement, la surface d'appui avant, le piston de butee, le piston de frappe, la surface de butee de piston, l'emmanchement, les barres de forage et/ou le taillant (principalement au niveau des filetages reliant les barres de forage entre elles).

La presente invention vise a remedier a ces inconvenients.

Le probleme technique a la base de !'invention consiste done a fournir un perforateur hydraulique roto-percutant qui soit de structure simple et economique, tout en ayant une fiabilite accrue et ce sans necessiter la presence de composants externes additionnels associes ou non a des pieces et circuits hydrauliques additionnels.

A cet effet, la presente invention concerne un perforateur hydraulique roto- 35 percutant comprenant : - un corps, Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 - un emmanchement monte dans le corps et 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, le piston de frappe comportant 5 une surface de freinage qui s'etend transversalement a l'axe de frappe, - une chambre de freinage configuree pour freiner hydrauliquement le piston de frappe lorsque le piston de frappe depasse une position de frappe predeterminee, la chambre de freinage etant configuree pour etre fermee partiellement par la surface de freinage du piston de frappe lorsque le piston de frappe depasse la 10 position de frappe predeterminee, - un piston de butee qui est tubulaire et qui est monte coulissant a l'interieur du corps selon un axe de deplacement sensiblement parallele a l'axe de frappe, le piston de butee etant configure pour appliquer une force de poussee sur l'emmanchement, le piston de butee comprenant une surface d'appui configuree pour venir en butee contre 15 une surface de butee prevue sur le corps, de maniere a limiter la course de deplacement du piston de butee vers l'emmanchement, caracterise en ce que le perforateur hydraulique roto-percutant est configure de telle sorte que la surface d'appui et la surface de butee sont espacees axialement l'une de l'autre d'une distance d'espacement predeterminee lorsque 20 simultanement : - l'emmanchement est en appui sur le piston de butee et est en contact avec le piston de frappe, et - la surface de freinage du piston de frappe est situee au niveau d'une arete d'entree de la chambre de freinage. 25 En d'autre termes, le perforateur hydraulique roto-percutant est configure de telle sorte que la surface de freinage est situee dans la chambre de freinage et est espacee axialement de l'arete d'entree de la chambre de freinage d'une distance d'espacement predeterminee lorsque simultanement : - l'emmanchement est en appui sur le piston de butee et est en contact avec 30 le piston de frappe, et - la surface d'appui est en appui contre la surface de butee.

Dans la presente description, !'expression « en appui sur » signifie « en appui directement ou indirectement sur ».

De ce fait, selon la presente invention, l'emmanchement peut etre en appui directement sur le piston de butee ou etre en appui 35 indirectement sur le piston de butee, c'est-a-dire par l'intermediaire d'une piece intermediaire, telle qu'une bague de butee, interposee entre l'emmanchement et le piston de butee.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 6 La configuration specifique du perforateur hydraulique roto-percutant selon la presente invention permet, lorsque la force de poussee exercee par la glissiere sur le perforateur est trop faible par rapport a la pression de frappe voire nu lie, au piston de butee de pouvoir positionner l'emmanchement dans une position axiale telle que le 5 piston de frappe aura penetre dans la chambre de freinage d'une distance correspondant a la distance d'espacement predeterminee avant de pouvoir frapper l'emmanchement.

Ainsi, le perforateur hydraulique roto-percutant selon la presente invention garantit que l'impact entre l'emmanchement et le piston de frappe est realise a une vitesse reduite (comprise entre la vitesse d'impact minimale et la vitesse d'impact maximale) lorsque la 10 force d'appui residuelle est faible, et done sans generer de dommages aux elements constitutifs de la ligne de frappe du perforateur, et en particulier a l'emmanchement, a la ou aux barres de forage et au taillant.

Par consequent, le perforateur hydraulique roto-percutant selon la presente invention permet de definir une vitesse d'impact intermediaire entre la vitesse 15 d'impact maximale et la vitesse d'impact minimale a laquelle le piston de frappe viendra frapper l'emmanchement, et ainsi de limiter de maniere certaine l'energie transmise a l'emmanchement, aux barres de forage et au taillant lorsque ce dernier n'est pas en appui sur la roche a farer, et done de proteger l'emmanchement, les barres de forage, le taillant et toute la ligne de frappe du perforateur.

Cette fonction de protection est integree dans 20 le perforateur, dans ses pieces existantes, sans l'ajout de blocs de commande externes ou de circuits hydrauliques additionnels, internes ou externes.

Une telle fonction de protection permet de ne plus avoir a garantir la securite du perforateur par des fonctionnalites externes soumises a aleas.

De fac;:on avantageuse, la vitesse d'impact intermediaire pourra etre 25 calibree en tenant compte de la vitesse d'impact maximale du piston de frappe, de la force de freinage de la chambre de freinage et de la configuration du piston de butee de telle sorte que les impacts du piston de frappe a la vitesse d'impact intermediaire n'engendrent que des rebonds a faible vitesse de l'emmanchement apres son impact sur la surface d'appui avant. 30 Le perforateur hydraulique roto-percutant peut en outre presenter une ou plusieurs des caracteristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

Selon un mode de realisation de !'invention, la distance d'espacement predeterminee, mesuree sensiblement parallelement a l'axe de frappe du piston de frappe, est superieure ou egale a 2mm. 35 Selon un mode de realisation de !'invention, la surface de freinage s'etend dans un plan sensiblement perpendiculaire a l'axe de frappe.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 7 Selon un mode de realisation de !'invention, la surface de freinage est annulaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de frappe comporte un epaulement de freinage qui definit la surface de freinage.

Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de frappe comporte une premiere partie de piston presentant un premier diametre, et une deuxieme partie de piston presentant un deuxieme diametre qui est superieur au premier diametre, la surface de freinage reliant les premiere et deuxieme parties de piston.

Selon un mode de realisation de !'invention, la deuxieme partie de piston 10 est une collerette de piston annulaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, le corps comporte une surface de guidage configuree pour guider axialement la premiere partie de piston lors des deplacements du piston de frappe selon l'axe de frappe.

Selon un mode de realisation de !'invention, une paroi interne de la chambre 15 de freinage et une surface externe de la deuxieme partie de piston sont configurees pour definir un jeu radial fonctionnel lorsque la deuxieme partie de piston est disposee dans la chambre de freinage.

Selon un mode de realisation de !'invention, le jeu radial fonctionnel est compris entre 10 et 120 μm.

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

Selon un mode de realisation de !'invention, le corps et le piston de frappe delimitent au moins en partie une premiere chambre de commande reliee de fac;:on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et une deuxieme chambre de commande qui est antagoniste a la premiere chambre de commande, le perforateur hydraulique roto-percutant comportant en outre un distributeur de 30 commande configure pour relier fluidiquement la deuxieme chambre de commande 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.

Selon un mode de realisation de !'invention, la chambre de freinage s'etend 35 dans le prolongement de la premiere chambre de commande et en direction de l'emmanchement.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 8 Selon un mode de realisation de !'invention, la chambre de freinage est configuree pour etre alimentee en fluide haute pression par la premiere chambre de commande lorsque la surface de freinage du piston de frappe est eloignee de la chambre de freinage.

Selon un mode de realisation de !'invention, la chambre de freinage est configuree pour etre au moins partiellement isolee fluidiquement de la premiere chambre de commande lorsque la surface de freinage du piston de frappe est situee dans la chambre de freinage.

Selon un mode de realisation de !'invention, la chambre de freinage 10 comporte une surface de fond qui est situee a l'oppose de l'arete d'entree.

De fac;:on avantageuse, la surface de freinage est configuree pour venir en butee contre la surface de fond de la chambre de freinage de maniere a limiter la course de frappe du piston de frappe.

Selon un mode de realisation de !'invention, le circuit d'alimentation 15 hydraulique principal est egalement configure pour commander un coulissement du piston de butee selon l'axe de deplacement.

Selon un mode de realisation de !'invention, le corps et le piston de butee delimitent une chambre de commande primaire qui est reliee en permanence au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et qui est configuree pour solliciter le piston de 20 butee vers l'emmanchement.

Selon un mode de realisation de !'invention, le corps et le piston de butee delimitent une chambre de commande secondaire qui est reliee en permanence au conduit de retour de fluide a basse pression ou a une ligne de drain dediee, la chambre de commande secondaire etant antagoniste a la chambre de commande primaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, la chambre de commande secondaire est configuree pour solliciter le piston de butee a l'oppose de l'emmanchement.

Selon un mode de realisation de !'invention, le circuit d'alimentation hydraulique principal comporte en outre un accumulateur basse pression re lie au conduit 30 de retour de fluide a basse pression.

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

Selon un mode de realisation de !'invention, au moins l'un ou chacun des 35 accumulateurs basse pression et haute pression est un accumulateur a membrane, tel qu'un accumulateur hydropneumatique, un accumulateur a piston, un accumulateur a vessie ou tout autre type d'accumulateur.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 9 Selon un autre mode de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique roto-percutant comporte un circuit d'alimentation hydraulique secondaire configure pour commander un coulissement du piston de butee selon l'axe de deplacement.

Selon encore un autre mode de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique roto-percutant comporte un dispositif de pilotage configure pour ajuster la position du piston de butee en fonction de differents parametres de fonctionnement du perforateur hydraulique roto-percutant.

Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de butee est monte 10 coulissant autour du piston de frappe.

Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de butee est configure pour positionner l'emmanchement dans une position d'equilibre predeterminee par rapport au piston de frappe.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface d'appui est inclinee 15 par rapport a l'axe de deplacement.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface d'appui est inclinee par rapport a l'axe de deplacement selon un angle d'inclinaison compris entre 5 et 175°, et avantageusement entre 30 et 60°, et par exemple d'environ 45°.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface de butee est inclinee 20 par rapport a l'axe de deplacement selon un angle d'inclinaison compris entre 5 et 175°, et avantageusement entre 30 et 60°, et par exemple d'environ 45°.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface d'appui est inclinee vers l'arriere du piston de butee.

Selon un autre mode de realisation de !'invention, la surface de butee et la 25 surface d'appui s'etendent sensiblement perpendiculairement a l'axe de deplacement, et done sensiblement perpendiculairement a l'axe de frappe.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface de butee est annulaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface d'appui est annulaire.

Selon un mode de realisation de !'invention, la surface d'appui et la surface de butee sont configurees pour etre en contact l'une contre l'autre sur uniquement une portion de la surface d'appui et de la surface de butee.

Selon un mode de realisation de !'invention, le corps comporte un corps principal et une chemise interne qui est fixee dans le corps principal et qui s'etend autour 35 du piston de butee, la chemise interne comportant la surface de butee.

Selon un autre mode de realisation de !'invention, la surface de butee est prevue sur le corps principal.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 Selon un mode de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique rotopercutant comporte en outre une bague de butee qui est disposee axialement entre l'emmanchement et le piston de butee et qui est configure pour appliquer la force de poussee sur l'emmanchement. 5 Selon un mode de realisation de !'invention, la bague de butee et le piston de butee s'etendent coaxialement.

Selon un mode de realisation de !'invention, l'emmanchement s'etend longitudinalement selon l'axe de frappe Selon un mode de realisation de !'invention, le piston de butee comporte 10 une collerette annulaire comportant la surface d'appui.

Selon un mode de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique rotopercutant comporte une surface de butee avant qui est fixe par rapport au corps, la surface de butee avant etant annulaire et s'etendant autour de l'emmanchement, l'emmanchement etant configure pour venir en butee contre la surface de butee avant 15 de maniere a limiter la course de deplacement de l'emmanchement vers l'avant.

De fac;:on avantageuse, l'emmanchement comporte une collerette d'appui annulaire qui est prevue sur une surface exterieure de l'emmanchement et qui comporte une surface d'appui avant configuree pour venir en butee contre la surface de butee avant.

La presente invention sera bien comprise a l'aide de la description qui suit 20 en reference aux figures annexees, dans lesquelles des signes de references identiques correspondent a des elements structurellement et/ou fonctionnellement identiques ou similaires.

Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un perforateur hydraulique roto-percutant selon un premier mode de realisation de !'invention, montrant un piston 25 de frappe, un piston de butee et un emmanchement dans une premiere configuration de fonctionnement.

Figure 2 est une vue en coupe longitudinale du perforateur hydraulique roto-percutant de la figure 1, montrant le piston de frappe, le piston de butee et l'emmanchement respectivement dans une deuxieme configuration de fonctionnement 30 et une troisieme configuration de fonctionnement.

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

Figure 4 est une vue a l'echelle agrandie d'un detail de la figure 1.

Les figures 1 a 2 representent un perforateur hydraulique roto-percutant 2 35 qui est destine a la perforation de trous de mine.

Le perforateur hydraulique rotopercutant 2 comporte plus particulierement un corps 3 qui est configure pour etre monte coulissant sur une glissiere (non representee sur les figures) prevue sur un engin porteur.

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 11 Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le corps 3 comporte un corps principal 3.1, et egalement une chemise interne 3.2 et une chemise interne additionnelle 3.3 montees glissantes ou en force dans le corps principal 3.1.

Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comprend un systeme de 5 frappe 4 comportant un piston de frappe 5 monte coulissant de fac;:on alternative dans un cylindre de piston 6, qui est defini par le corps 3, suivant un axe de frappe A.

Le piston de frappe 5 et le cylindre de piston 6 delimitent une premiere chambre de commande 7 qui est annulaire, et une deuxieme chambre de commande 8 qui a une section transversale plus importante que celle de la premiere chambre de commande 7 et qui 10 est antagoniste a la premiere chambre de commande 7.

Le systeme de frappe 4 comprend en outre un distributeur de commande 9 agence pour commander un mouvement alternatif du piston de frappe 5 a l'interieur du cylindre de piston 6 alternativement suivant une course de frappe et une course de retour.

Le distributeur de commande 9 est configure pour mettre la deuxieme chambre 15 de commande 8, alternativement en relation avec un conduit d'alimentation en fluide a haute pression 11, tel qu'un conduit d'alimentation en fluide incompressible a haute pression, lors de la course de frappe du piston de frappe 5, et avec un conduit de retour de fluide a basse pression 12, tel qu'un conduit de retour de fluide incompressible a basse pression, lors de la course de retour du piston de frappe 5.

La premiere chambre de 20 commande 7 est avantageusement alimentee en permanence en fluide a haute pression par un canal d'alimentation 13 relie au conduit d'alimentation en fluide a haute pression 11.

Le conduit d'alimentation en fluide a haute pression 11 et le conduit de retour de fluide a basse pression 12 appartiennent a un circuit d'alimentation 25 hydraulique principal dont est pourvu le systeme de frappe 4.

Le circuit d'alimentation hydraulique principal peut avantageusement comporter un accumulateur haute pression 14 relie au conduit d'alimentation en fluide a haute pression 11.

Le systeme de frappe 4 comporte egalement une chambre de freinage 15 configuree pour freiner hydrauliquement le piston de frappe 5 lorsque le piston de frappe 30 5 depasse une position de frappe predeterminee.

De fac;:on avantageuse, la chambre de freinage 15 est annulaire et s'etend dans le prolongement de la premiere chambre de commande 7 et vers l'avant du perforateur hydraulique roto-percutant 2.

La chambre de freinage 15 comporte une arete d'entree 15.1 qui est annulaire et une surface de fond 15.2 qui est egalement annulaire et qui est situee a l'oppose de l'arete d'entree 15.1. 35 La chambre de freinage 15 est plus particulierement configuree pour: - etre partiellement fermee par une surface de freinage 16 prevue sur le piston de frappe 5, et done pour etre partiellement isolee fluidiquement de la premiere Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 12 chambre de commande 7, lorsque le piston de frappe 5 depasse la position de frappe predeterminee, et - etre alimentee en fluide haute pression par la premiere chambre de commande 7 lorsque la surface de freinage 16 du piston de frappe 5 est eloignee de la 5 chambre de freinage 15.

De fac;:on avantageuse, la surface de freinage 16 est annulaire et s'etend transversalement a l'axe de frappe A et de preference dans un plan sensiblement perpendiculaire a l'axe de frappe A.

Toutefois, selon une variante de realisation de !'invention, la surface de freinage 16 pourrait presenter un angle compris entre 30 et 90° 10 par rapport a l'axe de frappe A.

La surface de freinage 16 est configuree pour venir en butee contre la surface de fond 15.2 de la chambre de freinage 15 de maniere a limiter la course de frappe du piston de frappe 5.

Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le piston de frappe 5 comporte une premiere partie de piston 5.1 presentant un premier diametre, 15 une deuxieme partie de piston 5.2 presentant un deuxieme diametre qui est superieur au premier diametre, et un epaulement de freinage qui definit la surface de freinage 16 et qui relie les premiere et deuxieme parties de piston 5.1, 5.2.

De fac;:on avantageuse, une paroi interne de la chambre de freinage 15 et une surface externe de la deuxieme partie de piston 5.2 sont configurees pour definir un jeu radial fonctionnel lorsque la 20 deuxieme partie de piston 5.2 est disposee dans la chambre de freinage 15.

Selon un mode de realisation de !'invention, le jeu radial fonctionnel est compris entre 10 et 120 μm.

Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comprend egalement un piston de butee 17 qui est tubulaire et qui est monte coulissant a l'interieur du corps 3 selon un 25 axe de deplacement parallele 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 17 est monte coulissant autour du piston de frappe 5, et s'etend coaxialement au piston de frappe 5.

Le piston de butee 17 comporte une surface d'appui 18 qui est annulaire et 30 qui est configuree pour venir en butee contre une surface de butee 19, egalement annulaire, prevue sur le corps 3 et par exemple sur la chemise interne 3.2, de maniere a limiter la course de deplacement du piston de butee 17 vers l'avant du perforateur hydraulique roto-percutant 2.

Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, la surface 35 d'appui 18 est inclinee par rapport a l'axe de deplacement selon un angle d'inclinaison compris entre 30 et 60°, et par exemple d'environ 45°, et la surface de butee 19 est egalement inclinee par rapport a l'axe de deplacement selon un angle d'inclinaison Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 13 compris entre 30 et 60°, et par exemple d'environ 45°.

De fac;:on avantageuse, chacune des surface d'appui et de butee 18, 19 diverge en direction d'une extremite arriere du piston de butee 17.

Toutefois, selon un autre mode de realisation de !'invention represente sur la figure 3, la surface de butee 19 et la surface d'appui 18 pourraient 5 chacune s'etendre sensiblement perpendiculairement a l'axe de deplacement.

Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comporte en outre un emmanchement 21 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 21 s'etend longitudinalement selon un axe d'extension qui est 10 avantageusement confondu avec l'axe de frappe A, et comporte une premiere portion d'extremite 22 tournee vers le piston de frappe 5 et pourvue d'une face d'extremite 22.1 contre laquelle est destine a frapper 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 15 22, destinee a etre couplee a l'au moins une barre de forage.

L'emmanchement 21 comporte egalement une surface d'appui avant 24 configuree pour venir en butee contre une surface de butee avant 25, qui est annulaire et qui s'etend autour de l'emmanchement 21, de maniere a limiter la course de deplacement de l'emmanchement 21 vers l'avant.

La surface d'appui avant 24 peut par 20 exemple etre annulaire, ou etre discontinue sides cannelures d'accouplement femelle et male prevues sur l'emmanchement 21 s'etendent jusqu'a la surface d'appui avant 24.

La surface de butee avant 25 peut etre directement prevue sur le corps 3 et notamment le corps principal 3.1, ou peut etre prevue sur une bague de butee annulaire qui est disposee dans le corps principal 3.1.

De fac;:on avantageuse, la surface d'appui avant 24 25 est inclinee par rapport a l'axe de frappe A et diverge en direction du piston de frappe 5.

Le piston de butee 17 comporte plus particulierement une face avant 26 qui est tournee vers l'emmanchement 21 et qui est configuree pour appliquer une force de poussee directement sur l'emmanchement 21 ou indirectement sur l'emmanchement 21 par l'intermediaire d'une bague de butee 27 interposee axialement entre 30 l'emmanchement 21 et le piston de butee 17.

Le fonctionnement d'un piston de butee est bien connu de l'homme du metier et n'est done pas decrit de maniere detaillee dans la presente description.

De plus, l'alimentation hydraulique d'un piston de butee peut etre realisee de diverses manieres bien connues de l'homme du metier.

Differents exemples d'alimentation hydraulique du 35 piston de butee 17 sont cependant decrits ci-apres.

Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le corps 3 et le piston de butee 17 delimitent, avec le piston de frappe 5, une chambre de commande Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 14 primaire 28 qui peut par exemple etre reliee de fac;:on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression 11 et qui est configuree pour solliciter le piston de butee 17 vers l'avant, c'est-a-dire vers l'emmanchement 21.

Le corps 3 et le piston de butee 17 delimitent, avec le piston de frappe 5, 5 egalement une chambre de commande secondaire 29 qui est antagoniste a la chambre de commande primaire 28 et qui peut par exemple etre reliee au conduit de retour de fluide a basse pression 12 ou a une ligne de drain dediee.

Avantageusement, la surface d'appui 18 et la surface de butee 19 delimitent en partie la chambre de commande secondaire 29. 10 Selon le mode de realisation represente sur les figures 1 et 2, le corps 3 et le piston de butee 17 delimitent une chambre de commande additionnelle 31 qui est antagoniste a la chambre de commande secondaire 29 et qui est par exemple reliee a un accumulateur basse pression 32 relie au conduit de retour de fluide a basse pression 12 et appartenant au circuit d'alimentation hydraulique principal du systeme de frappe 4. 15 Chacun des accumulateurs basse pression et haute pression precites peut etre un accumulateur a membrane, tel qu'un accumulateur hydropneumatique, un accumulateur a piston, un accumulateur a vessie ou tout autre type d'accumulateur.

Toutefois, selon le mode de realisation represente sur la figure 3, la chambre de commande additionnelle 31 pourrait etre reliee a un drain externe 30.

Selon une autre 20 variante de realisation de !'invention, la chambre de commande additionnelle 31 pourrait etre reliee directement au conduit de retour de fluide a basse pression 12, c'est-a-dire sans presence d'un accumulateur basse pression.

Selon le mode de realisation de !'invention represente sur les figures 1 et 2, le circuit d'alimentation hydraulique principal est configure pour commander egalement 25 les coulissements du piston de butee 17 selon l'axe de deplacement.

Cependant, selon une variante de realisation de !'invention, le perforateur hydraulique roto-percutant 2 pourrait comporter un circuit d'alimentation hydraulique secondaire distinct du circuit d'alimentation hydraulique principal et configure pour commander les coulissements du piston de butee 17 selon l'axe de deplacement. 30 Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 comprend egalement un systeme d'entrainement en rotation 33 qui est configure pour entrainer en rotation l'emmanchement 21 autour d'un axe de rotation qui est sensiblement confondu avec l'axe de frappe A.

Le systeme d'entrainement en rotation 33 comporte un organe d'accouplement 34, tel qu'un pignon d'accouplement, qui est tubulaire et qui est dispose 35 autour de l'emmanchement 21. L'organe d'accouplement 34 comprend des cannelures d'accouplement male et des cannelures d'accouplement femelle qui sont couplees en Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 rotation respectivement avec des cannelures d'accouplement femelle et male prevues sur l'emmanchement 21.

De fac;:on avantageuse, l'organe d'accouplement 34 comporte une denture peripherique externe couplee en rotation avec un arbre de sortie d'un moteur 5 d'entrainement 35, tel qu'un moteur hydraulique alimente hydrauliquement par un circuit externe d'alimentation hydraulique, appartenant au systeme d'entrainement en rotation 33.

Le systeme d'entrainement en rotation 33 peut par exemple comporter un pignon intermediaire 36 qui est couple d'un part a l'arbre de sortie du moteur d'entrainement 35 et d'autre part a la denture peripherique externe de l'organe 10 d'accouplement 34.

Lorsque le perforateur hydraulique roto-percutant 2 est en fonctionnement, l'emmanchement 21 est mis en rotation grace au moteur d'entrainement 35, et l'emmanchement 21 rec;:oit sur sa face d'extremite 17 les chocs cycliques du piston de frappe 5, assures par le systeme de frappe 4 alimente par le circuit d'alimentation 15 hydraulique principal.

Dans le meme temps, l'engin porteur sur lequel est monte le perforateur hydraulique roto-percutant 2 applique une force de poussee sur la barre de forage, via le corps 3 et l'emmanchement 21. A l'interieur du perforateur hydraulique roto-percutant 2, entre le corps 3 et l'emmanchement 21, cette force de poussee est transmise par l'intermediaire du piston de butee 17 et de la bague de butee 27. 20 Le perforateur hydraulique roto-percutant 2 est plus particulierement configure de telle sorte que la surface d'appui 18 et la surface de butee 19 sont espacees axialement l'une de l'autre d'une distance d'espacement predeterminee D lorsque simultanement : - l'emmanchement 21 est en appui sur le piston de butee 17, via la bague de 25 bute 27, et est en contact avec le piston de frappe 5, et - la surface de freinage 16 du piston de frappe 5 est situee au niveau de l'arete d'entree 15.1 de la chambre de freinage 15, c'est-a-dire est situee radialement en regard de l'arete d'entree 15.1.

De fac;:on avantageuse, la distance d'espacement predeterminee D, 30 mesuree sensiblement parallelement a l'axe de frappe A du piston de frappe 5, est superieure ou egale a 2 mm.

Une telle configuration du perforateur hydraulique roto-percutant 2 permet, lorsque la force de poussee exercee par la glissiere sur le perforateur hydraulique roto-percutant 2 est trop faible par rapport a la pression de frappe (voire 35 nulle), au piston de butee 17 de pouvoir positionner l'emmanchement 21 dans une position axiale (correspondant a une position du piston de butee dans laquelle la surface d'appui 18 est en appui contre la surface de butee 19) telle que le piston de frappe 5 aura Date Re9ue/Date Received 2022-02-23 16 penetre dans la chambre de freinage 15 d'une distance correspondant a la distance d'espacement predeterminee D avant de pouvoir trapper l'emmanchement 21.

Ainsi, le perforateur hydraulique roto-percutant 2 selon la presente invention garantit que l'impact entre l'emmanchement 21 et le piston de frappe 5 est realise a une vitesse 5 reduite lorsque la force de poussee exercee par la glissiere sur le perforateur hydraulique roto-percutant 2 est trop faible ou nulle, et done sans generer de dommages aux elements constitutifs de la ligne de frappe du perforateur, et en particulier a l'emmanchement 21, a la ou aux barres de forage et au taillant.

Par consequent, le perforateur hydraulique roto-percutant 2 selon la 10 presente invention permet de definir une vitesse d'impact intermediaire du piston de frappe comprise entre une vitesse d'impact maximale du piston de frappe 5 (qui correspond a une position du piston de frappe 5 dans laquelle la surface de freinage 16 est situee au niveau de l'arete d'entree 15) et une vitesse d'impact minimale du piston de frappe 5 (qui correspond a une position du piston de frappe 5 dans laquelle la surface 15 de freinage 16 est situee au contact de la surface de fond 15.2), et ainsi de limiter de maniere certaine l'energie transmise a l'emmanchement 21, aux barres de forage et au taillant lorsque ce dernier n'est pas en appui sur la roche a farer, et done de proteger l'emmanchement 21, les barres de forage, le taillant et toute la ligne de frappe du perforateur hydraulique roto-percutant 2. 20 Une telle fonction de protection est integree dans le perforateur hydraulique roto-percutant 2, sans l'ajout de blocs de commande externes ou de circuits hydrauliques additionnels, internes ou externes, et est done obtenue sans avoir a garantir la securite du perforateur par des fonctionnalites externes sou mises a a leas.

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

Date Re9ue/Date Received 2022-02-23

Claims (9)

17 REVENDICATIONS 1. Perforateur hydraulique roto-percutant comprenant : - un corps, - un emmanchement monte dans le corps et 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, le piston de frappe comportant une surface de freinage qui s'etend transversalement a l'axe de frappe, 10 - une chambre de freinage configuree pour freiner hydrauliquement le piston de frappe lorsque le piston de frappe depasse une position de frappe predeterminee, la chambre de freinage etant configuree pour etre fermee partiellement par la surface de freinage du piston de frappe lorsque le piston de frappe depasse la position de frappe predeterminee, 15 - un piston de butee qui esttubulaire et qui est monte coulissant a l'interieur du corps selon un axe de deplacement sensiblement parallele a l'axe de frappe, le piston de butee etant configure pour appliquer une force de poussee sur l'emmanchement, le piston de butee comprenant une surface d'appui configuree pour venir en butee contre une surface de butee prevue sur le corps, de maniere a limiter la course de deplacement 20 du piston de butee vers l'emmanchement, - un circuit d'alimentation hydraulique principal configure pour commander un coulissement alternatif du piston de frappe selon l'axe de frappe, le circuit d'alimentation hydraulique principal comportant un conduit d'alimentation en fluide a haute pression et un conduit de retour de fluide a basse pression, dans lequel le corps et 25 le piston de frappe delimitent au mains en partie une premiere chambre de commande reliee de fa~on permanente au conduit d'alimentation en fluide a haute pression et une deuxieme chambre de commande qui est antagoniste a la premiere chambre de commande, - un distributeur de commande configure pour relier fluidiquement la 30 deuxieme chambre de commande 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, dans lequel la chambre de freinage s'etend dans le prolongement de la premiere chambre de commande et en direction de l'emmanchement, 35 caracterise en ce que le perforateur hydraulique roto-percutant est configure de telle sorte que la surface d'appui et la surface de butee sont espacees Date Re<;ue/Date Received 2024-03-08 18 axialement l'une de l'autre d'une distance d'espacement predeterminee (D) lorsque simultanement : - l'emmanchement est en appui sur le piston de butee et est en contact avec le piston de frappe, et 5 - la surface de freinage du piston de frappe est situee au niveau d'une arete d'entree de la chambre de freinage.

2. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 1, dans lequel la distance d'espacement predeterminee (D), mesuree sensiblement 10 parallelement a l'axe de frappe du piston de frappe, est superieure ou egale a 2 mm.

3. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface de freinage s'etend dans un plan sensiblement perpendiculaire a l'axe de frappe.

4. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, dans lequel le piston de frappe comporte une premiere partie de piston presentant un premier diametre, et une deuxieme partie de piston presentant un deuxieme diametre qui est superieur au premier diametre, la surface de freinage reliant 20 les premiere et deuxieme parties de piston.

5. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 4, dans lequel une paroi interne de la chambre de freinage et une surface externe de la deuxieme partie de piston sont configurees pour definir un jeu radial fonctionnel lorsque la 25 deuxieme partie de piston est disposee dans la chambre de freinage.

6. Perforateur hydraulique roto-percutant selon la revendication 1, dans lequel le circuit d'alimentation hydraulique principal est egalement configure pour commander un coulissement du piston de butee selon l'axe de deplacement.

7. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, dans lequel la surface d'appui est inclinee par rapport a l'axe de deplacement. Date Re<;ue/Date Received 2024-03-08 19

8. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, dans lequel le corps comporte un corps principal et une chemise interne qui est fixee dans le corps principal et qui s'etend autour du piston de butee, la chemise interne comportant la surface de butee.

9. Perforateur hydraulique roto-percutant selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, lequel comporte en outre une bague de butee qui est disposee axialement entre l'emmanchement et le piston de butee et qui est configuree pour appliquer la force de poussee sur l'emmanchement. Date Re<;ue/Date Received 2024-03-08