DE19821867A1 - Nach dem Moineau-Prinzip arbeitende Maschine, insbesondere Bohrmotor für Tiefbohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer nach dem Moineau-Prinzip arbeitende Maschine, insb. von einem Bohrmotor für Tiefbohrungen z. B. bei der Erdölgewinnung, wobei sich innerhalb eines Aussenteils ein gewendeltes Innenteil befindet, das Aussenteil mit einer innen gewendelten Auskleidung aus einem Elastomer zur Aufnahme des Innenteils versehen ist und Aussenteil und Innenteil gegeneinander verdrehbar sind.

Das Moineau-Prinzip sieht dabei vor, dass die Auskleidung des Aussenteils im Vergleich zum kernartigen Innenteil eine Wendelung mehr aufweist. Das Moineau-Prinzip wäre also z. B. erfüllt, wenn die Elastomerauskleidung innen fünffach, das Innenteil hingegen nur vierfach gewendelt ist.

Bei bekannten Bohrmotoren besteht das Aussenteil im Bereich der eigentlichen Maschine aus einem zylindrischen Stahlrohr, das die Elastomerauskleidung aufweist, die ihrerseits mit einem gewendelten Aufnahmeraum für das Innenteil versehen ist. Dadurch ergeben sich infolge der Wendelung - über den Umfang des Stahlrohres gesehen - stark unterschiedliche Wandstärken des Elastomers, die eine entsprechend unterschiedliche Beanspruchung des Elastomers zur Folge haben. Zudem besteht insb. bei Bohrmotoren der Wunsch, den ausserhalb des Aussenteils befindlichen Ringraum zwischen dem Motor und der Bohrlochwandung auszunutzen z. B. zum Rückführen der Druckflüssigkeit zum Antrieb des Bohrmotors und diesen Raum zur Erzielung eines grossen Durchgangsquerschnitts so gross wie möglich zu machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Forderungen weitgehend gerecht zu werden und demgemäss durch eine besondere Gestaltung des Aussenteils günstige Querschnitte für die Auskleidung und möglichst kleine Quererstreckungen für das Aussenteil zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weisen erfindungsgemäss das metallische Aussenteil und dessen Elastomerauskleidung über deren axiale Erstreckung hinweg je für sich zumindest im wesentlichen die gleiche Wandstärke auf und ausserdem ist das metallische Aussenteil über dessen Umfang hinweg wellenförmig gestaltet in der Weise, dass sich zwischen konvexen Abschnitten konkave Abschnitte befinden.

Die gleichmässige Wandstärke der Auskleidung hat bei geringstem Werkstoffaufwand eine verbesserte Belastung des Elastomers zur Folge. Ausserdem werden durch die konkaven Vertiefungen an der Aussenseite des Aussenteils zusätzliche Räume zum Rückführen z. B. der Druckflüssigkeit zum Antrieb des Motors geschaffen. Ferner ergeben sich aufgrund der Erfindung besondere Vorteile in Bezug auf die Festigkeit und die Anpassbarkeit des Aussenteils an den Verlauf der Bohrung, wenn die Maschine bei grosser Längenerstreckung in Erdbohrungen eingesetzt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 einen senkrechten Teillängsschnitt durch einen Bohrmotor zum Absenken in Tiefbohrungen z. B. bei der Erdölgewinnung (down-hole motor) und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II von Fig. 1.

Der Bohrmotor besteht im wesentlichen aus einem Stator 1 mit als Verbindungsgliedern dienenden Endabschnitten 2 und einer aus Gummi od. dgl. bestehenden Auskleidung 3, die vorzugsweise innen am Mantel 4 des Stators I angehaftet ist.

Der zwischen den Endabschnitten 2 befindliche, aktive Teil des Stators 1 kann sich über mehrere Meter erstrecken, während die Endabschnitte 2 nur eine zur Anbringung von Anschlüssen z. B. mittels Gewinde ausreichende, vergleichsweise kurze Länge haben. So dient der obere Endabschnitt 2 zur Anbringung des Bohrgestänges, der untere Endabschnitt bildet den Übergang zum anzutreibenden Werkzeug z. B. zum Bohrmeissel bzw. zu dessen Lagerung.

Der von der Auskleidung 3 umschlossene Hohlraum 5 dient zur Aufnahme eines Rotors 6, der nach oben hin frei aus läuft und am unteren Ende ein Kupplungsstück 7 mit Innengewinde aufweist, an das eine Gelenkwelle od. dgl. angeschlossen wird, die die Exzentrizität e ausgleicht und die Verbindung zum Werkzeug herstellt.

Zum Betrieb des Motors wird Druckflüssigkeit von oben in den dort befindlichen Endabschnitt 2 eingeleitet. Diese versetzt den Rotor 6 und damit das Werkzeug in Drehung. Sie verlässt den Motor nach unten hin und wird aussen zwischen Aussenfläche des Stators 1 und der Innenwand 8 des Bohrloches nach oben hin abgeleitet. Über Tage erfolgt die weitere Behandlung der Druckflüssigkeit.

Der Mantel 4 wird zusammen mit den Endabschnitten 2 aus einem zylindrischen Stahlrohr gefertigt. Demgemäss hat der Mantel 4 über seine Länge hinweg die gleiche Wandstärke; dies trifft auch für die Auskleidung 3 zu. Die aktive Gummihöhe ist also praktisch konstant.

Wichtig ist nun, dass der Mantel 4 bei einer fünffachen Wendelung fünf über seinen Umfang verteilte konvexe Abschnitt in Form von Kuppen 9 aufweist, zwischen denen sich konkave Abschnitte 10 befinden, die aussen auf dem Mantel 4 schraubenlinienförmig verlaufende Vertiefungen 11 bilden und eine Vergrösserung des Durchflussquerschnittes zwischen Mantel 4 und Innenwand 8 bewirken.

Der Rotor 6 ist vierfach gewendelt, im wesentlichen kreuzförmig gestaltet und an seinen vier Vorsprüngen 12 stark abgerundet, um der Wendelgestalt des Mantels 4 Rechnung zu tragen.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht an die Anzahl der Wendelungen gebunden ist, jedoch soll sie vorzugsweise bei vier- bis sechsfach gewendelten Statoren genutzt werden.

Das für die Herstellung des Stators benutzte glatte Rohr wird nur über Teile seiner Länge zur Bildung der Wellenform verformt. Die erwünschten zylindrischen Endabschnitte 2 sind also Abschnitte des Ausgangsproduktes für den Stator der Maschine.

Das im erwähnten Sinne gestaltete Rohr wird dann innen mit der elastischen Auskleidung 3 versehen.

Die Erfindung ist sinngemäss auch bei Pumpenbetrieb anwendbar, wobei also durch eine Rotordrehung ein flüssiges oder breiiges Medium zu fördern ist. Zudem liegt es auch im Sinne der Erfindung, wenn die dargestellte Maschine in umgekehrter Weise betrieben, also der in der Zeichnung als Rotor 6 bezeichnete Teil als Stator und demgemäss der Stator 1 als Rotor betrieben wird. Vorzugsweise soll jedoch die Erfindung bei Bohrmotoren (down-hole motor) verwendet werden, da sich hier die grössten Vorteile bieten.

Fig. 2 lässt erkennen, dass die Wellenform bzw. das Mass der Ausrundung bzw. die Amplitude und die Wellenlänge der Kuppen 9 einerseits und der konkaven Abschnitte 10 andererseits praktisch einander entsprechen. Die Umfangsersteckungen der Elemente 9, 10 stimmen also im wesentlichen überein und auch das Ausmass ihrer radialen Ausladungen.

Claims (4)

1. Nach dem Moineau-Prinzip arbeitende Maschine, insb. Bohrmotor für Tiefbohrungen, wobei sich innerhalb eines Aussenteils ein gewendeltes Innenteil befindet, das Aussenteil mit einer innen gewendelten Auskleidung aus einem Elastomer zur Aufnahme des Innenteils versehen ist und das Aussenteil und das Innenteil gegeneinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Aussenteil (4) und dessen Auskleidung (3) über deren axiale Erstreckung hinweg je für sich zumindest im wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweisen und das Aussenteil über seinen Umfang wellenförmig gestaltet ist in der Weise, dass sich zwischen konvexen Abschnitten (9) konkave Abschnitte (10) der Wandung befinden.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenformen (Umfangserstreckung, radiale Ausladung) der beiden Abschnitte (9,10) zumindest im wesentlichen einander entsprechen.

3. Maschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bei entsprechender Wendelung des Innenteils (6) das Aussenteil (4) zwei- bis siebenfach gewendelt ist und die Vorsprünge (12) des Innenteils stark kuppenartig abgerundet sind.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückig ausgeführte Aussenteil (1,4) über einen Teil seiner Länge, insb. an seinen Enden (2) von einer Wendelung frei und dort im wesentlichen zylindrisch gestaltet ist.