Turbinenaggregat für eine Turbinentief bohreinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbinen aggregat für eine Turbinentiefbohreinrichtung mit einem Gehäuse, einem Stator, einem Läufer und einem Untersetzungsgetriebe. Bei derartigen Bohr einrichtungen ist ein drehbarer Bohrer oder Meissel sowie eine hydraulische Turbine vorgesehen, die sich während des Betriebes in nächster Nähe des Bohr meissels am Boden der niederzubringenden Bohrung befindet und mit dem Bohrmeissel verbunden ist, um ihn anzutreiben. Die Turbine wird durch einen ihrem Eimass unter Druck zugeführten Flüssigkeitsstrom betätigt.
Zu diesem Zweck kann man mit einer Spül schlammumwälzung arbeiten, wie man sie bei den gebräuchlichen Bohrverfahren anwendet. Hierbei ist die Turbine zweckmässig mit dem unteren Ende des Bohrgestänges verbunden, und der Spülschlamm strömt durch das Bohrgestänge hindurch nach unten, durchströmt das Turbinenaggregat und den Bohrer, woraufhin er durch in dem Bohrer vorgesehene Öff nungen in das Bohrloch hinein austritt, um ausser halb des Bohrgestänges wieder zur Erdoberfläche zurückzuströmen.
Das erfindungsgemässe Turbinenaggregat erlaubt es, dass die Turbine mit einer höheren Drehzahl arbeiten kann als der Bohrer. Bei bekannten Aggre gaten kann man Bohrerdrehzahlen, die erheblich oberhalb 500 Umdrehungen in der Minute liegen, nicht zulassen, wenn man eine ausreichende Lebens dauer des Bohrers erreichen will. Es ergeben sich jedoch wesentliche Vorteile, z. B. eine erhebliche Herabsetzung der benötigten Zahl von Turbinenstu fen, wenn man für die Turbine eine höhere Drehzahl (z. B. 5000 bis 10000 Umdrehungen in der Minute) vorsieht und den Bohrmeissel über ein Untersetzungs- getriebe antreibt.
Es sind bereits verschiedene Turbinenbohreinrich- tungen mit Untersetzungsgetrieben vorgeschlagen wor- den, doch haben sich diese Einrichtungen, soweit bekannt, aus den verschiedensten Gründen in der Praxis nicht bewährt.
Die Erfindung ermöglicht es, für eine Turbinen tiefbohreinrichtung ein brauchbares Turbinenaggregat zu schaffen, das ein Untersetzungsgetriebe umfasst, über welches das Bohrwerkzeug angetrieben werden kann.
Die Erfindung ermöglicht ferner eine verhältnis mässig gedrängt aufgebaute und robuste Tiefbohrein- richtung zu schaffen.
Das erfindungsgemässe Turbinenaggregat ist da durch gekennzeichnet, dass das Gehäuse, der Stator und der Läufer relativ zueinander drehbar und durch das Untersetzungsgetriebe miteinander gekuppelt sind.
Man kann das Turbinenaggregat an einem Ende mit einem Bohrgestänge oder dergleichen und am entgegengesetzten Ende mit einem Bohrmeissel derart verbinden, dass das Untersetzungsgetriebe zwischen dem Gehäuse, dem Läufer und dem Stator so an geordnet ist, dass die Drehzahl des Bohrmeissels wäh rend des Betriebes des Bohrsystems kleiner ist als die Drehzahl des Läufers gegenüber dem Stator.
Es sei bemerkt, dass der Ausdruck Stator hier das das Läuferschaufelsystem ergänzende Turbinen schaufelsystem bezeichnet, obwohl der Stator in manchen Fällen während des Betriebes ebenfalls um laufen kann. Dort, wo in der nachfolgenden Beschrei bung die Ausdrücke Stator und Läufer in bezug auf eine gegenläufige Turbine verwendet werden, be zeichnen sie das äussere bzw. das innere Schaufel system.
Es ist zweckmässig, das äussere Gehäuse mit einem Bohrgestänge und den Stator bzw. den Leitschaufel teil mit einem Bohrmeissel zu verbinden. Das Unter setzungsgetriebe ist vorteilhaft zwischen dem erwähn- ten einen Ende des Aggregats einerseits und dem Läufer und dem Stator anderseits angeordnet.
Da der Stator oder Leitschaufelteil gegenüber dem Ge häuse drehbar ist, läuft er infolge der Turbinen- reaktionskräfte in einer zur Drehrichtung des Läufers entgegengesetzten Drehrichtung um, und er wird ausserdem durch den Läufer über das Untersetzungs- getriebe angetrieben.
Bei dieser Ausbildung des Turbinenaggregats er geben sich im Vergleich zu einer einfacheren allerdings nicht im Bereich der Erfindung liegenden Anordnung, bei welcher der Stator mit dem Gehäuse fest verbunden ist, während das nachstehend als Bohrerwelle bezeichnete Bauteil, mit dem derBohrmei- ssel verbunden ist, durch den Läufer über ein zwi schen ihm und der Bohrwelle angeordnetes Unter setzungsgetriebe angetrieben wird, erhebliche Vor teile.
Ein Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung besteht darin, dass die Leistungsbelastung des Unter setzungsgetriebes um denjenigen Leistungsanteil ver mindert werden kann, der unmittelbar durch die auf den Stator aufgebrachte Drehmomentreaktion erzeugt wird.
Ferner ist es bei sämtlichen Bohreinrichtungen erforderlich, auf den Bohrmeissel eine axiale Druck kraft zu übertragen; diese Druck- oder Schubkraft bezeichnet man allgemein als das Bohrergewicht. Bei der vorstehend erwähnten einfacheren Anordnung muss diese Schubkraft - abgesehen von resultieren den hydraulischen Kräften, die am Bohrer angreifen können, z.
B. infolge des Druckabfalls längs der Dü senöffnungen - durch ein Hauptdrucklager übertra gen werden, das am Gehäuse angebracht ist und die Bohrerwelle trägt. Benutzt man dagegen die erfin dungsgemässe Anordnung, so benötigt man zwar immer noch ein ähnliches Drucklager, doch ermässigt sich die durch dieses Lager zu übertragende Schub kraft um den auf hydraulischem Wege auf die Boh- rerwelle übertragenen Anteil, und zwar hauptsächlich infolge der Tatsache, dass die Turbine selbst prak tisch als Kolben wirkt,
auf dem ein Druck lastet, der gleich dem Druckabfall längs der Turbine ist. Dieser Druck wirkt sowohl auf den Stator als auch auf den Läufer, und die hydraulische Schubkraft- übertragung steigert sich, wenn der Läuferschub durch ein mit dem Stator fest verbundenes Druck lager auf den Stator übertragen wird.
Ferner ist es bei der erfindungsgemässen Anordnung möglich, das Hauptdrucklager so anzuordnen, dass es den Stator und den Läufer umgibt, so dass sich die Länge des Aggregats nicht um die Länge des Drucklagers ver grössert.
Auf diese Weise erhält man ein Aggregat von viel kürzerer Baulänge, und diese Tatsache stellt einen wichtigen Faktor vom Standpunkt der leichten Herstellung und Bedienung dar; ausserdem kann man das Aggregat so konstruieren, dass die unerwünschten Wirkungen einer exzentrischen Belastung eines Bohr meissels, wie sie während des Betriebes eintreten kann, wenn der Meissel z. B. mit der Oberfläche einer geneigten harten Formation in Berührung kommt, vermieden werden.
Das Untersetzungsgetriebe ist vorzugsweise als Planetenraduntersetzungsgetriebe ausgebildet und kann zwei Stufen umfassen. Das Antriebsglied dieses Getriebes wird von dem Turbinenläufer angetrieben, das angetriebene Glied treibt den Stator bzw. die mit ihm starr verbundene Bohrerwelle an, und die feststehenden Bauteile sind mit dem Gehäuse starr verbunden.
Das Getriebe ist vorzugsweise in ein ein ziges Gehäuse eingeschlossen, das während des Be triebes mit Schmierstoff gefüllt ist und das einen biegsamen Balg oder eine Rohrmembran oder der gleichen umfasst, durch die die Strömungsmitteldrücke innerhalb und ausserhalb des Gehäuses im wesent lich ausgeglichen werden, so dass das Eindringen von Spülschlamm durch die Lagerabdichtungen des Gehäuses während des Betriebes verhindert oder möglichst weitgehend unmöglich gemacht wird.
Um eine ausreichende Kühlung des Unterset zungsgetriebes zu gewährleisten, kann dieses mit einem Wärmeaustauscher versehen sein, über den die im Untersetzungsgetriebe erzeugte Wärme auf das die Turbine während des Betriebes durchströmende Strömungsmittel übertragen werden kann. Wenn das Getriebe Zahnräder umfasst, kann die Anordnung derart sein, dass das Schmiermittel für das Getriebe während des Betriebes mit Hilfe der Zahnräder durch den Wärmeaustauscher hindurchgepumpt wird, um das Schmiermittel durch eine thermische Berührung mit dem Strömungsmittel zu kühlen, bevor es wieder zum Getriebe zurückgeleitet wird.
Die einzelnen Bestandteile des Turbinenaggregats können zweckmässigerweise jeweils gesonderte Unter aggregate bilden, wobei der Aufbau des Aggregats derart ist, dass sich die Unteraggregate mittels weniger Handgriffe zusammenbauen oder voneinander tren nen lassen. Hierdurch lassen sich Betriebsunterbre chungen zu Wartungszwecken auf ein Mindestmass verkürzen, denn man kann jedes dieser Unter- bzw. Teilaggregate schnell gegen ein Ersatzaggregat aus tauschen, während das ausgebaute Teilaggregat unter sucht und/oder instandgesetzt wird.
Dies gilt vor allem für das Untersetzungsgetriebe, doch bei einem weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Turbine selbst als Teilaggregat ausgebildet und lässt sich ohne Schwierigkeit aus dem das äussere Gehäuse, die Bohrerwelle und die zuge hörigen Lager umfassenden Gesamtaggregat heraus ziehen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand sche matischer Zeichnungen, die zwei Ausführungsbei spiele darstellen, näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der die allgemeine Anordnung der Teile des erfindungsgemässen Aggre gats zeigt und ihr Zusammenwirken während des Betriebes erkennen lässt.
Fig.2 ist ein Längsschnitt durch das Unterset- zungsgetriebe.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die eigent liche Turbine. Fig.4 ist eine perspektivische Darstellung der zusammengebauten Stator- bzw. Leitschaufelkränze der Turbine.
Fig. 5, die sich aus den Teildarstellungen 5A und 5B zusammensetzt, zeigt im Längsschnitt ein Teil aggregat, welches das äussere Gehäuse des Turbinen aggregats, die Bohrerwelle und die zugehörigen Lager umfasst.
Fig. 6 zeigt in Umrisslinien die verschiedenen Teil aggregate des Turbinenaggregats, die in Fig. 2, 3 und 5 dargestellt sind, nach dem Zusammenbau.
Fig. 7 zeigt im Längsschnitt den allgemeinen Auf bau einer abgeänderten Ausbildungsform des Unter setzungsgetriebes.
Die schematische Darstellung in Fig. 1 lässt ledig lich die allgemeine Anordnung des Turbinenaggre gats erkennen, das während des Betriebes in einem senkrechten Bohrloch angeordnet ist. Die bei 1 all gemein angedeutete Turbine umfasst ein nachstehend als Läufer bezeichnetes Laufschaufelsystem 2 und ein diesem zugeordnetes, nachstehend als Stator bezeichnetes Schaufelsystem 3. Der Läufer 2 ist auf einer Läuferwelle 4 angeordnet, während der Stator 3 mit der Innenseite der Bohrerwelle 5 verkeilt ist.
Die Läuferwelle 4 und die Bohrer welle 5 sind durch ein zweistufiges Planetenrad- untersetzungsgetriebe 6, dessen Gehäuse in das äussere Gehäuse 7 eingebaut ist, miteinander gekup pelt. An seinem oberen Ende ist das Gehäuse 7 mit einem Innengewinde 8 versehen, damit man das Aggregat mit dem unteren Ende eines hier nicht dar gestellten Bohrgestänges verbinden kann, und das untere Ende des Turbinenaggregats besitzt ein Au ssengewinde 9 zum Verbinden des Aggregats mit einem Bohrer oder Meissel (nicht dargestellt).
Zum Betreiben der Turbine dient eine Bohrflüssigkeit, die durch das Bohrgestänge hindurch nach unten gepumpt wird und das Aggregat längs der gestrichel ten Pfeile 10 durchströmt. Es sei bemerkt, dass in Fig. 1 die Einzelheiten verschiedener Dichtungen und anderer Bestandteile fortgelassen sind, dass der Strö- mungsmittelstrom jedoch tatsächlich gezwungen ist, sich längs der eingezeichneten Bahn zu bewegen.
Die die Turbine passierende Bohrflüssigkeit bewirkt eine Drehbewegung des Läufers 2 und der Läufer welle 4 in Richtung des Pfeils 11, während der Stator 3 in der durch den Pfeil 12 angedeuteten ent gegengesetzten Richtung umläuft. Da der Stator 3 mit der Innenseite der Bohrwelle 5 verkeilt ist, gibt der Pfeil 12 auch die Drehrichtung der Bohrerwelle an.
Die Läuferwelle 4 treibt das Sonnenrad 13 der ersten Stufe des Untersetzungsgetriebes 6 an; die Drehrichtung des Sonnenrades ist ebenso wie die jenige der übrigen Bauteile des Untersetzungsgetrie- bes 6 in Fig. 1 jeweils durch in die betreffenden Bau teile eingezeichnete Pfeile angegeben.
Die Planeten ritzel 14 der ersten Getriebestufe sind in einem an dem Gehäuse 15 des Getriebes befestigten Käfig drehbar gelagert, und das Gehäuse 15 ist seinerseits mit dem Gehäuse 7 fest verbunden, so dass der Pla- netenritzelkäfig der ersten Stufe des Untersetzungs- getriebes gegenüber dem Gehäuse 7 feststeht. Infolge dessen wird das Innenzahnrad 16 der ersten Stufe in einer zur Drehrichtung des Sonnenrades 13 ent gegengesetzten Drehrichtung angetrieben.
Das Innen zahnrad 16 ist mit dem Sonnenrad 17 der zweiten Stufe verbunden, deren Innenzahnrad 18 an dem Gehäuse 15 befestigt ist und somit gegenüber dem Gehäuse 7 feststeht. Der Planetenritzelkäfig 19 der zweiten Stufe des Getriebes 6 ist mit der Bohrer welle 5 verbunden, so dass sich letztere in der glei chen Richtung dreht wie das Sonnenrad 17.
Wenn Bohrflüssigkeit durch die Vorrichtung hindurchge- pumpt wird, wird somit die Bohrerwelle 5 in Drehung versetzt, wobei das Drehmoment zum Teil unmittel bar von der Turbinendrehmomentreaktion auf den Stator 3 und zum Teil mittelbar von dem Antrieb des Läufers 2 über das Getriebe 6 stammt.
An der Bohrerwelle 5 ist ein das untere Ende der Läuferwelle 4 unterstützendes Drucklager 20 der Bauart Kingsbury vorgesehen, das auf die Bohrer welle 5 die nach unten gerichtete Schubkraft über trägt, die auf die Läuferwelle 4 durch den auf den Läufer 3 und die Läuferwelle 4 wirkenden resultie renden hydraulischen Druck aufgebracht wird.
Weitere Drucklager 21 und 22 sind zwischen der Bohrerwelle 5 und dem Gehäuse 7 vorgesehen. Das Lager 21 überträgt die nach unten gerichtete Schubkraft von dem Gehäuse 7 auf die Bohrerwelle 5 und somit auch auf den Bohrer, doch während des Betriebes unter Bohrbedingungen ist diese Schubkraft nicht gleich dem gesamten Bohrergewicht, denn ein Teil des letzteren wird infolge des auf die Turbine 1 und die Bohrerwelle 5 wirkenden resultierenden hy draulischen Drucks auf die Bohrerwelle 5 aufgebracht.
Unter Bohrbedingungen kann die auf dem Lager 21 ruhende Last einen verhältnismässig kleinen Teil des Bohrergewichts ausmachen, der beispielsweise unter dem weiter unten für dieses besondere Turbinen aggregat angegebenen Konstruktionsbedingungen etwa ein Drittel des Gesamtbohrergewichtes und unter be stimmten Umständen erheblich weniger ausmacht.
Das Lager 22 ist vorgesehen, um die Lage der Bohrerwelle 5 gegenüber dem Gehäuse vollständig zu bestimmen, und es dient dazu, eine nach oben gerichtete Zugkraft von dem Gehäuse 7 auf die Boh- rerwelle 5 zu übertragen, wie es z. B. erforderlich ist, wenn der Bohrer nicht mit dem Boden eines Bohr lochs in Berührung steht, oder wenn das Bohrge stänge nach oben gezogen wird, um ein Bohrmeissel zu lockern, der steckengeblieben ist.
Ein Vorteil des Aufbaus des Aggregats nach Fig. 1 besteht darin, dass nur ein Teil der erzeugten Leistung über das Untersetzungsgetriebe auf den Bohrer übertragen wird, denn der Stator 3 ist un mittelbar mit der Bohrerwelle 5 gekuppelt; ein weite rer Teil der Leistung wird durch die Drehmoment reaktion auf den Stator 3 erzeugt. Tatsächlich beträgt die bei dem beschriebenen Aggregat durch das Unter- setzungsgetriebe 6 übertragene Leistung etwa 90 der Gesamtleistung, und dieser Prozentsatz kann in man chen Fällen sogar noch niedriger liegen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Drucklager 21 und 22 um die Turbinenbeschaufelung herum angeordnet sind und daher nicht zu einer grösseren Länge des Aggregats führen; das Aggregat besitzt daher eine er heblich geringere Länge als ein ähnliches Aggregat, bei dem der Stator stillsteht, während der Läufer den Bohrmeissel über ein zwischen dem Läufer und dem Bohrmeissel angeordnetes Untersetzungsgetriebe an treibt. In diesem Falle muss man das Drucklager unterhalb des Getriebes anordnen, wodurch sich die Länge des Aggregats vergrössert.
Ferner ist die Baulänge des Aggregats kleiner als bei einem A-@regat, das eine mehrstufige Turbine und einen unmittelbaren Antrieb vom Läufer zum Bohrmeissel umfasst. Weiterhin ist es bei der beschrie benen Vorrichtung möglich, das Getriebe als Teil aggregat auszubilden, so dass man es leicht als Gan zes aus- und einbauen kann. Die Läuferwelle 4 und die Bohrerwelle 5 liegen gleichachsig am gleichen Ende des Gehäuses 15.
Das andere Ende des Ge häuses umschliesst eine Druckausgleichseinrichtung, die reichlich bemessen ist, um den Druck des Schmierstoffs innerhalb des Getriebes im wesent lichen auf gleicher Höhe mit dem Druck der Bohr flüssigkeit an der Aussenseite zu halten, und um hier durch ein Eindringen von Bohrflüssigkeit in das Ge triebe 6 zu verhindern.
Das hier beschriebene Turbinenaggregat ist so konstruiert, dass es bei einer Bohrmeisseldrehzahl von 500 Umdrehungen in der Minute und bei einer Was- serzirkulationsgeschwindigkeit von etwa 2,3 m-/min eine Leistung von rund 100 PS entwickelt und mit einem Bohrergewicht in der Grössenordnung von etwa 18 000 kg arbeitet. Fig. 2 bis 6 zeigen weitere Einzel heiten der Konstruktion.
Fig. 2, 3 und 5 zeigen drei Abschnitte des Aggregats, die sich zu einem Gesamt aggregat zusammenbauen lassen. Der Aussendurch messer des nachstehend beschriebenen Aggregats be trägt etwa 19,7 cm, während die Länge zwischen den Schultern etwa 120 cm beträgt.
Es sei jedoch bemerkt, dass diese Konstruktionsdaten mehr oder weniger willkürlich gewählt sind und dass man die Einzelheiten der Konstruktion entsprechend variieren muss, um sie gegebenen Bedingungen anzupassen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass sich die Konstruktionsdaten weitgehend nach der Qualität der verfügbaren Bohrmeissel richten. Da zu erwarten ist, dass die Güte der Bohrer ständig ver bessert wird, um beispielsweise höhere Bohrerdrehzah- len zuzulassen, könnte es erforderlich werden, die Konstruktionsdaten erheblichen Änderungen zu un terziehen.
Es könnte beispielsweise erforderlich wer den, nur ein einstufiges Untersetzungsgetriebe vor zusehen und/oder eine Turbine zu benutzen, die an ders ausgebildet ist als die bei der hier beschriebenen Vorrichtung verwendete.
Obwohl das ganze Aggregat ziemlich verwickelt aufgebaut ist, lässt es sich verhältnismässig einfach zu sammenbauen, denn das Getriebe 6 (Einzelheiten siehe Fig. 2), die Turbine 1 (Einzelheiten siehe Fig. 3) und das Teilaggregat 23 (Einzelheiten siehe Fig. 5), wel ches das Gehäuse 7, die Bohrerwelle 5 und die Lager 21 und 22 umfasst, stellen jeweils bauliche Einheiten dar. Es lässt sich somit auch leicht in die drei Teil aggregate zerlegen, um Wartungsarbeiten vorzuneh men oder Teilaggregate auszutauschen.
Fig. 6 lässt in Umrisslinien die drei zusammenge bauten Teilaggregate erkennen.
Bei dem Untersetzungsgetriebe 6, das in Fig. 2 in einem die Längsachse enthaltenden Schnitt in Einzel heiten dargestellt ist, handelt es sich um ein zwei stufiges Planetengetriebe von im wesentlichen be kannter Ausführung, das eine Herabsetzung der Drehzahl im Verhältnis 10,55 : 1 ermöglicht. Fig.2 zeigt dieses Getriebe in derjenigen Stellung, die es einnimmt, wenn das Turbinenaggregat innerhalb eines senkrechten Bohrlochs betrieben wird. Das Getriebe ist als selbständige Einheit ausgebildet, die sich zu Wartungs- und Austauschzwecken leicht in das Ge häuse 7 des Turbinenaggregats einbauen bzw. aus ihm ausbauen lässt.
Das Getriebe 6 besitzt ein Ge häuse 15 mit acht axialen Rippen 42 und 43, die an der Aussenseite des Gehäuses in Abständen ver teilt sind; in Fig.2 sind nur einige dieser Rippen sichtbar. Ferner umfasst das Gehäuse einen gewölbten Deckel 40. Die Rippen 42 und 43 tragen Vorsprünge 44 bzw. 45 und passen entsprechend der an Hand von Fig. 5 und 6 gegebenen Beschreibung in Keil nuten, die in das Gehäuse 7 des Turbinenaggregats mit Hilfe von Räumwerkzeugen eingeschnitten sind.
Das Gehäuse 15 ist gegen radiale Bewegungen inner halb des Gehäuses 7 nur in der Nähe seiner Enden durch die Vorsprünge 44 und 45 gesichert, so dass es keinen Biegemomenten ausgesetzt ist, die durch den Bohrmeissel infolge exzentrischer Belastung auf gebracht werden könnten. Zur Aufnahme von Dreh momenten ist das Gehäuse 15 jedoch über die ge- samte Länge der Rippen 42 und 43 abgestützt.
In dem gewölbten Deckel 40 sind einige Öffnun gen 41 vorgesehen, um den Bohrschlamm in das Innere des Deckels und in einen Raum gelangen zu lassen, der die Aussenseite eines Druckausgleichsbal- ges 46 aus Polytetrafluoräthylen umgibt, welcher wie unten beschrieben - vorgesehen ist, um die Strö- mungsmitteldrücke innerhalb und ausserhalb des die Zahnräder aufnehmenden Hohlraums im wesentlichen auszugleichen und so das Eindringen von Bohrflüssib keit in das in dem Hohlraum vorhandene Schmier mittel möglichst weitgehend auszuschalten.
In das obere Ende des Balges 46 ist ein Entlüftungsventil 47 eingebaut, damit die Luft ausgetrieben werden kann, wenn der die Zahnräder enthaltende Raum mit dem Schmiermittel gefüllt wird. Die Basis des Balges bzw. der Rohrmembran 46 ist zwischen dem Flanschring 48 und dem Flansch 50 eingespannt; der Flanschring 48 ist mit dem Flansch 50 durch zwölf Schrauben 49 verbunden, von denen in Fig.2 nur eine sichtbar ist.
Der Tragflansch 50 für den Balg wird in dem Gehäuse 15 durch vier Flanschstifte 51 festgehalten, von denen man in Fig. 2 nur einen er kennt. in eine Nut am Umfang des Flansches 50 ist ein Dichtungsring 52 von kreisrundem Querschnitt eingesetzt, um das Durchtreten von Flüssigkeit zwi schen der Innenfläche des Gehäuses 15 und der Aussenfläche des Flansches 50 zu verhindern.
Die Zusammendrückung des Balges 46 durch die Bohr flüssigkeit steigert den Schmiermitteldruck innerhalb des das Getriebe enthaltenden Hohlraums, so dass der Druckunterschied längs des Dichtungsrings 52 gegen über der Bohrflüssigkeit vernachlässigbar klein ist. In dem Flansch 50 ist eine normalerweise mittels eines Stopfens 53 verschlossene Öffnung vorgesehen, da mit man das Getriebegehäuse mit Schmierstoff füllen bzw. den Schmierstoffvorrat ergänzen kann. Der Stopfen 53 trägt einen Dichtungsring 54 von kreis rundem Querschnitt.
Eine Welle 55, bei der es sich um die Antriebs welle der ersten Stufe des Untersetzungsgetriebes 6 handelt, trägt auf ihrem oberen Ende ein Sonnenrad 13, das durch einen Ring 56 in seiner Lage gehalten wird. Das Sonnenrad 13 kämmt mit drei Planeten ritzeln 14, von denen in Fig. 2 nur eines zu erkennen ist. Diese Ritzel sind auf Bolzen 57 drehbar gelagert; zwischen den Lagerbolzen 57 und den Ritzeln 14 sind Lagerbuchsen 58, die vorzugsweise aus Wolfram karbid bestehen, angeordnet. Die Ritzellagerbolzen 57 sind an einem Planetenritzelkäfig 59 befestigt, der seinerseits mit dem Gehäuse 15 verkeilt ist.
Halte ringe 60, die in in dem Ritzelkäfig 59 vorgesehene Nuten hineinfedern, verhindern eine axiale Verlage rung der Ritzellagerbolzen 57. Ein Innenzahnkranz 16 kämmt mit den Planetenritzeln 14 und wird durch letztere angetrieben; dieser Innenzahnkranz besteht aus einem Stück mit einem zylindrischen Bauteil 61, das praktisch sowohl die angetriebene Welle der er sten Stufe als auch die antreibende Welle der zweiten Stufe darstellt und die Welle 55 koaxial umgibt. Innerhalb des Bauteils 61 sind Lagerbuchsen 62 und 63 vorgesehen, um ein Fressen für den Fall zu ver hüten, dass infolge einer Abnutzung der Zahnräder eine Berührung mit der Welle 55 eintritt.
Das Son nenrad 17 der zweiten Getriebestufe ist auf das untere Ende der Hohlwelle 61 aufgesetzt und kämmt mit vier Planetenritzeln 39, von denen in Fig. 2 nur zwei sichtbar sind. Diese Planetenritzel 39 werden in dem Käfig 19 durch Planetenradlagerbolzen 64 sowie durch ebenfalls vorzugsweise aus Wolfram- karbid bestehende Lagerbuchsen 65 gehalten; wie bei der ersten Stufe sind auch hier Sicherungsringe 66 für die Lagerbolzen vorgesehen. Die Planeten- rit7el 39 kämmen mit dem feststehenden Innenzahn kranz 18, der mit dem Gehäuse 15 verkeilt ist.
Der Ritzelkäfig 19 ist innerhalb des Gehäuses 15 durch ein oberes Lager 67 und ein unteres Lager 68 ab gestützt, und die Welle 55 ist in dem Käfig 19 mit tels einer Lagerbuchse 69 drehbar gelagert.
Das obere Lager 67 für den Planetenritzelkäfig ist in einen Lagertrag- und -abstandsring 70 einge baut, der seinerseits mit dem Gehäuse 15 verkeilt ist; um das Lager 67 in seiner Lage zu halten, ist in den Abstandsring 70 eine Klemmschraube 71 ein gesetzt.
Der Abstandsring 70 wird zwischen den obe ren Enden der Keilnuten in dem Gehäuse 15 und dem oberen Ende des Innenzahnkranzes 18 festge halten, und ein weiterer Abstandsring 72 befindet sich zwischen dem Innenzahnkranz 18 und dem unteren Lager 68 für den Planetenritzelkäfig, das sich an einer in dem Gehäuse 15 vorgesehenen Schulter ab stützt. Damit man dem die Zahnräder enthaltenden Hohlraum Schmierstoff zuführen kann, sind an meh reren Stellen zwischen den Planetenradlagerbolzen 64 normalerweise durch die Stopfen 73 verschlossene Öffnungen vorgesehen, die sich durch den Käfig 19 hindurch nach oben erstrecken.
Die Stopfen 73 tra gen Dichtungsringe 74 von kreisrundem Querschnitt.
Der Ritzelkäfig 19 trägt eine zylindrische Ver längerung 75, die als angetriebene Welle des Unter setzungsgetriebes 6 wirkt. Ein Dichtungsaggregat, das aus einem magnetischen Dichtungs- und Verschleiss ring 76, einem Dichtungsring 77 von kreisrundem Querschnitt und einem magnetischen Abdichtungs teil 78 besteht, das seinerseits einen Dichtungsring 78a von kreisrundem Querschnitt und eine Klemm schraube 78b trägt, ist vorgesehen,
um das Eindrin gen von Bohrflüssigkeit zwischen dem Käfig 19 und der Antriebswelle 55 hindurch in den die Zahnräder enthaltenden Hohlraum zu verhindern. In ähnlicher Weise ist ein Dichtungsaggregat, das aus einem Ab dichtungsteil 79, einem Abdichtungs- und Verschleiss ring 80, einem Haltering 81, der in eine Nut in der Verlängerung 75 hineinfedert, sowie einem Dich tungsring 82 von kreisrundem Querschnitt besteht, zwischen der Verlängerung 75 und dem Gehäuse 15 vorgesehen.
Das Abdichtungsteil 79 ist in dem Dich tungshaltering 83 befestigt, der seinerseits in dem Ge häuse 15 durch Klemmschrauben 84 in seiner Lage gehalten wird. Das obere Ende dieses Halterings drückt gegen das untere Lager 68 des Planetenritzel- käfigs und hält es in seiner Lage. In eine Nut in der Aussenfläche des Rings 83 ist ein Dichtungsring 85 von kreisrundem Querschnitt eingelegt, um eine Ab dichtung zwischen der Aussenfläche des Rings und der Innenfläche des Gehäuses 15 zu bewirken.
Keines dieser Dichtungsaggregate, die vorgesehen sind, um das Eindringen von Bohrflüssigkeit in den Getrieberaum an dessen unterem Ende zu verhindern, hat einem Druckunterschied standzuhalten, der gleich dem vollen hydrostatischen Druck der Bohrflüssigkeit ist, denn der Druckausgleichsbalg 46 ist auf seiner Aussenseite dem Druck der Bohrflüssigkeit ausgesetzt, die von dort aus durch die axialen Kanäle längs der Aussenseite des Gehäuses 15 weiterströmt und infolgedessen das Schmiermittel innerhalb des Ge trieberaums unter einem Druck hält,
der praktisch sogar höher ist als der Druck der Bohrflüssigkeit an der Aussenseite der Dichtungsaggregate, da inner halb der Bohrflüssigkeit beim Durchströmen der Ka- näle am Umfang des Gehäuses 15 ein geringer Druck- abfall stattfindet. Aus diesem Grunde würde eher der Schmierstoff das Bestreben zeigen, längs der Abdich tungen aus dem Getrieberaum auszutreten, als dass Bohrflüssigkeit in den Hohlraum eintritt.
Sowohl die Antriebswelle 55 als auch die Ver längerung 75 des Ritzelkäfigs 19 sind mit Keilver zahnungen 86 bzw. 87 versehen, damit man die Läuferwelle 4 und die Bohrerwelle 5 gemäss Fig. 6 mit der antreibenden Welle 55 bzw. mit der an getriebenen Welle 75 des Untersetzungsgetriebes 6 derart kuppeln kann, dass die Teile durch eine ein fache axiale Bewegung leicht voneinander gelöst wer den können.
Wenn man die Keilbahnen an der Läu ferwelle 4 und der Bohrerwelle 5 ballig ausbildet, d. h. wenn man den Aussenkanten der Keilbahnen eine geringe Krümmung in Längsrichtung gibt, kann man einen kleinen axialen Fluchtungsfehler zulassen, so dass beispielsweise von einer exzentrischen Bohrer belastung herrührende Biegemomente nicht von der Läuferwelle 4 oder der Bohrerwelle 5 auf das Unter setzungsgetriebe 6 übertragen werden.
Die patronenförmige Turbine 1, die im wesent lichen aus dem Läufer 2 und dem Stator 3 besteht, ist in Fig. 3, die ebenso wie Fig. 2 einen Schnitt längs einer die Längsachse enthaltenden Ebene darstellt und im gleichen Massstab gehalten ist wie Fig.2, in Einzelheiten dargestellt.
Um die Länge von Fig. 3 zu verringern, ist jedoch der Tragring 108 unterbro chen bzw. verkürzt dargestellt; die Länge dieses Trag rings ist derart, dass das Gewinde 128 (Fig. 6) das aus Fig. <I>5B</I> ersichtliche Gewinde 29 aufnehmen kann. Mit der Läuferwelle 4 sind mittels zweier Längs keile 101, von denen in Fig. 3 nur einer sichtbar ist, sieben Läuferschaufelkränze 100 verkeilt. Axiale Be wegungen der Schaufelkränze oder -ringe 100 werden durch die Haltemutter 102 verhindert, die mit einer Klemmschraube 103 versehen ist und die Ringe 100 an eine am oberen Ende der Läuferwelle 4 vorge sehene Schulter andrückt.
Die Laufschaufeln sind an den Ringen 100 in der üblichen Weise befestigt. Einzelheiten über die Schaufelform usw. werden wei ter unten angegeben.
Die auf die Läuferwelle 4 wirkende axiale Schub kraft wird auf die Bohrerwelle 5 durch ein Läufer drucklager 20 übertragen, das als Lager der Bauart Kingsbury ausgebildet und am unteren Ende der Läu ferwelle 4 vorgesehen ist. Dieses Lager wird durch Rippen oder Stege 109 unterstützt, die an dem Trag- ring 108 befestigt sind, der seinerseits - wie auch aus Fig. 6 ersichtlich - an seinem unteren Ende durch das Aussengewinde 128 mit der Bohrerwelle 5 verbunden ist.
Bei dem Lager 20 ist ein Lagerklotz 104 mit der Läuferwelle 4 durch einen Keil 105 ver bunden. Die Unterseite des Klotzes 104 greift an den Lagerstücken 106 an, von denen in Fig. 3 nur eines sichtbar ist, und die durch das Lagergehäuse 107 unterstützt werden, das von den Rippen 109 getra gen wird, mittels deren es an dem Tragring 108 be- festig t ist. Das untere Ende des Lagergehäuses 107 ist mittels eines Lagerdeckels 111 verschlossen, der in den Lagerkörper 20 eingeschraubt ist.
In dem Raum zwischen dem Lagerklotz 104 und dem Lager gehäuse 107 ist ein Dichtungsaggregat vorgesehen, um zu verhindern, dass Bohrflüssigkeit in den Innen raum 110 des Lagers eindringt; dieses Dichtungs aggregat besteht aus einem Verschleissring 112, einem Dichtungsring 113 von kreisrundem Querschnitt, einem im Querschnitt keilförmigen Ring 115 aus dem unter der Bezeichnung Teflon erhältlichen Mate rial, einem Ring 114 aus Kohle bzw. Graphit und einer Anzahl von Federn 116a, die in ein durch eine Klemmschraube 116b festgehaltenes Dichtungsteil 116 eingesetzt sind. Ein federnder Ring<B>117</B> hält den Verschleissring 112 entgegen dem Druck der Federn 116a in seiner Lage.
Der Hohlraum 110 ist an seinem unteren Ende durch einen Faltenbalg bzw. eine Rohrmembran 118 verschlossen, die an dem Lagergehäuse 107 mittels eines ringförmigen Bau teils 119 befestigt ist; letzteres trägt einen Dichtungs ring 120 von kreisrundem Querschnitt, um zu ver hindern, dass Bohrflüssigkeit längs des Rings 119 in den Hohlraum 110 eindringt.
Die Rohrmembran 118 wirkt als Druckausgleichseinrichtung, um den Strömungsmitteldruck in dem Hohlraum 110 im we sentlichen auf gleicher Höhe mit dem Druck der ausserhalb zirkulierenden Bohrflüssigkeit zu halten, welch letztere über den axialen Kanal in dem Kap penteil 111 Zutritt zu der Aussenseite der Rohr membran 118 hat. Zum Füllen bzw. Nachfüllen des Hohlraums 110 mit Schmiermittel dient der Kanal 121, der normalerweise durch einen mit einem Dich tungsring 123 von kreisrundem Querschnitt ver- sehenen Stopfen 122 verschlossen ist. Ein Radial lager 124 stützt die Läuferwelle 4 innerhalb des Lagergehäuses 107 in radialer Richtung ab.
Das obere Ende der Läuferwelle 4 trägt eine Keilverzahnung 125, damit man die Läuferwelle mit der Antriebswelle 55 des Untersetzungsgetriebes kup peln kann; die Keilbahnen 125 sind in der bereits angedeuteten Weise ballig ausgebildet.
Der Stator 3 setzt sich aus acht die Stator- bzw. Leitschaufeln tragenden Ringen 126 zusammen. In Fig.4 sind die zusammengebauten Statorringe 126 - teilweise aufgeschnitten - perspektivisch darge stellt, wobei die Statorschaufeln fortgelassen sind, um die Darstellung deutlicher zu halten. Die Ringe 126 sind jeweils am einen Ende an der Aussenseite und am anderen Ende auf der Innenseite abgestuft, so dass man sie gemäss Fig. 4 teilweise ineinanderschie- ben kann.
Die Ringe besitzen zwei einander diametral gegenüberliegende Keilnuten 130, in die zwei Nasen keile 127 federnd eingesetzt sind, um die Ringe mit einander zu verspannen. Diese Keile 127 stehen gegenüber den Aussenflächen der Ringe 126 nach aussen vor und dienen ausserdem dazu, den Stator mit der Bohrerwelle 5 zu verkeilen, was an Hand von Fig. 6 noch erläutert wird.
Am rechten Ende von Fig. 4, das dem unteren Ende von Fig. 3 ent spricht, erstrecken sich die Keile 127 ein kleines Stück über den letzten Ring 126 hinaus, und diese vorspringenden Teile weisen Kerben bzw. Nuten<I>127a</I> auf, die gegebenenfalls das Entfernen der Keile er leichtern. In Fig. 3 erkennt man, dass die unteren Enden der Keile 127 mit dem Abstandsring 129 in Berührung stehen, dessen unteres Ende an dem Trag ring 108 anliegt.
Das Gewinde<B>128</B> an dem Tragring <B>108</B> lässt sich in ein entsprechendes Gewinde 29 der Bohrerwelle 5 (siehe Fig. 6) einschrauben, und zum Festhalten des Tragrings dient ein federnder Halte ring. Er verspannt die Statorringe 126, den Abstands ring 129 und den Tragring 108 mit der innenliegen den Schulter der Bohrerwelle 5 (siehe Fig. 6). Gemäss Fig. 3 ist die Lage des Stators 3 gegenüber dem Läu fer 2 nicht vollständig bestimmt, und wenn die Tur bine 1 vor dem Zusammenbau bzw.
Einbau und während desselben als gesondertes Aggregat behan delt werden soll, kann es zweckmässig sein, den Sta- tor 3 dadurch in die richtige Lage zu bringen, dass man geschmolzenes Wachs in die Zwischenräume der Schaufeln eingiesst und das Wachs erstarren lässt. Dieses Wachs lässt sich erforderlichenfalls leicht ent fernen. Um eine Beschädigung der Statorschaufeln der ersten Stufe beim Zusammenbau oder während des Transports usw. zu verhindern, ist ein Schutz ring 132 vorgesehen.
Fig. 5 zeigt das Lageraggregat 23 (Fig. 1 und 6) in einem die Längsachse enthaltenden Schnitt. Diese Figur besteht aus den beiden Teilen 5A und 5B, die im folgenden gemeinsam als Fig. 5 bezeichnet sind;
das untere Ende von Fig. 5A schliesst sich an das obere Ende von Fig. 5B an. Fig. 5 ist im glei chen Massstabe gezeichnet wie Fig. 2 und 3, und der an der in Fig. 5A eingezeichneten Bruchstelle fort gelassene Abschnitt besitzt eine solche Länge, dass die Gesamtlänge des vollständigen Turbinenaggregats zwischen seinen Schultern 120 cm beträgt.
Das Aggregat 23 besteht aus zwei Hauptteilen, nämlich der Bohrerwelle 5 und dem Gehäuse 7. Dieses Aggregat ist in Fig. 5 in derjenigen Lage dar gestellt, die es bei einem Turbinenaggregat einnimmt, welches in einem senkrechten Bohrloch arbeitet. Das obere Ende des Gehäuses 7 trägt ein Innengewinde 150, damit man das Gehäuse in der üblichen Weise mit dem unteren Ende eines Bohrgestänges, eines Bohrkragens oder einer Stösseleinrichtung verbinden kann. Das untere Ende der Bohrerwelle 5 ist mit einem Aussengewinde 151 versehen, das es ermög licht, die Welle mit einem Werkzeuganschlussstück 152 zu verbinden.
Ferner umfasst das Aggregat 23 Axial- bzw. Drucklager 21 und 22 sowie ein Radiallager 153; diese in der üblichen Weise ausgebildeten Lager sind in dem Raum zwischen dem Gehäuse 7 und der Bohrerwelle 5 angeordnet. Die Lager 21, 22 und 153 sind gegen axiale Bewegungen durch eine Haltemut ter 157 gesichert, die in ein Innengewinde des Ge häuses 7 eingeschraubt ist.
Um zu verhindern, dass Bohrschlamm in den die Lager 21, 22 und 153 enthaltenden Hohlraum 154 eindringt, sind Dichtungsaggregate 155 und 156 vor gesehen, die ebenso ausgebildet sind wie die Abdich tungen des das Drucklager 20 für die Läuferwelle 4 enthaltenden Hohlraums.
Oberhalb des Dichtungsaggregats 155 befindet sich ein weiterer Hohlraum 158 zwischen dem strom linienförmigen Führungsstück 159, dem Gehäuse 7 und der Bohrerwelle 5. Das stromlinienförmige Füh- rungs- oder Einsatzstück 159, dessen gekrümmte Oberseite einen Teil der Innenfläche der Kanäle für die Bohrflüssigkeit bildet (Fig. 1), ist mit dem Ge häuse 7 durch Klemmschrauben 171 verbunden.
Zwischen der Innenfläche des Einsatzstücks 159 und der Oberfläche der Bohrerwelle 5 verbleibt ein enger radialer Spalt, so dass während des Betriebes Bohr flüssigkeit in den Hohlraum 158 eintreten kann. Dieser Hohlraum enthält eine Druckausgleichsein- richtung für den Lagerraum 154 in Gestalt von zwei ringförmigen Balgen 160 und 161, die an ihren obe ren Enden durch eine Abdichtungsplatte 162 mit einander verbunden und an einem ringförmigen Bau teil 163 befestigt sind.
Diese Einrichtung ist an ihrer Aussenseite dem hydrostatischen Druck der Bohr flüssigkeit ausgesetzt, bevor diese durch die Turbine 1 hindurchströmt, und sie hat die Aufgabe, den Druck des Schmierstoffs innerhalb des Lagerraums 154 auf einen im wesentlichen ebenso grossen Wert zu steigern, um das Durchtreten von Flüssigkeit längs der Dichtungsaggregate 155 und 156 möglichst weit gehend auszuschalten. Allerdings stellt sich an dem Dichtungsaggregat 156 ein Druckunterschied ein, der dem Druckabfall in der Turbine 1 entspricht.
Ein Dichtungsring 164 von kreisrundem Quer schnitt liegt in einer Nut an der Aussenseite des Rings <B>163,</B> um eine Abdichtung zwischen der Aussenfläche des Rings und der Innenfläche des Gehäuses 7 zu bewirken; ein weiterer Dichtungsring 165 von kreis rundem Querschnitt ist zwischen dem Tragring 163 und einem Verschleissring 166 vorgesehen. Durch einen Abstandsring 188 wird der Ring 163 gegen eine innerhalb des Gehäuses 7 ausgebildete Schulter gedrückt und in einem Abstand von dem stromlinien förmigen Einsatzstück 159 gehalten.
Dem Hohlraum 154 kann man erforderlichenfalls ein Schmiermittel durch den Kanal 167 hindurch zuführen, der nor malerweise durch einen Stopfen 168 verschlossen ist, der einen Dichtungsring 169 von kreisrundem Quer schnitt trägt und in der Öffnung des Kanals 167 durch einen federnden Ring 170 festgehalten wird.
Ein weiteres Dichtungsaggregat, das aus einem inneren Tragring 172, einem Packungs- oder Füll ring 173, einer Anzahl von Dichtungsmanschetten 174, einem Füllring 175, einem Dichtungsgehäuse 176 und einem äusseren Tragring 177 besteht, ist unterhalb des Dichtungsaggregats <B>156</B> angeordnet, um den Spalt zwischen dem unteren Ende des Ge häuses 7 und der Bohrerwelle 5 abzudichten.
Öff nungen bzw. Kanäle 184 in der Bohrerwelle 5 und entsprechende Kanäle 184a (Fig.3) in dem Trag ring 108 der Turbine 1 ermöglichen es, dass Bohr- flüssigkeit von dem Auslassraum der Turbine aus in den Hohlraum<B>183</B> ausserhalb des Dichtungsaggregats 156 eintritt. Der Druckabfall längs des Aggregats 156 ist dann nur gleich dem Druckabfall längs der Turbine 1, während der Druckabfall längs dem er wähnten weiteren Dichtungsaggregat gleich dem Druckabfall zwischen dem Turbinenauslassraum und dem Bohrloch ausserhalb des Gehäuses 7 ist.
Das Gehäuse 176 des zusätzlichen Dichtungsaggregats ist in axialer Richtung durch einen federnden Haltering 178 festgelegt. In einer Nut an der Aussenseite des Dichtungsgehäuses 176 ist ein Dichtungsring<B>179</B> von kreisrundem Querschnitt vorgesehen, um eine Ab dichtung zwischen der Aussenfläche des Gehäu ses 176 und der Innenfläche des Gehäuses 7 zu bewirken.
Der äussere Dichtungstragring 177, der durch den Sprengring 178 stets unverlierbar festge halten wird, wird während des Betriebes mit dem Werkzeuganschlussstück 152 durch eine Klemm schraube 180 verbunden, die durch einen Sprengring 181 gegen eine Lockerung gesichert ist. Ein weiterer Dichtungsring 182 von kreisrundem Querschnitt liegt in einer Nut des Werkzeuganschlussstücks 152.
Das Lageraggregat 23 weist ferner verschiedene Merkmale auf, welche den Zusammenbau des Tur binenaggregats und seinen Betrieb betreffen. Hierzu gehören die Keilbahnen 185 am oberen Ende der Bohrerwelle 5, die in eine entsprechende Keilver zahnung in der Verlängerung 75 (Fig. 2) der ange triebenen Welle des Getriebes 6 (Fig. 6) passen. Ebenso wie die Keilbahnen<B>125</B> (Fig. 3) der Läufer welle 4 sind die Kanten der Keilbahnen 185 in Längs richtung leicht gewölbt oder ballig ausgebildet, so dass bei exzentrischer Belastung ein Fluchtungsfehler zwi schen den Achsen zulässig ist.
Ausserdem sind das obere Ende der Bohrerwelle 5 durchsetzende Kanäle 190 vorgesehen, damit die Bohrflüssigkeit aus dem Raum an der Aussenseite des Gehäuses 15 des Ge triebes 6 zum Einlass der Turbine 1 strömen kann (Fig. 6).
Ein am unteren Ende der Bohrerwelle 5 vorgesehenes Innengewinde 29 dient zur Aufnahme des Aussengewindes 128 der Turbine 1; ferner ist eine Nut 192 vorgesehen, die einen Sprengring auf- nimmt. Am unteren Ende des Werkzeug anschluss- stücks 152 wird ein Sieb<B>186</B> durch einen Spreng- ring 187 in seiner Lage gehalten;
dieses Sieb verhin dert, dass im Falle des Zurückströmens von Bohr flüssigkeit grobe Feststoffe in die Turbine gelangen. An der Innenseite des Gehäuses 7 sind Keilbahnen 191 zur Aufnahme der Rippen 42 und 43 des Ge häuses 15 des Getriebes 6 ausgebildet.
Nachstehend wird der Zusammenbau der ver schiedenen Teilaggregate an Hand von Fig. 6 erläu tert, die einen Längsschnitt durch das gesamte Tur binenaggregat wiedergibt; Fig. 6 ist jedoch nicht im gleichen Massstabe gezeichnet wie Fig. 2, 3 und 7.
Das Getriebe 6 bildet eine konstruktive Einheit und lässt sich von oben in das Gehäuse 7 des Aggregats 23 einschieben, nachdem man das Werkzeuganschluss- stück 200 entfernt hat, das gemäss Fig. 6 in das Innengewinde 150 am oberen Ende des Gehäuses 7 eingeschraubt ist.
Beim Einschieben des Getriebe aggregats 6 von oben gleiten die Rippen 42 und 43 in die Keilnuten 191 in dem Gehäuse 7, bis ein ge teilter Tragring 201, der federnd in den Raum hinter den Vorsprüngen 44 der Rippen 42 passt, an einer Schulter 202 an der Innenseite des Gehäuses 7 an stösst. Vor dem Festziehen des Werkzeuganschluss-. Stücks 200 wird ein konischer Ring 203 eingesetzt, durch den das Getriebeaggregat 6 endgültig festge spannt wird.
Wenn das Getriebe 6 richtig eingebaut ist, greift die Keilverzahnung 185 der Bohrerwelle in die Keilverzahnung 87 (Fig. 2) in der Verlängerung 75 (Fig. 2) des Ritzelkäfigs 19 ein, wobei man die Bohrerwelle 5 vom unteren Ende aus derart dreht, dass sich die Keilverzahnungen ineinanderschieben lassen.
Die Turbine 1, bei welcher der Stator 3 gegen über dem Läufer 2 durch erstarrtes Wachs festge halten wird, wird in die Bohrerwelle 5 vom unteren Ende aus eingeführt, nachdem man das Werkzeug anschlussstück 152 abgenommen hat. Die Nasenkeile 127 des Stators 3 gleiten in die Keilnuten 189 der Bohrerwelle 5 hinein, und schliesslich muss die Keil verzahnung 125 am oberen Ende der Läuferwelle mit der Innenkeilverzahnung 86 der Welle 55 des Ge triebes 6 in Eingriff gebracht werden, wozu man die Turbine 1 gegenüber dem Gehäuse 7 vorsichtig ver dreht.
Schliesslich wird die Turbine 1 endgültig be festigt, indem man das Gewinde 128 in das Gewinde 29 einschraubt und in die Nut 192 einen Sprengring einsetzt. Abschliessend wird gemäss Fig. 5 das Werk zeuganschlussstück 152 aufgeschraubt, nachdem man den Dichtungsring 182 eingebaut hat, und man be festigt den Dichtungstragring 177 in seiner Lage, in dem man die Klemmschraube 180 festzieht und diese mit Hilfe des Sprengrings 181 sichert.
Aus Fig.6 ist ersichtlich, dass die Bohrflüssig keit nach ihrem Austreten aus den Kanälen zwischen dem Gehäuse 7 und dem Gehäuse 15 den Raum zwi schen der gekrümmten Endfläche 204 des Dichtungs- halterings 83 (Fig. 2) des Getriebes 6 und der ge genüberliegenden Fläche 205 des oberen Endes des stromlinienförmigen Einsatzstücks 159 (Fig.5) des Lageraggregats 23 durchströmt, um schliesslich durch die Kanäle 190 in der Bohrerwelle zum Einlass der Turbine zu gelangen.
Um eine ausreichende Kühlung des Unterset zungsgetriebes des erfindungsgemässen Turbinenaggre gats zu gewährleisten, kann man einen Wärmeaus- tauscher vorsehen, durch den die in dem Unterset zungsgetriebe entwickelte Wärme auf das die Turbine durchströmende Strömungsmittel übertragen wird. Bei dem an Hand von Fig. 1 bis 6 beschriebenen Tur binenaggregat kann man somit einen Wärmeaustau- scher vorsehen, durch den hindurch das Schmier mittel für das Getriebe zirkuliert, und in welchem das Schmiermittel durch thermische Berührung mit der Bohrflüssigkeit gekühlt wird.
Ein Ausführungsbeispiel für ein Aggregat, das ein Getriebe und einen Wärmeaustauscher umfasst, ist in Fig.7 im Längsschnitt dargestellt. Das Ge triebe ist im wesentlichen ebenso ausgebildet wie das in Fig. 1 und 2 gezeigte, weshalb die entsprechenden Bauteile in Fig. 7 jeweils mit den gleichen Bezugs ziffern bezeichnet sind.
Fig. 7 lässt erkennen, dass der Wärmeaustauscher 210 aus einem zylindrischen äusseren Mantel 211 und einem gleichachsig angeordneten, zylindrischen inne ren Mantel 212 besteht, innerhalb dessen sich ein zentraler Kanal 216 erstreckt. In dem Raum zwischen den Mänteln 211 und 212 ist ein schraubenlinien- förmig gewundener Metallstreifen 213 derart be festigt, dass ein schraubenlinienförmiger Kanal 219 gebildet wird.
Der äussere Mantel 211 passt mit Gleit- sitz in eine axiale Bohrung im oberen Ende 214 des Gehäuses 15 für das Getriebe 6 und kann sich somit gegenüber dem Gehäuse 15 axial bewegen. Der Spalt zwischen dem unteren Ende des Mantels 211 und dem Gehäuse 15 ist durch einen ausziehbaren Falten balg 215 überbrückt.
Dieser Faltenbalg hält das Schmiermittel zurück, das während des Betriebes aus dem oberen Ende der Kanäle 218 austritt, um in den Kanal 219 des Wärmeaustauschers 210 einzuströmen, und gleichzeitig arbeiten der äussere Mantel 211 und der Faltenbalg 215 wie eine Druckausgleichseinrich- tung zusammen, um im wesentlichen einen Druck ausgleich zwischen dem Druck des Schmiermittels innerhalb des Wärmeaustauschers 210 und des Ge häuses 15 einerseits und dem Druck der Bohrflüs sigkeit in dem Kanal 10 anderseits herbeizuführen und so die Gefahr zu vermindern, dass Bohrflüssig keit durch die verschiedenen Dichtungen hindurch tritt.
Die Kanäle 218 stehen mit den mit Schmier stoff gefüllten Hohlräumen innerhalb des Gehäuses 15 in Verbindung, und das untere Ende des zen tralen Kanals 216 ist über die Kanäle 217 an die gleichen Hohlräume angeschlossen.
Während des Betriebes des Turbinenaggregats wird das Schmiermittel durch die Pumpwirkung der Zahnräder durch den Wärmeaustauscher 210 hin durch umgewälzt. An sämtlichen Eingriffsstellen der Zahnräder wird das Schmiermittel in die sich von einander entfernenden Zahnlücken hineingezogen bzw. angesaugt und aus dem Raum zwischen den sich aufeinander zu bewegenden Zähnen herausgedrückt; bei einem Sonnenrad, vier Planetenritzeln und einem Zahnkranz sind somit acht Stellen vorhanden, an denen eine Ansaugwirkung auftritt, sowie acht Stel len, an denen auf das Schmiermittel ein Druck auf gebracht wird.
Es bestehen zahlreiche Möglichkeiten, um das so geförderte Schmiermittel je nach dem ge wünschten Zirkulationsvolumen weiterzuleiten. Bei der Konstruktion nach Fig. 7 ist angenommen, dass allein die zweite Stufe des Getriebes 6 die erforder liche Schmierstoffumwälzung übernehmen kann, wo bei das aus dem Wärmeaustauscher 210 abgesaugte Schmiermittel über die Kanäle 217 angesaugt und über die Kanäle 218 zu dem Wärmeaustauscher zu- rückgefördert wird.
Man kann die Druckerhöhungs- stellen zwischen dem Sonnenrad 17 und den Pla- netenritzeln sowie zwischen letzteren und dem Zahn kranz 18 durch in dem Käfig 19 vorgesehene, hier jedoch nicht dargestellte Kanäle parallel schalten. In ähnlicher Weise kann man die Ansaugstellen par allel schalten. Wenn auf diese Weise eine zu grosse Schmierstoffmenge umgewälzt wird, kann es er wünscht sein, einen Teil dieser Menge kurzzuschlie- ssen, z.
B. mit Hilfe von Kanälen in dem Käfig 19, welche die Druckerzeugungsstellen am Umfang des Sonnenrades 17 mit den Ansaugstellen am Umfang des Zahnkranzes 18 verbinden. Es kann ferner er wünscht sein, dafür zu sorgen, dass ein Teil des ge pumpten Schmiermittels durch Nuten in den Plane- tenritzellagerbolzen strömt, damit ein ständiger Aus tausch des Öls in diesen Lagern gewährleistet ist. Nötigenfalls kann man auch die Ritzel der ersten Ge triebestufe in ähnlicher Weise als Pumpen verwen den.
Gemäss Fig. 7 strömt das Schmiermittel durch die Kanäle 218 in den schraubenlinienförmigen Kanal 219 ein und kommt somit in Berührung mit der Innenfläche des äusseren Mantels 211. Die durch den Kanal 10 zu der Turbine 1 strömende Bohrflüssig keit überspült die Aussenfläche des Mantels 211, und diese Bohrflüssigkeit befindet sich normalerweise auf einer niedrigeren Temperatur als der Schmierstoff in dem Kanal 219, so dass der Schmierstoff über den Mantel 211 Wärme an die Bohrflüssigkeit abgibt.
Der in dem Wärmeaustauscher 210 abgekühlte Schmier stoff strömt durch den zentralen Kanal 216 und die Kanäle 217 zu dem Getriebe 6 zurück. Bei dieser Zirkulation des Schmierstoffs wird die in dem Ge triebe 6 erzeugte Wärme auf die Bohrflüssigkeit über tragen, und somit wird eine übermässige Erwärmung des Getriebes 6 vermieden.
Es sei bemerkt, dass man hinsichtlich der kon struktiven Einzelheiten der beschriebenen Turbinen aggregate zahlreiche Änderungen vornehmen kann. Es ist z. B. möglich, ein Drucklager für die Läufer welle 4 in dem Untersetzungsgetriebe 6 anzuordnen. In diesem Falle kann die Läuferwelle 4 ihren Axial- schub über einen langen Bolzen, der in ein kleines Loch, das sich durch den Läufer 4 hindurch er streckt, eingeschraubt ist, auf die Welle 55 über tragen.
Die Schubkraft des Läufers kann dann über einen Ring, der zwischen dem Planetenritzelkäfig 19 und der Bohrerwelle 5 angeordnet ist, wieder zurück zu der Bohrerwelle 5 übertragen werden, und man kann nunmehr das Drucklager 20 durch ein einfaches Gleitlager ersetzen.
Ferner kann man die Schmierstoffräume in dem Untersetzungsgetriebe 6 sowie in den Drucklagern 21 und 22 z. B. mittels eines oder mehrerer Kanäle in dem Gehäuse 7 miteinander verbinden, wobei man Mittel vorsieht, um das Eindringen von Bohrflüssig- keit in diese Hohlräume zu verhindern, wenn das Untersetzungsgetriebe 6 ausgebaut wird. In diesem Falle kann man die Faltenbälge 160 und 161 und ebenfalls das Dichtungsaggregat 156 und die Löcher 184 fortlassen.
Die Abdichtung erfolgt dann durch die Dichtungsmanschetten 174, die als in beiden Richtungen wirkende Dichtung angeordnet sein müs sen, so dass keine Bohrflüssigkeit in die Lagerhohl räume eintreten kann, wenn das Bohrwerkzeug in ein Bohrloch abgesenkt wird.
Darüber hinaus ist es möglich, die Faltenbälge der verschiedenen Druckausgleichseinrichtungen, z. B. den Faltenbalg 46, durch biegsame Beutel zu erset zen, die in Schutzgehäusen angeordnet sind. Hier durch würde es erleichtert, dem Aggregat jedesmal dann, wenn es aus dem Bohrloch herausgezogen wird, Schmierstoff zuzuführen; für diesen Zweck müsste man an geeigneten Stellen durch Stopfen verschlos sene Einfüllöffnungen vorsehen.
Es sei bemerkt, dass es sich bei den Angaben über die verschiedenen Abmessungen und Betriebs bedingungen des beschriebenen Turbinenaggregats lediglich um ein Ausführungsbeispiel handelt, und dass man je nach den Anforderungen des Einzelfalls Abänderungen vornehmen kann.