WO1999024717A1 - Antriebskopf für ein drehantreibbares gestänge, insbes. zum antreiben einer bohrlochpumpe - Google Patents

Antriebskopf für ein drehantreibbares gestänge, insbes. zum antreiben einer bohrlochpumpe Download PDF

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WO1999024717A1
WO1999024717A1 PCT/EP1998/006917 EP9806917W WO9924717A1 WO 1999024717 A1 WO1999024717 A1 WO 1999024717A1 EP 9806917 W EP9806917 W EP 9806917W WO 9924717 A1 WO9924717 A1 WO 9924717A1
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PCT/EP1998/006917
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Günther Hantschk
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Netzsch-Mohnopumpen Gmbh
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    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/28—Safety arrangements; Monitoring
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2270/70—Safety, emergency conditions or requirements
    • F04C2270/72—Safety, emergency conditions or requirements preventing reverse rotation

Definitions

  • Drive head for a rotationally drivable linkage, in particular for driving a borehole pump
  • the invention relates to a drive head according to the preamble of claim 1.
  • any load with a torque to be transmitted by the rod results in the rod twisting elastically and thus in elastic deformation work stores, which can suddenly be released when the load stops with the torque.
  • This deformation work which can also be referred to as twisting energy, depends on the torque applied and the length of the boom.
  • the torque is transmitted, for example, from an electric motor to the sleeve via a transmission with a reduction ratio of 4: 1 and from there via the linkage, which may be more than a thousand meters long, to a pump rotor connected to its lower end.
  • the twisting of the linkage from the sleeve to the lower end can amount to 100 or more revolutions. If the motor is now switched off or if it fails due to a defect, care must be taken to ensure that the twisting energy stored in the linkage is not suddenly released. This necessary precaution has resulted in generic drive heads being equipped with a continuously operating return brake in the form of a fluid brake.
  • the recoil brake comprises a hydraulic circuit ⁇ running on with a pump and a throttle point.
  • the pump has a rotor, which is connected via a directional lock to the sleeve in a torque-transmitting manner only in the event of a return, via which the rod is driven in normal operation.
  • Another known drive head of the type mentioned (DE 196 28 950 AI) has a hydrodynamic retarder with a rotor blade wheel and a stator blade ⁇ wheel as a return brake, which together form a toroidal working space which is always filled with fluid during operation.
  • the rotor blade wheel is at least indirectly ⁇ with a Antriebsma ⁇ machine for the linkage in constant drive connection.
  • the blading of the rotor and stator impeller is designed so inclined with respect to a parting plane between these two impellers that due to the direction of the blades, when the linkage is driven by the drive machine, the rotor impeller rotates essentially in freewheeling mode, on the other hand in the event of an interruption of the power flow from the drive ⁇ machine, strands on the occurrence of restoring moments on Bohrlochge-, a braking torque between rotor blade wheel and stator blade wheel ⁇ is generated.
  • Another known drive head for a rotatably drivable borehole linkage (GB 2299849 A) as the reverse brake just ⁇ if a hydrodynamic retarder with a rotor blade wheel and a stator blade wheel ⁇ ; the rotor blade wheel is connected by a mechanical directional lock to a sleeve enclosing the linkage in such a way that the rotor blade wheel is driven only when it returns.
  • Ener ⁇ known are also Viskobremsen (DE 39 09 231 AI); Such brakes, however, have so far not been proposed as return brakes for drivable rods, in particular borehole rods. All fluid brakes have in common that their braking effect is more or less temperature-dependent. This can lead to problems when using a fluid brake as a return brake for a borehole linkage, since drive heads for borehole linkages are often used at extreme temperatures and in some places of extremely large differences between day and night temperatures.
  • the temperature dependency of the fluids commonly used for fluid brakes can lead to the fact that, for example, a fluid suitable for average or high temperatures becomes so tough at low temperatures that the reverse brake is unable to largely dissipate the twisting energy stored in a borehole linkage so that the drive head is safe can be worked.
  • the invention is therefore based on the object of equipping a drive head for a rotationally drivable linkage, in particular for driving a borehole pump, with a return brake which can be used to safely check whether the twisting energy has essentially been reduced.
  • Fig.l a drive head according to the invention in a vertical axial section; 2 shows an enlarged detail from Fig.l; 3 shows a first modification of FIG. 2; Fig.4 shows a second modification of Fig.2.
  • the drive head shown in Fig.l serves to rotate a vertical rod 10, which extends from the earth's surface into a borehole and is connected at its lower end with a pump rotor, not shown, for example a helical rotor of an eccentric screw pump.
  • the housing 12 encloses a gear chamber 14, a substantially horizontal intermediate wall 16, which separates the gear chamber 14 from a sealing chamber 18 arranged below it, and a locking and braking chamber 20, which is also arranged under the gear chamber 14 and from which is located laterally next to it Sealing chamber 18 is separated by a vertical partition 22.
  • a lower passage 24 and an upper passage 26 are formed vertically one above the other in the housing, through which the linkage 10 can be lowered and raised.
  • the gear chamber 14 and the locking and brake chamber 20 are constantly connected to one another by an oil passage 28 and are essentially filled with gear oil.
  • the sealing chamber 18 contains a barrier fluid, the level of which can be monitored by a monitoring device, not shown, for example a sight glass or a sensor.
  • a sleeve 30 extends vertically downwards into the gear chamber 14 and further through the horizontal intermediate wall 16 into the sealing chamber 18.
  • the sleeve 30 is in the intermediate wall 16 by means of a lower radial bearing 32 and immediately above an axial bearing 34 and is also mounted in the upper passage 26 of the housing 12 by means of an upper radial bearing 36.
  • the sleeve 30 is connected to the linkage 10 in a torque-transmitting manner by a coupling 40 of a conventional type.
  • the clutch 40 is releasable to raise or lower the linkage 10.
  • a lower end region of the sleeve 30 is enclosed by a cup-shaped insert 42, which is inserted through the lower passage 24 into the housing 12 and is screwed and sealed thereon.
  • the insert 42 is sealed by a lower mechanical seal 44 enclosed by it.
  • an upper mechanical seal 46 is arranged, which seals the sleeve 30 against the horizontal intermediate wall 16.
  • a countershaft 48 is arranged as part of a transmission 50, via which the sleeve 30, and thus the linkage 10, can be driven by a motor, not shown, for example an electric motor, which is arranged outside the housing 12.
  • the countershaft 48 is mounted in the housing 12 by means of a lower bearing 52 and an upper bearing 54 and, between these two bearings, has a pinion 56 attached to it or, as shown, integrally formed with it, which is in constant engagement with the gear 38 .
  • the countershaft 48 has a shaft journal 58 which extends downward beyond the lower bearing 52 and carries a directional lock 60.
  • the directional lock 60 includes two bearings 62 arranged on the shaft journal 58 at an axial distance from one another, between which an inner liner 64 connected to the shaft journal 58 for common rotation is arranged.
  • the inner liner 64 is enclosed at a radial distance from an outer liner 66 which is mounted on the two bearings 62.
  • the two liners 64 and 66 are arranged coaxially with the countershaft 48 and delimit an annular space which contains clamping rollers 68 which are dependent on the direction of rotation.
  • the directional lock 60 designed in this way acts in the operating direction of rotation of the countershaft 48 as a freewheel, but locks and drives a brake shaft 72 belonging to a reverse brake 70 when the countershaft 48 is driven in the opposite direction.
  • the brake shaft 72 is flanged to the outer liner 66 and carries a rotor 74 which is connected to the brake shaft 72 for common rotation, for example by a multi-groove profile, and is enclosed by a stator 76.
  • the return brake 70 is a converted viscous coupling, as is usually used in drive trains of motor vehicles with four-wheel drive.
  • the conversion measure can be limited to the fact that the coupling part of a commercially available viscous coupling provided according to the invention as the stator 76 is provided with a flange 78 which is arranged coaxially with the brake shaft 72 and which is screwed onto the stator 76 in the example shown.
  • the stator 76 is centered in a bearing 80 with respect to the brake shaft 72 and rotatably held together with the brake shaft 72 after a lock 82 has been released.
  • the latch 82 has the task of normally holding the stator 76 against rotation, ie rigidly connecting it to the housing 12 together with the bearing 80.
  • the latch 82 has a bolt 84 which is guided in a radially displaceable manner in the housing 12 and normally engages or engages in a seat 86 assigned to the stator 76. 1 and 2, the seat 86 is a radial bore in the flange 78.
  • the bolt 84 could, however, also be guided in a bore of the housing 12 parallel to the brake shaft 72 and accordingly in an axially parallel bore or another seat 86 in the flange 78 or intervene in the stator 76 itself.
  • the bolt 84 extends through the housing 12 and has a head 88 on the outside thereof.
  • a spring 90 is arranged between the housing 12 and the head 88, by means of which the bolt 84 is biased towards the outside in the sense of an unlocking. An unintentional release of the lock 82 is precluded by any safety measure that is in principle arbitrary.
  • a cover 92 in the form of a bracket is provided for this purpose attached with screws 94 to the housing 12 and with a seal
  • a switch 98 is attached to the cover 97, which releases energy for supplying the aforementioned motor, not shown, only when the latch 84 and the cover 92 assume their normal position as shown, that is to say the lock 82 is effectively and verifiably secured.
  • Stator 76 against the shear resistance of the fluid contained in the return brake 70 is rotated somewhat further than has already been done.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 differs from that shown in FIGS. 1 and 2 essentially in that the return brake 70 is a hydrodynamic brake.
  • the flange 78 for the bearing 80 and the seat 86 for the bolt 84 are formed directly on the stator 76.
  • the recoil brake door panels 70 forming Viskobremse in a conventional manner with the rotor disks 100 and Sta ⁇ 102 of a customary at Viskobremsen type out ⁇ is equipped, in accordance with Figure 3 the rotor blades 104 and stator ⁇ shovel 106 at of provided art hydrodynamic retarders customary construction ⁇ .
  • FIG. 4 does not differ from FIG. 3. According to FIG. 4, however, several, for example six, radial cylinders 108 are incorporated into the rotor 74 at equal angular intervals, each of which contains a piston 110. Each piston 110 is biased radially outwards by a spring 112 and is supported by a sliding body 114 on an annular-oval raceway 116 belonging to the stator 76, so that each piston ⁇ ben 110 with every full rotation of the rotor 74 and executing outgoing movement. In addition to the rotor 74, a control body 118 which is resiliently biased axially toward it is arranged and is secured against rotation on the stator 76.
  • a throttle point 120 which belongs to a hydraulic circuit, is arranged radially outside of the control body 118.
  • This circuit also includes an inlet duct 122, which leads from the locking and brake chamber 20 through the stator 76 and the control body 118 to the cylinder 108, and an outlet duct 124, which leads from the cylinder 108 through the control body 118 and the stator 76 to the throttle point 120 leads.
  • an inlet duct 122 which leads from the locking and brake chamber 20 through the stator 76 and the control body 118 to the cylinder 108
  • an outlet duct 124 which leads from the cylinder 108 through the control body 118 and the stator 76 to the throttle point 120 leads.
  • the directional lock 60 and the reverse brake 70 are installed in the housing 12 from below through an opening closed with a cover 126. Also flanged to the underside of the housing 12 is an adapter 128 coaxial with the linkage 10, which carries the entire drive head and secures it against rotation.
  • Sleeve 90 spring lower radial bearing 92 cover
  • Thrust bearing 94 screws upper radial bearing 96 seal
  • Inner liner 124 outlet channel outer liner 126 cover

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Abstract

In einem Gehäuse (12), das Durchlässe (24, 26) für das Gestänge (10) aufweist, ist eine drehantreibbare Hülse (30) gelagert, die einen Abschnitt des Gestänges (10) umschließt und durch eine Kupplung (40) mit dem Gestänge (10) verbunden ist. Zum kontrollierten Abbau von im Gestänge (10) gespeicherter Verdrillungsenergie ist eine Rücklaufbremse (70) vorgesehen, die einen über die Hülse (30) antreibbaren Rotor (74) und einen am Gehäuse (12) abgestützten Stator (76) aufweist. Der Stator (76) ist am Drehen gegenüber dem Gehäuse (12) durch eine Verriegelung (82) gehindert, die nur lösbar ist, wenn das Gestänge (10) im wesentlichen frei von Verdrillungsenergie ist. Somit läßt sich gefahrlos prüfen, ob die Verdrillungsenergie im wesentlichen abgebaut ist.

Description

Antriebskopf für ein drehantreibbares Gestänge, insbes. zum Antreiben einer Bohrlochpumpe
Die Erfindung betrifft einen Antriebskopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einem Gestänge, das eine im Verhältnis zu seinem Durchmesser erhebliche Länge aufweist, wie dies typischerweise bei einem Bohrlochgestänge der Fall ist, hat jede Belastung mit einem von dem Gestänge zu übertragenden Drehmoment die Folge, daß das Gestänge sich elastisch verdrillt und somit elastische Formänderungsarbeit in sich speichert, die plötzlich freiwerden kann, wenn die Belastung mit dem Drehmoment aufhört. Diese Formänderungsarbeit, die auch als Verdrillungsenergie bezeichnet werden kann, ist abhängig von dem eingeleiteten Drehmoment und der Länge des Gestänges. Bei einem Antriebskopf der genannten Gattung wird das Drehmoment beispielsweise von einem Elektromotor über ein Getriebe mit Untersetzungsverhältnis 4 : 1 auf die Hülse übertragen und von dort über das möglicherweise mehr als eintausend Meter lange Gestänge zu einem mit dessen unterem Ende verbundenen Pumpenrotor weitergeleitet. Bei einer Belastung des Gestänges mit dem größten zulässigen Drehmoment kann es vorkommen, daß die Verdrillung des Gestänges von der Hülse bis zum unteren Ende 100 oder mehr Umdrehungen ausmacht. ird nun der Motor abgeschaltet, oder fällt er wegen eines Defekts aus, so muß dafür gesorgt werden, daß die im Gestänge gespeicherte Verdrillungsenergie nicht schlagartig freiwird. Diese nötige Vorsorge hat dazu geführt, daß gattungsgemäße Antriebsköpfe mit einer ständig betriebsbereiten Rücklaufbremse in Form einer Fluidbremse ausgestattet sind. Bei einem bekannten Antriebskopf der genannten Gattung (DE 196 16 578 Cl) weist die Rücklaufbremse einen hydraulischen Kreis¬ lauf mit einer Pumpe und einer Drosselstelle auf. Die Pumpe hat einen Rotor, der über ein Richtungsgesperre nur bei Rücklauf drehmomentübertragend mit der Hülse verbunden ist, über die das Gestänge im normalen Betrieb angetrieben wird.
Ein anderer bekannter Antriebskopf der genannten Gattung (DE 196 28 950 AI) hat als Rücklaufbremse einen hydrodynamischen Retarder mit einem Rotorschaufelrad und einem Statorschaufel¬ rad, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, welcher bei Betrieb stets mit Fluid gefüllt ist. Das Rotor¬ schaufelrad steht wenigstens mittelbar mit einer Antriebsma¬ schine für das Gestänge in ständiger Triebverbindung. Die Beschaufelung von Rotor- und Statorschaufelrad ist derart geneigt gegenüber einer Trennebene zwischen diesen beiden Schaufelrädern ausgeführt, daß aufgrund der Schaufelrichtung bei von der Antriebsmaschine angetriebenem Gestänge das Ro- torschaufelrad im wesentlichen im Freilauf rotiert, hingegen im Fall der Unterbrechung des Kraftflusses von der Antriebs¬ maschine, beim Auftreten von Rückstellmomenten am Bohrlochge- stänge, ein Bremsmoment zwischen Rotorschaufelrad und Stator¬ schaufelrad erzeugt wird.
Ein anderer bekannter Antriebskopf für ein drehantreibbares Bohrlochgestänge (GB 2 299 849 A) hat als Rücklaufbremse eben¬ falls einen hydrodynamischen Retarder mit einem Rotorschaufel¬ rad und einem Statorschaufelrad; dabei ist das Rotorschaufelrad durch ein mechanisches Richtungsgesperre mit einer das Gestänge umschließenden Hülse derart verbunden, daß das Rotorschaufelrad nur bei Rücklauf angetrieben wird.
Zum schnellen Abbremsen von Massen mit hoher kinetischer Ener¬ gie eignen sich bekanntermaßen auch Viskobremsen (DE 39 09 231 AI) ; solche Bremsen sind allerdings, soweit ersichtlich, bisher als Rücklaufbremsen für drehantreibbare Gestänge, insbesondere Bohrlochgestänge, bisher nicht vorgeschlagen worden. Allen Fluidbremsen ist gemeinsam, daß ihre Bremswirkung mehr oder weniger temperaturabhängig ist. Dies kann bei Verwendung einer Fluidbremse als Rücklaufbremse für ein Bohrlochgestänge zu Problemen führen, da Antriebsköpfe für Bohrlochgestänge häufig bei extremen Temperaturen und bei an manchen Einsatzorten außerordentlich großen Unterschieden zwischen Tag- und Nachttemperatur eingesetzt werden. Dabei kann die Temperaturabhängigkeit der für Fluidbremsen üblicherweise verwendeten Fluide dazu führen, daß z.B. ein für durchschnittliche oder hohe Temperaturen geeignetes Fluid bei niedrigen Temperaturen derart zäh wird, daß die Rücklaufbremse nicht imstande ist, in einem Bohrlochgestänge gespeicherte Verdrillungsenergie so weitgehend abzubauen, daß am Antriebskopf gefahrlos gearbeitet werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen An- triebskopf für ein drehantreibbares Gestänge, insbesondere zum Antreiben einer Bohrlochpumpe, mit einer Rücklaufbremse auszustatten, an der sich gefahrlos prüfen läßt, ob die Verdrillungsenergie im wesentlichen abgebaut worden ist.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:
Fig.l einen erfindungsgemäßen Antriebskopf in einem senkrechten axialen Schnitt; Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.l; Fig.3 eine erste Abwandlung von Fig.2; Fig.4 eine zweite Abwandlung von Fig.2. Der in Fig.l dargestellte Antriebskopf dient zum Drehen eines senkrechten Gestänges 10, das sich von der Erdoberfläche aus in ein Bohrloch erstreckt und an seinem unteren Ende mit einem nicht dargestellten Pumpenrotor, beispielsweise einem wendeiförmigen Rotor einer Exzenterschneckenpumpe, verbunden ist. Das Gehäuse 12 umschließt eine Getriebekammer 14, eine im wesentlichen waagerechte Zwischenwand 16, welche die Getriebekammer 14 von einer unter ihr angeordneten Dichtungskammer 18 trennt, sowie eine Gesperre- und Bremsenkammer 20, die ebenfalls unter der Getriebekammer 14 angeordnet und von der seitlich neben ihr liegenden Dichtungskammer 18 durch eine senkrechte Zwischenwand 22 getrennt ist. Im Gehäuse sind senkrecht übereinander ein unterer Durchlaß 24 und einer oberer Durchlaß 26 ausgebildet, durch die hindurch das Gestänge 10 abgesenkt und angehoben werden kann. Die Getriebekammer 14 und die Gesperre- und Bremsenkammer 20 sind durch einen Öldurchlaß 28 ständig miteinander verbunden und im wesentlichen mit Getriebeöl gefüllt. Die Dichtungskammer 18 enthält ein Sperrfluid, dessen Niveau durch eine nicht dargestellte Überwachungseinrichtung, beispielsweise ein Schauglas oder einen Sensor, überwacht werden kann.
Durch den oberen Durchlaß 26 ersteckt sich von oben her eine Hülse 30 senkrecht nach unten in die Getriebekammer 14 und weiter durch die waagerechte Zwischenwand 16 hindurch in die Dichtungskammer 18. Die Hülse 30 ist in der Zwischenwand 16 mittels eines unteren Radiallagers 32 und unmittelbar darüber mittels eines Axiallagers 34 gelagert und ist ferner im oberen Durchlaß 26 des Gehäuses 12 mittels eines oberen Radiallagers 36 gelagert. Oberhalb des Gehäuses 12 ist die Hülse 30 durch eine Kupplung 40 üblicher Bauart drehmomentübertragend mit dem Gestänge 10 verbunden. Die Kupplung 40 ist lösbar, um das Gestänge 10 zu heben oder zu senken. Ein unterer Endbereich der Hülse 30 ist von einem topfförmigen Einsatz 42 umschlossen, der durch den unteren Durchlaß 24 in das Gehäuse 12 eingesetzt und an diesem festgeschraubt sowie abgedichtet ist. Gegen die Hülse 30 ist der Einsatz 42 durch eine von ihm umschlossene untere Gleitringdichtung 44 abgedichtet. In einem Abstand oberhalb davon ist eine obere Gleitringdichtung 46 angeordnet, welche die Hülse 30 gegen die waagerechte Zwischenwand 16 abdichtet.
In einem Abstand parallel zur Hülse 30 ist eine Vorgelegewelle 48 als Bestandteil eines Getriebes 50 angeordnet, über das die Hülse 30, und somit das Gestänge 10, von einem außerhalb des Gehäuses 12 angeordneten, nicht dargestellten Motor, beispielsweise Elektromotor, antreibbar ist. Die Vorgelegewelle 48 ist im Gehäuse 12 mittels eines unteren Lagers 52 und eines oberen Lagers 54 gelagert und weist zwischen diesen beiden Lagern ein an ihr befestigtes oder, wie dargestellt, mit ihr einstückig ausgebildetes Ritzel 56 auf, das mit dem Zahnrad 38 in ständigem Eingriff steht. Die Vorgelegewelle 48 hat einen Wellenzapfen 58, der sich über das untere Lager 52 hinaus nach unten erstreckt und ein Richtungsgesperre 60 trägt.
Zum Richtungsgesperre 60 gehören zwei auf dem Wellenzapfen 58 in axialem Abstand voneinander angeordnete Lager 62, zwischen denen eine mit dem Wellenzapfen 58 zu gemeinsamer Drehung verbundene innere Laufbüchse 64 angeordnet ist. Die innere Lauf- büchse 64 ist in einem radialen Abstand von einer äußeren Laufbüchse 66 umschlossen, die auf den beiden Lagern 62 gelagert ist. Die beiden Laufbüchsen 64 und 66 sind mit der Vorgelegewelle 48 gleichachsig angeordnet und begrenzen einen Ringraum, der drehrichtungsabhängige Klemmrollen 68 enthält. Das so gestaltete Richtungsgesperre 60 wirkt in Betriebsdrehrichtung der Vorgelegewelle 48 als Freilauf, sperrt jedoch und treibt eine zu einer Rücklaufbremse 70 gehörige Bremswelle 72, wenn die Vorgelegewelle 48 in entgegengesetzter Richtung angetrieben wird. Die Bremswelle 72 ist an die äußere Laufbüchse 66 angeflanscht und trägt einen Rotor 74, der mit der Bremswelle 72 zu gemeinsamer Drehung verbunden ist, beispielsweise durch ein Vielnutprofil, und von einem Stator 76 umschlossen ist. Bei dem in Fig.l und 2 dargestellten Antriebskopf ist die Rücklaufbremse 70 eine umgebaute Viskokupplung, wie sie üblicherweise in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen mit Vierradantrieb verwendet wird. Die Umbaumaßnahme kann sich, wie dargestellt, darauf beschränken, daß der erfindungsgemäß als Stator 76 vorgesehene Kupplungsteil einer handelsüblichen Viskokupplung mit einem zur Bremswelle 72 gleichachsig angeordneten Flansch 78 versehen ist, der im dargestellten Beispiel an den Stator 76 angeschraubt ist. Mittels dieses Flansches 78 ist der Stator 76 in einer Lagerung 80 in bezug auf die Bremswelle 72 zentriert und nach Lösen einer Verriegelung 82 gemeinsam mit der Bremswelle 72 drehbar gehalten.
Die Verriegelung 82 hat die Aufgabe, den Stator 76 normalerweise gegen Drehen festzuhalten, ihn also gemeinsam mit der Lagerung 80 starr mit dem Gehäuse 12 zu verbinden. In allen dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Verriegelung 82 einen Riegel 84 auf, der im Gehäuse 12 radial verschiebbar geführt ist und normalerweise an einem dem Stator 76 zugeordneten Sitz 86 angreift oder in diesen eingreift. Gemäß Fig.l und 2 ist der Sitz 86 eine radiale Bohrung im Flansch 78. Der Riegel 84 könnte jedoch auch in einer zur Bremswelle 72 parallelen Bohrung des Gehäuses 12 geführt sein und dementsprechend in eine achsparallele Bohrung oder einen sonstigen Sitz 86 im Flansch 78 oder im Stator 76 selbst eingreifen.
In sämtlichen dargestellten Beispielen erstreckt sich der Riegel 84 durch das Gehäuse 12 hindurch und weist an dessen Außenseite einen Kopf 88 auf. Zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kopf 88 ist eine Feder 90 angeordnet, durch die der Riegel 84 nach außen, im Sinne einer Entriegelung, vorgespannt ist. Ein unbeabsichtigtes Lösen der Verriegelung 82 wird mit einer im Prinzip beliebigen Sicherheitsmaßnahme ausgeschlossen. In sämtlichen dargestellten Ausführungsbeispielen ist zu diesem Zweck eine Abdeckung 92 in Form eines Bügels vorgesehen, der mit Schrauben 94 am Gehäuse 12 befestigt und mit einer Plombe
96 nachprüfbar gesichert ist. An der Abdeckung 97 ist ein Schalter 98 befestigt, der Energie zur Versorgung des erwähnten, nicht dargestellten Motors nur dann freigibt, wenn der Riegel 84 und die Abdeckung 92 ihre abgebildete Normalstellung einnehmen, die Verriegelung 82 also wirksam und nachprüfbar gesichert ist.
In diesem wirksamen Zustand der Verriegelung 82 kann im Gestänge 10 gespeicherte Verdrillungsenergie nur dadurch abgebaut werden, daß sich der Rotor 74, von der Bremswelle 72 angetrieben, gegenüber dem Stator 76 dreht. Diese Drehung kann von außen wahrnehmbar gemacht werden, z.B. dadurch, daß das Gehäuse 12 ein Schauglas aufweist, durch das sich der Rotor 74 beobachten läßt.
Wenn im Gestänge 10 enthaltene Verdrillungsenergie im wesentlichen abgebaut worden und demzufolge die Drehung des Rotors 74 zum Stillstand gekommen oder auf eine nicht mehr gut wahrnehmbare Drehgeschwindigkeit abgesunken ist, dann kann man durch Abnehmen der Abdeckung 92 risikolos prüfen, ob im Gestänge 10 etwa doch noch ein nennenswerter Rest Verdrillungsenergie gespeichert ist. Wenn nämlich nach Entfernen der Abdeckung 92 die Vorspannung der Feder 90 genügt, um den Riegel 84 von seinem Sitz 86 zu lösen, so ist dies ein Zeichen dafür, daß das von der Bremswelle 72 über den Rotor 74 auf den Stator 76 einwirkende Drehmoment so gering geworden ist, daß die ihm entsprechende, vom Sitz 86 auf den Riegel 84 übertragene Tangentialkraft nicht mehr imstande ist, ausreichend Reibung zu erzeugen, um den Riegel 84 gegen die Vorspannung der Feder 90 festzuhalten. Löst sich die Verriegelung 82 hingegen nach dem Abschrauben der Abdeckung 92 nicht von selbst, so ist dies ein Zeichen dafür, daß das Gestänge 10 einen möglicherweise doch noch gefährlichen Rest Verdrillungsenergie enthält. Diese kann man abbauen, indem man das von ihr herrührende Drehmoment beispielsweise mit einem an der Vorgelegewelle 68 angesetzten Schraubenschlüssel derart unterstützt, daß der Rotor 74 gegenüber dem noch verriegelten
Stator 76 gegen den Scherwiderstand des in der Rücklaufbremse 70 enthaltenen Fluids etwas weiter gedreht wird als dies ohnehin schon geschehen ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 unterscheidet sich von dem in Fig.l und 2 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß die Rücklaufbremse 70 eine hydrodynamische Bremse ist. In diesem Fall sind der Flansch 78 für die Lagerung 80 sowie der Sitz 86 für den Riegel 84 unmittelbar am Stator 76 ausgebildet. Während die in Fig.l und 2 dargestellte, die Rücklaufbremse 70 bildende Viskobremse in üblicher Weise mit Rotorlamellen 100 und Sta¬ torlamellen 102 von bei Viskobremsen üblicher Bauart ausge¬ stattet ist, sind gemäß Fig.3 Rotorschaufeln 104 und Stator¬ schaufeln 106 von bei hydrodynamischen Retardern üblicher Bau¬ art vorgesehen.
Bezüglich der Verriegelung 82 unterscheidet sich Fig.4 nicht von Fig.3. Gemäß Fig.4 sind jedoch in den Rotor 74 mehrere, z.B. sechs radiale Zylinder 108 in gleichen Winkelabständen eingearbeitet, die je einen Kolben 110 enthalten. Jeder Kolben 110 ist von einer Feder 112 radial nach außen vorgespannt und stützt sich über einen Gleitkörper 114 an einer zum Stator 76 gehörigen, ringförmig-ovalen Laufbahn 116 ab, so daß jeder Kol¬ ben 110 bei jeder vollen Umdrehung des Rotors 74 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Neben dem Rotor 74 ist ein axial zu ihm hin federnd vorgespannter Steuerkörper 118 angeordnet, der am Stator 76 gegen Drehen gesichert ist.
Radial außerhalb des Steuerkörpers 118 ist eine Drosselstelle 120 angeordnet, die zu einem hydraulischen Kreislauf gehört. Zu diesem Kreislauf gehören ferner ein Einlaßkanal 122, der von der Gesperre- und Bremsenkammer 20 durch den Stator 76 und den Steuerkörper 118 zum Zylinder 108 führt, sowie ein Auslaßkanal 124, der vom Zylinder 108 durch den Steuerkörper 118 und den Stator 76 zur Drosselstelle 120 führt. Durch die Drosselstelle 120 gelangt das geförderte Fluid wieder in die Gesperre- und Bremsenkammer 20. Der Öldurchlaß 28 ermöglicht einen ständigen
Fluidaustausch zwischen der Getriebekammer 14 und der Gesperre- und Bremsenkammer 20. Infolgedessen verteilt sich Wärme, die durch die Drosselung entsteht, auf das gesamte Fluid, das im dargestellten Beispiel zu einem erheblichen Teil in der Getriebekammer 14 enthalten ist und das Getriebe 50 schmiert.
Bei allen drei dargestellten Ausführungsbeispielen sind das Richtungsgesperre 60 und die Rücklaufbremse 70 von unten her durch eine mit einem Deckel 126 verschlossene Öffnung in das Gehäuse 12 eingebaut. Ebenfalls an die Unterseite des Gehäuses 12 ist ein mit dem Gestänge 10 gleichachsiger Adapter 128 angeflanscht, der den gesamten Antriebskopf trägt und ihn gegen Drehen sichert.
IQ
Bezugs zeichenliste
Gestänge 70 Rücklaufbremse
Gehäuse 72 Bremswelle
Getriebekammer 74 Rotor
Zwischenwand 76 Stator
Dichtungskammer 78 Flansch
Bremsenkammer 80 Lagerung
Zwischenwand 82 Verriegelung unterer Durchlaß 84 Riegel oberer Durchlaß 86 Sitz
Öldurchlaß 88 Kopf
Hülse 90 Feder unteres Radiallager 92 Abdeckung
Axiallager 94 Schrauben oberes Radiallager 96 Plombe
98 Schalter
Kupplung 100 Rotorlamellen topfförmiger Einsatz 102 Statorlamellen untere Gleitringdichtung 104 Rotorschaufeln obere Gleitringdichtung 106 Statorschaufeln
Vorgelegewelle 108 radiale Zylinder
Getriebe 110 Kolben unteres Lager 112 Feder oberes Lager 114 Gleitkörper
Ritzel 116 Laufbahn
Wellenzapfen 118 Steuerkörper
Richtungsgesperre 120 Drosselstelle
Lager 122 Einlaßkanal
Innere Laufbüchse 124 Auslaßkanal äußere Laufbüchse 126 Deckel
Klemmrollen 128 Adapter

Claims

Patentansprüche
1. Antriebskopf für ein drehantreibbares Gestänge (10) , insbes. zum Antreiben einer Bohrlochpumpe, mit
- einem Gehäuse (12), das Durchlässe (24, 26) für das Gestänge (10) aufweist,
- einer drehantreibbaren Hülse (30) , die einen Abschnitt des Gestänges (10) umschließend im Gehäuse (12) gelagert ist,
- einer Kupplung (40) , die das Gestänge (10) mit der Hülse (30) verbindet, und
- einer Rücklaufbremse (70) zum kontrollierten Abbau von im Gestänge (10) gespeicherter Verdrillungsenergie, die einen über die Hülse (30) antreibbaren Rotor (74) und einen am Gehäuse (12) abgestützten Stator (76) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (76) am Drehen gegenüber dem Gehäuse (12) durch eine Verriegelung (82) gehindert ist, die nur lösbar ist, wenn das Gestänge (10) im wesentlichen frei von Verdrillungsenergie ist.
2. Antriebskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (76) am Gehäuse (12) durch eine Lagerung (80) zentriert gehalten ist, die dem Stator nach Lösen der Verriegelung (82) ein im wesentlichen widerstandsfreies Drehen ermöglicht.
3. Antriebskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung (82) einen Riegel (84) aufweist, der im Gehäuse (12) abgestützt ist und normalerweise an einem dem Stator (76) zugeordneten Sitz (86) angreift, über den der Stator (76) eine dem Entriegeln entgegenwirkende Kraft auf den Riegel (84) ausübt, solange im Gestänge (10) Verdrillungsenergie gespeichert ist.
4. Antriebskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (84) im Gehäuse (12) verschiebbar geführt ist, sich nach außen erstreckt und nor¬ malerweise durch eine außen am Gehäuse (12) lösbar befestigte Abdeckung (92) gegen Herausziehen gesichert ist.
5. Antriebskopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (92) einen Schalter
(98) trägt, der ein motorisches Antreiben des Gestänges (10) nur dann zuläßt, wenn der Riegel (84) und die Abdeckung (92) ihre normale Stellung einnehmen.
6. Antriebskopf nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (84)' durch eine Feder (90) im Sinne des Lösens der Verriegelung (82) mit einer Kraft vorgespannt ist, die zum Entriegeln ausreicht, sobald die Ver¬ drillungsenergie im wesentlichen abgebaut ist.
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