DE3018616A1

DE3018616A1 - Bohrfutteraggregat fuer eine aufwaertsbohrvorrichtung

Info

Publication number: DE3018616A1
Application number: DE19803018616
Authority: DE
Inventors: Dennis Joseph Patrick; 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: AU5776680A; GB2048995B; FR2456828B1; US4298076A; FR2456828A1; AU532476B2; ZA802414B; SE8003589L; GB2048995A; CA1131052A

Description

BohrfLitteraggregat für eine Aufwärtsbohrvorriclitung

Die Erfindung betrifft ein Bohrfutteraggregat für eine Aufwärts■ bohrvorrichtung, d.h., sie bezieht sich auf eine dem Erfassen des Bohrgestänges sowie dem Anfügen oder Entfernen von Bohrgestängesektionen, dienende Einrichtung einer Aufwärtsbohrvorrichtung»

Mit dem Ausdruck "Aufwärtsbohren" wird eine Bohr- und Räumtechnik zur Herstellung von Bohrungen großen Durchmessers bezeichnet, wobei eine Pilotbohrung von relativ geringem Durchmesser durch Erdschichten niedergebracht wird, bis der Meißel in einen Freiraum eindringt. Der kleine Bohrm.eißel wird dann
durch einen besonders ausgebildeten Räumer mit großem Durchmesser ersetzt, worauf das größere Loch entlang der Pilotbohrung ausgebildet wird, indem der Räumer zur Bohranlage zurück aufgeholt wird. Diese Technik ist im einschlägigen Fachgebiet wohlbekannt, und es wurden viele Bohrvorrichtungen oder -anlagen dieser Art entwickelt.

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Das Bohrfutteraggregat einer Aufwärtsoohrvorrichtung erfaßt das Bohrgestänge und überträgt ein Dniimoineiit auf dieses. V7ährend der aufwärts gerichteten iUüimarbeiten müssen Sektionen des Bohrgestänges abgenommen werden, da die Druckzylinder den oberen Endpunkt ihres Hubweges erreichen, normalerweise dient eine Spannvorrichtung dazu, in Zusammenarbeit mit dein Bohrfutter das Abnehmen der obersten Bohrgestangesektion bewerkstelligen, au können.

Gemäß dem bekannten Stand der Technik sind das Bohrfutteraggregat und die Spannvorrichtung mit der Abtriebswelle eines Getriebes verbunden, so daß irgendwelchen, auf das Bohrfutter übertragenen Belastungsmomenten von der Abtriebswelle des Getriebes oder anderen Bauteilen des Futters entgegengewirkt wird. Obwohl bei einigen bekannten Bohrfutteraggregaten ein Verbindungsstück eingegliedert worden ist, das ein solches Belastungsnioment innerhalb enger Aus legung s grenz en aufnehmen kann, wird das Moment, wenn der vorgesehene Auslegungswinkel überschritten wird, dennoch auf die Abtriebswelle übertragen, was letztendlich zu deren Beschädigung und/oder Ausfall führt sowie kostspielige Verzögerungen und xleparaturarbeiten nach sich zieht.

Ferner bleibt, wenn die Abtriebswelle ausfallen sollte, kein Teil übrig, das das Bohrgestänge und den Meißel hält, so daß deren Abfallen in den Schacht nicht vermieden werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die vorstehend erwähnten Mängel und Nachteile bekannter Vorrichtungen zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemeiß durch ein Bohrfutteraggregat mit einer zugeordneten Spannvorrichtung gelöst, indem ungewöhnlich große Belastungsmoniente auf ein strukturell stärkeres Bauteil, als es die Abttiebswelle und ihre zugehörigen Lager sind, z.B. ein Getriebegeäuse, übertragenfwerden. Ferner wird genüiß

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BAD ■ ORIQJtNMiV?.? ~- .-^

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dcx- iirfinduiig ciafür Vorsorge setroffer,, daß, sollte ein Aus-TaI". auftreten, das Boiirgeüv.jge weiterhin getragen und an oiiicr.i _ibf iillen in den Schaclit gehindert wird.

Das Bohrfuttcx^aggregat weist ein Gloclccngeiiäuse und ein unteres Futter auf, die das außen liegende linde der Abtriebswelle mn^eboii und mit dem Bohrgestänge zum jSingriff ..iu bringen sind. Die Abtriebswolle trägt einen Druckring (Df ucknxrtt or) an ihrem außen liegenden Ende, der luit ci:xei" Kerbvorsahnung versehen ist, welche in eine da::u passende licrbverzaimung an der Innenfläche des GlociCGiigohäiiscs eingreift, um diese Teile für eine Drehung r-dtüinaiidor zu koppeln, eine a::iale ^lclativbcweguzig zueinander nlior ausulascc:i.

.'k\s GlocJcon.'rehiiniio hat eine obere und eine nach -uiteu gerichtete

mit

üruckflache , die beide/ niit der Abtriebswelle vorbandeneni Druckflächen so !-,usanneiivrlTJce:-!, cIm.j eine axiale Kraft von den Druck-

'nuf das Bohrfutter sowie das Bohrgestänge in beiden k jcen werden kann.

liittels einer I-Zorhveraaliiiuiig sitst eine Spannrauffe auf der Auüoiif lache dos ;3ohrf\itters, wobei die Spannniuf f enverzahnung auch Mit passenden Korb ν er ζ almung en an den Außenflächen von iJjicuiiiscgr.ien.tcii,· die ihrerseits gegen das Bohrgestänge bei An— hoben des Knttcra durch die Abtricbswello in Anlage sind, nun Eingriff kor.ric. Jie Spannniuffc wird gegen eine axiale Bewegung relativ ^u:.: r.icht als Futter arbeitenden Teil der Bohrvorrichtung durch ci.i Utützrohr auf ihrem Platz gehalten; das Stützrolir umgibt die Spannnuffo und ist an einem nicht chrehondeii Bauteil der Dohrvorrichtung, z.. B. am Gehiiuse des Getriebes, starr befestigt; die ST)ann;n.ifCo ist relativ zum Stützrohr drehbar, vro::u ein ,'roeignctcs Lager mit niedriger loibung dient.

liinc Auf- ü;u! Abbewegung der Abtricbswelle sowie der ihr zugeordneten Druckflächen wirkt dahin, daß durch das Bohrfutter

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BADOFHGfNAL

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o±r-crso±ts eine Kraft "auf das Bohrgestänge übertragen und andererseits ermöglicht wird, Bohrgestängesektionen durch eine axiale Bewegung des LJohrfutters x-elativ zur Spannmuffe zu entfernen, da diese die obere Gestängeselction stationär hält, während die Verbindung zwischen dieser oberen und der Tiächstaa Sektion gelöst wird.

Sollte während der Auf war tsräumvoi'gänge eine seitliche Kraft auf das Bohrgestänge ausgeübt werden, die ein über einen vorbestimmten Wert hinausgehendes Belastungsmoment am B^utter erzeugt, so können die Druckflächen zwischen den Glockengehäuse sowie der Druekmutter und ihre zusammenpassenden Kerbverzahnungen eine Relativbewegung oder Ablenkung bis zu beispielsweise 1 aufnehmen. Sollte die winklige Ablenkung den erlaubten Bereich übersteigen, so lard sich die vom Futter getragene Spannmuffe seitwärts gegen das Stützrohr anlegen, so daß dieses und das feststehende Getriebegehäuse das Belastungsniomeiit auf nehmen; diese Bauelemente sind in der Lage, sehr viel größere. Belastungen aufzunehmen, als das für die Abtriebsirelle bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist.

Unter KcvtastropheiTbedingungen, die einen Ausfall der Abtriebswelle ode.r des ßohrfutters bewirken, wird das Stützrohr das Bohrgestsiiige und den Ileißel über die aneinaiiderliegeiiden Druckflächen tragen und verhindern, daß diese Arbeitsgeräte im Schacht abfallen.

Krfindungsgemäß wird- somit ein Bohrfutteraggregat mit einer Spannvorrichtung geschaffen, das in der Lage ist, größere Belastungsmomeiite, als das bekannte Anordnungen können, aufzunehmen und das somit eine größere Sicherheitsspanne bietet, indem es, sollte ein Versagen eintreten, verhindert, daß die die Bohrung ausbildenden Bauelemente abfallen.

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ORIGiNAL

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JJns Verhindern eines Schadens am Futter durch die Maßnahmen nach der Erfindung erspart Zeitaufwand und licparaturlcosten. rieben dem im Festhalten der Bolii"erbaueleiaente während eines Schadens zu sehenden. Sicherheitsaspelct werden aufwendige und teuere 1/iedergewiiinuiigsarbeiton vermieden, wenn die die Bohrung ausbildenden Bauelemente an irgendeinem Punkt entlang der Aufwiirtsbohrung festgehalten oder verklemmt werden.

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Der Erfindungsgegeustand wird anhand der Zeichnungen erläutert. i£s 3GXgGIi:

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

Fig. 3 Drauf sichten auf je eine Hälfte der Vorrichtting von Fig. 1 und 2;

Fig. 'i.eirio. scheir.at iscric Porspektivdar st ellung der Vorrichtung nach den Fig. 1 - 3₅ wobei einer der Ständer, bestehend aus Druckzylinder und Führungsrohr, vorn übrigen Teil der Vorrichtung losgelöst ist, um liinzellieiten der Verbindungen zuzeiten}

Fig. 5 eine schernatische !Darstellung des zur.i üetrieb der Aufwäx"tsbohrvorrichtung eingesetzten Hydrauliksystem^;

Fig. ό eine. Schnitt dar stdlluiig der lJohrf utter- und Spann- oder Verschraubungsteile der Vorrichtung.

Die AufwartGbolirvox-richt'-.ing lü, in dei- ein liohrfutteraggrogat und eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung zu:3 Einsatz lcouiuen köi-mon, v/eist einen Sockel 12 auf, der, wie Fig. 2 zeigt, aus cinei.i Paar von parallelen Kufen I¹L, die :nit der Grundfläche durch geeignete (nicht gezeigte) Bolzc:i verbunden sind, bestehe:! Iranru .1-Iit dem Sockel 12 ist ein Arbeitstisch Io über Schwenkzapfen Io verbunden,, die er möglich en, den Arbeitstisch 10 und andere, noch zu beschreibende J3auteile mittels eines Paars von Spannbolzen oder -schlossern 20 ζλι verschwenken, wobei diese Spannschlösser den vorderen Teil dos Arbeitstisches 16 mit dea Kufen l4r verbinden. Die Joärvorrichtung 10 kann somit nach Wahl verschuenkt werden, um Bohrungen über einen Bereich unterschiedlicher Winkelrichtungen mit ;)ozug zur Grundfläche niederzubringen.

Wenigstens, zwei Ständer 22, bestellend aus Druckzylinder und Führungsrohr, sind mit dem Arbeitstisch Ib verbunden und dienen dazu, die notvreiidige A:ziall;raf t, die für den Bohrvorgang erforderlich ist, zu liefern, währe'id sie gleichseitig den Bohrr.iechaiiisLvas entlang einer genauen Ikiim führen und ein leaktionsdrehmoi.ient

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BÄOiiORiÖlNÄL

aufnehmen . Die Ständer 22 weisen einen Hydraulikzylinder 24 (Fig. 4) mit einer Platte 26 auf, die am Arbeitstisch l6 mittels der Schraubenbolzen 28 gehalten ist, wobei ein Keil 30 in passende Nuten 31 in den aneinanderstoßenden Flächen der Platte 26 und des Arbeitstisches l6 eingreift.

Durch geeignete hydraulische Einrichtungen, die noch beschrieben werden, ist im Zylinder 24 eine Kolbenstange 52 verschiebbar, und Kolbenstange sowie Zylinder arbeiten derart, daß sie die für den Bohrvorgang notwendige Axialkraft liefern. Die erforderliche Abstützung und Führung wird von einem Führungsrohr 34 abgegeben, das an seinem oberen Ende mit dein außen liegenden Ende der Kolbenstange 32 über mehrere (nicht gezeigte) Bolzen verbunden ist, welche die Oberseite des Führungsrohres 34 durchragen. Um den Eintritt von Schmutz und Feuchtigkeit in den Ständer (Führungsrohr 34 und Druckzylinder .24) zu unterbinden, ist eine Abdeckung 56 vorhanden. Das Führungsrohr 34 liegt an der Außenoberfläche des Hydraulikzylinders 24 mit einer an der Innenfläche dos Führungsrohres befestigten Bronzebuchse 38 an, um einen-dichten Sitz mit minimaler Reibung zwischen dom Führungsrohr 34 und dem Zylinder 24 zu schaffen.

Der die Drehtnomentübertragungsfunktioii ausfüllende Mechanismus der Bohrvoirichtung 10 ist zwischen den Führungsrohren 34 bzw. Ständern 22 befestigt, wie Fig. 4 am besten zeigt. An der Außenoberfläche eines jeden Führungsrohres 34 ist eine Befestigungsplatte 40 angeschweißt oder andersartig starr angebracht, wobei die beiden Befestigungsplatten 40 einander zugewandt sind und zwischen sich genügend Raum für die Aufnahme der Drehmomentübertragungseinrichtung lassen. Ein zweites Paar von Befestigungsplatten 42, 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 40,42 untereinan-

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der durch mehrere Schraubenbolzen 48 verbunden sind, so daß sie die Drehmomentübertragungseinrichtung dar Bohrvorrichtung tragen. Diese übertragungseinrichtung enthält zusätzlich zum Getriebe 44einen 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 ihrer außen liegenden Flächen eine Leiste 43 auf, dia mit einem Scherblock 45 zusammenarbeitet, der an die Platten 40 angeschweißt ist, um eine Verlängerung der Leiste zum Tragen der Drehmomentübertragungseinrichtung zu bilden und die Schraubenbolzen 48 von einer Scherspannung zu entlasten. Alternativ können Keile und Keilnuten, die nicht gezeigt sind, vorgesehen werden.

Wie aus der folgenden Beschreibung noch im einzelnen hervorgehen wird, dient das Bohrfutteraggregat 52 dazu, das oberste Ende einer Bohrgestängesektion oder mehrerer solcher durch passende Cnicht gezeigte) Gewinde von Standardgröße und -gestalt zu erfassen. Die Bohrgestäiigesektionen ragen durch eine Mittel-Öffnung 60 im Arbeitstisch l6 und in den darunter liegenden Boden. Im Betrieb wird zuerst durch die Erdschichten eine Pilotbohrung 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 am Arbeitstisch l6 befestigter Gabelschieber 62 mittels der Hydraulikantriebe 64 gegen das Bohrgestänge bewegt, der sich gegen mehrere Ausnehmungen oder Abflachungen, die rund um die Außenoberfläche des Bohrgestänges angeordnet sind, in bekannter Weise anlegt. Der Gabelschiebor 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 Bohrgestänges ektion_ durch eine (nicht gezeigte) Standard-Gestängetransportvorrichtung an ihren Platz gebracht werden kann, uin diese Sekrion mit dem Bohrfutter und der vom Gabelschieber gehaltenen Gestängesektion in Eingriff zu bringen. Die Transportvorrichtung arbeitet so, daß die zueinander passenden Gewinde zwischen der neuen Sektion und dem Futter sowie der bereits vorhandenen Gestängeselction 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 Grubenverbindungsirecke schneidet, wird der Bohrmeißel entfernt und durch einen größeren Aufwärtsbohrräummeißel ersetzt, der einen Durchmesser von etwa 152 bis über bOO cm haben kann. Der Räumer wird gedreht und gleichzeitig entlang der Pilotbohrung aufgezogen, um einen Schacht το. relativ großem Durchmesser auszubilden.

Gemäß einer Ausxiihrungsform der Erfindung kann der Hauptantriebs· motor ein hydraulischer Motor mit zwei Geschwindigkeiten sein (gefertigt von Poclain unter der Modell-Nr. H 30-4400), der bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 105 U/min (maximal 135 U/min) 22.5,74 kW erzeugt.

Die Bohrgeschwindigkeit kann bis zu 92 U/min, die Räumgeschwindigkeit bis zu 14,4 U/min betragen. Es kann ein kontinuierliches Antriebsdrehmoment von etwa l8 000 kpm geliefert werden, das Abwürgdrehnoment X3t etwa 24 000 kpm bei ca. 400 χ 1θ5 N/m²

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Die zwischen den Motor 50 und das Bohrfutteraggregat 52 geschalteten Zahnräder können die erste Zahnraduntersetzung 54 mit einem 1,47-Ritzel und Zahnrad sowie die zweite Zahnraduntersetzung 56 mit einem 6,^-Planetengetriebe enthalten, das Räumverhältnis ist 9 »4 : 1* Es können ein normaler Pilotbohrdruck von 51 256 kg (maximal I09 728 kg) bei 24l χ ΙΟ⁵ N/m²

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und ein iiäuindruck von 410 508 kg bei 310 x 10 N/m vorgesehen werden.

Die Bauteile des Hydraulikkreises, der zum Betrieb der beschriebenen Vorrichtung dient und den Gegenstand der Erfindung bildet, sind in Fig· 5 gezeigt. Die Ladepumpe 66 wird von einem Ladepumpenmotor 68 angetrieben und führt den Einlassen der Antriebspumpen 70,72 Flüssigkeit zu. Der Ladepumpenmotor 68 wird von der Pumpe 74 angetrieben.

Die Ladepumpe 66 liefert Öl zu den Pumpen 70,72 in einer geringfügig größeren Strömungsmenge, als erforderlich ist, wobei ÜberschußÖl durch ein Entlastungsventil 76 abgeleitet wird, das auf otwa 1 Ö5'i inbar eingestellt ist. Durch diese Ausbildung ist ein genügender Ilydraulikdruck gegeben, um Verluste, die durch die Filter jQ,80 hervorgerufen werden, und innere Leitungsverluste zu überwinden, so daß an den Einlassen der Pumpen 70,72 ein positiver Drück aufrechterhalten wird. Die Pumpe 70 wird von einem Motor 82, die Pumpe 72 von einem Motor 84, die beide mechanisch oder.elektrisch getrieben sein können, angetrieben.

Die Pumpe 72 betreibt den Ilauptantriebsmotor 50, während die Pumpe 70 auf die Ständer 22 bzw. deren Druckzylinder 24 während deren SchneiIbewegungsphase beim Anfügen oder Abnehmen von Bohrgestänge arbeitet und die Pumpe 72 zum Antrieb des Motors 50 während des Bohrens oder Räumens unterstützt. Ein Ventil (Wegeventil) 86, das in die Eilgangstellung 88 oder in die Hauptantriebssteilung 89 geschaltet werden kann, steuert den Ausgang der Pumpe 70 zur Ausführung dieser Tätigkeiten. Ein

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"Ventil 9° steuert über eine Vorschubstellung 91 bzw. Rückhubstellung 92 den Aussang von der Pumpe 7° und/oder der Pumpe 72 zum Motor 50.

Altei-nativ können die Pumpe 72, der Motor 84 und der Filter 80 weggelassen werden, wobei dann die Pumpe 70 direkt über eine (nicht gezeigte) Mengenregelungsvorrichtung mit dem Ventil 90 verbunden wird. Bei dieser Ausführungsform treibt die Pumpe 70 den Motor 50 während Bohrvorgängen mit hohem Drehmoment und liefert noch eine minimale Strömung an Hydraulikflüssigkeit sum Motor 50, wenn, die Pumpe 70 die Druckzylinder 24 während einer SchnellverstelLung 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 normalen Betriebs zum Herstellen einer Pilotbohrung oder zum Aufwärtsräumen die Pumpe 70 zum Antrieb des Motors 50 die Pumpe 72 unterstützt, liefert eine Pumpe 94 Hydraulikflüssigkeit über ein Zylinders tellerventil" 96 an die Druckzylinder 24 in den Ständern 22, und dieses Ventil 96 steuert die Druckzylinder über eine Auffahr— sowie Abfahrstellung 98 bzw. 100. Ein Motor 102 speist die Pumpe 94 wie auch die Pumpe 74, welche, wie bereits erwähnt wurde, den Motor 68 antreibt. Zusätzlich kann die Pumpe ?4 hydraulische Hilfskreise für eine Bohrgestängetransportvorrichtung, den Getriebeschaltzylinder, eine Schmierpumpe und die Hydraulikantriebe 64 für den Gabelschieber 62 versorgen. Eine druckausgeglichene kontinuierliche Mengenregelungsvorrichtung 104 kann in der Leitung zwischen der Pumpe 74 und dem Motor 68 zur Regelung der Drehzahl der Ladepumpe 66 angeordnet sein. Ein Sumpf I06 nimmt Rücklaufflüssigkeit aus den Hydraulikkreisen auf, ein Wärmetauschor I08 dient der Kühlung der gesamten Rücklaufflüssigkeit. Ein schematisch dargestelltes Rückkopplungsventil 110 kann für

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die wahlweise Verbindung der Druckzylindereinlassβ mit den -auslassen vorgesehen sein, um die Verfahrgeschwindigkeit beim Zufügen oder Abnehmen von Bohrgestängesektionen zu erhöhen. Es ist klar, daß andere Bauteile, wie Zylinderentlastungsventile, Ausgleichventile usw., die in der einschlägigen Technik bekannt sind, in der Gesamtkonstruktion enthalten sein können, sie wurden hier nur der Einfachheit halber weggelassen.

Um das Bohrgestänge zu erfassen sowie auf dieses ein Drehmoment zu. übertragen und um zur gleichen Zeit die notwendige Betriebsfunktion zum Entfernen und Anfügen von Bohrgestängesektionen zu bewerksteiligen, wurde das in Fig. 6 im einzelnen gezeigte Bohrfutteraggregat 52 vorgesehen. Dieses Aggregat dient dazu, ein Drehmoment von einer Abtriebswelle 200 des Getriebes hk auf eine Sektion des Bohrgestänges 202 zu übertragen. Die Abtriebswelle 200 hat einen unteren Gewindeabschnitt 204, dez" mit einem passenden Gewinde eines Druckringes (Drucknutter) 206 zum Eingriff kommt. Ein unterer Druck-ringabschnitt 208 ist mit dem oberen Druckringteil 206 über Schraubenbolzen 210 verbunden und so befestigt, daß er mit der Abtriebswelle 200 durch eine in Eingriff befindliche ICerbverzahnung 212 dreht; er arbeitet derart, daß er den Druckring 206 am Platz hält und dessen Lösen von der Welle 200 verhindert.

Die Außenfläche des unteren Druckringabschnitts 208 hat eine Kerbverzahnung 214, die mit einer Kerbverzahnung 2l6 an der Innenfläche eines Bohrfutter-Glockengehäuses 218 in Eingriff ist. Das Glockongehäuse 218 hat einen einwärts ragenden Bund 220, der sich gegen eine obere Simsfläche 222 am Druckring 206 anlegt. Die zueinandorpassenden Flächen dienen der Entlastung einer seitlichen Spannungsbelastung, wenn das Bohrge±änge während des Räumvorgangs um einen vorbestimmten Betrag

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abgelenkt xiird, und dor Übertragung von Druckkräften von den Zylindern auf das Bohrgestänge.

Das GloclceiigehäusQ 218 ist starr mit einem Bohrfutter 224 über zusammenpassende Zahnscheiben 226 und eine Mehrzahl von Schraubenbolzen 223 verbunden. Das Futter 224 hat ein Gewinde 23O zur Aufnahme eines passenden, an der Bohrgestängesektion 202 befindlichen Gewindes.

Jede Bohrgestängosektion 202 hat ein Ende, das mit einem Gewinde, wie in Fig. 6 gezeigt ist, versehen ist, und hat ein unteres (nicht gezeigtes) Ende mit Innengewinde zum Eingriff in das obere Ende einer anschließenden Bohrgestängesektion. Wähz-end der Arb-eitsphase beim Aufwart sr äumen, wobei Bohrgestängesektionen entfernt werden, worauf noch eingegangen werden, wird, wird die Drehting des Futters durch Schalten des Ventils 90 umgekehrt; während die anschließende Gestängesektion s^&S^Qri eine Drehung festgehalten wird, wird die oberste Sektion vom Futterjlosgelöst. Die GeA/dLnde 230 werden sich vor denen der Verbindung zwischen aneinandergrenzenden Bohrgestängesektioncn lösen, weil das Futtergewinde aus härterem Metall (mit glatteren Oberflächen) als das Bohrgestänge gebildet ist und weil die Berührungsfläche 231 zwischen dem Gestänge 202 sowie dem Futter 224 kleiner als diejenige zwischen benachbarten Gestängeselctionen ist. Das hat einen geringeren Heibungs-Schwellcnwert an der Futterverbindung zur Folge.

Diese Elemente bilden den Antriebsmechanismus für das Bohrfutter der Vorrichtung, wobei ein Drehmoment von der Abtriebswelle 200 und den Druckring 2O6 über den unteren Druckringabschnitt 208 sowie die Kerbverzahnungen 214,216 auf das Glockengehäuse 21Ö übertragen wird. Damit wird das unten befindliche Bohrfutter 224 gedreht, das«einerseits das Bohrgestänge 202 über die ineinandergreifenden Gewinde 230 in Drehung versetzt.

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Damit durch den Antriebsmechnismus eine Bohrgestangeselction während der Aufwärtsräumvorgänge entfernt werden kann, ist ein Spannmechanismus vorgesehen, der ein Spannmuffen-Stützrohr 232 aufweist, das fest an der Außenfläche des Getriebegehäuses 44 durch einen Verbindungsring 253 angebracht ist. Das untere Ende des Stützrohres 232 weist einen einwärts ragenden Bund 236 auf, der über ein Lager 23Ü an einer Spannmuffe 234 anliest. Das Lager 258 ist als Scheibe ausgebildet xuid besteht aus einem relativ weichen Material, z.B. Messing, das r.iit einenr Schmiermittel imprägniert ist; ein solches Lager wird unter dem -Warenzeichen." ¹¹OILITE" vertrieben.

Die Spannmuffö 234 ist mit dem Futter 224 über ineinandergreifende Kerbverzahnungeii 240 verbunden, die die Spannmuf fe 234 mit dem Futter224 drehen lassen, während das Spannmuffen-Stützrohr 232 stationär, bleibt. Die Spamimuffe 254 arbeitet mit den Spännsegmenten 242 zusammen, die sich in Ausnehmungen oder Mitnehmerflächen (Abflachungen) 244, welche mit Abstand rund Um die Außenobcrflache des Bohrgestänges 202 angeordnet sind, befinden. Die Spannsegmente 242 haben eine äußere Kerbverzahnung 246 , die mit der Kerbverzahnung 240 an der Spann- - muffe 234 zusammenwirkt; die Spanns eginente 242 sind als zwei halbkreisförmige Teile oder als mehrere bogenförmige Teile ausgebildet, die normalerweise in den Ausnehmungen 244 angeordnet oder aus diesen genommen werden können.

Zur Arbeitsweise ist zu erläutertn: Wenn während des Niederbringens einer Pilotbohrung die Druckzylinder auf den mit dem Ende dos Bohi-gestänges 202 verbundenen Bohrmeißel eine abwärts gerichtete Kraft übertragen, so legt sich die Unterseite eines Kragens 243 gegen die Oberfläche des Bundes 220 an, nachdem sich die Abtriebswelle abwärts in Richtung des Pfeilsa 250 verlagert, und die Kerbverzahnung 214 gleitet relativ zur und entlang der Kerbverzahnung 216 abwärts. In dieser Lage wird vom Getriebe über¹'die Kegelrollenlager 249, den Kragen 248,

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das Glockcngehäuse 2l8 und das Bohrfutter 224 eine Abwärtskraft auf das Bohrgestänge 202 übertragen, bis eine neue Gestängesektion zur Fortsetzung des Bohrvorgangs angesetzt werden muß. Es wird davon ausgegangen, daß eine Bohrgestänges elction etwa 150 cm lang ist, so daß eine ganze Anzahl solcher Sektionen angesetzt werden muß, um Bohrungen von 300 in und größerer Tiefe auszubilden.

Um das Futter vom Bohrgestänge zum Anfügen einer weiteren Gostängesektion zu lösen, wird der in Fig· 3 gezeigte Gabelschieber 62 durch die Hydraulikantriebe 64 gegen die■Gestängesektion 202 hin gezogen, so daß or 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 Zylindersteuerventils 96 die Druckzylinder 24 zum Auffahren betätigt, so daß sie das Bohrfutteraggregat 5" von Bohrgestänge weg nach oben fahren. Beim Aufwärtsfahren des Futteraggregats gleitet die Kerbvcrzahnung 21A relativ zu und entlang der Kerbverzahnung 2l6 aufwärts, bis die Simsfläche 222 an der Oberseite des Druckringes 206 sich gegen die Unterseite des Bundes 220 anlegt, der das Futter 224 von der Bohrgestängesektion 202 um eine ausreichende Strecke abhobt, so daß eine weitere Bohrgestängesektion angesetzt vierdon kann.

Die neue Sektion wird mit dem Futter und der unteren Gestängesektion mittels einer bekannten Vorrichtung, die hier nicht zu erläutert worden-braucht, ausgerichtet. Das Ventil 90 wird zur Umsteuerung des Motors 50 betätigt, so daß das Futter 224 ii.i normalen Drehsinn, d.h. im Uhrzeigersinn, gedreht wird, um mit dem Gewinde 230 zum Eingriff zu kommen. Hierauf werden die Druckzylinder 24 in Gang gesetzt, und der übliche Bohrvorgang wird ausgeführt, wobei sich die Abtriebswelle 200 in

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Richtung des Pfeils250 abwärtsbewegt, bis der Kragen 24Ö sich gegen die Oberseite des Bundes 22Ö anlegt und damit wiederum
eine Abwärtskraft auf das Bohrgestänge 202 ausgeübt werden
kann.

Nachdem dieser Vorgang so oft wiederholt wurde, bis die Pilotbohrung fertiggostBllt ist, wird der Pilotbohrmeißel dann abgenommen und durch einen iiäuiiuiieißel großen Durchmessers ersetzt, der zur Ausbildung der Aufwärtshohrung verwendet wird. Wahrend dieses Bohrvorgangs wirkt über die Dohrgestäiigesektionen 202 ein Drehmoment in Verbindung mit einer aufwärts gerichtet eil Kraft auf den jRäumer ein.

Wenn der ßäuramcißel zum oberen Bewcgungsendpimkt der Druckzylinder aufgefahren worden ist, muß eine Gestängesektion entfernt werden, um den iläuinvorgang fortsetzen zu konnnn. Ist
die oberste Gestängeselction völlig oberhalb des Arbeitstisches, dann wird der Gabelschieber 62 bewegt, so daß er in die oberen Ausnehmungen 244 in der zweiten, d.h. nach unten anschließenden Gestängeselction eingreift und diese gegen Drehung festhält wie auch die übrigen GestängosGktio.ien an einen Fallen hindert.
Die Abtriebswelle 200 wird soweit abgesenkt, bis die Kerverzalinung 2l4 etwa in der Mitte der Kerbvorscilinung 2Ib liegt.

Dann wird das Ventil 90 umgeschaltet, wodurch eine Lösung der Gewindeverbindung zwischen dem Futter 224 und der Gostängcscktion 202 herbeigeführt wird; die untere Verbindung wird hiorbeiiv/egßn des geringeren -leibungs-Schwolleiiwertes zwischen den Fütter und der itohrsektioii, worauf bereits eingegangen wurde, nicht gelöst werden. Die Gewindevorbindung 250 wird nicht völlig getrennt', sondern locker in 2iilgriff gehalten. In die Ausnehmungen 244 worden die Spannsoginente 242 eingesetzt, und die Druckzylinder 24 werden wieder abgefahren, was bewirkt, daß die Abtriobswelle ..wie auch das Spannnuff cn-Stützrohr 252 sowie die

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Spannmuffe 234 soweit abgesenkt worden, bis die Kerbverzahnung 240 an der Innenfläche dor Spannmuffe 234 in die Kerbverzahnung 246, die sich um die Außenfläche der Spannsegmente 242 herum befindet, eingreift.

Da die Kez-bverzahnung 240 an dex- Spannnmffe 234 ebenfalls in eine nit ihr zusammenwirkende Kerbverzahnung an der Außenfläche dos Futtez-s 224 eingreift, wird, wenn der Motor 50 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, das Bohrgestänge 202 ausaranen mit dorn Futter 224 aufgrund des durch die Spannsegmonte übertragenen Drehmoments drohen, auch wenn die im Singriff befindlichen Gewinde gelockert irardcn. Durch diesen Vorgang wird die untere Verbindung zwischen der (oben befindlichen) Gostüngesektion und dex* anschließenden Gentängesektion gelöst, die Druckzylinder hebea die obere Sektion aus ihrer* Anlage mit dor unteren Sektion und die (nicht gezeigte) Gestüngetransportvorrichtuiifj Iranu die obere Gestängesektion, nachdem die Spaniisegmoiito 242 aus den Ausnehmungen 244 genommen wurden, entfernen. Die Druckzylinder 24 werden dann utjigesehaltet, um das Futter 224 mit der vom Gabclschieber 62 gehaltenen Sektion in Eingriff zu bringen, und der Motor 50 dreht das Futter 224 zur Herstellung der Gowindeverbindiuig 230, so daß der Auf wärtsräiunvorgang fortgesetzt xierdon kann. Mit dem vorb es ehr i ebenen Bohrfuttcraggregat kann, wenn es zusammen mit dem in Fig. 5 gezeigten Hydraulikkreis zum Einsatz kommt, das Abnehmen oder Ansetzen von Sektionen eines Bohrgestänges schnell und wirksam durchgeführt werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird noch auf ein Sicherheitsmerkmal des Bohrfutteraggrcgats im einzelnen eingegangen. Während der Aufwärtsräunivorgängo wird der Meißel Gesteinsschichten von unterschiedlicher Härte und Konsistenz durchfahren. Der Meißel wird gelegentlich seitwärts mit Bezug zur Achse der Pilotbohrung abgelenkt werden, wodurch ein Kraftmonient auf das Bohr-

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futtcraggregat ausgeübt wird. Wenn dieses Kraftmoi:ient völlig von einem starren Futteraggregat aufgenommen wird, dann ist die Wahrscheinlichkeit für eine Beschädigung oder Störung groß. Deshalb wurde das Bohrfutteraggregat mit einer Sicherheitseinrichtung versehen, die es innen liegenden Teilen dos Aggregats erlaubt su schwanken, wenn ein Kraftmoinent von vorbestiinniter Höhe ausgeübt wird. Diese Schwank- oder Schaukelwirkung tritt an der Anlagefläche zwischen der SinsflMche des Druckriiigcs 2O6 und der damit zusammenwirkenden. Unterseite des; Bundes 220 des Glockongehäuses 218 auf. Die Kerbverzahnungon 2l4, 21o passen lose genug ineinander, un eine Abweichung von 2 von der Mitte zuzulassen, wenn eine "Seitenkraft an irgendeinem Punktentlang der Länge des Bohrgestänges zur Wirkung kommt« Ein Spalt 25/i zwischen' der Spannmuffe 2^k und dein einwärts ragenden Bund 256 des Spannmuffen-Stützrohres nimmt die Ablenkung im unteren Teil des Spann- oder Verschraubmechanismus auf. Sollte es geschehen, daß das Bohrgestänge über den Festigkeits- oder Stärke-Schwellenwert des Futtoraggrogats hinaus abgelenkt wird, so wird auf diese Weise das Futter genügend kippen, um die Ablenkung ohne Übertragung einer Bruchkraft auf irgendeinen Teil des Futteraggregats oder die Ab triebswelle 200 aufzunehmen.

Sollte das Bohrgestänge über einen größeren Winkel abgelenkt, d.h. schräggostellt werden, so legt sich die Spannmuffe 234 gegen den Bund 236 an, wodurch das Kraft- oder Belastungsmoment durch das Spannmuffen-Stützrohr 232 auf das Getriebegehäuse kk übertragen wird. Weil die Bauteile des Geluiuses größere Belastungen als die Abtriebswelle aufnehmen können, wird ein größerer Sicherheitsabstand gegenüber Beschädigung erreicht, als wenn die Abtriebswelle das Belastungsmoment aufnimmt. Ferner wird, sollten das Bohrfuttcraggregat oder die Abtriebswelle 200 einen Schaden erleiden, das Bohrgestänge dann immer noch von dem Spannmuffen-Stützrohr 232 getragen und nicht abfallen.

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Den Zeichnungen sind noch andere Bauteile der Aufwärtsbohrvorrichtung zu entnehmen, z.B. eine Rohrleitung 252 zur Überführung von Flüssigkeit zum Bohrgestänge und Hydraulikleitungon zum Betrieb des Motors 50 und der Druckzylinder 24;
eine näh ex* e Beschreibung erübrigt sich hier jedoch, da solche Teile dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet bekannt sind.

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-lng. W. Meissner 3013616 Dipl.-Ing. P. E. Meissner

DipHng. H-J. Presting

Herbertstr. 22,1000 Berlin 33

Ka/411/DE-79-6 13.05.1980

Dresser Industries, Inc.

Dresser Building

Elm at Akard .

Dallas

Texas 75201

Bohrfutteraggregat für eine Aufwärtsbohrvorrichtung

Patentansprüche

1* Bohrfutteraggregat für eine Aufwärtsbohrvorrichtung, gekennzeichnet

a) durch eine Abtriebswelle (200);

b) durch einen die Abtriebswelle (2OO) in Umdrehung versetzenden Antrieb (5O,5'±,56);

c) durch ein erstes, mit der Abtriebswelle drehbai- und in axialer ITichtung fest verbundenes Druckteil (2Ou) mit einer ersten Druckfläche (222), die vom einen Ende der Abtriebswelle (200) abgewandt ist;

d) durch ein aweites Druckteil (218) mit einer zweiten und dritten Druckfläche, von denen die zweite Druckfläche rait der ersten Druckfläche (222) zur Übertragung einer vom einen Ende der Abtriebswelle hinweg gerichteten Kraft zur Anlage zu bringen ist, während die dritte Druckfläche vom einen Ende der Abtriebswelle abgewandt ist;

...-e") durch eine erste, das erste und zweite Druckteil (206 bzw.-213) drehbar miteinander koppelnde, eine Relativbewegung entlang der Achse der Abtriebswelle zulassende Verbindung ( 214 , 216 ) ;

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f) durch eine zweite, das Bohrgestänge (202) drehbar mit dem zweiten Druckteil (218) koaxial zur Abtriebswelle koppelnde Verbindung (230);

g) durch ein drittes, in axialer Richtung fest an der Abtriebswelle (200) angebrachtes Druckteil (24:8), das eine vierte Druckfläche aufweist, die zur übertragung einer Kraft gegen das eine Sude der Abtriebswelle hin mit der dritten Druckflache zur Anlage aii bringen ist;

h) durch eine derartige Ausgestaltung und Berae sung der ersten Verbindung (2l4,2l6) sowie der ersten und zweiten Druckflächen, daß das Bohrgestänge eine Ablenkbewegung relativ zur Abtriebswelle ausführen kann;

i) durch einen außen liegenden, mit einem nicht drehbaren Bauteil (44) verbundenen Träger (232), der bei einer Ablenkbewegung des Bohrgestänges (202) um einen vorbestimmten Wert in der Bewegungsbahn des zweiten Druckteils (218) liegt und ein vom Bohrgestänge ausgeübtes Belastungsmoment aufnimmt.

ßohrfutteraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Druckteil (206) eine mit dem außen liegenden Ende der Abtriebswelle (200) verschraubte Mutter ist.

3· Bohrfutteraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Druckfläche eben sind sowie rechtwinklig zur Achse der Abtriebswelle liegen.

4. Bohrfutteraggregat nach Anspi-uch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der Druckteile ein Glockengehäuse (218) ist, das die mit dem außen liegenden Ende der Abtriebswelle verbundene Mutter (206) umschließt.

5. Bohrfutteraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindung von ineinandergreifenden Kerbverzahnungen (214,216) gebildet ist.

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6. ]3ohrfutteraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindung von ineinandergreifenden Gewinden (23O) gebildet ist.

7. Bohrfutteraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Druckteil ein starr mit der Abtriebswelle verbundener Kragen (248) ist.

8. Bohrfiitteraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennKeiclmet, daß die dritte und vierte Berührungsfläche eben sind und rechtwinklig zur Achse der Abtriebswelle liegen.

9· Bohrfutteraggregat nach Anspruch 1, dadtirch gekennzeichnet, daß der außen liegende Träger (232) eine fest mit einem Getriebegehäuse (44), das ein mit dei- Abtriebswelle (200) gekuppeltes Getriebe auf nimmt, verbundene iiohrhülse ist.

10. Bohrftitbsraggregat nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Druckteil (2Iu) eine zu diesem in axialer Richtung relativ bewegbare Spanmnuffe (234) drehbar gekoppelt ist, daß die ilohrhülse (232) einen die Spannmaffe abstützenden Bund (236) aufweist und daß zwischen Spanninuffe sowie Bund ein Lager (238) angeordnet ist.

11. Bohrfutteraggregat für eine Aufwiirtsbohrvoirrichtung, gekennzeichnet

a) durch eine Abti*iebswelle (200);

b) durch einen die Abtriebswelle in Umdrehung versetzenden Antrieb (50,54,56);

c) durch ein Bohrgestänge (202);

d) durch ein das Bohrgestänge koaxial zur Abtriebswelle erfassendes, von letzterei- ein Drehmoment auf das Bohrgestänge übertragendes Futtex- (224) ;

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e) durch eine die Abtriebswelle und das Futter miteinander koppelnde, eine Relativberregung in axialer Richtung zulassende Verbindung (2l4,2l6);

f) dui-ch eine erste sowie zweite, miteinander zusammenwirkende und einen Abstand zueinander aufweisende Druckfläche, die bei ihrer Aneinanderlage eine axiale Kraft von der Abtriebswelle auf das Futter (224) in dichtung vom Bohrgestänge (202) hinweg übertragen;

g) durch eine dritte sowie vierte, miteinander zusammenwirkende und einen Abstand zueinander aufweisende Druckfläche, die bei ihrer Aneinanderlage eine axiale Kraft von der Abtriebswellc auf das Flitter in Richtung zum Bohrgestänge hin übertragen;

h) durch eine üelativbewegbarkeit von Abtriebswelle sowie Futter in axialer Richtung zueinander bei Umschaltung auf die Anlage von der ersten sowie zweiten und von der dritten sowie vierten Druckfläche aneinander;

i) durch eine derartige Ausgestaltung und Bemessung von erster sowie zweiter Druckfläche, daß bei einer seitlichen Ablenkung das Bohrgestänges eine Relativbewegung zwischen diesen Flächen möglich ist;

j) durch einen außen liegenden, mit einem nicht drehbaren Bauteil (44) der Bohrvorrichtung (10) verbundenen Träger (232),der in der Bewegungsbahn des Futters liegt und ein vom Bohrgestänge ausgeübtes Belastungsmoment aufnimmt.

12. Bohrfutteraggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es ein mit der Abtriebsvirelle (200) drehbar verbundenes Glockengehäuse (218) und ein mit dem Bohrgestänge (202) verbundenes Futter (224) enthält.

15. Bohrfutteraggregat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckfläche (222) rechtwinklig zur Achse sowie von dem außen liegenden Ende der Abtriebswelle (200) abgewandt liegt sowie an einer mit diesem Ende verschraubten

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Mutter (2O6) .ausgebildet ist und daß die zweite Druckfläche an dem Glockengehäuse (2l8) rechtwinklig zur Achse sowie dem außen liegenden Ende der Abtriebswelle zuge wandt ausgebildet ist.

''Ik, Bohrfutteraggregat nach Anspruch 1-1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen aus ineinandergreifenden Kerbverzahnungen (214,216) bestehen.

15» Bohrfutteräggregat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und vierte Druckfläche rechtwinklig zur Achse der Abtriebswelle liegen, wobei die dritte an der Oberseite des GIockengehäuses (218) und die vierte an der Unterseite eines mit der Abtriebswelle verbundenen sowie drehbaren Kragens (248) ausgebildet ist.

16. Bohrfutteraggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Futter (224) und dein Träger (232) eine an diesem gelagerte, mit dem Futter drehbar verbundene sowie zu diesem relativ bewegbare Spannmuffe (23.4) angeordnet ist und daß zwischen Futter sowie Träger ein Lager (238) eingefügt ist.

.17· Bohrfutteraggregat nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (232) eine Rohrhülse ist, die mit einem Getriebegehäuse (44) , das ein mit der Abtriebswelle (200) gekuppeltes Getriebe aufnimmt, verbunden ist.

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