JPS6239178Y2 - - 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，，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，，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，，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
スによる流体の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、シヤフト先端側のスラストころ軸受
５とラジアル円筒ころ軸受６を挾んで、バランス
ピストンとの組み合わせでタービン部Ａ側にオイ
ルシールを、ビツト側に高圧メカニカルシールを
設ける。詳述すると、タービン部Ａ側では、第３
図に示す如く、ハウジング１に固定して形成した
油溜部１２内にバランスピストン１３をハウジン
グ１の軸心方向に移動自在に収納し、該油溜部１
２の軸受５側には油路１４を設けて油溜部１２内
と軸受５，６部分が連通するようにし、且つ上記
油溜部１２の軸受５側とシヤフト２との間に、油
は通し得るがマツドの大粒子は遮断するパツキン
１５を介在させ、一方、油溜部１２のタービン部
Ａ側の端部には、バランスピストン１３の左側に
通じる流路１６を設けると共に、該油溜部１２の
タービン部側端部とシヤフト２との間に図におい
て右方から左方へは流体を流すが逆方向には遮断
するようにしてあるオイルシール１７を設け、更
に上記オイルシール１７よりも上流側におけるシ
ヤフト２と油溜部１２端部との間に、流体は通し
得るがマツドの大粒子は遮断し得るパツキン１８
を介在させ、油溜部１２とシヤフト２との間には
油が充満させられるようにし、又上流側からのマ
ツドが軸受部へ浸入することを防止できるように
する。

又ラジアル円筒ころ軸受６のビツト側では、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１９を配して高圧メカニカルシール２０
を設け、上記軸受５，６を潤滑する油が流出する
のを防止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粗粒子がシ
ール部への浸入を防止するためのパツキン２１
を、上記リング部材１９とシヤフト２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、これらの両側
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油溜部
１２内の油が補給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のタービン側はオイルシール１７によ
りシールされていて、ビツト側は高圧メカニカル
シール２０によりシールされており、このシール
１７と２０間に潤滑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、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油溜部１２内の油を油
路１４を経て軸受部へ流出させるので、軸受部の
油圧はバランスピストン１３の左側に作用してい
る圧力とほぼ同じ圧力に維持される。バランスピ
ストンは回転摺動がなく、軸方向のみ摺動するピ
ストン形式をとつているのでシール性が良い。こ
れにより軸受部の両側のシール性が高められた状
態に維持されて外部から軸受部へのマツドの浸入
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２０はほとんど漏れが
ないよう設計されているので、油溜部１２内のバ
ランスシリンダ１３は停止したままとなつてい
る。しかし、高圧メカニカルシールは、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がビツト側へ移動
し、油溜部１２内の油を押し出して軸受部に補給
することになる。このようにしてバランスピスト
ン１３がビツト側へ移動して油溜部１２内の油が
すべて押し出されるまで、軸受部の油圧は一定に
保持されて高いシール性を長期に亘り保持できる
ことになる。尚、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１８により
マツドは通過を阻止されるので、オイルシール１
７側へ入ることがない。万一、パツキン１８をマ
ツドが通過して浸入しても、オイルシール１７が
液をも通さないよう作用してマツドが軸受側へ浸
入しようとするのを防止する。一方、高圧メカニ
カルシール２０は、封入されている油圧力により
シール性が高められていて外部からのマツドの浸
入は防止し得るが、更にパツキン２１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外側より浸入
して来ても軸受部へは浸入することができない。

以上述べた如く、本考案の装置によれば、先端
にビツトを取り付けるシヤフトの軸受を鋼製と
し、軸受を挾んで両側に油を封入して軸受を油浴
潤滑方式とし、油溜を設けてバランスピストンに
より長時間に亘り油浴潤滑が続けられるように
し、且つ油封入部のビツト側に高圧メカニカルシ
ールを、又タービン側にオイルシールを設けた構
成としてあるので、次の如き優れた効果を奏し得
る。

(i) 軸受部を油浴状態で運転し、シールから油が
漏れてもバランスシリンダの移動によつて油溜
部の油を押し出して常に油で潤滑させているの
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) 軸受部のシールは高圧メカニカルシールとオ
イルシールであるから、メカニカルシールの使
用を必要最小限としており、それだけ安価であ
り、且つ構造簡単である。

(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
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を使用しタービン
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、１２……油溜部、１３……バランスピスト
ン、１７……オイルシール、２０……高圧メカニ
カルシール、Ａ……タービン部。

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
   ビン側にオイルシールをそれぞれ設けて油を封入
   すると共に、該油封入部に一方を連通するようハ
   ウジングに設けた油溜部内に回転摺動がなく、軸
   方向のみ摺動するバランスピストンを収納し、更
   に上記油溜部の他方を圧力流体側に開口させ、軸
   受部の油圧の低下でバランスピストンが移動して
   油溜部内の油を軸受部へ流出させるようにしてな
   ることを特徴とするターボドリルの軸封装置。