DE3017819A1

DE3017819A1 - Hydrauliksystem fuer eine vorrichtung zum aufwaertsbohren

Info

Publication number: DE3017819A1
Application number: DE19803017819
Authority: DE
Inventors: Neville Thompson; Jack Oscar Winsor
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1980-11-20
Also published as: ZM4780A1; GB2048994B; FR2456829A1; SE8003588L; AU5776780A; GB2048994A; FR2456829B1; US4214445A; CA1134717A; AU536116B2; ZA802413B

Description

Hydrauliksystem für eine Vorrichtung zum Aufwärtsbohr'en

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine Bohrvorrichtung, die eine Einrichtung zur Übertragung eines Drehmoments auf ein Bohrgestänge, eine Mehrzahl von Druckzylindern zur Hin- und Herbewegung dieser Drehmomentübertragungseinrichtiing entlang der Bohrgestängeachse und einen Hydraulikmotor zur Abgabe eines Drehmoments an die Drehmomentübertragungseinrichtung aufweist.

Das Hydrauliksystem, auf das sich die Erfindung bezieht, ist insbesondere für das Betreiben einer Vorrichtung zum Aufwärtsbohren bestimmt. Mit dem Ausdruck "Aufwärtsbohren" wird eine Bohr- und Räumtechnik zur Herstellung von Bohrungen großen
Durchmessers bezeichnet, wobei eine Pilotbohrung von relativ geringem Durchmesser durch Erdschichten niedergebracht wird, bis der Meißel in einen Freiraura eindringt. Der kleine Bohrmeißel wird dann durch einen besonders ausgebildeten Räumer
mit großem Durchmesser ersetzt, worauf das größere Loch entlang der Pilotbohrung ausgebildet wird, indem der Räumer zur

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iJohranlage zurück aufgeholt wird. Diese Technik ist im einschlägigen Fachgebiet wohlbekannt, und es wurden viele Bohranlagen dieser Art entwickelt.

Bei den meisten dieser Bohranlagen kommen zum Anheben und Absenken eines F3ohrkopf es, der selbst durch einen Hydraulikoder Elektromotor gedroht wird, hydraulische Druckzylinder zur Anwendung. Im Fall der vorliegenden Erfindung wird ein Hydraulikmotor verwendet. Normalerweise kommt zum Betrieb von hydraulisch getriebenen Aufwärtsbohrmeißeln ein geschlossener Hydraulikkreislauf zum Einsatz, wobei der Antriebspurn-» penausgang durch Ventile einem Motor zugeleitet wird, dessen -iücklauföl zum Pumpcnciugang zurückgeführt wird. Durch eine Ausgleich- oder Auffüllpumpo wird am Pumpeneingang zusätzliches, gekühltes und gefiltertes Ol beigegeben, was einen mehrmaligen Umlauf von Verschmutzungsstoffen durch teuere Pumpen und iiotore zur Folge hat, bevor diese Stoffe von Filtern festgehalten worden. Es ist auch schwierig, aus dem geschlossenem Kreislaufvon den großen hydrostatischen Antriebspumpen eine Strömung herauszulenken, so daß eine schnelle Verstellung der großvolumigen Druckzylinder während eines Gestängewechsels auftreten kann, weil die Pumpen dazu neigen, Einlaßdruck zu verlieren und zu kavitieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Hydrauliksystem zu schaffen, das von den erwähnten Nachteilen frei ist.

Diese Aufgabe wird erfi^dungsgemäß durch einen Hydraulikkrcis offener liauart gelost, wobei eine Ladepumpe für volle Förderung oder Verdrängung;eine hydraulische Flüssigkeit mit einem positiven Druck dem Einlaß der Ilauptpurnpe oder ersten Pumpe, die den iiydraulikhauptmotor antreibt, zuführt. Eine Strömung von der ersten Antriebspumpe kann zum Druckzylinder umgeleitet werden, wenn der Iiydraulikhauptmotor nicht unter voller Last arbeitet, um eine Schnellverstellung der Druckzylinder zu bewirken,wenn Bohrgostängesoktioncn angefügt oder entfernt v/erden.

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Die Aufwärtsbohrvorrichtung enthält eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die einen Ilauptmotor, ein geeignetes Getriebe und ein Futter zum Erfassen des Bohrgestänges und zum Übertragen eines Drehmoments auf dieses aufweist. Es sind eine erstejund dritte Antriebspunipc vorgesehen, die dem Motor durch ein Ventil Hydraulikflüssigkeit zuführen, und dieses Ventil steuert die Motoz~drchrichtung. Eine der Pumpen versorgt den Motor exklusiv mit Flüssigkeit, während di© Strömung der anderen Pumpe zu den Druckzylindern mittels eines zweiten Ventils umgeleitet werden kann, ui:i eine schnelle Verstellung herbeizuführen, wenn Bohrgestängescktioiien zugefügt oder entfernt werden.

Es ist noch eine zweite Pumpe vorhanden, die den Druck^ylindern Flüssigkeit zuführt, während die erste und dritte Antriebspunipc den llauptmotor antreiben. Ein drittes Ventil steuert die Bewegungsrichtung der Druckzylinder. Eine Ladepumpe mit einer größeren Verdrängung als diejenige der Antricbspumpen führt den Eingängen dieser Pumpen Flüssigkeit unter einem positiven Druck zu, um DruckverlLEfce in zwischen der Ladepumpe und den Antriebspuni— pen angeordneten Filtei-n sowie in den Ilydraulikleitungen zu neutralisieren.

Dieser offene Kreislauf stellt sicher, daß alle in die Antriebspunipe strömende Flüssigkeit zuerst durch Flüssigkeitsfilter strömt, um die Menge an Verunreinigungen in der Arbeitsflüssirkeit zu vermindern. Von den Antriebspumpen kann Flüssigkeit für eine Schnellverstellung der Druckzylinder abgezweigt werden·, weil kontinuierlich unter Druck stehendes 01 immer dem Antrieb spuiapeneinlaß von der Ladepumpe zugeführt wird, was das Auftreten einer Kavitation verhindert. Durch Abzweigung einer großen Antriebspumpenströmung, die im Bereich von 75 bis I50 IcI-/ Eingangsleistung liegen kann, vom offenen Kreislauf werden die Drucksylinder-Schnollverstellungsgeschwindigkeiten um etwa 4,5 m/min erhöht, was die Zeit ztim An- und Abbau von Boiirgestärigeselctionen beträchtlich vormindert und somit die Produktivität steigert.

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Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufwärtsbohren; Fig. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung von Fig. 1}

Fig. 3 Draufsichten auf je eine Hälfte der Vorrichtung von Fig. 1 und 2;

Fig. k eine scheraatische Perspektivdarstellung der Vorrichtung nach den Fig. 1-3) wobei einer der Ständer, bestehend aus Druckzylinder und Führungsrohr, vom übrigen Teil der Vorrichtung losgelöst ist, um Einzelheiten der Verbindungen zu zeigen;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des zum Betrieb der Aufwärtsbohrvorrichtung eingesetzten Hydrauliksysteins;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung der Bohrfutter- und Spann- oder Verschraubungsteile der Vorrichtung.

Die Aufwärtsbohrvorrichtung 10 weist einen Sockel 12 auf, der, wie Fig. 2 zeigt, aus einem Paar von parallelen Kufen ik, die mit der Grundfläche durch geeignete (nicht gezeigte) Bolzen verbunden sind, bestehen kann. Mit dem Sockel 12 ist ein Arbeitstisch l6 über Schwenkzapfen 18 verbunden, die ermöglichen, den. Arbeitstisch l6 und andere, noch zu beschreibende Bauteile mittels eines Paars von Spannbolzen oder -schlossern 20 zu verschwenken, wobei diese Spannschlösser den vorderen Teil des Arbeitstisches l6 mit den Kufen Ik verbinden. Die Bohrvorrichtung 10 kann somit nach Wahl verschwenkt werden, um Bohrungen über einen Bereich unterschiedlicher Winkelrichtungen mit Bezug zur Grundfläche niederzubringen.

Ein Ständerpaar 22, das aus Druckzylindern und Führungsrohren besteht, ist mit dem Arbeitstisch 16 verbunden und dient dazu, die notwendige Axialkraft, die für den Bohrvorgang erforderlich ist, zu liefern, während es gleichzeitig den Bohrmechanismus entlang einer genauen Bahn führen und ein Reaktionsdrehmoment

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aufnehmen kann. Die Ständer 22 weisen einen Hydraulikzylinder 24 (Fig. 4) mit einer Platte 26 auf, die am Arbeitstisch 16 mittels der Schraubenbolzen 28 gehalten ist, wobei ein Keil in passende Nuten 31 in den aneinanderstoßenden Flächen der Platte 26 und des Arbeitstisches 16 eingreift.

Durch geeignete hydraulische Einrichtungen, die noch beschrieben werden, ist itn Zylinder 24 eine Kolbenstange 32 verschiebbar, und Kolbenstange sowie Zylinder arbeiten derart, daß sie die für den Bohrvorgang notwendige Axialkraft liefern. Die erforderliche Abstützung und Führung wird von einem Führungsrohr 34 abgegeben, das an seinem oberen Ende mit dem außen liegenden Ende der Kolbenstange 52 über mehrere (nicht gezeigte) Bolzen verbunden ist, welche die Oberseite des Fiihrungsrohres 34 durchragen. Um den Eintritt von Schmutz und Feuchtigkeit in den Ständer (Führungsrohr 3^ "Jnd Druckzylinder 24) zu unterbinden, ist eine Abdeckung 36 vorhanden. Das Führungsrohr 34 liegt an der Außenoberfläche des Hydraulikzylinders 24 mit einer an der Innenfläche dos Führungsrohres befestigten Bronzebuchse 38 an, um einen-dichten Sitz mit minimaler Reibung zwischen dom Führungsrohr 54 und dem Zylinder 24 zu schaffen.

Der die Drehniomentübertragungsfunktion ausfüllende Mechanismus dor Bohrvo!richtung 10 ist zwischen den Führungsrohren 34 bzw. Ständern 22 befestigt, wie Fig. 4 am besten zeigt. An der Außenoberfläche eines jeden Fiihrungsrohres 34 ist eine Befestigungsplatte 40 angeschweißt oder andersartig starr angebracht, wobei die beiden Befestigungsplatten 40 einander zugewandt sind und zwischen sich genügend Raum für die Aufnahme der Drehmomentübertragungseinrichtung lassen. Ein zweites Paar von Befestigungsplatten 42, die so ausgebildet sind, daß sie mit den Befestigungsplatten 40 zusammenpassen, ist mit der Außenoberfläche eines Gehäuses für ein Getriebe 44 verschweißt oder andersartig fest gehalten, wobei die Platten 40,42 untereinan-

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der durch mehrere Schraubenbolzen 48 verbunden sind, so daß sie die Drehraomentübertragungseinrichtung dar Bohrvorrichtung tragen. Diese Übertragungseinrichtung enthält zusätzlich zum Getriebe 44 einen Motor 50, ein Bohrfutteraggregat 52 und eine Reihe von Zahnraduntersetzungen 54,56.

Wie die Fig. 2 und 4 zeigen, weist jede der Befestigungsplatten 40 entlang des unteren Teils ihrer außen liegenden Flächen eine Leiste 43 auf, die mit einem Scherblock 45 zusammenarbeitet, der an die Platten 40 angeschweißt ist, um eine Verlängerung der Leiste zum Tragen der Drehmoraentübertragungseinrichtung zu bilden und die Schraubenbolzen 48 von einer Scherspannung zu entlasten. Alternativ können Keile und Keilnuten, die nicht gezeigt sind, vorgesehen werden.

V/ie aus der folgenden Beschreibung noch im einzelnen hervorgehen wird, dient das Bohrfutteraggregat 52 dazu, das oberste Ende einer Bohrgestängesektion oder mehrerer solcher durch passende (nicht gezeigte) Gewinde von Standardgröße und -gestalt zu erfassen. Die Bohrgestängesektionen ragen durch eine Mitteluffnung 60 im Arbeitstisch l6 und in den darunter liegenden Boden. Im Betrieb wird zuerst durch die Erdschichten eine Pilotbohrung von etwa 25 - 35 cm Durchmesser niedergebracht. Das Bohrfutteraggregat erfaßt das oberste Ende eines Bohrgestänges, das am unteren Ende einen (nicht gezeigten) Bohrmeißel trügt. Die Druckzylinder 24 liefern eine ausreichende, abwärts wirkende Kraft, während der Motor 50 arbeitet, um das Bohrgestänge zur Ausbildung der Pilotbohrung zu drehen.

Wenn die Druckzylinder 24 den unteren Endpunkt ihres Hubweges erreichen, wird ein am Arbeitstisch l6 befestigter Gabelschieber 62 mittels der Hydraulikantriebe 64 gegen das Bohrgestänge bewegt, der sich gegen mehrere Ausnehmungen oder Abflachungen, die rund um die Außenoberfläche des Bohrgestänges angeordnet sind, in bekannter V/eise anlegt. Der Gabelschiebor 62 trägt

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das Gewicht des Bohrgestänges und legt dieses gegen Drehung fest, während der Motor 50 in seiner Laufrichtung umgekehrt wird, um das oberste Ende des Bohrgestänges vom Putter abzuschrauben. Dann werden die Druckzylinder 24 zum Anheben des Bohrfutteraggregats umgesteuert, so daß eine andere Bohrgestängesektion, durch eine (nicht gezeigte) Standard-Gestängetransportvorrichtung an ihren Platz gebracht werden kann, um diese Sektion mit dem Bohrfutter und der vom Gabelschieber gehaltenen Gestängesektion in Eingriff zu bringen. Die Transportvorrichtung arbeitet so, daß die zueinander passenden Gewinde zwischen der neuen Sektion und dem Futter sowie der bereits vorhandenen Gestängesektion in lockere Anlage kommen, und dann wird der Motor 50 wieder umgeschaltet, um die Verbindung festzuziehen. Die kombinierte Tätigkeit von Druckzylindern und Dreheinrichtung wird wiederholt, bis die Pilotbohrung fertiggestellt ist.

Wenn die Pilotbohrung eine Grubenverbindungsirecke schneidet, wird der BohrmeißeX entfernt ixnd durch einen größeren Aufwärtsbohrräummeißel ersetzt, der einen Durchmesser von etwa 152 bis über 600 cm haben kann. Der Räumer wird gedreht und gleichzeitig entlang der Pilotbohrung aufgezogen, um einen Schacht von relativ großem Durchmesser auszubilden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Hauptantriebsmotor ein hydraulischer Motor mit zwei Geschwindigkeiten sein (gefertigt von Poclain unter der Modell-Nr. H 30-4400) , der bei einer. Umdrehungsgeschwindigkeit von 105 ü/niin (maximal 135 U/min) 223,74 kW erzeugt.

Die Bohrgeschwindigkeit kann bis zu 92 U/min, die Räumgeschwindigkeit bis zu l4,4 U/min betragen. Es kann ein kontinuierliches Antriebsdrehmomeiit von etwa 18 000 kpm geliefert werden, das Abwürgdrehmoraent ist etwa 24 000 kpm bei ca. 400 χ 1θ5 N/m²

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Die zwischen den Motor 50 und das Bohrfutteraggregat 52 geschalteten Zahnräder können die erste Zahnraduntersetzung mit einem 1,47-Ritzel und Zahnrad sowie die zweite Zahnraduntersetzung 56 mit einem 6,^-Planetengetriebe enthalten, das Räumverhältnis ist 9 »4 ' 1· Es können ein normaler Pilotbohrdruck von 51 256 kg (maximal IO9 728 leg) bei 241 χ ΙΟ⁵ N/m²

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und ein iiäuindruck von 4lO 5O3 kg bei 310 χ 10 N/m vorgesehen worden.

Die Bauteile des Ilydraulilckreises, der zum Betrieb der beschriebenen Vorrichtung dient und den Gegenstand der Erfindung bildet, sind in Fig. 5 gezeigt. Die Ladepumpe 66 wird von einem Ladepur.ipcnmotor 68 angetrieben und führt den Einlassen der Antriebspumpon 70,72 Flüssigkeit zu. Der Ladepumpenmotor 68 wird von. der Pumpe 74 angetriebene

Die Ladepumpe 66 liefert Öl zu den Pumpen 70172 in einer geringfügig größeren Strömungsmenge, als erforderlich ist, wobei Uberschußöl durch ein Entlastungsventil 76 abgeleitet wird, das auf etwa 1 05^1 nbar eingestellt ist. Durch diese Ausbildung ist ein genügender Ilydraulikdruck gegeben, um Verluste, die durch die Filter 78,oO hervorgerufen werden, und innere Leitungsverluste zu überwinden, so daß an den Einlassen der Pumpen 7O|72 ein positiver Druck aufrechterhalten wird. Die Pumpe 70 wird von einem Motor 82, die Pumpe 72 von einem Motor 84, die beide mechanisch oder elektrisch getrieben sein können, angetrieben.

Die Pumpe 72 betreibt den Ilauptantriebsmotor 50, während die Pumpe 70 auf die Ständer 22 bzw. deren Druckzylinder 24 während deren Schnellbewegungsphase beim Anfügen oder Abnehmen von Bohrgestänge arbeitet und die Pumpe 72 zum Antrieb des Motors 50 während des Bohrens oder iiäumens unterstützt. Ein Ventil (Wegeventil) 06, das in die Eilgangstellung 88 oder in die Ilauptaiitriebsstellung 89 geschaltet werden kann, steuert den Ausgang der Pumpe 70 zur Ausführung dieser Tätigkeiten. Ein

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Ventil 90 steuert über eine Vorschubstellung 9I bzw. Rückhubstellung 92 den Ausgang von der Pumpe 70 und/oder der Pumpe 72 zum Motor 50.

Alternativ können die Pumpe 72, der Motor 84 und der Filter 80 weggelassen werden, wobei dann die Pumpe 70 direkt über eine (nicht gezeigte) Mengenregelungsvorrichtung mit dem Ventil 90 verbunden wird. Bei dieser Ausführungsform treibt die Pumpe 70 den Motor 50 während Bohrvorgängen mit hohem Drehmoment und liefert noch eine minimale Strömung an Hydraulikflüssigkeit zum Motor 50, wenn die Pumpe 70 die Druckzylinder 24 während einer Schnellvers teilung betätigt. Die minimale Strömung ermöglicht, daß der Motor-50 mit langsamer Geschwindigkeit läuft, wenn das Ventil 86 in die Eilgangstellung 88 geschaltet ist.

Wenn während des normalen Betriebs zum Herstellen einer Pilotbohrung oder zum Aufwärtsräumen die Pumpe 70 zum Antrieb des Motors 50 die Pumpe 72 unterstützt, liefert eine Pumpe 94 Hydraulikflüssigkeit über ein Zylindersteuerventil 96 an die Druckzylinder 24 in den Ständern 22, und dieses Ventil 96 steuert die Druckzylinder über eine Auffahr- sowie Abfahrstellung 98 bzw. 100. Ein Motor 102 speist die Pumpe 94 wie auch die Pumpe 74, welche, wie bereits erwähnt wurde, den Motor antreibt. Zusätzlich kann die Pumpe 74 hydraulische llilfskreise für eine Bohrgestängetransportvorrichtung, den Getriebeschaltzylinder, eine Schmierpumpe und die Hydraulikantriebe 64 für den Gabelschieb ei" 62 versorgen. Eine druckausgeglichene kontinuierliche Mengenregelungsvorrichtung 104 kann in der Leitung zwischen der Pumpe 74 und dem Motor 68 zur Regelung der Drehzahl der Ladepumpe 66 angeordnet sein. Ein Sumpf I06 nimmt Rücklaufflüssigkeit aus den Hydraulikkreisen auf, ein Wärmetauacher I08 dient der Kühlung der gesamten Rücklaufflüssigkeit. Ein schematisch dargestelltes Rückkopplungsventil 110 kann für

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die wahlweise Verbindung der Druckzylindereinlässe mit den -auslassen vorgesehen sein, um die Verfahrgeschwindigkeit beim Zufügen oder Abnehmen von Bohrgestängesektionen zu erhöhen. Es ist klar, daß andere Bauteile, wie ZylinderentIastungsventile, Ausgleichventile usw., die in der einschlägigen Technik bekannt sind, in der Gesamtkonstruktion enthalten sein können, sie wurden hier nur der Einfachheit halber weggelassen.

Um das Bohrgestänge zu erfassen sowie auf dieses ein Drehmoment zu übertragen und um zur gleichen Zeit die notwendige Betriebsfunktion zum Entfernen und Anfügen von Bohrgestängesektionen zu bewerkstelligen, wurde das in Fig. 6 im einzelnen gezeigte Bohrfutteraggregat 52 vorgesehen. Dieses Aggregat dient dazu, ein Drehmoment von einer Abtriebswelle 200 des Getriebes ^lhk auf eine Sektion des Bohrgestänges 202 zu übertragen. Die Abtriebswelle 200 hat einen unteren Gewindeabschnitt 2O4r, der mit einem passenden Gewinde eines Druckriiiges (Druckmutter) 206 zum Eingriff kommt. Ein unterer Druck-ringabschnitt 20-3 ist mit dem oberen Druckringteil 206 über Schraubenbolzen 210 verbunden und so befestigt, daß er mit der Abtriebswolle 200 durch eine in Eingriff befindliche Kerbverzahnung 212 dreht; er arbeitet derart, daß er den Druckring 2ü6 am Platz hält und dessen Lösen von der Welle 200 verhindert.

Die Außenfläche des unteren Druckringabschnitts 208 hat eine Kerbverzahnung 214, die mit einer Kerbverzahnung 2l6 an der Innenfläche eines Bohrfutter-Glockengehäuses 218 in Eingriff ist. Das Glockohgehäuse 218 hat einen einwärts ragenden Bund 220, der sich gegen eine obere Simsflächo 222 am Druckring 2O6 anlegt. Die zueinandorpassenden Flächen dienen der Entlastung einer seitlichen Spannungsbelastung, wenn das Bohrgestänge während des Räunivorgangs um einen vorbestimmten Betrag

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abgelenkt wird, und der Übertragung von Druckkräften von. den Zylindern auf das Bohrgestänge· -

Das GIockongeliäuse 218 ist starr mit einem Bohrfutter 224 über zusammenpassende Zahnscheiben 226 und eine Mehrzahl von Schraubenbolzen 228 verbunden. Das Futter 224 hat ein Gewinde 23O zur Aufnahme eines passenden, an der Bohrgestängesektion 202 befindlichen Gewindes.

Jede Bohrgestängesektion 202 hat ein Ende, das mit einem Gewinde, wie in Fig. 6 gezeigt ist, versehen ist, und hat ein unteres (nicht gezeigtes) Ende mit Innengewinde zum Eingriff in das obere Ende einer anschließenden Bohrgestängesektion. Während der Arb-eitsphase beim Aufwärtsräumen, wobei Bohrgestängesektionen entfernt werden, worauf noch eingegangen werden wird, wird die Drohung des Futters durch Schalten des Ventils 90 umgekehrt; wähl·end die anschließende Gestängesektion ^esen eine Drehung festgehalten wird, wird die oberste Sektion vom FuttertLosgelöst. Die Gewinde 230 werden sich vor denen der Verbindung zwischen aneinandergrenzenden Bohrgestängesektionen lösen, weil das Futtergewinde aus härterem Metall (mit glatteren Oberflächen) als das Bohrgestänge gebildet ist und weil die Berührungsflache 231 zwischen dem Gestänge 202 sowie dem Futter 224 kleiner als diejenige zwischen benachbarten Gestangesektionen ist. Das hat einen geringeren Reibungs-Schwellenwert an der Futterverbindung zur Folge.

Diese Elemente bilden den Antriebsmechanismus für das Bohrfutter der Vorrichtung, wobei ein Drehmoment von der Abtriebswelle 200 und dem Drucfcring 206 über den unteren Druckringabschnitt 20Ö sowie die Kerbverzahnungen 214,2l6 auf das Glockengehäuse 218 übertragen wird. Damit wird das unten befindliche Bohrfutter 224 gedreht, das meinerseits das Bohrgestänge 202 über die ineinandergreifenden Gewinde 250 in Drehung versetzt.

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Damit durch den Antriebsraechnistnus eine Bohrgestängesektion während der Aufwärtsräumvorgänge entfernt werden kann, ist ein Spannraeclianismus vorgesehen, der ein Spannrauffen-Stützrohr 232 aufweist, das fest an der Außenfläche des Getriebegehäuses 44 durch einen Verbindungsring 233 angebracht ist. Das untere Ende des Stützrohres 232 weist einen einwärts ragenden Bund 256 auf, der über ein Lager 238 an einer Spannmuffe 2p4 anliegte Das Lager 238 ist als Scheibe ausgebildet und besteht aus einem relativ weichen Material, z.B. Messing, das mit einoin Schmiermittel imprägniert ist; ein solches Lager wird unter dem Warenzeichen "OILITE" vertrieben»

Die Spaiiniiiuffe 254 ist mit dem Futter 224 über ineinandergreifende JCorbversahnunsea 24O verbunden, die die Spannmuffe 234 r.iit dc'.i Futter 224 drohen lassen, während das Spannniuffen-Stützrolir 252 stationär bleibt ο Die Spannmuffe 254 arbeitet !.:it den Spanns eminent cn 242 zusammen, die sich in Ausnehmungen odc_- I iitiichn er flächen (Abflachungen) 244, welche mit Abstand rund \in die Außenobcrflache des Bohrgestänges 202 angeordnet sind, befinden. Die Spannscgr.iente 242 haben eine äußere Kerbvorzahnung 246, die mit der Kerbverzahnung 240 an der Spannr.iuffe 254 zusammenwirkt; die Spannsegniente 242 sind als zwei halbkreisförmige Teile oder als mehrere bogenförmige T_eile ausgebildet, die normalerweise in den Ausnehmungen 244 angeordnet oder aus diesen genommen werden können.

Zur Arbeitsweise ist zu erläutortn: V/enn während des Niederbringens einer Pilotbohrung die Druckzylinder auf den mit dem ;.viidG dos Bohrgestänges 202 verbundenen Bohrmeißel eine abwärts gerichtete Kraft übertragen, so legt sich die Unterseite eines Kragens 24C ^egen die Oberfläche des Bundes 220 an, nachdem sich die Abtriobswello abwärts in flichtung des Pfeilse 250 verlagert, und die Ilerbvcrzahnung 214 gleitet relativ zur und entlang der Kcrbversahnung 2l6 abwärts. In dieser Lage wird vom Getriebe über die Kegelrollenlager 249, den Kragen 248,

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das Glockengehäuse 2l8 und das Bohrfutter 224 eine Abwärtskraft auf das Bohrgestänge 202 übertragen, bis eine neue Gestängesektion zur Fortsetzung des Bohrvorgangs angesetzt werden muß. Es wird davon ausgegangen, daß eine Bohrgestängesektion etwa 150 cm lang ist, so daß eine ganze Anzahl solcher Sektionen angesetzt werden muß, um Bohrungen von 300 m und größerer Tiefe auszubilden.

Um das Futter vom Bohrgestänge zum Anfügen einer weiteren Gestängeselction zu lösen, wird der in Fig. 3 gezeigte Gabelschieber 62 durch die Hydraulikantriebe 64 gegen die Gestängesektion 202 hin gesogen, so daß er in die Ausnehmungen oder Abflachungen 244 eingreift und das Bohrgestänge gegen eine Drehbewegung festlegt. Der Motor 50 wird in seiner Drehrichtung umgeschaltet , und das Futter 224 wird vom Bohrgestänge 202 abgeschraubt.

Dann werden durch Umschalten des Zylindersteuerventils 96 die Druckzylinder 24 zum Auffahren betätigt, so daß sie das Bohrfutteraggregat 52 vom Bohrgestänge weg nach oben fahren. Beim Aufwärtsfahren des Futteraggregats gleitet die Kerbverzahnung 2l4 relativ zu und entlang der Kerbverzahnung 216 aufwärts, bis die Simsfläche 222 an der Oberseite des Druckringes 206 sich gegen die Unterseite des Bundes 220 anlegt, der das Futter 224 von der Bohrgestängesektion 202 um eine ausreichende Strecke abhebt, so daß eine weitere Bohrgestängesektion angesetzt werden kann.

Die neue Sektion wird mit dem Futter und der unteren Gestängesektion mittels einer bekannten Vorrichtung, die hier nicht zu erläutert werden braucht, ausgerichtet. Das Ventil 90 wird zur Umsteuerung des Motors 50 betätigt, so daß das Futter 224 ir.i normalen Drehsinn, d.h. im Uhrzeigersinn, gedreht wird, um mit dem Gewinde 23O zum Eingriff zu kommen. Hierauf werden die Druckzylinder 24 in Gang gesetzt, und der übliche Bohrvorgang wird ausgeführt, wobei sich die Abtriebswelle 200 in

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dichtung des Pfeils 250 abwärtsbewegt, bis der Kragen 248 sich gegen die Oberseite des Bundes 220 anlegt und damit wiederum eine Abwärtskraft auf das Bohrgestänge 202 ausgeübt werden

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nachdem dieser Vorgang so oft wiederholt wurde, bis die Pilotbohrung fertiggestellt ist, wird der Pilotbohrmeißel dann abgenommen und durch einen Räummeißel großen Durchmessers ersetzt, eier zur Ausbildung der Aufwärtsbohrung verwendet wird. VJälirond dieses Bohrvorgangs wirkt über die Bohrgestängesektionon 202 ein Drehmoment in Verbindung mit einer aufwärts gerichteten Kraft auf den Räumer ein.

Wenn der Räummeißel zum oberen Bewegungsendpunkt der Druckzylinder aufgefahren worden ist, muß eine Gestängesektion entfernt werden, um den Räuinvorgang fortsetzen zu könnan. Ist die oberste Gestängesektion völlig oberhalb des Arbeitstisches, dann wird der Gabelschieber 62 bewegt, so daß er in die oberen Ausnehmungen. 244 in der aweiten, d.h. nach unten anschließenden Gcstängosolction eingreift und diese gegen Drohung festhält wie auch die übrigen Gestängesektionen an einem Fallen hindert. Die Abtriebswelle 200 wird soweit abgesenkt, bis die Kerverzahnung 214 etwa in der llitte der Kerbverzahnung 216 liegt.

Dann wird das Ventil $>0 umgeschaltet, wodurch eine Lösung der Gewindeverbindung zwischen dem Futter 224 und der Gestängesektion 202 herbeigeführt wird; die untere Verbindung wird hierboiwegen dos geringeren lieibungs-Schwelleiiwertes zwischen dem Futter -and der liohrsektion, worauf bereits eingegangen wurde, nicht gelöst warden. Die Gewindoverbindung 230 wird nicht völlig getrennt, sondern locker in Eingriff gehalten. In die Ausnehmungen 244 worden die Spannsegmente 242 eingesetzt, und die Druckzylinder 24 werden wieder abgefahren, was bewirkt, daß die Abtricbswello wie auch das Spannrauffen-Stützrohr 232 sowie die

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Spannmuffe 234 soweit abgesenkt werden, bis die Kerbverzahnung 240 an der Innenfläche der Spannnmffe 234 in die Kerbverzahnung 246, die sich um die Auflenflache der Spannsegmente 242 herum befindet, eingreift.

Da die Kerbverzahnuiig 240 an der Spannrauffe 234 ebenfalls in eine mit ihr zusammenwirkende Kerbverzahnung an der Außenfläche des Futters 224 eingreift, wird, wenn der Motor 50 entgegen dein Uhrzeigersinn gedreht wird, das Bohrgestänge 202 zusammen mit den Futter 224 aufgrund des durch die Spannsegniente übertragenen Drehmoments drohen, auch wenn die im Singriff befindlichen Gewinde gelockert wurden. Durch diesen Forgang wird die untere Verbindung zwischen der (oben befindlichen) Gestängeselction und der anschließenden Gestängesektion gelöst, die Druckzylinder heben die obere Sektion aus ihrer Anlage mit der unteren Sektion und die (nicht gezeigte) GestäiigetransportvorriclituHg kann die obere Gcstängesektion, nachdem die Spannsegniente 242 aus den Ausnehmungen 244 genommen wurden, entfernen. Die Druckzylinder 24 werden dann umgeschaltet, um das Futter 224 mit der vom Gabelschiebor 62 gehaltenen Sektion in Eingriff zu bringen, und der Motor 50 dreht das Futter 224 zur Herstellung der Gewindeverbindung 230, so daß der Aufwärtsräuravorgang fortgesetzt werden kann. Mit dem vorbeschriebenen Bohrfutteraggregat kann, wenn es zusammen mit dem in Fig. 5 gezeigten Hydraulikkreis zum Einsatz kommt, das Abnehmen oder Ansetzen von Sektionen eines Bohrgestänges schnell und wirksam durchgefühi't xrorden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird noch auf ein Sicherheitsmerkmal des Bohrfutteraggregats im einzelnen eingegangen. Während der Aufwärtsräumvorgängc wird dor Meißel Gesteinsschichten von unterschiedlicher Härte und Konsistenz durchfahren. Der Meißel wird gelegentlich seitwärts mit Bezug zur Achse der Pilotbohrung abgelenkt werden, wo durch ein Kraftinonient auf das Bohr-

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fiit tor aggregat ausgeübt wird. Wenn dieses Kraftmoment völlig von einem starren Futteraggregat aufgenommen wird, dann ist die Wahrscheinlichkeit für eine Beschädigung oder Störung groß» Deshalb wurde das Bohrfutteraggregat mit einer Sicherheitseinrichtung versehen, die es innen liegenden Teilen des Aggregats erlaubt zu schwanken, wenn ein Kraftmoinent von vorbestii.initer Höhe ausgeübt wird» Diese Schwank- oder Schaukelwirkuiig tritt an der Anlageflächc zwischen der Siasfläche des Druckringes 206 und der damit zusammenwirkenden Unterseite des Bundes 220 des Glockengehäuses 218 auf. Die Kerbverzalmungcn 21Λ, 2l6 passen lose genug ineinander, um eine Abweichung von. 2 von der Mitte zuzulassen, wenn eine Seitenkraft an irgendeinem Punkt entlang der Länge des Bohrgestänges zur Wirkung kommt» Ein Spalt 25'± zwischen der Spannmuffe 234 und den einwärts ragenden Bund 256 des Spanninuffen-Stützrohres nii:i::it die Ablenkung im unteren Teil des Spann- oder Verschraubinechanisrras auf. Sollte es geschehen, daß das Bohrgestänge über den Fcstigkeits- oder Stärke-Schwellenwert des Futtei^aggregats hinaus abgelenkt wird, so wird auf diese Weise das Futter genügend kippen, um die Ablenkung ohne Übertragung einer Bruchkraft auf irgendeinen Teil des Futteraggregats oder die Abtriobswelle 200 aufzunehmen.

Sollte das Bohrgestänge über einen größeren Winkel abgelenkt, d.h. schräggestellt werden, so legt sich die Spannmuffe 23^t gegen den Bund 236 an, wodurch das Kraft- oder Belastungsmoment durch das Spanninuffcn-Stützrohr 252 auf das Getriebegehäuse kk übertragen wird. Weil die Bauteile des Gehäuses größere Belastungen als die Abtriebswelle aufnehmen können, wird ein größerer Sicherheitsabstand gegenüber Beschädigung erreicht, als wenn die Abtriebswelle das Belastungsmoment aufnimmt. Ferner wird, sollten das Bohrfutteraggregat oder die Abtricbswello 200 einen Schaden erleiden, das Bohrgestänge dann i nun er noch von dem Spannmuffen-Stützrohr 232 getragen und nicht abfallen.

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Den Zeichnungen sind noch andere Bauteile der Aufwärtsbohr.-vorrichtung su entnehmen, z.B. eine Rohrleitung 252 zur Überführung von Flüssigkeit zum Bohrgestänge und Ilydraulikleitungen zum Betrieb des Motors 50 tind der Druckzylinder 24;
eine nähere Beschreibung erübx-igt sich hier jedoch, da solche Teile dem Fachmann auf dein einschlägigen Gebiet bekannt sind.

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Claims

Dipl.-Ing. W. Meissner Dipl.-Ing. P. E. Meissner Dipl.-Ing. H-J. Presting Herbertetr. 22, tOOO Berlin 33 Ka/412/DE-79-2 07.05.1980 Dresser Industries, Inc. Elm at Akard Dallas Texas 75201 Hydrauliksystem für eine Vorrichtung zum Aufwärtsbohren Patentansprüche

1. Hydrauliksystem für eine Bohrvorrichtung, die eine Einrichtung zur Übertretung eines Drehmoments auf ein Bohrgestänge, eine Mehrzahl von Druckzylindern zur Hin- und Herbewegung dieser Drehaiomentübertragungseinrichtung entlang der Bohrgestängeachse und einen ilydraulikhauptmotor zur Abgabe eines Drehmoments an die Drehmomentübertragungseinrichtung aufweist, gekennzeichnet

a) durch eine erste, mit dem Ilydraulikhauptmotor (50) und den Druckzylindern (2k) verbundene Antriebsputnpe (70) ;

b) durch ein zwischen der ersten Antriebspumpe (70) und dem Ilydraulikhauptmotor (50) angeordnetes, die Richtung der Fluidströmung zum Motor (50) nach Wahl steuerndes Ventil (90);

c) durch ein '.!weites Ventil (86), das zwischen die erste Antriebspumpe (70) und die Druckzylinder (2k) sowie den Ilydraulikhauptmotor (50) einerseits geschaltet ist und andererseits einen Fluidstrom von der ersten Pumpe (70) entweder den Druckzylindern (2^!i) oder dem Haurtantriebsmotor (50) zuführt;

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d) durch eine zweite, den Hydraulikzylindern (24) ein Fluid zuführende Pumpe (94)5

e) durch ein drittes, einerseits zwischen die erste sowie zweite Pumpe (70 bzw. 94) und die Druckzylinder (24) geschaltetes, andererseits die xiichtung der Fluidströmung zu den Druckzylindern nach Wahl steuerndes Ventil (96);

f) durch eine mit dem Einlaß der ersten Pumpe (70) verbundene, dieser ein Fluid mit positivem, Druckverluste im Hydrauliksystem überwindenden Druck zuführende Ladepumpe (66) .

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte, dem Hydraulikhauptmotor (50) ein Fluid zuführende Antriebspumpe (72), die mit dem ersten Ventil (90) parallel zur ersten Antriebspumpe (70) verbunden ist, wobei die Ladepumpe (66) auch an den Einlaß der dritten Pumpe (72) angeschlossen ist.

3· Hydrauliksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vmd dritte Antriebspurape (70 bzw. 72) ein Fluid durch das erste Ventil (90) dem Hydraulikhauptmotor (50) zuführen.

4. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß ein Hydraulikmotor (68) die Ladepumpe (66) antreibt und eine vierte Pumpe (74) dem Hydraulikmotor (68) ein Fluid zuführt.

5· Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und vierte Pumpe (94 bzw. 74) von einen gemeinsamen Motor (102) angetrieben sind.

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6„ Hydrauliksystem nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der vierten Pumpe (7^) und dem Hydraulikmotor (68) eine die Motorgeschwindigkeit steuernde Mengenregelvorrichtung (1O4) angeordnet ist.

7· Hydrauliksystem nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß ein Sumpf (Ιθ6) vorhanden und dieser mit der Rücklaufseite eines jeden Steuerventils über Rücklaufleitungen verbunden ist und daß zwischen dem Sumpf sowie jeder Rücklaufleitung von jedem Ventil ein das in den Sumpf eintretende Fluid kühlender Wärmetauscher (108) angeordnet ist.

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