DE102016223884A1 - Axial thrust bearing with distance sensor for drilling rigs - Google Patents

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Jens Heim
Stefan Scharting
Maximilian Escher
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Abstract

Kraftdrehkopfaxiallager 600 für eine Bohranlage mit einem ersten Lagerring 632, insbesondere einer Wellenscheibe, einem zweiten Lagerring 634, insbesondere einer Gehäusescheibe, und einer Vielzahl von Wälzkörpern 636, wobei die Vielzahl der Wälzkörper 636 zwischen dem ersten Lagerring 632 und dem zweiten Lagerring 634 angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfasst das Kraftdrehkopfaxiallager 600 mindestens einen Abstandssensor 640 zur Erfassung von Messparametern des Bohrvorgangs. Der Abstandssensor 640 ist vorzugsweise ein induktiver Näherungssensor, insbesondere ein Wirbelstromsensor.A power rotary axial bearing 600 for a drilling rig with a first bearing ring 632, in particular a wave washer, a second bearing ring 634, in particular a housing plate, and a plurality of rolling elements 636, wherein the plurality of rolling elements 636 is disposed between the first bearing ring 632 and the second bearing ring 634. According to the invention, the power rotary thrust bearing 600 comprises at least one distance sensor 640 for detecting measurement parameters of the drilling operation. The distance sensor 640 is preferably an inductive proximity sensor, in particular an eddy current sensor.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftdrehkopfaxiallager mit einem Abstandssensor für eine Bohranlage. Der Abstandssensor ist dazu ausgebildet, den Abstand zwischen den Lageringen und damit die Lagerlast zu erfassen, und/oder den Drehwinkel des Kraftdrehkopfaxiallagers mittels einem dementsprechenden Messgeber zu erfassen. Der Abstandssensor ist vorzugsweise als ein induktiver Näherungssensor, insbesondere als ein Wirbelstromsensor, ausgebildet.The present invention relates to a Kraftdrehkopfiaxager with a distance sensor for a drilling rig. The distance sensor is designed to detect the distance between the bearing rings and thus the bearing load, and / or to detect the angle of rotation of the power rotary thrust bearing by means of a corresponding encoder. The distance sensor is preferably designed as an inductive proximity sensor, in particular as an eddy current sensor.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Das Erstellen von Erdbohrungen, insbesondere im Bereich der Öl- und Gasindustrie, erfordert eine vorsichtige Handhabung des Bohrwerkzeugs, um entlang eines gewünschten Weges zu bohren. Der Aufbau eines solchen Bohrwerkzeugs umfasst im Wesentlichen einen Bohrstrang mit einer Bohrspitze, die am unteren Ende des Bohrstrangs angeordnet ist, wobei der Bohrstrang sich von einem Bohrturm nach unten in die Erdformation bzw. das Bohrloch erstreckt. Im Bohrturm ist in der Regel ein sogenannter Kraftdrehkopf (engl. „Top Drive“) zum Antreiben des Bohrstrangs über ein Seil in einen Kranhaken an einer Kranflasche eingehängt. Das Seil ist wiederrum mit einem Totseilanker mit dem Erdreich verankert. Die Steuerung des Bohrens kann unter anderem durch Nach- oder Zurückführen des Seils beeinflusst werden. Die Bohrspitze umfasst einen sogenannten Untertagemotor (engl. „downhole motor“) und einen Bohrmeißel zur eigentlichen Bohrung.The creation of wells, particularly in the oil and gas industry, requires careful handling of the drilling tool to drill along a desired path. The construction of such a drilling tool substantially comprises a drill string having a drill bit disposed at the lower end of the drill string, the drill string extending downwardly from a derrick into the earth formation or wellbore. In the derrick is usually a so-called power turret (English "Top Drive") mounted to drive the drill string via a rope in a crane hook on a crane bottle. The rope is in turn anchored with a dead rope anchor with the soil. The control of the drilling can be influenced inter alia by feeding or returning the rope. The drill bit includes a so-called downhole engine and a drill bit for actual drilling.

Für den Bohrvorgang ist es wichtig, die auf die Bohrspitze wirkenden Kräfte zu kennen, um Schäden am Bohrwerkzeug, insbesondere am Bohrmeißel, zu vermeiden. Die Kenntnis über die an der Bohrspitze wirkenden Kräfte ist auch hilfreich, um den Bohrvorgang wirtschaftlich durchführen zu können.For the drilling process, it is important to know the forces acting on the drill bit in order to avoid damage to the drilling tool, in particular to the drill bit. The knowledge of the forces acting on the drill bit is also helpful in order to carry out the drilling process economically.

Es ist bekannt, dass die Axiallast und das Drehmoment, die auf einen Bohrmeißel (im Folgenden auch Bohrbit genannt) während des Bohrvorgangs einwirken, wichtige Parameter sind, welche die Richtung und Neigung des Bohrlochs wie auch die Wirtschaftlichkeit der Bohrarbeit beeinflussen. Die Axialbelastung auf das Bohrbit ist auch bekannt als Bitgewicht (engl. „Weight-on-bit“ (WOB)). Eine Last wirkt auf das Bohrbit über den Bohrstrang, der mit den weiteren an der Erdoberfläche angeordneten Komponenten, beispielsweise dem „Top Drive“, an dem Bohrturm in Vorspannung hängt, so dass die Größe des WOB durch Veränderung der übertätigen Hakenlast eingestellt werden kann. WOB beeinflusst die Eindringrate, den Bohrbitverschleiß und die Bohrrichtung. Das auf das Bohrbit wirkende Drehmoment (engl. „Torque-on-bit“ (TOB)) ist in Bezug auf den Bohrbitverschleiß und der Bohrrichtung, insbesondere in kombinierter Betrachtung mit WOB, ebenfalls wichtig. So ist ein exzessiver TOB indikativ für eine ernsthafte Bitbeschädigung, etwa Versagen eines Lagers unter verklemmten Kegeln.It is known that the axial load and torque acting on a drill bit (hereinafter also referred to as drill bit) during the drilling operation are important parameters that influence the direction and inclination of the borehole as well as the efficiency of the drilling work. The axial load on the drill bit is also known as weight-on-bit (WOB). A load acts on the drill bit over the drill string, which is biased on the derrick with the other surface mounted components, such as the "top drive", so that the size of the WOB can be adjusted by varying the superior hook load. WOB affects penetration rate, drill bit wear and drilling direction. Torque-on-bit (TOB) torque is also important in terms of drill bit wear and drilling direction, particularly when combined with WOB. Thus, excessive TOB is indicative of serious bit damage, such as failure of a camp under jammed skittles.

Verfahren und Vorrichtungen zur Messung des WOB und/oder TOB sind über Tage oder unter Tage bekannt. Über Tage erflogen bekannte Messungen durch Vergleichen des Hakenlastgewichts mit dem „Über-Sohle-Gewicht“: wenn die Hakenlast bei abgehobenem Bohrstrang beispielsweise 100 Tonnen und nach dem Herablassen auf die Bohrsohle nur noch 95 Tonnen beträgt, dann muss der Bohrmeißel nun folglich mit fünf Tonnen Last auf der Bohrsohle stehen. Ein Bohrwerkzeugführer kann nun den Bohrstrang wieder von der Bohrsohle abheben und seine Steuerung justieren. Bei Fortführung des Borvorgangs erhält er dann die „fehlende“ Hakenlast als Meißelbelastung.Methods and apparatus for measuring WOB and / or TOB are known over days or underground. Over-day measurements are taken by comparing the hook load weight to the "over-the-sole weight": for example, if the hook load is 100 tons with the drill string lifted and only 95 tons after lowering to the bottom of the drill hole, then the drill bit must now be five tons Load on the bottom of the hole. A drill guide can now lift the drill string from the drill floor again and adjust its control. On continuation of the boron process, he then receives the "missing" hook load as a bit load.

Um die Hakenlast über Tage zu erfassen, sind Druckmessdosen am Totseilanker oder dem sogenannten Flaschenzug im Bohrturm (engl. „Crown Block“) bekannt. Auch bekannt sind Messsensoren, wie Dehnungsmesstreifen, am (Tot)Seil selbst.In order to record the hook load over days, pressure cells on the dead rope anchor or the so-called pulley in the derrick ("Crown Block") are known. Measuring sensors, such as strain gauges, are also known on the (dead) cable itself.

Messungen unter Tage erfolgen häufig über Kraftsensoren, die beispielsweise an zusätzlichen Zylindern oder Taschen im Untertagewerkzeug angeordnet sind. Diese Messungen unterliegen jedoch deutlichen Ungenauigkeiten infolge der Effekte von Bohrlochdruck und Temperaturgradienten. Sie können in der Regel auch nicht zwischen Zug, hervorgerufen durch das Gewicht, und Axialzug, hervorgerufen durch die Druckdifferenz, unterscheiden. Sie werden auch nachteilig durch den von Bohrfluiden ausgeübten Druck beeinflusst.Underground measurements are often taken via force sensors arranged, for example, on additional cylinders or pockets in the downhole tool. However, these measurements are subject to significant inaccuracies due to the effects of borehole pressure and temperature gradients. Nor can they generally distinguish between tension caused by the weight and axial tension caused by the pressure difference. They are also adversely affected by the pressure exerted by drilling fluids.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Erfassung der Meißelbelastung zu verbessern, insbesondere robuster gegen Messfehler zu gestalten und weitere Parameter für die Steuerung des Bohrwerkzeugs zu erfassen.It is the object of the invention to improve the detection of the bit load, in particular to make it more robust against measurement errors and to capture further parameters for the control of the drilling tool.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftdrehkopfaxiallager für eine Bohranlage nach Anspruch 1 gelöst. Das Kraftdrehkopfaxiallager ist in einem „Top Drive“ einsetzbar. Das Lager umfasst zwei Lagerringe mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern. Erfindungsgemäß weist das Lager einen Abstandssensor, vorzugsweise einen induktiven Näherungssensor, insbesondere einen Wirbelstromsensor, auf.This object is achieved by a Kraftdrehkopfiaxager for a drilling rig according to claim 1. The axial swivel bearing can be used in a "top drive". The bearing comprises two bearing rings with rolling elements arranged therebetween. According to the invention, the bearing has a distance sensor, preferably an inductive proximity sensor, in particular an eddy current sensor.

Die Erfassung der durch die Wälzkörper übertragenen Kräfte in Form von Abstandsänderungen durch den Abstandssensor ermöglicht es, die Belastung des Meißels im Bohrloch abzuleiten. Das Kraftdrehkopfaxiallager ist hierbei nicht durch die oben beschriebenen Probleme von unter Tage Kraftmessungen beeinflusst. Auch gegenüber den bekannten über Tage Kraftmessungen hat die Erfassung der Kräfte am Kraftdrehkopfaxiallager erhebliche Vorteile in Bezug auf Messfehler.The detection of the forces transmitted by the rolling elements in the form of changes in distance by the distance sensor allows the Derive stress on the bit in the borehole. The thrust bearing thrust bearing is not affected by the above-described problems of underground force measurements. Even with respect to the known over-the-day force measurements, the detection of the forces at the top-mounted power turret bearing has considerable advantages with regard to measuring errors.

In einer Ausführungsform ist der Abstandssensor an dem im Bezug zur Rotation stehenden Lagerring angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass keine Telemetrie zur Erfassung der Kräfte des rotierenden Bohrstrangs erforderlich ist. Insbesondere müssen auch keine Daten aus dem Bohrloch übertragen werden.In one embodiment, the distance sensor is arranged on the bearing ring that is in relation to the rotation. This has the advantage that no telemetry is required to detect the forces of the rotating drill string. In particular, no data from the borehole must be transmitted.

In einer Ausführungsform ist der Abstandssensor am Innenumfang oder am Außenumfang zwischen den Lagerringen angeordnet.In one embodiment, the distance sensor is arranged on the inner circumference or on the outer circumference between the bearing rings.

In einer Ausführungsform ist der Abstandssensor derart angeordnet, dass er den Abstand zwischen den Lagerringen erfasst. Die äußere Belastung auf das Lager führt zu elastischer Einfederung der Wälzlagerkomponenten, wie der Wellenscheibe, Gehäusescheibe und Wälzkörper. Diese elastische Einfederung kann mit Hilfe des Abstandssensors erfasst werden. Dabei erfasst der Sensor den Abstand einer gegenüberliegenden Messfläche.In one embodiment, the distance sensor is arranged such that it detects the distance between the bearing rings. The external load on the bearing leads to elastic deflection of the rolling bearing components, such as the wave washer, housing plate and rolling elements. This elastic deflection can be detected by means of the distance sensor. The sensor detects the distance of an opposite measuring surface.

In einer weiteren Ausführungsform weist einer der Lagerringe, insbesondere der im Bezug zur Rotation rotierbare Lagerring, eine profilierte Messfläche auf, und der mindestens eine Abstandssensor ist derart auf dem anderen Lagerring angeordnet, dass der mindestens eine Abstandssensor den Drehwinkel des Kraftdrehkopfaxiallager mittels der profilierten Messfläche erfasst. In einer Fortbildung ist die profilierte Messfläche als eine exzentrische Ausnehmung des Lagerrings ausgebildet. Durch die Profilierung einer Messfläche, wie eine oder zwei phasenversetzte Sinuskurven oder der exzentrisch geformte Impulsgeber, kann die relative und/oder absolute Drehwinkelposition aus dem Messsignal des Sensors ermittelt werden.In a further embodiment, one of the bearing rings, in particular the rotatable bearing ring with respect to the rotation, a profiled measuring surface, and the at least one distance sensor is arranged on the other bearing ring, that the at least one distance sensor detects the rotation angle of the Kraftdrehkopfaxiallager means of the profiled measuring surface , In a further development, the profiled measuring surface is formed as an eccentric recess of the bearing ring. By profiling a measuring surface, such as one or two phase-shifted sinusoids or the eccentrically shaped pulse generator, the relative and / or absolute rotational angular position can be determined from the measuring signal of the sensor.

Aus der Kenntnis des relativen oder des absoluten Drehwinkels, können bei einer Abtastfrequenz die größer ist als die doppelte Frequenz der Torsionsschwingungen diese Torsionsschwingungen ermittelt werden. Die Torsionsschwingungen sind nämlich alle Winkeländerungen, die bei einer Frequenz ungleich zur Drehfrequenz des Lagers auftreten. Somit ist beispielsweise eine einfache Auswertung mittels der Fourier Transformation möglich.From the knowledge of the relative or the absolute angle of rotation, at a sampling frequency which is greater than twice the frequency of the torsional vibrations, these torsional vibrations can be determined. The torsional vibrations are namely all angular changes that occur at a frequency not equal to the rotational frequency of the bearing. Thus, for example, a simple evaluation by means of the Fourier transformation is possible.

In einer alternativen Ausführungsform ist ein weiterer Messgeber an einem der Lagerringe angeordnet, und der mindestens eine Abstandssensor ist an dem anderen Lagerring angeordnet. Der Messgeber und der Abstandssensor sind derart zueinander ausgerichtet, dass in axialer Richtung der Drehwinkel erfasst wird und/oder dass in radialer Richtung der Abstand zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring erfasst wird, wobei zur Erfassung des Drehwinkels der Messgeber eine profilierte Messfläche aufweist.In an alternative embodiment, a further encoder is arranged on one of the bearing rings, and the at least one distance sensor is arranged on the other bearing ring. The encoder and the distance sensor are aligned with each other such that in the axial direction of the rotation angle is detected and / or that the distance between the first bearing ring and the second bearing ring is detected in the radial direction, wherein for detecting the rotation angle of the encoder has a profiled measuring surface.

Die Erfassung der Abstandsänderung zwischen den Lagerringen oder zur Bestimmung des Drehwinkels ist unabhängig von der Position der Wälzkörper und von der Rotationsposition der beiden Lagerringe zueinander. Somit kann die Messanordnung sowohl bei stillstehendem Lager, als auch bei rotierendem Lager messen. Weiterhin können somit auch dynamische Laständerungen gut erfasst werden, da der Messeffekt nicht durch die Lageänderung der Wälzkörper beeinflusst wird.The detection of the change in distance between the bearing rings or for determining the angle of rotation is independent of the position of the rolling elements and of the rotational position of the two bearing rings to each other. Thus, the measuring arrangement can measure both at a stationary bearing, as well as rotating bearing. Furthermore, thus dynamic load changes can be well detected, since the measurement effect is not affected by the change in position of the rolling elements.

In einer Ausführungsform sind mindestens drei Abstandsensoren am Umfang des ersten Lagerrings oder des zweiten Lagerrings angeordnet. Durch die mindestens drei Abstandssensoren kann, wenn diese entsprechend geeignet auf einem Teilkreis verteilt angeordnet sind, eine hohe Messpräzision erreicht werden. Auch ist damit der Ausgleich von Messfehlern, die beispielsweise durch Schiefstellung verursacht werden, möglich. Die drei dann gemessenen Abstandspunkte definieren nämlich eindeutig die Lage einer beweglichen Ebene im Verhältnis zur Lage der fixen Ebene auf der die Abstandssensoren montiert sind. Die Lage der beiden Ebenen zueinander ist durch Richtung und Größe der auf das Lager einwirkenden Kraft bestimmt. Somit kann durch die beschriebene Messanordnung der Betrag und die Richtung der auf das Lager wirkenden Kraft bestimmt werden.In one embodiment, at least three distance sensors are arranged on the circumference of the first bearing ring or of the second bearing ring. By means of the at least three distance sensors, if these are arranged correspondingly suitably distributed on a partial circle, a high measuring precision can be achieved. It is also possible to compensate for measuring errors caused, for example, by misalignment. Namely, the three distance points measured then clearly define the position of a moving plane in relation to the position of the fixed plane on which the distance sensors are mounted. The position of the two planes to each other is determined by the direction and size of the force acting on the bearing. Thus, the amount and direction of the force acting on the bearing can be determined by the described measuring arrangement.

Vorzugsweise sind die drei Abstandssensoren in näherungsweise gleichen Winkelabständen angeordnet. Für eine hohe Genauigkeit des Kraftsignals können die Sensoren vorzugsweise auf näherungsweise gleichen Winkelabständen positioniert werden. Im Fall von genau drei Abstandssensoren also um je 120° zueinander beabstandet. Die Messgenauigkeit nimmt erst bei einer deutlichen Ungleichverteilung ab.Preferably, the three distance sensors are arranged at approximately equal angular intervals. For a high accuracy of the force signal, the sensors may preferably be positioned at approximately equal angular intervals. In the case of exactly three distance sensors so each spaced by 120 ° to each other. The measuring accuracy decreases only with a clear unequal distribution.

In einer weiterführenden Ausführungsform bilden die mindestens drei Abstandssensoren eine erste Sensoranordnung. Weiter ist eine zweite Sensoranordnung mit mindestens drei weiteren Abstandssensoren am Umfang des ersten Lagerrings oder des zweiten Lagerrings angeordnet. Die Abstandssensoren der ersten Sensoranordnung sind je versetzt zu den Abstandssensoren der zweiten Sensoranordnung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Systemsicherheit erhöht werden kann. Denn die Sensoranordnungen können getrennt ausgewertet und die Messsignale beider Sensoranordnungen miteinander verglichen werden. Ebenso kann das gesamte Messsystem mit verringerter Zuverlässigkeit weiterbetrieben werden, wenn eines der beiden Teilsysteme, also eine Sensoranordnung, ausfällt.In a further embodiment, the at least three distance sensors form a first sensor arrangement. Furthermore, a second sensor arrangement with at least three further distance sensors is arranged on the circumference of the first bearing ring or of the second bearing ring. The distance sensors of the first sensor arrangement are each arranged offset from the distance sensors of the second sensor arrangement. This has the advantage that system security can be increased. Because the sensor arrangements can be evaluated separately and the measurement signals of both sensor arrangements compared with each other. Likewise, the entire measuring system can continue to operate with reduced reliability if one of the two subsystems, that is, a sensor arrangement, fails.

In einer Ausführungsform ist das Kraftdrehkopfaxiallager als Axialkegelrollenlager ausgebildet. Axialkegelrollenlager ermöglichen axial sehr hoch belastbare, stoßunempfindliche und steife Lagerungen bei nur geringem axialem Platzbedarf.In one embodiment, the Kraftdrehkopfiaxager is designed as axial tapered roller bearings. Axial tapered roller bearings allow for very high load capacity, shock-resistant and rigid bearings with only a small axial space requirement.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der figuren.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the figures.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren dargestellt. Die Figuren zeigen nicht-skalierte Zeichnungen. Es zeigen:

  • 1 eine Überblicksdarstellung einer Bohranlage mit Bohrwerkzeug in Anwendung,
  • 2 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor am Außenumfang eines Lagerrings,
  • 3 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor am Innenumfang eines Lagerrings,
  • 4 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor und einer exzentrischen Ausnehmung am Innenumfang von Lagerringen,
  • 5 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor und einem Messgeber am Außenumfang von Lagerringen in einer ersten Ausführungsform, und
  • 6 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor und einem Messgeber am Außenumfang von Lagerringen in einer zweiten Ausführungsform.
Hereinafter, embodiments of the invention will be illustrated with reference to figures. The figures show unscaled drawings. Show it:
  • 1 an overview of a drilling rig with drilling tool in use,
  • 2 a detail of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor on the outer circumference of a bearing ring,
  • 3 a detail of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor on the inner circumference of a bearing ring,
  • 4 a detail of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor and an eccentric recess on the inner circumference of bearing rings,
  • 5 a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor and a transducer on the outer circumference of bearing rings in a first embodiment, and
  • 6 a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor and a transducer on the outer circumference of bearing rings in a second embodiment.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt eine Überblicksdarstellung einer Bohranlage 100 mit Bohrwerkzeug in Anwendung. Die Bohranlage 100 umfasst den Bohrturm 120, welcher auf dem Boden über Tage angeordnet ist. Von dem Bohrturm 120 erstreckt sich ein Bohrstrang 110 in das Erdreich 105. Der Bohrstrang umfasst an dessen Ende einen Untertagemotor 112 der in einem Bohrmeißel 114 endet. Auf den Bohrmeißel 114 wirkt im Betrieb die Kraft F 116. Untertagemotor 112, Bohrmeißel 114 und teilweise der Bohrstrang 110 befinden sich unter Tage, also im Erdreich 105 in einem Bohrloch. An dem Bohrturm 120 ist an einer Kranflasche und Kranhaken 124 ein Kraftdrehkopf und Komponenten 122 eingehängt. Der Kraftdrehkopf und Komponenten 122, die den Bohrstrang 110 antreiben, sind mit dem (Tot)seil 126 an einem Totseilanker 128 gesichert. Der Totseilanker ist typischerweise fest mit dem Erdboden verbunden. In 1 ist über Tage und unter Tage mittels der waagerechten Linie getrennt. 1 shows an overview of a drilling rig 100 with drilling tool in application. The drilling rig 100 includes the derrick 120 , which is arranged on the ground over days. From the derrick 120 extends a drill string 110 in the soil 105 , The drill string includes at its end a downhole motor 112 the one in a drill bit 114 ends. On the drill bit 114 the force F 116 acts during operation. Underground motor 112 , Drill bits 114 and partly the drill string 110 are underground, so in the ground 105 in a borehole. At the derrick 120 is on a crane bottle and crane hook 124 a power turret and components 122 hooked. The power turret and components 122 that the drill string 110 are driving, with the (dead) rope 126 at a dead rope anchor 128 secured. The dead rope anchor is typically firmly connected to the ground. In 1 is separated over days and underground by means of the horizontal line.

2 zeigt einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers 200 mit einem Abstandssensor 240 am Außenumfang eines Lagerrings 234. Der stehende Lagerring 234 kann eine Gehäusescheibe sein, der andere Lagerring 232 kann eine rotierbare Wellenscheibe sein. Zwischen den Lagerringen 232, 234 sind Wälzkörper 236 angeordnet. Der Abstandssensor 240 ist also im vorbeschriebenen Fall an einem stehenden Lagerteil angeordnet (nicht in 2 illustriert). Dies hat den Vorteil, dass der Abstandssensor 240 keine aufwendige Telemetrie für die Übermittlung seiner Messdaten erfordert. Der Abstandssensor 240 ist dazu ausgebildet, den Abstand 216 zwischen den beiden Lagerringen 232, 234 zu erfassen. Als Messfläche dient der gegenüberliegende Lagerring 232. Somit muss kein weiterer separater Messgeber am Lagerring 232 angeordnet werden. Der Abstandssensor 240 kann also eine äußere Belastung auf das Kraftdrehkopfaxiallagers 200, welche zur elastischen Einfederung der Wälzlagerkomponenten, wie den Lagerringen 232, 234 und der Wälzkörper 236, führt, erfassen. 2 shows a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers 200 with a distance sensor 240 on the outer circumference of a bearing ring 234 , The stationary bearing ring 234 may be a housing plate, the other bearing ring 232 can be a rotatable wave washer. Between the bearing rings 232 . 234 are rolling elements 236 arranged. The distance sensor 240 is therefore arranged in the above-described case on a stationary bearing part (not in 2 illustrated). This has the advantage that the distance sensor 240 No complicated telemetry is required for the transmission of its measurement data. The distance sensor 240 is adapted to the distance 216 between the two bearing rings 232 . 234 capture. The measuring surface is the opposite bearing ring 232 , Thus, no further separate encoder on the bearing ring 232 to be ordered. The distance sensor 240 So can an external load on the Kraftdrehkopfaxiallagers 200 , which for elastic deflection of the rolling bearing components, such as the bearing rings 232 . 234 and the rolling element 236 , leads, capture.

3 zeigt einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers 300 mit einem Abstandssensor 340 am Innenumfang eines Lagerrings 334. Die Anordnung in 3 spiegelt im Wesentlichen die Anordnung in 2 wieder. Der Abstandssensor 340 ist in 3 jedoch am Innenumfang des Lagerrings 334 angeordnet. Der Abstandssensor 340 erfasst ebenso einen Abstand 316, der sich aufgrund von äußeren Belastungen auf die Lagerringe 332, 334 und der Wälzkörper 336 ändern kann. 3 shows a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers 300 with a distance sensor 340 on the inner circumference of a bearing ring 334 , The arrangement in 3 essentially reflects the arrangement in 2 again. The distance sensor 340 is in 3 however, on the inner circumference of the bearing ring 334 arranged. The distance sensor 340 also detects a distance 316 due to external loads on the bearing rings 332 . 334 and the rolling element 336 can change.

4 zeigt einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers 400 mit einem Abstandssensor 440 und einer exzentrischen Ausnehmung 445 am Innenumfang von Lagerringen 432, 434. Zwischen den Lagerringen 432, 434 sind Wälzkörper 436 angeordnet. Der Abstandssensor 440 ist am Lagerring 434 angeordnet. Der Lagerring 434 ist bevorzugt ein stehender Lagerring, beispielsweise eine Gehäusescheibe, um dieselben Vorteile wir unter 2 beschrieben zu erreichen. Die exzentrische Ausnehmung 445 am gegenüberliegenden Lagerring 432, der dementsprechend ein rotierbarer Lagerring, beispielsweise die Wellenscheibe, ist, dient zur Erfassung des relativen und/oder absoluten Drehwinkels des Kraftdrehkopfaxiallagers 400. Denn die profilierte Messfläche ermöglicht zu jeder Zeit einen eindeutig zuordenbaren Abstandswert zu ermitteln, also bei Rotation und auch bei Stillstand des Kraftdrehkopfaxiallagers 400. Die Anordnung in 4 kann entsprechend auch am Außenumfang von Lagerringen 432, 434 angeordnet sein. 4 shows a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers 400 with a distance sensor 440 and an eccentric recess 445 on the inner circumference of bearing rings 432 . 434 , Between the bearing rings 432 . 434 are rolling elements 436 arranged. The distance sensor 440 is on the bearing ring 434 arranged. The bearing ring 434 is preferably a stationary bearing ring, such as a housing plate, to the same advantages we 2 described to achieve. The eccentric recess 445 on the opposite bearing ring 432 , which accordingly a rotatable bearing ring, for example, the wave washer, is used to detect the relative and / or absolute angle of rotation of the Kraftdrehkopfaxiallagers 400 , Because the profiled measuring surface makes it possible to determine a clearly assignable distance value at all times, ie during rotation and even when the high-power rotary thrust bearing is stationary 400 , The arrangement in 4 can accordingly also on the outer circumference of bearing rings 432 . 434 be arranged.

5 zeigt einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers 500 mit einem Abstandssensor 540 und einem Messgeber 545 am Außenumfang von Lagerringen 532, 534 in einer ersten Ausführungsform. Zwischen den Lagerringen 532, 534 sind Wälzkörper 536 angeordnet. Der Abstandssensor 540 ist C-förmig ausgebildet. Der Messgeber 545 weist dementsprechend eine Ausnehmung auf, damit der C-förmige Abstandssensor 540 und der Messgeber 545 ineinander angeordnet werden können, wie in 5 gezeigt. Der Messgeber 545 hat weiter eine Profilierung (nicht in 5 illustriert). Der Abstandssensor 540, insbesondere ein Wirbelstromsensor, kann den radialen Abstand 516 zwischen den Lagerringen 532, 534 und den axialen, über die Profilierung sich ändernden, Abstand 518 erfassen. Somit ist über den radialen Abstand 516 die Kraft und über den axialen Abstand 518 der absolute und/oder relative Drehwinkel des Kraftdrehkopfaxiallagers 500 ermittelbar. 5 shows a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers 500 with a distance sensor 540 and a transmitter 545 on the outer circumference of bearing rings 532 , 534 in a first embodiment. Between the bearing rings 532 . 534 are rolling elements 536 arranged. The distance sensor 540 is C-shaped. The encoder 545 Accordingly, has a recess, so that the C-shaped distance sensor 540 and the encoder 545 can be arranged in each other, as in 5 shown. The encoder 545 has a further profiling (not in 5 illustrated). The distance sensor 540 , In particular, an eddy current sensor, the radial distance 516 between the bearing rings 532 . 534 and the axial, over the profiling changing, distance 518 to capture. Thus, over the radial distance 516 the force and over the axial distance 518 the absolute and / or relative angle of rotation of the Kraftdrehkopfaxiallagers 500 determined.

6 zeigt einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers 600 mit einem Abstandssensor 640 und einem Messgeber 645 am Außenumfang von Lagerringen 632, 634 in einer zweiten Ausführungsform. Zwischen den Lagerringen 632, 634 sind Wälzkörper 636 angeordnet. In Unterschied zu dem Abstandssensor in 5, ist der Abstandssensor 640 L-förmig ausgebildet. Der Messgeber 645 weist ebenfalls eine Ausnehmung auf, die eine Profilierung hat (Profilierung nicht in 6 illustriert). Abstandssensor 640 kann den radialen Abstand 616 zwischen den Lagerringen 632, 634 und den axialen Abstand 618 erfassen. Somit ist über den radialen Abstand 616 die Kraft und über den axialen Abstand 618 der absolute und/oder relative Drehwinkel des Kraftdrehkopfaxiallagers 600 ermittelbar. 6 shows a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers 600 with a distance sensor 640 and a transmitter 645 on the outer circumference of bearing rings 632 , 634 in a second embodiment. Between the bearing rings 632 . 634 are rolling elements 636 arranged. In contrast to the distance sensor in 5 , is the distance sensor 640 L-shaped. The encoder 645 also has a recess which has a profiling (profiling not in 6 illustrated). distance sensor 640 can the radial distance 616 between the bearing rings 632 . 634 and the axial distance 618 to capture. Thus, over the radial distance 616 the force and over the axial distance 618 the absolute and / or relative angle of rotation of the Kraftdrehkopfaxiallagers 600 determined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Bohranlagedrilling rig
105105
Erdreichsoil
110110
Bohrstrangdrill string
112112
UntertagemotorDownhole motor
114114
Bohrmeißeldrill bit
116116
Kraft F auf BohrmeißelForce F on drill bit
120120
Bohrturmderrick
122122
Kraftdrehkopf und KomponentenPower turret and components
124124
Kranhaken und KranflascheCrane hook and crane bottle
126126
(Tot)seil(Tot) rope
128128
TotseilankerTotseilanker
200, 300200, 300
KraftdrehkopfaxiallagerKraftdrehkopfaxiallager
216, 316216, 316
Abstand zwischen LagerringenDistance between bearing rings
232, 332232, 332
erster Lagerringfirst bearing ring
234, 334234, 334
zweiter Lagerringsecond bearing ring
236, 336236, 336
Wälzkörperrolling elements
240, 340240, 340
Abstandssensordistance sensor
400400
KraftdrehkopfaxiallagerKraftdrehkopfaxiallager
432432
erster Lagerringfirst bearing ring
434434
zweiter Lagerringsecond bearing ring
436436
Wälzkörperrolling elements
440440
Abstandssensordistance sensor
445445
exzentrische Ausnehmungeccentric recess
500, 600500, 600
KraftdrehkopfaxiallagerKraftdrehkopfaxiallager
516, 616516, 616
Abstand zwischen LagerringenDistance between bearing rings
518, 618518, 618
Abstand für WinkelmessungDistance for angle measurement
532, 632532, 632
erster Lagerringfirst bearing ring
534, 634534, 634
zweiter Lagerringsecond bearing ring
536, 636536, 636
Wälzkörperrolling elements
540, 640540, 640
Abstandssensordistance sensor
545, 645545, 645
MessgeberTransducers

Claims (10)

Kraftdrehkopfaxiallager (200, 300, 400, 500, 600) für eine Bohranlage (100), umfassend - einen ersten Lagerring (232, 332, 432, 532, 632), insbesondere eine Wellenscheibe, - einen zweiten Lagerring (234, 334, 434, 534, 634), insbesondere eine Gehäusescheibe, - und eine Vielzahl von Wälzkörpern (236, 336, 436, 536, 636), wobei die Vielzahl der Wälzkörper (236, 336, 436, 536, 636) zwischen dem ersten Lagerring (232, 332, 432, 532, 632) und dem zweiten Lagerring (234, 334, 434, 534, 634) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftdrehkopfaxiallager (200, 300, 400, 500, 600) weiter mindestens einen Abstandssensor (240, 340, 440, 540, 640), vorzugsweise einen induktiven Näherungssensor, insbesondere einen Wirbelstromsensor, umfasst.A power rotary axial bearing (200, 300, 400, 500, 600) for a drilling rig (100), comprising - a first bearing ring (232, 332, 432, 532, 632), in particular a wave washer, - a second bearing ring (234, 334, 434 , 534, 634), in particular a housing disk, and a plurality of rolling elements (236, 336, 436, 536, 636), wherein the plurality of rolling elements (236, 336, 436, 536, 636) between the first bearing ring (232 , 332, 432, 532, 632) and the second bearing ring (234, 334, 434, 534, 634), characterized in that the power rotary thrust bearing (200, 300, 400, 500, 600) further comprises at least one distance sensor (240 , 340, 440, 540, 640), preferably an inductive proximity sensor, in particular an eddy current sensor. Kraftdrehkopfaxiallager (200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Abstandssensor (240, 340, 440, 540, 640) an dem im Bezug zur Rotation stehenden Lagerring (234, 334, 434, 534, 634) angeordnet ist.Axial thrust bearings (200, 300, 400, 500, 600) Claim 1 wherein the at least one distance sensor (240, 340, 440, 540, 640) is disposed on the rotatable bearing ring (234, 334, 434, 534, 634). Kraftdrehkopfaxiallager (200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Abstandssensor (240, 340, 440, 540, 640) am Innenumfang oder am Außenumfang zwischen dem ersten Lagerring (232, 332, 432, 532, 632) und dem zweiten Lagerring (234, 334, 434, 534, 634) angeordnet ist.Axial thrust bearings (200, 300, 400, 500, 600) Claim 1 or 2 wherein the at least one distance sensor (240, 340, 440, 540, 640) on the inner circumference or on the outer circumference between the first bearing ring (232, 332, 432, 532, 632) and the second bearing ring (234, 334, 434, 534, 634) is arranged. Kraftdrehkopfaxiallager (200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine Abstandssensor (240, 340, 440, 540, 640) derart angeordnet ist, dass er den Abstand zwischen dem ersten Lagerring (232, 332, 432, 532, 632) und dem zweiten Lagerring (234, 334, 434, 534, 634) erfasst.Axial thrust bearings (200, 300, 400, 500, 600) according to one of the Claims 1 to 3 wherein the at least one distance sensor (240, 340, 440, 540, 640) is arranged so as to reduce the distance between the first bearing ring (232, 332, 432, 532, 632) and the second bearing ring (234, 334, 434 , 534, 634). Kraftdrehkopfaxiallager (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei einer der Lagerringe (432), insbesondere der im Bezug zur Rotation rotierbare Lagerring, eine profilierte Messfläche aufweist, und wobei der mindestens eine Abstandssensor (440) auf dem anderen Lagerring (434) derart angeordnet ist, dass der mindestens eine Abstandssensor (440) den Drehwinkel des Kraftdrehkopfaxiallager mittels der profilierten Messfläche erfasst.Axial thrust bearing (400) according to one of Claims 1 to 4 wherein one of the bearing rings (432), in particular the rotatable bearing ring with respect to rotation, has a profiled measuring surface, and wherein the at least one distance sensor (440) is arranged on the other bearing ring (434) such that the at least one distance sensor (440 ) detects the angle of rotation of the thrust bearing thrust bearing by means of the profiled measuring surface. Kraftdrehkopfaxiallager (400) nach Anspruch 5, wobei die profilierte Messfläche als eine exzentrische Ausnehmung (445) des Lagerrings (432) ausgebildet ist.Axial thrust bearing (400) after Claim 5 , wherein the profiled measuring surface is formed as an eccentric recess (445) of the bearing ring (432). Kraftdrehkopfaxiallager (500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei weiter ein Messgeber (545, 645) an einem der Lagerringe (532, 632) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Abstandssensor (540, 640) an dem anderen Lagerring (534, 634) angeordnet ist, und wobei der Messgeber (545, 645) und der mindestens eine Abstandssensor (540, 640) derart zueinander ausgerichtet sind, dass in axialer Richtung der Drehwinkel erfasst wird und/oder dass in radialer Richtung der Abstand zwischen dem ersten Lagerring (532, 632) und dem zweiten Lagerring (534, 634) erfasst wird, wobei zur Erfassung des Drehwinkels der Messgeber (545, 645) eine profilierte Messfläche aufweist.Axial thrust bearing (500, 600) according to one of the Claims 1 to 6 wherein a transducer (545, 645) is further disposed on one of the bearing rings (532, 632), wherein the at least one distance sensor (540, 640) is disposed on the other bearing ring (534, 634), and wherein the encoder (545 , 645) and the at least one distance sensor (540, 640) are aligned with one another such that the angle of rotation is detected in the axial direction and / or that in the radial direction the distance between the first bearing ring (532, 632) and the second bearing ring (534 , 634) is detected, wherein for detecting the rotation angle of the encoder (545, 645) has a profiled measuring surface. Kraftdrehkopfaxiallager (200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens drei Abstandsensoren (240, 340, 440, 540, 640) am Umfang des ersten Lagerrings (232, 332, 432, 532, 632) oder des zweiten Lagerrings (234, 334, 434, 534, 634), vorzugsweise in näherungsweise gleichen Winkelabständen, angeordnet sind.Axial thrust bearings (200, 300, 400, 500, 600) according to one of the Claims 1 to 7 wherein at least three distance sensors (240, 340, 440, 540, 640) on the circumference of the first bearing ring (232, 332, 432, 532, 632) or the second bearing ring (234, 334, 434, 534, 634), preferably in Approximately the same angular distances are arranged. Kraftdrehkopfaxiallager (200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 8, wobei die mindestens drei Abstandssensoren (240, 340, 440, 540, 640) eine erste Sensoranordnung bilden, wobei weiter eine zweite Sensoranordnung mit mindestens drei weiteren Abstandssensoren am Umfang des ersten Lagerrings (232, 332, 432, 532, 632) oder des zweiten Lagerrings (234, 334, 434, 534, 634) angeordnet ist, und wobei die Abstandssensoren (240, 340, 440, 540, 640) der ersten Sensoranordnung je versetzt zu den Abstandssensoren der zweiten Sensoranordnung angeordnet sind.Axial thrust bearings (200, 300, 400, 500, 600) Claim 8 wherein the at least three distance sensors (240, 340, 440, 540, 640) form a first sensor arrangement, further comprising a second sensor arrangement with at least three further distance sensors on the circumference of the first bearing ring (232, 332, 432, 532, 632) or second bearing ring (234, 334, 434, 534, 634) is arranged, and wherein the distance sensors (240, 340, 440, 540, 640) of the first sensor arrangement are each arranged offset from the distance sensors of the second sensor arrangement. Kraftdrehkopfaxiallager (200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kraftdrehkopfaxiallager als Axialkegelrollenlager ausgebildet ist.Axial thrust bearings (200, 300, 400, 500, 600) according to one of the Claims 1 to 9 , wherein the Kraftdrehkopfaxiallager is designed as axial tapered roller bearings.
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