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Bohrturbine mit einem Rohrgehäuse Die Erfindung betrifft eine Bohrturbine
mit einem Rohrgehäuse, in welchem ein Flüssigkeitsturbinenabschnitt, eine Welle
und ein Lager zwischen Gehäuse und Welle untergebracht sind, wobei das Lager von
einem Teil der Flüssigkeit durchströmt wird und ein kreisringförmiges Teil unterhalb
des Gehäuses auf der Welle unterhalb der Öffnungen für die aus dem Lager austretende
Flüssigkeit angebracht ist.
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Bei einer bekannten Bohrturbine trifft der aus der Turbine austretende
Flüssigkeitsstrahl auf die obere Schulter einer auf dem unteren Ende der Turbinenwelle
aufgeschraubten Durchmesserausgleichsmuffe und wird dadurch seitlich abgewiesen.
Zusätzlich sind Umlenkmittel für die ausströmende Flüssigkeit in Form von im Winkel
nach oben gerichteten öffnungen vorgesehen, die in dem feststehenden Gehäuse angebracht
sind. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß durch die stark mit schleifenden
Körpern versetzte Flüssigkeit die Durchmesserausgleichsmuffe an ihrem oberen Ende
erodiert. Darüber hinaus tritt bei der Umlenkung eine Verwirbelung auf, die noch
verstärkt wird durch die aus den im Winkel nach oben gerichteten Öffnungen austretenden
Flüssigkeitsstrahlen.
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Ziel der Eifindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, durch die die
aus dem Lager austretende Flüssigkeit so nach oben umgelenkt wird, daß diese möglichst
verwirbelungsfrei aus dem Rohrgehäuse in das Bohrloch eintritt und gleichzeitig
ein Erodieren funktionswesentlicher Teile der Bohrturbine durch den austretenden
Flüssigkeitsstrahl verhindert.
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Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die dem
Lager zugewandte Fläche des kreisringförmigen Teiles mit einer umlaufenden Nut versehen
ist.
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Die umlaufende Nut ist dabei so ausgebildet und angeordnet, daß die
aus dem Lager nach unten austretende Flüssigkeit nach oben umgelenkt wird, beispielsweise
kann sie einen V-förmigen Querschnitt aufweisen.
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Zweckmäßig ist die Länge des kreisringförmigen Teiles kleiner als
sein Durchmesser. Seine Befestigung kann über eine Anzahl auf seinem Umfang verteilter
Stiftschrauben erfolgen, die das kreisringförmige Teil auf der Welle festhalten.
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Es kann zweckmäßig sein, das kreisringförmige Teil aus einem verformbaren
elastischen Werkstoff, vorzugsweise Gummi oder einem elastischen Kunststoff, herzustellen,
wobei der Innendurchmesser des kreisringförmigen Teiles kleiner gewählt ist als
der Außendurchmesser der Welle, so daß das kreisringförmige Teil unter Vorspannung
auf der Welle aufliegt.
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Eines der schwerwiegenden Probleme, das sich bei der Anwendung solcher
Bohrturbinen ergeben hat, ist die Neigung der mit hoher Geschwindigkeit abwärts
strömenden Bohrflüssigkeit aus den Lagern der Bohrturbine herauszutreten und demzufolge
den Meißel zu erodieren und die Ausbringung des Abraumes aus der Bohrung zu behindern.
Ein Hauptziel der Erfindung ist es deshalb, dieses schwerwiegende Problem zu lösen,
den Meißel wirkungsvoll vor einer Erosion zu schützen und die Energie der Flüssigkeit
zur Unterstützung der Säuberung der Bohrung zu benutzen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise dargestellt
und im folgenden im einzelnen erläutert.
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Fig. 1 ist ein vergrößerter Längsteilschnitt der Bohrturbine, der
den unteren Teil des Bohrturbinengehäuses, die zugehörige Antriebswelle und den
in der Arbeitslage auf dem Grund der Bohrung aufliegenden Meißel zeigt; Fig. 2 ist
ein Schnitt 2-2 der Bohrturbine aus Fig. 1 und zeigt die obere Fläche des Schlammabweisers
oder des Meißelschutzes; Fig. 3 ist ein Schnitt 3-3 der Fig. 2 und zeigt die Befestigungsmittel
des Schutzes;
Fig. 4 ist ein Teilschnitt des unteren- Endes des
Bohrstranges aus Fig. 1 und zeigt eine andere Ausführungsform des in Fig. 3 dargestellten
Schutzes.
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Wie allgemein bekannt, ist die Bohrturbine eine am Bohrungsgrund angeordnete,
vom Schlamm angetriebene Turbine, die mit Bohrflüssigkeit, die von dem Bohrstrang
durch eine Reihe von Leit- und Laufschaufeln zum Meißel hindurchgeht, beaufschlagt
wird. Diese Bohrflüssigkeit strömt dann durch das Bohrloch zurück, entfernt das
Bohrklein und fördert ihn zu einem geeigneten Sumpf, von dem die Flüssigkeit dann
wieder in die Bohrung gepumpt werden kann.
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Für eine Bohrturbine dieser Art hat sich ergeben, daß bei einem Nenndurchmesser
von 16,8 cm der Bohrturbine ungefähr 100 Turbinenstufen erforderlich sind und ungefähr
2270 1 pro Minute in das Bohrloch gepumpt werden - müssen, um das notwendige Bohrmoment
von etwa 183 PS zu erzeugen. Der Schlammdruck auf die Fläche beträgt 70 bis 211
atü.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der untere Teil der sich drehenden
Bohrturbinenwelle 41, die im Gehäuse 40 gelagert ist, mit geeigneten Tragscheiben
42, die voneinander durch feststehende Tragglieder 44 am Gehäuse getrennt sind,
versehen, um den axialen Schub in beiden Richtungen aufzunehmen. Die am Gehäuse
befestigten Tragglieder weisen Durchlässe 45 für die Bohrflüssigkeit auf, wodurch
die Lager sowohl gekühlt als auch geschmiert werden. Der größte Teil der Bohrflüssigkeit
tritt dann in den zentralen Teil der Welle 40 durch die Öffnung 45 a ein.
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Zusätzlich zum Axiallager ist ein Radiallager vorgesehen, das aus
einer gehärteten Buchse 60, die auf der Welle 41 mittels eines Keiles 61 befestigt
ist, besteht. Diese Lagerfläche läuft in der anliegenden Hülse und dem Gleitlagerelement
63, das in dem Gehäuse 64 der Bohrturbine mittels der Ringmutter 65 befestigt ist.
Die äußere gehärtete Hülsenfläche 66 ist gewöhnlich mit Flüssigkeitsdurchlässen
versehen, die in der Fig. 1 als Spalt dargestellt sind und die den Durchtritt eines
Teiles der Bohrflüssigkeit zwischen den Lagerflächen sowohl für Kühl- als auch für
Schmierzwecke erlauben.
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Es hat sich ergeben, daß durch den zum Antrieb der Turbine erforderlichen
hohen Bohrflüssigkeitsdruck ein Ausströmen zwischen dem unteren Ende des Gehäuses
64 und der Welle 41 verursacht wird. Ebenso wird die Ausbringung des Bohrkleins
aus dem Bohrloch stark behindert, da dadurch eine solche Turbulenz und Erosion des
Meißels verursacht wird, die als nicht mehr zuträglich betrachtet werden muß.
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Wie im besonderen in Fig. 1 und 3 dargestellt, hat sich die Anordnung
eines Abweisringes 30 auf der unteren Welle 41 unterhalb des Bodens des Gehäuses
64 als vollständig ausreichend erwiesen.
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In der bevorzugten Ausführungsform besteht der Abweisring 30 aus einem
Metallring mit gehärteter Oberfläche, in den eine ringförmige Nut 32 in seiner oberen
Fläche angebracht ist. Diese Nut hat V-förmigen Querschnitt und ist relativ flach,
dabei sind die abweisenden Flächen voneinander weg gerichtet, unter einem Winkel
von etwa 30° zur Normalen. Dieser Ring 30 hat einen äußeren Durchmesser, der ungefähr
dem des Bohrturbinengehäuses 40 gleich ist.
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Wie in den Fig. 2 und 3 am besten zu erkennen ist, wird der Abweisring
30 an der Bohrwelle 41 durch eine Anzahl auf den Umfang verteilter Stiftschrauben
34, die im Ring versenkt sind, befestigt. Während es im allgemeinen ausreichend
ist, den Abweisring 30 mittels solcher Stiftschrauben in seiner Lage zu halten,
so können jedoch die auf ihn einwirkenden Kräfte so groß werden, daß es notwendig
wird, eine ringförmige Ausnehmung in der Welle vorzusehen, in die ein Keil oder
ein Spannring eingesetzt werden kann.
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Auf die Verwendung von Stiftschrauben zur Befestigung des Abweisringes,
wie in Fig. 3 dargestellt, kann gänzlich verzichtet werden, wenn der Metallring
durch einen verformbaren elastischen Ring 36 gleicher Form ersetzt wird, der aus
Gummi oder Plastik hergestellt ist und über die untere Bohrwelle 41 gedrückt wird.
Es ist ermittelt worden, daß; wenn solch ein Abweisring 36 mit einer Mittel-Bohrung
von 6,4 cm Durchmesser über eine Bohrwelle 41 mit 10,2 cm gezogen wird, er ohne
weitere Hilfsmittel in der zur Abweisung des Flüssigkeitsstrahles notwendigen Lage
hält. Eine noch größere Widerstandskraft des elastischen Abweisringes kann dadurch
erreicht werden, daß in der Welle eine ringförmige Nut vorgesehen wird, in die der
innere Randteil des Ringes eingreifen kann.
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Aus der gegebenen Darstellung ist zu ersehen, daß ein Strahl (gewöhnlich
in der Form eines ringförmigen Hohlstrahles) der Bohrflüssigkeit, der aus dem Gehäuse
austritt, abgelenkt und daran gehindert wird, den Meißel zu treffen. Dies allein
würde einen wirkungsvollen Schutz des Bohrkopfes ergeben, was sehr ausschlaggebend
ist. Zusätzlich wird jedoch der Strahl der Bohrflüssigkeit auch noch nach oben umgelenkt;
wodurch er sich mit dem nach oben strömenden schlammangereicherten Strom der Bohrflüssigkeit
vereinigt und dadurch die Aufwärtsströmung des Schlammflusses zur Oberfläche als
auch den Austritt der Druckflüssigkeit aus der Turbine unterstützt.
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Auf diese Weise ist ein indirekter, aber sehr wirkungsvoller Schutz
des Bohrkopfes 19 erreicht worden, durch den eine zerstörende Erosion verhindert
wird, die sonst eine Freilegung der Bohrkopflager mit einer Flüssigkeitsabschleifung
verursachen würde.
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Ebenso wird ein Ausfluß mit hoher Geschwindigkeit aus dem Turbinengehäuse
40, das ein Hülsenlager 63 enthält, wirksam herabgesetzt.
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Es ist zu erkennen, daß die erfolgreiche Verwendung einer Bohrturbine
der beschriebenen Art im praktischen Einsatz weitgehend von der Anwendung der Abweisvorrichtung
nach der Erfindung abhängig ist.