DE881484C

DE881484C - Bohrturbine

Info

Publication number: DE881484C
Application number: DEA1490D
Authority: DE
Inventors: Hans Nienhaus
Original assignee: Salzgitter Maschinen AG
Current assignee: Salzgitter Maschinen AG
Priority date: 1944-03-28
Filing date: 1944-03-28
Publication date: 1953-06-29

Description

Bohrturbine Bei der heute üblichen Art der Durchführung bergmännischer Tiefbohrungen wird das Bohrwerkzeug über ein Gestänge von einer über dem Bohrloch aufgestellten Kraftmaschine angetrieben. Der Energieverbrauch der Antriebsmaschine ist hierbei verhältnismäßig hoch, da neben der eigentlichen Bohrarbeit auch das schwere Gestänge bewegt werden muß. Man hat deshalb für Tiefbohrungen schon Bohrturbinen vorgeschlagen, die unmittelbar mit dem Bohrwerkzeug verbunden sind.
Zu einer praktischen Anwendung haben diese Vorschläge bisher aber noch nicht geführt, weil die Leistungsaufnahme der üblichen Bohrwerkzeuge doch bedeutend größer ist, als sie von einer Turbine, deren Abmessungen ja durch die Weite des Bohrloches beschränkt sind, aufgebracht werden kann.
In dem Patent 739 379 wird ein Stufenbohrer vorgeschlagen, der, wie die bisherigen Versuche gezeigt haben, für eine bestimmte Bohrleistung nur einen Bruchteil der von den üblichen Bohrwerkzeugen aufgenommenen Energie benötigt. Dieser Bohrer bietet also zum erstenmal die Möglichkeit, den Turbinenantrieb mit praktischem Erfolg anzuwenden. Die vorliegende Erfindung hat eine durch die Spülflüssigkeit angetriebene Bohrturbine zum Gegenstand, die sich für den Antrieb eines Stufenbohrers nach Patent 739,379 besonders eignet, dessen Mittelbohrer als Kernbohrer ausgebildet ist. Erfindungsgemäß besitzt die Turbine als Antriebswelle eine Hohlwelle mit einer hinreichend großen Bohrung, um ohne Schwierigkeiten den Bohrkern und die Spülflüssigkeit durchzulassen. Die Bohrturbine arbeitet ohne Getriebe, ihre Stufenzahl kann je nach der benötigten Leistung in weiten Grenzen gehalten werden. Bei normaler Bohrleistung sind io bis 2o Stufen für den Antrieb ausreichend. Für die Aufnahme des Bohrkernes ist im oberen Teil des Turbinengehäuses ein Führungsrohr vorgesehen.
In einer weiteren verbesserten Ausführungsform ist die Turbine als gegenläufige Turbine ausgebildet. Die rechts umlaufenden Turbinenräder treiben über eine Hohlwelle den bereits erwähnten Stufenbohrer an, während die links umlaufende über eine um die vorgenannte Hohlwelle gelagerte zweite Hohlwelle ein weiteres Bohreraggregat antreibt, das das von dem Stufenbohrer erbohrte Loch weiter aufbohrt. Bei dieser Anordnung wird auf das Bohrgestänge nur ein ganz geringes Drehmoment übertragen, das sich aus der Differenz der Momente der beiden Bohreraggregate ergibt. Durch entsprechende Abstimmung der Airbeitsflächen der beiden Bohreraggregate und der Stufenzahl der beiden Turbinensätze kann man dieses Drehmoment praktisch gleich Null machen.
Die Bohrturbinen gemäß der Erfindung sind in Fig. i und 2 in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Fig. i zeigt eine einfach wirkende Turbine, die der Einfachheit halber hier einstufig dargestellt ist. In dem Turbinengehäuse 2 ist das Laufrad i und das Leitrad 3 angeordnet. Das letztere ist in dem Endlager 4 und 5 sicher gegen Verdrehung gelagert. Das Laufrad 3 sitzt auf der Hohlwelle 6, die das erzeugte Drehmoment auf den Stufenbohrer überträgt. Die Hohlwelle 6 hat eine so weite Bohrung, daß sie den Bohrkern 15 und die Spülflüssigkeit durchläßt. Für den Durchlauf der Spülflüssigkeit sind in der Wand der Hohlwelle Öffnungen vorgesehen; weitere Durchlaßöffnungen für das Spülwasser befinden sich in dem Endlager 5. Auf dem feststehenden Leitrad 3 ist ein Führungsrohr 8 zur Aufnahme des Bohrkernes 15 aus dem Kernbohrer 14 befestigt. Dieses Rohr ragt in das Gestänge 9 der Turbine hinein. In dem Querträger 7, der um die Hohlwelle 6 frei drehbar angeordnet ist, sind die Seitenbohrer 1i mit ihren Achsen 1o gelagert. Sie werden von dem auf der Hohlwelle 6 befindlichen Kettenrad 17 durch die Kette 16 angetrieben. Die Seitenbohrer überschneiden die Arbeitsfläche des Kernbohrers 14. Am unteren Ende der Hohlwelle 6 befindet sich eine Federhülse =3 mit der Kernfeder 12.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Gegenläufturbine. Sie besitzt außer dem in Fig:. i dargestellten Turbinenaggregat ein weiteres in entgegengesetztem Drehsinn umlaufendes Aggregat, das auch hier der Einfachheit halber nur einstufig dargestellt ist. Es besteht aus dem Laufrad 23 und dem Leitrad 24, das in gleicher Weise wie das Leitrad 3 gelagert ist. Das Laufrad 23 sitzt auf der Hohlwelle 22, die über die Hohlwelle 6 gesteckt ist. Auch die Welle 22 besitzt Öffnungen für den Durchlauf des Spülwassers. An ihrem unteren Teil sitzt der drehbare Querträger 25, in dem die Achsen 2o der Außenbohrer 21 gelagert sind. Diese werden von der Hohlwelle 22 aus über das Kettenrad 18 und die Kette 1g angetrieben. Die Außenbohrer 21 überschneiden die von den Seiten-Bohrern i i bestrichene Ringfläche.
Die Turbine nach Fig.2 arbeitet wie folgt: Durch das Gestänge g tritt das Spülwasser in das Turbinengehäuse ein, durchströmt die darin angeordneten Turbinensätze, setzt diese in rechts-und linksläufige Umdrehung und fließt darauf durch die Öffnungen in den Hohlwellen zu dem Kernbohrer 14. Ein anderer Teil des Wassers fließt unmittelbar durch die Öffnungen an der unteren Stirnseite des Turbinengehäuses in das Bohrloch. Während sich die Bohrer 14, 1i und 2 1 in das Gestein hineinarbeiten, schiebt sich der Kern durch den Kernbohrer 14 und die Hohlwelle 6 in das Führungsrohr 8, aus dem er von Zeit zu Zeit herausgenommen wird.
Im einzelnen -wird der Aufbau der beiden Turbinen nach Fig. i und 2 noch aus den weiteren Fig. 3 bis 7 ersichtlich.
Fig.3 zeigt dabei einen Schnitt der Turbine nach Fig. i senkrecht zur Turbinenachse in der Linie A-B, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Turbine; Fig. 5, 6 und- 7 zeigen Schnitte durch die Turbine nach Fig. 2 als Beispiel für die Gegenlaufturbine, und zwar Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie A-B, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie C-D und Fig. 7 eine Draufsicht.
Die Anwendung der vorgeschlagenen Bohrturbine; insbesondere der in Fig.2 dargestellten Gegenlaufturbine, bringt außer dem bedeutend geringeren Ehergieverbrauch auch noch weitere Vorteile für den Bohrbetrieb mit sich. Bei den vorgeschlagenen Anordnungen erübrigen sich die sonst notwendigen schweren Rotarygestänge, es genügen als Gestänge schon gewöhnliche Pumpenrohre, wie sie im Bohrbetrieb ohnehin zur Verfügung stehen. Ein solches leichtes Gestänge erfordert natürlich nur einen Bruchteil der Anschaffungskosten eines Rotarygestänges. Außerdem benötigt der Bohrbetrieb mit der vorgeschlagenen Turbine weniger Bedienungskräfte als der bisherige Bohrantrieb.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Bohrturbine zum Antrieb von Tiefbohrern, insbesondere von Stufenbohrern nach Patent 739,379, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine eine hohle Antriebswelle (6) besitzt, deren Bohrung genügend- weit ist, um den Bohrkern und das Spülwasser durchzulassen.
2. Bohrturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem feststehenden Turbinenleitrad (3) ein Führungsrohr (8) zur Aufnahme des Bohrkernes befestigt ist.
3. Bohrturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine als Gegenlaufkn ine ausgebildet ist, deren rechtsläufige Arbeitsräder auf der Hohlwelle (6) für den Antrieb des Stufenbohrers sitzen, während die linksläufigen Arbeitsräder auf einer zweiten, über die genannte Welle (6) gesteckten Hohlwelle (a2) befestigt sind, die ein weiteres, über io den Stufenbohrer hinausgreifendes Bohraggregat antreibt.