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Bohrturbine
Die meisten bisher hergestellten oder konstruierten mehrstufigen Bohrturbinen bestehen ganz oder teilweise aus zwei konzentrischen, aus aufein- andersitzenden Teilen zusammengesetzten Körpern, wobei die einzelnen Teile Turbinenräder, Elemente von Axial- oder Gleitlagern, Bremsen und Ein- bzw. Nachstell- oder Sicherheitseinrichtungen darstellen. Normalerweise sind die äusseren Teile innerhalb eines zylindrischen Rohrkör- pers aufeinandergesetzt und die inneren Teile auf einer zentralen Welle aufgeschoben. Gewöhnlich bilden diese Teile die aufeinandergesetzten Rotorteile bzw. Statorteile der Turbine.
Gemäss der Ausbildung der heutigen Bohrturbinen befinden sich sowohl die äusseren aufeinandergesetzten Elemente wie auch die inneren meistens unter Druck, während die Welle und der Turbinenkörper, die in Ruhestellung beide unter Spannung sind, sich in den üblichen Ausführungen unter Spannung oder Druck befinden können, u. zw. je nach dem Wert der Axialdrücke, denen sie im Betrieb normalerweise oder zufällig unterworfen sind.
Diese vorbekannten Ausführungen der Bohrturbinen besitzen eine Anzahl von Nachteilen.
Zum Beispiel sind der äussere Turbinenkörper und insbesondere die Turbinenwelle Teile, die sich schwer bearbeiten lassen und in der Herstellung empfindlich und kostspielig sind. Die Welle weist mehrere abgesetzte Teile verschiedenen Durchmessers auf, was eine umständliche Herstellung, Behandlung-gegebenenfalls Härtung und Bearbeitung-bedingt, und was darüber hinaus die Wahl der verwendbaren Metalle sowie die optimalen erzielbaren Eigenschaften beschränkt.
Infolge der Notwendigkeit, für den Durchfluss der Flüssigkeit den grössten Ringraum'vorzuse- hen, müssen die Radialstärken der Teile der beiden aus aufeinandergesetzten Teilen zusammengesetzten Körper auf ein Mindestmass herabgesetzt werden, so dass hochwertige Metalle verwendet werden müssen, deren Bearbeitung meist schwierig und kostspielig ist, und die darüber hinaus nicht sämtliche erwünschten Eigenschaften in sich vereinigen.
Schliesslich wird die erzielbare Länge der elementaren Turbinen und folglich deren Leistung durch die sich bei der Herstellung des Körpers und der Welle ergebenden Schwierigkeiten beschränkt.
Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, die erwähnten Nachteile zu beheben und eine Bohrturbine zu schaffen, deren Herstellung mit den früheren Schwierigkeiten nicht mehr verbunden ist.
Erfindungsgemäss sind die aufeinandergesetzten Rotorteile und/oder die aufeinandergesetzten Statorteile mittels durch in ihnen vorgesehene Bohrungen, Kanäle, Ausnehmungen od. dgl. geführter oder entlang ihnen verlaufender, durch unter Spannung gesetzte Kabel, Einzeldrähte, Verbunddrähte, Stangen od. dgl. gebildete Spannglieder verbunden, deren Enden in Endstützen verankert sind.
Die die Spannglieder bildenden Elemente können aus Metall oder einem sonstigen Material oder aus mehreren Materialien bestehen, wie z. B. Kabel mit nichtmetallischem Kern. Die vorerwähnten Bohrungen, Kanäle, Ausnehmungen od. dgl. können so dimensioniert sein, dass sie die Spannglieder so eng wie möglich umfassen.
Gemäss einer Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes sind die Rotorteile von einem einzigen in der Turbinenachse angeordneten, vorzugsweise aus mehreren Einzeldrähten gebildeten Spannglied zusammengehalten. Dies ist für Turbinen kleineren Durchmessers besonders geeignet. Es ist aber auch möglich, dass die Rotorteile durch an ihrem Umfang angeordnete, ein Gitter oder einen Käfig bildende Spannglieder zusammengehalten sind. Diese Verteilung der Spannglieder am Umfang ist für den zentralen, aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper von Turbokernrohren vorteilhaft, da der Fortfall der Welle und die Verlegung des Spanngliedes auf den Umfang es dann ermöglicht, eine maximale Lichtweite zur Aufnahme des Bohrkernes des zentralen Kernrohres vorzusehen.
Gemäss einem weiteren Merkmal des Erfindungsgegenstandes sind auf dem Umfang der Statorteile ein Gitter oder einen Käfig bildende Spannglieder angeordnet, die die Zusammenpressung der aufeinandergesetzten Statorteile gewähr- leisten.
Die Spannglieder können aus- ineinanderge- flochtenen profilierten Drähten, z. B. nach Art von" geschlossenen" Kabeln, bestehen, wobei dieses Netz von Spanngliedern nach aussen durch einen Mantel geschützt. werden kann. Dieser Mantel kann entweder lose angeordnet sein oder an
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dem Druck bzw. der Spannung der aufeinandergesetzten Statorteile teilnehmen oder auch auf die Spannglieder bzw. die aufeinandergesetzten Statorteile eine Schrumpfwirkung ausüben.
Um die Handhabung und die Wartung der Turbine zu erleichtern, kann der Rotor und/oder der Stator aus mehreren in Längsrichtung aufeinanderfolgenden zusammengesetzten Einheiten bestehen.
In jeder Einheit sind die Spannglieder an jedem Ende nach einer der zahlreichen bekannten Verfahren lösbar oder fest verbunden.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zumindest eine der Endstützen zur Vorspannung der Rotorteile und/oder der Statorteile mit lösbaren Verriegelungsgliedern, z. B. Gewindeteilen, versehen. Durch Verspannung bei der Montage bewirkt man die erwünschte Vorspannung der aufeinandergesetzten Teile der Turbine.
Das untere Ende des aus aufeinandergesetzten Teilen bestehenden Rotors kann an einem am Bohrmeissel unmittelbar oder mittelbar angeschlossenen Wellenstumpf oder an einer Anschlussmuffe befestigt werden, die wiederum an dem das Werkzeug tragenden Wellenstumpf fest, nachgiebig befestigt oder z. B. mittels eines Kardangelenkes angelenkt ist.
Die aufeinandergesetzten vorgespannten Teile der Turbine können sämtliche Elemente, wie sie in den üblichen Böhrturbinen hintereinander angeordnet bzw. verteilt sind, wie Trieb-oder Leiträder, Gleitlager, Axiallager, Bremsen od. dgl., einschliessen. Mitunter kann es aber zweckmässiger sein, jene Elemente, die einem schnelleren Verschleiss ausgesetzt sind und/oder eine weitgehendere Wartung benötigen als die Schaufeln und die Zwischenlager, in einem leicht demontierbaren Teil möglichst zu konzentrieren, insbesondere auf dem unteren Wellenstumpf, der an der unteren Muffe des aus aufeinandersitzenden Teilen bestehenden Körpers angeschlossen sein kann. Diese Massnahme ist für den aus aufeinandergesetzten Teilen bestehenden Rotor einer Bohrturbine ganz besonders anwendbar.
Die Erfindung ermöglicht es, den von der Welle und gegebenenfalls von dem Turbinenkörper üblich besetzten Querschnitt wesentlich zu verringern, weil die Spannglieder bei viel höherer Beanspruchung arbeiten können als z. B. eine Turbinenwelle oder ein Turbinenkörper. Zur Herstellung der Spannglieder können Materialien zur Anwendung kommen, die eine viel höhere Zugfestigkeit aufweisen, wodurch erhebliche Druckbeanspruchungen erreicht werden können. So wird es möglich, z. B. bei Turbinen kleineren Durchmessers, den axialen Massenquerschnitt wesentlich zu verringern bzw. in den Turbokernrohren den lichten Axialschnitt beträchtlich zu vergrössern.
Durch die Reduzierung des axialen Massenquerschnittes ist es ferner möglich, den radialen Raum zu vergrössern, über welchen man bei Radialtur- billen verfügen kann, bei denen die hauptsächliche
Schwierigkeit in der Enge des lichten radialen
Raumes für den Durchfluss der Flüssigkeit besteht.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand sche- matischer Zeichnungen, in welchen Ausführungsmöglichkeiten beispielsweise dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Ausführungsmög- lichkeit der erfindungsgemässen Bohrturbine in senkrechtem Teilschnitt, Fig. 2 einen entsprechen- den Schnitt nach der Linie 1111 der Fig. 1, Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform im Vertikalschnitt. Fig. 4 einen zentralen, aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper mit axial angeordnetem Spannglied in senkrechtem Teilschnitt, Fig. 5 eine Teilansicht einer Radialturbine in senkrechtem Schnitt, Fig. 6 einen Teil eines zentralen Turbokernrohres in senkrechtem Schnitt und Fig. 7 einen aus aufeinandergesetzten Teilen bestehenden Turbinenkörper in senkrechtem Teilschnitt.
In Fig. 1 ist eine untere Anschlussmuffe, die z. B. dem das untere Lager der Turbine tragenden Wellenstumpf entsprechen kann, mit 1 bezeichnet.
Die diese Anschlussmuffe normalerweise nach oben verlängernde Welle ist im vorliegenden Falle durch einen aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper ersetzt, welcher durch abwechselnd angeordnete Schaufelscheiben 2 und Zwischenelemente 3 gebildet ist. Die einzelnen aufeinandergesetzten Teile werden mittels Spanngliedern zusammengehalten, die aus Stangen 4 bestehen, deren unteres Ende ein Gewinde aufweist und in der Anschlussmuffe 1 eingeschraubt ist, während deren oberes Ende einen Halter 5 aufnimmt, welcher an den erwähnten aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper mittels Muttern 6 und Gegenmuttern 7 angedrückt wird, die am oberen, ebenfalls mit einem Gewinde versehenen Ende der Stangen 4 angeschraubt sind.
Das Verspannen des Halters 5 gegen den aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper gewährleistet, wie vorstehend erwähnt, die erwünschte Vorspannung, so dass diese Körper eine starre Baueinheit bilden, die gestattet, die übliche Zentralwelle der Turbine wegzulassen. Die Stangen 4 sind in entsprechenden Bohrungen der Scheiben 2 geführt. Im vorliegenden Fall sind eine genau kalibrierte Zentralbohrung zur Aufnahme der zentralen Stange und Ausrichtung der Scheiben sowie Ausnehmungen am Umfang der einzelnen Teile vorgesehen. Es können aber auch noch andere wirksame Elemente der Turbine in dem aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper eingeschlossen sein.
Die hier dargestellten Schaufelscheiben 2 arbeiten wie üblich mit Statorteilen 10 zusammen, die mit dem im vorliegenden Falle üblich gestalteten Turbinenkörper 11 verbunden sind.
Gemäss Fig. 3 ist das untere Ende der Stangen 4 auf der Anschlussmuffe 1 anders befestigt. In diesem Falle weist die mittlere Stange 4 in ihrem unteren Teil zu ihrer Achse senkrechte Riffelungen 12 auf, mit welchen die inneren, ebenfalls gerif-
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feiten Flächen zweier Halbschalen 13 zusammenarbeiten, deren äusseres konisches Profil das Blokkieren in einer konischen Aushöhlung der Anschlussmuffe 1 gewährleistet. Gemäss dieser Ausführungsform tragen die am Umfang angeordneten Stangen Köpfe 15, die in entsprechenden am Umfang angeordneten Ausnehmungen 16 der Anschlussmuffe 1 gehalten werden.
Gemäss Fig. 4 werden die Teile 2,3 des zentralen aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körpers mittels eines axialen Spanngliedes 17 zusammengehalten, welches an seinem unteren Ende einen konischen Kopf 18 aufweist, der in einer entsprechend ausgebildeten Ausneh- mung 19 der Anschlussmuffe 1 verklemmt ist. Das obere Ende des Spanngliedes 17, welches aus einem Kabel oder einer Schiene besteht, wird hier mittels Klemmkeilen 20 gehalten, die in dem konischen Sitz eines Teiles 21 eingelassen sind, dessen äusseres Gewinde mit dem inneren Gewinde einer Muffe 22 zusammenarbeitet, die an ihrem unteren Ende mit einem an dem aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper anliegenden in- neren Flansch versehen ist.
Beim Verspannen wird die Muffe 22 angeschraubt, bis sie gegen den oberen Teil 3 des aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körpers anliegt. Diese Verspannung bzw. Vorspannung könnte auch durch eine am freien Ende des Spanngliedes ausgeübte Zugwirkung erzielt werden.
Der obere Teil 3 des aus aufeinandersitzenden Teilen zusamemngesetzten Körpers ist derart ausgebildet, dass er die freie Drehbewegung der Muffe 22 beim Anstossen gestattet. Entweder weist er einen entsprechend kleinen Reibungskoeffizienten auf oder trägt ein Kugel- bzw. Rollendrucklager.
In Fig. 5 ist ein Teil einer Radialturbine dargestellt, woraus die Vergrösserung des für den Durchfluss der Flüssigkeit verfügbaren Raumes zu ersehen ist, die infolge des Fortfalles der Zentralwelle erzielt ist. Die Rotor- und Statorteile 23 bzw. 24 sind hier ausgebildet, um den radialen Durchfluss der Flüssigkeit in einer an sich bekannten Weise sicherzustellen. Die Statorteile 24 sind mit dem Turbinenkörper 25 verbunden, während die Rotorteile 23 einen aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper bilden, dessen
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Weise befestigt ist und die Vorspannung der Baueinheit gestattet.
In Fig. 6 ist der zentrale aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzte Körper eines Turbokernrohres dargestellt, welcher durch Schaufelscheiben 27 und Zwischenteile 28 gebildet ist. Die Vorspannung des aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körpers ist mittels am Umfang angeordneter Spannglieder 29 sichergestellt, die durch zusammenfallende Bohrungen in den Teilen 27, 28 hindurchgeführt sind.
An ihrem unteren Ende tragen diese Spannglieder 29 Köpfe 30, die in am Umfange angeordnete Ausnehmungen 3 ! der unteren Anschlussmuffe 1 gehalten sind, und an ihrem oberen Ende konische Teile 32, die in
Ausnehmungen 33 eines ein äusseres Gewinde auf- weisenden Teiles 34 aufgenommen sind, in welchen das innere Gewinde einer als Muffe ausgebildeten
Mutter 35 eingreift, die zur Vorspannung des aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzen
Körpers dient. So entsteht in der Achse des aus aufeinandersitzenden Teilen bestehenden Körpers ein freier zylindrischer Raum grössten Quer- schnittes zur Aufnahme eines Turbokernrohres. So hat man es in der Hand, infolge dieses grösseren
Raumes in der Turbinenachse Bohrkerne grössten
Durchmessers für Bohrmeissel entsprechenden Durchmessers zu verwenden.
In Fig. 7 ist ein vorgespanntes, aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetztes Gehäuse gezeigt, das den üblichen Turbinenkörper ersetzt.
Dieses Gehäuse ist durch Schaufelteile 36 und
Zwischenteile 37 gebildet. Der untere Teil ruht auf einer Anschlussmuffe 38, während eine zweite Anschlussmuffe 39 sich am oberen Teil des aus aufeinandersitzenden Teilen bestehenden Gehäuses abstützt. Die Anschlussmuffe 38 weist Ausnehmungen 40 auf zur Aufnahme von Köpfen 41 der am Umfang angeordneten Spannglieder 42, wobei die Vorspannung mittels Muttern erfolgt, die an den oberen mit Gewinde versehenen Enden dieser Spannglieder angeschraubt sind und sich an der oberen Anschlussmuffe 39 abstützen.
Die Enden der Spannglieder sind je einerseits von einer unteren Muffe 44, die auf der unteren Anschluss muffe 38 verschraubt und am unteren Tur- blnenlager verbunden ist, und anderseits von einem oberen Teil 45, welcher Verlängerung des Gerätes nach oben bildet, verkappt.
Die beschriebenen und dargestellten Ausfih- rungsformen können im Gebiet der Gleichwertigkeiten Abänderungen erfahren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bohrturbine mit einem aus aufeinandergesetzen Teilen bestehenden Rotor und einem aus aufeinandergesetzten Teilen bestehenden Stator, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinandergesetzten Rotorteile und/oder die aufeinandergesetzten Statorteile, mittels durch in ihnen vorgesehene Bohrungen, Kanäle, Ausnehmungen od. dgl. geführter oder entlang ihnen verlaufender, durch unter Spannung gesetzte Kabel, Einzel- drähte, Verbunddrähte, Stangen od. dgl. gebildete Spannglieder verbunden sind, deren Enden in Endstützen verankert sind.