DE3049836T1 - Borehole drive for rock crushing instrument - Google Patents

Description

^r> . Mai 1 981 P 84 977 BOHRLOCHSOHLENANTRIBB FÜR BOHRWERKZEUGE ._Q „

Technisches Gebiet 3049ö3o

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bergbau, und insbesondere auf Bohr1οohsohlenantriebe für Bohrwerkzeuge.

Stand der Technik

Bekannt ist ein Bohrlochsohlenantrieb für Bohrwerkzeuge, der eine Triebwerkeeinheit enthält, welohe mit einer Spindeleinheit kinematisch verbunden ist, die;" ein Gehäuse besitzt. Durch dieses Gehäuse geht eine ^eI-: ; Ie durch, die mit dem Bohrwerkzeug in Verbindung steht "" . und im Gehäuse mittels Radial- und Axialstützen angeordnet"" ist. Eine Axialstütze stellt ein Paket von Außen- und In-*' henfassungen dar, welche zwischen ihnen liegende ■ Wälzkörper festhalten. .·-.

Unabhängig von der Arbeitsflächenform der Fassungen " , der Axialstütze der bekannten Konstruktion wird ein An- ^: .'Ziehen der auf der Welle befindlichen Innenfassungen und der im Gehäuse der Spindeleinheit untergebrachten Außenfassungen vorgesehen.

Der bekannte Bohriocheohlenantrieb wird erfolgreich beim Bohren von Bohrlöchern mit einem großen und mittleren durchmesser verwendet. Die Vielen Teile der Spindeleinheit und eine relativ große Querschnittsfläehe, die von den Elementen der Axialstütze eingenommen wird, gewähren keine Möglichkeit, die bekannte Konstruktion beim Bohren von Bohrlöchern mit geringen Durchmessern zu benutzen, da eine zuverlässige und dauernde Arbeit nicht gesichert wird. Dies ist dadurch erklärbar, daß J₀ bei Verwendung des bekannten Bohrlochsohlenantxiebs zum Bohren von Bohrlöoherⁿmit einem geringen Durohmesser die Anwendung der übliohen Konstruktion der Spindeleinheit zur Verringerung des Wellendurchmessers führt, wodurch die zulässige Leistung, die vom BohrIoohsohlenantrieb entwickelt wird, herabgesetzt wird.

Bei der Wahl eines für die Festigkeit erforderlichen Wellendurchmeesers muß man den Durch-

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messer der Wälzkörper/verringern, was ebenfalls zu einer rapiden Verkürzung¹ der Lebensdauer des Bohrlochsohlen-

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antriebe wegen der herabgesetzten Tragfähigkeit der angewandten Wälzkörper führt.

Offenbarung der -Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe der Entwicklung eines Bohrlooheohlenantriebs for Bohrwerkzeuge mit solcher konstruktiven Ausführung der Spindeleinheit zugrunde, die^ei/° Erhöhung der Lebensdauer und Betriebssicherheit des Antriebs beim Bohren von Bohrlöchern"' mit geringen Durchmessern sichert sowie die Technologie

der Reparaturarbeiten wesentlich vereinfacht. "'

Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, ." daß im Bohrlochsohlenantrieb für ein Bohrwerkzeug, der eine Triebwerkseinheit enthält, welche mit einer Spindel- einheit kinematisch verbunden ist, die ein Gehäuse be- ,-■„·

je sitzt, durch das eine Welle durchgeht, die mit dem Bohr- *" " werkzeug in Verbindung steht und im Gehäuse mittels Radial*-" stützen und koaxial zu der Welle angeordneten Hingef aufgestellt ist, welche Wälzkörper festhalten, die zwisohen den Ringen und der Welle angeordnet sind, erfindungsgemäß, auf der Welle toroidale Nuten ausgeführt sind, welche mit den Wälzkörpern unmittelbar in Berührung stehen.

Diese konstruktive Ausführung ermöglicht die Vergrößerung der Abmessungen der Wälzkörper bei gleichbleibendem Durchmesser der Welle, was eine wesentliehe Verlängerung der Lebensdauer sowohl der Axialstütze als auch des Bohrlochsohlenantriebs in seiner Gesamtheit durch die Erhöhung der Tragfähigkeit der Wälzkörper ermöglicht.

Es ist vorteilhaft, einen Teil der Welle, der die

2Q Wälzkörper mit/Hingen und Fassungen trägt, in Form eines Einsatzstückes auszuführen, wodurch die Herstellungsgüte

den

des Teils der Welle mit/toroidalen Nuten erhöht und der gesamte Herstellungsvorgang der Welle vereinfacht wird.

Eine solche konstruktive Ausführung der Welle macht sie

und
außerdem kompakter/ die verbesserte Herateilungsgüte der toroidalen Nuten verlängert bedeutend die Haltbarkeit der Axialstütze.

Zur Erhaltung minimaler Flächenpressung bei ν oller

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Sicherung der Möglichkeit/naoheinanderfolgendeii Montage jeder einzelnen Reihe der Axialstütze sowie zur Beibehaltung der Festigkeit der W_eiie ist es vorteilhaft, auf der letztereruDoroidale Nuten für die Wälzkörper so auszuführen, daß das Verhältnis zwischen dem Radius des Querschnitts der toroidalen Nut und ihrem Innendurchmesser im Wesentlichen im Bereich von 0,1 bis 0,25 liegt»

Beschreibuns

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung durch 2.0 Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen naher erläutert. Es zeigt;

Fig. 1 eine Gesamtansicht dea erfindungsgemäßen Bohrlochsohlenantriebs für Bohrwerkzeuge Längsschnitt; Fig. 2 einen Ausschnitt gemäß A aus Fig. 1.

Ausführung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Bohrlochsohlenantrieb für Bohrwerkzeuge enthält eine Triebwerkseinheit 1 und eine Spindeleinheit 2. Die Triebwerkseinheit 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem sich Arbeitseinheiten

befinden, in diesem Fall ein Gewindeständer 4 und eine in ihm mujeorcim/ie Schraubenspindel 5·

Die Spindeleinheit 2 umfaßt eine zusammengesetzte Welle 6, die aus einem Übergangsstück 7» einem Teil der Welle 6, die sphärische Wälzkörper 8 trägt und in Form eines Einsatzstückea 9 ausgeführt ist, sowie aus einer Ausgangswelle 10 besteht, radiale gummierte Lager 11 und eine Axialstütze 12.

Die eigentliche Axialstütze 12 stellt eine speziel-Ie, aus vielen Reihen bestehende Schrägkugellagerstütze dar, welche Außenfassungen 13 und Rin^e 14 umfaßt, die mit Wälzkörpern 8 zusammenwirken. Die letzteren stehen ihrerseits mit toroidalen Nuten I5 in Berührung, welche in der Außenfläche des linsatzstückes 9 ausgeführt sind· Die Außenfassungen 13 und Ringe 14 werden mittels eines Gewindes am Gehäuse 16 der Spindeleinheit 2 zu einem Monolithpaket angezogen.

Beim Ausbleiben technologischer Schwierigkeiten bei

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der Herstellung der Welle im Ganzen und bei einer hohen Herstellungegüte der toroidalen Nuten 15 im einzelnen wird die Welle 6 als ein einheitliches Stück hergestellt ein
(/solches Ausführungsbeispiel ist in der Zeiohnung nicht

dargestellt) .

Der Bohrlochsohlenantrieb für Bohrwerkzeuge enthält außerdem ein Verbindungsstück 17, das die Schraubenspindel 5 der Triebwerkseinheit 1 mit der W₉IIe 6 der : Spindeleinheit 2 verbindet, und ein über dem Bohrwerkzeugliegendes Übergangsstück 18. Der Bohrlochsohlenantrieb wird an einer Kolonne von ßohrrohrel¹ oder von Pumpen-Kom- ; pressorrohren (nicht gezeigt) durch ein Übergangsstück . 19 befestigt.

Die Arbeitsweise des B.ohrlochsohlenantriebs für _:" Bohrwerkzeuge ist wie folgt.

Die Bohrflüssigkeit gelangt durch den Innenhohlraum ~ der Bohrrohre durch das Übergangsstück 19 in den Sohlenantrieb· Durch den Gewindeständer 4 und die Schraubenspindel 5 durchgehend, dreht sie diese und gelangt

2Q durch die Innenbohrungen im Übergangsstück 7, dem Einsatz 9 und in der Auegangswelle 10 auf die Sohle. Das Drehmoment, das in der Triebwerkseinheit 1 erzeugt wird, wird von der Schraubenspindel 5 der Welle 6 der Spindeleinheit 2 durch das Verbindungsstück I7 übertragen.

Die Axialkraft, die an der Schraubenspindel 5 infolge der hydraulischen Belastung und der Zerlegung an der Schraubenfläohe entsteht, sowie der Bohrdruck werden durch die Axialatütze 12 aufgenommen, die ^adialbelastungen von der Unwucht der Welle 6 und von anderen Faktoren werden durch die radialen gummierten Lager 11 aufgenommen ·

Die Übertragung der Axialbelastungen vom Einsatzstück 9 erfolgt über die Wälzkörper 8 auf die Außenfassung 13 und danaoh auf das Gehäuse 16. Der Berührungswinkel wird ausgehend von der Berechnung minimaler Flächenpres-

einer

sung bei voller Sicherung/ aufeinanderfolgenden Montage jeder einzelnen Reihe der Axialstütze 12 gewählt. Ausgehend von denselben Bedingungen unter Beibehaltung der

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Featigkeit der Welle 6 werden die Abmessungen der Wälzkörper Ö und der Durohmesser der toroidalen Nuten 15 gewählt. Ea wurde festgestellt, daß die Verringerung der Durohmesser der Wälzkörper 8 unter Beibehaltung oder bei einer gewissen Vergrößerung der toroidalen Nuten 15, die am Einsatzstück 9 angebracht sind, (^ziemlich stark) die Tragfähigkeit der Axialstütze 12 <—> reduziert.

Gleichzeitig, wie Untersuchungen zeigen, ruft die, Verringerung des Durchmessers neben der Reduzierung der Tragfähigkeit einen fortschreitenden Verschleiß der Wälz-"-körper 8 hervor, insbesondere in den Stützen offenen

wie die Stütze 12 des Bohrloohsohlenantriebs für Bohreine werkzeuge ist. Dieser Prozeß wird noch mehr intensiviert, "--

falls die duroh den Sohlenantrieb durchzupumpende Bohrflüssigkeit Sohleifteilchen enthält.

Die Vergrößerung der Abmessungen der Wälzkörper 8 kann jedoch zur Verringerung des Sicherheitsgrades der Welle 6 bei Übertragung bedeutender Drehmomente führen, deren Absolutwert bei einer sofortigen Stillsetzung der Welle des Bohlochsohlenantriebs rapide ansteigt (Bremsbetrieb). Das hat notwendige technologische Einschränkungen für den Betrieb des Sohlenantriebs zur FoI^e (Verringerung des Verbrauchs an Bohrflüssigkeit, was seinerseits zur Verringerung der zulässigen Leistung führt, die vom Sohlenantrieb entwickelt wird).

Deshalb muß das Verhältnis zwischen dem Radius r des Querschnitts der toroidalen Nut 15 und ihrem Innendurchmesser D im wesentlichen im Bereich von 0,1 bis 0,25 liegen.

Die vorliegende Konstruktion des Bohrloohsohlenantriebs für Bohrwerkzeuge mit dem zu empfehlenden Verhältnis der Abmessungen der toroidalen Nut 15 für die Wälzkörper 8 sichert die Vergrößerung der Belastbarkeit der Axialstütze 12 durch eine effektivere Nutzung der Querschnittsfläche für die Aufstellung der Wälzkörper 8 mit großer Abmessung im Vergleich zur Axialstütze 12 der bekannten Konstruktion des Bohrlochsohlenantriebs. Außerdem wird die Montage der Spindeleinheit 2 vereinfacht,

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da sie aus wenigen Tillen besteht und die Notwendigkeit des Anziehens des Pakets der Innenfassungen der Axialstütze 12 auf der Welle 6 beseitigt ist.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die vorliegende Erfindung ist zum Bohren und zur Reparatur von Erdöl-, Gas- und Erkundun&sbohrlöchern bestimmt. Die vorliegende Erfindung kann auoh in anderen Mechanismen an der Bohrlochsohle benutzt werden.

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Claims (3)

>:1 ■■<>■ M:. Nl Λ,VW Λ LTt: .' W ! 11 ■) κ· ύ ;.: κ ι- ν ν-, ι ιν. ι b '. ;υθθ MUMChHrN y Wsesojusnyj nautschno-issledowatelskij 5. Mai 1981 institut burowoj techniki Moskau / Sowjetunion ; RZ/Os P 84 977 - 7 -PATEiJT ANSPRÜCHE: .;

1. Bohrlochsohlenantrieb für Bohrwerkzeuge, der ■·.. eine Triebwerkseinheit enthält, welche mit einer Spin- deleinheit kinematisch verbunden ist, die ein Gehäuse ;

besitzt, durch das eine Welle durohgeht, die mit dem Bohrwerkzeug in Verbindung steht und im Gehäuse mittels :.. Radialstützen und koaxial zur Welle angeordneten Ringen und Fassungen aufgestellt ist, welche Wälzkörper festhalten, die zwischen den Ringen, Fassungen und der Welle ciiKh oi-ciiuL. sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (6) toroidale Nuten (15) ausgeführt sind, welche mit den Wälzkörpern (8) unmittelbar in Berührung stehen.

2. Bohrlochsohlenantrieb nach Anspruch 1, d a -

χ 5 durch gekennzeichnet, daß ein Teil der

Welle (6), welcher die Wälzkörper (8) mitgingen (14)und den Fassungen (I?) trägt, in Form eines Einsatzstückes (9) ausgeführt ist.

3. Bohrloohsohlenantrieb nach Anspruch loder 2, d a-2_o durch gekennzeichnet, daß auf der Weile (6) die toroidalen Nuten (I5) für die Wälzkörper (8) so ausgeführt sind, daß das Verhältnis zwischen dem Radius (r) des Querschnitts der toroidalen Nut (15) und ihrem Innendurchmesser (D) im wesentlichen in einem Bereich von 0,1 bis 0,25 liegt.

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