CA3078594A1 - Double-plate rotary barrel pump - Google Patents
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Abstract
Description
POMPE A BARILLET ROTATIF AVEC DOUBLE PLATEAUX
La présente invention concerne le domaine des pompes, en particulier pour le pompage haute pression, notamment pour des opérations de forage.
De nos jours, les pompes à vilebrequins sont les plus répandues dans l'ensemble des secteurs de l'industrie : les biens d'équipement, les industries pétrolière, gazière et agroalimentaire, le secteur automobile, le bâtiment (chauffage, puits, climatisation, pompes à
eau, etc.) et plus spécifiquement pour le traitement de l'eau et des déchets (réseau d'eau et d'assainissement). Néanmoins, elles sont encore construites à partir de concepts datant des années 1930, et ne font l'objet que de très peu d'études de recherche et développement pour améliorer leurs performances, réduire leur coût de revient, minimiser les frais de maintenance ou diminuer leur empreinte environnementale. Ces pompes présentent des limites en termes de puissance, de couple pression / débit ( c'est-à-dire des limites qui se traduisent par des phénomènes apparentés aux coups de bélier générés par la réponse sinusoïdale de la pression produite par le vilebrequin), de poids, de rendement et de durée de vie. De plus, elles ne permettent pas d'avoir une cylindrée variable et manquent donc de flexibilité d'utilisation.
En outre, dans le domaine de la production d'hydrocarbures, on observe actuellement que les forages doivent atteindre des profondeurs de plus en plus importantes, ce qui implique de travailler avec des pressions d'injection toujours plus élevées.
Les compagnies pétrolières ont donc besoin de pompes à très haute pression pour atteindre les profondeurs requises pour l'injection, par exemple, de boues de forage. Ces dernières doivent également être fiables, économiques, flexibles et compactes, afin de répondre aux demandes toujours plus exigeantes du secteur de l'énergie.
Une autre technologie de pompe volumétrique est la pompe à barillet.
Majoritairement destinées au pompage à plus faible pression et débit (elles sont principalement utilisées dans le pompage des huiles hydrauliques), elles offrent de nombreux avantages :
= Excellent rapport poids / puissance = Très bon rapport qualité / prix = Rendements mécaniques et volumétriques intéressants = Possibilité de cylindrée variable en réglant l'inclinaison du plateau Les pompes conçues avec un barillet fonctionnent à l'aide d'un système de plateau tournant qui actionne les différents pistons les uns à la suite des autres.
Lorsqu'un piston est WO 2019/076671 ROTARY BARREL PUMP WITH DOUBLE TRAYS
The present invention relates to the field of pumps, in particular for the high pressure pumping, especially for drilling operations.
Nowadays, crankshaft pumps are the most common in all of the industry sectors: capital goods, petroleum industries, gas and food, automotive, building (heating, wells, air conditioning, pumps water, etc.) and more specifically for water and waste treatment (water network and sanitation). However, they are still constructed from concepts dating from 1930s, and are the subject of very little research and development to improve their performance, reduce their cost, minimize the costs maintenance or reduce their environmental footprint. These pumps have of limits in terms of power, pressure / flow couple (i.e.
limits which are translate into phenomena related to the water hammer generated by the reply sinusoidal pressure produced by the crankshaft), weight, yield and duration of life. In addition, they do not allow to have a variable displacement and therefore lack flexibility of use.
In addition, in the field of hydrocarbon production, we observe currently that the boreholes must reach ever greater depths, what involves working with ever higher injection pressures.
Companies oil companies therefore need very high pressure pumps to reach the depths required for injection, for example, of drilling mud. These last must also be reliable, economical, flexible and compact, in order to meet the always ask more demanding in the energy sector.
Another positive displacement pump technology is the barrel pump.
Mostly intended for pumping at lower pressure and flow (they are mainly used in pumping hydraulic oils), they offer many advantages :
= Excellent weight / power ratio = Very good value for money = Interesting mechanical and volumetric yields = Possibility of variable displacement by adjusting the tilt of the plate Pumps designed with a barrel operate using a tray turning which activates the different pistons one after the other.
When a piston is WO 2019/076671
2 en phase d'admission, le piston opposé est en mode refoulement, ce qui offre un flux constant en amont et aval de la pompe. La répartition des positions des pistons avec un guidage par le barillet assure une distribution des efforts progressive lors de la rotation de l'arbre entraîné par le moteur.
Il existe trois grandes architectures de pompe à barillet :
= Les pompes à barillet fixe (figure 1) : dans cette configuration de pompe 1, où le barillet est fixe, c'est le plateau incliné 2 qui tourne (entraîné par l'arbre 5) afin de générer le mouvement des pistons 3 dans leurs chemises 4 (chambre de compression). La liaison entre les pistons 3 et le plateau 2 est alors assuré par des patins rotules qui frottent sur le plateau 2. L'avantage ici est d'avoir une très faible inertie des pièces en rotation.
Toutefois, cette configuration rend difficile la mise en place de cylindrée variable. De plus, dans le cas de pressions et débits importants, les efforts de frottement entre le plateau et les patins ne sont pas négligeables, et rendent complexe voire impossible la réalisation de la pompe.
= Les pompes à barillet avec plateau oscillant : le barillet est fixe dans cette architecture et l'on a deux plateaux, un premier plateau incliné est en rotation et transfère au second plateau uniquement le mouvement d'oscillation. Ainsi on peut lier les pistons au second plateau oscillant sans la nécessité d'éléments frottants, par exemple avec une bielle liée au piston et au plateau par des liaisons rotules. Cette architecture est adaptée au pompage haute pression du fait de l'absence d'éléments frottant (on en trouve d'ailleurs quelques-unes sur le marché de la géothermie). Elle offre également un excellent rendement mécanique. Cette configuration rend possible la réalisation d'une cylindrée variable, elle reste néanmoins difficile à intégrer et à concevoir.
= Les pompes à barillet rotatif (figure 2) : au sein de la pompe 1, c'est le plateau 2 qui est fixe et le barillet 6 portant les pistons 3 est en rotation, assurant ainsi le mouvement des pistons 3 dans leurs chemises 4 (chambre de compression). La liaison piston 3 ¨ plateau 2 est assurée de la même manière que pour la première configuration. L'avantage de cette architecture est que l'on peut aisément rendre le plateau réglable en inclinaison et ainsi avoir la possibilité de cylindrée variable. En revanche, l'inertie des pièces en rotation augmente de façon non négligeable puisque le barillet et l'ensemble des pistons sont mis en rotation. De plus, pour cette configuration, il y a des frottements importants entre le plateau et les bielles liées aux pistons. Ces frottements génèrent des pertes au niveau du rendement.
Pour pallier ces inconvénients, la présente invention concerne une pompe à
barillet rotatif, qui comporte deux plateaux : un plateau mobile également entraîné par l'arbre d'entraînement, et un plateau à inclinaison variable, les deux plateaux étant en liaison pivot l'un par rapport à l'autre. Ainsi, l'entraînement du plateau mobile par l'arbre d'entraînement permet un contact entre deux pièces rotatives : les bielles et le plateau mobile, ce qui permet WO 2019/076671 2 in the intake phase, the opposite piston is in discharge mode, which offers a flow constant upstream and downstream of the pump. The distribution of positions of pistons with a barrel guidance ensures progressive force distribution during of the rotation of the shaft driven by the motor.
There are three main barrel pump architectures:
= Fixed barrel pumps (figure 1): in this pump configuration 1, where the barrel is fixed, it is the inclined plate 2 which turns (driven by the shaft 5) in order to generate the movement of the pistons 3 in their liners 4 (compression chamber). The link between the pistons 3 and the plate 2 is then provided by ball joints which rub on the shelf 2. The advantage here is to have a very low inertia of the rotating parts.
However, this configuration makes it difficult to set up variable displacement. Furthermore, in the case of significant pressures and flows, the friction forces between the plate and the skates are not not negligible, and make the realization of the pump.
= Barrel pumps with swash plate: the barrel is fixed in this architecture and we have two shelves, a first inclined shelf is rotation and transfer to second stage only the oscillation movement. So we can link the pistons second swash plate without the need for friction elements, for example with a connecting rod linked to the piston and the plate by ball joints. This architecture is suitable for high pressure pumping due to the absence of friction elements (we find besides some on the geothermal energy market). It also offers a excellent performance mechanical. This configuration makes it possible to produce a displacement variable she remains difficult to integrate and design.
= Rotary barrel pumps (figure 2): within pump 1, it is tray 2 which is fixed and the barrel 6 carrying the pistons 3 is in rotation, ensuring so the movement of pistons 3 in their liners 4 (compression chamber). The piston link 3 ¨ tray 2 is ensured in the same way as for the first configuration. The advantage of this architecture is that you can easily make the tray adjustable in tilt and so have the possibility of variable displacement. On the other hand, the inertia of the pieces in rotation increases by not negligible since the barrel and the set of pistons are put in rotation. Of more, for this configuration, there is significant friction between the tray and connecting rods related to the pistons. These frictions generate losses in terms of performance.
To overcome these drawbacks, the present invention relates to a pump barrel rotary, which has two platforms: a mobile platform also driven by the tree and a variable inclination plate, the two plates being in pivot connection relative to each other. Thus, the driving of the movable plate by the drive shaft allows contact between two rotating parts: the connecting rods and the plate mobile, which allows WO 2019/076671
3 de limiter les pertes par frottement entre ces pièces. L'inclinaison variable permet une cylindrée variable de la pompe.
Le dispositif selon l'invention La présente invention concerne une pompe à barillet comprenant un carter, et comprenant au sein dudit carter :
- un arbre d'entraînement, - un bloc cylindre comportant au moins deux chambres de compression réparties circonférentiellement, ledit bloc cylindre étant entraîné par ledit arbre d'entraînement, - un plateau mobile, - au moins deux pistons en translation respectivement dans lesdites chambres de compression dudit bloc cylindre, lesdits pistons étant entraînés par ledit plateau mobile au moyen de bielles.
Ledit plateau mobile est entraîné par ledit arbre d'entraînement, et ladite pompe à
barillet comporte un plateau à inclinaison variable par rapport audit arbre d'entraînement, ledit plateau mobile étant en liaison pivot par rapport audit plateau à
inclinaison variable autour de l'axe dudit plateau à inclinaison variable.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite liaison pivot entre ledit plateau mobile et ledit plateau à inclinaison variable est formée de moyens pour supporter les charges et de moyens pour tenir l'ensemble des deux plateaux.
Avantageusement, ladite liaison pivot entre ledit plateau mobile et ledit plateau à
inclinaison variable est formée d'une butée à rouleaux coniques et d'un roulement à billes.
De préférence, ladite butée à rouleaux coniques est disposée entre un épaulement externe dudit plateau mobile et un épaulement interne dudit plateau à
inclinaison variable.
De manière avantageuse, ledit roulement à billes est disposé entre un épaulement externe dudit plateau mobile et un épaulement interne dudit plateau à
inclinaison variable.
Conformément à un mode de réalisation, ledit plateau mobile est entraîné par ledit arbre d'entraînement par une rotule à doigt.
Selon un aspect, ladite rotule à doigt comporte un dispositif pour former une liaison rotule à doigt sous forme d'une pièce de révolution creuse comprenant une surface interne sensiblement cylindrique et une surface externe ayant sensiblement la forme d'une sphère tronquée à ses deux extrémités, et ladite surface interne comporte au moins une rainure ou une cannelure femelle, et en ce que ladite surface externe comporte au moins une cannelure bombée.
WO 2019/076671 3 to limit the losses by friction between these parts. Variable tilt allows a variable displacement of the pump.
The device according to the invention The present invention relates to a barrel pump comprising a casing, and comprising within said housing:
- a drive shaft, - a cylinder block comprising at least two distributed compression chambers circumferentially, said cylinder block being driven by said shaft training, - a movable platform, - at least two pistons in translation respectively in said chambers of compression of said cylinder block, said pistons being driven by said tray movable by means of connecting rods.
Said movable plate is driven by said drive shaft, and said pump barrel comprises a plate with variable inclination relative to said shaft drive, said movable plate being in pivot connection relative to said tray to variable inclination around the axis of said variable inclination plate.
According to one embodiment of the invention, said pivot link between said tray movable and said variable inclination plate is formed of means for bear them charges and means for holding the assembly of the two plates.
Advantageously, said pivot link between said movable plate and said tray to variable inclination is formed by a tapered roller thrust bearing and a ball bearing.
Preferably, said tapered roller stopper is disposed between a shoulder external of said movable plate and an internal shoulder of said plate to variable inclination.
Advantageously, said ball bearing is disposed between a shoulder external of said movable plate and an internal shoulder of said plate to variable inclination.
According to one embodiment, said movable plate is driven by said drive shaft by a ball joint.
According to one aspect, said finger ball joint comprises a device for forming a bond finger ball in the form of a hollow part of revolution comprising a internal surface substantially cylindrical and an outer surface having substantially the shape of a sphere truncated at both ends, and said internal surface has at least a groove or a female groove, and in that said external surface comprises at least a groove domed.
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4 Avantageusement, le dispositif pour former une liaison rotule à doigt est monté sur ledit arbre d'entraînement au moyen d'une clavette ou d'un arbre cannelé, et ledit plateau mobile est monté sur ledit dispositif au moyen d'au moins une rainure coopérant avec ladite au moins une cannelure bombée.
De préférence, ledit plateau mobile comporte une surface interne partiellement sphérique.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, ladite pompe à barillet comporte un moyen de commande de l'inclinaison dudit plateau à inclinaison variable.
De manière avantageuse, ledit moyen de commande de l'inclinaison comporte un système roue et vis sans fin.
De préférence, lesdites bielles sont liées audit plateau mobile sans patins frottants.
En outre, l'invention concerne l'utilisation de ladite pompe à barillet selon l'une des caractéristiques précédentes pour une opération de forage, en particulier pour l'injection de boues de forage dans un puits de forage.
Présentation succincte des figures D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1, déjà décrite, illustre une pompe à barillet fixe selon l'art antérieur.
La figure 2, déjà décrite, illustre une pompe à barillet rotatif selon l'art antérieur.
La figure 3 illustre une pompe à barillet selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 illustre un dispositif pour former une liaison rotule à doigt nécessaire pour la rotation et l'inclinaison du plateau mobile selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 illustre la liaison pivot entre le plateau mobile et le plateau à
inclinaison variable selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention La présente invention concerne une pompe à barillet rotatif. La pompe à
barillet a pour but de pomper un fluide (par exemple : eau, huile, gaz, boues de forage, etc.) au moyen d'un déplacement linéaire de plusieurs pistons. Ce type de pompe présente l'avantage d'être compacte, d'avoir des rendements mécaniques et volumétriques intéressants, un excellent rapport poids/puissance. De plus, les pompes à barillet rotatif sont adaptées au pompage haute pression.
WO 2019/076671 4 Advantageously, the device for forming a ball-to-finger connection is mounted on said drive shaft by means of a key or a splined shaft, and said mobile platform is mounted on said device by means of at least one groove cooperating with said at minus a domed groove.
Preferably, said movable plate has an internal surface partially spherical.
According to an implementation of the invention, said barrel pump comprises a means control of the inclination of said variable inclination plate.
Advantageously, said tilt control means includes a wheel and worm system.
Preferably, said connecting rods are linked to said movable plate without skids rubbing.
Furthermore, the invention relates to the use of said barrel pump according to one of previous characteristics for a drilling operation, in particular for the injection of drilling mud in a borehole.
Brief presentation of the figures Other characteristics and advantages of the device according to the invention, will appear at the reading of the description below of nonlimiting examples of embodiments, with reference to figures appended and described below.
Figure 1, already described, illustrates a fixed barrel pump according to the art prior.
Figure 2, already described, illustrates a rotary barrel pump according to the art prior.
FIG. 3 illustrates a barrel pump according to one embodiment of the invention.
FIG. 4 illustrates a device for forming a ball-to-finger connection necessary for the rotation and tilting of the movable platform according to one embodiment of the invention.
FIG. 5 illustrates the pivot connection between the movable plate and the plate to tilt variable according to an embodiment of the invention.
Detailed description of the invention The present invention relates to a rotary barrel pump. The pump barrel has for purpose of pumping a fluid (for example: water, oil, gas, drilling mud, etc.) by means of a linear displacement of several pistons. This type of pump has the advantage of being compact, to have interesting mechanical and volumetric yields, a excellent weight / power ratio. In addition, rotary barrel pumps are suitable pumping high pressure.
WO 2019/076671
5 La pompe à barillet selon l'invention comporte un carter et comporte au sein du carter :
- un arbre d'entraînement : celui-ci est entraîné en rotation, par rapport au carter par une source d'énergie extérieure, notamment une machine motrice (par exemple thermique ou électrique), en particulier au moyen d'une transmission (par exemple une boîte de vitesses), - un plateau mobile (rotatif) entraîné par l'arbre d'entraînement : le plateau mobile est entrainé par rapport à l'arbre d'entraînement, ce plateau est donc rotatif, de plus, le plateau mobile est incliné par rapport à l'arbre d'entraînement, - un bloc cylindre (appelé barillet), comportant au moins deux chambres de compression (appelés également chemises) réparties circonférentiellement (en d'autres termes les chambres de compression sont réparties selon un cercle), le bloc cylindre est rotatif, et entraîné par l'arbre d'entraînement, - au moins deux pistons en translation respectivement dans les chambres de compression, les pistons sont entraînés par le plateau mobile au moyen de bielles (les bielles relient, au moyen de liaisons rotules, le plateau mobile et les pistons de manière à transformer le mouvement du plateau mobile en mouvement de translation des pistons), et la translation des pistons au sein des chambres de compression réalisent le pompage du fluide, et - un plateau à inclinaison variable par rapport à l'arbre d'entraînement, en dehors du réglage de son inclinaison, ce plateau est fixe par rapport au carter, et le plateau mobile est en liaison pivot par rapport au plateau à inclinaison variable autour de l'axe du plateau à inclinaison variable (cet axe correspondant à une direction normale au plateau, et pouvant correspondre à l'axe de révolution du plateau à inclinaison variable dans le cas où le plateau a une forme de disque), ainsi, l'inclinaison du plateau mobile est identique à l'inclinaison du plateau à
inclinaison variable.
L'inclinaison variable du plateau à inclinaison variable permet une cylindrée variable de la pompe, en modifiant la course des pistons.
Avantageusement, les liaisons rotules entre les bielles et le plateau mobile sont mises en oeuvre sans patins frottants (il n'y a pas de liaison par friction entre les bielles et le plateau mobile), cela est rendu possible par le plateau mobile. En effet, une des spécificités de l'invention repose sur la conception du double plateau, et plus spécifiquement de la liaison du plateau mobile avec le plateau à inclinaison variable et de son entrainement via l'arbre d'entrée de puissance. La majorité des pompes à plateaux du marché
sont destinées à des activités à plus faibles débits et pressions et les contraintes mécaniques sur les différents composants de la pompe sont donc plus limitées. Dans le cadre d'une utilisation haut débit et haute pression de ces pompes du marché, les efforts mécaniques mis en jeu WO 2019/076671 5 The barrel pump according to the invention comprises a casing and comprises within of the housing:
- a drive shaft: this is driven in rotation, relative to the casing by an external energy source, in particular a driving machine (by thermal or electrical example), in particular by means of a transmission (for example a gearbox), - a movable (rotary) plate driven by the drive shaft: the plate mobile is driven relative to the drive shaft, this plate is therefore rotary, of more, the movable plate is inclined relative to the drive shaft, - a cylinder block (called barrel), comprising at least two compression (also called shirts) distributed circumferentially (in in other words the compression chambers are distributed in a circle), the cylinder block is rotary, and driven by the drive shaft, - at least two pistons in translation respectively in the chambers of compression, the pistons are driven by the movable plate by means of connecting rods (the connecting rods connect, by means of ball joints, the movable plate and the pistons so as to transform the movement of the mobile platform into movement of translation of the pistons), and the translation of the pistons within the chambers of compression carry out the pumping of the fluid, and - a plate with variable inclination relative to the drive shaft, outside adjusting its inclination, this plate is fixed relative to the casing, and the movable platform is pivotally connected to the tilting platform variable around the axis of the tilting platform (this axis corresponding to a direction normal to the plate, and may correspond to the axis of revolution of the variable inclination plate in case the plate has a shape of disk), thus, the inclination of the movable plate is identical to the inclination of the tray to variable inclination.
The variable inclination of the variable inclination table allows a displacement variable of the pump, by modifying the piston stroke.
Advantageously, the ball joint connections between the connecting rods and the movable plate are put without friction pads (there is no friction connection between the connecting rods and the mobile platform), this is made possible by the mobile platform. Indeed, a specifics of the invention is based on the design of the double plate, and more specifically from connection of the mobile platform with the variable tilt platform and its training via the power input shaft. Most of the plate pumps on the market are intended at lower flow and pressure activities and constraints mechanical on different components of the pump are therefore more limited. As part of a use high flow and high pressure of these pumps on the market, the mechanical forces put in play WO 2019/076671
6 sont considérables et, pour ces pompes, les patins frottants sont indispensables. De plus, la conception de patins frottants entre les bielles et le plateau incliné devient critique, en plus d'amputer de quelques points le rendement final de la pompe. La conception d'un double plateau, l'un fixe et l'autre rotatif permet donc une augmentation du rendement final de la pompe, en se passant de patins frottants, et permet une utilisation de la pompe à haut débit et haute pression.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la liaison pivot entre le plateau mobile et le plateau à inclinaison variable peut être formée de moyens pour supporter les charges et de moyens pour tenir l'ensemble des deux plateaux. Par exemple, cette liaison pivot peut être formée d'une butée à rouleaux coniques et d'un roulement à billes. La butée à
rouleaux coniques est capable de supporter les charges axiales et radiales exercées sur les plateaux, le roulement à billes permet de tenir l'ensemble des deux plateaux (mobile et à inclinaison variable).
Selon un aspect de ce mode de réalisation, le plateau mobile peut comporter deux épaulements externes pour l'agencement de la butée à rouleaux coniques et du roulement à
billes. L'épaulement avec le diamètre le moins important peut être destiné à
recevoir la butée à rouleaux coniques et peut être situé du côté du plateau mobile éloigné des bielles. De plus, l'épaulement avec le diamètre le plus important peut être destiné à recevoir le roulement à
billes, et peut être situé à proximité du côté du plateau mobile proche des bielles.
En outre, le plateau à inclinaison variable peut comporter deux épaulements internes pour l'agencement de la butée à rouleaux coniques et du roulement à billes.
L'épaulement avec le diamètre le moins important peut être destiné à recevoir la butée à
rouleaux coniques, et peut être situé vers le centre du plateau à inclinaison variable.
De plus, l'épaulement avec le diamètre le plus important peut être destiné à recevoir le roulement à
billes, et peut être situé sur côté du plateau à inclinaison variable proche du plateau mobile.
Cette installation de la butée à rouleaux coniques et du roulement à billes au moyen des épaulements internes et externes, permet un assemblage simple des deux plateaux.
Conformément à une mise en oeuvre de l'invention, le plateau mobile peut être entrainé
par l'arbre d'entraînement par une rotule à doigt. Une liaison rotule à doigt est une liaison entre deux éléments mécaniques, qui dispose de quatre degrés de liaisons et deux degrés de mouvements relatifs ; seulement deux rotations relatives sont possibles, les trois translations et la dernière rotation étant liées. D'une manière générale, il s'agit d'une rotule dotée d'un doigt faisant obstacle à une rotation. Le principe de fonctionnement de ce type de liaison est d'assurer la transmission de couple entre deux ensembles en rotation dont les axes ne sont pas colinéaires.
WO 2019/076671 6 are considerable and, for these pumps, the friction shoes are indispensable. In addition, the design of friction pads between the connecting rods and the inclined plate becomes critical, in addition reduce the final output of the pump by a few points. Design of a double plate, one fixed and the other rotary therefore allows an increase in final yield of the pump, without rubbing pads, and allows use of the high flow pump and high pressure.
According to one embodiment of the invention, the pivot link between the plate mobile and the variable inclination tray can be formed of means for supporting the charges and means for holding the assembly of the two plates. For example, this bond pivot can be formed by a tapered roller thrust bearing and a ball bearing. The stop at rollers conical is capable of withstanding the axial and radial loads exerted on trays, the ball bearing holds all of the two plates (movable and tilt variable).
According to one aspect of this embodiment, the movable plate can include of them external shoulders for the arrangement of the tapered roller thrust bearing and the rolling at marbles. The shoulder with the smallest diameter may be intended to receive the stop with tapered rollers and can be located on the side of the moving plate away from connecting rods. Furthermore, the shoulder with the largest diameter may be intended to receive rolling at balls, and can be located near the side of the movable plate close to the connecting rods.
In addition, the variable tilt tray can have two shoulders internal for the arrangement of the tapered roller thrust bearing and the ball bearing.
The shoulder with the smallest diameter may be intended to receive the stopper rollers conical, and can be located towards the center of the table with variable inclination.
Furthermore, the shoulder with the largest diameter may be intended to receive rolling at balls, and can be located on the side of the plate with close variable inclination of the movable table.
This installation of the tapered roller thrust bearing and the ball bearing at way internal and external shoulders, allows a simple assembly of the two trays.
In accordance with an implementation of the invention, the movable platform can be trained by the drive shaft by a finger ball joint. A ball joint with finger is a bond between two mechanical elements, which has four degrees of connections and two degrees relative movements; only two relative rotations are possible, the three translations and the last rotation being linked. Generally speaking, it it is a patella with a finger preventing rotation. The principle of functioning of this type of link is to ensure the transmission of torque between two sets in rotation whose axes are not collinear.
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7 La liaison rotule à doigt permet de synchroniser la rotation du plateau mobile et du bloc cylindre (barillet).
Selon un aspect de cette mise en oeuvre de l'invention, la rotule à doigt peut être formée au moyen d'un dispositif spécifique pour former une rotule à doigt. Le dispositif pour former la rotule à doigt peut être une pièce de révolution creuse. On rappelle qu'en géométrie, une pièce de révolution est une pièce engendrée par une surface plane fermée tournant autour d'un axe situé dans le même plan qu'elle et ne possédant en commun avec elle aucun point ou seulement des points de sa frontière.
Pour des raisons de clarté de la description, le terme "dispositif' est utilisé dans la suite de la description pour désigner le dispositif spécifique pour former une liaison rotule à doigt.
Le dispositif pour former la rotule à doigt comprend une surface interne sensiblement cylindrique. Ainsi, le creux du dispositif est sensiblement cylindrique. De cette manière, le dispositif est adapté pour être montée sur un arbre cylindrique. La surface interne comprend au moins une rainure pour l'insertion d'une clavette ou au moins une cannelure femelle pour l'insertion d'un arbre cannelé, dans le but de transmettre le couple entre un arbre et le dispositif. L'utilisation d'une transmission par clavette ou par cannelures permet la transmission de couple important.
Le dispositif selon l'invention comprend une surface externe ayant sensiblement la forme d'une sphère tronquée à ses extrémités. La sphère est tronquée par deux plans perpendiculaires à l'axe de révolution du dispositif. Cette forme partiellement sphérique de la surface externe permet une liaison rotule. De plus, la surface externe comporte au moins une cannelure bombée. La cannelure bombée permet d'une part de former le doigt de la rotule à doigt, et d'autre part permet la transmission de couple important, entre le dispositif et un élément positionné sur la surface externe du dispositif (par exemple un plateau ou un disque).
Cette conception du dispositif pour former une liaison rotule à doigt permet une compacité élevée, un débattement angulaire important, et une simplicité de mise en oeuvre.
De manière avantageuse, la ou les rainures et la ou les cannelures sont parallèles à
l'axe de révolution du dispositif.
De préférence, la ou les cannelures de la surface externe ont une forme bombée parallèle à la forme globalement sphérique de la surface externe du dispositif. Ainsi, il peut s'agir de cannelures à développantes de cercle afin d'avoir le plus grand couple transmissible.
Selon un aspect de ce mode de réalisation de l'invention, la surface externe comporte une pluralité de cannelures bombées régulièrement réparties sur la circonférence de la WO 2019/076671 7 The ball joint to finger connection allows synchronization of the rotation of the movable plate and block cylinder (barrel).
According to one aspect of this implementation of the invention, the finger ball joint can be formed by means of a specific device for forming a finger ball joint. The device for forming the finger ball joint can be a hollow part of revolution. We remember that geometry, a part of revolution is a part generated by a surface closed plane rotating around an axis located in the same plane as it and not having in common with it no point or only points of its border.
For reasons of clarity of description, the term "device 'is used in the following of the description to designate the specific device to form a ball joint with finger.
The device for forming the finger ball joint comprises an internal surface noticeably cylindrical. Thus, the hollow of the device is substantially cylindrical. Of this way the device is adapted to be mounted on a cylindrical shaft. The surface internal includes at least one groove for inserting a key or at least one groove female for the insertion of a splined shaft, in order to transmit the torque between a tree and the device. The use of a key or spline transmission allows the significant torque transmission.
The device according to the invention comprises an external surface having substantially the shape of a truncated sphere at its ends. The sphere is truncated by two plans perpendicular to the axis of revolution of the device. This shape partially spherical of the external surface allows a ball joint connection. In addition, the external surface includes at least a domed groove. The curved groove allows on the one hand to form the finger of the finger joint, and on the other hand allows the transmission of significant torque, between the device and an element positioned on the external surface of the device (for example a tray or a disk).
This design of the device for forming a ball and socket connection allows a high compactness, significant angular travel, and simplicity of Implementation.
Advantageously, the groove (s) and the groove (s) are parallel to the axis of revolution of the device.
Preferably, the groove (s) of the external surface have a domed shape parallel to the generally spherical shape of the outer surface of the device. So he can they are flanges with involute circles in order to have the largest couple transmissible.
According to one aspect of this embodiment of the invention, the external surface behaves a plurality of domed grooves regularly distributed over the circumference of the WO 2019/076671
8 surface sphérique. De cette manière, un couple plus important peut être transmis entre le dispositif selon l'invention, et l'élément positionné sur la surface externe du dispositif. Les cannelures sont de préférence parallèles entre elles. Par exemple, la surface externe du dispositif peut comprendre entre cinq et dix-neuf cannelures bombées, de préférence entre sept et treize, afin d'optimiser la fabrication et le couple transmissible par le dispositif, ainsi que pour optimiser la répartition des efforts dans les cannelures.
Ainsi, pour la connexion de rotule à doigt entre l'arbre d'entraînement et le plateau mobile, le dispositif pour former une rotule à doigt est monté sur l'arbre d'entrainement au moyen d'au moins une clavette ou au moyen d'un arbre cannelé. De plus, le plateau mobile est monté sur la surface externe du dispositif pour former une liaison une rotule à doigt au moyen d'au moins une rainure (cannelure femelle) bombée coopérant avec la ou les cannelures bombées.
Grâce à l'invention, une liaison rotule à doigt est formée entre l'arbre d'entraînement et le plateau mobile : le plateau mobile peut tourner au moyen de la surface externe sphérique du dispositif, et le couple peut être transmis de l'arbre au plateau par la clavette ou les cannelures de l'arbre d'entraînement et par la ou les cannelures bombées.
Il s'agit ici d'une liaison sphérique à doigt à vitesse constante sans glissement. Cela signifie que la vitesse de rotation en entrée de la liaison est identique à la vitesse de rotation en sortie de la liaison, et que, cette liaison se fait sans glissement mais par un entrainement mécanique direct.
Cette conception de la connexion permet une liaison rotule à doigt ayant une compacité élevée, un débattement angulaire important, et une simplicité de mise en oeuvre.
Pour réaliser la liaison rotule à doigt, le plateau mobile peut comporter une surface interne sensiblement sphérique, pourvue de cannelures femelles.
Afin de faciliter l'assemblage de la connexion, le plateau mobile peut être constitué de deux demi-coquilles. Alternativement, le plateau mobile peut être réalisé en une seule pièce.
Selon un aspect de l'invention, le plateau mobile peut comprendre un moyen formant une butée angulaire. Il peut s'agir d'une surface venant en contact avec l'arbre. par exemple, le plateau peut comprendre une surface interne conique venant en contact avec l'arbre pour l'angle de débattement maximal.
Alternativement à ce mode de réalisation de rotule à doigt, la rotule à doigt peut être une rotule à billes.
Les plateaux peuvent avoir sensiblement la forme de disque. Toutefois, les plateaux peuvent avoir n'importe quelle forme. Seules les chambres de compression (et les pistons) sont réparties sur un cercle.
WO 2019/076671 8 spherical surface. In this way, a higher torque can be transmitted between the device according to the invention, and the element positioned on the external surface of the device. The grooves are preferably parallel to each other. For example, the surface external of device can include between five and nineteen curved splines, preference between seven and thirteen, in order to optimize the production and the torque transmissible by the device as well to optimize the distribution of forces in the grooves.
So, for the finger ball joint connection between the drive shaft and the tray mobile, the device for forming a finger ball joint is mounted on the shaft training by means of at least one key or by means of a splined shaft. In addition, the mobile platform is mounted on the external surface of the device to form a bond a finger ball joint means of at least one curved groove (female groove) cooperating with the or the curved grooves.
Thanks to the invention, a ball and socket connection is formed between the shaft drive and the mobile platform: the mobile platform can rotate by means of the surface external spherical of the device, and the torque can be transmitted from the shaft to the chainring by the key or the splines of the drive shaft and by the domed spline (s).
This is a constant speed finger spherical connection without slip. That means that the rotation speed at the input of the link is identical to the rotation speed at the outlet of the link, and that, this link is made without sliding but by training direct mechanical.
This design of the connection allows a ball-to-finger connection having a high compactness, significant angular travel, and simplicity of Implementation.
To make the ball joint to finger connection, the movable plate may include a area internal substantially spherical, provided with female grooves.
In order to facilitate the assembly of the connection, the movable plate can be made of two half shells. Alternatively, the movable platform can be made in one piece.
According to one aspect of the invention, the movable platform can comprise a means forming an angular stop. It can be a surface coming into contact with the tree. for example, the plate may include a conical internal surface coming into contact with the tree for the maximum travel angle.
As an alternative to this embodiment of a finger ball joint, the finger ball joint may be a ball joint.
The plates can have substantially the shape of a disc. However, trays can have any shape. Only the compression chambers (and pistons) are distributed on a circle.
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9 Avantageusement, la pompe selon l'invention peut comporter un nombre de pistons compris entre trois et quinze, de préférence entre cinq et onze. Ainsi, un nombre élevé de pistons offre un flux continu en amont et en aval de la pompe.
De manière classique, la pompe comporte en outre une entrée et une sortie du fluide à
pomper. Le fluide passe par l'entrée de la pompe, entre dans une chambre de compression, est comprimé, puis refoulé de la pompe par la sortie au moyen du piston.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'angle d'inclinaison du plateau à
inclinaison variable par rapport à la direction axiale de l'arbre d'entraînement peut être compris entre 70 et 90 . En d'autres termes, le plateau à inclinaison variable (et a fortiori le plateau rotatif) peut être incliné d'un angle compris entre 0 et 20 par rapport à une direction radiale de l'arbre d'entraînement.
Conformément à une mise en oeuvre de l'invention, la pompe à barillet peut comporter un moyen de commande de l'inclinaison du plateau à inclinaison variable. Par exemple, ce moyen de commande peut comporter un système roue et vis sans fin.
Selon un aspect de l'invention, le barillet peut être réalisé en deux parties, une première partie étant destinée au guidage, et la deuxième partie étant destinée à
l'étanchéité.
La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un schéma cinématique d'une pompe à barillet rotatif selon un mode de réalisation de l'invention. La pompe à barillet rotatif 1 comporte un arbre d'entraînement 5. La rotation de l'arbre d'entraînement 5 est réalisée par une source extérieure non représentée, par exemple une machine électrique et une boîte de vitesses. L'arbre d'entraînement 5 est en rotation par rapport au carter 15. De plus, l'arbre d'entraînement 5 entraîne en rotation le barillet 6 qui comporte des chambres de compression 4.
L'arbre d'entraînement 5 entraîne également un plateau mobile 2 au moyen d'une liaison rotule à doigt 9.
La pompe 1 comporte en outre un plateau à inclinaison variable 7, qui, mis à
part son réglage de l'inclinaison, est fixe par rapport au carter 15. Le moyen de réglage de l'inclinaison du plateau à inclinaison variable 7 n'est pas représenté.
Le plateau mobile 2 est en liaison pivot par rapport au plateau à inclinaison variable 7 autour de l'axe du plateau à inclinaison variable 7.
WO 2019/076671 9 Advantageously, the pump according to the invention may include a number of pistons between three and fifteen, preferably between five and eleven. So a high number of pistons provide a continuous flow upstream and downstream of the pump.
Conventionally, the pump also has an inlet and an outlet for the fluid to pump. The fluid passes through the inlet of the pump, enters a compression, is compressed, then discharged from the pump through the outlet by means of the piston.
According to one embodiment of the invention, the angle of inclination of the plate at variable inclination with respect to the axial direction of the shaft training can be between 70 and 90. In other words, the tilting tray variable (and a fortiori the turntable) can be tilted at an angle between 0 and 20 by direction drive shaft.
In accordance with an implementation of the invention, the barrel pump can include means for controlling the inclination of the variable inclination plate. By example this control means may include a wheel and worm system.
According to one aspect of the invention, the barrel can be produced in two parts, a first part being intended for guidance, and the second part being destined to sealing.
FIG. 3 illustrates, schematically and without limitation, a diagram kinematics of a rotary barrel pump according to one embodiment of the invention. The rotary barrel pump 1 comprises a drive shaft 5. The rotation of the tree drive 5 is performed by an external source not shown, by example one electric machine and a gearbox. The drive shaft 5 is in rotation by relative to the casing 15. In addition, the drive shaft 5 drives in rotation the barrel 6 which has compression chambers 4.
The drive shaft 5 also drives a movable plate 2 by means of a ball joint with finger 9.
The pump 1 also comprises a variable inclination plate 7, which, placed share his tilt adjustment, is fixed relative to the housing 15. The means of setting of the inclination of the variable inclination plate 7 is not shown.
The movable plate 2 is pivotally connected to the tilting plate variable 7 around the axis of the variable tilt platform 7.
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10 La pompe 1 comporte un piston 3 animé d'un mouvement de translation (mouvement de va et vient) au sein d'une chambre de compression 4.
Le mouvement de va et vient du piston 3 est réalisé au moyen d'une bielle 8 qui relie le plateau mobile 2 et le piston 3 au moyen de liaisons rotules. Ce mouvement de va et vient du piston 3 au sein de la chambre de compression 4 permet de pomper le fluide.
La figure 4 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un dispositif pour former une liaison rotule à doigt selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif 10 est une pièce de révolution autour de l'axe XX. Le dispositif 10 est creux, et comporte une surface interne 11 cylindrique. La surface interne 11 comporte une rainure 14.
La section de la rainure 14 est sensiblement rectangulaire. Le dispositif 10 comporte une surface externe 12 ayant la forme sensiblement d'une sphère tronquée à ses deux extrémités, la troncature étant réalisée au niveau de deux plans perpendiculaires à l'axe XX. La surface externe 12 comporte une pluralité de cannelures bombées 13, dans le cas illustré neuf cannelures bombées 13. Les cannelures bombées 13 ont une surface externe sensiblement parallèle à
la surface externe 12 du dispositif. Il s'agit de cannelures 13 à
développantes de cercle.
La figure 5 illustre, schématiquement et de manière non limitative la liaison pivot entre les deux plateaux (mobile et à inclinaison variable). La figure 5 est une vue en coupe selon un plan contenant l'axe de l'arbre d'entraînement 5. Sur cette figure sont représentés le plateau à inclinaison variable 7, le plateau mobile 2, et des bielles 8. Les bielles 8 sont en liaison rotule dans le plateau mobile 2 sans patins frottants.
L'axe YY représente l'axe du plateau à inclinaison variable 7. Le plateau mobile 2 est en liaison pivot sur le plateau à inclinaison variable 7 autour de l'axe YY
d'inclinaison du plateau à inclinaison variable 7. Ainsi, l'inclinaison du plateau mobile 2 est identique à
l'inclinaison du plateau à inclinaison variable 7. Cette liaison pivot est formée d'une butée à
rouleaux coniques 16 et d'un roulement à billes 18.
Le plateau mobile 2 comporte deux épaulements externes 20 et 22 pour l'agencement de la butée à rouleaux coniques 16 et du roulement à billes 18. L'épaulement 20 avec le diamètre le moins important est destiné à recevoir la butée à rouleaux coniques 16 et est situé du côté du plateau mobile 2 éloigné des bielles 8. De plus, l'épaulement 22 avec le diamètre le plus important est destiné à recevoir le roulement à billes 18, et est situé à
proximité du côté du plateau mobile 2 proche des bielles 8.
En outre, le plateau à inclinaison variable 7 comporte deux épaulements internes 19 et 21 pour l'agencement de la butée à rouleaux coniques 16 et du roulement à
billes 18.
L'épaulement 19 avec le diamètre le moins important est destiné à recevoir la butée à
rouleaux coniques 16, et est situé vers le centre du plateau à inclinaison variable 7. De plus, WO 2019/076671 10 The pump 1 comprises a piston 3 driven by a translational movement (movement back and forth) within a compression chamber 4.
The back and forth movement of the piston 3 is achieved by means of a connecting rod 8 which connects the movable plate 2 and the piston 3 by means of ball joints. This movement of comes and goes from piston 3 within the compression chamber 4 makes it possible to pump the fluid.
FIG. 4 illustrates, schematically and without limitation, a device for forming a ball joint with a finger according to an embodiment of the invention.
The device 10 is a part of revolution around the XX axis. The device 10 is hollow, and has a internal surface 11 cylindrical. The internal surface 11 has a groove 14.
The section of the groove 14 is substantially rectangular. The device 10 includes a external surface 12 having the shape of a substantially truncated sphere at its two ends, the truncation being carried out at the level of two planes perpendicular to the axis XX. The surface external 12 comprises a plurality of curved grooves 13, in the case illustrated new grooves domed 13. The domed grooves 13 have a substantially external surface parallel to the external surface 12 of the device. These are grooves 13 to involutes of a circle.
FIG. 5 illustrates, schematically and without limitation, the connection pivot between the two platforms (movable and with variable inclination). Figure 5 is a view in section according to a plane containing the axis of the drive shaft 5. In this figure are represented the variable inclination plate 7, mobile plate 2, and connecting rods 8. The connecting rods 8 are in ball joint connection in movable plate 2 without friction pads.
The YY axis represents the axis of the variable tilt table 7. The table mobile 2 is in pivot connection on the variable inclination plate 7 around the YY axis tilt variable inclination plate 7. Thus, the inclination of the movable plate 2 is similar to the inclination of the variable inclination plate 7. This pivot link is formed of a stopper tapered rollers 16 and a ball bearing 18.
The movable plate 2 has two external shoulders 20 and 22 for the layout of the tapered roller thrust bearing 16 and of the ball bearing 18. The shoulder 20 with the the smallest diameter is intended to receive the roller thrust bearing tapered 16 and is located on the side of the movable plate 2 away from the connecting rods 8. In addition, the shoulder 22 with the the largest diameter is intended to receive the ball bearing 18, and is located at near the side of the movable plate 2 close to the connecting rods 8.
In addition, the variable inclination plate 7 has two shoulders internal 19 and 21 for the arrangement of the tapered roller thrust bearing 16 and the rolling bearing balls 18.
The shoulder 19 with the smallest diameter is intended to receive the stop at tapered rollers 16, and is located towards the center of the tilting table variable 7. In addition, WO 2019/076671
11 l'épaulement 21 avec le diamètre le plus important est destiné à recevoir le roulement à
billes 18, et est situé sur côté du plateau à inclinaison variable 7 proche du plateau mobile 2.
La figure 5 illustre en outre le dispositif pour former une rotule à doigt 10.
Ce dispositif est conforme au dispositif pour former une rotule à doigt illustré à la figure 4. Le dispositif 5 10 est monté sur l'arbre d'entraînement 5 au moyen d'une clavette 17.
L'invention concerne également l'utilisation de la pompe selon l'invention pour une opération de forage, en particulier pour l'injection de boues de forage dans un puits de forage. En effet, la pompe selon l'invention est bien adaptée à cette utilisation, par sa 10 .. flexibilité, sa compacité, et sa résistance aux hautes pressions.
Par exemple la pompe selon l'invention peut être dimensionnée pour fonctionner jusqu'à des pressions de l'ordre de 1500 bars, c'est-à-dire 150 MPa. En outre, la pompe selon l'invention peut être dimensionnée pour fonctionner à des débits variant de 30 à 600 m3/h. 11 the shoulder 21 with the largest diameter is intended to receive the rolling to balls 18, and is located on the side of the variable inclination plate 7 close to the movable table 2.
FIG. 5 also illustrates the device for forming a finger ball joint 10.
These measures conforms to the device for forming a finger ball joint illustrated in the figure 4. The device 5 10 is mounted on the drive shaft 5 by means of a key 17.
The invention also relates to the use of the pump according to the invention for a drilling operation, in particular for the injection of drilling mud into a well of drilling. Indeed, the pump according to the invention is well suited to this use, by its 10 .. flexibility, compactness, and resistance to high pressures.
For example the pump according to the invention can be dimensioned to operate up to pressures of the order of 1500 bars, that is to say 150 MPa. In addition, the pump according to the invention can be dimensioned to operate at varying flow rates from 30 to 600 m3 / h.
Claims (13)
- un arbre d'entraînement (5), - un bloc cylindre (6) comportant au moins deux chambres de compression (4) réparties circonférentiellement, ledit bloc cylindre (6) étant entraîné par ledit arbre d'entraînement (5), - un plateau mobile (2), - au moins deux pistons (3) en translation respectivement dans lesdites chambres de compression (4) dudit bloc cylindre (6), lesdits pistons (3) étant entraînés par ledit plateau mobile (2) au moyen de bielles (8), caractérisé en ce que ledit plateau mobile (2) est entraîné par ledit arbre d'entraînement (5), et en ce que ladite pompe à barillet (1) comporte un plateau à
inclinaison variable (7) par rapport audit arbre d'entraînement (5), ledit plateau mobile (2) étant en liaison pivot par rapport audit plateau à inclinaison variable (7) autour de l'axe (YY) dudit plateau à inclinaison variable (7). 1) Barrel pump comprising a casing (15), and comprising within said housing (15):
- a drive shaft (5), - a cylinder block (6) comprising at least two compression chambers (4) distributed circumferentially, said cylinder block (6) being driven by said tree drive (5), - a movable plate (2), - at least two pistons (3) in translation respectively in said rooms of compression (4) of said cylinder block (6), said pistons (3) being driven by said movable plate (2) by means of connecting rods (8), characterized in that said movable plate (2) is driven by said shaft drive (5), and in that said barrel pump (1) comprises a tray to variable inclination (7) relative to said drive shaft (5), said mobile platform (2) being pivotally connected to said variable inclination plate (7) around the axis (YY) of said variable inclination plate (7).
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|---|---|---|---|
| FZDE | Discontinued |
Effective date: 20240411 |