Znany jest sposób napedzania obroto¬ wych narzedzi wiertniczych przy pomocy urzadzenia, znajdujacego sie na powierzch¬ ni ziemi, przyczem stosuje sie mniej lub bar¬ dziej dlugie zerdzie wiertnicze. Poniewaz tego rodzaju naped posiada pewne niedo¬ godnosci, wiec czyniono próby napedzania narzedzia wiertniczego bezposrednio na spodzie otworu wiertniczego przy pomocy oddzielnych urzadzen napednych. W po¬ równaniu z rozmaitemi tego rodzaju nape¬ dami niniejszy wynalazek polega na zasto¬ sowaniu turbiny wodnej.Z ogólnie znanych zasad dzialania turbin wodnych wynika, ze w celu zacho¬ wania dostatecznej sprawnosci hydraulicz¬ nej musza one wirowac z szybkoscia od 3000 do 5000 obrotów na minute. Natomiast wymagana ilosc obrotów narzedzia wiert¬ niczego podczas wiercenia wynosi 50 do 150 obrotów na minute. Dotychczas próbo¬ wano stosowac naped plynem do obroto¬ wych narzedzi wiertniczych tylko w wa¬ runkach, uwzgledniajacych konieczna ze wzgledów hydraulicznych bardzo duza ilosc obrotów turbiny.Tego rodzaju naped przy pomocy turbin o duzej ilosci obrotów posiada te niedo¬ godnosc, ze albo nalezy stosowac przeklad¬ nie, która, jak wiadomo, podlega predkiemuzuzyciu, albo nalezy narzedzie wiertnicze napedzac z wielka iloscia obrotów. W ostat¬ nim przypadku*ndrzed?ie zbyt szybko zu¬ zywa sie, przez co tego rodzaju naped nie posiada technicznych korzysci.Naped zapomoca turbiny tego rodzaju narzedzi wiertniczych stanowil tedy za¬ gadnienie, którego dotychczas w korzystny sposób nie rozwiazano. Chodzi tu mianowi¬ cie o uzyskanie mozliwie wielkiej sprawno- sci turbiny przy bardzo malej jej srednicy i nieduzej ilosci obrotów. Wiadomo, ze z powodu malej srednicy i malej ilosci obro¬ tów szybkosc obwodowa lopatek turbiny musi byc bardzo mala. Z drugiej znów stro¬ ny przy malej srednicy turbiny wynika, ze ilosc przeplywajacej wody na sekunde mu¬ si byc równiez bardzo mala. Aby w tych warunkach, pomimo takich ograniczen, uzy¬ skac dostatecznie wielka sprawnosc, nale¬ zy odpowiednio zwiekszyc cisnienie wody napedzajacej. Wysokie cisnienie wymaga, jak wiadomo z ogólnie znanych zasad te- orji dzialania turbin, wielkiej szybkosci ob¬ wodowej lopatek turbiny. W turbinach o budowie, umozliwiajacej najmniejsza szyb¬ kosc obwodowa, mianowicie w turbinach odrzutowych o strumieniu swobodnym, szybkosc obwodowa wynosi jednak co naj¬ mniej polowe bezwzglednej szybkosci wo- dy.Zmniejszenie szybkosci obwodowej tur¬ biny mozna uzyskac przez jej podzial na pare stopni, W warunkach wiercenia otwo¬ rów wiertniczych obliczona ilosc stopni jest tak wielka (1000 do 5000), ze w praktyce takiej konstrukcji nie moznaby bylo wyko¬ nac.Do uzyskania tego celu nalezalo tedy oprzec sie o turbiny zasadniczo odmiennej budowy. Rozwiazanie zagadnienia polega na tern, ze szybkosc przeplywu w kanalach turbiny jest znacznie wieksza od szybko¬ sci obwodowej lopatek. Tylko w tych wa¬ runkach woda nadaje dostatecznie wielki moment obrotowy turbinie, która nawet przy tak malej ilosci obrotów posiada wy¬ magana sprawnosc.Ulozenie lopatek turbiny wedlug wyna¬ lazku przypomina parowa turbine strumie¬ niowa, w której w pierwszym przewodzie calkowite cisnienie przemienia sie w szyb¬ kosc, która zostaje wykorzystana w pierw¬ szym rzedzie zapomoca pierscieni wodza¬ cych i wirujacych do oddania energji kine¬ tycznej turbinie.Turbina wedlug wynalazku jest co- prawda parostopniowa, lecz ilosc stopni jest o wiele mniejsza, niz w zwyklych tur¬ binach wodnych.Wielka szybkosc przeplywu wody w turbinie powoduje oczywiscie wieksza stra¬ te u wylotu, niz to ma miejsce wedlug obli¬ czen zwyklej teorji turbin, która usiluje jak najbardziej zmniejszyc te wlasnie stra¬ ty. Jednakze straty te nie sa wazne, ponie¬ waz w ten sposób mozna zbudowac turbine, która przy dostatecznej sprawnosci obraca sie tak wolno, iz mozna ja bezposrednio sprzegac z przyrzadami wiertniczemi. E- nergja plynu u wylotu * turbiny nie ginie zreszta, gdyz mozna ja uzyc do splókiwa- nia otworu wiertniczego, do czego wlasnie stosuje sie strumienie wody o duzej szyb¬ kosci.Wedlug wynalazku podziemny naped obrotowego narzedzia wiertniczego polega na tern, ze z narzedziem sprzega sie bezpo¬ srednio (a wiec bez zastosowania prze¬ kladni) wolno obracajaca sie turbine, w której woda przeplywa z szybkoscia, wie¬ lokrotnie przewyzszajaca szybkosc obwo¬ dowa lopatek turbiny, przyczem przepu¬ szcza sie wode wewnatrz ukladu pierscieni kierowniczych i wienców, lopatek.Szybkosc przeplywu wody winna byc przytern 10 do 100 razy wieksza od szybko¬ sci obwodowej lopatek turbiny.Dzieki wielkiej szybkosci przeplywu wewnatrz turbiny zapobiega sie jednocze¬ snie zanieczyszczaniu jej wnetrza, w razie uzywania metnej wody. — 2 —Woda nastepnie jest uzyta do splóki- wania otworu wiertniczego; w tym celu sil¬ nym strumieniem, opuszczajacym turbine, splókuje sie spód otworu wiertniczego, co znacznie polepsza wynik wiercenia.Wedlug wynalazku nalezy zastosowac turbine o wielkim momencie obrotu, ko¬ niecznym przy wierceniu skal do uzyskania pozadanej sprawnosci. Wielki moment obro¬ tu moze wytwarzac turbina tylko wtedy, gdy przy pomocy odpowiednich przyrza¬ dów do lopatek doprowadza sie wode z du¬ za szybkoscia i mozliwie w kierunku wy¬ twarzanej sily, to jest w kierunku obwodu, a nastepnie usuwa ja po zmianie kierunku o 180° równiez prawie w kierunku obwodu.Regulowanie nacisku dlóta wiertniczego z powierzchni ziemi w znanych dotychczas narzedziach sprawia wielkie trudnosci.Próbowano przy pomocy mechanicznie re¬ gulowanego przyrzadu uzyskiwac okreslo¬ ny nacisk w zaleznosci od ilosci obrotów dlóta. Wedlug wynalazku reguluje sie ten nacisk dlóta przy pomocy cisnienia wody, która powoduje powstanie osiowych sil, dzialajacych na wirnik turbiny, wzglednie na dlóto wiertnicze. Tego rodzaju urzadze¬ nia do wytwarzania takich sil osiowych sa znane jako srodki, wyrównywajace skok w pompach obrotowych lub turbinach, jednak w danym przypadku nie chodzi tylko o re¬ gulowanie osiowego skoku turbiny, lecz przedewszystkiem o regulowanie nacisku dlóta. Osiowy skok turbiny mozna oczywi¬ scie zastosowac do wytwarzania mniejsze¬ go lub wiekszego nacisku dlóta, jednak o- stateczna wielkosc tego nacisku nalezy zwykle regulowac przy pomocy dodatko¬ wych przyrzadów, które wytwarzaja hy¬ draulicznie sily osiowe. Przy takiem wyko¬ rzystaniu cisnienia wody do wytwarzania okreslonej sily, dociskajacej dlóto wiertni¬ cze do spodu otworu wiertniczego, nalezy zastosowac odrebny przyrzad rozrzadczy do regulowania tej dodatkowej sily osio¬ wej. Do tego celu moze np. sluzyc zwykly regulator wirowy, który reguluje doplyw wody do okreslonych czesci urzadzenia w celu hydraulicznego wytwarzania osiowych sil w zaleznosci od ilosci obrotów dlóta wiertniczego.W praktyce nalezy liczyc sie z tern, ze obrotowe dlóto wiertnicze moze sie silnie wkrecic w skaly i zaciac. W takim razie na¬ lezy zmienic kierunek obrotu dlóta i uniesc je. Niniejszy wynalazek posiada do tego celu przyrzad rozrzadczy, przy pomocy którego zamyka sie doplyw wody do turbi¬ ny, a jednoczesnie otwiera otwór przeply¬ wowy z zewnatrz lopatek turbiny. W ten sposób caly strumien wody, nieoslabiony zapomoca lopatek turbiny, doplywa z wiel¬ ka sila do spodu otworu wiertniczego, przez co mozna z latwoscia uwolnic slabo zacisniete unieruchomione dlóto wiertnicze.Skoro jednak dlóto zacielo sie bardzo moc¬ no, wówczas samo zatrzymanie turbiny nie wystarcza, lecz nalezy ja obracac w kie¬ runku odwrotnym do poprzedniego. Do tego celu sluzy druga turbina, do której dopro¬ wadza sie strumien wody po zamknieciu doplywu do turbiny napedzajacej. Te dru¬ ga turbine umieszcza sie naogól w dowol- nem polozeniu nad, pod lub w polaczeniu z turbina napedzajaca. Najkorzystniej jest jednak umiescic te druga turbine wewnatrz wirnika turbiny napedzajacej, gdyz w tym przypadku calosc posiada najmniejsza dlu¬ gosc.Przestawianie strumienia wody w celu uruchomienia turbiny napedzajacej moze sie odbywac z powierzchni ziemi przy po¬ mocy osobnych przyrzadów. Najkorzystniej do tego celu stosuje sie rure, doprowadza¬ jaca (wzglednie odprowadzajaca) wode w taki sposób, ze przez uniesienie rury uru¬ chomia sie przyrzad rozrzadczy przy po¬ mocy np. kciuka. Jednoczesnie powoduje sie pozadane podniesienie calego narzedzia wiertniczego.Na rysunku uwidoczniony jest przyklad turbiny podziemnej wedlug wynalazku. — 3 -Rura 1, opuszczona do otworu wiertnicze¬ go, doprowadza wode do turbiny napedza¬ jacej 2, obracajacej narzedzie wiertnicze 3.Rura 1, doprowadzajaca wode, jest pola¬ czona z turbina przy pomocy teleskopowej rury 4, wsuwanej w rure 1. Obie rury sa za¬ opatrzone w pierscieniowe zgrubienia, któ¬ re zapobiegaja wysuwaniu sie rury 4 oraz zapewniaja jej przesuw osiowy. Woda z otworu 5 doplywa do pierwszego pierscie¬ nia kierowniczego turbiny, opuszcza go w miejscu 6, w którem woda posiada stosun¬ kowo bardzo duza szybkosc, np. 30-krotnie wieksza od szybkosci obrotowej lopatek 7 turbiny. Z lopatek 7 woda plynie z wielka szybkoscia do drugiego pierscienia kierow¬ niczego 8 oraz do drugiego wienca lopatek 9. W ten sposób woda przeplywa kilka pierscieni kierowniczych i kilka wienców lopatek.Woda opuszcza turbine w miejscu 10.Nastepnie woda dostaje sie szczelinami 11 do wnetrza wirnika, skad rurowym laczni¬ kiem 12 plynie do narzedzia wiertniczego.Narzedzie wiertnicze jest polaczone z ruro¬ wym lacznikiem 12 przy pomocy np. gwin¬ tu, dzieki czemu wirnik turbiny i narzedzie stanowia jedna calosc wirujaca.Dzieki malej ilosci obrotów tych wirni¬ ków mozna je osadzac w pewnych i wzgled¬ nie prostych lozyskach. W górnym koncu turbiny wirnik obraca sie w lozysku kulko- wem 13 stale oplókiwanem woda, doplywa¬ jaca szczelina 14. Oplókujaca woda wply¬ wa otworem 15 do wirnika turbiny. W po¬ dobny sposób oplókuje sie dolne lozysko kulkowe, umieszczone dookola rurowego lacznika 12. W tern miejscu woda plynie szczelinami 16 i 17 do lozyska, poczem wy¬ plywa nazewnatrz narzedzia wiertniczego.Otwór 15 i scianka 18 stanowia hydrau¬ licznie poruszany uklad, wywierajacy osio¬ wy nacisk na narzedzie wiertnicze, a mia¬ nowicie w celu zwiekszenia nacisku dlóta.Cisnienie wody nad scianka 18 jest wieksze od cisnienia wewnatrz wirnika, gdyz woda przed turbina posiada wieksze cisnienie niz po dokonanej pracy. Otwór 15, którym wo¬ da plynie z komory przed turbina do wne¬ trza wirnika, w mniejszym lub wiekszym stopniu wyrównywa te cisnienia i dzieki temu moze sluzyc do regulowania tych hy¬ draulicznych i osiowych nacisków. PL