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Turbinenbohrer zum Abteufen von Bohrungen unter Verwendung einer hydraulischen Vielstufenturbine
Die bekannten Konstruktionen von Vielstufenturbinenbohrern weisen folgende prinzipielle Mängel auf :
1. Infolge der grossen Zahl an Axial-TurbinenStufen ist die Einstellung des günstigsten Abstandes zwischen jedem Rotor und dem entsprechenden Stator äusserst schwierig.
2. Die Aufeinanderfolge von Laufschaufelkränzen des Rotors und von Leitschaufelkränzen des Turbinengehäuses erschwert die Montage des Turbinenbohrers, wobei die Befestigung dieser Kränze mittels besonderer Schraubenverbindungen erfolgt, die aber bei hohen Bohrleistungen äusserst unzuverlässig sind.
Gleichzeitig stellt eine solche Aufeinanderfolge von Lauf- und Leitschaufelkränzen des Rotors bzw. der Turbinenkörper erhöhte Forderungen an die Leistungsfähigkeit der axialen GummiMetall-Drucklager des Turbinenbohrers. Hohe dynamische Belastungen und das stark abrasive Medium, in welchem die Lager beansprucht werden, erschweren eine Steuerung des Abnützungsgrades der Spurzapfen ausserordentlich.
3. Die jeweils nach relativ kurzer Arbeitszeit erforderlichen periodischen Untersuchungen der Turbine führen zum Auseinandernehmen des ganzen Turbinenbohrers und beanspruchen daher viel Zeit.
4. Das häufige Auseinandernehmen des Turbinenbohrers sowie die infolge einer ungenauen Einregulierung oder infolge der Abnutzung des Drucklagers möglicherweise entstehenden grossen mechanischen Verluste führen im Verlaufe der Arbeit zu einer Veränderung der energetischen Kennzahlen des Turbinenbohrers.
Die wesentliche Zunahme der Verwendung von Turbinenbohrern in den letzten Jahren und die Erhöhung der Bohrleistungen der Turbinenbohrer um ein Vielfaches führten zu einem Missverhältnis zwischen den Möglichkeiten der Erhöhung der Bohrgeschwindigkeit auf Kosten der ansteigenden Leistungsfähigkeit einerseits und den Konstruktionsmöglichkeiten für solche Turbinenbohrer anderseits und legten damit die Grenzen für die Bohrintensivierung fest.
Es wurde zwar bei einem Turbinenbohrer schon vorgeschlagen, den Aussendurchmesser des Rotors geringer zu halten als den Innendurchmesser des Gehäuses und die Laufschaufel-
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und gemeinsamen Drucklager am unteren Ende des Bohrrohres.
Jede Stufe der Turbine gemäss Fig. l und 2 besteht aus einem Leitschaufelkranz 1, der im Gehäuse 2 sitzt und dem Rotor 3, der auf die Welle 4 aufgesetzt ist. Der Aussendurchmesser der Schaufelkränze des Rotors ist um den Betrag der doppelten Breite des Radialspaltes kleiner als der Innendurchmesser der Leitschaufelkränze des Turbinengehäuses.
Der Strom der Arbeitsflüssigkeit trifft die Leitschaufelkränze des Turbinengehäuses und erhält durch diese einen bestimmten Drall, worauf er durch den Kanal gegen die Schaufelkränze des Rotors geführt wird. Die austretende Flüssigkeit wird durch die Schaufelkanäle erneut zur Peripherie gegen die nächsten Leitschaufelkränze des Turbinengehäuses gelenkt usw.
Bei der Montage einer Turbine gemäss der Erfindung kann der Rotor in axialer Richtung an den benachbarten Leitschaufelkränzen frei vorbeibewegt werden. Die Verbindungen der Laufschaufelkränze mit der Welle und der Leitschaufelkränze mit dem Turbinengehäuse sind unlösbar ausgeführt, z. B. durch Heissaufziehen.
Zwecks Herstellung einer Verbindung mit den Bohrrohren ist in das Gehäuse 2 ein mittels
Heissaufziehen und Verschrauben verbundenes Anschlussstück 5 eingeführt, dessen Oberteil ein konisches Gewinde für das Ansetzen eines Übergangsstückes aufweist.
Auf dem unteren Teil des Gehäuses 2 ist ebenfalls mittels Heissaufziehen und Schraubverbindung der Nippel 6 befestigt, in welchen das aus Gummi bestehende Radiallager 7 ein- gesetzt wird.
Im oberen Teil des Turbinenbohrers befindet sich das aus den Spurlagern 8 bestehende, durch die Ringmutter 9 gegen Drehen gesicherte, vielstufige Gummi-Metall-Drucklager.
Die Metallteile des Drucklagers-die Spur- scheiben 10 und Distanzringe 11 - rotieren gemeinsam mit der Welle und werden auf dieser mittels der Mutter 12 befestigt, welche ihrer- seits durch ein an ihrem Oberteil angeordnetes kegelförmiges, geschlitztes Schwanzstück mit einer daraufgesetzten Kegelkappe 13 und einer diese fixierenden Gegenmutter 14 gegen Lockerung gesichert ist.
Die freie Bewegung des Rotors im Gehäuse der Turbine eines Turbinenbohrers mit radial- axialer Turbine ist die Vorbedingung für ein einfaches Auswechseln der Teile des Druck- lagers. Hiezu wird die Ringmutter 9 abgeschraubt, worauf nach Hochstossen des Rotors das Axial- lager herausgenommen, die abgenutzten Teile ersetzt und der Rotor wieder an seinen Platz getan wird.
Eine Ausführungsform des Turbinenbohrers, in welchem das Turbinengehäuse 1 als einheit- liches Konstruktionselement ausgebildet ist, und dabei auch die Funktionen des Bohrturbinen- - gehäuses hat, ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
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