DE102011052182B4

DE102011052182B4 - Vorrichtung zur Herstellung eines Erdlochs

Info

Publication number: DE102011052182B4
Application number: DE102011052182A
Authority: DE
Inventors: Frank Förster; Thomas Dolls
Original assignee: Aker Wirth GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: DE102011052182A1; US10294722B2; US20140175749A1; CA2842817A1; WO2013013993A3; WO2013013993A2; CA2842817C; EP2737153A2

Abstract

Vorrichtung (100) zur Herstellung eines Erdlochs, mit einer Spindel (7), die durch ein Gehäuse (2) drehbar hindurchgeführt ist, und mit einer Drehdichtungsanordnung (10), mit welcher eine Drehdurchführung der Spindel (7) durch das Gehäuse (2) abdichtbar ist, die eine zwischen einer zylindrischen, ersten Dichtfläche (12) der Spindel (7) und einer hierzu konzentrischen, zweiten Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) wirkende Wellendichtung (11) umfasst, wobei eine Labyrinthdichtungsanordnung (25) vorgesehen ist, die Wellendichtung (11) von der Außenseite des Gehäuses betrachtet vorgelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Erdlochs, mit einer Spindel, die durch ein Gehäuse drehbar hindurch geführt ist, und mit einer Drehdichtungsanordnung, mit welcher eine Drehdurchführung der Spindel durch das Gehäuse abdichtbar ist, die eine zwischen einer zylindrischen, ersten Dichtfläche der Spindel und einer hierzu konzentrischen, zweiten Dichtfläche des Gehäuses wirkende Wellendichtung umfasst. Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Drehdichtungsanordnung einer derartigen Vorrichtung.
Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das Gehäuse ist Teil eines Kraftdrehkopfes (in der Fachsprache auch als „Top Drive” bezeichnet). Die Kraftdrehköpfe sind regelmäßig in Vortriebsrichtung der Bohrung verlagerbar an einem Bohrturm angeordnet und umfassen eine angetriebene Spindel, mit welcher – gegebenenfalls segmentweise – das Bohrgestänge verbindbar ist. Die Kraftdrehköpfe werden mit der Verlagerung des Bohrgestänges beim Bohrvortrieb oder beim Aufholen des Bohrgestänges mitverlagert.
Derartige Vorrichtungen umfassen regelmäßig Gehäuse mit Drehdurchführungen, durch welche die Spindeln nach außen hindurch geführt sind. Um zu vermeiden, dass Verunreinigungen von außen ins Innere des Gehäuses gelangen, und dass in dem Gehäuse gegebenenfalls vorhandenes Schmiermittel nach außen gelangt, umfassen die Vorrichtungen Drehdichtungsanordnungen, mit welcher die Drehdurchführungen der Spindel durch das Gehäuse abdichtbar sind. Diese Drehdichtungsanordnungen bestehen im Wesentlichen aus einer elastischen Wellendichtung, die zwischen einer ersten, zylindrischen Dichtfläche der Spindel und einer hierzu konzentrischen, zweiten Dichtfläche des Gehäuses wirkt.
Die Wellendichtungen sind im Betrieb insbesondere aufgrund der Einwirkungen äußerer Verunreinigungen einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt, die zu einem hohen Verschleiß führt.
Aus der US 7213660 B2 ist ein Spülkopf bekannt, der den Übergang zwischen einem rotierenden Spülrohr und einem nicht rotierenden Rohr bereitstellt. Dabei ist zwischen dem Spalt zwischen dem rotierenden Rohr und dem nicht rotierenden Rohr und einem Abfluss eine Labyrinthdichtung vorgesehen, die eine Reduzierung des hohen Drucks, unter dem die Spülflüssigkeit in den Rohren steht, bewirken kann. Der Abfluss kann auf der der Labyrinthdichtung gegenüberliegenden Seite durch eine Wellendichtung abgedichtet sein. Die US 4022479 zeigt eine Labyrinthdichtung beispielsweise für die Anwendung in der Lebensmittelindustrie. Eine zwischen einer zylindrischen, ersten Dichtfläche einer Spindel und einer hierzu konzentrischen, zweiten Dichtfläche des Gehäuses wirkende Wellendichtung ist nicht gezeigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art, und eine Drehdichtungsanordnung derselben zu schaffen, deren Verschleiß reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Wellendichtung zur Außenseite des Gehäuses eine Labyrinthdichtungsanordnung vorgelagert.
Mit „Labyrinthdichtungsanordnung” sind sämtliche berührungsfreie Wellendichtungsanordnungen gemeint, deren Dichtwirkung auf einer Verlängerung des Dichtweges beruht.
Aufgrund dieser Maßnahme wird die Menge an Verunreinigungen, die auf die zwischen der zylindrischen, ersten Dichtfläche der Spindel und der hierzu konzentrischen, zweiten Dichtfläche des Gehäuses befindliche Wellendichtung wirkt, wesentlich reduziert. Diese Wellendichtung unterliegt daher einem erheblich geringeren Verschleiß als diejenige bei Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik. Ausfallzeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund Dichtungsversagens werden durch die Erfindung wesentlich reduziert.
Um die Montier- und Demontierbarkeit der Wellendichtung zu erleichtern, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die zweite Dichtfläche, auf die die Wellendichtung wirkt, an einem von der Spindel durchsetzten Gehäusedeckel ausgebildet. An diesem Gehäusedeckel ist darüber hinaus eine erste Folge von Ringen und Nuten vorgesehen, die einen gehäuseseitigen Teil der Labyrinthdichtung bilden.
Diese erste Folge von Ringen und Nuten ist – besonders bevorzugt – an einer Stirnseite des Gehäusedeckels vorgesehen.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein mit der Spindel drehfest verbundener Drehdeckel vorgesehen, welcher eine zweite Folge von Ringen und Nuten aufweist, die den zweiten Teil der Labyrinthdichtung bilden.
Für den Fall, dass die erste Folge von Ringen und Nuten an einer Stirnseite des Gehäusedeckels vorgesehen ist, ist die zweite Folge von Ringen und Nuten an einer der Stirnseite des Gehäusedeckels gegenüberliegenden Stirnseite des Deckels vorgesehen. Die Montierbarkeit der Drehdichtungsanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird aufgrund dieser Maßnahme besonders erleichtert, da zum in Eingriff bringen der ersten und zweiten Folgen von Ringen und Nuten der Drehdeckel lediglich in Längsrichtung der Spindel zum Gehäusedeckel hin verlagert werden muss.
Die Montierbarkeit der Dichtungsanordnung wird abermals erleichtert, wenn die zweite Dichtfläche, mit welcher die Wellendichtung zusammenwirkt, an einer drehfest mit der Spindel verbundenen Dichthülse vorgesehen und der Drehdeckel drehfest mit der Dichthülse verbunden ist. Beispielsweise die zum Drehdeckel ausgerichtete Stirnseite der Dichthülse kann dann dazu ausgebildet sein, die drehfeste Lagerung des Drehdeckels auf der Spindel zu bewerkstelligen. Darüber hinaus ist es aufgrund dieser Ausgestaltung im Falle eines Verschleißes der zweiten Dichtfläche nicht erforderlich, die Spindel zu bearbeiten, sondern es muss lediglich die Dichthülse bearbeitet oder ausgetauscht werden.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher der Gehäusedeckel einen ersten Schmiermittel-Zufuhrkanal, mittels welchem Schmiermittel der Wellendichtung zuführbar ist, und einen zweiten Schmiermittel-Zufuhrkanal, mittels welchem Schmiermittel der Labyrinthdichtung zuführbar ist, umfasst. Aufgrund dieser Maßnahme kann einerseits Schmiermittel einer stofflichen Zusammensetzung und Viskosität der Wellendichtung zugeführt werden, welches zur Erzeugung der bestmöglichen Dichtwirkung und des minimalen Verschleißes geeignet ist, andererseits kann die Labyrinthdichtung mit einem Schmiermittel im Bedarfsfalle anderer stofflicher Zusammensetzung und Viskosität beaufschlagt werden, welches die Dichtwirkung der Labyrinthdichtung optimiert und so bestmöglich verhindert, dass Verunreinigungspartikel zur Wellendichtung gelangen.
Bei der Vorrichtung kann es sich insbesondere um eine Vorrichtung zur Herstellung eines im Wesentlichen vertikalen Erdlochs handeln, wobei die Drehdichtungsanordnung insbesondere die obere Drehdichtungsanordnung einer als Kraftdrehkopf ausgebildeten Drehantriebseinrichtung ist.
Zum Stand der Technik gehörende Vorrichtungen, beispielsweise Drehantriebseinrichtungen, insbesondere wenn sie als Kraftdrehköpfe ausgebildet sind, weisen bereits Gehäuse- und Drehdeckel auf. Es ist daher ein mit der Erfindung erzielter erheblicher Vorteil, dass Vorrichtungen gemäß des Standes der Technik durch Austausch des Gehäusedeckels und des Drehdeckels zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umgerüstet werden können, so dass auch der Drehdichtungsanordnung für sich genommen und einer mit dieser ausgerüsteten Drehantriebseinrichtung eigenständige erfinderische Bedeutung zukommt.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel eines Kraftdrehkopfes zeigt, schematisch und ausschnittsweise dargestellt ist, weiter erläutert werden. Es zeigen:
1 einen Schnitt entlang der Drehachse dieses Ausführungsbeispiels;
2 den Ausschnitt II in 1 in einer vergrößerten Darstellung sowie
3 den Ausschnitt III in 1, ebenfalls vergrößert.
Die in 1 ausschnittsweise dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung umfasst einen Kraftdrehkopf 1 zum kopfseitigen Antreiben eines Bohrgestänges, welcher ein Gehäuse 2 umfasst, welches ein Reduktionsgetriebe aufnimmt und an welches Antriebsmotoren über Kupplungen 3, 4, die auf das Reduktionsgetriebe wirken, angeflanscht sind. Ein derartiger Kraftdrehkopf ist beispielsweise unter der Bezeichnung DDM 1000 2M der Firma Aker Solutions bekannt. An dem Gehäuse 2 angebracht ist eine als Ganzes mit 5 bezeichnete Befestigungseinrichtung, mittels welcher der Kraftdrehkopf mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hebevorrichtung verbindbar ist, mittels welcher der Kraftdrehkopf im Sinne des Pfeils P anhebbar oder absenkbar ist. Der Kraftdrehkopf 1 bildet eine Drehantriebseinrichtung 6 der Vorrichtung 100, mit welcher eine Spindel 7, an welche in bekannter Weise ein in der Zeichnung nicht erkennbares Bohrgestänge ankoppelbar ist, in Rotation versetzbar ist.
Die Spindel 7 ist durch das Gehäuse 2 hindurchgeführt. An der oberen Austrittsseite aus dem Gehäuse 2 ist eine Gehäuseglocke 8 vorgesehen, durch welche die Spindel 7 mit Hilfe eines Rollenlagers 9 drehdurchgeführt ist.
Zur Abdichtung der Drehdurchführung ist eine Dichtungsanordnung 10 vorgesehen, deren Aufbau und Wirkungsweise unter Bezugnahme insbesondere auf die 2 und 3 nachfolgend näher beschrieben wird.
Die Dichtungsanordnung 10 umfasst eine Wellendichtung 11, die zwischen einer zylindrischen, ersten Dichtfläche 12 der Spindel 7 und einer hierzu konzentrischen, zweiten Dichtfläche 13 eines einen Teil des Gehäuses 2 bildenden Gehäusedeckels 14 wirkt. Die erste Dichtfläche 12 ist nicht unmittelbar von der Mantelfläche der Spindel 7 gebildet, sondern von der äußeren Mantelfläche 15 einer drehfest mit der Spindel 7 verbundenen Dichthülse 16. Die Wellendichtung 11 umfasst zwei konventionelle, elastische Wellendichtringe 11', 11'', die mittels eines Distanzringes 39 voneinander beabstandet und drehfest an dem Gehäusedeckel 14 gelagert sind. Sie weist zwei Dichtlippen 17, 18 auf, die Zugfeder unterstützt gleitend an der ersten Dichtfläche 12 anliegen.
In dem Gehäusedeckel 14 ist ein erster Schmiermittel-Zufuhrkanal 19 eingearbeitet, durch welchen Schmiermittel dem Bereich der Wellendichtung zwischen den beiden Dichtlippen 17, 18 zuführbar ist. Er ist nach außen verschlossen durch einen Schmiernippel 20, an den wahlweise eine Vorrichtung zur Schmiermittelzufuhr ansetzbar ist.
Auf der in der Zeichnung nach oben gerichteten Stirnseite 21 des Gehäusedeckels 14 ist eine erste Folge 22 von Ringen 23 und Nuten 24 vorgesehen, die den gehäuseseitigen Teil einer der Wellendichtung 11 vorgelagerten Labyrinthdichtung 25 bilden.
Den zweiten Teil der Labyrinthdichtung 25 bildet eine zweite Folge 26 von Ringen 27 und Nuten 28 die sich im Eingriff mit den Ringen 23 und Nuten 24 der ersten Folge 22 befinden. Die zweite Folge 26 ist an einem Drehdeckel 29 vorgesehen, welcher drehfest mit der Spindel 7 verbunden ist. Zu diesem Zwecke ist ein Stift 30 vorgesehen, welcher in einer Blindbohrung 31 des Drehdeckels 29 sitzt und mit einem auf der Spindel 7 ruhenden Spannring 32 zusammenwirkt.
Der Abdichtung zwischen der Spindel 7 und der Dichthülse 16 einerseits und dem Drehdeckel 29 andererseits dienen O-Ringe 33, 34, die in Aufnahmenuten 35, 36 ruhen.
Wie in 3 erkennbar ist, weist der Gehäusedeckel 14 einen zweiten Schmiermittel-Zufuhrkanal 37 auf, der in eine Nut 24 des Drehdeckels 29 mündet und über den Schmiermittel zur Schmierung und Verbesserung der Dichtwirkung der Labyrinthdichtung 25 zuführbar ist. Der Schmiermittel-Zufuhrkanal 37 ist wiederum mit einem Schmiernippel 38 versehen.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
1: Kraftdrehkopf
2: Gehäuse
3: Kupplung
4: Kupplung
5: Befestigungseinrichtung
6: Drehantriebseinrichtung
7: Spindel
8: Gehäuseglocke
9: Rollenlager
10: Drehdichtungsanordnung
11: Wellendichtung
11', 11'': Wellendichtringe
12: erste Dichtfläche
13: zweite Dichtfläche
14: Gehäusedeckel
15: Mantelfläche
16: Dichthülse
17: Dichtlippe
18: Dichtlippe
19: Schmiermittel-Zufuhrkanal
20: Schmiernippel
21: Stirnseite
22: erste Folge
23: Ringe
24: Nuten
25: Labyrinthdichtung
26: zweite Folge
27: Ringe
28: Nuten
29: Drehdeckel
30: Passstift
31: Blindbohrung
32: Spannring
33: O-Ring
34: O-Ring
35: Aufnahmenut
36: Aufnahmenut
37: Schmiermittel-Zufuhrkanal
38: Schmiernippel
39: Distanzring
P: Pfeil

Claims

Vorrichtung (100) zur Herstellung eines Erdlochs, mit einer Spindel (7), die durch ein Gehäuse (2) drehbar hindurchgeführt ist, wobei das Gehäuse (2) Teil eines Kraftdrehkopfes (1) ist, und mit einer Drehdichtungsanordnung (10), mit welcher eine Drehdurchführung der Spindel (7) durch das Gehäuse (2) abdichtbar ist, die eine zwischen einer zylindrischen, ersten Dichtfläche (12) der Spindel (7) und einer hierzu konzentrischen, zweiten Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) wirkende Wellendichtung (11) umfasst, wobei eine Labyrinthdichtungsanordnung (25) vorgesehen ist, die der Wellendichtung (11) von der Außenseite des Gehäuses betrachtet vorgelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtfläche (13) an einem von der Spindel (7) durchsetzten Gehäusedeckel (14) ausgebildet ist, an welchem eine erste Folge (22) von Ringen (23) und Nuten (24) vorgesehen ist, die einen gehäuseseitigen Teil der Labyrinthdichtung (25) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Folge (22) von Ringen (23) und Nuten (24) an einer Stirnseite (21) des Gehäusedeckels (14) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Spindel (7) drehfest verbundener Drehdeckel (29) vorgesehen ist, welcher eine zweite Folge (26) von Ringen (27) und Nuten (28) aufweist, die den zweiten Teil der Labyrinthdichtung (25) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Folge (26) von Ringen (27) und Nuten (28) an einer der Stirnseite (21) des Gehäusedeckels gegenüberliegenden Stirnseite des Drehdeckels (29) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtfläche (13) an einer drehfest mit der Spindel (7) verbundenen Dichthülse (16) vorgesehen ist, und das der Drehdeckel (29) drehfest mit der Dichthülse (16) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (14) einen ersten Schmiermittel-Zufuhrkanal (19), mittels welchem Schmiermittel der Wellendichtung (11) zuführbar ist, und einen zweiten Schmiermittel-Zufuhrkanal (37), mittels welchem Schmiermittel der Labyrinthdichtung (25) zuführbar ist, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Vorrichtung zur Herstellung eines im Wesentlichen vertikalen Erdlochs handelt, und dass die Drehdichtungsanordnung (10) die obere Drehdichtungsanordnung einer als Kraftdrehkopf (1) ausgebildeten Drehantriebseinrichtung (6) ist.