JPS6235740Y2 - - 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、リブ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ａ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
来の一例に示すと第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
大断面図を示している。

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を有し且つ末端を閉じたシヤフト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
削時の反力を支持する軸受として、鋼製の軸受
４，５，６を採用し、且つ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、スラストころ軸受５とラジアル円筒
ころ軸受６を挾んで、タービン側にはバランスピ
ストン、金属製ベローズ、低圧メカニカルシール
を、ビツト側には高圧メカニカルシールを設け
る。詳述すると、タービン側では、第３図に詳細
を示す如く、ハウジング１側に固定した筒体１２
とシヤフト２の外側との間にバランスピストン１
３を収納し、該バランスピストン１３の右方の位
置には低圧メカニカルシール１４を設け、該低圧
メカニカルシール１４と上記バランスピストン１
３との間に金属製ベローズ１５を介在させ且つ油
（グリース）を封入して油溜１６とし、バランス
ピストン１３がビツト側へ移動することにより油
溜１６の油が軸受５側へ押し出されるようにし、
且つバランスピストン１３の移動をガイドするガ
イドロツド１７を円周上に数個所に亘り配して、
一端をバランスピストン１３に固定すると共り他
端を固定側（ハウジング側）のガイド溝１８に沿
わせるようにする。又上記バランスピストン１３
の内周面には、マツドの大粒子は浸入を阻止でき
るようにしたパツキン１９を装着し、バランスピ
ストン１３の外周面にはＯリング２０を配設して
シールさせるようにする。バランスピストン１３
のタービン側は圧力流体の圧力が作用するように
してあり、この流体圧と軸受部の油圧とのバラン
スがくずれると、バランスピストン１３が移動で
きるようにしてある。

又、ラジアル円筒ころ軸受６のビツト側には、
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２
２を設け、軸受５，６を潤滑する油が充満される
ようにし、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との間に介在させる。

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、バラン
スピストン１３の移動によつてバランスピストン
１３とベローズ１５と低圧メカニカルシール１４
によるシール部に封入された油が軸受部側へ押し
出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、バランスピストン１３と金属製ベロー
ズ１５とが一体に構成して低圧メカニカルシール
との組み合わせでシールされており、ビツト側は
高圧メカニカルシール２２でシールされており、
この間に潤滑する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
運転される。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、バランスピストン１３と
低圧メカニカルシール１４間に封入してあるグリ
ースを低圧メカニカルシール１４よりもビツト側
へ押し出し、軸受部の油圧を高めて元圧力に戻
す。これにより外部からのマツド浸入を防止しな
がら軸受５，６を長時間に亘り油浴潤滑できて軸
受５，６の寿命を大幅に延長させることができ
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設
計されているので、バランスピストン１３はビツ
ト側へ移動することなく停止している。しかし、
高圧メカニカルシール２２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が圧力流体に押されてビツト
側へ移動させられる。尚、上記バランスピストン
１３の左側に作用する流体は、ラビリンスパツキ
ン１０の迷路を通過したものであり、この流体中
には、ラビリンスパツキン１０を通つた一部のマ
ツドが含まれているが、液以外は通さないパツキ
ン１９が存在することと、バランスピストン１３
の右側に封入してある油（グリース）の存在によ
りマツドがバランスピストン１３の右側へ浸入す
ることが防止される。一方、高圧メカニカルシー
ル２２は上記のように外部からのマツドの浸入を
防止し得るが、更にパツキン２３によりマツドの
大粒子の浸入を阻止しているので、ビツト先端に
噴出されたマツドがハウジング１の外側より浸入
して来ても軸受部への浸入を防止できる。

以上述べた如く、本考案の装置によれば、次の
ような優れた効果を奏し得る。

(i) 軸受部が油浴状態で運転され、シールが油漏
れを起こしてもバランスシリンダの移動によつ
て軸受部の油の圧力を高く維持しシール効果を
あげて油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それだ
け作業性を向上させられる。

(iii) バランスピストンと低圧メカニカルシール間
にベローズを配すると共にバランスピストンの
内径側にパツキンを設けているので、低圧メカ
ニカルシールが直接的に泥水による侵食を受け
ることがなく、且つバランスピストンとパツキ
ンが同位置にあることからバランスピストンと
低圧メカニカルシール間に多量の潤滑油が入り
寿命の延長に効果的に作用し得ると共に、バラ
ンスピストンと低圧メカニカルシールとの間に
油溜を形成してこの油溜に油を封入しておくの
で、上流側からのマツドが浸入することを防止
できる。

(iv) シール性がすぐれていることから、軸受部へ
のマツドの浸入がなく、軸受をより安全に保護
できると共に、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。

(v) 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。

(vi) 高負荷のタービンブレードの採用によりター
ビン段数が従来に比して少なくしてあるので、
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、１３……バランスピストン、１４……低圧メ
カニカルシール、１５……金属製ベローズ、１６
……油溜、２２……高圧メカニカルシール。

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
   んでビツト側に高圧メカニカルシールを、又ター
   ビン側に低圧メカニカルシールをそれぞれ設けて
   両シール間に油を封入させると共に、低圧メカニ
   カルシールよりもタービン側にバランスピストン
   を設けて該バランスピストンと低圧メカニカルシ
   ール間にベローズを配すると共に油溜を形成し、
   且つ上記バランスピストンの内径側にパツキンを
   設けてなり、上記油溜内にグリース油を封入させ
   たことを特徴とするターボドリルの軸封装置。