DE3018615A1

DE3018615A1 - Aufwaertsbohrvorrichtung

Info

Publication number: DE3018615A1
Application number: DE19803018615
Authority: DE
Inventors: Jack Oscar Winsor
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1980-05-13
Publication date: 1980-11-20
Also published as: GB2048993B; ZM4580A1; GB2048993A; AU5776880A; AU538022B2; SE8003587L; FR2456831A1; FR2456831B1; CA1138420A; US4315552A; ZA802415B

Description

Aufwar tsbohrv-orrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufwärtsbohrvori-iclitüng mit einem am Boden aufliegenden Sockel, mit einer Einrichtung suin Erfassen eines Bohrgestänges sowie sum Übertragen eines Drehmoments auf dieses und mit einem mit dem Sockel verbundenen, die Drehmoraentübertragungseinrichtung entlang der ßoiii\qestäiigeachse hin- und iierbewegenden Hydraulikantrieb.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Aufwärtsbohrvorrichtungen und betrifft insbesondere den baulichen Teil solcher Vorrichtungen, der zur Lagerung sowie zur Führung des Bohrkopfes bei dessen Auf- und Abbewegungen dient. Mit dem Ausdruck "Aufwärtsbohren" wird eine Bohr- und Räumtechnik zur Herstellung von Bohrungen großen Durchmessers bezeichnet, wobei eine Pilotbohrung von relativ kleinem Durchmesser durch Erdschichten niedergebracht wird, bis der Meißel in einen Freiraum eindringt. Der kleine Bohrmeißel wird dann durfib einen besonders ausgebildeten .Räumer mit großem Durchmesser ersetzt, worauf das größere Loch entlang der Pilotbohrung ausgebildet wird, indem der Säumer zur Bohranlage

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zurück aufgeholt wii-d. Diese Technik ist im einschlägigen Fachgebiet wohlbekannt, und es wurden viele Bohranlagen diesel" Art entwickelt.

Bei den meisten dieser Bohranlagen kommen hydraulische Druckzylinder zum Anheben und Absenken des Bohrkopfes zur Anwendung, der selbst von einem Slektro- oder Hydraulikniotor gedreht wird. Solche Vorrichtungen sind relativ schwer und können ein hohes Antriebsdrehmoment■■ für -den Bohrkopf abgeben. Normalerweise Jtor.i;,ie-n zwei hydraulische Druckzylinder zur Anwendung, von denen je einer an gegenüberliegenden Seiten des Bohrkopfes vorgesehen ist, üiid es sind getrennte Ständer vorhanden, die die Führung für den Bohrkopf sowie die zugeordneten Bauelemente bei ihrer Auf- und Abbewegung übernehmen und einem von Bohrkopf übertragenen Ileakt ions drehmoment Widerstand entgegensetzen. In allen bekannten Fällen sind diese Führungsständer sowohl im kopf— wie isi bodeasei fcigen Bereich der Vorrichtung mit konstruktiv bedingten Querstreben, un eine zusätzliche Vex-drehungsteifigkeit zu erhalten, versehen.

Eine bekannte Bohrvorrichtung (hergestellt von Subterranean Division of ICemiametal) v/eist ein Paar von Zylindern, die mit der Ilaschinenbasis verbunden sind, und einen Querrahnien für eine Auf- und Abbewegung, der rund um die Außenfläche der Zylinder angebracht ist, auf. Die Kolben sind mit dem Querrahmen, durch ein Paar von offenen U- Pr of ilen verbunden, die rund um die Zylinder angebracht sind, an den Zylindern ,jedoch nicht anliegen. Die Profile und die Zylinder sind beide strukturell an den oberen Enden durch Querstreben oder Verbindungsriegel miteinander gekoppelt.

Es hat sich gezeigt, daß diese Art von Tragkonstruktionen zur Erhöhung des Gewichts von und der Kosten für Aufwärtsbohrvorrichtungen beiträgt. Das Vorhandensein von strukturellen Querstreben und zusätzlichen Trag- oder Stützbauteilen macht es ferner erforderlich, besondere Rücksichten bei der

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Konstruktion darauf zu verwenden, daß die Zugänglichkeit für den Zusammenbau, die Wartung und den Betrieb gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Bohrvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden., daß die hier erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird erfindun^sgeratiQ dadurch gelöst, daß die getrennte:! oder einzelnen Führungs- bzw. Ständersäulen und strukturell bedingten Querstroben vermieden werden. Vielmehr werden stattdessen die Drucksylindex" selbst so ausgebildet, daß sie als die allein erforäcrliciio Führungs- 'and Tragkonstruktion arbeiten, wor.'.it die susätzj-iciie Führungsständer- und Querstrebenkonstruktion von bekannten. Vorrichtungen in Fortfall kommt.

Die Druckzylinder werden mit dem Sockel der Bohrvorrichtung verbunden, und jeder Zylinder hat hierbei ein offenes, vom Sockel abgowaiidtos Ende. Eine Kolbenstange ist in jedem Zylinder bewegbar, wobei eiii nit de::: oberen. Ende der Kolbenstange verbundenes Führungsrohr diese Stange und den Zylinder umschließt. Das Führungsrohr licit eine zylindrische Gestalt, und die Innenoberfläche des unteren Teils eines jeden Führungsx-ohres liegt gleitend über eine Dronzebiichse- an der Außenoberfläche eines zugeordneten Zylinders an. Zwischen den Führungsrohreii ist der Bohrkopf mit seiner, sugehöx-igen Bauteilen angeordnet, der entlang der Führungsrohre auf- und abbewegbar ist.

Durch Heranziehen der Druckzylinder zur Führung und Abstützung des Bohrkopfes sowie der ein Drehmoment hervorrufenden Bauteile und durch Vorsehen der erforderlichen strukturellen Steifigkeit werden teuere und den liaura beschränkende Querstreben wie auch zusätzliche Führungs- und Stützglieder eliminiert. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden die strukturelle Kompliziertheit, die bisher gegeben war, wie auch die Produktionskosten vermindert, -was auf der Vervrendung von weniger· Teilen sowie weniger spezialisierten Bearbeitungsund Schweißverfahron beruht.

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Der Erfiridungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufwärtsbohren; Fig. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung von Fig. 1;

FIg. 3 Draufsichten auf je eine Hälfte der Vorrichtung von Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine scheinatische Perspefctivdarstellung der Vorrichtung nach den Fig. 1 - 3, wobei einer der Ständer, bestehend aus Druckzylinder und Führungsrohr, vom übrigen Teil der Vorrichtung losgelöst ist, um Einzelheiten der Verbindungen zu zeigen;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des zum Betrieb der Aufwärt sbohrvorrichtung eingesetzten Hydrauliksysteias ;

Fig. 6 eine Schnitt dar s teilung der Bohrfutter- und Spann.- oder Verschraubungsteile der Vorrichtung.

Die Aufwärtsbohrvorrichtung 10 weist einen Sockel 12 auf, der, wie Fig. 2 zeigt, aus einem Paar von parallelen Kufen l4„ die mit der Grundfläche durch geeignete (nicht gezeigte) Bolzen verbunden sind, bestehen kann. Wit dem Sockel 12 ist ein Arbeitstisch l6 über Schwenkzapfen 18 verbunden, die ermöglichen, den Arbeitstisch l6 und andere, noch zu beschreibende Bauteile mittels eines Paars von Spannbolzen oder -schlossern 2O zu verschwenken, wobei diese Spannschlösser den vorderen Teil des Arbeitstisches l6 mit den Kufen 14 verbinden. Die Bohrvorrichtung 10 kann somit nach Wahl verschwenkt werden, um Bohrungen "über einen Bereich unterschiedlicher Winkelrichtungen mit Bezug zur Grundfläche niederzubringen.

Ein Ständerpaar 22, das aus Druckzylindern und Führungsrohren besteht, ist mit dem Arbeitstisch 16 verbunden und dient dazu, die notwendige Axialkraft, die für den Bohrvorgang erforderlich ist, zu liefern, während es gleichzeitig den Bohrmechanismus entlang einer genauen Bahn führen und ein Reaktionsdrehmoment

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aufnehmen kaim. l)ic Ständer 22 weisen einen Hydraulikzylinder' 24- (Fig. 4) mit einer Platte 26 auf, die am Arbeitetisch lö iiiittels der Schraubenbolzen 2o gehalten ist, wobei ein Keil 30 in passende Nuten 31 in den aneinanderstoßenden Flächen der Platte 2b und des Arbeitstisches 1.6 eingreift.

jJurcIi geeignete hydraulische jünrichttuagon, die noch beschrieben werden, ist im Zylinder 24 eine Kolbenstange 32 verschiebbar, und Kolbenstange sowie Zylinder arb-eitcn. derart, daß sie die für den iJoIirvorj-rang notvrendige Axiallrraft liefern. Die erforderliche Abstützung und Führung wird von einem Führungsrohr 54 abgegeben, das an seinem oberen Ende mit dem außen liegenden Ende der Kolbo3istange 3" über mehrere (nicht gezeigte) Bolzen verbunden ist, Vielehe die Oberseite des Führungsrohres 34 durchragen. Um den 'iintrittt von Schmitz und Feuchtigkeit in den Ständer (Fühx-ungsrolir 34- und Druckzylinder 24) zu unterbinden, ist eine Abdeckung 5ö vorhanden. Hit der Außenoberfläche der Hydraulikzylinder 24 ist eine Bro-.izcbüchse 3ö verbunden, an der die Innenflächen der Fühi-ungsrohre 34 anliegen, so daß ein dichter Sitz mit minimaler Reibung zwischen Führungsrohr 34 tind Zylinder .24 geschaffen wird.

Der die Drelimonientübertragungsfunktioii ausfüllende Mechanismus der Bohrvorrichtung 10 ist zwischen den Führungsrohren 34 bzw. Steindem 22 befestigt, wie Fig. 4 am besten zeigt. An der Außenoberfläche eines jeden Führungsrohres.34 ist eine Befe— stigungsplatte 40 angeschweißt oder andersartig starr angebracht, wobei die beiden Befestigungsplatten 40 einander zugewandt sind und zwischen sich genügend -iatini für die Aufnahme der Drehmonientübertragungseinrichtung lassen. Ein zweites Paar von Befestigungsplatten 4-2, die so ausgebildet sind, daß sie mit den Befestigungsplatten 40 zusammenpassen, ist mit der Außenoberfläche eines Gehäuses für ein Getriebe 44 verschweißt oder andersartig fest gehalten, wobei die Platten 4θ,42 untereinan-

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der durch mehrere Schraubenbolzen 40 verbunden sind, so daß sie die Drehmomentübertragungseinrichtung dar Bohrvorrichtung tragen. Diese Übertragungseinrichtung enthält zusätzlich zum Getriebe 44 einen Motor 50, ein Bohrfutteraggregat 52 und eine Reihe von Zahnraduntersetzungen 54,56.

Wie die Fig. 2 und 4 zeigen, weist jede der Befestigungsplatten 40 entlang des unteren Teils ihz~er außen liegenden Flächen eine Leiste 43 auf, die mit einem Scherblock 45 zusammenarbeitet, der an die Platten 40 angeschweißt ist, um eine Verlängerung der Leiste zum Tragen der Drohmomentübertragungseiiirichtung zu bilden und die SchraLibenbolzen 48 von einer Scherspannung zu entlasten. Alternativ können Keile und Keilnuten, die nicht gezeigt sind, vorgesehen werden.

Wie. aus der folgenden Beschreibxmg noch im einzelnen hervorgehen wird, dient das Bohrfutteraggregat 52 dazu, das oberste Ende einer ßolirgestängeselction oder mehrerer solcher durch passende (nicht gezeigte) Gewinde von Standardgröße iind —gestalt zu erfassen. Die Bohrgestängesektionen ragen durch eine Mittelöffnung 60 im Arbeitstisch Ib und in den darunter liegenden Boden. Im Betrieb wird zuerst durch die Erdschichten eine Pi-Lotbohrung von etwa 25 - 35 cm Durchmesser niedergebracht. Das Bohrfutteraggregat erfaßt das oberste Ende eines Bohrgestänges, das am unteren Ende einen (nicht gezeigten) Bohrmeißel trägt. Die Druckzylinder 24 liefern eine ausreichende, abwärts wirkende Kraft, während der Motor 50 arbeitet, um das Bohrgestänge zur Ausbildung der Pilotbohrung zu drehen.

Wenn die Druckzylinder 24 den unteren Endpunkt ihres Hubweges erreichen, wird ein aiii Arbeitstisch 1.6 befestigter Gabelschieber 62 mittels der Hydraulikantriebe 64 gegen das Bohrgestänge bewegt_T der sich gegen mehrere Ausnehmungen oder Abflachungen, die rund um die Außenoberfläche des Bohrgestänges angeordnet sind, in bekannter Weise anlegt. Der Gabelschieber 62 trägt

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das Gewicht des Bohrgestänges und legt dieses gegen Drehung fest, während der Motor 50 in seiner Laufrichtung umgekehrt wird, um das oberste Ende des Bohrgestänges vom Futter abzuschrauben. Dann werden die Druckzylinder 24 zum Anheben des Bohrfutteraggregats umgesteuert, so daß eine andere Bohrgestängosektion. durch eine (nicht gezeigte) Standard-Gestängetransportvorrichtung an ihren Platz gebracht werden kann, um diese Seiet* χ ο η mit dem Bohrfutter und der vom Gabelschieber gehaltenen Gestängesektion in Eingriff zu bringen. Die Transportvorrichtung arbeitet so, daß dio zueinander passenden Gewinde zwischen der neuen Sektion und dem Futter sowie der bereits vorhandenen Gestängesektion' in lockere Anlage kommen, und dann wird der Motor 50 wieder umgeschaltet, um die Verbindung festzuziehen. Die kombinierte Tätigkeit von Druckzylindern und Dreheinrichtung wird wiederholt, bis die Pilotbohrung fertiggestellt ist.

Wenn die Pilotbohrung eine Grubeiiverbindungsatrecke schneidet, wird der Bohrmeißel entfernt und durch einen größeren Aufwärtsbolirräumineißel ersetzt, der einen Durchmesser von etwa 152 bis über 600 cm haben kann. Der iiäuner wird gedreht und gleichzeitig entlang der Pilotbohrung aufgezogen, um einen Schacht von relativ großem Durchmesser auszubilden.

Gemäß einer Ausführungsform der "Erfindung kann der Hauptantriebsmotor ein hydraulischer Z-Iotor· mit zwei Geschwindigkeiten sein (gefertigt von Poclain unter der ilodell-Nr. II 30-4⁷IOO), der bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 105 U/t.iin (maximal 135 U/min) 225,74 kW erzeugt.

Die Dohrgoschwindigkeit kann bis zu 92 U/min, die Räumgeschwindigkeit bis zu 14,4 U/min betragen. Es kann ein kontinuierliches Antriebsdr chriomciit von etwa 18 000 kpm geliefert werden, das Abwürgdrehmoment ist etwa 24 000 kpm bei ca. 275 χ 1θ5 N/m²

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Die STiischcn den Motor* 50 und das ßohrfutteraggregat 52 ge-■ schalteten" Zahnräder können die erste Zahnraduntersetzung 5''* axt einer.! 'I,(t7-ilxtscl und' Zahnrad sowie die zweite Zalmraduntersetsung 56 init einem 6,4—Planetengetriebe enthalten, das Räumverhtö-tiiis ist 9Ί ^ · !■· E^s können ein normaler Pilotbohr-

drucl; von 51 256 leg (maximal 109 728 kg) bei 2'±1 χ ΙΟ⁵ N/ni²

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und ein "ßäumdruck von -'±10 5O0 kg bei 275 x 10 N/m vorgesehen; werden.

Die Bauteile des Hydraulikkreises, der zum Betrieb der Vorrichtung dient, si^d in Fig. 5 gezeigt. Die Ladepumpe 66 wird von einem Ladepunipenrnotor 68 angetrieben und führt den Einlassen der Äntriebspumpcn 70,72 Flüssigkeit zu. Der* Ladepumpentnotor 60 wird von der Pumpe -J^lh angetrieben.

Die Ladepumpe 66 lieferet Öl zu den Pumpen 70,72 in einer geringfügig größeren Strömungsmenge, als erforderlich ist, wobei Überschußöl durch ein Entlastungsventil 76 abgeleitet wird, das auf etwa 1 034 nib ar. eingestellt ist. Durch diese Ausbildung ist ein genügender. Uydräulücdruclc gegeben, um Verluste, die durch die Filter 78,80 hervorgerufen werden,, und innere Leitungsverluste zu überwinden, so daß an den Einlassen der Pumpen 70,72 ein positiver Druck aufrechterhalten wird. Die Pumpe 70 wird von einem Motor 82, die Pumpe 72 von einem Motor 84, die beide hydraulisch oder elektrisch getrieben sein können, angetrieben.

Die Pumpe 72 betreibt den Hauptantriebsmotor 50, während die Pumpe 70 auf die Ständer 22 bzw. deren Druckzylinder 2^fi während deren Schnellbewegungsphase beim Anfügen oder Abnehmen von Bolxrgestäiige arbeitet Und die Pumpe 72 zum Antrieb des Motors 50 während des Bohrens oder liäumens unterstützt. Ein Ventil (Wegeventil) 86, das in die Eilgangstellvmg 88 oder in die Hauptantriebssteilung 89geschaltet werden kann, steuert den Ausgang der Pumpe 70 zur Ausführung dieser Tätigkeiten. Ein

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Ventil 90 steuert über eine Vor schub st ellung 91 bzw« ^ückhub— steilung 92 den Ausgang von der Pumpe JO und/oder der Pumpe 72 zum Uotor 50.

Alternativ können die Pumpe 72, der· Motor 34 und dez~ Filter Cü lic^cln.ssan worden, wobei dann die Pumpe 70 direkt über eine (nicht gezeigte) 'ieiigenregelungsvorrichtung mit dor·! Ventil 00 verbunden wird. Dci dieser Ausfiüirunssform treibt die Pumpe 70 den Motor i>0 vrährc:id Bohrvorgängon mit hohen Drehmoment und liefert noch eine Minimale Strömung an Hydraulikflüssigkeit sum Hotor 50, ucim die Pumpe 70 die Druckzylinder 24 wälurcnd einer SchncllvorstclL-ang betätigt. Die minimale Strömung ermöglicht, daß der Motor 50 mit langsamer Geschwindigkeit läuft, wenn das Ventil 86 in die Eilgangstellung 88 geschaltet ist.

Wenn während des iiornalon Betriebs zum Herstellen einer Pilotbohrung oder 7;um Aufwärtsräumcn die Pumpe 70 zum Antrieb des Ilotors 50 die Pumpe 72 unterstützt, liefert eine Pumpe 94 Hydraulikflüssigkeit über ein Zylindersteuerventil 96 an die Druckzylinder 24 in den Ständern 22, und dieses Ventil 96 steuert die Druckzylinder über eine Auffahr- sowie Abfahrstcllung 98 bzw. 100. Ein Motor 102 speist die Pumpe 94 wie auch die Pumpe 74, welche, wie bereits erwähnt wurde, den Motor 6ö antreibt. Zusätzlich kann die Pumpe 74 hydraulische Ililfskreise für eine Bohrgestängetransportvorrichtung, den Getx'iebcschaltzyliiider, eine Schmierpumpe und die Hydraulikantriebe 64 für den Gabolschieber 62 versorgen. Eine druckausgeglichene kontinuierliche rJengenregelungsvorrichtung 104 kann in der Leitung zwischen der Pumpe 74 und dem Ilotor 68 zur Regelung der Drehzahl der Ladepumpe 66 angeordnet sein. Ein Sumpf I06 nimmt Rücklaufflüssigkeit aus den Ilydraulikkreisen auf, ein Wärmetausch ei' lOo dient der Kühlung der gesamten Rücklaufflüssigkeit. Ein schematise!! dargestelltes Riickkopplungsventil 110 kann für

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die wahlweise Verbindung dei^v Druclczylindox'eiulässe mit den -auslassen vorgesehen sein, um die Verfahx-'geschwiiidigkcit beini Zufügen oder Abnehmen von Böhrgestiingesektionen zu erhöhen.. Es ist klar, daß andere Bauteile, wie Zylindorcntlastuiigs ventile, Ausgleichventilc usw., die in der einschlägigen Technik bekannt sind, in dor Gesamtkonstruktion cnthalten -sein können, sie trurden hier nur der Einfachheit halber weggelassen.

Um das Bohrr;est>ingc zu erfassen sowie auf dieses c;'.:i Jrohriotnent zxi übertrafen und um zur .gleichen Zeit die notwendige Betriebsfunktion z/un Entfernen und Anfügen von Bohrgestängesektionon i;n Ivev/ericstelligen, wurde das in Fig. 6 im einzelnen .gO5:eigte-iohi-futterag,gx''egat -yi vorgesehen. Uieijos Aggregat dient dazu., ein Drehmoment von einer Abtriebsv/elle 200 des "Getriebes"-i-'i auf eine Sektion des Dohrgos üänges 202 zu iibertragcji. Die Abtriebswelle 200 hat einen unteren Gewindcabscluxitt 204, dor mit eineni passenden Geuindo eines Druckriages (Di'uckauttex") 206 zum Eingriff kommt. Ein unterer - Ürück-riiigabschnitt 20" ist mit dein obcx'cn Druckx-iiigtcil 206 über Schraubenbolzen 210 verbunden und so befestigt, daß er mit der Abtricbswclle 200 durch eine in Eingriff befindliche Kox-bvcx-zahnuiig 212 droht; er arbeitet derart, daß or den nruclaring 2ü6 am Platz hält und dessen Lösen von doi' l/elle 200 vorhindert. .

Die Äitß.öjif-läche des untoren Druclcringabschnitts 208 hat eine I-orbvex-sahnung 21(t-, die mit einer Kerbverzahnung 2l6 an dex-Innenfläche eines Bohx-futtcr-Glockengehäuses 2 Io in Eingriff ist. Das Glockongehäuse 218 hat einen cinv/ärts ragenden iixind 220, dex~ sich gegen eine obere Simsfläche 222 am Di'uckrizig 206 anlegt. Die zueinanderpassenden r'lächon dienen der Entlastung einer seitlichen Spannungsbelastung, wenn das üoiirgcrfciinge "vmhrond des iiäumvox-'gaixgs \x\-.\ einen vorbestimmten Detrag

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abgelenkt wird, und der Übertragung von ürucklcräften von den Zylindern auf das Bohrgestänge.

Das Glockcngehäuso 21(3 ist starr mit einem Bohrfutter 224 über zusammenpassende Zahnseheiben 226 und eine Mehrzahl von Schraubenbolzen 22o verbunden. Das Flitter 22^fi hat ein Gewinde 230 zur Aufnahme eines passenden, an der Bohrgestängesektion 202 befindlichen Gewindes.

Jode Bohrgestängcsektion 202 hat ein Ende, das mit einem Gewinde , vile in Fig. ü gezeigt ist, verschen ist, und hat ein unteres (-.licht gezeigtes) Finde mit Innengewinde zum Eingriff in das obere rinde einer anschließenden Bohrgestängesektion, l/ühroiicl der Arb-ei tsj^hasc beim Aufwärtsräumen, vrobei Bohrgestängosoktioncn entfernt werden, worauf noch eingegangen worden wird, wird die >rchung des Futters durch Schalten des Ventils ⁽jO in ige":ehrt; während die anschließende Gestängeselctio.i gegen eine ürchung festgehalten wird, wird die oberste Sektion von Kutter'iosrclciufc. üic Gewinde 230 werden sich vor denen der Verbindung scwiseliCii aneinandcrgrcnzendoii Boijrgestängesektioiion lösen, .veil das ["ufctergewinde aus härterem Metall (nit glatteren Oberflächen) als di\s Bohrgestänge gebildet ist und weil die Berührungsfläche 231 zwischen dem Gestänge 202 sowie dom Futter 2.Ί4 kleiner als diejenige zwischen, benachbarten Gostärigcsoktioueii ist. Das hat einen geringeren iieibiuigsochuclloiiwer t an der Fat tor verbindung zur Folge.

Diese Elemente bilden den Anti-icbspeclianisaus für das Bohrfutter der Vorrichtung, wobei ci;i Drehmoment von der Abtriebswello 200 und den vrnckring 20υ über do;i unteren JJruckringabschnitt 2Ou sowie die IZorbvcr.;aimnngeH 214,2 Iu auf das Gloclceiigehäuse 210 übertragen wird, üai.iit v^ird das unten befindliche Bohrfutter li'Z'i gedreht, das icinorso Lts das Bohrgestänge 202 über die ineinandergreifenden Gewinde 250 in Drehung versetzt.

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Damit durch den Antrieb smechriismus eine Bohrgestäiigesektion während der Aufwärtsräxunvorgänge entfernt worden kann, ist ein Spannnieciianisinus vorgesehen, der ein Spannmuffen-Stütz-.rohr 232 aufweist, das fest an der Außenfläche des Getriebe-■ Gehäuses kk durch einen Verbindungsring 253 angebracht ist. Das untere Ende des Stützrohres 232 weist einen einwärts ragenden Bund. 23 ό auf, eier über ein Lager 23Ö an einer Spanninuffe 234 .anliegt. Das Lager 238 ist als Scheibe ausgebildet und besteht aus. einem relativ weichen Ilaterial, z.B. Messing, das nit einem Schmiermittel imprägniert ist; ein solches Lager wird unter dor.i ^TJarcn"cicIien "OILITE" vertrieben.

Die Spaimi.iuffc- 23-'l ist mit dem Futter 224 über ineinandergreifende Kerb~./Or Mahnungen 24O verbunden, die die Spannivmffe 23Ί r.'.it deu Flitter 22'i drohen lassen, während das Spannmuffcn-3tutsrohr 252 stationär bleibt. Die Spannuiuffe 254 arbeitet !".ixt den Spnniisc^uRiiton 242 zusar.imcri, die sich in Ausnohiiuui;;cn oder I-iitnchuiorf !Liehen (Ab IT lachung on) 244, welche mit Abstand rund vj 1 die Außoiioborflächo des Bohrgestänges 202 angeordnet sind, ηοΓχιιαοη. Die Jpcnncogi leute '.lk'2 haben ei;ie äußere Kerb — verzahnung 2-iü , die mit der Kerbvorznlinung 2^0 an der Spann-..aiffo 25'i 2ius.a:.ir,ionwirltt; die Spannseginonto 2^±2 sind «'ils zviei halbkreisförmige Teile oder als Mehrere bogenförmige Toilo ausgebildet, die normalerweise in den Ausnehmungen 2^4 angeordnet oder aus diesen- gononinon werden können.

Zur Ai^b c it svr ei π ο ist :ru oi"läutertn: Wenn vfährend. des Niedei"-bringens einer Tilotbohruns die Druckzylinder auf den mit dem .'Jude dos -Bohrgestänges 202 verbundenen Bohrmeißel eine abwäi-ts gerichtete Kraft übertragen, so legt sich die Unterseite eines Kragens 2'iC gegen die Oberfläche dos Bundes 220 an, nachdem sich die Abtriobswollc■abwärts in dichtung des Pfeilse 250 verlagert, und die Kerbverzahnung 21¹I gleitet relativ nur und entlang der Korbverzahnuiig 216 abx/ärts. In dieser Lage wird vo:n Getriebe über die Kegelrollenlager 2'i9, den Kragen 24-8,

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das Glockoiigchäuse 218 und das Bohrfutter 224t eine Abwärtslcraft auf das Bohi*gestäiigc 202 überti-agen, bis eine neue Gestängesektioii ztir Fortsetzung des Bohrvorgangs angesetzt werden muß. Bs wird davon ausgegangen, daß eine Bohrgestängesektion etwa 150 cm lang ist, so daß eine ganze Anzahl solcher Sektionen ang-esctzt werden muß, um Bohrungen von 300 m und größerer Tiefe auszubilden.

Un das Futter von Bohrgestänge zum Anfügen einer weiteren Gostäiigesektiou su lösen, wird der in. Fig. 3 cczcicto Gabelschieboi-62 durch die Hydraulikantriebe b'l- gegen die Gestängesektion 202 hin gesogen, so daß er in die Ausnehmungen oder Abflachungen 244 eingreift und das Bohrgestänge gegen eine Drehbewegung festlegt. Der Motor 50 wird in seiner Drehrichtung umgeschaltet, und das Futter 224 wird vom Bohrgestänge 202 abgeschraubt.

Dann werden durch Umschalten des Zylindersteuorventils 96 die Druckzylinder 24 zum Auffahren betätigt, so daß sie das Bohrfutteraggrogat 52 vom Bohrgestänge weg nach oben fahren. Beim At-ifwärtsfahreii dos Futtera-'-rgrcgats gleitet die Kerbverzahnung 2 l4 relativ zu und entlang der Kerbverzaimung 216 aufwärts, bis die Sir.isflache 222 an dox- Oberseite des Druckringes 206 sich gegen die Unterseite dos Bundes 220 anlegt, der das Futter 224 von der Bohrgcstniigosektion 202 um eine ausreichende Strecke abhobt, so daß eine weitere Bohrgestängesektion angesetzt werden kann.

Die neue Sektion wird nit dein Futter und der unteren Gestängesoktion mittels einer bekannten Vorrichtung, die hier nicht zu erläutert werden braucht, ausgerichtet. Das Ventil 90 wird zur Umsteuerung des Motors 50 betätigt, so daß das Futter 224 in normalen Drehsinn, d.h. im Uhrzeigersinn, gedreht-wird, um mit dem Gewinde 23Ο zum Eingriff zu kommen. Hierauf werden die Druckzylinder 24 in Gau."; gesetzt, und der übliche Bohrvorgang wird ausgeführt, wobei sich cliei Abtricbswelle 200 in

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iiichtung des Pfeils 250 abwärtsbewegt, bis der Kragen 248 sich gegen die Oberseite des Bundes 220 anlegt und damit wiederum eine Abwärtskraft "auf das Bohrgestänge 202 ausgeübt werden

Iiachdor.1 dieser Vorgang so oft wiederholt wurde, bis die Pilotbohrung f--orti.ggosÜ3llt ist, wird der Pilotbohrmeißel dann abgenommen und durch einen :iüum;:ioißcl sroße.i Durchmessers ersetzt, der· zur Ausbildung der Aufwärtsbohrung verwendet wird. V/älircad dieses Bohrvorgangs wirkt über die Bohrgestängesektio-Tieh 202 ein Drehmoment in Vorbindung mit einer aufwärts gerichtete:-. Kraft auf den Uäunier ein.

Wenn der iiäurcr.icißel zum oberen Bewegungsendpunkt der Druckzylinder aufgefahren worden ist, muß eine Gestängesektion entfernt werden, um den .iäun Vorgang fortsetzen zu könnnn. Ist die oberste Gestängesoktion völlig ob-erhalb des Arbeitstisches, dann wird der Gabclschicber 62 bewogt, so daß er in die oberen Ausnehmungen 244 in der zweiten, d.h. nach unten anschließenden "Gostäng"esol:ti-ou" eingreift und diese gegen Drohung festhält wie citicli die üb—ifoii Gestaugosektioiion an einem !''allen hindert. Die Antriebswelle 200 wird soweit abgesenkt, bis die Kerverzahiiung 2i^;i etwa in der liitte der Kerbvorzahnung 210 liegt.

iiix wird das Ventil 90 tiingoschaltet, wodurch eine Lösung der GGwiiidevo-i*bi:ictun-g zwischen dem Flitter 224 und der* Gostängcsolrtion 2G2 Iiorbcigcfiilirt r.^ri-~d; die untere Vorbindung wird hiorbeiwcge:v den gerüigereix ieibungs-Schwelle-iwertcs zwischen den "üt.tc.r. u:i.d-der "/iolii-soktiou, worauf bereits eingegangen wurde, nicht gelost werden. Dio Gewindoverbindung 2J5O wird nicht völlig getrennt, sondern locker in Eingriff gehalten. In die Ausnehmungen 2·:4 -werde:* die Spannsegmente 242 eingesetzt, und die Üruclzzylinder 2-'i x/ei-don v.'ieder abgefahren, was bewirkt, daß die Antriebswelle wie auch das Spannmuffcn-Stützrohr 232 sowie die

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Spannmuff ο 234 soweit abgesenkt werden, bis die Kerbverzahnung 240 an der Innenfläche der Spannmuffe 234 in die Kerbverzahnung 246, die sich um die Außenflache der Spannsegmente 242 herum bcfizidet, eingreift.

Da die KerbVerzahnung 240 an der Spannmuffe 234 ebenfalls in eine nit ihr r.usainr.ionwirkeiide Kerbverzahnung an der Außenfläche des Futters 224 eingreift, wird, wenn der Motor 5ü entgegen dem [ihr zeiger sinn gedroht wird, das Bohrgestänge 202 zusammen mit dom Futter 224 aufgrund des durch die Spannsognientρ übertragenen Drehmoments drohen, auch uemi die in Singriff befindlichen Gewinde gelockert wurden. Durch diesen Vorgang wird die untere Verbindung zwischen, der (oben befindlichen) Gostängosektion und der anschließenden Gestängeselrtion gelöst, die Druckzylinder hebon die obere Sektion aus ihrer Anlage mit der untoi'Oii Sektion und die (nicht gezeigte) Gestängetraiisportvorricl· tang kun-i die obere Gostängesektion, nachdem die Spannsegr.ioiitc 24-2 aiis clcu Ausnehmungen 244 gononaen wurden, entfernen. Die Druckzylinder 2^lh werden dann umgeschaltet, um das Futter 224 i.iifc der von Gabolschiebor 62 gehaltenen Sektion in iiingriff zu bringen, iuid der IJotor 50 droht das Futter 22'i zur lierstclluiig der Geviindc verbindung 230, so daß der Auf wärt sräurivorgaaig fortgesetzt werden kcinn. Mit dem vorbeschriebeiien IJohx-±^%uttcraggregat kann, wenn es zusammen mit dem in Fig. 5 ,'•;e:',e.'.gton Iiydraulikkrcis zur.i Einsatz koiimit, das Abnehmen oder Ansetzen von Sektionen eines Bohrgestänges schnell und wirksam durchgeführt worden.

Unfccr Uo::ugiiahr.io auf Fig. 6 wird noch auf ein Sichorhcitsmerkmal den Bohrfutteraggrogats in einzelnen eingegangen. .Während der Aufwärtsräur.ivorgäiigo wird dor Meißel Gesteinsschichten von unterschiedlicher lärto und Konsistenz durchfahren. Der Meißel wird gelegentlich seitwärts mit Bezug zur Achse der Pilotbohrung abgelenkt werden, wodurch ein Kraftmoruent auf deis Bohr-

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•futtcraggrogat ausgeübt wird. Wenn dieses Kraftmoment völlig von einem starren Futteraggregat aufgenommen wird, dann ist die V/ahrscheinlichkeit für eine Beschädigung oder Störung groß. Doshalb wurde das Bohi-f utteraggi'egat nit einer Sicherheitseinrichtung versehen, die es innen liegenden Teilen des Aggregats erlaubt ζαι schwanken, wenn ein Kraftmoment von vorbestimmten· Höhe ausgeübt wird. Diese Schwank- oder Schaukelwirkung tritt an der Anlagefläche awischen der Simsflächc des Druckringes 2O6 und der damit zusammenwirkenden Unterseite dos Bundes 220 des Glockeiigelüvuses 218 auf. Die Kerbverzahnungen 2l4, 2l6 passen lose genug ineinander, um eine Abweichungvon 1 von der Mitte zuzulassen, wenn eine Seitenkraft an irgendeinem Punkt entlang der Länge dos Bohrgestänges zur Wirkung kommt. Ein Spalt 254 zwischen der Span.iinuffe 234 und den einwärts ragenden Bund 236 des Spannr.vuffon-Stütsrohres nimmt die Ablenkung im unteren Teil des Spann- oder Verschraubmechanismus auf. Sollte es geschehen, daß das Bohrgestänge über den Fcstigkeits- oder Stärke-Schwellenwert des Futteraggrogats hinaus abgelenkt wix~d, so wird auf diese Weise das Futter genügend kippen, um die Ablenkung ohne Übertragung einer Bruchkraft auf irgendeinen Teil des Futteraggregats oder die Abtriebswelle 200 aufzunehmen.

Sollte das Bohrgestänge über einen größeren Winkel abgelenkt, d.h. schräggestellt werden, so legt sich die Spannrauffe 234 gegen den Bund 236 an, wodurch das Kraft- oder Belastungsraomont durch das Spannmuffen-Stützrohr 252 auf das Getriebegehäuse 44 übertragen wird. Weil die Bauteile des Gehäuses größere Belastungen als die Abtriebswolle aufnehmen können, wird ein größerer Sicherheitsabstand gegenüber Beschädigung erreicht, als wenn die Abtriebswolle das Bolastungsmomont aufnimmt. Ferner wird, sollten das Bohrfuttoraggregat oder die Antriebswelle 200 einen Schaden erleiden, das Bohrgestänge dann immer noch von dem Spannmufrcn-Stützrohr 232 getragen und nicht abfallen.

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Den Zeichnungen sind noch andere Ilraiteilc tier* AufvMi-tsbohr.-vorrichtun;," 211 entnehmen, z.li. eine j tolir leitung 252 zur Übei-riihrung von Flüssigkeit zxin Bohrgestänge und Ilydraulikleitun- r;cn ".im IJo.trieb des Motors ^O -.nid nor Prucksylindcr 2-Ί;
c:ino rtiherc ilosclireibun,··; criibi' j gi sicJi hier jedoch, da solche Teile dein F;ichi:iann aiii" >_lo^ri eincchla.cji.'xeu Gebiet bo'innnt sind.

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BAD ORIGINAL

Claims

Dipl.-Ing. W. Meissner Dipl.-Ing. P. E. Meissner Dipl.-Ing. H.-J. Presting

Herbertetr. 22,1000 Berlin

Ka/4i3/DE-79-1 13.05.1980

Dresser Industries,

Dresser Building

Elm at Akard

Dallas, Texas 75201, USA

Aufwärtsbohrvorri chtung

Pa t ent ansprücls e

ijonrvorrichtung mit einem am boden aufliegenden Sockel, mit einer jviurichtxiiig zura Erfassen eines Dohrgestänges sowie zum Übertragen eines ürelimonents auf dieses und mit einem mit dem Sockel verbundenen, die Drehmotnentübertragungseinrichtung entlang der üohrgestängeachse hin- undhorbewegendeu Hydraulikantrieb, dadurch gekennzeichnet , daß

a) der Hydraulikantrieb ein mit dem Sockel (12) verbundenes Paar von Hydraulikzylindern (Li-'i), deren offene Enden vom Sockel entfernt liegen, enthält;

b) eine Kolbenstange (32) in jedem Zylinder bewegbar ist und jeweils dessen offenes linde nach außen überragt;

c) ein Führungsrohr (3k) jede Kolbenstange (32) umschließt und mit deren äußerem Rude verbiindon ist;

d) die Fülirimgsrolire innere Flächenteile aufweisen, die Teile der Außenflächen der Zylinder (2<i) überlappen und sich gleitend gegen letztere anlogen;

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BAD ORIQINAL

e) Befestigungseiiirichtung aiu- Verbindung der zwischen die Führungsrolle (34) eingesetzten j.)rehmor:ientübertragungseinrichtung (5O,p2) r-ii fc den Führung sr oh re.i vorhanden sind.

2. IJoIirvox-ricatung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dna der /Jockei (12) ein Paar von parallelen Kufen ( l4) enthält, da,'j ein zwischen den Kufen niigeord.ieter Arbeitstisch (lu) starr mit diesen gekoppelt ist und daß tuit jeder liufe e±-;ior dor Hydraulikzylinder verbunden ist.

5· Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gelceanseichnet, daß jeder Hydraulikzylinder (24) eine iäodenplatte (2o) von einer derartigen Größe und des talt, daß sie mit einer tragenden Fläche der zugeordneten Kufe (14) zusammenpaßt, enthält und daß die Bodenplatten sowie die tragenden Flächer, an den Hufen mit zueinander ausgerichteten, Sehraubpnöolzßii (28) aufnehmenden Löchern, versehen sind.

^i-. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplcitten (26) und di.e tragenden Flächen an den Kufen (lA) miteinander zusammenwirkende, rechtwinklig zur Längsachse der Kufen ausgerichtete, einen Keil (5O) aufnehnende ITuten (yl) aufweisen.

5. Bohrvorrichtung imch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Außenoberfläche der Druckzylinder (24) eine reibungsbeständige Büchse (38) verbunden ist, an der die Führungsrohre (34) anliegen.

6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Bohrgestänges (202) und die Achsen der Druckzylinder (24) miteinander in einer Fluchtlinie liegen.

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YV üöhrvoa'richtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, -- daß die Dreh.momen.tub er tr agungs einrichtung einen. Motor (50) , eine Üehrzahl .von. Uatersetzungsgeti-ieben (54,56) sowie ein das Bohrgestänge (202) erfassendes Bohrfutter-.-"■■aggregat (>2) aufweist und daß der Motor (50) zur Bohrgestangcacbse versetzt angeordnet ist.

8. Bohrvorrichtung nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet, .daß der Schwerpunkt der Vorrichtung geringfügig zur Bohrlochaclise versetzt ist und auf einer Linie liegt, die rechtwinklig au der die Achsen des Bohrgestänges sowie der Druckzylinder schneidenden Linie verläuft.

9· Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen für die Drehnionentübertr.agungseinrichtung ein erstes Paar. von mit den Führungs-.: rohren (34) verbundenen, einander zugewandten Befestigungsplatten (40) sowie ein zweites Paar von mit der Drehmomentübertragungseinrichtung verbundenen Befestigungsplatten "_..-"". C42) , die eine solche Größe und Lage haben, daß sie mit den ersten Befestigungsplatten ztur Anlage zu bringen sind, aufweist und daß die einander zugeordneten Platten der Paare mit fluchtenden, Schraubenbolzen (48) aufnehmenden Löchern versehen sind.

10. Bohrvorrichtung nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsplatten (40) des ex-sten Paares eine waagerechte Leiste (45) haben, auf der die bodenseitige Kante der Platten (42) des zweiten Paares aufliegt.

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