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Bohrturbine
Der Antriebsteil einer modernen Bohrturbine besteht im allgemeinen aus aufeinandergesetzten Tulibinenrädern und Axiallagerelementen. Die Rotorteile dieses aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körpers sind den. Statorteilen wechselweise zugeordnet.
Die Betriebsdauer einer solchen Turbine zwischen zwei Uberholungen ist u. a. durch den
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schreitet der Verschluss den zulässigen Grenzwert, so kommen die sich relativ zueinander drehenden Teile, z. B. die Schaufeln, miteinander in Berührung, was die Beschädigung oder gar die Zerstörung der Turbine zur Folge hat.
Die überwachung des Verschleisses, die bisher bei jedem Einsatz der Turbine vorgenommen werden musste, ist eine zeitraubende Massnahme, die qualifizierte und geschulte Arbeitskräfte erfordert und deren Erfolg trotzdem fraglich ist.
Darüber hinaus ist man meistens gezwungen, infolge, der Gefahr, dass die äusserste Verschleisstoleranzgrenze während des Bohrvorganges über schritten wird, die Turbinen abzustellen, bevor die technisch zulässige Abnützung der Axiallager erreicht ist, wodurch die Betriebskosten der Turbine erhöht werden.
Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu beheben und eine Bohrturbine zu schaffen, die eine Maximalbetriebsdauer gewährleistet.
Die erfindungsgemässe Bohrturbine ist mit einer Reibungsbremse ausgestattet, deren drehbarer Bremsteil mit dem Rotor der Turbine verbunden oder kuppelbar und deren gegen Drehung gzsicherter Bremsteil mit dem Stator der Turbine verbunden ist und weist vorzugsweise die Bremsung auslösende Schleifkanten und Anschläge an den Bremsteilen auf, wobei das. axiale Spiel zwischen den Bremsteilen bzw. zwischen den einander zugeordneten Schleifkanten und Anschlägen der zulässigen Abnützung der Axiallager entspricht.
Das Abbremsen bzw. das Blockieren wird durch Form-bzw. Kraftschluss, oder noch durch andere Mittel, z. B. auf mechanischem, elektrischem, magnetischem oder hydraulischem Wege, be- wirkt. Wenn erforderlich, wird die Bremswirkung mittels einer Vorrichtung, z. B. einer Feder oder eines gleichwertigen elastischen Elements, noch erhöht, die bei Erreichung der höchstzulässigen Ab- nützung der Axiallager ausgelöst wird.
Die miteinander in Berührung kommenden und die Bremswirkung gewährleistenden Flächen können zur Tunbinenachse senkrecht stehen oder aber eine beliebige, zu dieser Achse konzentrisch angeordnete ununterbrochene oder unterbrochene Rotationsfläche bilden. Insbesondere werden bei einer konischen Ausbildung der Bremsteile infolge der Vergrösserung der Lagerflächen besonders zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.
Die zur Erzielung der Bremswirkung praktisch verwendbaren Flächen können aus einem durch zwei Metalle, durch einen Reibbelag und ein Metall, durch Kunststoffe usw. gebildeten Bremsflächenpaar oder aus zwei formschlüssig ineinandergreifenden Organen usw. bestehen. Im letz- teren Fall kann die Mitnahme mittels Hilfsteile geschehen, z. B. Kugeln, die sich (bei Überschrei- tung eines bestimmten Toleranzwertes auf einer enger werdenden Auflauffläche bewegen.
Die Auslösung der Bremswirkung bei überschreitung der festgesetzten Grenzwerte kann auf eine Richtung, z. B. auf eine Bewegung nach oben bzw. nach unten beschränkt sein, oder aber auch gleichzeitig in beiden Richtungen erfolgen. Die Auslösevorrichtung kann automatisch arbeiten und gegebenen'falls Im Stromkreis eines Relais liegen und/oder derart ausgebildet sein, dass sie über das Relais oder über ein geeignetes Vorgelege handgesteuert werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung, in welcher drei Ausführungsformen beispielsweise dargestellt sind, näher erläutert, u. zw. zeigen : Fig. 1 eine erste Aus- führungsform der erfindungsgemässen, in einer Bohrtul1bine eingebauten Bremsvorrichtung im Längsschnitt, Fig. 2 eine zweite Ausführungsmöglichkeit, ebenfalls im Längsschnitt, Fig. 3 eine weitere Ausführungsmöglichkeit im Vertikalschnitt und die Fig. 4,5 und 6 Einzelheiten im
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Schnitt nach den Linien IV-IV, V-V bzw.
I-V/in Fj g. 3.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wirkt die Bremsvorrichtung nach Fig. 1 in zwei Richtungen, d. h. wenn die zulässige Abnützung der Axiallager entweder nach oben oder nach unten erreicht ist, u. zw. dadurch, dass auf der Turbinenwelle 1 zwei mit dieser Welle drehfest verbundene, z. B. verkeilte Bremskonusse 4, 5 zwischen zwei beliebig gewählten Teilen 2,3 des üblichen aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Körpers vorgesehen sind. Diese Bremskonusse 4, 5 wirken mit kegelmantelförmigen Bremsflächen 6, 7 zusammen, welche an einem Teil 8 des aus aufeinandersitzenden Teilen zusammengesetzten Turbinenkörpers 9 angeordnet sind. Der Teil 8 weist Durchflusskanäle 10 für die Umlaufflüssigkeit auf.
Zwischen den Bremskonussen 4, 5 und dem Teil 8 ist, wie bei 11 gezeigt, ein geringes Radialspiel vorgesehen, um im normalen Betrieb ein freies Rotieren der Welle 1 zuzulassen. Ausserdem sind zwischen den kegelmantelförmigen Bremsflächen 6,7 und den gegenüberliegenden Flächen der Bremskonusse 4, 5 axiale Spiele vorgesehen, die der für die Turbine zulässigen Abnützung der Axiallager entsprechen.
Während der fortschreitenden Abnützung nähern sich allmählich die Flächen der Bremskonusse 4, 5 den kegelmantelförmigen Bremsflächen 6, 7 immer mehr. Wird die zulässige Abnützung der Axiallager überschritten, so kommen diese
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gen und bremsen die Turbine ab. In diesem Augenblick hört jedes Vordringen des Bohrmei- ssels auf, so dass, auch wenn ein die Drehgeschwindigkeit der Turbine anzeigender Tachometer nicht vorhanden ist, der Bedienungsmann veranlasst ist, das Werkzeug herauszuholen, wobei jede Gefahr der Beschädigung der Turbine infolge unzulässiger Abnützung ausgeschlossen
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Gemäss Fig. 2, in welcher die gleichen Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, sind die Bremsflächen 6,7 an zwei konischen Ringen 13, 14 angeordnet, die innerhalb des mit dem Turbinenkörper 9 drehfest verbundenen Teiles 8 axial verschiebbar sind. Zwischen den beiden konischen Ringen 13, 14 sind eine Feder 15 oder ähnliche federnde Organe wie z. B. Federringe eingelegt, die danach streben, die beiden Ringe in axialer Richtung voneinander zu trennen. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die konischen Ringe 13, 14 in normaler Arbeitsstellung durch als Anschläge dienende Schweisskanten 16, 17 gehalten, die ihre Verbindung mit dem Statorteil 8 gewährleisten. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, diese Verbindung auf eine andere Weise sicherzustellen, z.
B. mit Hilfe von Metallplättchen, die mit dem Teil 8 verbunden sind und in Richtung der Turbinenwelle 1 radial vorspringen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel tragen die Bremskonusse 4, 5 radial nach aussen gerichtete Bunde 18, 19, die auf ihrem äussersten Rand mit Schleifkanten 20, 21 versehen sind, die nach den Schweisskanten 16, 17 zu gerichtet sind. Während die Anlageflächen sich abnutzen, greifen diese Schleifkanten 20, 21 die Schweisskanten 16, 17 oder die erwähnten Metallplättchen allmählich an. Im Augenblick, in dem der Verschleisstoleranzgrenzwert erreicht wird, ist die Abtrennung vollendet, so dass die plötzlich freigegebenen konischen Ringe 13, 14 unter der Wirkung der Feder 15 oder eines gleichwertigen Organes gegen die gegenüberliegende Fläche des
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bine bewirkt.
Da dieses plötzliche Abbremsen eine ausreichende Kraft ausübt, um die Turbine sofort zum Stillstand zu bringen, wird ein eventueller Verschleiss der Bremsflächen vermieden, der infolge der auslaufenden relativen Drehbewegung der Teile zwischen dem Augenblick des Anlaufes der zwei Bremsflächen und ihrer Blockierung entstehen könnte. Ausserdem gestattet diese jähe Auslösung zwischen entsprechend ausgebildeten Teilen, z. B. zwischen auf den Bremskonussen 4,
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nischen Ringe od. dgl. vorgesehenen Klauen, einen Formschluss herzustellen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das axiale Spiel zwischen den Bremsflächen grösser als zwischen den Schleifkanten und den Anschlägen.
Die vorstehend beschriebene Bremsvorrichtung ist nicht lediglich für eine Bohrturbine verwendbar, sondern könnte auch in andern unterirdischen Motoren zur Anwendung kommen, insbesonders in denjenigen, die für Bohrarbeiten zum Einsatz kommen, wenn der Betrieb solcher Motoren von Verschleissgrenzwerten abhängt, wie dies z. B. für Elektromotoren der Fall ist, die Bohrwerkzeuge antreiben.
Gemäss der Ausführungsform nach Fig. 3 trägt die Welle 1 eine mit ihr drehfest verbundene Muffe 22. Diese Muffe dient als Stütze für einen Teil der Bremsvorrichtung, die hier in beiden Richtungen wirkt. Nachstehend werden lediglich die Elemente der Vorrichtung beschrieben, die die Abbremsung bei Erreichung des Verschleissgrenzwertes in einer Richtung bewirken, da das gleiche sich in der andern Richtung genau so abspielt.
Die Muffe 22, die ein Gewinde 23 aufweist, auf welchem ein Ring 24 verschraubt ist, ist unter diesem Gewinde mit Nuten 25 versehen zur Aufnahme eines innere Nuten 27 besitzenden Ringes 26. Der Ring 26 ist also mit der Welle 1 drehfest verbunden, ist jedoch auf derselben längsverschiebbar. Der Hub des Ringes 26 wird
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Federn 29, deren Wellen, wie aus Fig. 4 ersichtlich, einander-gegenüberstehen, sind zwischen den Ringen 24 und 26 eingeschaltet und streben stets danach, den zweiten von dem ersteren wegzudrücken. Jedoch wird der Ring 26 normalerweise von einem Anschlag z. B. gepressten Blechteil 30 gehalten, welcher auf jedem der Ringe befestigt ist, und dessen unterer Teil, der einwärts gebogen ist, eine halbrunde Sicke bildet. Auf seinem unteren Rand ist der Ring 26 mit Klauen 31 versehen.
Der Turbinenkörper 9 trägt einen Teil 32, welcher kegelmantelförmige Bremsflächen 33 aufweist, die einwärts gerichtet und mit einem Reibungsbelag aus geeignetem Material versehen sind. Kanäle 34 sind in diesem Teil für den Durchfluss der Umlaufflüssigkeit vorgesehen. Die konischen Teile der zwei Statorteile 32 werden durch einen Distanzring 35 in Abstand gehalten.
Aufeinandergesetzte ringförmige Blattfedern 36 sind innerhalb dieses Ringes 35 angeordnet und streben danach, den die Bremsfläche tragenden Konus 37 gegen die gegenüberliegende Fläche 33 zu'drücken und wirken somit als Momentbegrenzer. Der Bremskonus 37 trägt Eingriffsklauen 38.
Der Teil 32 trägt einen Ring 39, der mit einem Gewinde befestigt und mit einer Schleifkante 40 versehen ist, welche gegenüber dem eingebogenen Teil des Bleches 30 angeordnet ist, u. zw. in einem Abstand, welcher etwas kleiner ist, als die zulässige Abnützung der Axiallager.
Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt : Wird der Verschleiss, grenzwert erreicht, so greift die Schleifkante 40 den Blechteil 30 an und schert ihn ab.
Der Ring 26 wird, demnach freigegeben, so dass unter der Wirkung der Federn 29 seine Klauen 31 mit den Klauen 38 des Konus 37 schlagartig in Eingriff gebracht werden. Die Bremsflächen der Teile 37 und 32 wirken demnach aufeinander ein, um auf eine an sich bekannte Weise das Abbremsen der Rotorteile zu bewirken.
Die symmetrische Anordnung der Vorrichtung gestattet es, in den zwei Axialverschleissrichtungen ein gleichwertiges Bemsen zu erzielen.
Selbstverständlich können die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen im Gebiet der Gleichwertigkeiten Abwandlungen erfahren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So könnte z. B. die die Blockierung bewirkende Aus lösung mittels Auflaufflächen gewährleistet wer-
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ge zwangsläufig steuern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bohrturbine, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Reibungsbremse ausgestattet ist, deren drehbarer Bremsteil (4, 5, 37) mit dem Rotor der Turbine verbunden oder kuppelbar und de- ren gegen Drehung gesicherter Bremsteil (8, 13, 14, 32) mit dem Stator der Turbine verbunden ist und bei der vorzugsweise die Bremsung auslösende Schleifkanten (20, 21, 40) und Anschlä-
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sind, wobei das axiale Spiel zwischen den Bremsteilen bzw. zwischen den einander zugeordneten Schleifkanten und Anschlägen der zulässigen Abnützung der Axiallager entspricht.