DE2813725C3

DE2813725C3 - Rollbohrkrone für Gesteinsbohrungen mit Gasspülung

Info

Publication number: DE2813725C3
Application number: DE2813725A
Authority: DE
Inventors: Bert Gunnar Sandviken Levefelt (Schweden)
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1981-01-15
Also published as: ZA781555B; US4183417A; FR2385884A1; DE2813725B2; DE2813725A1; CA1087163A; GB1561368A; AU3472278A; AU515233B2; SE7703810L

Description

Die Erfindung betrifft eine Rollbohrkrone für Gesteinsbohrungen mit Gasspülung, mit einem Bohrkronen-Hauptkörper, mehreren aus einem Stück bestehenden Schenkeln, die sieh vom Häuptkörper unter ieinerrl; Winkel·· nach !einwärts erstrecken und deren Unterste Teile als Lagerzapfen ausgebildet sind* mit Roilmeißein₍ die auf den Lagerzapfen drehbar gelagert sind, und mit ringförmigen Dichtungen zwischen den offenen Enden der Meißel und den Lagerzapfen, durch welche das Lager gegen den Eintritt von Feststoffen abgedichtet ist.

Eine rotierende Rollbohrkrone der vorgenannten Art ist so ausgebildet, daß sie am untersten Teil eines Dreh-Bohrstranges montiert werden kann. Wenn ein solches Dreh-Bohrgestänge gedreht wird, zerkleinert der Drehmeißel Erde und Felsgebilde, so daß ein Bohrloch erzeugt wird. Die Rollbohrkrone enthält üblicherweise drei getrennte Schenkel, die sich nach abwärts und unter einem Winkel in bezug auf den Hauptkörper der Rollbohrkrone erstrecken, wobei der unterste Teil jedes Schenkels als Lagerzapfen ausgebildet ist, auf dem Meißelkegel drebar gelagert sind. Eine getrennte Lageranordnung erleichtert die Drehung, wobei diese Anordnung üblicherweise Walzenlager, Kugellager, Gleitlager oder eine Kombination dieser Lager enthält. Zwischen den Rollmeißeln und den Schenkeln, auf denen die Rollmeißel gelagert sind, sind verschiedene Arten von Dichtungseinrichtungen verwendet worden.

Bei unabgedichteten Rollbohrkronen wird Druckluft durch die Bohrkrone geblasen, wodurch ein Teil der Luft für Kühlzwecke durch das Lagersystem geleitet wird. Ein Überdruck wird dadurch in dem Lagersystem hervorgerufen, was die Wirkung hat, daß fremde Teilchen nicht in das Lager eindringen und es beschädigen können. Der restliche Teil der Luft wird für den Transport von zerkleinertem Gestein von der Bohrkrone zum Eingang des gebohrten Loches verwendet

Bei abgedichteten Rollbohrkronen wird Druckluft im wesentlichen nur für den Transport von zerkleinertem Felsmaterial verwendet, während ein geringer Teil zum Kühlen der Bohrkrone verwendet wird. Bei der Verwendung dieser Art von Bohrkronen ist ein Bedarf einer verbesserten Dichtungsanordnung zwischen jedem Rollmeißel und jedem Lagerzapfen, auf dem der Rollmeißel drehbar gelagert ist, vorhanden.

So ist gemäß der DE-OS 27 36 711 bereits eine Rollbohrkrone mit Wasserspülung vorgeschlagen worden, bei welcher die mit Bezug ?n( die Wälzkörper äußere Seite des Ringraumes, welcher den Dichtungsring aufnimmt, über wenigstens einen Verbindungskanal an einer Spülfluidenzufuhr angeschlossen ist.

Es ist auch eine Rollbohrkrone bekanntgeworden (US-PS 19 45 240), bei welcher den Lagerspalten zwischen Lagerz.i ofen und Rollmeißel eine Schmierflüssigkeit zugeführt wird. Hierbei besteht aber immer noch die Gefahr, daß aufgrund eines Überdruckes der Schmierflüssigkeit im Bohrloch feste Teile in den Lagerspalt eindringen.

so Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rollbohrkrone der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher das Eindringen von festen Teilen in das Lager verhindert ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein sich durch jeden Schenkel und jeden Lagerzapfen erstreckender erster Gaszufuhrkanal vorgesehen ist, von dem aus mindestens ein weitere-Kanal abzweigt, welcher mit einem zwischen dem Schenkel und dem Rollmeißel vorgesehenen Gasspalt verbunden ist, dessen Abmessung der Erzeugung eines

Überdruckes im Gasspalt gegenüber dem Druck der Gasspülung im Bohrloch angepaßt ist.

Hierdurch wird es möglich, das Lager bzw. eine das Lager schützende Dichtung voi einer Beschädigung wirksam zu schützen, da durch die erfindungsgemäße

Ausbildung des Gasspaltes ein Solcher Überdruck erzeugt wird, däß eine wirksame Druckluftsperre erzeugt wird, durch die das Eindringen Von Schmutz und anderen Teilchen in das Lagersystem Verhindert Und

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damit die Lebensdauer der Lager und damit der Bohrkrone erhöht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Rollbohrkrone ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispi^pl näher erläutert In der Zeichnung ist eine Rollbohrkrone in einem axialen Schnitt dargestellt, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist

In der Zeichnung ist eine Rollbohrkrone für das drehende Bohren in Fels- und Erdformationen dargestellt, die drei getrennte Schenkel aufweist, die mit einem Bohrkronen-Hauptkörper aus einem Stück bestehen und sich unter einem Winkel vom Hauptkörper der Rollbohrkrone nach einwärts erstrecken. Der Einfachheit halber ist nur ein Schenkel tO in der Zeichnung dargestellt Der unterste Teil des Schenkels 10 ist ais Lagerzapfen 11 ausgebildet, auf dem ein konischer Rollmeißel 12 drehbar gelagert ist. In der Mantelfläche des Meißels 12 sind mehrere im einzelnen nicht dargestellte Einsätze angeordnet durch die Felsformationen zerkleinert und aufgebroche.·. werden, wenn die Bohrkrone gedreht wird, wobei die Bohrkrone durch das zu bohrende Loch nach abwärts bewegt wird.

Die für die Drehung des Meißels notwendige Lageranordnung enthält ein System aus Walzenlagern 13, ein System aus Kugellagern 14, ein Gleitlager 15 und ein Axiallager 16. Für das Einbringen und Festhalten der einzelnen Kugellager in dem Kugellagersystem 14 ist eine Kugel-Ladebohrung 17 in dem Schenkel 11 vorgesehen, die mit einem Stopfen 18 ausgefüllt ist. Der Stopfen 18 ist in seiner Lage in der Bohrung 17 durch Schweißverbindungen 19 festgelegt. Um einen vollständig abgedichteten Rollmeißel zu erhalten, ist auf der Außenseite des Stopfens 18 ein U-Ring 20 vorgesehen, welcher gegen die Bohrung 17 abdichtet.

Um das Eindringen von Feststoffen zwischen dem Meißel 12 und dem Lagerzapfen 11 zu verhindern, ist eine Ringdichtung 21 vorgesehen, weiche das offene Ende des Meißels 12 gegen den Lagerzapfen 11 abdichtet. Die Dichtung 21 liegt an einer ringförmig ausgenommenen Fläche 22 am offenen Ende des Meißels 12 und auch an einer gegenüberliegenden Schulter 23 am Lagerzapfen 11 an und befindet sich in einem Übergangsbereich zwischen dem Lagerzapfen 11 und dem Schenkel 10. Die Dichtung 2? sollte eine radiale Ausdehnung haben, die größer ist als ihre axiale Ausdehnung, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Es wird Druckluft durch einen Kanal 24 durch den Schenkel 10 eingebracht. Aus diesem Kanal 24 durchsetzt die Luft auch mehrere sich wesentlich axial erstreckende Zweigkanäle 25, die im Vergleich mit dem Querschnitt des Zufuhrkanals 24 einen verringerten Querschnitt haben und die um den Schenkel 10 gleichmäßig verteilt sind und die sich weiter in den ringförmigen, die Dichtung aufnehmenden Raum 26 erstrecken, der am offenen Ende des Meißels 12 infolge der Anordnung einer ringförmig ausgenommenen Fläche 22 für die Aufnahme der ringförmigen Dichtung 21 in diesen Bereich des Meißels 12 entstanden ist Die Luft wird dann nach auswärts durch den Luftspalt 27 zwischen dem rückwärtigen Ende des Meißels und der gegenüberliegenden Fläche 28 des Schenkels 10 bewegt Die axiale Ausdehnung des ringförmigen Raumes 26 sollte nach dem Einbringen der Dichtung 21 in diesen Raum die axiale Ausdehnung des Luftspaltes 27 überschreiten, und es ist die Größe des Luftraumes bzw. Luftspaltes 27 so vorzusehen, daß sich vom inneren Bereich zum Außenbereich des Luftraumes 27 hin ein Luftüberdruck ergibt Der Querschnitt des Luftraumes bzw. Luftspaltes sollte im Vergleich mit dem Querschnitt jedes radialen Kanales 25 vorzugsweise verringert sein. Es hat sich gezeigt daß durch die Entwicklung eines solchen positiven Druckes am inneren Bereich des Luftspaltes 27 der Eintritt von Feststoffen zwischen Meißel 12 und Lagerzapfen 11 verhindert wird. Da dieses die Wirkung hat daß die Dichtung 21 sehr gut arbeitet wird die Lebensdauer der Dichtung 21 erhöht Aufgrund der Anordnung des die Dichtung aufnehmenden Ringraumes 26 ist es möglich, die Differenzen in der Luftstromkonzentration von den Kanälen 25 so einzustellen, daß ein gleichmäßiger Luftstrom um den gesamten Luftraum bzw. Luftspalt 27 auftritt

Eine Luftsperre der oben beschriebenen Art arbeitet auch dann einwandfrei, wenn die Lager beträchtlich abgenutzt sind und wenn die Lagerflächen der Dichtung 21 so verschoben worden sind, daß eine wirksame Dichtwirkung durch die Dichtung 21 nicht mehr auftritt

Außerdem hat sich gezeigt, daß eine Dichtanordnung, wie sie oben beschrieben ist, die Gesamtkapazität der Lager nicht verringert

Um einen Überdruck zu erhalten, der soweit wie möglich um die ringförmige Dichtung 21 verteilt ist, sollte der Luftzufuhrkanal 24 an einem Teil des Scnenkels 10 münden, der im wesentlichen zentral in bezug auf den mit dem Schenkel 10 verbundenen Lagerzapfen 11 angeordnet ist In Verbindung hiermit kann der Kanal 24 sich unter einem Winkel in bezug auf die Achse des Lagerzapfens 11 erstrecken, wie es in der Zeichnung dargestellt ist Wahlweise kann der Kanal 24 durch eine Knieverbindung an seinem Übergang zwischen dem Schenkel 10 und dem Lagerzapfen 11 abgeschlossen werden, so daß der Teil des Kanals, der in den Schenkel 10 mündet, sich koaxial zur Mittellinie des Zapfens 11 erstreckt, während der Kanal mit dem Luftspalt 27 in Verbindung steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 28

1. Rollbohrkrone für Gesteinsbohrungen mit Gasspülung, mit einem Bohrkronen-Hauptkörper, mehreren aus einem Stück bestehenden Schenkeln, die sich vom Hauptkörper unter einem Winkel nach einwärts erstrecken und deiren unterste Teile als Lagerzapfen ausgebildet sind, mit Rollmeißeln, die auf den Lagerzapfen drehbar gelagert sind, und mit ringförmigen Dichtungen zwischen den offenen Enden der Meißel und den Lagerzapfen, durch welche das Lager gegen den Eintritt von Feststoffen abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich durch jeden Schenkel (10) und jeden Lagerzapfen (11) erstreckender erster Gaszufuhrkanal (24) vorgesehen ist, von dem aus mindestens ein weiterer Kanal (25) abzweigt, welcher mit einem zwischen dem Schenkel (10) und dem Rollmeißel (12) vorgesehenen Gasspalt (27) verbunden ist, dessen Abmessung der Erzeugung eines Überdruckes im Gasspalt (Ϊ7) gegenüber dem Druck der Gasspülung im Bohrloch angepaßt ist.

2. Rollbohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere sich radial erstreckende und vom ersten Kanal (24) abzweigende Kanäle

(25) vorgesehen sind, die in je:dem Schenkel (10) der Bohrkrone gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

3. Rollbohrkrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zvveigkanal (25) einen im Vergleich zum Gaszufuhrkanal (24) verringerten Querschnitt aufweist.

4. Rollbohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, UlJ der Querschnitt des Gasspaltes (27) geringe, ift als der jedes Zweigkanals (25).

5. Rollbohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, d.aß der Gaszufuhrkanal (24) in einem Übergangsbereich zwischen dem Schenkel (10) und dem Lagerzapfen (11) in die Zweigkanäle (25) mündet, der in bezug auf den Lagerzapfen (11) zentrisch angeordnet ist.

6. Rollbohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszufuhrkanaf (24) in einem zum Lagerzapfen (11) koaxialen Teil endet und daß die Zweigkanäle (25) von diesem Teil des Zufuhrkanals (24) abzweigen.

7. Rollbohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Dichtung (21) in einer ringförmigen Ausnehmung

(26) enthalten ist, die innerhalb des offenen Endes des Meißels (12) vorgesehen ist und deren axiale Ausdehnung größer als die des Dichtrings (21) und die des Gasspalts (27) ist.