DE2223338A1 - Rotationsgeschwindigkeitsgeber fuer Bohrturbinen - Google Patents
Rotationsgeschwindigkeitsgeber fuer BohrturbinenInfo
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Description
PATENTANWALT 12. Mal 1972
β München 21 - 6otthard*. 81 7010/7011 - V
Telefon 561762
Societe Nationale des Petroles d'Aquitaine
Tour Aquitaine, Courbevoie (Frankreich)
,Rotationsgeschwindigkeltsgeber für Bohrturbinen*
Priorität vom 14. Mai 1971 aus der französischen Patentanmeldung 71/17579
Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber bzw. Transduktor zur Lieferung von Signalen in Abhängigkeit von der Rotations"
geschwindigkeit der Turbinen, die oft als Schachtmotoren zur Aushebung tiefer Schächte verwendet werden. Handelt es sich um kompakte und homogene Geländezüge, so werden im allgemeinen zur Bohrung
Diamantwerkzeuge herangezogen, deren Lebensdauer weit über der der
mit Meißelkronen ausgerüsteten Werkzeuge liegt und die eine Zeltersparnis bei den oft sehr langwierigen Werkzeugwechsel-Arbeiten bei
großen Tiefen ermöglichen. Eine einfache Antriebsform der Diamantwerkzeuge liegt in der Verwendung des elektrisch oder hydraulisch
arbeitenden Grubenmotorsr der die durch diese Werkzeugart gefordert
ten höheren Rotationsgesohwindigkeiten erbringt und zwar bei einer?
wesentlich höheren Wirkungsgrad, da die Reibungsverluste entlang der Schachtwandungen entfallen, die ansonsten mit dem üblichen Birektantriebsverfahren Über Bohrgestänge verbunden sind*
In der Mehrzahl der Fälle wird der Hydraulikmotor oder die Bohrturbine verwendet, da sich dieser bzw. diese voll mit dem
normalen Bohrschacht-Ausrüstungsmaterial und insbesondere mit äen
Pumpen und Bohrgestänge» vereinbaren läßt und keine besondere Anordnung von elektrischen Leitern erforderlich snacht^ daran ausreichende Isolierung Schwierigkeiten bereitet« Bei dieses Antriebs typ
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bei dem die Turbine mit ihren beweglichen Schaufeln fest alt dem
Werkzeug verbunden ist, wird der Bohrschlaima bzw. die Bohrflüssigkeit
unter Druck in das Innere der die Turbine haltenden Gestänge gefördert und versetzt vor dem Austreten an der Schachtsohle über
Offnungen dee Werkzeuges die beweglichen Schaufeln in eine Rotationsbewegung.
Der Bohrsehlamm, der die beim Vordringen des Werkzeuges
anfallenden Gesteinssplitter mitfuhrt, wird anschließend
auf normale Welse nach oben geführt und zwar in einer von unten nach oben gerichteten Kreisbewegung in dem Zwischenraum, der zwischen
den gerade entstandenen Schachtwandungen und aen die Turbine
und das Werkzeug haltenden Gestängen freigelassen wird. Die stärkeren
Gestänge, die auch als Gewichtsstangen bezeichnet werden, sind oft zwischen der Turbine und den Stangen angeordnet, um letzteren
zu ermöglichen» ständig In gespannter Lage üu verharren, woraus
sich di© Möglichkeit ergibt, das Gewicht des Werkzeuges darauf auszulegen,
eine annehmbare Bohrgeschwindigkeit «u erzielen.
Ein wesentlicher Nachteil beim Einsatz der Grubaiunotoiaj
liegt darin, die genaue Rotationsgeachwindigkelt der Motorwella υ
ermitteln. Dar Bohrvsrlauf wird somit zu einem schwierigen Vorgang,
da die Geschwindigkeit des Werkzeuges von zahlreichen Faktoren abhängt
wie z.B. unterschiedliche GösfcöinshSrt«, Schwankungen der
Furderleistung der Schlammpumpen.
Ohne die Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeuges zu kennen, läßt sich nicht eager*,· ob eine Abnahme der Bohr geschwindigkeit
dieses letzteren auf eine örtliche änderung der Beschaffenheit des
gebohrten Terrains biw. Gesteinsf au£ «ins Äfonfthm© der Rotationsgeechwltviigkeit
der Turbine odar schließlich auf einen vorzeitigen Verschleiß des Kerkieugoe selbst surfickzuführen ist.
Bs sind bereits mehrere Arten von Meßwertgebern für die Rotationsgeschwindigkeit von Grub3nft&&oren sowie zur übertragung
der Keßergebnisse an dia Oberfläche bekannt, die entweder nach
elektromagnetischen oder hydraulischen Prinzipien arbeiten. DIa
nach einen elektromagnetischen PrismSLp arbeitendem Meßwertgeber
sprechen normalerweise niahfc auf dan &echanlach«m Verschleiß an,
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der an den nlt den Bohrnedlun in Berührung kommenden Teilen auftreten kann und liefern ein elektrisches Signal, das sich besser sur
Steuerung der Obertragungsvorrichtungen «wischen Schachtsohle und
OberflSche eignet.
Die bekannten Vorrichtungen zur Messung der Rotatlonsgeschwindigkeit von Grubennotoren weisen den Nachteil auf, daß sie
den Einsatz spezifischer Elemente eines Turbinentyps erfordern und nicht auf andere Turbinentypen anwendbar sind, die entweder unterschiedliche Durchmesser aufweisen oder unter abweichenden SchiaranfOrdernengen arbeiten.
Xn der Sielsetzung der Erfindung liegt demnach die Schaffung einer einfachen, beweglichen und auf alle Bohrturbinen-Typen
anpassungsfähigenEinrichtung, die rait einem autonomen tlbertragungsger&t für MeBergebniese zwischen Schachtsohle und Oberfläche ssusamraenarbeiten kann wie z.B. in der Art der in den Patentschriften
der gleichen Annelderin beschriebenen (Nr. 7 026 213 und 7 044 559)
bzw. mit jedem anderen Typ eines autonomen Schachtsohlen-GerSts,
das keine besondere materielle Verbindung mit den an der Oberfläche befindlichen Einrichtungen benötigt.
Die Erfindung richtet sich insbesondere auf einen Rotatlonsgeschwlndlgkeitsgeber für Bohrturbinen, der Innerhalb des oberen Teiles des Turbinenkörpers angeordnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, das dieser aus einer Einheit gebildet wird, die an
alle Turbinentypen anpafibar 1st und über einen Stecker mit einem
Ubertragungsgerftt für Signale zwischen der Schachtsohle und der
Oberfliehe verbunden werden kann, wobei diese Einheit aus einen
Metallrohr besteht, das die Leiter enthält und mit einen Zentrierstück ausgerüstet ist, das frei Innerhalb des Turblnenkörpers gleiten kann und an seinen oberen Teil nlt einen Flansch versehen ist,
der an konisch verlaufenden Boden des Innengewindeganges der Turbine liegt und zur Befestigung in SondengestSnge dient und durch Verschraubung der Einheit gesichert wird, wobei an unteren Teil ein
gekrÜisBter Abschnitt vorgesehen 1st, der bis In NKhe des Randes
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der Turbinenwelle geführt 1st und einen Detektor einschließt, der
auf Magnetflußänderungen anspricht, ferner dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher Induktor für Flußänderungen feet mit dem oberen Ende der Turbinenwelle verbunden ist und mit dem auf Magnetflußänderungen ansprechenden Detektor zusammenarbeitet, wobei die elektrischen Leiter, die innerhalb des MetalIrohres untergebracht sind,
einerseits mit den Klemmen des auf die Magnetflu6änderungen ansprechenden Detektors und andererseits mit einem Stecker verbunden sind,
der mit einer Vorrichtung zur übertragung von Signalen zwischen Schachtsohle und Oberfläche verbunden werden kann.
Die leichte Demontage des Meßwertgebers für die Anpassung an verschiedene Turbinentypen orgibt sich nach einer bevorzugten,
erfindungsgemUßan Ausführung«form, indem der fest mit dem Flansch
verbundene Stecker über einen oder mehrere Arme angeschlossen werden kann, wobai der Durchgang zwischen diesen Armen dem freien Abfluß der unter dem Versorgungsdruck der Turbine stehenden Bohrflüssigkeit dient.
Nach einer der möglichen AuefUhrungsformen handelt es
sich bei dem auf MagnetfluBHnderungen ansprechenden Detektor um
einen Schutzgaskontaktschalter, während der bewegliche Induktor durch einen Stabmagneten gebildet wird«
Die periodischen Durchgänge des Stabmagneten in Nähe des
Schutzgaskontaktes fuhren zu Schließvorgängen des Relais, das Impulse liefert, die sich direkt für einen Zählvorgang auswerten las-
*0n* Entsprechend einer weiteren Variante handelt es sich bei
dem auf Magnetflußänderungen ansprechenden Detektor um eine Magnetspule (Solenoid), die um einen Stabraagneten gewickelt ist, wobei
der Induktor durch einen einfachen Metallzapfen gebildet wird, der periodisch den vom Stabmagneten gelieferten FIuS verändert. Die in
der Magnetspule erzeugten, kurzen elektrischen Impulse werden an in sich bekannte Elektronikeinheiten übertragen, in denen diese
geformt und gezählt werden.
Bei den zur Signalübertragung eingesetzten Geräten, mit denen die erfindungsgemäB aufgebauten Rotationsgesr.nwindigkeitsge-
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bor zusammenarbeiten, handelt es sich u» Fachleuten bekannt· Typen,
die unter unterschiedlichen Markenbezeichnungen im Handel sind.
Weitere Einzelheiten bezüglich des Aufbaue des erfindungsgemlBen Geschwindigkeitsgebera ergeben sich Insbesondere aus der
nun folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausftthrungsfonaen,
die jedoch nur beispielhaft aufzufassen sind« Es zeigen:
- Fig. 1 - den unteren Teil des Bohrgestänges bei Einsatz einer
Turbine j
- Flg. 2 - den Rotationsgeschwindigkeitsgeber der auf den oberen
Teil einer Bohrturbine aufsetzbar ist und zwar bei einer ersten Ausführung»form dea Detektors und
- Fig. 3 - eine weitere Ausführungsforra des verwendeten Detektors,
Bei de« in Figur 1 dargestellten Werkzeug 1 kann es sich
entweder um ein herkömmliches Werkstoffteil mit Meißelkrone, um
ein Diamantwerkzeug oder um jeden anderen Werkzeugtyp handeln, mit
dem in Verbindung mit einer Bohrturbine ein Schacht 2 eines gleichbleibenden Durchmessers gebohrt werden kann. Die Heile 4 der Turbine 3 treibt das Werkzeug 1 an und ist mit einer Vielzahl von Antriebeschaufeln 6 sowie mit Wendelförderebenen 8 und Anschlügen 9
ausgerüstet. Der Körper der Turbine 3 ist im Schacht 2 feststehend und weist eine Vielzahl von Leitschaufeln 5 sowie Lagerstufen 7
und Anschläge 10 auf. Die Lagerstufen 7 und die Anschläge IO sind
alt Elastomer beschichtet, ua trotz der in Suspension im Bohrschlamm enthaltenen festen 'feile einen einwandfreien Betrieb zu
sichern. Über der Turbine J befindet sich dlo übertragungseinrichtung 12, die auf den Turbimmhals entweder direkt oder mit Hilfο
eines kurzen Sicherheitsanachlusuea 11 geschraubt 1st, dor den orfi.ndunqu<i«uMrt anfqebauten Rotatianngesahwindigkeitscjober Ii alahort.
Sara ti ich« AnschlüsHo, din die Gowlchtastangen 11, dia tJbartrayuivjüeinrichtung 12 und die 'i'urbin * 3 verbinden, siivi gUutjltjo Γγροΐι, dlu
vorztv] jwolsu mit UewindofUhruuqon entsprechend der <inerik ml >uh%m
A.Ptl.-Horro »ungerusteb 3ind. Innerhalb einer Im vortut; tun iku;j£ührungsforin 1st ler Rotationec/ciachwlndiijkoitsjobor I) in die Λ
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"
rung des Anschlusses 11 eingeführt und ragt rait seinexa unteren Un-*
de in den oberen Toil der Turbine 3, um nsit den eich drehenden Lnde
der Welle 4 zusammenzuarbeiten und somit ein Signal zu liefern, das der Rotationsgeschwindigkeit der Turbine entspricht. Dieses
MeBslgnal wird für seine Übertragung kodiert, die Über nicht dargestellte Schaltungen erfolgt, die sich in der übertragungseinrichtung
12 befinden.
Gemäß Figur 2, die den Rotationsgeachwindigkeitsgeber fUr
die Turbine näher darstellt, besitzt der Turbinenkörper 2 am Ende seines oberen Teiles am Halsabschnitt ein Innengewinde 15, das zur
Aufnahme des Gegenstücks eines Anschlusses 11 vorgesehen ist, der
mit der übertragungseinrichtung 12 zum Zusammenbau im Sondengestänge
fest verbunden ist. Je nach verwendetem Typ bzw. Hersteller der Maschine kann der obere Teil der Turbine entweder zylinderförxoig
ausgebildet sein oder einen Einssug aufweisen. In jedem Falle besitzt diese ein Innengewinde 15, das mit einem konischen Abschlußteil
zura Zusammenbau iii Sondengestänge verschen l3t. Der Turbinen-Rotationsgeschwindigkeitsgeber
13 liegt auf einem Flansch auf dem konischen Abschlußteil auf. Der Flansch 17 wird von einer Nabe 34
gehalten, die durch Schraubverbindung das dichte Anachlußrohr 21 mit dem AnschluOstecker 16 verbindet. Hei diesem Anschlussteckor
16 handelt es sich um einen für ßohrschlamm bzw. Bohrflüsaigkoiten
gängiger Art qeeigneten i>tr»cker. Die Habe 34 ist mit rlem Flansch
Ubor r.mhrero Arme lö fest verbunden, die im Zwischenraum einen ausreichenden
Durchgang für den Schlamm freilassen, mit iar.t die unter
Druck .-itohendo Turbine arhoitet. Das dichte AnachluOrohr 21 iufc mit
Oewlniiüjflngfm K) ausgorilntet, ilbnr Uo eine Verbindung mit Hilf«
eino.i !«nkrloratücka I) . ilt bin gekrümmten Rohrteil 22 hergestellt
werden k.inn. nie T/'hnj.i doji Hehres 21 und der Durch»lean«* los Zentrlernfciicka
1) sind mf don jowolllj'n Typ der verwun-leton Turbine
abgeatlnmt· Hol rtlnon './tichiuil \le:i Turbinentyps ist Im aLlfj.-uuelnon
clou . :n Λ;11 IO dlnr Jl ί)·Λ\ι, ile.jo bnidün Elcjwenta .mnautau'iohtm,
JHüiJrt Au ttuuoch <*rfnljt In oinfacher Unlßa durch Abiilohon ilen (»eher
i /on Ita* "i'urblinj . t.i eborou l'oll üfn/l«- iurch Aunv/euhiKüIn dlaanr
Eionontp Ja » ush )ifor liicll üwn l)iir;;hinüjjjor und Irin«te».
.> i) ?) 0 4 9/ 0 7 7 t
Das vom Zentrierstück 19 gehaltene gekrümmte Rohrteil 22
enthält den versetzten Detektor 20. Bei dem Detektor 20 handelt es
sich um ein Schutzgaskontakt-Relais, das auf einen externen Magnetfluß
anspricht, der beispielsweise durch einen Magneten geliefert wird, der fest mit der Welle der Turbine verbunden ist. Zu diesem
Zweck besitzt der Magnet 25 die Form eines Stabes, der von einem kleinen ^magnetischen Rohr 24 gehalten wird, das auf den Rand der
oberen Schraube 23 geschraubt ist, die fest mit der Welle 4 der Turbine
verbunden ist. Der Rotationsgeschwindigkeitsgeber arbeitet wie-
gt: Bei jeder Umdrehung der Turbine erregt der Magnet das Detektor-Relais
20 und zwar immer daisn, w&nn sich dieser in NShe dieses
Relais befindet. Die Kontakte des Relais sind mit dem Stecker
16 über die Loiter 26 verbunden, die innerhalb dar Rohr© 22 und 21
geführt sind. Das sich hieraus ergebendes Signal wird an geeignete
elektronische Schaltungen der übertxagungselnrichtttng 12 Über den
Stecker 28 und das Kabel 29 geliefert, die £®st mit dem Anschluß
verbunden sind. FtIr seine Heitertibasrtsagun? wird daa Signal in der
tibertragungeeinrichtung kodiert.
Der Einbau des erf inchangsejsraäßen Rotationegeaehwlndigkeit··
gebers erfolgt in einfacher Forms Da der Flanecii 1? durch den Anschluß
an die Habe 34 des Rohres 21 Uiid<M®s~ Steakers 16 das Gewicht
der Einheit des Geber« trägt, braucht nur der Steckt»? 1β rait dem
mit dar. Anschluß 11 fest verbundenen Stecker 28 taxtü damit der GestSngeführunq
gekoppelt und der AnschluS in das Innengewinde der
Turbine geschraubt zu werden. WIhrond dieses Schraubvorgangs berührt
der Flansch 17, der das Gewicht der Einheit des Gebers 13 trägt, das konische Abschlußteil dieses Innengewindes. Die Verriegelung
in der Endstellung der Einheit sowie die Einstellung des Detektors 2O gegenüber dem beweglichen Induktor für die FlusHnderungen
25 bew. 33 erfolgen automatisch bei der Verriegelung des Anschlusses
11.
Figur 3 selgt einen weiteren Typ eines Detektors, mit de»
dor in Figur 2 gezeigte Rotationsgeschwin&lgkeitsgeber der Turbine
ausgerüstet worden kann.
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Hierbei handelt es sieh um einen auf Änderungen dee Indus ler ten Flusses ansprechenden Detektor, der a«· einen Magneten
besteht, der eine Magnetspule tragt, die wieder«* «it einen Sapfen
33 zu«am»abarbeitet, der fest mit der Mutter 2) verbunden ist. Hier*
aus ergibt sieh folgende Betriebsweiset Bei jeder Umdrehung der
Helle 4 gleitet der lapffen 33 in nahe des Magneten 31 vorbei und
bewirkt hler eine momentane Zunahme des Magnetflusses, der einen
Strom in die Magnetspule 32 indusiert. Der somit erzeugte elektrische Impuls wird Ober die Leiter und den Steaker IC su den entsprechenden Schaltungen der Übertragungseinrichtung 12 geleitet.
Der erfindungsgemate Aufbau beschrankt sich nicht auf
den Binsats dieser Detektor-Typen, wobei innerhalb des Schutiumfanges der Erfindung in gleicher Weise auch nach dem Prinsip der
XapasitltsMnderung arbeitende Detektoren oder stattliche anderen
Detektor-Typen verwendet werden können, die in der Lage sind, bei jeder Umdrehung der Welle 4 der Turbine ein oder mehrere Signale
su liefern·
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Claims (4)
1. Rotationsgeschwindigkeitegeber fttr Boor turbinen, der lnnarhalb
des oberen Teil·· d·· TurblnenkOrper· angeordnet werden kann«
dadurch gekenn«aichnet, daft atmamf au« einer Einheit gebildet
wird, die an all· Turbinentypen anpaBbar let und über einen
Stecker nit eines 9bertragung»gerlt (12) für Signal· avlaohen
der Sohaohtsohl· und der Ob«rflloh· verbunden werden kann» wobei die·· Einheit au· eine« Metallrohr beateht, das dl· Leiter
(26) enthält und alt einen Bcntrierstücfc (19) auegeröstet ist,
da· frei innerhalb de» Turbinenkörper· (3) gleiten kann und an
Minen oberen Teil «it ein«» Flansch (17) veraehen ist, der aa
konisch verlaufend·» Boden de· Innengewindegange· der Turbine
liegt und durch Verschraubung der Blnhelt gesichert wird, wobei
am unteren Teil ein gekrüseter Abschnitt (22) vorgesehen ist,
der bis in Hin· de· Band·· dar Turbinenwelle (4) geführt 1st und
•inen Detektor (20) einschlieft, der auf MagnetfluAlnderungen
anspricht, ferner dadurch gekennzeichnet, daB ein blicher
Induktor (25/33) fttr Flullnd«rung«n tost nit de* oberen Bnd·
der Turbin«nw«ll· (4) verbunden iet und alt de« auf Magnetfluiänderungen ansprechenden Detektor (2O) susauwnarbeitet* wobei
die elektrischen Leiter (26), die innerhalb de* Heta11rohres untergebracht sind, ein«rs«ite mit den Kls—iin de· auf dl· Magnat-*
flußKnderungen ansprechenden Detektor· und andererseits nit einen Stecker verbunden sind, der ait «iner Vorrichtung sur übertragung (12) von Signalen «wischen Schachtsohie und Ofcerfllche
verbunden werden kann.
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4 -
2. lotationsgeechwindigkeitsgeber für Bohrturbinen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daft der Stecker (16) über einen oder
»ehrer· Ars· fest mit de» Flansch (17) verbunden 1st, wobei der
Durchgang »wischen diesen Armen den freien Abfluß der unter den
Versorfungsdrcok dear Turbine stehenden Bohrflüssigkeit dient.
1. Iotatlonsgeaehvindlgkeltsgeber für Bohrturbinen nach Anspruch 1,
dadurch gekeaajeiohnet, dall es sich bei den auf Magnetflufitnderungen ansprechenden Detektor (20) um einen Sohutsgaskontaktschalter und bei den beweglichen Induktor (25/33) um einen stabmagneten handelt.
4. Botationsgeechwindlgkeitsgeber für Bohrturbinen nach Anspruch 1,
dadurch gekennselchnet, dad es sich bei dem auf Magnetflußlnderungen ansprechenden Detektor (20) um eine Magnetspule (Solenoid)
handelt, die u» einen Stabnagneten gewickelt ist, während der
Induktor durch eiüen einfachen Metall»apffen gebildet wird, der
periodisch den von Stabmagneten gelief«rton Fluß unterbricht.
j»
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