AT215384B - Bohrturbine - Google Patents

Description

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  Bohrturbine 
Zum Niederbringen von Tiefbohrungen werden in neuerer Zeit immer häufiger hydraulische Bohrturbinen eingesetzt, die am unteren Ende des Bohrgestänges unmittelbar oberhalb des Bohrmeissels angeordnet sind. Solche Bohrturbinen bestehen im wesentlichen aus einem rohrförmigen, am Gestänge aufgehängten Gehäuse, in dem die   Leitschaufe1kränze   befestigt sind, und dem die Laufradschaufelkränze tragenden drehbaren Teil   (Läufer),   der über Spur- und Querlage, im rohrförmigen Gehäuse gelagert ist und seinerseits   den Bohrmeissel antreibt. Als Betriebsflüssigkeit   für die Turbine wird die Spülflüssigkeit verwendet, die von einer über Tage aufgestellten Pumpe, meist einer Kolbenpumpe, unter Druck gesetzt wird und zum Kühlen der Bohrwerkzeuge sowie zum Herausspülen des Bohrstaubes dient.

   Das Eigengewicht der umlaufenden Teile und die Differenz zwischen dem   recht beträchtlichen hydraulischen Achsschub   und dem entgegengesetzt gerichteten mechanischen Bohrschub werden durch das genannte Spurlager aufgenommen. 



   In jüngster Zeit werden die Bohrturbinen häufig als sogenannte Sektionenturbinen ausgebildet,   d. h.   die Bohrturbinen sind der Länge nach in mehrere miteinander durch Gewindeverschraubungen verbundene Sektionen unterteilt. Bei den bisher bekannt gewordenen Bohrturbinen dieser Art weist die unterste Sektion meist etwa 80 - 100 Stufen auf. Bei normalem Betrieb reicht das Moment der Statoren hiebei aus, dem Reibungsmoment im Lager zumindest die Waage zu halten, so dass hiebei kein Losschrauben der Verbindung zwischen den einzelnen Sektionen eintreten wird, zumal diese mittels der Schraubverbindung noch zusätzlich reibungsschlüssig miteinander verbunden sind.

   Bei maximalem Reibungsdrehmoment, beispielsweise infolge Verklemmen des Fusslagers, werden sich jedoch die Sektionsturbinen, die nur eine reibungsschlüssigeverbindung zwischen den Sektionen aufweisen, auseinanderschrauben. Bei geeigneter Ausbildung der Kupplung der Läuferwelle wird dies zwar nicht zum Verlust der unteren Sektion führen, weil dadurch erreicht werden kann, dass durch die axiale Längsverschiebung des Mantelrohres beim Losschrauben seiner Verbindung auch die Momentenübertragung aus der oberen Sektion auf die untere Sektion aufgehoben wird und das hydraulische Moment in der unteren Sektion dann wieder ein Schliessen der   Aussenmantel-Verbindung   bewirkt.

   Dieser Vorgang des Los- und Festschraubens wird sich aber immer wiederholen, so lange das aus der Lagerreibung sich ergebende Moment grösser ist als das hydraulische Moment der Leitschaufelgruppen in der unteren Sektion. Die Folge hievon ist eine Leistungsminderung der Bohrturbine und eine allmähliche Zerstörung der Verbindung zwischen den Wellenteilen. 



  Wird Jedoch zur Verbindung der Wellenteile eine Zahnkupplung verwendet, so wird dies ein vollständiges Auseinanderschrauben der miteinander verbundenen Sektionen und damit den Verlust der unteren Sektion zur Folge haben, dann nämlich, wenn die Eingriffslänge der Zahnkupplung grösser ist als die axiale Länge des beispielsweise konischen Gewindes. 



   Zwecks Vermeidung dieser Nachteile wird gemäss der Erfindung für eine Bohrturbine zum Antrieb von Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen aus wenigstens zwei Sektionen, deren Gehäuse durch Gewindemuffen, also reibungsschlüssig und nicht formschlüssig miteinander verbunden sind, vorgeschlagen, die Gewindeverschraubungen zwischen den Sektionen mit einer Verriegelung zu versehen. 



   Für die genannte Sicherung gibt die Erfindung verschiedene zweckmässige Lösungen an. Nach einem Vorschlag wird die Vorrichtung als äussere Verriegelung ausgebildet, die unmittelbar zwischen den Mantelrohren zweier Sektionen wirksam ist. Hiefür werden etwa die beiden aneinander stossenden Enden zweier Sektionen an der am Umfang liegenden Berührungsstelle mit einander entsprechenden Nuten versehen, in 

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 die flache Keile eingesetzt werden. 



   Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die aneinander   stossenden   Enden zweier Sektionen am äusseren Umfang ebenfalls mit Nuten versehen und   zwischen die Stirnseite desMuffenteiles   und eine entsprechende Eindrehung des Zapfenteiles eine Blecbringscheibe eingesetzt, deren innerer Durchmesser auf einer Zentrierung des Zapfenteiles sitzt, während   de : äussere Durchmesser aber den   äusseren Durchmeser desMuffenteiles vorsteht. Der überstehende Rand der Ringscheibe wird entsprechend der Lage der Nuten nach dem Anziehen der Schraubverbindung mit radialen Einschnitten versehen, so dass einzelne Lappen entstehen, die in die Nuten abwechlungsweise nach oben und unten eingebogen werden. 



   Nach einem weiteren Vorschlag für die äussere Verriegelung werden zweisslechringscheiben eingelegt, die an den aneinanderliegenden Flächen etwa mit einer feinen Verzahnung versehen sind und so gegeneinander gesichert werden. Dabei kann der eine Ring mit seinen   ent."prechend vorbereiteten   Lappen in die Nuten des einen Teiles eingelegt werden, während am andern Ring der überstehende Rand in gleicher Weise wie oben beschrieben nach dem Anziehen der Verbindung entsprechend der Lage des Ringes zu den Aussparungen des   zugehörigen Sektionsendes   eingesägt und die dadurch entstehenden Lappen dann eingebogen werden. 



   Ein besonderer Vorteil einer solchen äusseren Verriegelung ist darin zu sehen, dass sie von aussen bequem zugänglich ist und dass die einzelnen Sektionen fertig montiert zum Bofeld gebracht werden können, dass also die axialen Spiele zwischen den Laufradstufen und den   Leitradstufen (zwischen Rotor vmd   Stator) bereits vorher endgültig festgelegt werden können und keiner Nachregulierung mehr bedürfen. 



   Nach einem andern Vorschlag der Erfindung wird die Verriegelung zweier   Sektioneninnerhalbdes   rohrförmigen Gehäuses der Sektionen angeordnet. Hiefür werden   zwianeimandeESOssende Sektioaea bzw.   deren Mantelrohre so ausgebildet, dass sie über eine Überholklauenverzahnung ineinandergreifen, deren Steigung grösser ist als die Steigung des Schraubgewindes der Sektionsenden. Bei Auftreten eines die Verschraubung lösenden Momentes und einer geringen Verdrehung der beiden   ineinandergeschraubten   Teile gegeneinander bewirken die schrägen Flächen ein Auseinanderdrücken der Teile und damit eine Verstärkung der Reibung im Schraubgewinde. 



   Dabei kann die eine Verzahnung unmittelbar am Ende der einen Sektion angeordnet sein, während die andere Verzahnung auf einem zwischen beiden eingelegten Ring angebracht wird, der nach dem Ineinanderschrauben der beiden Sektionen gegen das ihm zugeordnete Sektionsende auf Verdrehen gesichert wird. 



   Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die beiden   ineinandergreifenden Überholklauen   je an einem besonderen Ring angeordnet, von denen der eine auf der den   Überholklauen   gegenüberliegenden Seite eine   Feinverzahmw. g aufweist,   und mit dieser in eine entsprechende Feinverzahnung des zugeordneten Sektionsendes eingreift, während der andere Ring etwa durch Nocken oder Keile am Umfang in 
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 drehen gesichert ist. Die Ausführung ist auch hier so zu wählen, dass die Festlegung des einen Ringes gegenüber dem benachbarten Sektionsende erst eintritt, wenn die   aneinanderstossenden   Sektionen gegeneinander verschraubt sind.

   Dies kann in der Weise erfolgen, dass einer der beiden Ringe mitSpielin axialer Richtung eingesetzt wird, das so gross ist, dass die den andern Ring gegen das ihm zugekehrte Sektionsende sichernde Stirnverzahnung od. dgl. beim Anziehen der Sektionen ausser Eingriff kommen kann ; nach dem Anziehen wird dann das Spiel etwa durch Anziehen eines   Gewinderinges   beseitigt. Eine zweite Möglichkeit besteht auch hiebei darin, dass der eine Ring in axialer Richtung festgelegt, aber in   Drehrich-   tung erst nachträglich gesichert wird, z. B. durch Einschrauben von Gewindestiften von aussen. 



   Diese Ausführung der Sicherung zweier Sektionen gegeneinander mittels zweier Überholklauenringe, von denen einer gegen das ihm zugeordnete Sektionsende über eine Feinverzahnung in Eingriff steht, gibt die Gewähr, dass auch nach mehrmaligem Lösen der Sektionen und Wiederzusammenschrauben eine spielfreie Sicherung in jeder Lage der beiden Teile gegeneinander   gewährleistet wird.   Beim Auftreten eines   lösenden Momentes stutzt   sich der eine Ring über die Feinverzahnung gegen das eine und der andere über die Keile gegen das andere Sektionsende ab und der eine Ring stützt sich über die   schrägen Flächen gegen   den andern Ring ab, wodurch ein Lösen der Sektionen verhindert wird. Die   Schrägflächen   bewirken dabei ausserdem, dass die Feinverzahnung mit grosser Kraft in Eingriff gehalten wird.

   Die Erhöhung der Reibwirkung im Schraubengewinde der Sektionen über die Überholklauen tritt dabei als zusätzliche Sicherung auf. 



   In der Zeichnung zeigen beispielsweise Fig.   l   und 2 eine äussere Verriegelung zweier Sektionen im Längsschnitt und in teilweiser Draufsicht, Fig. 3 und 4 sowie 5 und 6 je eine weitere Ausführung und Fig. 7 eine innere Verriegelung mit   Überholklauenringen.   

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   In   Fig. l   ist die Verbindungsstelle zwischen zwei Sektionen dargestellt. Mit 15* und 15"sind die Mantelrohre zweier Sektionen bezeichnet, von denen das eine den Muffenteil 13 und das andere den Zapfenteil 14 des leicht konischen Gewindes bildet. Das obere Ende des Muffenteils ist, wie besonders aus Fig. 2 ersichtlich ist, mit einzelnen etwa ungleichmässig über den Umfang verteilten Ausschnitten 23 Versehen and das andere Mantelrohr am Umfang des unmittelbar benachbarten Teils   mit einer grösseren   Anzahl von Aussparungen 24.

   Nach dem Anziehen der beiden Sektionen gegeneinander werden flache, in die Ausschnitte 23 passende Keile 26 eingesetzt und mit ihrem überstehenden, in die gegenüberliegenden Ausschnitte ragenden unteren Ende so zugerichtet, dass sie gerade an der hinteren Kante der Aussparungen anliegen und so ein ungewolltes Lösen der beiden Sektionen voneinander verhindern. 



   In den Fig.3 und 4 sind die beiden mit konischem Gewinde am Muffen- und Zapfenteil versehenen Enden der Sektionen bzw. die Enden ihrer Mantelrohre wiederum mit   15" und 15" bezeichnet. Zwischen   dem Muffenteil 13 und einer Schulter des Zapfenteils 14, die mit einer Anzahl von Nuten 30 bzw. 31 versehen sind, ist ein flacher Blechring 32 eingesetzt, an dessen überstehende Rand nach dem Anziehen der Sektionen gegeneinander durch radiale Einschnitte Lappen 33 und 34 gebildet werden, die abwechslungsweise in die Nuten 30 bzw. 31 eingebogen werden und so die Sicherung der beiden Sektionen gegen ungewolltes Lösen voneinander bewirken. 



   In denFig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführung der Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen der ineinandergeschraubten Sektionen dargestellt. Hiebei sind zwei flache Blechring 35 und 36 vorgesehen, die auf den einander zugekehrten Flächen etwa mit einer feinen Verzahnung 37 versehen sind, so dass sie, wenn sie gegeneinander gedrückt werden, gegen Verdrehung zueinander gesichert sind. Der obere Ring weist an seinem äusseren Rand Lappen 38 auf, die in entsprechende Nuten 39 des oberen Mantelrohres passen. Nach dem Anziehen der Sektionen gegeneinander wird der überstehende Rand des unteren Ringes entsprechend der Lage der Nuten des unteren Mantelrohres mit Einschnitten versehen, so dass Lappen gebildet werden, die in diese Nuten eingebogen werden können.

   Es ist natürlich auch möglich, die Lappen bereits vorher vorzubereiten und sie dann so zu beschneiden, dass sie in die Nuten passen. 



   Die in der Fig. 7 dargestellte Verriegelung ist vollständig innerhalb der Mantelrohre untergebracht. 



  Zwischen dem Muffenteil 13 und dem Zapfenteil 14 sind zwei Ringe 40 und 41 eingesetzt, die mittels   einerÜberholklauenverzahnung 42, 43 ineinandergreifen.   Der Ring 41 ist an der gegenüberliegenden Seite mit einer feinen Stirnverzahnung 44 versehen, die in eine entsprechende Verzahnung am Ende des Zapfenteils 14 eingreift. Der andere Ring 40 ist am Umfang mit Nocken 45 versehen und greift mit diesen axial verschiebbar in entsprechende Nuten   desMuffenteils   ein. Der Ring 40 liegt an einem Ring 47 an, an den sich die Abstandbüchsen 48 der Leitradstufen anschliessen. Anschliessend an den letzten zu einem   Radiallager gehörigen Ring 49   dieser Sektion ist in das Mantelrohr ein Gewindering 50 eingesetzt, der erst angezogen wird, wenn die beiden Sektionen fest ineinandergeschraubt sind.

   Vorher lässt dieser Gewindering genügend Spiel, um die Verzahnung 44 ausser Eingriff zu halten und das Ineinanderschrauben der bei-' den Sektionen zu ermöglichen. 



   Wenn die Sektionen ineinandergeschraubt und der Gewindering 50 angezogen ist, werden beim Auftreten eines Losschraubmomentes und einer kleinen Relativbewegung zwischen den beiden Sektionen die beiden Überholklauenringe über ihre Klauen axial auseinandergedrückt. Dadurch wird einerseits die Feinverzahnung gut im Eingriff gehalten, so dass sich die beiden ineinandergeschraubten Sektionsenden über die Nuten 46 und Nocken 45, die Schrägflächen 42, 43 der   ÜberhoJklauen   und die Feinverzahnung gegeneinander abstützen. Anderseits wird zusätzlich die Reibung im konischen Gewinde zwischen Muffenteil und Zapfenteil erhöht. Zum Trennen zweier Sektionen voneinander muss zunächst der Gewindering 50 gelöst werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Bohrmrbine zum Antrieb von Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen aus wenigstens zwei Sektionen, deren Gehäuse durch Gewindemuffen, also reibungsschlüssig und nicht form. schlüssig, miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeverschraubungen zwischen den Sektionenmit einer Verriegelung versehen sind 2. Bohrturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelung als eine von aussen zugängliche Verriegelung ausgebildet ist (Fig. 1 - 6).

   3. Bohrturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verbindungsstelle zweier Sektionen an deren Umfang Nuten (23, 24) eingearbeitet sind, in die flache Keile (26) od. dgl. eingepasst und eingeschraubt sind (Fig. 1 und 2). <Desc/Clms Page number 4>

   4. Bohrturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verbindungsstelle zweier Sektionen an deren Umfang Nuten (30,31) eingearbeitet sind, und dass feiner zwischen der Stirnseite des Muffenteil (13) der einen Sektion und einer entsprechenden Eindrehung des Zapfenteils (14) der andern Sektion eine Blechringscheibe (32) eingesetzt ist, deren innerer Durchmesser auf einer Zentrierung des Zapfenteils (14) sitzt, während der äussere über den Durchmesser des MuffeaSeils (13) vorstehende Rand nach dem Anziehen der Schraubverbindung zwischen den beiden Sektionen entsprechend der Lage der Nuten (30, 31) mit radialen Einschnitten zur Bildung von Läppen (33,34) versehen wird, die abwechslungs- weise nach oben und unten in die Nuten (30, 31) eingebogen sind (Fig. 3 und 4).

   5. Bohrturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der VerbissdEngsstelle zweier Sek-. tionen an deren Umfang Nuten (39) eingearbeitet sind und dass ferner zwischen der Stirnseite des Muffenteils (13) der einen Sektion und einer entsprechenden Eindrehung des Zapfenteils (14) der andern Sektion zwei Blechringscheiben (35, 36) eingesetzt sind, die mittels einer Verzahnung (37) an den einander ge- EMI4.1 Lappen (38) inUmfangsnuten (39) der Sektionen eingreifen, u. zw. die Lappen (38) je eines Ringes (35,36) in die benachbarten Nuten (39) (Fig. 5 und 6).

   6. Bohrturbine nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass zwei ineinandergeschraubte Sektionen EMI4.2 tung auseinandergedrückt werden (Fig. 7).

   7. Bohrturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von zwei ineinandergeschraubten Sektionsenden das eine stirnseitig mit einer Überholklauenverzahnung versehen ist, und dass zwischen den Sektionsenden ein Ring eingelegt ist, der mit einer entsprechenden Überholklauenverzahnung in diejenige des einen Sektionsendes eingreift und der nach dem Zusammenschrauben der Sektionen mittels Stiften, am Ring ausgebildeten und in Umfangsnuten der Sektion eingreifenden Lappen od. dgl. gegenüber dem andern Sektionsende gegen Verdrehen gesichert wird.

   8. Bohrturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei ineinandergeschraubten Sektionen zwei über eine in Achsrichtung abweisende Überholklauenverzahnung (42, 43) ineinandergrei- fendeRinge (40, 41) angeordnet sind, von denen der eine gegen das eine und der andere gegen das andere Sektionsende durch eine Verzahnung (44) oder durch Nocken (45) od. dgl. gegen Verdrehung gesichertist, wobei die Sicherung wenigstens einer der beidenRinge (40, 41) bei ineinandergeschraubten Sektionen losbar ist.

   9. Bohrturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem jeweils zugehörigen Sektionsende verbundenen Überholklauenringen wenigstens einer mit einem axialen Spiel zwischen entsprechende Stirnflächen der beidenineinandergeschraubten Sektionen eingesetzt ist, das grösser ist als die axiale Eingriffslänge zwischen den beiden Ringen bzw. zwischen einem der beiden Ringe und dem zugeordneten Sektionsende, und ferner gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufheben des genannten Axialspiel.

   10. Bohrturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dassdereineÜberhoUdauenring (40, 41) auf der denÜberholkla. uen (42, 43) gegenüberliegenden Stirnseite mit einer Verzahnung (44), insbesondere einer Feinverzahnung, versehen ist, die in eine entsprechende Verzahnung (44) in dem zugeordneten Sek- tionsende eingreift, während der andere Ring mit Nocken (45) an seinem Umfang axial beweglich in entsprechende Aussparungen (46) im Mantelrohr der andern Sektion eingreift, und ferner dadurch gekenn- zeichnet, dass die in dieses Mantelrohr eingesetzten Leitradstufen, Radiallagerteile od. dgl.

   in Achsrichtung verschiebbar und durch einen Gewindering (50) gegen den zugehörigen Ring anpressbar sind, nach dessenLösen denÜberholklauenringen (40, 41) so viel Spiel gegeben ist, dass sie ausser Eingriff kommen.