DE1092857B - Hydraulischer Viel-Stufen-Turbinenbohrer zum Abteufen von Bohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Turbinenbohrer mit innerhalb der Statorleitschaufelkränze axial verschiebbaren Rotorschaufelkränzen.

Bei den bekannten Turbinenbohrern dieser Art geht die Bohrflüssigkeit unmittelbar aus dem Stator in den Rotor und aus dem Rotor in den Stator über. Außerdem ist der Kanal der bekannten Turbinen von einer Seite offen, was zu niedrigen Nutzeffekten solcher Turbinen führt.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch behoben, daß zwischen den Leit- und Laufschaufelkränzen Kanäle zur Umlenkung der Flüssigkeit angeordnet sind. Bei der erfindungsgemäßen Turbine gelangt also die Flüssigkeit aus dem Stator in den Rotor durch Kanäle, die im Bereich der Schaufeln vom Statorkörper bzw. vom Vorsprung am Rotor geschlossen sind, das gleiche gilt auch für die Kanäle des Rotors der Turbine. Der sich hierdurch ergebende größere Abstand der Stufen der Turbine wird in Anbetracht der wesentlichen Erhöhung des Nutzeffektes gern in Kauf genommen. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Turbinenstufenhöhe zum Gesamtdurchmesser der Turbine etwa 1:3 bis 1:3,5.

Zwecks Herstellung einer axialen Verschiebbarkeit des Rotors im Stator der Turbine weisen die Arbeitsschaufelkränze des Rotors einen geringeren Außendurchmesser auf als der Innendurchmesser der Leitschaufelkränze des Turbinengehäuses, wobei zweckmäßigerweise die Laufschaufelkränze gegenüber den benachbarten Leitschaufelkränzen in axialer Richtung versetzt angeordnet sind.

Zwecks Verbesserung der Bedingungen der Bewegung der Flüssigkeit abwechselnd zwischen den Laufund Leitschaufelkränzen sind die Schaufeln jedes Kranzes zweckmäßig in einer ringförmigen Mulde angeordnet, deren Querschnitt eine Strömungsform aufweist.

Zum Zweck der Verbesserung der Bohrleistung in zähen plastischen Formationen kann das Turbinengehäuse auch rotierbar ausgebildet sowie mit Laufschaufelkränzen ausgerüstet sein, d. h. als Turbinenrotor wirken, während der Rotor feststeht und mit Leitschaufelkränzen ausgerüstet ist, d. h. als Turbinengehäuse dient.

Der Turbinenbohrer kann derart ausgebildet sein, daß sowohl das Turbinengehäuse mit den Statorschaufeln als auch der Rotor der Turbine aus einem Stück bestehen, die z. B. als Gußteile oder durch Anschweißen von Schaufeln hergestellt sind.

In Fig. 1 ist ein Turbinenbohrer mit einer radialaxialen hydraulischen Turbine im Schnitt dargestellt; in Fig. 2 ist ebenfalls im Schnitt ein Turbinenbohrer mit einem einheitlichen Turbinengehäuse wiedergegeben, welches tatsächlich auch die Funktion eines Tur-Hydraulischer Viel-Stuf en -Turbinenbohrer zum Abteufen von Bohrungen

Anmelder:

Rolen Joannessjan und Mois^ej Guzman, Moskau

Vertreter: Dipl.-Chem. L. Zellentin, Patentanwalt,
Ludwigshafen/Rhöin, Rheinstr. 25

Rolen Joannessjan und Moissej Gußman, Moskau,
sind als Erfinder genannt worden

binenstators ausübt, und in Fig. 4 ist im Schnitt ein Turbinenbohrer dargestellt, der aus einzelnen Sektionen besteht.

Jede Stufe der Turbine gemäß Fig. 1 besteht aus einem Schaufelkranz 1, der im Gehäuse 2 sitzt, und dem Rotor 3, der auf die Welle 4 aufgesetzt ist. Der Außendurchmesser der Schaufelkränze des Rotors ist um den Betrag der Breite des Radialspaltes kleiner als der Innendurchmesser der Leitschaufelkränze des Turbinengehäuses.

Der Strom der Arbeitsflüssigkeit trifft die Schaufelkränze des Turbinengehäuses und erhält durch diese eine bestimmte Ablenkung, worauf er durch den Kanal gegen die Schaufelkränze des Rotors geführt wird. Die hier Leistung abgebende Flüssigkeit wird durch den Kanal des Rotors erneut zur Peripherie gegen die nächsten Schaufelkränze des Turbinengehäuses gelenkt usw.

Bei der Montage einer Turbine gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Rotor in axialer Richtung an den benachbarten Leitschaufelkränzen frei vorbeibewegt werden. Die Verbindungen der Laufkränze mit der Welle und der Richtkränze mit dem Turbinengehäuse sind unlösbar ausgeführt, z. B. durch Heißaufsetzen.

Zwecks Herstellung einer Verbindung mit den Bohrrohren ist in das Gehäuse ein mittels Heißaufsetzen und Verschrauben verbundenes Anschluß stück 5 eingeführt, dessen Oberteil ein konisches Gewinde für das Ansetzen des Übergangsstückes aufweist, wobei das letztere bei Anwendung des Bohrverfahrens ohne Hochnehmen der Bohrrohre (Standrohrverfahren) einen größeren Innendurchmesser aufweist als der

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Außendurchmesser des rotierenden Teils des Turbinenbohrers.

Auf dem unteren Teil des Gehäuses ist ebenfalls mittels Heißaufsetzen und Schraubverbindung der Nippel 6 befestigt, in welchen das aus Gummi bestehende Radiallager 7 eingesetzt wird.

Im oberen Teil des Turbinenbohrers befindet sich das aus den Spurlagern 8 bestehende, durch die Ringmutter 9 gegen Drehen gesicherte, vielstufige Gummi-Metall-Drucklager.

Die Metallteile des Drucklagers — die Spurzapfenscheiben 10 und Spurzapfenringe 11 — rotieren gemeinsam mit der Welle und werden auf dieser mittels der Mutter 12 befestigt, welche ihrerseits durch ein an ihrem Oberteil angeordnetes kegelförmiges geschütztes Schwanzstück mit einer daraufgesetzten Kegelkappe 13 und einer diese fixierenden Gegenmutter 14 gegen Lockerung gesichert ist.

Die freie Bewegung des Rotors im Gehäuse der Turbine eines Turbinenbohrers mit radial-axialer Turbine ist die Vorbedingung für ein einfaches Auswechseln der Teile des Drucklagers. Hierzu wird die Ringmutter 9 abgeschraubt, worauf nach Hochstoßen des Rotors das Axiallager herausgenommen, die abgenutzten Teile ersetzt und der Rotor wieder an seinen Platz getan wird.

Die Ausführungsform des Turbinenbohrers, in welchem das Turbinengehäuse und die Statorschaufeln aus einem Stück gebildet sind und dabei das Gehäuse auch die Funktionen des Stators hat, ist in Fig. 2 dargestellt. Ebenso kann auch der Rotor zusammen mit der Welle als Einheit ausgebildet sein. Turbinengehäuse und auch Rotor können hierbei als Ganzes gegossen sein, oder es kann ein Anschweißen der Schaufeln erfolgen. In Fig. 3 ist eine Ausführungsform des Turbinenbohrers dargestellt, bei welchem das Gehäuse der Turbine rotiert, wobei es mit Laufschaufelkränzen ausgerüstet ist und als Rotor der Turbine wirkt, der Rotor dagegen ist feststehend ausgebildet und mit Leitschaufelkränzen ausgerüstet und übernimmt so die Funktion des Stators.

Eine derartige Änderung in der Anordnung des Gehäuses und des Rotors ermöglicht es, dessen Drehmoment zu vergrößern und dessen Drehzahl zu verringern, was insbesondere zum Bohren in zähen, plastischen Formationen erforderlich ist.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform des Turbinenbohrers dargestellt, welcher aus einzelnen Sektionen besteht, die lösbar miteinander verbunden sind, und von welchem jede aus einer hydraulischen Turbine besteht.

Das Drucklager als Knotenpunkt der Spindel 15 befindet sich in dem unteren Teil des Turbinenbohrers; es dient dem Zusammenhalt von Turbinenwelle und Turbinengehäuse.

Eine solche Anordnung des Drucklagers verbessert die Arbeitsbedingungen der Turbine, da alle dynamischen Belastungen, die von der Spindel aufgenommen werden, unmittelbar auf das Gehäuse des Turbinenbohrers übertragen werden.

Die freie Verschiebbarkeit des Rotors gegenüber dem Gehäuse der Turbine gestattet es, aus der im Bohrloch befindlichen Turbine den Rotor ohne Hochnehmen der Bohrrohre auszubauen. Bei dieser Turbinenart wird durch die Bohrrohre nur der Rotor gemeinsam mit dem Meißel gefördert, das Gehäuse des Turbinenbohrers dagegen, das mit den Bohrrohren fest verbunden ist, befindet sich auch während des Ausbauens des Rotors an der Bohrstelle.

Bei der Ausführungsform des Turbinenbohrers mit rotierendem Gehäuse ist es beim Kernbohren möglich, ein stehendes, mit dem inneren Stator verbundenes Kernrohr innerhalb des Gehäuses zu haben, das man innerhalb der Bohrrohre an die Oberfläche ziehen kann. Bei Verwendung solch eines entfernbaren Stators entfällt die sonst durch den Durchmesser der Turbinenbohrerwelle gegebene Begrenzung des Durchmessers des Kernrohres.

Die Merkmale der Ansprüche 3 bis 7 sind an sich bekannt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Turbinenbohrer mit innerhalb der Statorleitschaufelkränze axial verschiebbaren Rotorlaufschaufelkränzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leit- und Laufschaufelkränzen Kanäle zur Umlenkung der Flüssigkeit angeordnet sind.

2. Turbinenbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Turbinenstufenhöhe (infolge Zwischenordnens der Kanäle) zum Gesamtdurchmesser der Turbine etwa 1:3 bis 1:3,5 beträgt.

3. Turbinenbohrer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinengehäuse drehbar ausgebildet, mit Laufschaufelkränzen ausgestattet ist und als Turbinenrotor dient, während die Welle feststehend ausgebildet, mit Leitschaufelkränzen ausgerüstet ist und als Stator dient.

4. Turbinenbohrer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd zwischen den Lauf- und Leitschaufelkränzen die Schaufeln jedes Kranzes in einer ringförmigen Mulde angeordnet sind, deren Querschnitt eine Strömungsform aufweist.

5. Turbinenbohrer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Turbinengehäuse (2) mit den Schaufeln als auch der Rotor (3) mit den Schaufeln aus einem Stück ausgebildet, z. B. durch Guß oder durch Anschweißen der Schaufeln hergestellt sind.

6. Turbinenbohrer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einzelnen Sektionen zusammengesetzt ist, die untereinander lösbar verbunden sind und je eine hydraulische Turbine einschließen.

7. Turbinenbohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenwelle der untersten Sektion des Turbinenbohrers mit dessen Gehäuse eines kammförmigen Gummi-Drucklagers gekoppelt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 890 782;
USA.-Patentschrift Nr. 2 588 311;
»Bergbauwissenschaften«, 1955, S. 129 bis 131;
»Erdoel-Zeitschrift«, 1956, S. 390.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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