DE3101052A1 - DRILL TURBINE - Google Patents
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Description
Patent- und huf705-9264 Patent and huf705-9264
Hilfsgebrauchsmusteranmeldung iiankkomo Commerzbank E$$en Auxiliary utility model registration iiankkomo Commerzbank E $$ en
]>o,tsc/iedikonto Etien 100173 A9/Ha/d ]> o, tsc / iedikonto Etien 100173 A9 / Ha / d
der Firmaof the company
Ruhrkohle AG, Rellinghauser Straße 1, 4300 Essen 1Ruhrkohle AG, Rellinghauser Strasse 1, 4300 Essen 1
BohrturbineDrilling turbine
Die Erfindung betrifft eine Bohrturbine, insbesondere für Seilkernbohrungen, mit einem eine Bohrkrone tragenden und gegenüber dem das Bohrgestänge bildenden Außenrohr sich drehenden, als Rotor ausgebildeten Innenrohr, das zur Beaufschlagung innerhalb eines Ringraumes beispielsweise mit einer Spülflüssigkeit auf seiner Oberfläche passive Antriebselemente, wie Schaufelräder oder Spiralen, aufweist.The invention relates to a drilling turbine, in particular for rope core drilling, with a rotor that carries a drill bit and rotates with respect to the outer tube forming the drill rod formed inner tube, for example, with a rinsing liquid to act on within an annular space its surface has passive drive elements, such as paddle wheels or spirals.
Bohrturbinen der eingangs genannten Gattung bohren beim Erstellen eines Kernes einen Ringraum frei, und der stehenbleibende Gesteinskern wird im Kernrohr für Untersuchungszwecke zutage gehoben. Die durch Spülflüssigkeiten angetriebenen Turbinen haben im Vergleich zum konventionellen Bohrantrieb den Nachteil, daß sie nur ein geringes Drehmoment aufbringen können.Drilling turbines of the type mentioned at the beginning drill an annulus when creating a core, and the one that remains Rock core is brought to light in the core tube for investigation purposes. The turbines driven by flushing fluids have the disadvantage compared to the conventional drill drive that they can only apply a low torque.
Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eineIn contrast, the invention has the task of providing a
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Dipl. Chem. Dr. Heinrich FrühbussDipl. Chem. Dr. Heinrich Frühbuss bi<ki & mm sdv«<b«n vom n. November 1980bi <ki & mm sdv «<b« n of November n, 1980
m das Deutsche Patentamtm the German Patent Office
Bohrturbine zu schaffen, die es auf einfache Weise ermöglicht, das für das Abbohren erforderliche Drehmoment erheblich zu steigern. To create a drilling turbine that makes it possible in a simple manner to significantly increase the torque required for drilling.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb des Bohrgestänges zwei ineinander angeordnete, sich gegenläufig drehende, Rotoren mit entsprechenden passiven Antriebselementen vorgesehen sind.This object is achieved in that within of the drill rod, two rotors, which are arranged inside one another and rotate in opposite directions, with corresponding passive drive elements are provided.
Es erweist sich im Rahmen der Erfindung als besonders vorteilhaft, daß die Rotoren mit jeweils einer Bohrkrone versehen sind, wobei mindestens die äußere Bohrkrone ringförmig ausgebildet ist. Ebenso erweist es sich als vorteilhaft, daß die Rotoren an dem der Bohrkrone abgewandten Ende eine durch mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, in den durch den Abstand der Rotoren sich ergebenden Ringraum hineinragende Ritzel gebildete Führung aufweisen. It proves to be particularly advantageous in the context of the invention that the rotors are each provided with a drill bit, at least the outer drill bit being annular. It also proves to be advantageous that the rotors at the end facing away from the drill bit one through several over the circumference have a distributed guide formed in the pinion projecting into the annular space resulting from the spacing of the rotors.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher beschrieben.Further advantages of the invention are described in more detail in the subclaims.
Der technische Fortschritt der Erfindung ist im wesentlichen darin begründet, daß die entgegengesetzt rotierenden Turbinen sich in ihrer Wirkung gegenseitig unterstützen und daß eine Rückkoppelung der bei den an der Ortsbrust abgegebenen Aktionsmomenten entstehenden Reaktionsmomenten durch Ritzel erfolgt, deren Achsen im nichtrotierenden Vorschubgestänge verlagert sind. Durch die entgegengesetzte Richtung der tangentialen Schneidkräfte werden die durch die tangentialen Schneidkräfte und den hieraus entstehenden Raktionskräften bewirkten Richtungsänderungen verkleinert.The technical progress of the invention is essentially therein justifies that the turbines rotating in opposite directions are in their Mutually support the effect and that a feedback of the moments of action generated at the face is generated Reaction moments through pinions, the axes of which are shifted in the non-rotating feed rod. By the opposite The direction of the tangential cutting forces is the direction of the tangential cutting forces and the resulting reaction forces changes in direction caused.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge-An embodiment of the invention is shown in the drawings
Dipl. Chem. Dr. Heinrich Frühbuss PatentanwaltDipl. Chem. Dr. Heinrich Frühbuss patent attorney
Βΐακ & ium schr.it>.n vom 11. November 1980 das Deutsche Patentamt Β ΐακ & ium schr.it> .n of November 11, 1980 the German Patent Office
stellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:and is explained in more detail below. Show it:
Fig. _. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Bohrturbine, teilweise geschnitten,Fig. _. 1 is a schematic side view of the invention Drilling turbine, partially cut,
Fig. 2 einen Schnitt nach den Linien X-X der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach den Linien Y-Y der Fig I, und Fig. 4 einen Schnitt nach den Linien Z-Z.FIG. 2 shows a section along the lines X-X of FIG. 1, FIG. 3 shows a section along the lines Y-Y of FIG Fig. 4 is a section along the lines Z-Z.
Die Bohrturbine, die im wesentlichen aus zwei gegeneinander rotierenden Rotoren 2 und 3 besteht, die vom Bohrgestänge 1 umgeben sind, ist in dem in Fig. 1 in einer Seitenansicht dargestellten Ausführungsform in einem im Gebirge 12 niedergebrachten Bohrloch angeordnet. Sowohl der innenliegende Rotor 3, als auch der außenliegende Rotor 2, die miteinander den Ringraum 8 bilden, sind mit sogenannten passiven Antriebselementen auf ihrer Oberfläche besetzt .The drilling turbine, which essentially consists of two counter-rotating There is rotors 2 and 3, which are surrounded by the drill pipe 1, is shown in Fig. 1 in a side view Embodiment in a borehole sunk in the rock 12 arranged. Both the inner rotor 3 and the outer one The rotor 2, which together form the annular space 8, are fitted with so-called passive drive elements on their surface .
Wie in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 zu ersehen ist, handelt es sich bei den Antriebselementen um Spiralen 4, 5, die so auf den Rotoren 2, 3 angebracht sind, daß sich diese unter Einwirkung einer unter Druck niedergebrachten Spülflüssigkeit jeweils in entgegengesetzter Richtung drehen.As can be seen in the embodiment according to FIGS. 1 to 3, the drive elements are spirals 4, 5 which are attached to the rotors 2, 3 in such a way that they move under the action rotate a pressurized flushing liquid in opposite directions.
An dem dem Bohrlochtiefsten abgewandten Ende sind die Rotoren 2, 3 auf Ritzeln 14 gelagert, deren Achsen 16 in Halterungen 15 gelagert sind, die mit dem sich nicht drehenden Bohrgestänge 1 fest verbunden sind. Durch die Lagerung der Rotoren 2, 3 auf den Ritzeln 14, die über den Umfang verteilt angeordnet sind, unterstützen sich, wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, wo durch Pfeile die Drehrichtungen an-The rotors 2, 3 are at the end remote from the deepest end of the borehole mounted on pinions 14, the axes 16 of which are mounted in brackets 15 which are firmly connected to the non-rotating drill rod 1 are. By mounting the rotors 2, 3 on the pinions 14, which are arranged distributed over the circumference, support each other, as from Fig. 2 shows where the directions of rotation are indicated by arrows
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Dipl. Chem. Dr. Heinrich l·rühbussDipl. Chem. Dr. Heinrich l · rühbuss κ<*ι τ* »m sdimow vom n. November 1980 κ <* ι τ * »m sdimow dated November n , 1980
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gegeben sind, die Rotoren 2, 3 in ihrer Drehrichtung.are given, the rotors 2, 3 in their direction of rotation.
Sowohl der innere Rotor 3, als auch der äußere Rotor 2 sind mit einer Bohrkrone 6 bzw. 7 ausgerüstet. In dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel, insbesondere nach Fig. 1, handelt es sich um eine Bohrkrone, die zum Freibohren eines Kernes erforderlich ist. Es ist jedoch auch vorstellbar, daß auch ein Meißelbohrkopf über diese Bohrturbine angetrieben werden kann. Die Bohrkrone 6 und auch die Bohrkrone 7, die in entgegengesetzten Richtungen entsprechend den Rotoren 2, 3 sich drehen, sind jeweils ringförmig ausgebildet. Das Spülmittel, das die Rotoren 3, 2 über die Spiralen 4, 5 antreibt, wird über die Ringräume 8, 9 in Richtung auf das Bohrlochtiefste 13 geführt, wobei sich der Druck durch die Abgabe der Energie an die Spiralen 4, 5 im Bereich der Bohrkrone 6, 7 vermindert. Die Flüssigkeit wird über den Ringraum 8 im Bereich der Bohrkrone 6, 7 über die Bohrungen 22 bzw. 23 durch die Bohrkrone 6, 7 hindurchgeführt und fördert auf dem Rückweg, wie die Pfeile im Bereich der Bohrkrone 6, 7 wiedergeben, das Bohrklein über den Ringraum 10, der durch das Bohrgestänge 1 und die Bohrlochwandung 11 gebildet wird, zutage.Both the inner rotor 3 and the outer rotor 2 are equipped with a drill bit 6 and 7, respectively. In the one in the drawings The embodiment shown, in particular according to FIG. 1, is a drill bit which is used for drilling a core is required. However, it is also conceivable that a chisel drill head can also be driven via this drilling turbine. The drill bit 6 and also the drill bit 7 rotating in opposite directions corresponding to the rotors 2, 3 are respectively ring-shaped. The detergent, which drives the rotors 3, 2 via the spirals 4, 5, is via the annular spaces 8, 9 in the direction guided to the deepest hole 13, the pressure being increased by the release of energy to the spirals 4, 5 in the area of the Core bit 6, 7 reduced. The liquid is transferred via the annular space 8 in the region of the drill bit 6, 7 via the bores 22 and 23, respectively passed through the drill bit 6, 7 and promotes on the way back, as the arrows in the area of the drill bit 6, 7 show, the Cuttings through the annular space 10, which is formed by the drill string 1 and the borehole wall 11, to surface.
Zwischen den Bohrkronen 6, 7 wird ein Ringraum 25 gebildet, der erforderlich ist, um ein gleichmäßiges Abführen des Bohrkleins bzw. der Spülflüssigkeit zu gewährleisten. Wenn beispielsweise zwischen der äußeren Bohrkrone 7 und der Bohrlochwandung 11 keine Durchflußmöglichkeit besteht, so wird die Flüssigkeit über den Zwischenraum 25 und die Bohrungen 24 abgeführt. Der Ringraum 8 weist der Bohrkrone 6, 7 nachgeschaltet und rechtwinklig zur Vortriebsrichtung, die durch den Pfeil A wiedergegeben ist, Öffnungen 20 auf. In der gleichen Richtung und in der gleichen Ebene weist der Ringraum 9 in Richtung auf die Bohrlochwandung 11 Öffnungen 21An annular space 25 is formed between the drill bits 6, 7, which is required in order to ensure that the cuttings or cuttings can be removed evenly. to ensure the rinsing liquid. If, for example, between the outer drill bit 7 and the borehole wall 11 there is no possibility of flow exists, the liquid is discharged via the space 25 and the bores 24. The annular space 8 has Downstream of the drill bit 6, 7 and at right angles to the advance direction, which is represented by the arrow A, openings 20 on. In the same direction and in the same plane, the annular space 9 has openings 21 in the direction of the borehole wall 11
Dipl. Chem. D,. Heinrich Frühbuss tion j8r ^m s*r.it>.n vom n. November 1980 Dipl. Chem. D ,. Heinrich Frühbuss tion j8r ^ m s * r.it>. n of November n, 1980
Patentamt Godfather
auf. Die Öffnungen 21 weisen einen größeren Querschnitt auf als die Öffnungen 20. Die Öffnungen gewährleisten, daß die Flüssigkeit, wenn die Bohrungen 22, 23 verstopft sind, abgeführt werden können. Da im Bereich des Ringraums 9 durch die aus dem Ringraum 8 eintretende Flüssigkeit bei Verstopfung zusätzliche Flüssigkeit hinzugerechnet werden muß, ist die Öffnung zum äußeren Ringraum 10 noch größer im Querschnitt, da sonst ein Rückstau über die Ringräume 8, zu erwarten ist, und somit die Funktion der Turbine nicht gewährleistet werden kann. Im Bereich der Bohrkrone 6, 7 sind die Rotoren 2, 3 durch Führungslager in Form von Gleitlagern 17 gelagert. Um eine stabile Lage der Rotoren 2, 3 zu gewährleisten, weist der äußere Rotor 2 im Übergang zur äußeren Bohrkrone 7 eine besondere Lagerfläche 18 auf. Gegenüber dieser Lagerfläche 18 sind an dem Bohrgestänge 1 Dichtungen 19 angeordnet. Die innere Bohrkrone 6 ist gegenüber der äußeren Bohrkrone 7 ebenfalls drehbar gelagert, wie das durch die Lager 26 in Fig. 1 angedeutet ist.on. The openings 21 have a larger cross section than that Openings 20. The openings ensure that the liquid can be drained away when the bores 22, 23 are clogged. Since in the area of the annular space 9, additional liquid is added in the event of a blockage due to the liquid entering from the annular space 8 must be, the opening to the outer annular space 10 is even larger in cross-section, otherwise a back pressure over the annular spaces 8, is to be expected, and thus the function of the turbine cannot be guaranteed. The rotors are in the area of the drill bit 6, 7 2, 3 supported by guide bearings in the form of slide bearings 17. To ensure a stable position of the rotors 2, 3, the outer rotor 2 has a special bearing surface 18 in the transition to the outer drill bit 7. Opposite this storage area 18 seals 19 are arranged on the drill pipe. The inner drill bit 6 is opposite the outer drill bit 7 as well rotatably mounted, as indicated by the bearings 26 in FIG. 1.
In dem Schnitt nach den Linien Y-Y ist in Fig. 3 dargestellt, wie die Rotoren 2, 3 gegenüber dem Bohrgestänge 1 im Bereich hinter der Bohrkrone 6, 7 gelagert sind.In the section along the lines Y-Y in Fig. 3 it is shown how the rotors 2, 3 with respect to the drill rod 1 in the area behind the drill bit 6, 7 are mounted.
In Fig. 4 ist nach den Linien Z-Z in einem Ausführungsbeispiel die Anordnung der Bohrungen 22, 23, 24 wiedergegeben, welche zur Abführung der Spül flüssigkeit und des Bohrkleins erforderlich sind. Die Bohrturbine, wie sie in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben ist, ist aufgrund der entgegengesetzten Richtung der tangentialen Schneidkräfte sehr gut geeignet für flözgängige Bohrungen. In derartigen Fällen bei der Forderung der Flözgängigkeit einer Bohrturbine ist es zweckmäßig diese nach den bekannten Prinzipien der flözgängigen Bohrtechnik auszubilden.In Fig. 4 is according to the lines Z-Z in one embodiment Arrangement of the bores 22, 23, 24 shown, which are required for the discharge of the flushing liquid and the cuttings. the Drilling turbine, as described in the embodiments shown in the drawings, is due to the opposite Direction of the tangential cutting forces very well suited for drilling holes in the seam. In such cases when demanding the It is expedient for a drilling turbine to pass the seams in accordance with the known principles of seam drilling technology.
Dipl. Chetn. Dr. Heinrich FrühbussDipl. Chetn. Dr. Heinrich Frühbuss PatentanwaltPatent attorney
ei«* J&'zum schniiMn vom n. November 1980 •n das Deutsche Patentamtei «* J &'to the schniiMn of November n. 1980 • n the German Patent Office
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