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Bohrturbine Die Erfindung betrifft eine Bohrturbine mit einem feststehenden
Rohrkörper, einer Hohlwelle, die an dem unteren Ende einen Meißel trägt, einer Druckflüssigkeitsversorgung
im oberen Teil des Gerätes, einer von der Druckflüssigkeit durchströmten Turbinenbeschaufelung
am Rohrkörper und auf der Welle, um die Welle in Drehung zu versetzen, einer hinter
der Turbinenbeschaufelung vorgesehenen Kammer, die die aus der Beschaufelung austretende
Flüssigkeit aufnimmt, einem an die Kammer anschließenden Wellenlängslager und einem
Flüssigkeitsdurchlaß von der Kammer in die Hohlwelle.
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Bei einer Bohrturbine dieser Art, bei welcher die Druckflüssigkeit
durch die Turbinenbeschaufelung zum Meißel geleitet wird, ergibt sich eine Beeinflussung
zwischen der Durchflußmenge zur Bespülung des Meißels und der Durchflußmenge durch
das Wellenlängslager der Turbine, dessen Kammer mit dem Flüssigkeitsstrom in Verbindung
steht.
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Zur Erzeugung kräftiger Strahlen hat der Meißel im allgemeinen relativ
kleine düsenförmige öffnungen, so daß sich zwischen der Turbinenbeschaufelung und
dem Meißel ein hoher Druck ausbildet, der auch im Bereich des Wellenlängslagers
wirkt und zu einem größeren Durchfluß durch das Längslager führt. Da die verwendete
Flüssigkeit mit Schlamm durchsetzt und mit schleifenden Teilchen angereichert sein
kann, wirkt sich ein starker Durchfluß durch das Längslager schädlich aus, indem
das Lager stärker abgenutzt und schneller verschlissen wird.
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Es ist eine Bohrturbine bekannt, bei welcher für die Druckfiüssigkeit
zwei Strömungsbahnen vorgesehen sind. Die Flüssigkeit wird alternativ entweder durch
die Turbinenbeschaufelung hindurchgeleitet oder fließt unter Umgehung der Turbinenbeschaufelung
direkt zum Meißel, je nachdem, ob die Turbine als solche arbeitet oder als
Strahlbohrer Verwendung finden soll.
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Diese bekannte Turbine hat jedoch den obengenannten Nachteil, daß
dann, wenn die Turbinenbeschaufelung von der Druckflüssigkeit durchströmt wird,
auch ein starker Druck vor dem unteren Längslager auftritt und ein starker Durchfluß
durch dieses stattfindet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrturbine der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei welcher der Durchfluß durch das Längslager der Turbine
und der Druck in der Kammer vor dem Längslager möglichst gering ist und gleichzeitig
Strahlen hoher kinetischer Energie in das Bohrloch durch den Meißel eintreten.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Betrieb dauernd
ein Teil der Druckflüssigkeit unmittelbar unter Umgehung der Turbinenbeschaufelung
durch die Strömungsbahn der Hohlwelle hindurchgeführt wird und durch eine Meißeldüse
in das Bohrloch austritt.
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Gemäß der Erfindung kann für den die Turbinenbeschaufelung beaufschlagenden
Teil der Druckflüssigkeit in dem an die Kammer anschließenden Hohlwellenteil eine
gesonderte Strömungsbahn, die in einen von der Düse getrennten Auslaß des Meißels
mündet, vorgesehen sein. Dabei kann der erste Auslaß für den die Beschaufelun- beaufschlagenden
Teil der Druckflüssigkeit im Vergleich zur Düse einen großen Querschnitt haben.
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Die Strömungsbahn des aus der Beschaufelung austretenden Druckflüssigkeitsteiles
kann auch in die Strömungsbahn des in der Hohlwelle geführten Flüssigkeitsteiles
münden, so daß in der Hohlwelle sich die beiden Flüssigkeitsteile wieder vereinen
und aus einer Meißeldüse mit kleinem Querschnitt austreten, wobei in der Hohlwelle
eine Düse vorgesehen ist, die in eine anschließende venturirohrartige Düse einmündet.
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Die Erfindung wird in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen,
auf die sie nicht beschränkt ist, dargestellt und im folgenden im einzelnen erläutert.
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Fig. 1 ist der Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Bohrturbine,
deren zwei Strömungsbahnen in der
Nähe des Meißels gesonderte Auslässe
unterschiedlicher Größe haben.
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Fig. 2 ist der Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Bohrturbine, bei der die beiden Strömungsbahnen in der Nähe des Meißels einen gemeinsamen
Auslaß haben.
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In Fig. 1 ist mit 10 das feststehende Bohrgehäuse des
Bohrgerätes und mit 11 die drehbare Welle bezeichnet. Diese trägt an ihrem
unteren Ende den dreischneidigen 1'Bohrmeißel 12. Ein Kanal 13 ist an seinem
oberen Ende mit einer Druckflüssigkeitsversorgung verbunden. Die aus dem Kana113
austretende Flüssigkeit durchströmt die Beschaufelung14 derTurbine, die zwischen
dem Gehäuse 10 und der Welle 11
angeordnet ist, um die Welle
11 in Drehung zu versetzen. Eine Kammer 15, die unter der Beschaufelung
14 angeordnet ist, nimmt die aus der Beschaufelung 14 austretende Flüssigkeit auf.
Zwischen dem Gehäuse 10
und der Welle 11 ist anschließend an die Kammer
15
ein Längslager 16 angeordnet, das von der Flüssigkeit aus der Kammer
bespült wird. Im unteren Teil der Welle 11 ist eine gesonderte Strömungsbahn
17 vorgesehen, die bei 18 von der Kammer 15 ausgeht und bei
19 im Meißel 12 mündet. In der Welle 11 ist ferner eine weitere Strömungsbahn
20 angebracht, die unmittelbar vom Auslaß des Kanals 13 gespeist wird und
gleichfalls im Meißel 12 mündet.
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Die gesonderte Strömungsbahn 17 ergibt sich zwischen der inneren
Wandung der Hohlwelle 11 und der Außenwandung eines in die Hohlwelle eincresetzten
Rohres 22, dessen Hohlraum die Strömungsbahn Z 20 ist. Das Rohr 22 wird mittels
eines Stützringes 23 und einerSpannmutter24 festgehalten. Ein Einsatzstück25,
in dem sich Mündungen 19 und 21 befinden und dessen Flansch 26 durch
Einsetzen des Meißels 12 in die Mutter 24 festgespannt wird, schließt das Rohr 22
nach unten ab. Bei 27, 28 und 29 sind Abdichtungen vorgesehen.
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Die Druckflüssigkeit tritt in dem oberen Teil des Gerätes durch den
Kanal 13 in Richtung des Pfeiles F ein und teilt sich dort auf. Ein Teil
der Flüssigkeit geht durch die Beschaufelung 14 der Turbine in Richtung des Pfeiles
Fi zur Kammer 15 und durch die gesonderte Strömungsbahn 17, der andere
Teil fließt in Richtung des Pfeiles F, durch das die Strömungsbahn 20 bildende Rohr
22.
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Die in Richtung des Pfeiles F, fließende Flüssigkeit, die in der Turbinenbeschaufelung
14 Arbeit leistet, tritt mit großem Durchsatz bei 18 aus der Kammer
15
in die gesonderte Strömungsbahn 17 ein, durchfließt die Strömungsbahn
17 in Richtung der Pfeile F,' und gelangt in eine Zentralbohrung
30 des Einsatzstückes 25, deren Ende den Auslaß 19 bildet.
Dieser hat einen großen Querschnitt, um die Bespülung des Meißels 12 mit einer großen
Flüssigkeitsmenge und damit die Austragung des Bohrabraumes sicherzustellen. Durch
den großen Querschnitt des Auslasses 19 entsteht außerdem in der Kammer
15 ein niedriger Druck, so daß der Flüssigkeitsdurchtritt durch das Längslager
16
gering ist. Dadurch wird ein starker Verschleiß des Lagers 16 vermieden.
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In der Strömungsbahn 20 kann die in Richtung des Pfeiles F2 fließende
Flüssigkeit unter hohem Druck stehen. Sie durchfließt die Strömungsbahn 20 in Richtung
des Pfeiles F.', gelangt in drei Strahlkanäle 31 im Einsatzstück
25 und tritt durch Meißeldüsen 32 bei 21 aus. Jede Düse
32 ist eingepaßt, austauschbar und hat einen kleinen Querschnitt, wodurch
eine Regulierung der Durchflußmenge jedes Strahles FJ ermöglicht wird. Die Durchflußmengen
F2" sind gegenüber der Da----;-illußmenge F relativ klein. Sie wirken infolge ihrer
kinetischen Energie auf die Bohrfläche. Der kleine Querschnitt der Düsen
32 ergibt oberhalb des Meißels einen großen Druck, der sich gleichwohl nicht
auf das Lager 16 überträgt, weil dieses von der unter Druck stehenden Flüssigkeit
F2' nicht berührt wird.
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Infolge des Zusammenwirkens beider Strömungen Fi und F2 ergibt sich
eine wirkungsvolle Reinigung des Meißels und eine starke Strahlwirkung, ohne daß
das Lager 16 der Turbine unter einem schädlichen Flüssigkeitsdruck steht.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 münden die beiden Strömungsbahnen
17 und 20 im l' Meißel 12 in einem gemeinsamen Auslaß 33, der von
eingepaßten und austauschbaren Düsen 34 mit kleinem Querschnitt gebildet wird. In
der Nähe der Vereinigung beider Strömungsbahnen 17 und 20 oberhalb des gemeinsamen
Auslasses 33 weist die Strömungsbahn 20 eine Düse 35 auf, die in eine
als Ejektor -wirkende venturirohrartige Düse 36 in der ersten Strömungsbahn
17 hineinfördert.
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Die Druckflüssigkeit tritt in den oberen Teil des Bohrgerätes durch
einen Kanal 13 in Richtung des Pfeiles F ein und teilt sich dort auf. Ein
Teil fließt durch die Beschaufelung 14 der Turbine in Richtung des Pfeiles Fl, während
der andere Teil der Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles F2 durch die Strömungsbahn
20 fließt.
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Die in Richtung des Pfeiles F, fließende Flüssigkeit, die in der Turbine
14 Arbeit geleistet hat, gelangt in die Kammer 15 und bespült das Längslager
16. Infolge der Ejektorwirkung, die von der mit großer Geschwindigkeit aus
der Düse 35 in Richtung auf die venturirohrartige Düse 36 austretenden
Flüssigkeit hervorgerufen wird, wird sie durch die öffnungen 18
angesaugt.
Im divergenten Teil 37 der venturirohrartigen Düse 36 herrscht ein
höherer Druck als in der Kammer 15. Die Vermischung der in Richtung des Pfeiles
F, fließenden Flüssigkeit und derjenigen, die in Richtung des Pfeiles F, fließt,
ergibt somit am Ende des divergenten Teiles 37 einen hohen Druck, der ein
starkes Ausspritzen der Flüssigkeit auf die Bohrfläche durch die Düsen 34 ermöglicht.
Der Druck in der Kammer 15 bleibt dabei niedrig, so daß der Durchfluß durch
das Lager selbst gering ist. Dadurch gelangt fast die gesamte Menge der Druckflüssigkeit
auf die Bohrfläche.