DE2023484B2 - Hydraulische borturbine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Bohrtur- Schaufelungsteil führen soll, läßt sich auf einfachste

bine mit einem mit dem Gehäuse lösbar und drehfest Weise dadurch schaffen, daß die Leitschaufeln des

verbundenen Bohrmeißelkopf, deren Läufer durch die ersten Beschaufelungsteils in einer koaxialen Hülse

Bohrspülung angetrieben wird, mit dem Bohrwerk- angeordnet sind, die mit dem Oberteil des Läufers

zeug drehfest verbunden und am Ständer durch 5 und dem Oberteil des Gehäuses einen U-förmigen

Axialdrucklager gehalten ist und deren Lauf schau- Stromweg bildet.

fern zum Ausgleich des Läuferschubs in zwei Schau- Und der Strömungskanal, der die Bohrspülung vom

feikränze unterteilt sind, zwischen denen eine Füh- Bohrgestänge zu dem in der axialen Mitte der Tur-

rungseinrichtung für die die Kränze in entgegenge- bine befindlichen Eintritt in den ersten Beschaufe-

setzter Richtung durchströmende Bohrspülung ange- io lungsteil führt, läßt sich — auch dies ist eine höchst

bracht ist. einfache Bauform -— dadurch bilden, daß der Läufer

Bei der bekannten Bohrturbine dieser Art (deutsche einen koaxialen Kanal für den Eintritt der Treib-

Auslegeschrift 1 053 444) ist der .Turbinenläufer mit flüssigkeit aufweist.

dem Bohrmeißel nicht nur drehfest, sondern auch in Der die Bohrspülung vom ersten zum zweiten

Achsrichtung fest verbunden; dort müssen daher die 15 Besehaufelungsteil der Turbine leitende Kanal läßt

Schwankungen des vom Bohrgestänge auf den Bohr- sich dadurch schaffen, daß der zwischen der Hülse

meißel ausgeübten Schubes, die sehr groß sein, näm- und dem Gehäuse befindliche Ringraum mit dem

lieh bis zu 301 betragen können, durch die den Tür- zweiten Beschaufelungsteil verbunden ist.

binenläufer am Turbinenständer axial fixierenden Die drehfeste, axial lose Kupplung zwischen dem

Drucklager — dort ist jeder Leitschaufelkranz als ein 20 Turbinenläufer und dem Bohrmeißel läßt sich da-

Drucklager ausgebildet —- aufgenommen werden, und durch erzielen, daß der Bohrkopf eine Welle auf-

daher sind dort die Drucklager der Gefahr schnellen weist, die mit einem längsgenuteten Ende in einer

Verschleißes ausgesetzt. Diese Gefahr zu vermeiden, längsgenuteten Bohrung des Läufers geführt ist.

also das Turbinen-Drucklager vom Schub des Bohr- Da also der Turbinenläufer und der Bohrer mitein-

gestänges zu befreien, ist die erste Aufgabe der Er- 25 ander nur drehfest, aber nicht axial schubfest gekup-

findung. pelt sind, bleibt der Axialschub auf das den Läufer

Bei jener bekannten Turbine ist die Aufteilung der im Gehäuse axial fixierende Drucklager Null, und Beschaufelung in zwei einander entgegen durch- dieses Lager hat nur die Aufgabe, den Läufer im Geströmte Schaufelkränze-Gruppen nicht eigentlich um häuse zu fixieren. Sein Verschleiß ist so aufs äußerste des Läuferschub-Ausgleiches willen vorgenommen: 30 verringert.

Jene Turbine soll einen Gesteinskern herausbohren; Die auf den Bohrer ausgeübten Kräfte werden bei ihr ist deshalb das Gehäuse als der Läufer aus- innerhalb des Bohrmeißelkopfes von dessen eigenem gebildet, also der Läufer außen und der Ständer innen Drucklager aufgenommen. Dieses Lager nutzt sich angeordnet; bei ihr ist also zwischen dem festen, natürlich ab, aber läßt sich, da der ganze Bohrmeißelhohlen Bohrgestänge und dem Läufer am oberen 35 kopfabnehmbaristjleichtaufdemFeldeersetzenjOhne Ende der Turbine ein Spalt vorhanden, durch den daß es in die Fabrik zurückgebracht werden müßte. Bohrspülung austritt; diese dort austretende Flüssig- Eine erfindungsgemäße Bohrturbine nebst Abkeit für den Antrieb des Läufers zu nutzen, ist dort Wandlungen ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt der eigentliche Zweck der oberen Schaufelkränze- F i g. 1 die Turbine in einem Längsschnitt,
Gruppe. Bei jener bekannten Turbine werden also 40 Fi g. 2 den oberen Teil der Turbine im selben die beiden einander entgegen durchströmten Schau- Schnitt in größerem Maßstab,

felkränze-Gruppen nur von je etwa einer Hälfte der Fi g. 3 und 4 den unteren Teil der Turbinen in zwei durch die Turbine fließenden Bohrspülung durch- Ausführungsarten, im Längsschnitt größeren Maßströmt; dort ist also die Bohrspülung für ihren eigent- Stabes.

liehen Zweck, den Bohrermeißel freizuspülen, nur zur 45 Die erfindungsgemäße Bohrturbine enthält — s. Hälfte verfügbar. Diese Nachteile zu vermeiden, also F i g. 1 — zwei Teile, nämlich eine Hydraulikturdie gesamte der Turbine zugeführte Bohrspülung dem bine 1 und einen Bohrmeißelkopf 2.
Bohrmeißel zuzuführen, ist die zweite Aufgabe der Die Hydraulikturbine enthält ein zylindrisches GeErfindung, häuse 3, das in seinem oberen Teil in einen Stutzen 4

Diese beiden funktionell miteinander zusammen- 50 zur Befestigung an einem (nicht dargestellten) Bohrhängenden Aufgaben werden erfindungsgemäß da- gestänge übergeht. Dieses zylindrische Gehäuse trägt durch gelöst, daß das Turbinengehäuse in an sich zwei Leitschaufelgruppen 5 und 7 und bildet mit bekannter Weise den Ständer der Turbine bildet, mit ihnen zusammen den ruhenden Turbinenteil. Es trägt dem der Bohrmeißelkopf abdichtend verbunden ist, —mittels eines Drucklagers 6 — auch die Welle 8; in welchem das mit dem Turbinenläufer in Dreh- 55 diese, mit zwei Laufschaufelgruppen 10 und 12 berichtung fest und in Achsrichtung beweglich gekup- stückt, bildet den Läufer.

pelte Bohrwerkzeug drehbar gelagert und mittels eines Wie Fig. 2 zeigt, ist die Welle 8 in ihrem oberen,

eigenen Drucklagers axial fixiert ist, und die Bohr- dem Stutzen 4 nahen Teil mit einem axialen Kanal

spülungs-Führungseinrichtung für ein nacheinander 14 versehen, der das durch den Stutzen 4 ankom-

erfolgendes Durchströmen der Laufschaufeln in Form 60 mende Treibmittel führt, und dort in einem Lager 16

U-förmig gekrümmter Kanäle ausgebildet ist. gehalten, das den Durchgang zwischen der Welle und

Es empfiehlt sich, die Zahl der Schaufelkränze auf dem Zylinder 3 sperrt.

die beiden Gruppen von Schaufelkränzen so zu ver- Der Kanal 14 mündet durch rückwärts gekrümmte

teilen, daß der resultierende Axialschub auf das Kanäle 18 in einen die Welle 8 umgebenden Raum,

Drucklager gleich Null ist. 65 der durch eine Hülse 20 begrenzt wird, die koaxial

Der U-förmige Strömungskanal, der die Bohrspü- zum zylindrischen Gehäuse 3 angeordnet und an dielung vom aufwärts durchflossenen ersten Beschaufe- sem durch Stege 22 gehalten ist, so daß sie zwischen lungsteil zum abwärts zu durchlaufenden zweiten Be- sich und dem Gehäuse einen Ringraum 24 bildet.

Claims (6)

1. 3 4

   Diese Hülse 20 trägt innen die Leitschaufeln 5, wäh- Dieser Verschleiß, d. h. der Dickenverlust der Lagerrend die Welle 8 außen die Laufschaufeln 10 trägt. klotze, kann eine Axialverschiebung der Welle 34, Diese Schaufeln 5 und 10 sind so angeordnet, daß d. h. ein Gleiten des längsgenuteten Endes 32 in der sie· mindestens eine Axialturbinenstufe bilden. Diese Bohrung 30 verursachen, aber bewirkt keine Axialaus den Schaufeln 5, 10 gebildete Turbine hat am 5 verschiebung des Läufers 8. Die Belastung des Druckoberen Ende der Hülse 20 Verbindung mit dem Raum lagers 6 ändert sich nicht.

   24; das durch den Stutzen eingeströmte Treibmittel Den Bohrmeißelkopf 2 kann man, wenn das Druckmuß einen doppelten U-Bogen machen. Der Raum lager 40 zu stark abgeschliffen ist, leicht als Ganzes 24 setzt sich durch ein Lager 28, in dem die Welle 8 abnehmen, indem man die Verlängerung 36 abgelagert und auf dem die Hülse 20 befestigt ist, fort io schraubt und das längsgenutete Ende 32 herauszieht; durch Kanäle 26, die in den oberen Teil einer zweiten dann läßt sich das Drucklager 40 leicht ersetzen.
   Turbine ausmünden, welche von Leitschaufeln 7 und Manchmal kann es besser sein, auf das Druck-Laufschaufeln 12 gebildet wird, die am gleichen Ge- lager 40 nur die dem Bohrmeißel erteilte Kraft einhäuse 3 bzw. an der Welle 8 befestigt sind. wirken zu lassen, nämlich den hydrostatischen Druck

   Das am oberen Ende der Turbine durch den Stat- 15 der Tragflüssigkeit, der am Ort des unteren Radial-

   zen 4 eingetretene Treibmittel strömt durch den Ka- lagers herrscht, auf das Drucklager 6 zu leiten oder

   nal 14 im Inneren der Welle 8, dann in der Turbine — genauer gesagt — durch die Gegeneinanderschal-

   mit den Schaufeln 5, 10 aufwärts, kehrt durch den tang der beiden Beschaufelungsgruppen der Turbine

   Raum 24 in die Kanäle 26 zurück und strömt sodann sich aufheben zu lassen. Das ist leicht möglich, wenn

   durch die Turbine mit den Schaufeln 7, 12 abwärts. 20 die Durchflußmenge konstant ist.

   Es erzeugt also in der einen dieser Turbinen einen Der Kanal 46, der axial in der Welle 34 des Bohr-

   aufwärts gerichteten Axialschub und in der anderen meißelkopfes angeordnet ist, wird (s. F i g. 4) bis zum

   Turbine einen abwärts gerichteten Axialschub. längsgenuteten oberen Ende 32 dieser Welle und

   Die Stufenzahl ist für jede der Beschaufelungen so durch diese hindurchgeführt und weiter bis in den

   gewählt, daß der vom Treibmittelstrom in der oberen 25 Läufer 8 durch einen Kanal 43 verlängert, der durch

   Beschaufelung erzeugte Aufwärts-Axialschub sowohl schräge Kanäle 45 mit dem unteren Beschaufelungs-

   den vom Treibmittelstrom in der zweiten Beschaufe- teil 7,12 Verbindung hat.

   lung bewirkten Abwärts-Axialschub als auch das Das zylindrische Gehäuse 3 wird dann an seinem scheinbare Gewicht des Läufers in der Bohrspülung unteren Ende oberhalb des Drucklagers 6 mit einem aufhebt. Der resultierende Schub auf das Druck- 30 Radiallager 50 ausgestattet, das die Flüssigkeitsströlager 6 ist dann praktisch Null. Dieses Drucklager mung dicht abschließt. Ferner wird die Welle 34 inspielt wesentlich die Rolle der Fixierung des Läufers nerhalb der Verlängerung 36 sowohl durch das im zylindrischen Gehäuse 3. Drucklager 40 und das Radiallager 42 als auch durch

   An dem durch die Gesamtheit dieser beiden Tür- ein an ihrem oberen Ende angeordnetes Kugellager

   binen voneinander gegensinniger Durchflußrichtung 35 52 geführt.

   gebildeten Hydraulikmotor ist der Bohrmeißelkopf Bei dieser Bauart können wie bei der vorhergehenbefestigt. Der Läufer 8 weist an seinem Ende eine den die Radiallager aus Gummi — auch mit Dichtaxiale Bohrung 30 mit Längsnuten auf, in die ein ringen versehen — sein. Das Drucklager kann ein längsgenutetes Ende 32 einer Welle 34 eingesteckt Gummi-Gleitlager oder ein Kugel- oder Rollenlager wird, die den Bohrmeißel 35 trägt. 40 oder von beliebiger sonstiger Art sein.

   Die Welle 34 ist in einem Zylinder 36, der eine Die ganze Treibflüssigkeit strömt durch die beiden Verlängerung des Gehäuses 3 bildet und auf dieses Beschaufelungsgruppen und den Bohrmeißelkopf und bei 38 aufgeschraubt ist, an ihrem oberen Ende mit- wirkt auf den Bohrmeißel. Dessen Wirksamkeit kann tels eines Drucklagers 40, das dem Drucklager 6 also durch etwaige Verminderung des Treibmittelähnelt, und nahe ihrem unteren Ende in einem Ra- 45 stromes oder des auf den Bohrmeißel ausgeübten diallager 42 gelagert. Schubes nicht verringert werden. Einzig das Druck-

   Nach einer in F i g. 3 dargestellten Ausführungs- lager 40 nimmt die dem Bohrmeißel erteilten oder

   form ist die Welle 34 unterhalb dieses Drucklagers durch Schwingungen des Bohrmeißels entstehenden

   40 von schrägen Kanälen 44 durchsetzt, die sich Axialbewegungen und somit die durch diese Axial-

   durch einen axialen Kanal 46 bis in die der Bohr- 50 bewegungen verursachten Reibungen auf; nur dieses

   meißel 35 haltende Bohrung fortsetzen und die an der Drucklager also nutzt sich im Laufe des Betriebes

   unteren Turbine austretende Treibflüssigkeit zum ab. Da der Bohrmeißelkopf sich als Ganzes leicht

   Bohrmeißel hin ausströmen lassen. abnehmen, nämlich durch bloßes Abschrauben des

   Das Radiallager 42 führt die Welle 34 im Ver- Verlängerungszylinders 36 und Herausziehen des

   längerungszylinder 36 und schließt den Flüssigkeits- 55 längsgenuteten Wellenendes 32 abnehmen läßt, ist es

   stromweg unterhalb der Kanäle 44 ab. leicht, den Bohrmeißelkopf durch einen anderen, ähn-

   Das Drucklager 40 überträgt auf den Bohrmeißel liehen zu ersetzen, ohne daß es dazu nötig wäre, die 35 das vom zylindrischen Gehäuse 3 und dessen Ver- Turbine in die Fabrik zu bringen.
   Iängerung36 ihm aufgebürdete Gewicht abzüglich Diese Bohrturbine hat, da sie keine irgendeinem des hydrostatischen Druckes der Treibflüssigkeit auf 60 nennenswerten Verschleiß ausgesetzten Teile enthält den Wellenquerschnitt am Ort dieses unteren Lagers und unabhängig von dem auf den Bohrmeißel aus-42, aber es empfängt keinen von der Turbine her- geübten Gewicht arbeitet, eine äußerst lange Standrührenden Axialschub; nur das Drehmoment der Tür- dauer, ganz unabhängig von der Art der ausgeführten bine wird auf die Welle 34 übertragen. Das Druck- Arbeiten.

   lager nimmt alle Schwankungen der auf den Bohr- 65 Patentansprüche·
   meißel ausgeübten Kraft und die durch diese Schwankungen bewirkten Reibungskräfte auf. Im Gegensatz 1. Hydraulische Bohrturbine mit einem mit zum Drucklager 6 unterliegt es daher dem Verschleiß. dem Gehäuse lösbar und drehfest verbundenen

   Bohrmeißelkopf, deren Läufer durch die Bohrspülung angetrieben wird, mit dem Bohrwerkzeug drehfest verbunden und am Ständer durch Axialdrucklager gehalten ist und deren Laufschaufeln zum Ausgleich des Läuferschubs in zwei Schaufelkränze unterteilt sind, zwischen denen eine Führungseinrichtung für die die Kränze in entgegengesetzter Richtung durchströmende Bohrspülung angebracht ist, dadurchgekennzeichnet, daß das Turbinengehäuse (3) in an sich bekannter Weise den Ständer der Turbine (1) bildet, mit dem der Bohrmeißelkopf (2) abdichtend verbunden ist, in welchem das mit dem Turbinenläufer (8) in Drehrichtung fest und in Achsrichtung beweglich gekuppelte Bohrwerkzeug (35) drehbar gelagert und mittels eines eigenen Drucklagers (40) axial fixiert ist, und die Bohrspülungs-Führungseinrichtung für ein nacheinander erfolgendes Durchströmen der Laufschaufeln (10, 12) in Form U-förmig gekrümmter Kanäle (18) ausge- ao bildet ist.
2. 2. Bohrturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen-Anzahl so auf die beiden Beschaufelungsteile (5, 10; 7, 12) verteilt ist, daß der vom Drucklager (6) aufzunehmende resultierende Axialschub des Läufers Null ist.
3. 3. Bohrturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (5) des ersten Beschaufelungsteils in einer koaxialen Hülse (20) angeordnet sind, die mit dem Oberteil des Läufers (8) und dem Oberteil des Gehäuses (3) einen U-f örmigen Stromweg bildet.
4. 4. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (8) einen koaxialen Kanal^) für den Eintritt der Treibflüssigkeit aufweist.
5. 5. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Hülse (20) und dem Gehäuse (3) befindliche Ringraum (24) mit dem zweiten Beschaufelungsteil (7,12) verbunden ist.
6. 6. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (2) eine Welle (34) aufweist, die mit einem längsgenuteten Ende (32) in einer längsgenuteten Bohrung (30) des Läufers (8) geführt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen