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Einrichtung zur Herstellung insbesondere lotrechter Erdbohrungen
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stalteten Bohrvorrichtung ist es daher möglich, jede Richtungsabweichung der Bohrvorrichtung einwandfrei zu korrigieren und damit das Bohrloch in der gewünschten Richtung in das Erdreich einzubringen.
Werden die Verstellglieder über Ventile gesteuert, so sind gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Verstellglieder Kolben, die in einem Zylinder gleiten, der im Innern eines mit dem Bohrgestänge starr verbundenen zylindrischen Gehäuses gelagert ist, wobei das den Zylindern über die Ventile zugeführte Druckmittel von einer Pumpe geliefert ist, die von einer in an sich bekannter Weise denBohrer treibenden Turbine angetrieben ist. Hiebei sind die in das Innere des Gehäuses hineinragenden Enden der Kolbenstangen an einem mit dem Gehäuse der Bohrvorrichtung verbundenen Arm angelenkt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben doppeltwirkend ausgebildet und die Zylinder schwenkbar im Gehäuse gelagert sind, und dass zur Steuerung der Flüssig - keitszufuhr zu den Zylindern elektro-hydraulische Servoventile vorgesehen sind, deren jedes von einem vom Neigungsmesser beeinflussten Potentiometer gesteuert ist, das die vom Neigungsmesser gelieferten Impulse in auf das zugeordnete Ventil einwirkende Impulse umwandelt. Bei Abweichungen der Bohrvorrichtung von der gewünschten Bohrrichtung ist der auf die Kolbenseiten wirkende Druck verschieden, so dass die Druckdifferenz rückstellend auf die Bohrvorrichtung einwirkt.
Die Rückführorgane können zwei oder mehr, vorzugsweise drei doppeltwirkende Kolben aufweisen.
Der Neigungsmesser kann ein Pendel aufweisen, welches direkt oder indirekt auf eine Anzahl von Potentiometern einwirkt, wobei die Anzahl derselben der Anzahl der Kolben entspricht.
Die Einrichtung hat vorteilhaft drei unter 1200 voneinander in einer zur Achse des Gehäuses senkrechten Ebene angeordnete Kolben, an welchem sie angebaut sind, und drei Potentiometer, die sich in der gleichen Lage wie die Kolben befinden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen die aus den Fig. 1A und IB bestehende Fig. 1 einen Längsschnitt der vollständigen Richtungssteuerung zeigt, die zwischen dem unteren Teil des Bohrgestänges und einer turbogetriebenen Bohrvorrichtung montiert ist. Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 3 ist ein Teilschnitt nach der Linie C-C in Fig. 1. Fig. 4 ist eine vergrösserte Darstellung eines Details der Steuerung und Fig. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1.
Die gesamte Richtungssteuereinrichtung 1 ist zwischen dem unteren Teil des Bohrgestänges 2 und dem Gehäuse 3 der turbogetriebenen Bohrvorrichtung angeordnet. Mit dem Gehäuse 3 des Turbobohrantriebes ist ein Arm 4 verschraubt, der mit dem mit dem Bohrgestänge 2 verbundenen Gehäuse 5 über ein Universalgelenk 6 verbunden ist, welches aus einer inneren Büchse 7, Lagerzapfen 8, Zentrierringen 9 und wärmewiderstandsfähigen Gummidichtungen 10 besteht. Das Universalgelenk 6 ermöglicht dem Gehäuse 3 des Bohrantriebes und damit dem Turbobohrantrieb völlige Freiheit hinsichtlich seiner Bewegung innerhalb eines kleinen Winkels. Der Arm 4 durchsetzt das Universalgelenk 6 zentral in der gesamten Länge des Gehäuses 5. Am oberen Ende des Armes 4sind drei doppeltwirkende, radial unter 1200 gegeneinander versetzt angeordnete Kolben 11 angelenkt.
Der Arm 4 bildet somit ein Auflager für diese Verstellglieder.
Die Kolben 11 bewegen sich in Zylindern 12, welche in Lagerzapfen schwenkbar sind, die das zweite Auflager 13 für die Verstellglieder bilden. Eine Lagerplatte 14 trägt das zweite Auflager 13. Die unteren Lagerzapfen sind vom Hauptgehäuse 5 getragen.
Jeder Zylinder 12 trägt einen Verteilerblock 15 und ein elektrohydraulisches Servoventil 16, welche Teile am Zylinder 12 mittels vier Schrauben (nicht dargestellt) befestigt sind. Die Ventile sind mit Hochdrucköl beaufschlagt und werden durch elektrische Impulse betätigt. Nunmehr soll die Ölzufuhr näher beschrieben werden : In der Basis des Armes 4 ist eine Blechbüchse 17 angeordnet, die eine hydraulische Pumpe 18 enthält, deren Welle 19 über eine Verbindung 20 angetrieben ist, die ein Universalgelenk 21 enthält, das mit dem Oberteil des Rotors 22 des Turbobohrers verkeilt ist. Das Öl wird einem Vorratsbehälter 23 über eine Einlassleitung 24 entnommen und zirkuliert unter hohem Druck über ein Auslassrohr 25 durch die Mitte des Vorratsbehälters 23.
Unmittelbar oberhalb des Vorratsbehälters 23 ist ein Rückflussventil 26 an die Hochdruckleitung 25 angeschlossen, um das Öl über eine Nebenleitung zum Behälter 23 zurückzuführen, sobald der erforderliche Druck erreicht ist. Ein Akkumulator kann in die Hochdruckleitung oberhalb des Behälters 23 eingeschaltet werden, falls dies erforderlich ist.
Das Hochdrucköl fliesst in ein Filter 27 und gelangt dann in eine Muffe 28, welche in ihrem Innern einen Ringraum aufweist und geeignet abgedichtet ist. Das Hochdrucköl gelangt über drei an die Muffe 28 angeschlossene gleitbare Arme 29 (Fig. 4) zu den Verteilerblöcken 15, wobei ein Arm für jeden Block vorgesehen ist. DieVerteilerblöckeweisen Bohrungen auf, die sie mit ihren benachbarten elektro-hydraulischen Servoventilen 16 sowie mit den Zylindern12 auf jeder Seite der Kolben 11 verbinden.
Die aus den Kolben 11 ablaufende Flüssigkeit gelangt in den Vorratsbehälter 23 über gleitbare Arme 30 (Fig. 4,.
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Fig. IB) zurück, welche in eine Büchse 31 münden, die einen entsprechend abgedichteten Ringraum in ihrem Innern aufweisen, der mit einem Rohr 32 verbunden ist, das koaxial zum Hochdruckrohr 25 liegt, wobei durch Einhaltung eines ausreichend grossen Abstandes zwischen dem Rohr 32 und dem Hochdruck- rohr 25 ein ringförmiger Raum gebildet ist, wodurch das Öl zum Vorratsbehälter 23 über das Filter 27 zu- rückgelangen kann. In dem innerhalb des Vorratsbehälters 23 gelegenen Teil des Rohres 32 sind Bohrungen vorgesehen, um den Rücklauf der Flüssigkeit in den Behälter zu ermöglichen.
Nunmehr soll die Betätigung der Ventile mittels elektrischer Impulse näher betrachtet werden : In einem oberen Gehäuse 33 ist eine Vorrichtung 34 angeordnet, die aus einem eine Kraftquelle 36 enthal- tenden Gehäuse 35 und einem pendelartigen Neigungsmesser 38 besteht. Das Pendel 39 ist in einem sphärischen Lager 40 gelagert, so dass es nach allen Seiten beweglich ist, wobei jedoch ein Anschlag 41 vorgesehen ist, um einen zu grossen Ausschlag des Pendels zu verhindern. Der Raum 42, in dem sich das
Pendel befindet, ist mit einer dämpfenden Flüssigkeit gefüllt. In gleicher Winkellage wie die Kolben 11 sind drei Potentiometer 43 in einem Abstand von 1200 angeordnet, die mit Hilfe eines Stiftes 44 in Be- rührung mit dem Pendel 39 sind, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist.
Von der Kraftquelle 36 wird eine Spannung aufgebracht, derart, dass von dem Potentiometer 43 zu dem elektro-hydraulischen Steuerventil 16 ein Impuls gelangt, derart, dass die Ventile nicht betätigt werden, wenn die äusseren Gehäuse 33,5 und 3 parallel zum Pendel 39 liegen, d. h. wenn sie sich in einer z. B. vertikalen Lage befinden. Sobald diese Gehäuse nicht parallel zum Pendel 39 liegen, werden den Servoventilen 16 Impulse zugeführt, um die Kolben 11 hydraulisch zu betätigen, um die Gehäuse
3, 5 und 33 wieder in parallele Lage zum Pendel 39 zu bringen, d. h. sie in die z. B. vertikale Bohrrich- tung zurückzustellen.
Die Richtung des Bohrschlammstromes ist in Fig. 1 mit Pfeilen 45 angedeutet. Die freie Querschnitts- fläche in jedem Punkt der Einrichtung ist gleich oder grösser als die Querschnittsfläche des Bohrgestänges oberhalb, und weil der Bohrschlamm eine hohe Geschwindigkeit aufweist, sind Schutzbleche 46 vorgese- hen, um die bewegten Teile abzuschirmen. Erforderlichenfalls können weitere Schutzeinrichtungen ein- gebaut werden.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung während des Bohrens ist folgende : Beim Bohren invertikaler Richtung wird Hochdrucköl von der Pumpe 18 zu den elektro-hydraulisch betätigten Servoventilen 16 gefördert, welche dieses Öl auf jede Seite der Kolben 11 verteilen, so dass ein Gleichge- wichtszustand, also eine hydraulische Sperre gebildet ist. Unter dieser Bedingung wird den Potentiometern vom Neigungsmesser kein Impuls erteilt. Sobald jedoch die unteren Gehäuse 1, 3 von der Vertikalen abzuweichen beginnen, wird von den Potentiometern zufolge eines Ausschlages des vertikal hängenden Pendels 39 ein Impuls übertragen. Der Impuls wird verstärkt und den Servoventilen 16 übermittelt.
Hiedurch wird der Druck vermindert, und auf der gewünschten Seite der Kolben 11 wird entsprechend dem Impuls das Druckmedium abströmen, so dass eine einseitig wirkende Kraft auf den Hebelarm 4 einwirkt, welcher um das Universalgelenk 6,7, 8 schwenkt und eine Kraft auf den Bohrmeissel ausübt. In dem Masse, in dem sich die Bohrrichtung der gewünschten Richtung, z. B. der Vertikalen, allmählich wieder nähert, verringern sich die Impulse von den Potentiometern, bis sie Null werden. Diese selbsttätige Korrektur wird während des gesamten Bohrvorganges fortgesetzt.
Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird der Turbobohrer unterhalb des Universalgelenkes 6, 7,8 dauernd in eine parallele Lage zum Neigungsmesserpendel gezwungen, z. B. in eine vertikale Lage. Die Potentiometer können jedoch indirekt mittels eines Steuerarmes betätigt werden statt direkt durch das Pendel, so dass die Turbobohrvorrichtung statt vertikal in einem vorausbestimmten Winkel zur Vertikalen arbeitet, welcher Winkel dem vorgewählten Winkel zwischen dem Arm 4 und dem Pendel 39 entspricht. Der Einbau eines geeigneten Azimuthgebers, z. B. eines magnetischen Kompasses, mit zusätzlichen Steuerorganen zwecks Korrektur von unrichtigen örtlichen Lagen ermöglicht die Ein- haltung der vorbestimmten Richtung des von der Vertikalen abweichenden Bohrloches.
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