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Einrichtung zur Regelung des Bohrvorschubes entsprechend dem Bohrwiderstand bei Erdbohranlagen.
Bei Erdbohrungen trifft das Bohrwerkzeug häufig auf Erdschichten von verschiedener Härte auf, der Bohrer findet deshalb beim Vordringen entsprechend der Härte oder der Art der Erdformationen einen verschiedenen Widerstand. Erhält der Bohrer stets den gleichen Vorschub, so kann er sich leicht festklemmen oder beim Auftreffen auf Härteschichten überbeansprueht und beschädigt werden. Um diese Gefahren zu vermeiden, muss der Vorschub des Bohrwerkzeuges in Abhängigkeit von dem zu überwindenden veränderlichen Bohrwiderstand geregelt werden.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Erdbohranlagen, deren Antrieb durch zwei Elektromotoren erfolgt, von denen der eine den Bohrdrehtisch antreibt und der andere den Vorschub des Bohrers bewirkt, den Vorschub des Bohrwerkzeuges durch Anordnung eines Differentialgetriebes zwischen den beiden Motoren zu regeln. Dieses Differentialgetriebe wirkt derart, dass bei wachsendem Bohrwiderstand der Vorschubmotor auf die Aufhängevorrichtung arbeitet, wodurch der durch das Bohrgestänge u. dgl. ausgeübte Druck auf das Bohrwerkzeug entsprechend verringert wird.
Die Primärwicklungen der beiden Antriebsmotoren, die zweckmässig Wechselstrominduktionsmotoren sind, sind unmittelbar miteinander verbunden, so dass bei Belastungsänderung des Drehtisrhantriebsmotors die dem Vorschubmotor zugeführte Spannung geändert wird und dieser Motor ein grösseres Moment auf die Aufhängevorrichtung ausübt und dadurch der Druck auf das Bohrwerkzeug verringert wird.
Eine derartige vereinigte mechanische und elektrische Regelung erfordert jedoch einen umständlichen Aufbau ; auch vermag sie den Belastungsänderungen des Drehtischantriebsmotors nicht immer mit der erforderlichen Schnelligkeit zu folgen. Gemäss der Erfindung wird zwecks Regelung des Bohrvorschubes entsprechend dem Bohrwiderstand das Drehmoment des Hubwerkmotors durch Änderung seiner Klemmenspannung in Abhängigkeit von der Belastung des Drehtischmotors und damit der auf den Bohrer ausgeübte Druck rein elektrisch geregelt. Die beiden Motoren sind hiebei nicht mechanisch miteinander verbunden. Die Regeleinrichtung hat infolge Fortfalles der Getriebe einen einfachen Aufbau und spricht bei Widerstandsänderungen des Bohrwerkzeuges sofort an.
Als Antriebsmotor, der zur Drehung des Bohrers verwendet wird, und als Regelmotor, der den Bohrvorschub steuert, eignen sich besonders Wechselstrominduktionsmotoren. Bei solchen Motoren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe am besten so gelöst, dass der dem Antriebsmotor zugeführte Strom zur Überwachung des dem Regelmotor zugeführten Stromes verwendet wird. Als Mittel zur Überwachung des dem Regelmotor zugeführten Stromes eignen sich besonders Transformatoren, deren Primärspulen dem Stator der Motoren vorgeschaltet sind und deren einander entsprechende Sekundärwicklungen in Reihe liegen.
Zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses der Transformatoren und damit des Drehmomentes der Motoren können die Transformatorwieklungen mit Anzapfungen versehen sein, um das Verhältnis der Windungszahlen zu verändern, oder es können andere an sich bekannte Regelmittel, wie Regelwiderstände, vorgesehen werden.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung schematisch veranschaulicht, wobei die Fig. 1 im Aufriss die Erdbohranlage zusammen mit dem üblichen Bohrgerüst zeigt, während die Fig. 2 und 3 die elektrische Verbindung der Motoren erkennen lassen.
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antreibt, wodurch der mit ihr verbundene Bohrerschaft 3 gedreht wird. Der Bohrer ist an dem Aufhängeseil 4 befestigt, das auf der Windentrommel 5 aufgewickelt wird. Als Antrieb für diese Trommel dient der Wechselstrominduktionsmotor 6, der den Vorschub für den Bohrer steuert. Das von dem Regelmotor 6 entwickelte Drehmoment wirkt dem Gewicht des Bohrers 3 und einem Teil des Seilgewiehtes entgegen.
Beim normalen Bohrbetrieb wird der Motor 6 durch das Übergewicht des Bohrerschaftes J durchzogen, u. zw. um einen dem normalen Bohrvorschub entsprechenden Betrag. Erhöht sieh der Bohrwiderstand, so wird das Drehmoment des Regelmotors verstärkt und hebt den Bohrer von seiner
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vermindert werden, um den durch das Gewicht des Bohrers 3 und des wirksamen Aufhängeseiles 4 erzeugten Bohrvorschub zu vergrössern.
In der Fig. 2 sind die Statorwicklungen der beiden Motoren an die Netzleitungen 8, 9, 10 über die Primärwicklungen von Stromwandler 11, 1. 13 bzw. 14, 15, 16 angeschlossen. Von den Sekundär- wicklungen l ?-M und 20-22 sind einander entsprechende, d. h. zur gleichen Phase gehörige Wicklungen in Reihe geschaltet. Diese Dekundärwicklungen können mit Anzapfungen versehen sein, um das Übersetzungsverhältnis der Spannungswandler regeln zu können.
Die Wicklungen 14 und 20, 15 und 21 und 16 und 22 sind so miteinander verkettet, dass der in den Sekundärwicklungen 20-22 fliessende
Strom eine Verringerung des durch die Primärspulen 14-16 erzeugten Spannungsabfalles hervorruft, wodurch die dem Regelmotor 6 aufgedrückt Spannung sich erhöht und so dessen Drehmoment sieh vergrössert Die Einrichtung ist so getroffen, dass das Drehmoment des Regelmotors 6 bei normalem Betrieb den durch das Gewicht des Bohrers und des wirksamen Aufhängeseiles erzeugten Bohrdruck nur teilweise überwindet. Das so erzeugte Übergewicht genügt, um dem Bohrer einen Vorschub zu erteilen.
Trifft nun derBohrer auf harte Gesteinsschichten, so wird die durch den Antriebsmotor 1 aufzubringende Last und damit der aus der Netzleitung zugeführte Belastungsstrom steigen. Diese. Änderung des Belastungsstromes überträgt sieh auf die Sekundärwicklungen 17-19 und damit auch auf die Sekundärwicklungen 20-22. Die Folge davon ist, dass der durch die Primärwicklungen 14-16 erzeugte Spannungabfall sich erniedrigt und so die dem Regelmotor 6 zugeführte Spannung und damit sein Drehmoment sich erhöht. Der Regelmotor wird nun den Bohrer von seiner Unterlage abheben, wodurch wieder normale Betriebsverhältnisse geschaffen werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe lässt sich auf eine einfachere Weise lösen, wobei die bei der Anordnung nach der Fig. 2 benötigten Transformatoren unnötig werden. Die Fig. 3 gibt dafür ein Ausführungsbeispiel.
Mit 1 ist hier wieder der Antriebsmotor, der die Drehung des Bohrers bewirkt, und mit 6 der Regelmotor zur Regelung des Bohrvorschubes bezeichnet. Die Statorwicklung 2-3 des Antriebsmotors 1 ist durch die Leitungen 24 mit der Netzleitung 8, 9,10 verbunden. Seine Läuferwicklung 25 ist mit dem Regelwiderstand 26 versehen. 27 ist die Statorwicklung des Regelmotors, die in Reihe mit der Statorwicklung des Antriebsmotors liegt. Der Läufer 28 des Regelmotors ist als Kurzschlussläufer ausgebildet.
Zur Regelung des Drehmomentes des Regelmotors ist ein Regelwiderstand 29 parallel zu der Statorwicklung 27 angeordnet.
Die Anordnung wirkt ähnlich wie die der Fig. 2, u. zw. wie folgt :
Beim Anschliessen des Antriebsmotors 1 an die Netzleitung durch Einlegen des Netzschalters 30 wird sowohl dessen Statorwicklung als auch die des Regelmotors vom Netzstrom durchflossen. Die Drehmomente beider Motoren werden mit Hilfe der Regelwiderstände 26 bzw. 29 für normale Betriebsverhältnisse eingestellt. Erhöht sich nun der Bohrwiderstand, z. B. beim Stossen des Bohrers auf hartes Gestein, so wird der Belastungsstrom der beiden Motoren und somit ihr Drehmoment anwachsen. Der Motor 6, der das Gewicht des Bohrers und des wirksamen Seiles zu überwinden hat, wird sodann den Bohrer von seiner Unterlage abheben und so normale Betriebsverhältnisse wieder herstellen.
Durch Veränderung des Regelwiderstandes 29 lässt sieh ausserdem noch erreichen, dass der Bohrdruck bzw. der Bohrvorschub entsprechend der Bohrtiefe richtig eingestellt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Regelung des Bohrvorselmbes entsprechend dem Bohrwiderstand bei Erdbohr-
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denen der eine den Drehtisch und der andere das Hubwerk des Bohrers antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment des Hubwerkmotors durch Ändern seiner Klemmenspannung in Abhängigkeit von der Belastung des Drehtischmotors und damit der auf den Bohrer ausgeübte Druck rein elektrisch geregelt wird.