Perfectionnements aux moteurs hydrauliques hélicoidaux

Abstract

 Moteur hydraulique hélicoïdal du type Moineau comportant un organe de transmission constitué par un engrenage hypocycloïdal. Le rapport des nombres de dents du rotor (40) et du stator (38) du moteur est différent du support des nombres de dents des pignons intérieurs (56) et extérieurs (70) de l'engrenage. Le rotor (40) et le pignon intérieur (56) sont coaxiaux et solidaires. Le stator (38) et le pignon extérieur (70) sont également coaxiaux, le premier etant solidaire de l'enveloppe (10) du moteur et le second, solidaire de l'arbre creux (106) de sortie du moteur.
Cela permet de construire un moteur à petit nombre de lobes présentant les caractéristiques avantageuses de couple et de vitesse d'un moteur à grand nombre de lobes sans en avoir les inconvénients.

Description

[0001] L'invention se rapporte à des perfectionnements aux moteurs hydrauliques hélicoïdaux.

[0002] On connaït les pompes à engrenage hypocycloïdal inventée par René Moineau en 1936. Le moteur hydraulique hélicoïdal (ou à déplacement positif) concerné par la présente invention est en fait une pompe Moineau fonctionnant à l'envers.

[0003] En vue de leur application au forage des puits profonds, les moteurs hydrauliques hélicoïdaux ont fait l'objet de nombreux perfectionnements. Un exposé exhaustif des caractéristiques, des avantages et des limites des moteurs hydrauliques hélicoïdaux de forage actuellement disponibles sur le marché mondial est fourni au chapitre IV (pages 223 à 270) de l'ouvrage de W. TIRASPOLASKY : "Hydraulic downhole drilling motors", publié en 1985 par l'Institut Français du Pétrole, aux Editions Technip à Paris.

[0004] Un moteur hydraulique hélicoïdal de type usuel comprend, à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique, d'une part, un stator solidaire de cette enveloppe, muni de (m+1) lobes hélicoïdaux intérieurs et un rotor muni de (m) lobes hélicoïdaux extérieurs, engagé excentré dans ledit stator pour constituer un engrenage hypocycloïdal, la dimension axiale desdits lobes étant d'au moins un pas d'hélice du stator, ledit pas égalant (m+1)/m fois celui du rotor, et, d'autre part, un organe de transmission, lié audit rotor et à l'arbre de sortie du moteur, adapté à convertir le mouvement de nutation et de rotation du rotor en une rotation de l'arbre de sortie.

[0005] Dans un tel moteur hélicoïdal, le stator est généralement constitué par un fourreau cylindrique en acier, pourvu d'une garniture intérieure en élastomère, les lobes du stator étant formés par moulage de cette garniture. De la sorte, des zones d'étanchéité relative se déplaçant axialement sont établies entre les chambres hélicoïdales à haute et basse pression situées en amont et en aval du moteur. Quant au rotor, il est généralement réalisé en un métal à haute dureté.

[0006] La construction de tels rotors et stators fait appel à des techniques complexes et à des machines-outils de grand prix. Leurs coûts de fabrication sont liés à la fois aux temps d'usinage nécessaires et aux coûts des machines- outils à utiliser, les valeurs de ces deux paramètres étant d'autant plus grandes que les nombres de lobes du rotor et du stator sont eux-mêmes plus élevés. De ceci il résulte que les moteurs hélicoïdaux pourvus d'un rotor à un seul lobe sont très nettement plus répandus sur le marché mondial que ceux à rotor pourvu d'un nombre de lobes plus élevé (jusqu'à 10).

[0007] Pour ce qui concerne l'organe de transmission, il est généralement constitué par un double cardan, ce qui en fait un dispositif à la fois encombrant et relativement fragile, compte-tenu de l'environnement exceptionnellement hostile dans lequel il fonctionne. Dans une variante du moteur hélicoïdal présentée à la page 236 de l'ouvrage cité, le rotor est suspendu par un double cardan rigidement lié à l'enveloppe du moteur et le stator est, à la fois, monté tournant dans un palier solidaire de ladite enveloppe, et rigidement lié à l'arbre de sortie du moteur.

[0008] Sous l'effet des forces engendrées par le passage de la boue de forage dans les chambres hélicoïdales fermées à volume axialement variable, constituées entre les lobes du stator et du rotor d'un moteur hélicoïdal, les sections de lobes du rotor engagées dans des creux du stator subissent un mouvement de roulement sans glissement notable, cependant que les autres sections de ces lobes glissent avec frottement sur les parois et les crêtes des lobes du stator et que le rotor est lui-même entraîné en sens inverse dans un mouvement de rotation autour de son axe.

[0009] En appliquant les lois de la cinématique à ces mouvements de nutation et de rotation, on démontre que la vitesse de rotation du rotor est égale à sa vitesse de nutation divisée par son nombre de lobes. Il en résulte que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie d'un moteur hélicoïdal de forage augmente avec le débit de boue fourni par la pompe et diminue lorsque le nombre de lobes du rotor augmente. Quant au couple délivré sur cet arbre. il augmente avec la pression différentielle dans le moteur et le nombre de lobes du rotor et il diminue avec les débits de fuite, les frottements et les pertes de charge dans le moteur.

[0010] Pour répondre aux spécifications de couple et de vitesse de rotation des différents types de trépans utilisés dans les opérations de forage, plusieurs types de moteurs hélicoïdaux ont été construits qui comportent trois caractéristiques conjuguées : puissances, couples et vitesses disponibles sur l'arbre de sortie, en fonction des pressions différentielles et des débits de boue dans le moteur. A cet effet, les constructeurs jouent à la fois sur le diamètre et la longueur des moteurs ainsi que sur le nombre de lobes et le nombre d'étages (ou nombre d'hélices d'un lobe) du rotor et du stator, les paramètres résultants étant la cylindrée (ou volume total des chambres du moteur), les débits de fuite et les frottements (voir pp. 246 à 265 de l'ouvrage cité).

[0011] A cet égard, on rappellera que pour un diamètre et une longueur donnés du moteur, la section et le volume total des chambres diminuent fortement avec le nombre de lobes du rotor (de deux fois, par exemple, lorsque l'on passe de deux à neuf lobes) et que, par ailleurs, la puissance maximale disponible est directement proportionnelle à ce volume total.

[0012] En outre, on notera que les débits de fuite au niveau des lignes de contact relativement étanches des crêtes du rotor dans les creux du stator diminuent lorsque le nombre d'étages du moteur augmente, et augmentent avec le nombre et l'étroitesse des lignes de contact et donc avec le nombre de lobes du rotor. Quant aux pertes de charge dans le moteur, elles augmentent avec le nombre de lobes du rotor puisqu'alors la section des chambres diminue. Pour ce qui concerne les frottements, ils augmentent à la fois avec le nombre de lignes de contact du rotor et du stator et avec la fréquence de renouvellement de ces lignes, et donc avec le nombre de lobes du rotor et avec sa vitesse de nutation. De ceci il résulte que le rendement des moteurs hélicoïdaux diminue notablement lorsque le nombre de lobes du rotor augmente. D'après l'ouvrage cité (p.263) le rendement maximal de ces moteurs passe de 93% pour un moteur équipé d'un rotor à lobe unique, à 55% pour un moteur équipé d'un rotor à neuf lobes.

[0013] Quant aux trépans eux-mêmes, on rappellera que les trépans à molettes tricônes sont très majoritairement utilisés pour le forage des puits profonds et que ces trépans ont une efficacité maximale lorsque leur couple d'entraînement est relativement élevé et leur vitesse de rotation réduite (ce que fournissent les moteurs hélicoïdaux à grand nombre de lobes) et lorsque la chute de pression dans les duses de l'outil est importante pour permettre un bon nettoyage du fond de trou.

[0014] De cet exposé décrivant les caractéristiques positives et négatives des moteurs hydrauliques hélicoïdaux actuellement disponibles sur le marché mondial, on déduit qu'il serait hautement souhaitable de disposer d'un moteur perfectionné réunissant les avantages des moteurs à rotor pourvu d'un petit nombre de lobes et les avantages des moteurs à rotor pourvu d'un nombre des lobes élevé, tout en écartant les différents inconvénients propres à chacun d'eux.

[0015] L'objet de l'invention concerne un perfectionnement aux moteurs hydrauliques hélicoïdaux qui donne à ces moteurs la possibilié de fournir une puissance donnée avec un couple relativement élevé et une vitesse de rotation relativement faible, tout en ayant conservé un coût de fabrication relativement faible, un rendement élevé et des dimensions réduites.

[0016] Selon l'invention, un moteur hydraulique hélicoïdal perfectionné, du genre comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique, un étage moteur formé par un premier stator, muni de (m+1) lobes hélicoïdaux intérieurs, et un premier rotor muni de (m) lobes hélicoïdaux extérieurs, ledit premier rotor étant engagé excentré dans ledit premier stator de manière à constituer un premier engrenage hypocycloïdal, la dimension axiale desdits lobes hélicoïdaux étant d'au moins un pas d'hélice dudit premier stator, ledit pas égalant (m+1)/m fois celui dudit premier rotor, est caractérisé en ce qu'il comprend un second engrenage hypocycloïdal constitué par un second rotor muni de (n) dents extérieures et par un second stator muni de (p) dents intérieures, les rapports m/(m+1) et n/p étant différents l'un de l'autre, ledit second rotor étant rigidement et coaxialement lié audit premier rotor et ledit second stator coaxialement disposé par rapport audit premier stator, le stator disposé en amont étant solidaire de ladite enveloppe et le stator disposé en aval, à la fois monté tournant dans un palier solidaire de ladite enveloppe et rigidement lié à un arbre de sortie creux. Selon une première forme de réalisation de l'invention, le nombre (p) égale (n+1) et le second stator et le second rotor forment ensemble un second étage moteur.

[0017] Grâce à cette disposition, on réalise un moteur hydraulique hélicoïdal dont l'arbre de sortie tourne à une vitesse (m-n)/m(n+1)fois plus faible que la vitesse de nutation des rotors, lorsque le second étage moteur est placé en aval. Ce résultat découle directement de l'application aux éléments du moteur perfectionné selon l'invention, de la formule qui régit le fonctionnement des engrenages hypocycloïdaux. Cette formule est celle de WILLIS qui exprime la relation entre les nombres de dents (ni) et (ne) des pignons internes (i) et externes (e) d'un engrenage hypocycloïdal, les vitesses de rotation (Re) et (Ri) de ces pignons et la vitesse de nutation (Ni) du pignon interne : ni/ne = (Re-Ni)/(Ri-Ni). En appliquant cette formule aux deux engrenages hypocycloïdaux successifs que comporte un moteur hydraulique hélicoïdal double selon la première forme de réalisation de l'invention, et en tenant compte des caractéristiques de construction de ce moteur, on obtient la relation exprimée ci-dessus. En prenant (m) et (n) différents d'une unité - ce qui est le cas optimal - la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur est, dans le même sens ou le sens opposé, m(n+1)fois plus faible que la vitesse de nutation des rotors des étages moteurs, de sorte que le couple disponible sur cet arbre est m(n+1)fois plus élevé que celui appliqué sur les rotors.

[0018] Selon une seconde forme de réalisation de l'invention, le second engrenage étant monté en aval, son rotor et son stator sont des pignons.

[0019] Dans cette seconde forme de réalisation de l'invention, la différence entre les nombres de dents (n) et (p) sera d'au moins 5, de façon que les pignons puissent engréner l'un dans l'autre. Le rapport de réduction obtenu entre la vitesse de nutation des rotors et la vitesse de rotation du stator tournant lié à l'arbre de sortie est : R = 1 - n(m+1)/mp.

[0020] De la sorte, avec un étage moteur du type 1-2 lobes et un étage réducteur hypocycloïdal formé de deux pignons droits de dix et quinze dents respectivement, on obtient entre la vitesse de rotation du second stator et celle des rotors un rapport de 1/3. Un résultat équivalent aurait été obtenu avec un étage moteur du type 3-4 lobes équipé d'un étage de liaison usuel à double cardan. Mais le prix en aurait été notablement plus élevé, le rendement moins bon, l'usure plus rapide, la puissance et le couple plus faibles (pour les mêmes dimensions).

[0021] L'avantage de prix découle directement des conditions de fabrication plus aisées d'un moteur selon l'invention.

[0022] Les avantages de rendement et de faible usure viennent de ce que les débits de fuite et les frottements dans un moteur hydraulique hélicoïdal sont d'autant plus faibles que les lignes de contact du rotor et du stator sont peu nombreuses. Ce qui est précisément le cas avec un moteur à petit nombre de lobes.

[0023] En outre, comme la section et le volume total des chambres du moteur augmentent lorsque, toutes dimensions égales par ailleurs, le nombre de lobes diminue, le moteur perfectionné selon l'invention fournit une puissance et un couple notablement plus grands, à vitesse donnée, que tous le moteurs usuels comparables.

[0024] Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront d'une manière plus précise à la suite de la description d'une forme de réalisation particulière de l'invention, donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    - la figure 1 représente une coupe longitudinale du moteur hydraulique hélicoïdal perfectionné selon l'invention;
    - les figures 2,3 et 4 représentent des coupes transversales de ce moteur réalisées suivant les lignes II, III et IV tracées sur la figure 1;

[0025] Selon la figure 1, un moteur hydraulique hélicoïdal perfectionné selon l'invention comprend une enveloppe extérieure cylindrique 10 à l'extrémité supérieure de laquelle est vissé un raccord 12 en forme de manchon comportant une gorge d'attache 14, un filetage de raccordement 16 et un épaulement interne oblique 18. En appui sur cet épaulement 18, est disposée une grille d'entrée de boue 20 comportant un noyau central 22 muni d'une pluralité de cloisons radiales séparant des passages tels 24, débouchant en aval dans un évidement 26.

[0026] Dans l'enveloppe 10, en appui sur le bord inférieur du raccord 12, est disposé un manchon en acier 32 pourvu d'une garniture interne 34 en élastomère, formant deux lobes hélicoïdaux tels que 36 (voir figure 2), la hauteur du manchon 32 étant un peu supérieure à deux pas d'hélice des lobes 36. Le manchon 32 et sa garniture 34 constituent ensemble le premier stator 38 de l'étage moteur du moteur hydraulique hélicoïdal selon l'invention.

[0027] A l'intérieur du stator 38 est engagé excentré une premier rotor en acier dur 40 comportant un lobe hélicoïdal tel que 42 (voir figure 2). La hauteur du rotor 40 est légérement supérieure à celle du stator 38, le pas d'hélice de son lobe égal à la moitié du pas d'hélice des deux lobes du stator 38 et le rapport des diamètres primitifs du rotor 40 et du stator 38 égal à 1/2. De la sorte, l'excentration e du rotor 40 dans le stator 38 est égale au rayon primitif du rotor 40 pourvu de un lobe.

[0028] La figure 2 représente une coupe du moteur à travers le stator 38 et le rotor 40, qui illustre la forme des sections des lobes. La section du rotor est un cercle, de rayon égal à environ deux fois l'excentration e, et la section du stator est engendrée par un cercle identique dont le centre se déplace sur un segment de longueur 2e. De la sorte, le rotor 40, appuyé sur les côtés du stator 38, forme des zones d'étanchéité relativement efficaces, à position axiale variable, séparant les deux chambres hélicoïdales amont et aval, telles 44 et 46, formées entre le lobe du rotor 42 et les deux lobes du stator 38.

[0029] La face inférieure du rotor 40 est équipée d'un plateau de raccordement circulaire 52 auquel est fixé, par des vis disposées à la périphérie, une autre plateau de raccordement 54 identique au précédent. Le plateau 54 est rigidement lié à un pignon 56 à dix dents telles 58 (voir figure 3) constituant le second rotor du moteur perfectionné selon l'invention. Le pignon 56 est en acier dur, ses dents sont droites et sa dimension axiale est de cinq à six fois son "diamètre". L'axe de symétrie du pignon 56 coïncide avec celui du premier rotor 40. Dans la face inférieure du pignon 56 est aménagée une cavité axiale 60 dans laquelle peut tourner le premier bras 62 d'une manivelle 64 qui comporte un arbre central 66 et un second bras 68 et qui constitue la butée aval des premier et second rotors 40 et 56.

[0030] Le pignon 56 engrène avec un pignon 70 à quinze dents (voir figure 3) en acier dur. Le pignon 70 est monté tournant dans un palier 72 en élastomère constituant la garniture interne d'un manchon 74, semblable au manchon 32, coaxialement disposé comme lui dans l'enveloppe 10. Le pignon 70 constitue le second stator du moteur hélicoïdal selon l'invention. Les pignons 56 et 70 forment ensemble un engrenage hypocycloïdal à denture droite qui constitue l'organe de transmission du moteur hélicoïdal selon l'invention. Le palier 72 comporte une pluralité de rainures droties telles 76, prévues pour améliorer ses conditions de lubrification et de refroidissement. Le second bras 68 de la manivelle de butée aval 64 est monté tournant dans une cavité axiale 77 pratiquée dans la face avant du noyau central 78 d'une grille de sortie 80 (voir figure 4) de la boue à pression réduite qui sort du moteur. Dans chacun des bras 62 et 68 de la manivelle 64 est aménagée une gorge circulaire occupée par un joint torique tel que 82 et 84. Les extrémités des bras 62 et 68 présentent des bords concaves adaptés à prendre appui sur deux roulements à billes 86 et 88. Dans l'axe des bras 62 et 68 de la manivelle de butée 64 sont aménagés deux passages étroits 90 et 92 communiquant ensemble par un troisième 94, aménagé dans l'arbre central 66. Le fond de la cavité axiale 77 communique par un quatrième passage étroit 96 avec une autre cavité axiale 98 aménagée dans la face arrière du noyau central 78 de la grille de sortie 80. La cavité 98 est remplie de graisse et, par les passages 96, 94, 92 et 90, cette graisse lubrifie les roulements à billes 86 et 88. La cavité 98 est par ailleurs fermée par une membrane souple 100 dont la face externe est soumise à la pression de boue.

[0031] La grille de sortie 80 (voir figure 4) comporte autour de son noyau central 78 une pluralité de passages latéraux, tel 102, disposés en couronne. La grille de sortie 80 est insérée dans une cavité axiale aménagée dans l'extrémité supérieure 104 de l'arbre de sortie 106 du moteur hélicoïdal selon l'invention, l'arbre 106 comportant un large passage axial 108, communiquant avec les passages 102 de la grille 80 par une chambre 110 à paroi conique. L'extrémité supérieure 104 de l'arbre de sortie 106 est rigidement liée au stator tournant 70, par un collier de raccordement 112 vissé à la fois sur l'extrémité 104 et sur le stator 70, et monté tournant dans l'extrémité inférieure du palier 72.

[0032] Le manchon 32 du premier stator 38 et le manchon 74 du palier 72 sont séparés l'un de l'autre par une collerette 114 solidaire d'un filtre 116 de forme cylindrique, en appui sur les bords d'une gorge 118 pratiquée dans la garniture en élastomère constituant le palier 72, les rainures 76 aménagées dans ce palier 72 débouchant dans la gorge 118. L'extrémité inférieure du manchon 74 déborde légèrement l'extrémité inférieure du palier 72 et la face inférieure du collier de raccordement 112, le manchon 74 étant en appui sur le bord extérieur d'un léger creux aménagé dans la face supérieure d'un disque épais 120. Le disque 120 comporte un évidement central traversé par l'extrémité supérieure 104 de l'arbre de sortie 106 et, par ailleurs, muni d'une découpe circulaire occupée par un joint d'étanchéité à lèvres 122, pris entre le disque 120, l'extrémité 104 de l'arbre 106 et la face inférieure du collier de raccordement 112. Le disque 120 est traversé par un passage calibré étroit 124 débouchant dans le creux de sa face supérieure et il est pourvu d'une gorge extérieure occupée par un joint torique d'étanchéité 125, en appui sur la paroi interne de l'enveloppe 10 du moteur. Sur la figure 1, un autre disque évidé identique au disque 120 est représenté, son passage transversal étant diamétralement opposé au passage 124. Dans la pratique, un douzaine environ de ces disques évidés sont engagés sur l'extrémité 104 de l'arbre de sortie 108, pour constituer un étage détendeur de pression 126. Pour ne pas surcharger le dessin, deux seulement ont été représentés. Le dernier de ces disques 120 est en appui sur l'extrémité supérieure d'un manchon 128 comportant, dans sa partie supérieure, une cloison radiale évidée 130 et au moins une ouverture latérale 132. Cette ouverture 132 débouche dans une gorge circulaire 134 pratiquée dans la paroi interne de l'enveloppe 10 du moteur, cette gorge 134 étant en communication avec l'extérieur de l'enveloppe 10 par un trou 136 percé dans sa paroi.

[0033] Le diamètre de l'évidement de la cloison 130 est notablement supérieur à celui de l'extrémité supérieure 104 de l'arbre de sortie 106. Sur cette extrémité 104 est monté coulissant un piston de pressurisation 138 comportant deux joints d'étanchéité à lèvres dans sa paroi interne et un joint torique dans sa paroi externe, un ressort hélicoïdal 140 étant comprimé entre la cloison 130 et la face supérieure du piston 138. L'extrémité inférieure du manchon 128 est en appui sur un ressort Belleville 142 réalisant la précharge d'un roulement 144 équipé de rouleaux cylindriques radialement disposés dans l'enveloppe 10. Le roulement 144 est lui-même en appui sur un anneau de butée 146 vissé bloqué sur l'arbre de sortie 106 du moteur. L'anneau de butée 146 est lui-même en appui sur un roulement 148, sur une bague 150 et sur un roulement 152. Les roulements 148 et 152 sont équipés de rouleaux coniques. Le roulement 152 est en appui sur un épaulement intérieur 153 que comporte l'enveloppe 10 au voisinage de son rebord d'extrémité 154, et sur un épaulement 155 que comporte l'arbre de sortie 106. Une deuxième bague 156 disposée entre les cages extérieures des deux roulements 148 et 152, permet de précharger ces roulements. Dans la paroi de l'enveloppe 10, en deçà du rebord 154, est percé un trou radial 157 muni d'un bouchon vissé 158, permettant de remplir de graisse et ensuite d'obturer tout l'espace annulaire comprise entre le rebord 154 et le piston de pressurisation 138, dans lequel sont disposés les roulements 144, 148 et 152. Un joint d'étanchéité à lèvres 160 placé dans une gorge circulaire pratiquée dans la face supérieure du rebord 154, entoure l'arbre de sortie 106 du moteur.

[0034] En revenant à la figure 1, on voit que la boue à haute pression fournie par une pompe et s'écoulant à travers la colonne de forage et la grille d'entrée 20 du moteur hélicoïdal selon l'invention, pénètre dans les deux chambres hélicoïdales comprises entre le rotor 40 à un lobe et le stator 38 à deux lobes et entraîne en rotation et en nutation ce rotor puis, sans perte de charge notable, cette boue passe dans l'espace compris entre les dents droites des pignons 56 et 70 et s'échappe dans le conduit axial 108 de l'arbre 106 du moteur, à travers la grille de sortie 78. La vitesse de rotation du rotor 40 à un lobe est égale à sa vitesse de nutation, en accord avec la théorie générale succinte des moteurs hélicoïdaux précédemment exposée. Le pignon intérieur 56 à dix dents, rigidement lié au rotor 40, est entraîné avec les mêmes vitesses de rotation et de nutation. Dans ces conditions, le pignon extérieur 70 est entraîné avec une vitesse de rotation trois fois plus faible que la vitesse de nutation du rotor 40. Ce qui permet de disposer sur l'arbre 106 d'un couple moteur trois fois plus élevé que celui disponible sur le rotor 40.

[0035] Pendant que le rotor 40 et le pignon interne 56 tournent de la sorte en rotation et en nutation, la manivelle 64 de butée aval transmet la poussée axiale exercée sur le rotor 40 et le pignon 56, à la grille de sortie 78, à la butée 146 de l'arbre de sortie 106 et finalement au rebord interne 154 de l'extrémité inférieure de l'enveloppe 10 du moteur, les roulements à billes 86 et 88 associés aux bras 62 et 68 de la manivelle 64 étant constamment lubrifiés par la graisse contenue dans la chambre sous pression 98.

[0036] Pendant ce temps, le filtre 116, constamment nettoyé par l'écoulement principal, laisse passer une boue sans gravier dans les rainures 76 pratiquées dans la garniture en élastomère constituant le palier du stator tournant 70. De la sorte, ce palier est constamment lubrifié et refroidi. Au sortir des rainures 76 la boue filtrée est appliquée à l'étage détendeur 126 constitué par la cascade (au moins une douzaine) de disques 120, percés et amincis de manière à présenter une fuite et un laminage préétablis. Comme la face inférieure du dernier de ces disques est soumise à la pression de boue extérieure au moteur (à travers le passage 136), une différence de pression considérable (une centaine de bars, en général) existe entre les pressions au niveau du filtre 116 et de la face inférieure de l'étage détendeur 126. Du fait de cette différence de pression, un débit permanent de boue filtrée s'établit dans les rainures 76 du palier 72 et en assure la lubrification et le refroidissement. La valeur de ce débit est par ailleurs déterminée par la résistance totale à l'écoulement présentée par les rainures 76 et par les creux et les perforations des disques 120 disposés en cascade. Sous l'action du piston de pressurisation 138, soumis à une pression un peut supérieure à la pression extérieure du fait du trou 136 et du ressort 140, la graisse, qui lubrifie les roulements 144, 148 et 152 de maintien radial et axial de l'arbre de sortie 106 du moteur, n'est pas soumise à des forces susceptibles de la faire s'échapper à travers le joint d'étanchéité 160 placé dans le rebord 154 d'extrémité de l'enveloppe 10 du moteur.

[0037] Les détails ci-dessus de réalisation d'un moteur hydraulique hélicoïdal perfectionné selon l'invention ont été décrits à titre d'exemple non limitatif. Il en est notamment ainsi des nombres de lobes et de dents des rotors et de la position en amont de l'étage moteur. En outre, on remarquera que le rendement propre au moteur selon l'invention étant a priori très supérieur à celui des moteurs connus de même puissance délivrant des couples du même ordre de grandeur, il devient possible d'usiner tout le premier stator 38 dans une ébauche en métal dur, de la même façon que le premier rotor 40. De la sorte, en effect, bient que les débits de fuite soient à l'évidence très notablement augmentés, le rendement final du moteur selon l'invention demeurera cependant très notablement supérieur à celui des moteurs usuels comparables. Une telle disposition augmentera considérablement la durée de vie du moteur.

[0038] Dans une autre variante de l'invention, le pignon interne 56 et le pignon externe 70 du second engrenage hypocycloïdal seront remplacés par le rotor et le stator d'un second moteur de type Moineau semblable au premier, les nombres de lobes de ce second moteur étant n et p=n+1 (avec, bien entendu, un nombre n différent du nombre m de lobes du rotor du premier moteur). En plus des avantages de la forme de réalisation décrite, cette seconde forme de réalisation de l'invention permet d'augmenter la puissance disponible. Mais cet avantage s'accompagne d'une augmentation notable du coût de fabrication du fait que le stator tournant du second moteur devra être réalisé en matériau dur de façon à pouvoir transmettre le couple produit.

[0039] Dans le même ordre d'idée, on pourra réaliser un ou plusieurs passages dans le corps du rotor 40 de manière à diminuer les pertes de charge et augmenter les débits de fuite dans le moteur lorsque la pression et/ou le débit de boue doivent, dans une certaine plage, varier d'une manière peu liée à la vitesse de rotation et/ou au couple du moteur (les figures 154 et 177, présentées aux pages 224 et 253 de l'ouvrage cité, illustrent les relations usuelles entre ces paramètres). On pourra aussi, pour augmenter la cylindrée du moteur, remplacer l'enveloppe 10 par l'enveloppe 32 du stator et venir visser cette enveloppe sur l'enveloppe 10 au niveau du filtre 116.

[0040] On pourra aussi, pour réduire la poussée exercée par la différence de pression entre l'amont et l'aval du moteur sur la manivelle 64 et ses roulements 86 et 88, utiliser pour le rotor 56 et le stator 70 un couple d'engrenages hélicoïdaux au lieu d'engrenages droits. A titre d'exemple, un angle d'hélice de 12° permettra de compenser une poussée de 20 kN pour un couple de 4000 mN.

Revendications

1.Moteur hydraulique hélicoïdal perfectionné du genre comprenant à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique (10), un étage moteur formé par un premier stator (38) muni de (m+1) lobes hélicoïdaux intérieurs (36) et un premier rotor (40) muni de (m) lobes hélicoïdaux extérieurs (42), ledit premier rotor (40) étant engagé excentré dans ledit premier stator (38) de manière à constituer un premier engrenage hypocycloïdal, la dimension axiale desdits lobes hélicoïdaux (36-42) étant d'au moins un pas d'hélice du premier stator (38), ledit pas égalant (m+1)/m fois celui du premier rotor (40), caractérisé en ce qu'il comprend un second engrenage hypocycloïdal constitué par un second rotor (56) muni de (n) dents extérieures (58) et par un second stator (70) muni de (p) dents intérieures, les rapports m/(m+1) et n/p étant différents l'un de l'autre, ledit second rotor (56) étant rigidement et coaxialement lié audit premier rotor (40) et ledit second stator (70) coaxialement disposé par rapport audit premier stator (38), le stator disposé en amont étant solidaire de ladite enveloppe (10) et le stator disposé en aval, à la fois monté tournant dans un palier (72) solidaire de ladite enveloppe (10) et rigidement lié à un arbre de sortie (106) creux.

2.Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre (p) égalant (n+1), le second rotor (56) et le second stator (70) forment ensemble un second étage moteur.

3.Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le second engrenage étant disposé en aval, son rotor (56) et son stator (70) sont des pignons.

4. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le palier (72) du stator aval (70) est une garniture en élastomère fixée sur un manchon (74) en métal, ladite garniture comportant des rainures longitudinales (76) débouchant en amont sur un filtre (116) soumis au fluide circulant dans le moteur et, en aval, sur un détendeur de pression (126) débouchant sur un passage (136) pratiqué dans l'enveloppe (10) du moteur.

5.Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit détendeur de pression (126) est constitué par un empilement de disques évidés (120), enserrés d'une manière étanche entre ledit arbre de sortie (106) et l'enveloppe (10) du moteur, chaque disque (120) présentant un creux en couronne et une traversée calibrée (124), de façon à créer une perte de charge relativement élevée.

6.Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble formé par les deux rotors (40-56) est en appui sur une butée aval constituée par une manivelle (64) dont les deux bras (62-68) sont montés tournants dans deux cavités axiales (60-77) respectivement aménagées dans le rotor aval (56) et dans l'extrémité amont de l'arbre de sortie (106) du moteur.

7.Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité amont de l'arbre creux de sortie (106) du moteur comporte une grille (80) formée d'un noyau central (78) et de passages (102) entre des cloisons radiales, ledit noyau (78) présentant de part et d'autre deux cavités axiales (77-98) communiquant par un passage étroit (96), la cavité amont (77) dudit noyau étant occupée par le bras aval (68) de ladite manivelle de butée (64) et sa cavité aval (98), remplie de lubrifiant et soumise à travers une membrane (100) à la pression de fluide à l'entrée de l'arbre creux (106) du moteur, les deux bras (62-68) de ladite manivelle (64) comportant chacun un passage axial étroit (90-92) communiquant l'un avec l'autre et étant montés pivotants sur des roulements à billes (86-88) immergé dans ledit lubrifiant.

8.Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (106) du moteur comporte un anneau de butée (146), ayant comme appuis amont un roulement (144) à rouleaux cylindriques radiaux et un manchon (128) lui-même en butée sur le détendeur de pression (126) et comme apuis aval, deux roulements (148-152) à rouleaux coniques séparés par une bague (150), disposés en butée sur le rebord interne d'extrémité (154) de l'enveloppe (10) du moteur, ledit manchon (128) comportant un piston flottant (138) et ledit rebord d'extrémité (154) comportant un joint d'étanchéité (160) enserrant l'arbre de sortie (106) du moteur, l'espace défini par ledit piston (138), ledit arbre (106), ladite enveloppe (10) et ledit joint (160) étant rempli de lubrifiant.

Dessins