DE881484C

DE881484C - Drilling turbine

Info

Publication number: DE881484C
Application number: DEA1490D
Authority: DE
Inventors: Hans Nienhaus
Original assignee: Salzgitter Maschinen AG
Current assignee: Salzgitter Maschinen AG
Priority date: 1944-03-28
Filing date: 1944-03-28
Publication date: 1953-06-29

Description

Bohrturbine Bei der heute üblichen Art der Durchführung bergmännischer Tiefbohrungen wird das Bohrwerkzeug über ein Gestänge von einer über dem Bohrloch aufgestellten Kraftmaschine angetrieben. Der Energieverbrauch der Antriebsmaschine ist hierbei verhältnismäßig hoch, da neben der eigentlichen Bohrarbeit auch das schwere Gestänge bewegt werden muß. Man hat deshalb für Tiefbohrungen schon Bohrturbinen vorgeschlagen, die unmittelbar mit dem Bohrwerkzeug verbunden sind.Drilling turbine In the usual way of carrying out mining operations today The drilling tool is deep drilling via a rod from one above the borehole erected engine driven. The energy consumption of the prime mover is relatively high here, because in addition to the actual drilling work, this is also the case heavy linkage has to be moved. That is why there are already drilling turbines for deep drilling proposed that are directly connected to the drilling tool.

Zu einer praktischen Anwendung haben diese Vorschläge bisher aber noch nicht geführt, weil die Leistungsaufnahme der üblichen Bohrwerkzeuge doch bedeutend größer ist, als sie von einer Turbine, deren Abmessungen ja durch die Weite des Bohrloches beschränkt sind, aufgebracht werden kann.So far, however, these proposals have been used in practice not yet managed because the power consumption of conventional drilling tools is significant is larger than that of a turbine, the dimensions of which are due to the size of the Boreholes are limited, can be applied.

In dem Patent 739 379 wird ein Stufenbohrer vorgeschlagen, der, wie die bisherigen Versuche gezeigt haben, für eine bestimmte Bohrleistung nur einen Bruchteil der von den üblichen Bohrwerkzeugen aufgenommenen Energie benötigt. Dieser Bohrer bietet also zum erstenmal die Möglichkeit, den Turbinenantrieb mit praktischem Erfolg anzuwenden. Die vorliegende Erfindung hat eine durch die Spülflüssigkeit angetriebene Bohrturbine zum Gegenstand, die sich für den Antrieb eines Stufenbohrers nach Patent 739,379 besonders eignet, dessen Mittelbohrer als Kernbohrer ausgebildet ist. Erfindungsgemäß besitzt die Turbine als Antriebswelle eine Hohlwelle mit einer hinreichend großen Bohrung, um ohne Schwierigkeiten den Bohrkern und die Spülflüssigkeit durchzulassen. Die Bohrturbine arbeitet ohne Getriebe, ihre Stufenzahl kann je nach der benötigten Leistung in weiten Grenzen gehalten werden. Bei normaler Bohrleistung sind io bis 2o Stufen für den Antrieb ausreichend. Für die Aufnahme des Bohrkernes ist im oberen Teil des Turbinengehäuses ein Führungsrohr vorgesehen.Patent 739 37 9 proposes a step drill which, as previous attempts have shown, requires only a fraction of the energy consumed by conventional drilling tools for a specific drilling performance. For the first time, this drill offers the possibility of using the turbine drive with practical success. The subject of the present invention is a drilling turbine driven by the flushing fluid, which is particularly suitable for driving a step drill according to patent 739,379 , the central drill of which is designed as a core drill. According to the invention, the turbine has a hollow shaft as the drive shaft with a sufficiently large bore to allow the drill core and the flushing fluid to pass through without difficulty. The drilling turbine works without a gearbox, the number of stages can be kept within wide limits depending on the required power. With normal drilling performance, 10 to 20 steps are sufficient for the drive. A guide tube is provided in the upper part of the turbine housing to accommodate the drill core.

In einer weiteren verbesserten Ausführungsform ist die Turbine als gegenläufige Turbine ausgebildet. Die rechts umlaufenden Turbinenräder treiben über eine Hohlwelle den bereits erwähnten Stufenbohrer an, während die links umlaufende über eine um die vorgenannte Hohlwelle gelagerte zweite Hohlwelle ein weiteres Bohreraggregat antreibt, das das von dem Stufenbohrer erbohrte Loch weiter aufbohrt. Bei dieser Anordnung wird auf das Bohrgestänge nur ein ganz geringes Drehmoment übertragen, das sich aus der Differenz der Momente der beiden Bohreraggregate ergibt. Durch entsprechende Abstimmung der Airbeitsflächen der beiden Bohreraggregate und der Stufenzahl der beiden Turbinensätze kann man dieses Drehmoment praktisch gleich Null machen.In a further improved embodiment, the turbine is as counter-rotating turbine formed. The right rotating turbine wheels are overdriving a hollow shaft to the already mentioned step drill, while the left rotating one A further drill unit via a second hollow shaft mounted around the aforementioned hollow shaft drives, which continues to drill out the hole drilled by the step drill. At this Arrangement, only a very low torque is transmitted to the drill pipe, which results from the difference in the moments of the two drill units. By Corresponding coordination of the working surfaces of the two drill units and the The number of stages of the two turbine sets can be compared to this torque practically Make zero.

Die Bohrturbinen gemäß der Erfindung sind in Fig. i und 2 in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Fig. i zeigt eine einfach wirkende Turbine, die der Einfachheit halber hier einstufig dargestellt ist. In dem Turbinengehäuse 2 ist das Laufrad i und das Leitrad 3 angeordnet. Das letztere ist in dem Endlager 4 und 5 sicher gegen Verdrehung gelagert. Das Laufrad 3 sitzt auf der Hohlwelle 6, die das erzeugte Drehmoment auf den Stufenbohrer überträgt. Die Hohlwelle 6 hat eine so weite Bohrung, daß sie den Bohrkern 15 und die Spülflüssigkeit durchläßt. Für den Durchlauf der Spülflüssigkeit sind in der Wand der Hohlwelle Öffnungen vorgesehen; weitere Durchlaßöffnungen für das Spülwasser befinden sich in dem Endlager 5. Auf dem feststehenden Leitrad 3 ist ein Führungsrohr 8 zur Aufnahme des Bohrkernes 15 aus dem Kernbohrer 14 befestigt. Dieses Rohr ragt in das Gestänge 9 der Turbine hinein. In dem Querträger 7, der um die Hohlwelle 6 frei drehbar angeordnet ist, sind die Seitenbohrer 1i mit ihren Achsen 1o gelagert. Sie werden von dem auf der Hohlwelle 6 befindlichen Kettenrad 17 durch die Kette 16 angetrieben. Die Seitenbohrer überschneiden die Arbeitsfläche des Kernbohrers 14. Am unteren Ende der Hohlwelle 6 befindet sich eine Federhülse =3 mit der Kernfeder 12.The drilling turbines according to the invention are in Figs. I and 2 in two Embodiments shown. Fig. I shows a single-acting turbine that for the sake of simplicity is shown here in one stage. In the turbine housing 2 the impeller i and the stator 3 are arranged. The latter is in the repository 4 and 5 stored securely against rotation. The impeller 3 sits on the hollow shaft 6, which transfers the generated torque to the step drill. The hollow shaft 6 has a bore so wide that it allows the drill core 15 and the flushing fluid to pass through. Openings are provided in the wall of the hollow shaft for the flushing liquid to flow through; further passage openings for the flushing water are located in the repository 5. Auf A guide tube 8 for receiving the drill core 15 is attached to the stationary guide wheel 3 from the core drill 14 attached. This pipe protrudes into the linkage 9 of the turbine into it. In the cross member 7, which is arranged freely rotatable about the hollow shaft 6, the side drills 1i are mounted with their axes 1o. You will be affected by the one on the The sprocket 17 located on the hollow shaft 6 is driven by the chain 16. The side drills intersect the working surface of the core drill 14. At the lower end of the hollow shaft 6 there is a spring sleeve = 3 with the core spring 12.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Gegenläufturbine. Sie besitzt außer dem in Fig:. i dargestellten Turbinenaggregat ein weiteres in entgegengesetztem Drehsinn umlaufendes Aggregat, das auch hier der Einfachheit halber nur einstufig dargestellt ist. Es besteht aus dem Laufrad 23 und dem Leitrad 24, das in gleicher Weise wie das Leitrad 3 gelagert ist. Das Laufrad 23 sitzt auf der Hohlwelle 22, die über die Hohlwelle 6 gesteckt ist. Auch die Welle 22 besitzt Öffnungen für den Durchlauf des Spülwassers. An ihrem unteren Teil sitzt der drehbare Querträger 25, in dem die Achsen 2o der Außenbohrer 21 gelagert sind. Diese werden von der Hohlwelle 22 aus über das Kettenrad 18 und die Kette 1g angetrieben. Die Außenbohrer 21 überschneiden die von den Seiten-Bohrern i i bestrichene Ringfläche.Fig. 2 shows an embodiment of the counter-rotating turbine. she owns except that in Fig :. i turbine unit shown another in the opposite Direction of rotation revolving unit, which for the sake of simplicity is also only single-stage here is shown. It consists of the impeller 23 and the stator 24, which in the same Way how the stator 3 is mounted. The impeller 23 sits on the hollow shaft 22, which is inserted over the hollow shaft 6. The shaft 22 also has openings for the Passage of the rinsing water. At its lower part sits the rotatable cross member 25, in which the axes 2o of the outer drill 21 are mounted. These are from the hollow shaft 22 driven from via the sprocket 18 and the chain 1g. The outer drill 21 intersect the ring surface swept by the side drills i i.

Die Turbine nach Fig.2 arbeitet wie folgt: Durch das Gestänge g tritt das Spülwasser in das Turbinengehäuse ein, durchströmt die darin angeordneten Turbinensätze, setzt diese in rechts-und linksläufige Umdrehung und fließt darauf durch die Öffnungen in den Hohlwellen zu dem Kernbohrer 14. Ein anderer Teil des Wassers fließt unmittelbar durch die Öffnungen an der unteren Stirnseite des Turbinengehäuses in das Bohrloch. Während sich die Bohrer 14, 1i und 2 1 in das Gestein hineinarbeiten, schiebt sich der Kern durch den Kernbohrer 14 und die Hohlwelle 6 in das Führungsrohr 8, aus dem er von Zeit zu Zeit herausgenommen wird.The turbine according to Fig.2 works as follows: Through the linkage g occurs the rinsing water into the turbine housing, flows through the turbine sets arranged therein, sets this in clockwise and counter-clockwise rotation and then flows through the openings in the hollow shafts to the core drill 14. Another part of the water flows directly through the openings on the lower face of the turbine housing into the borehole. While the drills 14, 1i and 2 1 work their way into the rock, it pushes itself the core through the core drill 14 and the hollow shaft 6 into the guide tube 8 from which it is taken out from time to time.

Im einzelnen -wird der Aufbau der beiden Turbinen nach Fig. i und 2 noch aus den weiteren Fig. 3 bis 7 ersichtlich.In detail, the structure of the two turbines according to FIGS 2 can also be seen from the further FIGS. 3 to 7.

Fig.3 zeigt dabei einen Schnitt der Turbine nach Fig. i senkrecht zur Turbinenachse in der Linie A-B, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Turbine; Fig. 5, 6 und- 7 zeigen Schnitte durch die Turbine nach Fig. 2 als Beispiel für die Gegenlaufturbine, und zwar Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie A-B, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie C-D und Fig. 7 eine Draufsicht.FIG. 3 shows a vertical section through the turbine according to FIG to the turbine axis in the line A-B, FIG. 4 shows a plan view of the turbine; Fig. 5, 6 and 7 show sections through the turbine according to FIG. 2 as an example for the counter-rotating turbine, namely Fig. 5 is a section along the line A-B, Fig. 6 is a section along the line Line C-D and Fig. 7 is a plan view.

Die Anwendung der vorgeschlagenen Bohrturbine; insbesondere der in Fig.2 dargestellten Gegenlaufturbine, bringt außer dem bedeutend geringeren Ehergieverbrauch auch noch weitere Vorteile für den Bohrbetrieb mit sich. Bei den vorgeschlagenen Anordnungen erübrigen sich die sonst notwendigen schweren Rotarygestänge, es genügen als Gestänge schon gewöhnliche Pumpenrohre, wie sie im Bohrbetrieb ohnehin zur Verfügung stehen. Ein solches leichtes Gestänge erfordert natürlich nur einen Bruchteil der Anschaffungskosten eines Rotarygestänges. Außerdem benötigt der Bohrbetrieb mit der vorgeschlagenen Turbine weniger Bedienungskräfte als der bisherige Bohrantrieb.The application of the proposed drilling turbine; especially the in The counter-rotating turbine shown in FIG. 2 also provides significantly lower energy consumption also have other advantages for drilling operations. With the proposed The otherwise necessary heavy rotary rods are no longer required, they are sufficient as a linkage already common pump tubes, as they are already available in drilling operations stand. Of course, such a light linkage only requires a fraction of the Acquisition cost of a rotary rod. In addition, the drilling operation requires the proposed turbine less operating forces than the previous drill drive.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Drilling turbine for driving deep drills, in particular step drills according to Patent 739,379, characterized in that the turbine has a hollow drive shaft (6), the bore of which is sufficiently wide to allow the drill core and the flushing water to pass through.

2. drilling turbine according to claim i, characterized in that on the stationary turbine stator (3) a guide tube (8) is attached to receive the drill core.

3. Drilling turbine after Claim i, characterized in that the turbine is designed as a counter-rotating knuckle whose clockwise working wheels on the hollow shaft (6) for driving the The step drill while the counter-clockwise working wheels are on a second, over the said shaft (6) inserted hollow shaft (a2) are attached, which is a further, Drives the drilling unit reaching beyond the step drill via io.