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Turbinenbohrer zum Abteufen von Bohrlöchern
Die bekannten Konstruktionen der Turbinen- bohrer weisen folgende wesentliche Mängel auf :
1. Auf die Befestigung der Leitschaufelkränze im Gehäuse und der Laufschaufelkränze auf der Welle sind bei den bekannten Turbinen- bohrern erhebliche Axialkräfte wirksam. Zur
Aufnahme dieser Kräfte müssen in dem Ring- kanal zwischen dem Gehäuse und der Welle feste Einsätze verteilt angeordnet werden, die imstande sind, die erwähnten dynamischen Be- lastungen ohne Gefahr einer Stauchung aufzu- nehmen.
Die notwendige Stärke dieser Einsätze nimmt einen bedeutenden Teil des wirksamen Quer- schnittes des erwähnten Ringkanals in Anspruch.
So beträgt bei den bekannten Typen der Tur- binenbohrer mit Axialturbine die Stärke des
Einsatzes bei den Leitschaufelkränzen 5-7, 5 mm und bei den Laufschaufelkränzen 7, 5-10 mm.
2. Die ausserordentlichen dynamischen Belastungen, die beim Bohren in harten Formationen auf den Turbinenbohrer übertragen werden, führen zum Nachlassen der Spannung in den zusammengeschraubten Teilen der Turbine. Die Leit-und Laufschaufelkränze beginnen sich zu verdrehen, so dass die gesamte Turbine ausser Ordnung gerät.
3. Die Notwendigkeit, wesentliche Montagekräfte nach Punkt 1 aufnehmen zu müssen, macht es erforderlich, Leit-und Laufschaufelkränze aus Stahl zu verwenden, was ihren Preis wesentlich erhöht.
4. Für die Befestigung der Leit- und Laufschaufelkränze der Turbine ist Zylindergewinde zu verwenden, welches jedoch für die Aufnahme von dynamischen Belastungen schlecht geeignet ist.
Das Ziel der erfindungsgemässen Vervollkommnung ist es, die aufgezeigten Mängel durch Änderung der Art der Befestigung der Leitschaufelkränze im Gehäuse und der Laufschaufelkränze an der Welle sowie durch den Ersatz des kostspieligen Stahls der Turbinen durch Kunststoffe, Gummi oder andere billige Stoffe zu beheben.
Das wird dadurch erreicht, dass zum Zwecke der Vergrösserung des mittleren Durchmessers des Durchflussteiles der Turbine die Leitschaufel- kränze der Turbine unmittelbar mit deren
Gehäuse und die Laufschaufelkränze unmittelbar mit der Welle unlösbar verbunden sind, z. B. durch Heiss- oder Kaltaufziehen, Verkitten,
Ausnutzen der Korrosion der Metallteile oder der Quellung von Kunststoffen, von Gummi u. dgl.
In den Fig. 1-6 ist der Gegenstand der Er- findung an einem Bohrgestänge schematisch dargestellt, u. zw. rechts der Mittellinie im
Vertikalschnitt, links der Mittellinie in Ansicht.
Die Fig. 1 zeigt den obersten Teil des Ge- stänges, die Fig. 2 schliesst sich an die Fig. 1 unten an und ebenso die Fig. 3 unten an die
Fig. 2. Die Fig. 4-6 zeigen in derselben An- ordnung eine andere Ausführungsart.
In dem Turbinenbohrer gemäss Fig. 1-3 sind die Leitschaufelkränze 2 der Turbine unmittelbar im Gehäuse 3 des Turbinenbohrers befestigt, die Laufschaufelkränze 1 an der Welle 4. Die genannten Befestigungen bzw. die Montage der Turbine, wird auf folgende Weise ausgeführt :
Auf die Welle 4 werden die heissgemachten Laufschaufelkränze 1 der Turbine aufgesetzt. Zwischen diesen werden die Leitschaufelkränze 2 frei drehbar angeordnet. Der Abstand zwischen den Laufschaufelkränzen wird mittels Schablonen eingestellt. Auf die, auf diese Weise auf der Welle 4 zusammengesetzte Turbine wird das heiss gemachte Gehäuserohr 3 aufgezogen. Durch Abkühlen des Gehäuses drücken sich die Leitschaufelkränze in das Gehäuserohr ein.
Der Axialabstand zwischen den Leitund Laufschaufelkränzen wird durch entsprechende Einregulierung des axialen Drucklagers 5 mit den Einstellmutter 6 und 7 eingestellt.
Das beschriebene Schema des Verbindens der Laufschaufelkränze der Turbine mit deren Welle und der Leitschaufelkränze mit dem Gehäuse mittels Heissaufziehens ist nur eine Ausführungsform der verschiedenen Verbindungsmöglichkeiten, die bei der Herstellung der Turbinenbohrer verwendet werden kann. So ist es auch möglich, Kitte, verschiedene Arten von Klebstoffmischungen sowie auch die Korrosion der zu vereinigenden Flächen hier anzuwenden.
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Für die Herstellung von Turbinenbohrern können nicht nur Metall-Turbinenräder, sondern auch solche aus Kunststoffen, Gummi und andern Nichtmetallen verwendet werden. In diesem Falle werden die Turbinenschaufeln mit Aussenund Innenkränzen versehen, u. zw. sowohl die Leit-und Schaufelkränze als auch die Laufschaufelkränze 1, siehe die Fig. 4-6.
Die Turbinenbohrer der beschriebenen Bauweise können sowohl aus einer einzigen Stufe als auch aus mehreren Stufen bestehen. Im zweiten Falle weist der obere Teil der Verbindungswelle einen Konus zur Verbindung mit der nachfolgenden Sektion auf. Das die axialen Belastungen aufnehmende Drucklager 5 als Fixpunkt des Turbinenbohrers liegt im unteren Teil des Bohrgestänges. Alle Verbindungsgewinde zur Befestigung der Teile des Drucklagers sind kegelförmig gestaltet.
Der mittlere Durchmesser der Turbine bei den Ausführungsformen des Turbinenbohrers gemäss der Erfindung wird wesentlich vergrössert, die Herstellungskosten werden verringert. Die Lebensdauer des Turbinenbohrers wird, infolge der Beseitigung der Gefahr einer Lockerung der Befestigung des Systems, vergrössert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Turbinenbohrer zum Abteufen von Bohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Vergrösserung des mittleren berechneten Durchmessers des Durchflussteiles der Turbine die Leitschaufelkränze der Turbine unmittelbar mit deren Gehäuse und die Laufschaufelkränze unmittelbar mit der Welle unlösbar verbunden sind, z. B. durch Heiss- oder Kaltaufziehen, Verkitten, Ausnutzen der Korrosion der Metallteile oder der Quellung von Kunststoffen, von Gummi u. dgl.