<Desc/Clms Page number 1>
Bei Gesteinsbohrern für das Durchdringen der Erdkruste zu grossen Tiefen, um z. B. öl-oder gashaltige Horizonte zu erreichen, führt üblicherweise vom Bohrturm ein Bohrstrang aus gekuppelten Rohren nach unten, der am unteren Ende den Bohrmeissel trägt und durch den gleichzeitig Spülschlamm zur Bohrsohle gepresst wird, um den Meissel zu kühlen und die erbohrten Partikel an die Oberfläche zu spülen.
Bei der für diese Arbeiten bevorzugten Type der"Turbinenbohrer"wird die erforderliche Drehkraft für den Antrieb des Bohrmeissels nicht mehr vom über Tage angeordneten Aggregat über den Bohrstrang auf den Meissel übertragen, sondern es ist hiefür ein hydraulischer Motor in Form einer an das Ende des Bohrstranges ansetzbaren Turbine vorgesehen, die dem den Bohrstrang abwärtsströmenden Schlamm Energie entnimmt, um die Drehkraft zur Rotation des Bohrmeissels relativ zum Bohrstrang zu erzeugen.
Bohrschlamm ist ein höchst abrasives Schleifmittel, nämlich eine Suspension aus Sand und Gesteinspartikeln, weil der Schlamm kontinuierlich durch den Bohrstrang, das Bohrloch und einen Absetzsumpf od. dgl. zirkuliert, in dem die grossen Splitter abgesetzt werden. Diese höchst abrasive Flüssigkeit übt verständlicherweise auf alle relativ zueinander bewegten Oberflächen, zwischen die sie eindringt, eine zerstörende Wirkung aus. Überdies steht der Schlamm am Grunde eines tiefen Bohrloches unter einem sehr beträchtlichen hydrostatischen Druck, so dass seine Eindringkraft in Lageranordnungen und zwischen relativ zueinander sich bewegende Teile sehr gross ist.
Die Lager, insbesondere die Rotorlager von Turbinenbohrern, die an sich schon hohen Drücken und grossen Druckschwankungen ausgesetzt sind, müssen daher durch besondere Dichtungsanordnungen vor dem Eindringen des abrasiven Bohrschlammes geschützt werden.
Gemäss einem noch nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag des Erfinders werden daher die Lager der Rotorwelle eines Turbinenbohrers durch Dichtungsanordnungen geschützt, die vorzugsweise aus Paketen von Paaren innerer und äusserer Schlitzringe bestehen, wobei die zwei Ringe jedes solchen Paares satt aufeinanderpassen und ihre Schlitze nahe beieinanderliegen, aber am Umfang versetzt sind, und die Ringe an den
EMI1.1
verbunden sind, und wobei die Schlitze jedes benachbarten Paares von Ringen im Paket nicht fluchten und der Aussenring jedes Paares relativ zum äusseren und von zwei Teilen, zwischen denen die Abdichtung vorgesehen ist (beispielsweise im betrachteten Fall relativ zu dem die Rotorwelle umgebenden Gehäuse), gegen Rotation gesichert ist. Die inneren Schlitzringe hingegen schleifen auf der Rotorwelle.
Zwischen den Aussenflächen der äusseren Schlitzring-Pakete und der Gehäusewand ist ein Spalt für den Zutritt von Bohrschlamm bzw.
Schmiermittel unter hohem Druck vorgesehen, wodurch die Ringe in dichtende Anlage an die Rotorwelle gepresst werden.
Auf beiden Seiten jedes Rotorlagers befindet sich eine solche Dichtungsanordnung, und der die Lagerelemente enthaltende Raum zwischen den Dichtungsanordnungen ist mit dem Schmiermittel gefüllt. Damit dieses Schmiermittel durch die Wirkung des von aussen unter Druck an die Spalte herantretenden Schlammes nicht verdrängt wird und dadurch Schlamm an den Dichtungsanordnungen vorbei doch in die Lager gelangt, sind Mittel vorgesehen, die im Betrieb des Bohrers wirksam sind und das Aufbringen von Spülschlamm mit einem Hochdruck bewerkstelligen, der etwa dem über den Bohrstrang dem Motor zugeführten Druck entspricht. Mit diesem Druck wird z. B. ein Vorratsraum für das Fett beaufschlagt, von dem Zuleitungen zu den Lageranordnungen führen.
Zweckmässig lässt man diese Zuleitung am einen Ende der Lageranordnung bzw. der Lageranordnungen, also am inneren Ende einer der die Lageranordnungen begrenzenden und vor dem Eindringen von Spülschlamm schützenden Dichtungsanordnungen in den Spalt zwischen Gehäuse und Rotor münden.
Damit ist wohl einem Eindringen von Spülschlamm durch die Dichtungsanordnungen in die Lager wirksam vorgebeugt. Weil aber der an der Aussenseite des Motors vorbeiströmende Schlamm im Bereich der am bodenseitigen Ende der Lager befindlichen Dichtungsanordnung einen etwas geringeren Druck hat als der Eingangsdruck (Einbringdruck in den Bohrstrang bis zum Turbinenrotor) beträgt, muss man dort grosse Fettverluste in Kauf nehmen, weil Schmiermittel unter der Druckdifferenz ständig zwischen Rotorwelle und Innenringen der Dichtungen austritt.
Die Erfindung setzt sich daher zum Ziel, dieses Austreten von Schmiermittel durch Herstellen eines Druckgleichgewichtes auch an dieser Abdichtungsstelle zu vermeiden. Sie geht dabei aus von einem hydraulischen Motor für den Antrieb eines Gesteinsbohrers, umfassend ein an einen Bohrstrang anschliessbares Gehäuse, eine mittels Lagern im Gehäuse drehbar untergebrachte Rotorwelle, die mit einem Bohrmeissel verbindbar ist, um auf ihn ein Drehmoment zu übertragen, Dichtungsanordnungen zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse, die das Eindringen von Spülschlamm in die Lager verhindern, und ferner Mittel, die im Betrieb wirksam sind, und das Aufbringen von Spülschlamm mit einem Hochdruck erlauben, der etwa dem über den Bohrstrang dem Motor zugeführten Druck entspricht, um das in den Lagern vorhandene Schmiermittel unter Druck zu setzen.
Gemäss der Erfindung sind nun Leitungen für die Förderung von Bohrspülung mit einem Druck, der im Betrieb im wesentlichen diesem über den Bohrstrang dem Motor zugeführten Hochdruck entspricht, durch die Rotorwelle zu der am bodenseitigen Ende der Lager befindlichen Dichtungsanordnung vorgesehen.
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
Austritt des an den Dichtungselementen vorbeitretenden Spülschlammes aus dem Gehäuse vorhanden ist. Damit wird erreicht, dass sich der Gegendruck aus dem zugeführten Bohrschlamm sicher aufbauen und den Austritt von Schmiermittel wirksam verhindern kann ; der austretende Schlamm kann weiter für Spül- und Kühlzwecke verwendet werden. Wenn jedes der Dichtungselemente in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Vielzahl von ineinandergreifenden Dichtringen umfasst, wird die Wirkung der Druckausgleicheinrichtung verbessert.
In besonderer konkreter Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Spülschlammförderleitungen eine erste, sich durch die Motorantriebselemente erstreckende Leitung und eine zweite, sich durch die hohle Rotorwelle erstreckende Leitung, ferner ein an jene zweite Leitung angesetztes Verbindungsstück, das an der Rotorwelle befestigt ist, und schliesslich einen entlang der Rotorwelle zur Dichtungsanordnung führenden Kanal. Damit sind die bei einem Turbinenbohrer vorhandenen Elemente weitgehend ausgenutzt und die Leitungen einfach und sicher geschützt geführt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung, und um weitere Merkmale und Vorteile besser hervortreten zu lassen, wird nun eine Ausführungsform der Erfindung an Hand eines Beispieles und mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Fig. la bis ld sind Axialschnitte eines hydraulischen Motors, der die erfindungsgemäss ausgebildete Einrichtung für den Druckausgleich enthält, und die Fig. 2 bis 10 sind Querschnitte nach den entsprechenden, in Fig. l bezeichneten Linien.
Zuerst soll der grundsätzliche Aufbau des hydraulischen Motors mit Bezug auf die Fig. la bis ld kurz beschrieben werden.
Der Motor umfasst ein Gehäuse in Form eines zylindrischen Mantelrohres --1--, das sich von Ende zu Ende des Motors erstreckt und für den Anschluss an das Bodenrohr eines Bohrstranges am oberen Ende mit
EMI2.1
Der Aufbau des hydraulischen Motors soll nun im einzelnen beschrieben werden, beginnend an seinem Kopfende, d. h. am linken Ende in Fig. la.
Das Kopfende-Anschlussstück --2-- für den Anschluss an das Bodenrohr eines Bohrstranges umschliesst ein Entleerungsventil--10--, welches automatisch wirksam ist, um einen Auslass für die Schlammsäule im Bohrstrang zu bilden, wenn der Schlamm druckentlastet wird, z. B. indem der Bohrstrang aus dem Bohrloch gezogen wird. Das Entleerungsventil umfasst einen im Anschlussstück-2-mittels eines Schraubringes - gesicherten und gegen das Anschlussstück --2-- mittels Dichtungsringen --13-- abgedichteten Körper --11--, der einen Querteil --14-- aufweist, dessen drei Austrittsoffnungen-15-für Schlamm
EMI2.2
des Entleerungsventil-Gehäuses ist ausserdem mit drei Kanälen--18--für den Strom von unter Druck stehendem Schlamm versehen, die stets offen sind.
Das Eindringen von Schlamm in die Austrittsöffnungen --15-- ist jedoch bei Unter-Drucksetzen des Schlammes verhindert durch ein Ventil-19-, das im Körper des Entleerungsventils gleitbar untergebracht und mit einem zentralen Kücken-20-versehen ist, das in eine
EMI2.3
Querteiles--14--desQuerteil--14--des Entleerungsventilkörpers angeordnet, die bei geschlossenem Ventil zusammenwirken, und ein Gummidichtungsring-14--, der gegen den Verschleissring--24--abdichtet, ist um das Kücken - angeordnet.
Das Ventilglied --19-- wird im Entleerungsventilkörper durch eine Schraubendruckfeder --25-- aufwärts gedrückt, um zu bewirken, dass das Ventil automatisch öffnet, wenn der Schlamm vom Druck entlastet wird, aber bei unter Druck gesetztem Schlamm gegen die Wirkung der Feder-25-in Schliessstellung gehalten wird. Durchlässe zwischen Flügeln --26-- des Ventilgliedes gestatten den Durchfluss von Druckschlamm am Ventilglied vorbei und durch die Durchlässe--18--im Querteil--14--des Entlastungsventilkörpers während des Betriebes.
EMI2.4
Zylinder-Kolben-Aggregat, dessen Zweck es ist, die Dichtungen und Lager tiefer unten im Motor mit Druckschmiermittel, im besonderen Fett, zu versorgen.
Der Zylinder --27-- dieses Aggregats (von dem nur ein kleiner Teil seiner Länge in Fig. la gezeigt ist) ist an seinem unteren Ende von einer Hülse-28-getragen, an welcher er bei--29--durch Verschraubung befestigt ist. Die Hülse-28--trägt radial abstehende Rippen - -30--, die gegen die Innenfläche des Mantelrohres --1-- anliegen, um den Zylinder--27--und die andern Teile, die in der Hülse angeordnet sind und die später beschrieben werden, zu zentrieren.
Der Zylinder
<Desc/Clms Page number 3>
- 27-- trägt an seinem Kopfende ein angeschweisstes konisches Einsatzstück --31-- mit einem axialen Durchlass --32--für das Einströmen von Druckschlamm in den Zylinder, und im Zylinder ist ein Kolben --33-- angeordnet, der durch den Schlammdruck im Zylinder abwärts gepresst wird. Im Betrieb wird der gesamte Zylinderraum --34-- unterhalb des Kolbens --33-- mit Fett gefüllt, für die Verteilung unter Druck auf die Dichtungen und Lager des Motors, wie oben erwähnt.
EMI3.1
gesehen) im Uhrzeigersinn zu drehen.
Die Hülse--28--, auf der der Zylinder--27--befestigt ist, umschliesst und zentriert das Kopfende des in der Form einer Welle --37-- ausgebildeten Rotorteiles des Motors, der am Kopfende bei--39--eine aufgeschraubte Kappe--38--trägt. Die Kappe--38--ist mit einer Öffnung --40-- für den Durchtritt
EMI3.2
drehbar auf einer Lagerbüchse --43-- sitzt, die ihrerseits auf der Welle --37-- durch die Endkappe --38-- gesichert ist.
Eine Dichtungsanordnung, allgemein mit--44--bezeichnet (vgl. auch Fig. 2), ist zwischen einer Schulter--45--der Hülse--28--und einem in das untere Ende der Hülse eingeschraubten Sperring --46-- festgehalten und ist aus zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Paketen--47-- von inneren und äusseren Schlitzringen-48 und 49--gebildet. Jedes Paket --47-- enthält acht solche Paare von Schlitzringen und die Ringe jedes Paketes haben eine satte Passung aufeinander (s. Fig. 2). Die Schlitze
EMI3.3
Ringe kann, je nach dem Material der Ringe, durch Hartlöten, Schweissen oder Löten erfolgen. Die Paare von Schlitzen --50-- aufeinanderfolgender Paare von Ringen jedes Paketes fluchten nicht.
In der in Fig. 2 gezeigten besonderen Anordnung sind die Schlitze--50b--des 2. Paares von Ringen (von oben gerechnet) um 1800 gegenüber den Schlitzen--50--des kopfseitigen Paares versetzt, während die Schlitze der restlichen Ringpaare eine der in Fig. 2 durch die fortlaufenden Ziffern--50c bis 50h--bezeichneten Stellungen einnehmen.
Jeder äussere Ring--49--ist mit einer radialen Verbreiterung--52-- (Fig. 2) versehen, die in eine von sechs Arretierkerben --53-- der Hülse --28-- eingreift, so dass sämtliche Ringe-48 und 49--hiedurch gegen Verdrehung gesichert sind. Die Pakete von Ringen --47-- sind durch Distanzringe--54--, die auf einer auf der Welle --37-- befestigten Büchse --55-- gleitbar sind, voneinander distanziert, und sämtliche Distanzringe --54-- und, Pakete von Dichtungsringen --47-- sind mittels Federringen-56-axial zusammengepresst.
Die inneren Schlitzringe --48-- jedes Paketes sind in dichtendem Kontakt mit der auf der
EMI3.4
--37-- sitzenden Büchse --55-- durchSchlamm fliesst vom Kopf des Zylinders--27--den Ringraum zwischen dem Zylinder und dem Mantelrohr - l--abwärts und weiter durch die zwischen den Rippen --30-- der Hülse --28-- vorhandenen Kanäle.
EMI3.5
des Rotors strömt, diesen in einer noch zu beschreibenden Weise antreibend.
Auf den Antriebsteil des Rotors nun im einzelnen Bezug nehmend, besteht der untere Teil der Welle
EMI3.6
Querschnitten gemäss den Fig. 3 bis 10 gezeigt, von denen die Fig. 5 und 6 in derselben Ebene geführt sind, und Fig. 5 die Antriebsschaufeln des Rotors (die im folgenden noch zu beschreiben sind) in ihrer Ruhelage, und in Fig. 6 die Schaufeln in der Stellung zeigen, die sie bei der Drehbewegung des Rotors einnehmen. Die Welle --37-- und das rohrförmige Element-60--, zusammen mit den verschiedenen Elementen, die sie tragen bzw. mit denen sie verbunden sind, bilden den Kopfteil der Rotoranordnung des hydraulischen Motors, wogegen der Stator durch das Mantelrohr--l--gebildet ist.
Ein Ring von sechs Rotorantriebsgliedern in Form von Schaufeln --62-- ist rund um die Welle nahe
EMI3.7
<Desc/Clms Page number 4>
aufgenommen ist, der seinerseits drehbar auf der Welle --37-- sitzt und ihr gegenüber mittels eines O-Ringes abgedichtet ist.
Der Ring-64-ist in seiner Stellung auf der Welle --37-- durch sechs Allen-Schrauben--66--gesichert, die in einer mittels Keilsitz--68-auf der Welle --37-- festgelegten Büchse --67-- stecken. Die Schrauben --66-- halten daher den Schaufellagerring-64-gegen Verdrehung auf der Welle-37-fest ;
nichtdestoweniger sind die Ausnehmungen in der Büchse-67-, durch welche die Schrauben --66-- treten, in Umfangsrichtung etwas verbreitert, um eine Einstellung der Schaufeln in Umfangsrichtung und damit eine genaue Festlegung ihrer unteren Enden in weiteren, in der Folge
EMI4.1
einer Gegen-Ring-Mutter --71-- in ihrer Lage gesichert, die ihrerseits wie die Ringmutter --69-- mit der Welle--37--verschraubt ist. Ein Gummidichtungsring--72--, mit entsprechenden bogenförmigen
EMI4.2
Schaufelhalteringes-64-eingesetzt.
Hieraus ist ersichtlich, dass die Schaufeln--62--an ihren Kopfenden mit Hilfe ihrer Haltezapfen drehbar im Haltering --64-- sitzen. An ihren unteren Enden sind die Schaufeln jedoch in einer nun zu beschreibenden Weise gegen Verdrehung gehalten.
Ein Befestigungs-und Torsionsschaft--73--ist einstückig mit dem unteren Ende jeder Schaufel - verbunden und in einem von sechs Einschnitten --74-- in der äusseren Oberfläche des unten
EMI4.3
angetrieben ist, sondern entsprechend verwunden zu werden, um einen begrenzten Grad von Verdrehung der Schaufeln zu erlauben. Jeder Torsionsschaft ist deshalb durch Eingriff eines sektorförmigen Abschnittes --76-- des Schaftes (s. Fig. 9) in eine entsprechend geformte Öffnung in seinem Aufnahmeeinschnitt-74-- im rohrförmigen Element --60-- gegen Verdrehung gesichert.
Wie später erläutert, werden die Schaufeln im Betrieb gezwungen, sich im Uhrzeigersinn zu drehen (wie sich aus obigem ergibt), und ein geeignet geformtes Verschleiss stück --77-- ist an der angrenzenden Seite des sektorförmigen Abschnittes --76-- jedes
EMI4.4
--60-- vorgesehen ; dieTorsionsschaft--73--an seinem unteren Ende gegen Verdrehung gesichert, aber in der Lage ist, über seine Länge zwischen dem Bereich des Querschnittes nach Fig. 9 und dem unteren Ende der zugeordneten Schaufel - -62-- zu tordieren, so dass-wie vorher erwähnt-eine Verdrehung der Schaufel um die Achse des Torsionsschaftes ermöglicht ist ;
die Haltezapfen--63--an den Kopfenden der Schaufeln sind koaxial mit den Torsionsschäften--73--, und diese Achse ist die "Verwindungsachse" der vorher erwähnten Schaufel.
Die Querschnittsform des grösseren Teiles der Länge jeder Schaufel --62-- ist jene nach den Fig. 3 und 4, und die Torsionsachsen der Schaufeln sind in diesen Zeichnungen mit--78--bezeichnet. Die Schaufeln sind in den Fig. 4 und 5 in ihrer Ruhelage gezeigt, d. h., wenn der Rotor stillsteht, aber Verdrehung der Schaufeln im Uhrzeigersinn während des Betriebes, um den Motor anzutreiben, bringt sie in die in den Fig. 3 und 6 gezeigten Stellungen, in welchen ihre bogenförmigen Innenflächen --79-- genau Fläche an Fläche auf der Welle --37-- aufliegen.
Bezugnehmend auf die Art, in der unter Druck gesetzter Schlamm den Rotor treibt, ist in Erinnerung zu rufen, dass dabei eine Strömung von Schlamm die Aussenseite der Rotoranordnung entlang abwärts hinter die Kopfendhalterung der Schaufeln--62--vor sich geht, so dass der Druckschlamm sich im Ringraum-SO-- zwischen den äusseren Flächen--81-- (Fig. 3 und 4) der Schaufeln und der Innenseite des Mantelrohres - vorfindet.
Der Schlammdruck verursacht Verdrehung der Schaufeln im Uhrzeigersinn, wie sich aus vorstehendem ergibt, verbunden mit einer Tordierung der Torsionsschäfte-73-in der vorher beschriebenen Art, und ein Schlammdruck von einer einen gewissen Wert übersteigenden Grösse verursacht Drehung der Schaufeln in ihre in den Fig. 3 und 6 gezeigten Stellungen, in denen sie mit ihren Innenflächen --79-- der Welle --37-- anliegen. Unter diesen Umständen wird die in den Schäften-73-erzeugte Torsion dem rohrförmigen Körperelement --60-- über die sektorförmigen Abschnitte --76-- und die Verschleiss stücke - 77-mitgeteilt, um den Rotor im Uhrzeigersinn anzutreiben.
Die Schaufeln haben Gummi-Dichtungsstreifen --82-- in ihre Endflächen --83-- eingesetzt, welche Streifen zwischen ihren zugeordneten Schaufeln und den Rückseiten --84-- der benachbarten Schaufeln gequetscht werden, wenn die Schaufeln durch den
EMI4.5
ferngehalten wird. Ein Ausgleichskanal--86--ist vorgesehen, der die Hohlräume --85-- hinter den Schaufeln mit einem Bereich verminderten Schlammdruckes unterhalb der Antriebsanordnung verbindet, um das Vakuum, das bei Entlastung des Schlammes entsteht, aufzuheben, so dass sich die Schaufeln öffnen und dadurch den Rotor stoppen können.
Ein solcher Ausgleichskanal verhindert auch jedweden Aufbau von Hochdruckschlamm hinter den Schaufeln, wenn die Dichtungen --82-- etwas undicht sein sollten, so dass die
<Desc/Clms Page number 5>
notwendige Druckdifferenz über die Schaufeln hinweg während des Betriebes aufrechterhalten wird.
Es sind ferner Mittel vorgesehen, die in strömungseinschränkender Art das Entweichen von Druckschlamm aus dem Ringraum--80--um die Schaufeln--62--erlauben, wenn die Rotoranordnung rotiert. Zu diesem
Zweck ist jede Schaufel--62--an ihrem unteren Ende einstückig mit einer radial auswärtsragenden Stufe --87-- ausgestattet, die einen axial erstreckten Schlitz --88-- aufweist, der einen Einsatz--89--aus
Wolframkarbid besitzt, der seinerseits mit einem engen Kanal --90-- für das Hindurchströmen von Schlamm versehen ist. Der Schlitz--88--erstreckt sich in einem solchen Ausmass zur Aussenfläche--81--der
Schaufel, dass der Einsatz--89--in bezug auf die Aussenfläche--81--etwas zurücktritt (s. Fig. 4 und 3).
Da sich die Schaufeln im Betrieb einwärts bewegen, kommt jeder der Kanäle --90-- nach und nach mit einem von sechs Durchlässen --91-- voll zur Deckung, die im rohrförmigen Teil --60-- angeordnet und aussen durch Leisten --92-- abgedeckt sind (Fig. l und 8). Insbesondere mit Bezug auf Fig. l und 7 ist zu erkennen, dass die Einmündungen zu den Durchlässen-91--des Körperteiles--60--durch Wolframkarbideinsätze --93-- bestimmt sind und von da in geneigte Kanäle--94--für die Strömung von Schlamm in das Innere des Teiles-60-fuhren, d. h. zum zentralen, in den Fig.
l und 9 bezeichneten Raum--95--. Ein Gummidichtungsring--96--ist in die Stirnseite des rohrförmigen Körpers --60-- eingesetzt, um gegen die unteren Stirnflächen der Schaufeln abzudichten.
Der zur Inbetriebsetzung des Rotors herangezogene Schlamm verliert dabei nur einen relativ geringen
Anteil seines Druckes ; in dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung liegt der Druckverlust im Bereich von 17, 6 kg/cm2. Dieser Schlamm, der seine Antriebsfunktion erfüllt hat, strömt frei durch einen zentralen
Kanal auf die restliche Länge der Maschine zum Bohrmeissel, um die üblichen Funktionen der Kühlung und
Spülung auszuführen. Die Drehzahl der Rotoranordnung und damit des Bohreinsatzes, wie sie in der oben beschriebenen Art hervorgebracht wird, bewegt sich in der Grössenordnung von 200 bis 250 Umdr/min, d. h. in der für die Drehzahl eines Bohrers in einer solchen Vorrichtung erwünschten und üblichen Grösse.
Dabei geht von der dem Schlamm entzogenen Kraft jedoch nicht viel verloren, sondern wird in Drehkraft verwandelt, so dass der
Bohrer sowohl mit der gewünschten Geschwindigkeit rotiert als auch mit der nötigen Kraft beaufschlagt ist.
Die restliche Länge der Rotoranordnung des Motors unterhalb des oben beschriebenen Antriebsteiles des
Motors ist im Mantelrohr--l--mittels abgedichteter, im folgenden zu beschreibender Lagerelemente drehbar gelagert. Dieser untere Teil der Rotoranordnung besteht im wesentlichen aus der früher beschriebenen rohrförmigen Rotorwelle--5--, die, wie schon erwähnt, mittels sechs Kupplungsstiften--6--mit dem unteren Ende des Antriebsteiles des Rotors gekuppelt ist, genauer gesagt, mit dem unteren Ende des rohrförmigen Teiles-60--, der den unteren Körperabschnitt dieser Anordnung bildet.
Das Körperelement --60-- ist fernerhin relativ zum Kopfende der Rotorwelle --5-- mittels einer auf der Rotorwelle--5-- aufgeschraubten Gegenmutter --97-- festgelegt, die einen Ring von sechs Allen-Schrauben --98-- trägt, die ihrerseits in Schraubenlöcher im unteren Ende des Teiles --60-- eintreten, um den letzteren gegen Verdrehung gegenüber der Rotorwelle festzuhalten. Das Kopfende der Rotorwelle --5-- ist solcherart fest gegen eine Innenschulter--99--des rohrförmigen Teiles--60--gesichert, und ein Gummidichtungsring--100--ist an dieser Stelle angeordnet.
Weil das Antriebsaggregat im Mantelrohr--l--natürlich drehbar ist, entsteht zwischen dem unteren Endbereich der Antriebsanordnung und der Innenseite des Mantelrohres ein Ringspalt--101-, und in diesem Spalt ist Druckschlamm wirksam. Dieser Schlamm, der nicht die engen Durchlässe --90-- der Schaufeln - passiert hat, besitzt den gleichen Druck wie am Eingang des Motors, und dieser Druck soll im folgenden als "Eingangsdruck" bezeichnet werden. Dieser Schlamm füllt den weiteren Ringspalt -102-- zwischen einer langgestreckten, auf der Welle --5-- verschraubten Mutter --103-- und der Innenseite eines Verbindungsgliedes --104-- aus, dessen Aufgabe es ist, obere und untere Teile des äusseren Mantelrohres --l-- miteinander zu verbinden.
Dieser Schlamm mit Eingangsdruck erreicht allenfalls das obere Ende einer Dichtungsanordnung--105--, deren Zweck es ist, Schlamm von den Radiallagern und Drucklagern der Rotorwelle fernzuhalten. Die Dichtungsanordnung --105-- ist von ähnlicher Konstruktion wie die oben beschriebene Dichtungsanordnung --44--.
Der Zweck der Teilung des Mantelrohres--l--in zwei mittels des Verbindungsgliedes--104-verbundene Teile ist es zu ermöglichen, dass der obere Teil des Mantelrohres für den Zugang zum Antriebsteil und bei Bedarf zwecks Abziehens dieses Antriebsteiles von der Rotorwelle --5-- leicht entfernt werden kann.
Es soll nun die Gestaltung und die Art der Schmierung der Radial- und Drucklager der Rotorwelle --5-- mit Bezug auf Fig. l beschrieben werden.
Zunächst sei daran erinnert, dass die Welle--37--, die den oberen Teil des Körpers des Antriebsteiles bildet, mit zwei Bohrungen--41 und 59--versehen ist, welche Druckfett (unter Eingangsdruck) vom Zylinder --27-- und Schlamm vom Eingangsdruck erhalten. Ein Rohr --106-- ist im unteren Ende der Fettbohrung --41-- der Welle--37--eingesetzt und erstreckt sich gerade durch das Innere der Rotorwelle--5--zu ihrem unteren Ende. In gleicher Weise ist ein Rohr--107--im unteren Ende der Schlammbohrung--59-- in der Welle--37--eingesetzt und erstreckt sich ebenfalls zum unteren Ende der Rotorwelle--5--.
Der Zweck des Rohres--106--ist die Förderung von Fett zu den Radial- und Drucklagern zu deren Schmierung,
<Desc/Clms Page number 6>
während der Zweck der Förderung von Schlamm unter Eingangsdruck über das Rohr --107-- zum unteren Ende des Motors das Hintanhalten des Austrittes von Schmiermittel aus den Lagern in einer noch zu beschreibenden Weise ist.
Die Lageranordnung für die Rotorwelle --5-- umfasst eine Haupt-Axial-Lageranordnung, allgemein mit --108-- bezeichnet, zwei Radialgleitlager --109 und 110--unterhalb der Drucklageranordnung, und ein
EMI6.1
ähnlich der Dichtungsanordnung--44--) die Aufgabe hat, das Eindringen vom Schlamm zum unteren Ende der Lageranordnung zu verhindern.
Die Drucklagerausführung --108-- ist von der Art, wie sie im einzelnen in der brit. Patentschrift Nr. 33, 142/69 beschrieben ist. Hiernach umfasst eine solche Lagerausführung innere und äussere Pakete von Ringen--113 und 114--, einerseits an der Rotorwelle--5--und anderseits am Mantelrohr-l--
EMI6.2
getroffen ist, dass der Druck von der Rotorwelle--5--auf das Mantelrohr--l--durch die Scherspannungen in den Lagerkugeln übertragen wird. Die benachbarten Paare der laufbahnbestimmenden Ringe-113 und 114-- (sowohl die inneren als auch die äusseren) sind durch Distanzringe --116-- voneinander getrennt, die so dimensioniert sind, dass die Weite jeder Kugellaufbahn geringfügig kleiner als der Kugeldurchmesser ist.
Mit dem Ergebnis, dass bei Ausübung von Druck auf die Lageranordnung die Kugeln jedes Satzes zwischen ein Paar von direkt gegenüberliegenden laufbahnbestimmenden Ringen gepresst werden, während sie vom andern Paar freikommen. Jeder innere laufbahnbestimmende Ring --113-- rotiert innerhalb und in Kontakt mit seinem zugeordneten äusseren laufbahnbestimmenden Ring-114--, so dass die Lageranordnung im Endeffekt ein Radiallager ist, zusätzlich zu seiner Grundfunktion als Drucklager.
Jedes der Radiallager-109 bis 111--umfasst eine gehärtete Stahllagerbüchse, welche am Mantelrohr - l-befestigt ist und je auf einer von einer Serie von Büchsen-117-drehbar ist, die auf der Rotorwelle - sitzen und dort mittels der schon erwähnten langgestreckten Mutter --103-- gesichert sind. Im
EMI6.3
Lage mittels einer im Mantelrohr eingeschraubten Sperrhülse --118-- bei --119-- gesichert, wobei diese Sperrhülse auch am Kopf des äusseren Paketes von Ringen--114--der Drucklageranordnung--108- angreift, um dieselbe im Mantelrohr--l--festzulegen.
Die unteren Radiallager--109 und 110-umfassen wieder gehärtete Stahllagerhülsen, die im Mantelrohr - l--in einem Paar von Büchsen--120 und 121--befestigt sind, die ihrerseits zwischen dem unteren Ende
EMI6.4
Kopfende der oberen Dichtungsanordnung--105--. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das in dieser Weise geförderte Fett unter Eingangsdruck steht, weil es durch den auf den Kolben--33--am oberen Ende des Motors ausgeübten Eingangsdruck des Schlammes unter Druck gesetzt wird.
Daher steht das Fett, welches das Ende der oberen Dichtungsanordnung--105--der Lageranordnung erreicht, unter demselben Druck wie der Schlamm, der, wie bereits beschrieben, sich am Kopfende jener Dichtungsanordnung über den Ringspalt - -102-- einstellt. Als Ergebnis besteht kein wesentliches Bestreben des unter Eingangsdruck stehenden, am Kopfende der Dichtungsanordnung--105--vorhandenen Schlammes, in diese Dichtungsanordnung einzudringen und einen Weg in die Lageranordnung zu finden. Ein Entlastungsventil-Stopfen --127-- ist im Verbindungsglied --104-- nächst dem Kopfende der Dichtungsanordnung --105-- vorgesehen, um es zu ermöglichen, den Motor zur Gänze mit Fett zu füllen.
Der Zweck der Förderung von Schlamm unter Eingangsdruck zum unteren Ende des Motors über das Rohr --107-- ist der, Austritt von Fett nach aussen durch die Boden-Dichtungsanordnung --112-- im wesentlichen zu verhindern. Dieser Schlamm wird über ein Verbindungsstück--128--des Rohres--107--
EMI6.5
<Desc/Clms Page number 7>
kann er zur Aussenseite des Motors austreten, u. zw. entlang der Innenseite der Dichtungsanordnung zu einem Auslass-132, wobei ein solches Austreten durch den Umstand herbeigeführt ist, dass der Druck des an der Aussenseite des Motors vorbeiströmenden Schlammes in der Grössenordnung von 70, 3 kg/cm2 geringer ist als der Eingangsdruck.
Da der zur Innenseite der Dichtungsanordnung --112-- geförderte Schlamm unter demselben Eingangsdruck steht wie das zum Kopfende der Dichtungsanordnung geförderte Fett, so verhindert er im wesentlichen das Austreten von Fett durch die Dichtungsanordnung, so dass im wesentlichen alles, was austritt, Schlamm ist, der natürlich ohne weiteres verbraucht werden kann.
Ein Stopfen--133--ist für das Einfüllen von Fett in die Zwischenräume --124-- vorgesehen, zum Zwecke des Wiederauffüllens des Motors mit Fett, wenn er aus dem Bohrloch gezogen wird, um den Bohrmeissel auszuwechseln. Die Verbindungsstücke--123 und 128--der Rohre--106 und 107--sind mittels einer im
EMI7.1
sich beim Festschrauben der Hülse--134--verformen und so die Endverbindungsstücke gegen das Anschlussstück--8--abdichten.
Es ist daher ersichtlich, dass die Erfindung das Druckschmierungssystem des hydraulischen Motors eines
Gesteinsbohrers im Bereich der unteren Lagerabdichtungen in effektvoller und vorteilhafter Weise unter wirtschaftlicher und konstruktiv einfacher Benutzung der vorhandenen Elemente verbessert, wobei Verluste an
Schmiermittel auf ein Minimum herabgesetzt und dennoch ein sicherer Schutz der Lageranordnungen gegen das Eindringen der abrasiven, verschleissenden Schlammflüssigkeit gewährleistet wird. Dabei reicht zur Ergänzung der unvermeidlichen geringfügigen Leckverluste ein Vorrat an Schmiermittel, wie er im Motor selbst leicht unterzubringen ist (wie vorliegendenfalls im Zylinder--34--), auch für lange Betriebszeiten vollkommen aus.
Die Erfindung ist aber keineswegs auf die Anwendung bei der unteren Lagerabdichtung des Rotors beschränkt. Vielmehr ist die erfindungsgemässe Lösung an allen jenen Stellen eines Turbinenbohrers od. ähnl., im Einflussbereich abrasiver Medien arbeitender Vorrichtungen mit Vorteil einsetzbar, wo Lager u. dgl. empfindliche Teile vor dem Eindringen dieser Medien geschützt werden sollen.