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Kupplung zum axialen Verbinden der Rotoren einer mehrere von Hohlwellen getragene
Rotoren aufweisenden Tiefbohrturbine
Eine der bei dem Betrieb von Tiefbohrmotoren, insbesondere von Bohrturbinen für Erdölschächte, entstehenden Schwierigkeiten ist in der Notwendigkeit zu sehen, häufig den Motor ganz oder teilweise auseinandernehmen zu müssen, um die sich im Betrieb schnell abnutzenden Teile auszutauschen oder zu reparieren. Diese Teile sind vor allem das Druck-bzw. Axiallager, das untere Turbinenlager und allenfalls zusätzliche Vorrichtungen, z. B. eine Bremse, die in dem Motor eingebaut sein kann. Das vollständige Auseinandernehmen bzw. Wiederzusammenbauen des Motors verursacht jedesmal beträchtliche Kosten und erfordert einen grösseren Zeitaufwand sowie besonders ausgerüstete Werkstätten.
Um mit Bohrturbinen hohe Drehmomente zu erzielen, ist es erforderlich, Turbinen grösserer Länge zu verwenden. Nun ist die notwendige Länge machmal so gross, dass es unmöglich ist, die kompletten Turbinen einstückig, d. h. als Ganzes zu transportieren oder sie in dieser Form in den Bohrturm einzustellen. Die Turbinen bestehen daher oft aus zwei oder mehr Teilen, die getrennt transportiert und dann im Bohrturm zusammengefügt werden. Unter Turbinenteilen" werden die einzelnen axialen Abschnitte verstanden, die je aus einer bestimmten Anzahl von aufeinandergesetzten und miteinander verbundenen Rotor- bzw. Statorbestandteilen bestehen.
Zwar ist die Verbindung zwischen den Statorteilen durch bekannte Mittel einwandfrei verwirklicht. Zwischen den Rotorteilen der einander benachbarten Elemente ist aber die Verbindung bzw. sind die Kupplungen bis jetzt nur unvollkommen verwirklicht.
Um die verwendete Turbine den jeweiligen Bohrverhältnissen (Gelände, Werkzeug, Charakteristik der Pumpen, Abweichungswinkel u. a. m.) auf das bestmögliche anzupassen, ist es ausserdem erforderlich, in unmittelbarer Nähe der Bohrstelle über eine grössere Anzahl von einsatzbereiten Turbinen verschiedener Typen und Charakteristiken zu verfügen. Es ist also wünschenswert, die Charakteristiken der im Betrieb beflnd- lichen Turbinen durch Einfügen oder Abnehmen gewisser Bauteile nach den betrieblichen Erfordernissen schnell verändern zu können.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, die vorstehend erwähnten Nachteile auszuschalten und eine Kupplung für Bohrtu1"binen- bzw. Tiefhohr- motorteile zu schaffen, die imstande ist, bei allen Betriebsverhältnissen eine starre mechanische Verbindung der Rotorteile zweier gekuppelter Turbinenteile zu gewährleisten und gleichzeitig ein schnelles und bequemes Ein- bzw. Auskuppeln auf der Baustelle mit möglichst wenig Werkzeugen zu ermöglichen, ohne dass dazu hochqualifizierte Arbeitskräfte herangezogen werden müssten.
Die erfindungsgemässe Kupplung zum axialen Verbinden der Rotoren einer mehrere von Hohlwellen getragene Rotoren aufweisenden Tiefbohrturbine besteht im Wesen darin, dass an dem einen Ende jedes Rotors ein mit einer Anlagefläche versehener Ansatz und an dem andern Ende jedes Rotors ein hohler, mit einer Anlagefläche versehener Ansatz vorgesehen sind, und dass sie ein oder mehrere, die Hohlwelle bzw. die Rotorteile und den hohlen Ansatz jedes Rotors durchsetzende Spannglieder aufweist, wobei im erstgenannten Ansatz jedes Rotors das bzw. die diesen und den'benachbarten Rotor durchsetzenden Spannglieder verankert sind.
Die Anlageflächen der Kupplung können z. B. eben, konisch oder schraubenförmig ausgestaltet sein, u. zw. vorzugsweise derart, dass sie die Übertragung eines Drehmomentes, unbeachtet der Drehrichtung, sowie axialer Zug- und Druckkräfte und vorteilhaft die Zentrierung der auf diese Weise zusammengefügten Motor- bzw. Turbinenteile gewährleisten können.
Die Rotorteile, aus welchen ein Motor- bzw.
Turbinenglied zusammengesetzt ist, sind also auf einer Hohlwelle oder auf Spanngliedern angeordnet, wobei an jedem Ende Anlageflächen vorgesehen sind. An diesen Anlageflächen stützen sich Kupplungsansätze ab, die durch ein oder
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mehrere Spannglieder verbunden sind, die die Anlageflächen aneinander gepresst halten.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sind in der beiliegenden Zeichnung mehrere Ausführungsbeispele dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt einer Bohrturbine, bestehend aus mehreren mittels einer Vorrichtung nach der Erfindung gekuppelten Gliedern, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie lI-lI in Fig. 1, jedoch gemäss einer andern Ausführungsvariante und Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante im Längsschnitt.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Kupplung zwischen zwei benachbarten Antriebsgliedern einer Bohrturbine dargestellt. Das dargestellte Antriebsglied besteht aus einem Körper 1, in dem Statorteile 2 und Distanzringe 3 abwechselnd aufeinandergesetzt angeordnet sind. Ein Lagerkörper 4 ist ebenfalls unter diesem aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körper angeordnet. Die verschiedenen Teile 2,3, 4 werden bei der Montage in dem Körper durch Endmuffen 5, 6 zusammengedrückt, um eine unabhängige Baueinheit zu bilden. Dieses Antriebsglied weist ferner einen Rotorteil bestehend aus einer Welle 7 auf, auf welcher ein Lagerring 8 und
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9 aufeinandergesetzt angeordnet sind.
Diese verschiedenen Teile 8, 9 und 10 werden zwischen den Ansätzen 11, 12, die an den Gewindeenden der Welle aufgeschraubt sind, zusammengedrückt, & o dass dieser Rotorteil ebenfalls eine unabhängige Baueinheit bildet. Die Ansätze 11, 12 weisen freie konische Enden 13 und 14 auf, die dazu bestimmt sind, die Verbindung der Welle 7 mit den andern Wellen, mit welchen sie verbunden werden sollen, herzustellen. So erhält man voneinander unabhängige Stator- und Rotorteile, die einfach mit ähnlichen Baueinheiten zusammenzufügen sind, um-eine komplette Turbine zu bilden.
Der Statorteil des anstossenden Turbinengliedes kann mit dem Statorteil des beschriebenen Gliedes dadurch verbunden werden, dass auf die zu diesem Glied gehörende Muffe 5 eine Muffe 6' aufgeschraubt wird. Die Verbindung zwischen den Rotorteilen ist durch ineinandergreifende Konusse 13, 14 der Ansätze 11, 12 sichergestellt, die an den Enden der Welle 7 befestigt sind. In Fig. 1 ist der obere Teil der Rotoreinheit dargestellt, die unmittelbar unter dem vorstehend beschriebenen Rotorteil liegt. Diese Rotoreinheit besteht aus einer Welle 7', auf welcher ein Ansatz 15 befestigt ist, der eine konische Bohrung aufweist, die den Kegelstumpf 13 aufnimmt. Dieser Ansatz 15 weist ein Blindloch mit Gewinde 16 auf, in welchem das untere Gewindeende eines sich durch eine Bohrung der Ansätze 11, 12, der Welle 7 erstreckendes Spannglied 17 eingeschraubt ist.
Das obere, ebenfalls mit Gewinde versehene Ende dieses Spanngliedes 17 ragt in eine Gegenbohrung des Absatzes 12 hinein und nimmt eine mit zwei entgegengesetzten Gewinden 18', 18" versehene Vorspannmutter 18 auf. Die Mutter 18 ist in einer mit Anschlagschulter 21'versehenen Bohrung 21 angeordnet. Bei der Montage wird dieses Spannglied 17 in die erwähnte Bohrung der Welle 7 eingeführt. Die Vorspannung gewährleistet die drehfeste Verbindung der Rotorteile mittels der Konusse 13 und 15, die gegeneinander gepresst werden. Alle Kräfte (Drehmoment, Zugspannung usw. ) können auf diese Weise von einer Rotoreinheit auf die andere übertragen werden.
Wie im oberen Teil der Fig. 1 ersichtlich, ist die Mutter 18 lang bzw. hoch genug, um das untere Ende des benachbarten Spanngliedes 17' aufzunehmen, welches zur Verbindung mit der oberen Rotoreinheit dient.
Bei der Ausführungsform, die in Fig. 2 im
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greifenden Aussen- und Innenkonusse Nuten 19 und 20 auf, die derart zusammenarbeiten, dass sie die Übertragung eines grösseren Momentes gewährleisten können, als dies glatte Konusse tun könnten.
Gemäss Fig. 3 ist die Verbindung derart hersestellt, dass der untere Teil der Turbine, die hier die verschleissanfälligsten und folglich auch die am häufigsten auszutauschenden Organe enthält, wie z. B. das Druck- bzw. Axiallager und das
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ohne dass die andern Teile oder Glieder der Turbine entkuppelt werden brauchen.
Gemäss dieser Ausführungsform enthält der Körper 22 eine Anzahl von aufeinandersitzenden ortsfesten Druckscheiben 23, die zwischen den Muffen 24 und 25, die auf diesem Körper aufgeschraubt sind, zusammengepresst sind. Die untere Muffe 25 ist im Innern mit Gummi 26 belegt, um das untere Lager der Turbine zu bilden. Die Muffe 24 besitzt ein Gewinde, um deren Verbindung mit der auf dem Körper 28 des oberen Ele-
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aufgeschraubten die. die Statorteile. der Turbine enthält.
Die Welle 29 des Rotorteiles trägt eine Anzahl von aufeinandersitzenden Druckscheiben 30 und Distanzringen 21, die abwechselnd angeordnet sind. Diese aufeinandersitzenden Rotorteile werden zwischen dem am oberen Gewindeende der Welle aufgeschraubten Ansatz 32 und dem an seinem unteren Ende aufgeschraubten Ansatz 33 zusammengepresst. Der Ansatz 32 weist einen Konus 34 auf, welcher mit dem zugeordneten Konus eines Ansatzes 35 zusammenarbeitet, welcher auf der Welle 36 des oberen Turbinengliedes aufgeschraubt ist, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben. Die drehfeste, die Kupplung sicherstellende Verbindung ist im vorliegenden Fall mittels eines Spanngliedes 37 hergestellt, welches in einem Innengewinde des Ansatzes 35 eingeschraubt ist und sich nach unten durch eine Bohrung des Ansatzes 32 und der Welle 29 erstreckt.
Das untere Gewindeende dieses Spanngliedes 37 ragt in eine Gegenbohrung 39 des Ansatzes 33 hinein, welcher als Sammler für den Flüssigkeitsstrom der Bohrturbine dient und
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bewirkt.
Beim Montieren wird zuerst das Spannglied 37 in den Ansatz 35 eingeschraubt, dann auf diesen der Ansatz 32, die Welle 29 und der Ansatz 33 aufgeschoben. Nachdem die Muffe 24 auf der Muffe 27 blockiert ist, wird die Vorspannung des Spanngliedes 37 mittels der Mutter 38 be-
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auszutauschen, ohne die Turbine zerlegen zu müssen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kupplung zum axialen Verbinden der Rotoren einer mehrere von Hohlwellen getragene Rotoren aufweisenden Tiefbohrturbine, dadurch gekennzeichnet, dass an dem einen Ende jedes Rotors ein mit einer Anlagefläche (14) versehener Ansatz (12, 15, 35) und an dem andern Ende jedes Rotors ein hohler, mit einer Anlagefläche (13) versehener Ansatz (11, 32) vorgesehen sind, und dass sie ein oder mehrere die Hohlwelle (7 bzw. 29) bzw. die Rotorteile und den hohlen Ansatz (11 bzw. 32) jedes Rotors durchsetzende Spannglieder (17 bzw. 37) aufweist, wobei im erstgenannten Ansatz (12, 15, 35) jedes Rotors das bzw. die diesen und den benachbarten Rotor durchsetzenden Spannglieder (17, 37) verankert sind.