DE3345419A1 - Schrauben-bohrlochsohlenmaschine - Google Patents

Schrauben-bohrlochsohlenmaschine

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DE3345419A1
DE3345419A1 DE19833345419 DE3345419A DE3345419A1 DE 3345419 A1 DE3345419 A1 DE 3345419A1 DE 19833345419 DE19833345419 DE 19833345419 DE 3345419 A DE3345419 A DE 3345419A DE 3345419 A1 DE3345419 A1 DE 3345419A1
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rotors
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Valerian Petrovič Moskva Šumilov
Dmitrij Fedorovič Baldenko
Moisei Timofeevič Moskva Gusman
Anatolij Michailovič Kočnev
Samuil Solomonovič Perm Nikomarov
Valerij Igorievič Semenets
Jurij Konstantinovič Moskva Tolsky
Jurij Vyačeslavovič Vadetsky
Jurij Vasilievič Perm Zacharov
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INST BUROVOI TEKHNIK
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/02Fluid rotary type drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0057Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/0076Fixing rotors on shafts, e.g. by clamping together hub and shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/02Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for connecting two abutting shafts or the like

Description

  • BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bohrtechnik, insbesondere auf Schrauben-Bohrlochschlenmaschinen.
  • Besonders zweckmkäßig ist die erfindungsgemäße Bohrlochschlenmaschine als Antrieb für gesteinszerstörende Werkzeuge beim Niederbringen von Bohrungen, insbesondere von Öl- und Gasbohrungen zu verwenden.
  • Die erfindungsgemäße Maschine kann sowohl als Motor beim Bohren von Bohrlöchern, Reinigen von Rohren bei Fräserbeiten eingesetzt werden, d.n., wenn es erforderlich ist, die Funktionen eines Antriebes erfülten, an dessen Ausgangswelle das Werkzeug befestigt wird, als auch als Pumpe arbeiten bei der Erdölförderung, Wasserhebung oder beim Umpumpen von Fluida u.dgl.
  • Bekannt sind Schrauben-Bohrlochschlenmaschinen, die in axialer Richtung hintereinander angeordnete Sektionen qird einthalten. Jede Sektion von mit einer vorgegebenen Exzentrizität angeordneten Rotor und eine Stator gebildet, die während des Betriebes zusammenarbeiten.
  • Jeder einzelne Stator stellt ein aus metall bestehendes Gehäuse der, an dessen Innenfläche eine elastische Auskleidung anvulkanisiert ist. Die dem Rotor zugewandte Oberfläche der Auskleidung ist in Form eines Schraubengewides ausgebildet. Innerhalb des Stators ist der metallische Rotor mit einem Schraubengewinde an der Außenfläche untergebracht, wobei die Gangzahl des Gewindes am Rotor um eine Einheit kleiner als am stator ist.
  • Die einander zugekehrten Schraubengewinde von Stator und Rotor bilden bei der Anordnung dieser Bauteile ineinander Hohläume veränderlichen Volumens zum Durchtritt eines Fluidums.
  • Das Fluidum (die Arbeitsflüssigkeit), das in die Hohlräume zwischen Motor und Stator geleitet wird, füllt die geschlosseilen Hohlräume und wirkt auf das Schraubengewinde des iiotors, wobei es diesen zur Drehung zwingt.
  • In der hier beschriebenen Bauart der Scnrauben-bohrlochsohlenmaschine sind die hintereinander angeordneten Statoren starr mit einander verbunden. Die im Inneren der Statoren untergebrachten Rotoren sind ebenfalls nintereinander angeordnet und gleichfalls starr zu einer einheitlichen Rotorengruppe miteinander verbunden. Hierbei wird Uer letzte Motor über eine Kreuzgelenkkupplung an eine hohl ausgebildete Ausgangswelle angeschlossen (siehe Bei einem solchen Anordnungsschema der Xotoren und Statoren gelangt das Fluidum (die Arbeitsflüssigkeit) nach dem Austritt aus der ersten Sektion in die nachfolgende und so weiter bis zur letzten, nach welcher das Fluidum (die Arbeitsflüssigkeit) über die hohle Welle und das Werkzeug - den Meißel - auf die Bohriochsohle gelangt.
  • Die Statoren sind in der beschriebenen iäaschine durch zwei Übergangsstücke miteinander verbunden, von denen jedes an deia entsprechenden Stator mittels eines Gewindes befestigt wird, während die genannten Übergangsstücke durch eine unlösbare Verbindung - durch Schweißen - mit einander verbunden ind. Mehrere Rotoren, die in den entsprechenden Statoren untergebracht sind, sind durch eine ebensolche unlösbare Verbindung - durch Schweißen - miteinander verbunden und stellen einen Monolithischen Rotor mit einem einheitlichen kontinuierlichen Schraubengewinde dar, das an jedeui der nacnfolgenden Rotoren eine Fortsetzung des an vorhergehenden Rotor ausgeführten Gewindes ist. In einer solchen Kombination Kann eine beliebige erforderliche Anzahl von sektionen zusammengebaut werden.
  • Bei der beschriebenen Schrauben-Bohrlochsohlenmaschine muß beider Vereinigung der Statoren und Rotoren zu entsprechenden monolithischen Gruppen mittels einer starren Verbindung nicht nur die Gleichachsigkeit der Elemente, sondern auch die Kontinuität der SchraubElächen der Elemente jeder Gruppe gewährleistet werden. Dies wird mit Hilfe von Montagevorrichtungen - Montagehalterungen - in einer strengen, in der idontagetechnologie vorgesehenen Reihenfolge erreicht. Hierbei muß der Lagefixierung der Elemente (Rotoren und Staturen) bei Anreißvorgängen genaue Beachtung geschenkt werde, welche der Verschweißung dieser elemente zu entsprechenden Gruppen vor- angehen. Nachstehend wird die Technologie des Zusammenbaus der Statoren zu einer einheitlichen Gruppe beschrieben.
  • 1. In die metallischen Gehäuse der Statoren, die miteinander verbunden werden, werden Übergangsstücke eingeschraubt. An den freien Endteil der Ubergangsstücke sind zugeordnete Cberflächenhvorhanden, nach welchen im weiteren ihr Zusammenbau und ihre Schweissung durgeführt wird.
  • 2. An der Motagevorrichtung, d.h. der Montagehalterung mit der kontinuierlichen Schraubfläche, welche die Geome -trie der elastischen Statorauskleidung wiederholt, wird der Zusammenbau der zu verbindenden Statoren über die in diese eingeschraubten Übergangsstücke bis zur Verbindung der zugeordneten Stirnflächen vorgenommen.
  • 3. Zur Fixierung der Lage der Ubergangsstücke werden an den metallischen Gehäusen der Statoren und Ubergangsstücke an der Kopplungsstelle der Stirnflächen Anrisse angebracht.
  • 4. Nach dem Anbringen der Anrisse wird die Montagevorrichtung - die Idontagehalterung - entfernt. Dann werden von jedem der Statoren die Übergangsstücke gelöst und nunmehr es ein an den zugeordneten Oberflächen unter Berücksichtigung der früher angebrachten Anrisse wieder miteinander verbunden. Auf die Übereinstimmung der Anrissemuß besonders geachtet werden. Darafhin wird die starre Verbindung dieser Übergangsstücke durch einem Schweissen vorgenommen.
  • 5. Auf jedes freie, mii Gewinde verseherle Ende der auf diese Weise zusammengebauten Ubergangsstücke werden Statoren aufgeschraubt. Hierbei muß auf die Ubereinstimmung der früher angebrachten Anrisse an den Kopplungsstellen achtgegeben werden.
  • In ähnlicher Gleise werden die Rotoren zu einer einheitlichen monolithischen Gruppe zusammengebaut.
  • Somit erfordert der Zusammenbau der gleichnamigen Elemente - der Statoren und 'Rotoren - zu einer einheitlichen monolithischen Gruppe mittels einer starren unlösbaren Verbindung nach einem Verfahren, dessen Technologie im vorstehenden beschrieben wurde, den Einsatz von zusätzlichen Montagevorrichtungen und -arbeiten . Zugleich hängen Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Maschine im ganzen von der sorg- fältigen Durchführung des Anreißen und der Ubereinstimmung der zuvor in gebrachten Anrisse bei der Montage ab.
  • Aiißerdein führt eine Änderung der Cnarakteristik der Maschine während ihres Betriebs, wenn die Statoren und ßotoren ausgwechselt werden müssen, zu einem groben Zeitaufwand, was auf die komplizierte Sektionierung der bleichnamigen Elemente und die Unlösbarkeit dieser Verbindung zurückzufüiiren ist.
  • Ähnliche Schwierigkeiten treten auch bei der Notwendigkeit auf, einen ausgefallenen oder beschädigten Stator oder Rotor auszuwechseln. Dieser Prozeß erfordert die Wiederholung sämtlicher Montagearbeiten. Überdies müssen die zugeordneten Oberflächen an den zu verbindenden Übergangsstücken neu hergestellt werden.
  • Der technologische Montagerpozeß wird selbst in dem Fall nicnt vereinfacht, weun für die Vorarbeit, d.h. das Axireißen der Übergangsstücke, mit denen die Statoren verbunden werden, als Montagevorrichtung ein monolithischer Rotor verwendet wird. Hierbei werden alle nachfolgenden Arbeitsgänge sowie die Verbindung der Rotoren selbst nach dem vorstehend dargelegten Verfahren durchgeführt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schrauben--Bohrungschlenmaschine zu schaffen, bei der die Rotoren und Statoren der benachbarten ;5ektiiinen derart miteinander verbunden sind , daß dadurch die Herstellungstechnologie vereinfach sowie die Betriebszuverlässigkeit und Lebensdauer der Maschine erhöht werden kann.
  • einer Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in Schrauben--Boiirlochsohlenmaschine mit Sektionen, die jeweils durch einen Schraubenrotor und einen Schraubenstator, die mit einer vorgegebenen Exzentrizität angeordnet sind, gebildet sind, welche Hohlräume veränderlichen Volumens zum Durchtritt eines Fluidums bilden, und in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei die gleichnamigen Elemente starr untereinanaer verbunden sind, erfindungsgemäß die starre Verbindung zumindest der einen der gleichnamigen Elemente lösbar ausgeführt ist und mittels einer Friktionsverbindung durch einen Vorsprung , der in Form eines Drehkörpers an der Stirnseite eines der Elemente ausgebildet ist, und eine an der Stirnseite des benachbarten Elementes ausgeführte Vertiefung entsprechender Form hergestellt ist, welche Verbindung während des Betriebs gegen gegenseitigs Wikel- und Axialverschiebungen durch eine zwangsläufig erzeugte äußere Kraft gesichert ist.
  • Es ist zweckmäßig, wenn Vorsprung und Vertiefung an den Stirnseiten der benachbarten Rotoren ausgeführt sind.
  • In diesem Fall wird die äußere Eraft während des Betriebs durch Kräfte erzeugt, welche unter der Wirkung eines Druckgefälles entstehen, das unter anderem auch auf die Rotoren wirkt.
  • Eine derartige konstruktive Lösung empfiehlt sich für Maschinen tiifter den Bedingungen einer beengten diametralen Abmessung, in denen In denjenigen Fällen, eine solche Einschränkung nicht besteht, werden der Vorsprung und die Vertiefung zweckmäßigerweise an den Stirnseiten der benachbarten statoren ausgeführt. Hierbei werden die Statoren während des Betriebs zur Sicherung gegen gegenseitige Winkel- und Axialverschiebungen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht das an seinen Enden Anschlage besitzt, welche mit den freien Stirnflächen der Statoren zusammenwirken, wobei mindestens einer der Anschläge in axialer Richtung beweglich ist, wodurch eine äußere Kraft erzeugt wird, die eine axiale und eine Winkelverschiebung der zu verbindenden ttoren verhindert.
  • Es ist zweckmäßig, wenn Vorsprung und Vertiefung der zugeordneten gleichnamigen Elemente die Form von Zylindern haben.
  • Eine solche Ausführung der zugeordneten Oberflächen ist in der Herstellung am einfachsten.
  • bs ist vorteilhaft, wenn Vorsprung und Vertiefung an den zu verbindenden Statoren oder Rotoren jeweils in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet sind.
  • i)ie Ausbildung der zugerodneten Oberflächen in Form eines Kegelstumpfes erhöht die Zuverlässigkeit der Verbindung.
  • Zu bevorzugen ist es, den Vorsprung und oie Vertiefung in Form eines Zylinders auszubilden, der in einen Kegelstumpf übergeht.
  • Diese Kopplungsart gewährleistet eine zuverlässige Verbindung der Bauteile und erhöht das Arbeitsvermögen bei der Ubertragung des Drehmoment es von einer Sektion auf die andere beträchtlich.
  • ein optimalen Ausführune der zugeordneten Oberflächen werden Vorsprung und Vertiefung in Form eines Zylinders ausgebildet, der in einen Kegelstumpf übergeht, wobei die Differenz der Durchmesser der grösseren und der kleineren Grundfläche des Kegelstumpfes mindestens das Vierfache der Exzentrizität betragen sollte.
  • Eine solche Ausführungsform bietet ausser der garantierten Zuverlässigkeit der K pplung der gleichnamigen Elemente die Möglichkeit, eine sehr einfache Verbindung dieser Bauteile sicherzurtellen. In diesem Fall genugt der Vorsprung, mit der kleineren Grundfläche beim Zusamnenbau sogleich in die Vertiefung In der gemäss der vorliegenden Erfindung ausgeführten Schrauben-ohrlochsohlenmaschine erfolgt die Einstellung der zusammenwirkenden Elemente in die Arbeitsstellung relativ zueinander automatisch.
  • Dadurch, dass die Verbindungen lösbar susgeführt sind, ist es mö,tlich, binnen einer verhältnismässig kurzer Zeit den Zusammenbau einer aus technologischen Überlegungen erforderlichen Anzahl von Sektionen sowie das Auseinandernehmen der Sektionen und (bei Befdarf) d Auswechselung eines ausgefallenen Elementes ohne irgendwelche zusätzliche Montagevorrichtungen und technologische Arbeitsgänge durchzuführen.
  • Nachstehend werden konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme Zeichnungen beschrieben, es zeigt: im Fig. 1 Fig. 1a' eine (Fortsetzung der Fig. 1; Fig. 1a' eine (Fortsetzung der Fig. 1a'; Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1 im vergrösserten Masstab; Fig.3 eine Schrauben-Bohrlochsohlenmaschine, bei der ein Vorsprung und eine Vertiefung an der Stirnseite der benachbarten Statoren in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet i 3a' Fortsetzung der Fig. 3; Fig. 4 eine Schrauben-Bohrlochschlenmaschine, bei der ein Vorsprung und eine Vertiefung an den Stirnseiten der Rotoren in porm eines Zylinders ausgebildet sind, der in einen Kegelstumpf übergeht im Längsschnitt; Fig. 4a' eine (Fortsetzung der Fig. 4; Fig. 5 die Verbindungseinheit der Rotoren aus einem Vorsprung und einer Vertiefung, die in Form eines Zylinders ausgebildet sind, der in einen Kegelstumpf übergeht, bei welchem die Differenz der Durchmesser der grösseren und der kleineren Grundfläche mindestens das Vierfache der Exzentrizität beträgt im Längsschnitt; Fig. 6 - 10 Scheme des aufeinanderfolgenden Zusammenbaus der gleichnamigen Elemente, zwischen denen die starre Verbindung mittels eines Vorsprungs und einer Vertiefung zustande kommt, welche in Form eines Zylinders ausgebildet sind, der in einen Kegelstumpf übergeht. zwei.
  • T)ie Schrauben-Bohrlochschlenmaschine besteht au) in axialer Richtung hintereinander angeordneten Sektionen 1 (Fig.1) und einer Spindeleinheit 2. Jede Sektion 1 ist durch einen Stator 3 (4) und einen Rotor 5 (6), die mit einer vorgegebenen Exzentrizität "e" angeordnet sind, gebildet. Die Statoren 3, , 4 und Rotoren 5, 6 sind starr miteinander verbunde. Jeder der Statoren 3 und 4 besitzt ein metallisches Gehäuse 7, , an dessen Innenfläche eine elastische Profilauskleidung 8 anvulkanisiert ist. Die Ausuenflä'che der metallischen Rotoren 5 und 6 weist , ein Profilgewinde Init einer Gangzahl auf 9 die um eine binnelb kleiner ist als an der zugeordneten Arbeitsfläche der elastischen Statorauskleidung 8.
  • Die starre Verbidung der Statoren 3 und 4 ist lösbar ausgefUhrt9 wozu an den einander zugewandten Stirnseiten der Statoren 3, 4 ausgeführt sind: an dem einen Stator 4 ein Vorsprung 9 in Form eines Drehkörpers- eines Zylinders, und an dem anderen Stator 3 eine Vertiefung 10 der entsprechenden Form.
  • Die starre Verbindung der Rotoren 5 und 6 ist in ähnlicher Weise hergestellt, nämlich mittels eines in Form eines Zylinders an dem einen Rotor 6 ausgebildeten Vorsprungs 11 und einer Vertiefung 12 der entsprechenden Form an der Stirnseite des anderen Rotors 5.
  • Die Rotoren 5 und 6 werden während der Drehung durch eine Axialkraft, die unter der Wirkung eines Druckgefälles entsteht, zwangslaufig gesichert Zur zwangslaufigen Sicherung der Statoren 3, 4 gegen Winkel- und Axialverschiebungen sind sie in einem Gehäuse 13 untergebracht und in diesem gegen gegenseitige Winkel- und Axialverschiebungen durch eine zwangsläufige Axialkraft gesichert, die durch in axialer Richtung bewegliche Anschläge 14 erzeugt wird, welche an Übergangsstücken 15 und 16 ausgeführt sind. Die Übergangsstücke 15 und 16 sind mit dem Gehause 13 mittels eines Gewindes verbunden, was es gestnttet, sie in axialer Richtung zu verschieben und an de Anschlägen 14 eine entsprechende Spannkraft zu erzeugen.
  • Das Übergangsstück 16 ist unten mit dem Ubergangsstück 17 der Spindeleinheit 2 verbunden. Innerhalb des Ubergangsstücks 16 befindet sich eine zweigelenkige Verbindung 18, welche den unteren Rotor 6 mit der Kupplung 19 der AuBgangswelle 20 der Spindeleinheit 2 verbindet.
  • Auf der Welle 20 sind mittels der Kupplung 19 Buchsen 21 von Radiallagerungen 22 und ein Axiallager 23 befestigt.
  • Die Radiall.ag,erungen 22 selbst sowie das Axiallager 23 sind mit ihrer Aussenfläche in einem Gehäuse 24 und zwischen dem Ubergangsstück 17 und einem Nippel 25 befestigt. Im unteren Teil endet die Welle 20 mit einem Ubergangsstück 2b, das zum Anschliessen eines (nicht gezeigten) Werkzeuges dient.
  • In Fig. 2 ist ein Querschnitt der Sektion 1 gezeigt. Der Stator 3 befindet sich mit dem Rotor 5 im Eingriff. Die 1lanetenbewegung des Rotors 5 im Inneren der elastischen Auskleidung 8 des Stators 3 kann durch Wälzen ohne rurchglei ten des Wälzkreises des Rotors 5) mit radius b = ez auf dem Wälzkreis des Stators 3, mit dem Radius a = c(z + 1) beschrieben werden, worin e die Exzentrizität, dir der halben radialen IIöhe des Gewindes des rotors 5 oder des Stators 3 ist, und z die Zahl der Gange des Schraubengewindes des Rotors 5 bedeuten. Der Wälzkreis des Rotors 5 besitzt seinen Mittelpunkt im Punkt 01, der Wälzkreis des Stators 3 im Punkt 02.
  • In der vorstehend beschriebenen Schrauben-Bohrlochsohlenmnschine ist die Verbindung der gleichnamigen Elemente der Sektion 1 - der Statoren 3, 4 und der rotoren 5, 6 -mittels einer lösbaren Friktionsverbindung vervirklicht, welche die Vertiefung 10 (12) an dem einen Element und den Vorsprung 9 (11) an dem bennchbarten Element darstellt, die in Form von Zylindern ausgebildet sind.
  • In Fig. 3 ist die Verbindung von Statoren 27 und 28 gezeigt, bei denen ein Vorsprung 29 und eine Vertiefung 30 die Form eines Kegelstumpfes haben, was es gestattet, die Zuverlässigkeit der löbaren Friktionsverbindung zu erhöhen.
  • Die Sicherung der Statoren 27 und 28 gegen Vinkel- und kiolverschiebungen ist ähnlich wie oben beschrieben verwirklicht . Die Rotoren 31 dieser Sektionen 1 sind mittels einer Baueinheit 32 verbunden, die ihre starre Verbindung gewährleistet und die Winkelverschiebung dieser Rotoren gegeneinander verhindert (beispielsweise eine Vielnutkupplung).
  • Die Verbindung der gleichnamigen Elemente - Rotoren 33 (Fig. 4) und 34 - ist durch eine lösbare Friktionsverbindung mittels eines Vorsprungs 35, der am Rotor 33 ausgebildet ist und die Form eines Zylinders 35a, der in einen Kegelstumpf 35b übergeht, hat und einer Vertiefung 36 entsprechender Form im Rotor 34 verwirklicht . Die Statoren 37 sind in dieser Ausführungsvariante mittels eines Ube-rgangsstücks 38 verbunden. Im übrigen ist die Schrauben-Schrlochsohlenmaschine der obenbeschriebenen ahnlich.
  • Zur besonders zuverlässigen Verbindung von Rotoren 39 (Fig. 5) und 40, die Vorsprünge 41 und Vertiefungen 42 in Form von in Kegelstümpfe übergehenden Zylindern besitzen, ist es erwünscht, der Durchmesser d der kleineren Grundfläche des Kegelstumpfes uln mindestens das Vierfache der Exzentrität "e" kleiner ist als der Durchmesser D der grösseren Grundfläche desselben Kegelstumpfes, d.h. D - d c 4e.
  • In den Figuren 6 - 10 ist die Reihenfolge der Arbeitsgänge wiedergegeben, welche die Anordnung der Rotoren und Statoren während des Zusainmenbaus veranschaulichen, die mittels einer lösbaren Friktionsverbindung eines Vorsprungs und einer Vertiefung miteinander verbunden sind.
  • Bevor hier auf die Arbeit der Schrauben-Bohrlochsohlenmaschine eingegangen wird, wird der mechanismus des Zusammenbaus der gleichartigen elemente zu einer einheitlichen Gruppe mittels einer starren lösbaren Friktionsverbindung einer Vertiefung und eines Vorsprungs erläutert.
  • Die Anfangsstufe des Zusammenbaus besteht in der aufeinanderfolgenden Verbindung von Rotoren 43 (Fig. 6), 44 zu einer einheitlichen Gruppe mit Hilfe einer beliebigen starren lösbaren Verbindung, die vorstehend beschrieben wurde. Im konkreten Beispiel werden mittels einer Vielnut-Kegelkupplung 45 die Rotoren 43, 44 zusammengebaut, die nach einer gemeinsamen Aciise 0101 orientiert werden. Danach werden an der ;iotorengruppe an den entgegengesetzten Enden Statoren 46 (Fig.?), 47 montiert.
  • nachdem der Stator 46 die Arbeitsstellung eingenommen hat, verschiebt sich der Stator 47, indem er sich auf dem Schraubengewinde des Rotors 44 dreht, bis zur Berührung mit dem Stator 46. Hierbei erfolgt, wie aus Fig. d erkennbar ist, die Berührung der Statoren über ihre Stirnflächen, an denen in dem einen Stator 46 eine Vertiefung 4d und in dem anderen Stator 47 ein Vorsprung 49 ausgeführt ist. Der Vorsprung 49 und die Vertiefung 48 weisen die Form eines Zylinders auf, der in einen Kegelstumpf übergeht.
  • Es vjird eine Lage (Fig. 8) als recht wahrscheinlich betrachtet, die ein völliges Nichtübereinstimmen der zugeordneten Oberflächen der Elemente der starren Verbindung veranschaulicht. Mit anderen Worten liegen die Achsen 0202 und 0303 der Statoren 46, 4 auf verschiedenen Seiten der gemeinsamen Achse 0101 der einheitlichen Gruppe der Rotoren 43, 44. In diesem Fall wird der Stator . 4?, indem er sich um die Achse 0101 des mit ihm kontaktierenden Rotors 44 dreht, der zur einheitlichen Rotorengruppe gehört, in eine Lage verschoben, bei der seine Achse mit der Achse O2O2 des benachbarten Stators 46 zusammenfällt, d.h. die beiden Statoren 46, 4? eine gemeinsame Achse O2O3 (Fig. 9) haben, aber die zugeordneten Oberflächen da bei noch nicht endgültig in Kontakt getreten sind.
  • Hierbei ist die Drehrichtung des Stators 47 auf dem Schraubengewinde des Rotors 44 so, das die Erzeugung einer Axialkraft gewährleistet ist, welche die Verschiebung des drehenden Stators 47 zum Stator 46, der auf dem Rotor 43 feststehend angeordnet ist, d.h. in Richtung des Schraubengewindes bis zu ihrer Berührung, wie in Fig.
  • 10 gezeigt, begünstigt.
  • Die Schrauben-Bohrlochschlenmaschine arbeitet in f der Weise.
  • Bei der Zuführung der Spülflüssigkeit in die Schrauben--bohrlochschlenmaschine, die als Motor betrieben wird, vollziehen die Rotoren 5 und 6 eine Planetenbewegung innerhalb der elastischen Auskleidungen der Statoren 3 und 4, welche, wie in Fig. 2 gezeigt, durch Wälze ohne Durchgleiten des Wählzkreises des Rotors 5 mit dem Fadius b = ez auf dem Wälzkreis des Stators dem Radius a = e(z + 1) kinematisch beschrieben werden kann. Der mittelpunkt O1 des Querschnitt: es des Rotors 5 führt eine Führungsdrehung in bezug auf den Mittelpunkt O2 des Querschnittes des Stators 3 aus, indem er sich auf einem Kreis ml Radius "e" entgegen dem Uhrzeigersinn mit einer Umlauffrequenz LJj bewegt, während sich der Rotor 5 selbst um die eigene Achse im Uhrzeiersinn mit einer Umlauffrequenz w2 drent (absolute Drehung), wobei W1 = z#w2.
  • DieDrehmomente, die auf den Rotor 5 in der Führungsbewegung (M1) und in der absoluten Bewegung (M2) relativ zum Stator 3 wirken, verhalten sich umgekehrt proportional zu den Umlauffrequenzen dieser Bewegungen, d.h. M1 = 1/z Da die zusammenwirkenden Oberflächen der Friktionsverbindung der Rotoren 5, 6 die Vertiefung 12 und der Vorsprung 11 - zu den Schraubenflchen der Rotoren 5 und 6 gleichachsig sind, so übertragen sie ein Drehmoment vom oberen Rotor 5 zum dem unteren Rotor 6 in ihrer Führungsbewegung, d.h. ein loment M1. Die Übertragung dieses Momentes wird in Form einer Radialkraft P = ## realisiert, die seitens der umfassenden zylindrischen Oberfläche der Vertiefung 12 des oberen Rotors 5 auf die zu umfasende zylindrische Oberfläche des Vorspruns 11 des unteren Rotors 6 wirkt. Bei minimalon Spielräumen in der Friktionsverbindung weisen die genannten Oberflächen praktisch keine relativen Winkelverschiebungen auf, so dass die Übertragung des Momentes ohne Verluste für die Reibung der zugeordneten Oberflächen geschieht.
  • Das Gesamtdrehmoment M1 aller Rotoren in ihrer Führungsbewegung wird auf den unteren Rotor 6 übertragen. Mit Hilfe der zweigelenkigen Verbindung 18 wird dieses Moment vom unteren Rotor 6 weggenommen und in ein Moment der absoluten Dre -bung M2 an der Ausgangswelle 20 der Spindel einheit 2 umgeformt. Die Axialbelastung wird vom oberen Rotor 5 auf den unteren Rotor 6 Uber die Stirnflächen des Vorsprungs 11 und der Vertiefung 12 übertragen. Die zylindrischen Oberflächen des Vorsprungs 11 und der Vertiefung 12 nennen auch Radialkräfte von hydraulischen Verkantungsmomenten auf, die an den Rotoren 5 und 6 in der durch die Achsen des Stators 3 (4) und des Rotors 5 (6)verlaufenden Ebene angreifen. Am unteren Ende des oberen Rotors 5 sucht diese Kraft, die Sxzentrizität zu vermindern, während sie am oberen Sunde des Rotors 6 bestrebt ist, die Exzentrizität zu vergrössern, da die Kräfte entgegengesetzte Richtungen haben. Die Wechselwirkung des Vorsprungs 11 und der Vertiefung 12 beseitigt die schädliche Wirkung der von den Verkantungsmomenten herrührenden Kräfte, was zur Stabilisicrung der Bewegung der Rotorren beiträgt. Die Statoren 3 und 4, die mittels des Vorsprungs 9 und der Vertiefung 10 untereinander verbunden und im Gehäuse 13 zwischen zwei an den Übergangsstücken 15 und 16 ausgeführten beweglichen Anschlägen 14 befestigt sind, nehmen das Rückdrehmoment auf, das über das Ubergangsstück 15 auf den Bohrgestängestrang übertragen wird.
  • Zuverlässiger erfolgt die Aufnahme und Ubertragung des Drehmomentes von unteren Stator 28 (Fig. 3) auf den oberen Stator 27 in dem Fall, wenn der Vorsprung 29 und die Vertiefung 30 der Friktionsverbindung als Kegelstumpf ausgebildet sind. Noch günstiger ist eine Friktionsver- bindung, falls der Vorsprung 35 und die Vertiefung 36 in Form eines Zylinders 35a ausgebildet sind, der in einen Kegelstumpf 35b übergeht. Binde solche Ausführung verbessert die Lagebestimmung der Rotoren 33 und 34 und erhöht die monollthische Ganzheit der Verbindung. Die Axialbelastung wird in diesem Fall über die Kegelflächen des Vorsprungs 35 und der Vertiefung 36, das Drehmoment über die Zylindern und Kegelflächen übertragen.
  • Zur Vereinfachung des Auseinander nehmens des Motors sollte die Größe des Kegelwinkels der zugeordneten Oberflächen größer als der Reibungswinkel der Werkstoffe von Vorsprung und Vertiefung sein.
  • Bei diesem Motor ist eine automatische Einstellung der Rotoren in die Arbeitsstellung gewährleistet und das Auseinandernschmen des Motors vereinfacht.
  • Außerdem sind die Betriebsbedingungen von Statoren und Rotoren verbessert, da einerseits die Radialkräfte von den Zwischenwellen beseitigt sind und andererseits die Konstruktion der Friktionsverbindung, , insbesondere der Rotoren, den gegenseitigen Ausgleich entgegengesetzt gerichteter Radialkräfte gewährleistet, welche von der Wirkung der hydraulischen Verkantungsmomente auf die Rotoren herrühren. All das gestattet es, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Maschine zu erhöhen.

Claims (7)

  1. SCHRAUBEN-BOHRLOCHSOHLENMASCHINE PATENTANSPRÜCHE 1. Schrauben-Bohrlochsohlenmaschine mit Sektionen (1), die jeweils durch einen Schraubenrotor (5,6) und einen Schraubenstator (3,4), die mit einer vorgegebenen. Exzentrität (e) angeordnet sind, gebildet sind, welche IIohlräume veriinderlichen Volumens um Durchtritt eines Fluidums bilden, und in axialer Richtung hintere 14 ordnet sind, wobei die gleichnamigen Klemente (3, 4 oder 5,6) starr miteinander verbunden sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die starre Verbindung zumindest der einem der gleichnamigen Elemente (3, 4 oder 5, 6) lösbar ausgefUhrt und mittels einer Friktionsverbindung durch einen Vorsprung (11, 9), der in Form eines Drehkörpers an der Stirnseite eines der Elemente (6, 4) ausgebildet ist, und eine an der Stirrlseite des benachbarten Blementes (5, 3) ausgeführte Vertiefun (12, 10) entsprechender Form hergestellt ist, und die Verbindung gegen gegenseitige Winkel- und Axialverschiebungen durch eine äußere Zwengekraft gesichert ist.
  2. 2. Schrauben-Bohrlochsohlenmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Vorsprung (11) und die Vertiefung (12) an den Stirnseiten der benachbarren Rotoren (6, 5) ausgeführt sind und die zwangsläufige gegenseitige Sicherung während der Drehung durch Druckgefälle herbeigeführt wird.
  3. 3. Schrauben-Bohrlochsohlenmaschine nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Vorsprung (9) und die Vertiefung (10) an den otirnseiten der benachbarten Statoren (4,3) ausgeführt sind, wobei letztere zur Sicherung gegen gegenseitige Winkel- und Axial-Verschiebungen in einem gemeinsamen Gehäuse (13) untergebracht sind, das an seinen Enden Anschläge (14) besitzt, welche mit den freien otirnflächen der Statoren (5, 4) zusammenwirken, und mindestens einer der Anschläge (14) axial verschiebbar anbeordnet ist.
  4. 4. Schrauben-Bohrlochschlenmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daX der Vorsprung (9, 11) und die Vertiefung (10, 12) jeweils die Form eines Zylinders haben.
  5. 5. Schrauben-Bohrlochsohlenmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i o h n e t, daß der Vorsprung (29) und die Vertiefung (30) jeweils die Form eines Kegelstumpfes haben.
  6. 6. Schrauben-Bohrlochschlenmaschine nach Anspruch 1, dadurch e k e n n z e i c h n e t, daX der Vorsprung (35) und die Vertiefung (36) jeweils in Form eines Zylinders (55a) ausgebildet sind, der in einen Kegelstumpf (55b) übergeht.
  7. 7. Schrauben-Bohrlochschlenmaschine nacn Anspruch 5 oder ù, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Differenz des Durchmessers der größeren Grundfläche und dcs Durchmessers der kleineren Grundfläche des P.errelstumpfes mindestens das Vierfache der Exzentrizität (e) beträgt.
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