JPS6235739Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は石油井掘削機あるいは地熱井掘削機と
して、リグ本体にドリルストリングスを介し連結
されて使用されるターボドリルの軸封装置に関す
るものである。

ターボドリルは、第１図に示す如く、円筒状の
ハウジングａの内側に、先端にビツト（図示せ
ず）を取り付けるための取付ねじｃを有するシヤ
フトｂを挿入し、該シヤフトｂとハウジングａ内
面との間にスラスト軸受部ｄやラジアル軸受部
ｅ，ｆ，ｇを適宜設けて、ハウジング１ａに対し
てシヤフトｂが自在に回転すると共に、軸心方向
の反力も支持できるようにし、且つ上記シヤフト
ｂとハウジングａ間のタービン部には、ステータ
ブレードｈとロータブレードｉとからなるタービ
ンブレードを数十段あるいは百数十段配置し、リ
グ本体のマツドポンプから圧送された運動量を保
有する流体（マツド）をタービン部に通して、タ
ービンブレードにより回転運動に変換させ、シヤ
フトｂを介してビツト（図示せず）に回転動力を
伝達させてドリリングを行わせるようにし、一
方、動力として使用された流体は、通路ｊを経て
ビツトに設けた孔より外部へ噴出された後、、掘
削された穴内を地上側へ戻され、掘削した穴の内
面をマツドでコーテイングさせるようにしてあ
る。

かかるターボドリルにおけるスラストあるいは
ラジアル軸受部ｄ，ｅ，ｆ，ｇの構成として、従
来の一例を示すと第１図に示している如くであ
り、軸受としてラバーライニング形式のものが使
用されている。すなわち、スラスト軸受部ｄ、ラ
ジアル軸受部ｅ，ｆ，ｇにそれぞれ硬質ゴムｋ，
ｌ，ｍ，ｎを用い、通過するマツドで潤滑させる
ようにしている。

しかし、上記のラバーライニング形式のスラス
トあるいはラジアル軸受を使用した第１図の如き
従来の方式では、次のような問題がある。

ラバーライニング形式の軸受をマツドで潤滑
させるので、軸受が摩耗し易く、寿命も短かく
（30〜40時間）、そのため、交換頻度が多くな
り、メンテナンス費が高くなり、又スラスト軸
受は摩擦係数が大きいため、トルク損失が大と
なる。

使用深度が深くなるにつれて周囲の地熱が高
くなるが、ラバーライニング形式の軸受ではせ
いぜい120〜130℃が限度で耐熱性に劣り、これ
以上の温度では寿命が短かくなり使用に耐えな
くなる。石油掘削では160℃、地熱掘削では350
℃が要望されている。

ビツトに近い最終段のラジアル軸受のクリア
ランスに一種のシール効果をもたせているが、
シール効果が十分ではなく、ビツト差圧が大き
くとれずジエツテイングを効果的に効かすこと
ができず、又ビツト差圧を大きくとるとバイパ
スによる流体損失が大きくなるためビツト荷重
が十分とれない。

タービン段数を増加することによつてトルク
を大きくすることができるが、長さと径の比
（Ｌ／Ｄ）が大きくなり過ぎ、キツクオフ時に
希望する曲率が得られないことになる。そのた
め、タービン段数を少なくして高トルク化を図
ることが望ましい。

本考案は、このような問題点を解消しようとす
るもので、従来のラバーライニング形式の軸受で
マツド潤滑方式としたことに代え、鋼製の軸受を
採用し、油浴潤滑方式をとり、油溜を設けて軸シ
ールから油が漏れてもバランスピストンの移動に
よつてマツドの侵入を防ぎながら出来るだけ長時
間に亘つて軸受が油浴状態で運転できるように
し、負荷容量と耐久性の大幅な向上を図るように
したものである。

以下、図面にもとづき本考案の実施例を説明す
る。

第２図は本考案の装置を施したターボドリルの
断面を、又第３図及び第４図は本考案の装置の拡
大断面を示している。

ハウジング１内に、中空状にして先端にビツト
取付ねじ３を有し且つ末端に閉じたシヤフト２を
挿入し、該シヤフト２の末端部と先端部をラジア
ル及びスラスト軸受で支持し、且つシヤフト２と
ハウジング１間にタービン部を設けた構成におい
て、シヤフト末端部の軸受を、ラジアル円筒ころ
軸受４とし、シヤフト先端部の軸受を、スラスト
ころ軸受５及びラジアル円筒ころ軸受６とし、上
記末端側のラジアル円筒ころ軸受４の下流側（シ
ヤフト先端側）には、シヤフト２側に固定のロー
タブレード７とハウジング１側に固定のステータ
ブレード８とからなる高負荷のタービンブレード
９を従来に比して少ない段数として構成したター
ビン部Ａを配設し、該タービン部Ａの下流側にお
けるシヤフト２とハウジング１間にはラビリンス
パツキン１０を設けて、該ラビリンスパツキン１
０とタービン部Ａとの間の位置におけるシヤフト
２に、内外方向に貫通するマツド通過孔１１を設
け、更にシヤフト２先端のビツト取付ねじ３には
ローラビツトあるいはダイアモンドビツトの如き
ビツト（図示せず）を着脱自在に取り付け、地上
のリグ本体のマツドポンプからハウジング１内に
圧送されて来たマツドが、シヤフト２の外側とハ
ウジング１間に流入したタービン部Ａを通るとき
にタービンブレード９により回転運動に変換され
シヤフト２が回転してビツトが回転させられ、
又、マツドはマツド通過孔１１からシヤフト２内
に入り掘削部に噴出させられるようにする。

本考案は、上記のようにシヤフト２の回転、掘
削時の反力の支持に鋼製の軸受４，５，６を採用
し、その軸受部へのマツドの浸入防止並びに軸受
部の潤滑方式として、次の如きシール装置を採用
していることを特徴としている。

すなわち、シヤフト先端側のスラストころ軸受
５とラジアルころ軸受６を挾んで、バランスピス
トンとの組合わせでタービン部Ａ側を低圧メカニ
カルシールとオイルシールの二重構造とし、ビツ
ト側に高圧メカニカルシールを設ける。詳述する
と、タービン部Ａ側では、第３図に詳細を示す如
く、ハウジング１に固定して形成した油溜部１２
にバランスピストン１３を収納し、該油溜部１２
の軸受５側には油路１４を設けて油溜部１２内と
軸受５，６部分が連通するようにし、且つ上記油
溜部１２の軸受５側とシヤフト２との間に、図上
右から左へは流すが逆に左から右へは流れを遮断
させるようにしてあるオイルシール１５を設け
て、シヤフト２と油溜部１２間のシールを行うよ
うにする。一方、油溜部１２のタービン側端部に
は、バランスピストン１３の左側に通じる流路１
６を設けると共に、該タービン側端部とシヤフト
２外周部に突設した張出部材１７との間に低圧メ
カニカルシール１８を設け、更に上記張出部材１
７とハウジング１間やシヤフト２と油溜部１２間
に適宜パツキン１９，２０を介在させ、マツドが
軸受部へ浸入するのを防止できるようにする。
又、ラジアル円筒ころ軸受６のビツト側では、第
４図に詳細を示す如く、ハウジング１の内側にリ
ング部材２１を配して高圧メカニカルシール２２
を設け、上記軸受５，６を潤滑する油が流出する
のを防止し、且つビツトによる掘削部に噴射され
たマツドが掘削孔から機内に流入しても粗粒子が
シール部への浸入を防止するためのパツキン２３
を、上記リング部材２１とシヤフト２間に介在さ
せる。

本考案の装置は上記構成としてあるので、マツ
ドが圧送されて来てタービン部Ａを通過させられ
ると、該タービン部Ａのタービンブレード９によ
りシヤフト２の回転運動に変換されてシヤフト２
は回転させられ、先端のビツトにより掘削が行わ
れる。このシヤフトの回転はラジアル円筒ころ軸
受４，６にて支持し、掘削時の反力はスラストこ
ろ軸受５で支持される。この際、スラストころ軸
受５とラジアル円筒ころ軸受６は、これらの両側
に封入された油による油浴潤滑方式により潤滑さ
れており、しかも軸受部の油が減少すれば油溜部
１２内の油が補給されて長時間に亘り油浴潤滑方
式を継続できるので、マツドにより潤滑させるラ
バーライニング方式に比して数倍の寿命延長
（100時間以上）を図ることができる。すなわち、
軸受５，６のタービン側はオイルシール１５と低
圧メカニカルシール１８によりシールされてお
り、ビツト側は高圧メカニカルシール２２により
シールされており、上記低圧と高圧のメカニカル
シール１８と２２間に潤滑油が封入してあるた
め、常時、軸受５，６は油により潤滑されている
油浴状態で運転され、又軸受部の油漏れ等で油圧
が下ると、バランスピストン１３が圧力バランス
する位置までビツト側へ移動して油溜部１２内の
油を油路１４を経て軸受部へ流出させるので、軸
受部の油圧はバランスピストン１３の左側に作用
している圧力とほぼ同じ圧力に維持される。バラ
ンスピストンは回転摺動がなく、軸方向のみ摺動
するピストン形式をとつているのでシール性が良
い。これにより軸受部の両側のシール性が高めら
れた状態に維持されて外部から軸受部へのマツド
の浸入を防止しながら軸受５，６を長時間に亘り
油浴潤滑できて軸受５，６の寿命の大幅な延長が
図れる。バランスピストン１３の左側には、マツ
ドを含む流体の圧力が作用しているが、通常、高
圧メカニカルシール２２は、ほとんど漏れがない
ように設計されているので、油溜部１２内のバラ
ンスシリンダ１３は停止したままとなつている。
しかし、高圧メカニカルシールは、掘削作業条件
によつては油漏れすることがある。油漏れする
と、軸受部に封入されている油の圧力が低下する
ため、バランスピストン１３がビツト側へ移動
し、油溜部１２内の油を押し出して軸受部に補給
することになる。このようにしてバランスピスト
ン１３がビツト側へ移動して油溜部１２内の油が
すべて押し出されるまで、軸受部の油圧は一定に
保持されて高いシール性を長期に亘り保持持でき
ることになる。尚、バランスピストン１３の左
側、すなわち、タービン部Ａ側に作用させられる
流体は、ラビリンスパツキン１０を通過したもの
であり、ラビリンスパツキン１０の迷路を通つて
マツドの一部も入つて来ている。しかし、この流
体中のマツドは、液以外は通さないパツキン１９
により浸入が阻止されるので、パツキン１９より
内側へマツドが入ることはないが、万一浸入して
も、低圧メカニカルシール１８があることと、オ
イルシール１５とパツキン２０間にも油が充満さ
れており且つオイルシール１５が逆方向へは流体
をも流さないようになつていること、の二重構造
により軸受部に浸入するようなことはない。一
方、高圧メカニカルシール２２は油圧力によりシ
ール性が高められていて外部からのマツドの浸入
は防止できるが、更にパツキン２３によりマツド
の大きい粒子の浸入を阻止しているので、マツド
の浸入はない。

以上述べた如く、本考案の装置によれば、先端
にビツトを取り付けるシヤフトの軸受を鋼製と
し、軸受を挾んで両側に油を封入して軸受を油浴
潤滑方式とし、油溜を設けてバランスピストンに
より長時間に亘り油浴潤滑が続けられるように
し、且つ上記油封入部のビツト側には高圧メカニ
カルシールを、又タービン側には低圧メカニカル
シールとオイルシールの二重構造を備えた構成と
してあるので、次の如き効果を奏し得る。

(i) 軸受部を油浴状態で運転し、シールから油が
漏れてもバランスシリンダの移動によつて油溜
内の油を押し出して常に油で潤滑させているの
で、軸受の寿命を従来のラバーライニング方式
に比して大幅に延長させることができる。

(ii) 上記(i)により軸受の交換頻度が少なく作業性
を向上できる。

(iii) シール性がすぐれていることからマツドの浸
入がないと共に、ビツト差圧を大きくとること
ができてジエツテイングを効果的に効かすこと
ができる。

(iv) 軸受が鋼製であるから、耐熱性が優れ、高温
にも耐えられて石油井掘削、地熱井掘削にも使
用できて長寿命化が図れる。

(v) 高負荷のタービンブレードを使用しタービン
段数が従来に比して少ないので、キツクオフ時
に希望する曲率が容易に得られ、且つ高トルク
化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のターボドリルの一例を示す部分
切断側面図、第２図は本考案の装置を施したター
ボドリルの一部切断側面図、第３図は第２図の
部の拡大図、第４図は第２図の部の拡大図であ
る。 １……ハウジング、２……シヤフト、４，６…
…ラジアル円筒ころ軸受、５……スラストころ軸
受、１２……油溜部、１３……バランスピスト
ン、１５……オイルシール、１８……低圧メカニ
カルシール、２２……高圧メカニカルシール、Ａ
……タービン部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 先端にビツトを取り付けたシヤフトをハウジン
   グ内に挿入して、該シヤフトの回転と掘削時のビ
   ツト反力を支持する軸受と、圧送された流体によ
   りシヤフトに回転力を発生させる多数段のタービ
   ン部を備えたターボドリルにおいて、上記軸受に
   鋼製軸受を用い、且つビツトとタービン部との間
   に位置する軸受を油浴潤滑させるため該軸受を挾
   んでビツト側には高圧メカニカルシールを、又タ
   ービン側には低圧メカニカルシールとオイルシー
   ルの二重構造のシールをそれぞれ配して油を封入
   させると共に、該油封入部に一方を連通するよう
   ハウジングに設けた油溜部内に回転摺動がなく、
   軸方向のみ摺動するバランスピストンを収納し、
   更に上記油溜部の他方を圧力流体側に開口させ、
   軸受部の圧力の低下でバランスピストンが移動し
   て油溜部内の油を軸受部へ流出させるようにして
   なることを特徴とするターボドリルの軸封装置。