DE2932416A1

DE2932416A1 - Reibsicheres lager insbesondere fuer eine turbine und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2932416A1
Application number: DE19792932416
Authority: DE
Inventors: Abel Cortes
Original assignee: Compagnie Francaise des Petroles SA
Current assignee: Total Compagnie Francaise des Petroles SA
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1979-08-09
Publication date: 1980-02-21
Also published as: AR221892A1; BR7905161A; CH635908A5; FR2433130A1; JPS6029013B2; CA1135313A; RO78961A; GB2027817B; NL7906058A; FR2433130B1; BE878068A; AU4979979A; US4345798A; DE2932416C2; JPS5524899A; DD145556A5; IT1122462B; AU525076B2; NL178025C; IT7925035A0

Description

Reibsicheres Lager insbesondere für eine Turbine und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein reibsicheres Lager insbesondere zur Aufnahme der sehr starken Axialkräfte eines Bohrturbinenrotors und allgemein zur Sicherst lung der Führung oder Abstützung von zwei sich in Bewegung befindenden Teilen ungeachtet ihrer Relativgeschwindigkeit.

Die sehr zahlreichen Arten bekannter Lager gestatten es nicht, in wirkungsvoller Weise den Verschleiß der in Berührung stehenden Teile zu verhindern. Dieser Verschleiß muß jedoch ganz besonders dann verhindert werden, wenn die Lager beispielsweise die Rotoren von Bohrturbinen tragen. Ein solcher Verschleiß kann tatsächlich gravierende Folgen haben, und zwar wegen der bewirkten Verkleinerung des Spiels, das zwischen den Schaufeln des Stators und des Rotors besteht, da der Wegfall dieses Spiels zu deren Zerstörung führt.

Es können somit keine Lösungen verwendet werden, bei denen eines der miteinander in Berührung stehenden Teile ein Verschleißteil

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Λ-

ist, das zum Austausch bestimmt ist, da dieser Verschleiß dazu führen würde, daß die Schaufeln einander näher kommen; und die bekannten reibsicheren Beschichtungen entfalten nur unter wohldefinierten Bedingungen eine Wirksamkeit, die jedoch nicht den erheblichen Belastungen entsprechen, die von Bohrturbinen aufgenommen werden müssen.

Zur Vermeidung des Nachteils glatter Flächen können zwar Wälzlager verwendet werden, jedoch können dann nicht stets die Betriebsbedingungen respektiert werden, da die Wälzlager von der Bohrflüssigkeit angegriffen werden, und kann ihre Dichtigkeit nicht aufrechterhalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das es möglich macht, den Verschleiß von miteinander in Berührung stehenden Flächen praktisch zu Null zu machen, und zwar in jedem Bereich von Temperaturen und Drücken,außerhalb der die Umwandlung von Diamant in Graphit stattfindet, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die miteinander in Berührung stehenden Flächen durch Läppen der beiden gegeneinander zur Anlage gebrachten Flächen gebildet werden, wobei jede dieser Flächen Diamanten trägt oder in diese Flächen Diamanten eingesetzt sind.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß tatsächlich unabhängig von den verwendeten Typen der Flächen oder der mit Diamant versehenen Verfestigungen und nach dem gegeneinander Verläppen der beiden Flächen die reibsicheren Lager, die aus diesen Flächen durch deren Verbindung bzw. Paarung bestehen, nicht nur erhöhten Drücken und hohen Geschwindigkeiten widerstehen, sondern praktisch verschleißfrei sind, sobald die Verläppung erreicht worden ist.

+) Darüber hinaus hat die Erfahrung gezeigt, daß es möglich wird, solche glatten Flächen identischer Zusammensetzungen in großer Vielfalt zu verwenden, sondern daß das so hergestellte reibsichere Lager auch bei allen bekannten Lagertypen zur Anwendung kommen kann, wobei eine der Flächen die Rolle des eigentlichen Lagers spielt, während die andere Fläche auf diesem neuen Lager-

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+) nicht nur

typ gleitet oder rollt. Insbesondere dann, wenn die Druckbelastungen erheblich sind und die Geschwindigkeit groß ist, kann ein mit einem Stützring ausgestattetes Lager verwendet werden, wobei dieser Stützring nach dem Verläppen der miteinander in Berührung stehenden, mit Diamanten versehenen Flächen auf

+)
Schuhen derselben Art der Ring aufliegt. Dies führt zu dem Vorteil, sich weiter von den ümwandlungsbereichen von Diamant in Graphit durch Senkung der erreichten Temperatur entfernen zu können, indem man ein Kühlfluid zwischen den Schuhen zirkulieren läßt.

Gegenstand der Erfindung ist des weiteren somit die Anwendung solcher mit Diamanten versehener Flächen nach Verläppung bei Lagern jeder Art und insbesondere bei Fluidlagern, bei denen die Lagerflächen bei hohen Geschwindigkeiten durch einen flüssigen oder gasförmigen Fluidfilm voneinander getrennt sind, wobei diese neuen verschiedenen Lager je eine Verbindung mit einer mit Diamanten versehenen Fläche vorsehen, die mit der mit Diamanten versehenen Fläche des Lagers das reibsichere Lager bildet, das jeden Verschleiß verhindert.

Ausgedehnte Versuche an den Berührungsflächen von mit Diamanten versehenen Verfestigungen unterschiedlicher Zusammensetzungen haben diese als in gleicher Weise wirksam erwiesen, und zwar unabhängig davon, ob die eingearbeiteten Diamanten natürlichen oder künstlichen Ursprungs sind, und von dem Augenblick an, zu dem die Verläppung durchgeführt bzw. abgeschlossen ist.

Es besteht somit die Möglichkeit der Verwendung von Diamantringen, die als Schuhe dienen, auf denen Bahnen aus mit Diamanten versehenen Verfestigungen aufliegen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in einem reibsicheren Lager, dessen eine Fläche mindestens eine Bahn einer mit Diamanten versehenen Verfestigung aufweist, während die andere Fläche in einer Reihe von Diamanten besteht, wobei die Bahn mittels der Diamanten geläppt ist.

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Alle diese verwendeten Arten von Flächen und mit Diamanten versehenen Verfestigungen, gleichgültig ob ähnlicher oder unterschiedlicher Arten sowohl in den verwendeten Zusammensetzungen der metallischen Pulver als auch in den Abmessungen der in den mit Diamanten versehenen Verfestigungen eingeschlossenen Diamanten oder der selbst bzw. direkt als Schuhe verwendeten Diamanten haben sich infolge der durchgeführten Verläppung zwischen Flächen, Flächen und mit Diamanten versehenen Schuhen, Flächen und separaten Diamanten als verschleißfrei erwiesen.

Die Erfindung eignet sich somit zur Anwendung bei jedem reibsicheren Lager und insbesondere bei allen Lagertypen einschließlich der Druck- bzw. Axiallager, Spurlager und Fluidfilmlager, die der permanenten oder intermittierenden Führung oder Abstützung an einer weiteren mit Diamanten versehenen Fläche dienen.

Weitere Gegenstände und Eigenschaften sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die auf die Zeichnung Bezug nimmt, in der ausschließlich beispielhaft und keineswegs einschränkend zu verstehen eine Ausführungsform der Erfindung in einer ihrer Anwendungen dargestellt ist.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen schematischen . Axial-Halbschnitt durch den Teil des Stators und des Rotors einer Bohrturbine, der ein Lager mit einem Schuh einer mit Diamanten versehenen Verfestigung aufweist.

Bei dem gewählten Beispiel besteht der Stator in dem dargestellten Bereich in einem zylindrischen Teil 1, dessen Achse 3 mit der Achse des zentralen Rotors 4 zusammenfällt.

Der Rotor 4 verfügt über einen scheibenförmigen Träger 5, unter dem ein Ring 8 aus einer mit Diamanten versehenen Verfestigung befestigt oder in diesen eingearbeitet ist. Die untere Fläche 6 dieses Rings 8 stützt sich auf den Flächen 7 einer Reihe von am Stator 1 festen Schuhen 9 ab.

+) aus 030008/0860

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Die Schuhe 9, die aus einer mit Diamanten versehenen Verfestigung identisch zu derjenigen des Rings 8 bestehen, sind an einem Träger 2 in der Form eines Rings des Stators 1 befestigt oder in diesen eingearbeitet.

Bei diesem Beispiel sind ausschließlich die Axialkräfte von Bedeutung; daher kann das am Umfang des Trägers 2 angeordnete Lager IO beliebiger Art sein und gegebenenfalls ein erfindungsgemäßes Lager sein, dessen mit Diamanten versehene Fläche auf der mit Diamanten versehenen zylindrischen Fläche am Rotor 4 verläppt ist.

Die Zusammensetzung des Rings 8 aus der mit Diamanten versehenen Verfestigung und der Schuhe 9 kann beispielsweise jede Zusammensetzung von mit Diamanten versehenen Verfestigungen sein, die bei Bohrwerkzeugen verwendet werden. Erfindungsgemäß sind die Flächen 6 und 7 beispielsweise durch Reibung dieser Flächen gegeneinander verläppt, bis jegliche Spur eines erkennbaren Verschleißes verschwunden ist. Es ist somit tatsächlich festzustellen, daß, wie oben bereits angegeben, vom Augenblick der Verläppung bzw. der Vollendung des Läppens der Verschleiß aufhört.

Obwohl im allgemeinen die Verläppung schneller erreicht wird, wenn die Zusammensetzungen der Verfestigungen identisch sind und Diamanten kleiner Korngrößen enthalten, ist es möglich, verläppte Flächen zu erreichen, die keinem Verschleiß mehr ausgesetzt sind, wenn die Korngrößen unterschiedlich sind und die Verfestigungen unterschiedlichen Zusammensetzungen entsprechen.

Insbesondere bei der Anwendung dieser Flächen bei Lagern von Bohrturbinen wird festgestellt, daß im Gegensatz zu der zerstörenden Einwirkung der Bohrflüssigkeit auf die Rolen, wenn man sie als Kühlflüssigkeit verwendet, die Bohrflüssigkeit keine schädliche Einwirkung auf die mit Diamanten versehenen Reibflächen ausübt. Die zwischen den Schuhen 9 der Fläche 7 und dem Ring 8 der Fläche 6 zirkulierende Flüssigkeit besitzt ausschließ-

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lieh eine Kühlwirkung dieser Flächen. Das Fehlen einer Beeinträchtigung bzw. Veränderung der mit Diamanten versehenen und geläppten Flächen 6 und 7 ist beachtenswert und auch einer der Faktoren des Fehlens eines Verschleißes.

Sofern Fluidlager hergestellt werden sollen, wird in derselben Weise verfahren, indem eine Verläppung der mit Diamanten versehenen Flächen der zylindrischen Lager und der mit Diamanten versehenen Teile bewirkt wird, die die Fluidfilme begrenzen.

Obwohl nur ein einziges Beispiel eines reibsicheren Lagers für eine genau bestimmte Anwendung beschrieben ist und obwohl als Beispiel für die mit Diamanten versehenen Verfestigungen diejenigen einer laufenden Benutzung bei Bohrwerkzeugen mit hoher Leistung angegeben worden sind, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist und daß alle mit Diamanten versehenen Zusammensetzungen geeignet sind, sofern eine Fläche einer solchen Zusammensetzung auf einer anderen Fläche gleicher Art verläppt werden kann, um das Fehlen eines Verschleißes zu erreichen. Es ist darüber hinaus möglich, einen Teil der Verläppung auf Flächen unterschiedlicher Zusammen setzungen auszuführen, wobei die Verläppung zwischen den Flächen des Lagers gleicher oder unterschiedlicher Art stattfindet, während des Abschließens des Verläppens oder während der Durchführung der eigentlichen Verläppung.

Als mit Diamanten versehene Flächen können beispielsweise insbesondere die mit Diamanten versehenen Verfestigungen gemäß FR-PS 20 29 963 verwendet werden.

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Claims

DR. A. VAN DER WERTH
DlPL-ING. (1934-1974)
PATENTANWÄLTE
DR. FRANZ LEDERER DIPL.-CHEM.
R. F. MEYER-ROXLAU DIPL.-ING.
COMPAGNIE .FRANCAISE DES PETROLES
5, rue Michel-Ange 75781 PARI
S CEDEX 16

Frankreich

P atentansprüche

8000 MÖNCHEN 80

LUCILE-GRAHN-STRASSE 22

TELEFON: (0 89) 47 2947 TELEX: 524624 LEDER D TELEGR :LEDERERPATENT
9. August 1979 M/Tr

6367

{1. Verfahren zur Reduzierung des Verschleißes von permanent oder intermittierend in Berührung stehenden Flächen auf Null, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen mit Diamanten versehen und geläppt werden.

2. Reibsicheres Lager bestehend aus zwei miteinander in Verbindung stehenden Flächen, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch hergestellt sind.

3. Reibsicheres Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede mit Diamanten versehene Fläche (8, 9) aus einer mit Diamanten versehenen Verfestigung hergestellt ist.

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^. 2932418

■ a·

4. Reibsicheres Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Diamanten versehenen Verfestigungen identisch sind.

5. Reibsicheres Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Diamanten in den mit Diamanten versehenen Verfestigungen der beiden Flächen (8, 9) unterschiedlich ist.

6. Reibsicheres Lager für eine Bohrturbine nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis- 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Flächen ein mit dem Rotor (4) fest verbundener Ring (5) ist und die andere Fläche ein mit dem Stator (1) fest verbundener Ring (2) ist, wobei sich die mit Diamanten versehene Fläche des einen der beiden Ringe (2, 5) auf der mit Diamanten versehenen Fläche des anderen Rings abstützt.

7. Reibsicheres Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Diamanten versehene Verfestigungsring des Stators (1) in der Form von Schuhen (9) aus mit Diamanten versehener Verfestigung ausgebildet ist.

8. Reibsicheres Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Diamanten versehenen Flächen mittels eines Fluidfilms oder eines gasförmigen Films voneinander getrennt gehalten sind.

9. Reibsicheres Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Berührungsflächen von mindestens einer Bahn einer mit Diamanten versehenen, geläppten Fläche gebildet ist, wobei die andere Berührungsfläche von mindestens einer Reihe von Diamanten gebildet ist, die auf der Bahn gleiten.
10. Lager zur Führung und/oder Abstützung einer mit Diamanten versehenen Fläche, dessen Fläche zur Führung und/oder Abstützung der genannten mit Diamanten versehenen Fläche mit letzterer ein reibsicheres Lager nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis

bildet. 030008/0860