DE1084665B - Deep drilling motor, in particular drilling turbine, with axial pressure comb bearings flushed by the circulating fluid - Google Patents
Deep drilling motor, in particular drilling turbine, with axial pressure comb bearings flushed by the circulating fluidInfo
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Description
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DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT.·NOTICE
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EDITORIAL. ·
T14804 VI/5aT14804 VI / 5a
26. FEBRUAR 1958 7.JULI 1960FEBRUARY 26, 1958 JULY 7, 1960
Die Betriebszeit von Tiefbohrmotoren wird in weitgehendem Maße durch die Verschleißzeit der Axialdrucklager bestimmt, die entweder die mit dem Lauf der Maschine verbundenen Druckwirkungen (Gewicht des Rotors, bei Turbinen zusätzlich den hydraulischen Druck) oder den Druck des Meißels auf die Bohrlochsohle, oder auch die algebraische Summe dieser zwei Druckwirkungen auszuhalten haben.The operating time of deep drilling motors is largely determined by the wear time of the axial thrust bearings determines either the pressure effects associated with the running of the machine (weight of the rotor, in the case of turbines also the hydraulic pressure) or the pressure of the bit on the bottom of the borehole, or also have to endure the algebraic sum of these two pressure effects.
Bekanntlich ist es möglich, die Abnutzung dieser Drucklager herabzusetzen, insbesondere wenn sie durch die Betriebsflüssigkeit selbst geschmiert werden, indem zur Kühlung und Schmierung der Kontaktflächen die Menge der das Drucklager durchströmenden Flüssigkeit erhöht wird. Ganz besonders wichtig ist dieser Einfluß bei Drucklagern, die Gummilagerscheiben aufweisen, die in Bohrturbinen oder in neuzeitlichen Elektromotoren verwendet werden.It is known that it is possible to reduce the wear and tear on these thrust bearings, especially when they are through the operating fluid itself can be lubricated by using the The amount of fluid flowing through the thrust bearing is increased. This influence is particularly important in thrust bearings that have rubber bearing washers in drilling turbines or in modern electric motors be used.
Bei Tiefbohrmotoren, insbesondere bei Bohrturbinen, werden die einzelnen Teile des Drucklagers durch die Umlaufflüssigkeit umspült, damit die Laufflächen bestmöglichst bespült werden.In deep drilling motors, especially in drilling turbines, the individual parts of the thrust bearing are through the Circulating fluid washes around so that the running surfaces are washed as well as possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Spülungsgrad der Gummilagerscheiben aufweisenden Axialdruck-Kammlager zu erhöhen, so daß deren Verschleiß herabgesetzt sowie die Betriebszeit des Motors zwischen zwei Auswechslungen der Drucklager verlängert wird.The invention is based on the problem of having the degree of flushing of the rubber bearing washers Increase thrust comb bearings, so that their wear is reduced and the operating time of the engine is reduced is extended between two thrust bearing replacements.
Derartige Axialdruck-Kammlager bestehen aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender, ortsfester, mit dem Stator verbundener Tragscheiben, welche durch die sich drehenden Rotortragscheiben getrennt sind, wobei der Hauptstrom der Betriebsflüssigkeit durch eine Aufeinanderfolge von Kanälen in den vorerwähnten Teilen fließt.Such axial pressure comb bearings consist of a large number of consecutive, stationary, with the stator connected support disks, which are separated by the rotating rotor support disks, with the main flow the working fluid flows through a series of channels in the aforementioned parts.
Es war bereits bekannt, bei Axialdrucklagern zur Kühlung und Schmierung der Kontaktflächen Rillen und Verbindungsleitungen für die Schmierflüssigkeit vorzusehen. It was already known in thrust bearings for cooling and lubricating the contact surfaces and grooves Provide connecting lines for the lubricant.
Durch die Erfindung soll, wie gesagt, der Spülungsgrad von Axialdruck-Kammlagern erhöht werden, so daß der Verschleiß der Lager vermindert wird.As already mentioned, the invention is intended to increase the degree of flushing of axial pressure comb bearings, so that the wear of the bearings is reduced.
Zu diesem Zweck ist bei Tiefbohrmotoren, insbesondere Bohrturbinen, mit von der Umlaufflüssigkeit bespülten Axialdruck-Kammlagern, die Gummilagerscheiben aufweisen, deren Laufflächen mit Spülrinnen versehen sind, und die zwischen diesen Flächen im Innern der Drucklager Verbindungsleitungen aufweisen, erfindungsgemäß der Querschnitt der Spülkanäle der Stator- und/oder Rotortragscheiben in Strömungsrichtung verengt.For this purpose, deep drilling motors, in particular drilling turbines, are flushed with the circulating fluid Axial pressure comb bearings that have rubber bearing washers, the running surfaces of which are provided with flushing channels, and which have connecting lines between these surfaces in the interior of the thrust bearing, according to the invention the cross-section of the flushing channels of the stator and / or rotor support disks narrows in the direction of flow.
Bei verengten Kanälen durch konvergierende Wände kann jeweils nur eine Kanalwand mit Bezug auf die Senkrechte geneigt sein.In the case of narrowed channels due to converging walls, only one channel wall with reference to the Be inclined perpendicularly.
Zur möglichsten Gleichhaltung der Strömung und des Druckes am Eintritt und Austritt der Drucklagerstufen konvergiert der Querschnitt der Kanäle in den Stator-Tiefbohrmotor, insbesondere Bohrturbine, mit von der Umlaiifflüssigkeit bespültenTo keep the flow and pressure at the inlet and outlet of the pressure bearing stages as equal as possible the cross-section of the channels converges in the stator deep drilling motor, in particular drilling turbine, flushed with by the surrounding fluid
Axialdruck-KammlagernAxial pressure comb bearings
Anmelder:Applicant:
Wladimir Tiraspolsky,Vladimir Tiraspolsky,
Issy-les-Moulineaux, Seine,Issy-les-Moulineaux, Seine,
Roger Francois Rouviere,Roger Francois Rouviere,
Aureilhan, Hautes-Pyrenees,Aureilhan, Hautes-Pyrenees,
und Jean Chare, Tarbes, Hautes-Pyreneesand Jean Chare, Tarbes, Hautes-Pyrenees
(Frankreich)(France)
Vertreter: Dipl.-Ing. J. Buschhoff, Patentanwalt,
Köln, Kaiser-Wilhelm-Ring 24Representative: Dipl.-Ing. J. Buschhoff, patent attorney,
Cologne, Kaiser-Wilhelm-Ring 24
Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 1. März 1957Claimed priority:
France, March 1, 1957
Wladimir Tiraspolsky, Issy-les-Moulineaux, Seine,Wladimir Tiraspolsky, Issy-les-Moulineaux, Seine,
Roger Francois Rouviere, Aureilhan, Hautes-Pyrenees, und Jean Chare, Tarbes, Hautes-PyreneesRoger Francois Rouviere, Aureilhan, Hautes-Pyrenees, and Jean Chare, Tarbes, Hautes-Pyrenees
(Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden(France),
have been named as inventors
tragscheiben nach unten und divergiert dann wieder in den benachbarten Rotortragscheiben.support disks down and then diverges again into the neighboring rotor support disks.
Es können aber auch die Spülkanäle im Bereich der Rotortragscheiben einen kleineren konstanten Querschnitt und die Spülkanäle in den Statortragscheiben einen konstanten größeren Querschnitt aufweisen, so daß dann die Verengung jeweils zwischen diesem größeren und diesem kleineren Querschnitt vorhanden ist.However, the flushing channels in the area of the rotor support disks can also have a smaller, constant cross section and the scavenging channels in the stator support disks have a constant larger cross section, so that then the constriction is present between this larger and this smaller cross section.
Zweckmäßig ist in jeder Lagerstufe die mit den Gummilagerscheiben versehene Tragscheibe mit Bezug auf die Quermittelebene des Drucklagerringes axial versetzt.The one with the rubber bearing washers is useful in each storage level provided support disc axially offset with respect to the transverse center plane of the thrust bearing ring.
Vorzugsweise haben die in die Gummilagerscheiben eingearbeiteten Rillen im Querschnitt ein derart asymmetrisches Profil, daß diese Kanäle, in Drehrichtung der Turbinenachse gesehen, eine scharfe Kante besitzen, der sich eine bis zum Boden des Kanals reichende Steilfläche anschließt, die darauf in eine weniger steile Fläche übergeht, welche sich über eine Rundung in die Lauffläche der Gummilagerscheibe fortsetzt.The grooves machined into the rubber bearing washers preferably have such an asymmetrical cross section Profile that these channels, seen in the direction of rotation of the turbine axis, have a sharp edge This is followed by a steep area reaching to the bottom of the canal, which then becomes a less steep area merges, which continues over a curve in the running surface of the rubber bearing washer.
Durch die vorerwähnten Kanalverengungen nach unten entstehen zwischen der Oberseite und Unterseite der mit solchen Kanälen versehenen Traglagerscheiben Druck-The aforementioned channel constrictions downward arise between the top and bottom of the with such channels provided support bearing washers pressure
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unterschiede, so daß ein Nebenstrom der Flüssigkeit vom Hauptstrom abgezweigt und durch die Radialrillen der Gummilagerscheiben sowie durch die inneren Flüssigkeitsleitungen getrieben wird, worauf er sich wieder mit dem Hauptstrom vereinigt. Auf diese Weise wird die die Drucklagerelemente schmierende Flüssigkeitsmenge wesentlich erhöht und der Verschleiß verringert.differed, so that a secondary flow of the liquid is branched off from the main flow and through the radial grooves the rubber bearing washers as well as being driven through the inner fluid lines, whereupon it is again with itself united to the main stream. In this way, the amount of liquid lubricating the thrust bearing elements becomes significantly increased and wear and tear reduced.
Die Menge des so abgezweigten Spülstromes kann durch Wahl der Ausbildung der Teile geregelt werden.The amount of flushing flow branched off in this way can be regulated by choosing the design of the parts.
Durch die vorher erwähnte axiale Versetzung der die Gummüagerscheiben tragenden Tragscheiben in bezug auf die Quermittelebene des Drucklagerringes, insbesondere so weit, daß. sie auffällt, wird verhindert, daß beim Zusammenbau Drucklager verkehrt montiert werden, was wichtig für den richtigen Verlauf der Kanäle und Rillen im Lager ist. Darüber hinaus gestattet diese Versetzung, die Teile günstiger zu gestalten, ohne deren funktioneilen Eigenschaften zu schaden. Man kann z. B. durch die Versetzung Montagetoleranzen berücksichtigen, zu deren Ausgleich sonst Paßringe nötig sind, und somit diese Montage erleichtern.By the aforementioned axial displacement of the support disks carrying the rubber bearing disks in relation to on the transverse center plane of the thrust bearing ring, in particular so far that. she is noticeable, is prevented, that when reassembling thrust bearings are mounted incorrectly, which is important for the correct course of the channels and there are grooves in the bearing. In addition, this offset allows the parts to be made cheaper without their to harm functional properties. You can z. B. take into account assembly tolerances through the offset, otherwise fitting rings are required to compensate for these, thus making this assembly easier.
In der Zeichnung sind schematisch zwei beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown schematically, namely shows
Fig. 1 einen Abschnitt einer Bohrturbine im Bereich des Axialdruck-Kammlagers im senkrechten Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt auf Linie H-II in Fig. 1,1 shows a section of a drilling turbine in the area of the axial pressure comb bearing in a vertical longitudinal section, Fig. 2 shows a cross section on line H-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Einzelheit im Schnitt und in größerem Maßstab nach der Linie IH-III in Fig. 2 undFig. 3 shows a detail in section and on a larger scale along the line IH-III in Fig. 2 and
Fig. 4 eine Ausführungsabwandlung im Längsschnitt gemäß Fig. 1.FIG. 4 shows an embodiment modification in longitudinal section according to FIG. 1.
In Fig. 1 trägt das Turbinengehäuse 1 an seiner inneren Fläche aufeinandergesetzte Statorringe 2, mit welchen die Gummüagerscheiben 4 und 5 od. dgl. tragenden Tragscheiben 3 verbunden sind. Wie üblich, trägt die Turbinenwelle 6 drehbar angeordnete Rotortragscheiben 7, die durch Distanzringe 8 im Abstand gehalten werden.In Fig. 1, the turbine housing 1 carries on its inner Surface stacked stator rings 2, with which the rubber bearing disks 4 and 5 or the like 3 are connected. As usual, the turbine shaft 6 carries rotatably arranged rotor support disks 7, the be kept at a distance by spacer rings 8.
Erfindungsgemäß weisen, wie gezeigt, die in die Tragscheiben 3 eingearbeiteten Spülkanäle 9 dadurch einen stufenlos abnehmenden Querschnitt auf, daß jeweils die innere Wand der Kanäle abwärts nach außen verläuft, um den entsprechenden Teil der Tragscheibe kegelförmig zu gestalten, so daß die gegenüberliegenden Innenflächen der Kanäle 9 konvergieren. Durch diese Anordnung wird am Eingang jeder Drucklagerstufe ein größerer Druck erzeugt als am Ausgang, was den Umlauf der Flüssigkeit innerhalb des Drucklagers selbst begünstigt.According to the invention, as shown, the flushing channels 9 incorporated into the support disks 3 thereby have a continuously decreasing cross-section, so that the inner wall of the channels runs downwards to the outside, to make the corresponding part of the support disc conical so that the opposing inner surfaces of the channels 9 converge. This arrangement creates a greater pressure at the entrance of each pressure storage stage generated than at the exit, which favors the circulation of the liquid within the thrust bearing itself.
Der Druckabfall entspricht ungefähr einer Gesetzmäßigkeit nach der FormelThe pressure drop corresponds roughly to a law according to the formula
struktiven Merkmalen bezüglich des Strömungsumlaufes abhängig sind.structural features are dependent on the flow circulation.
Daraus ist zu ersehen, daß die Größenordnung der Durchflußmenge der das Drucklager bespülenden Flüssigkeit weitgehend gewählt werden kann. Da die Drehgeschwindigkeit der beweglichen Scheiben ebenfalls der Durchflußmenge Q proportional ist, so wird die Intensität der Bespülung pro Umdrehung im wesentlichen konstant bleiben.It can be seen from this that the order of magnitude of the flow rate of the liquid flushing the thrust bearing can be largely selected. Since the speed of rotation of the movable disks is also proportional to the flow rate Q , the intensity of the irrigation per revolution will remain essentially constant.
ίο In die Gummilagerscheiben 4 und 5 sind radiale Rillen 10
eingearbeitet, durch welche die Umlaufflüssigkeit strömt, die weiter durch einen zwischen der inneren Umfangsoberfläche
der Scheiben 3 und der äußeren Umfangsoberfläche der Ringe 8 belassenen Spalt 11 fließt. Bei
diesen Drucklagern nach Fig. 1 strömt also die Spülflüssigkeit durch die Kanäle 10 der Gummüagerscheiben 4,
die Spalte 11 und die Kanäle 10 der Schuhe 5, um zum Hauptumlaufstrom zurückzukehren.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, zeigen die Kanäle 10 ein Profil, bei dem jeder einzelne Gummiring 4 eine abgerundete
Leitkante 12 und eine scharfe hintere Kante 13 aufweist, wodurch die Mitnahme der Umlaufflüssigkeit
durch die Rotortragscheiben 7, die in Pfeilrichtung laufen, begünstigt wird.ίο In the rubber bearing disks 4 and 5 radial grooves 10 are machined through which the circulating liquid flows, which continues to flow through a gap 11 left between the inner circumferential surface of the disks 3 and the outer circumferential surface of the rings 8. In these thrust bearings according to FIG. 1, the flushing liquid flows through the channels 10 of the rubber bearing disks 4, the gaps 11 and the channels 10 of the shoes 5 in order to return to the main circulating flow.
As can be seen from Fig. 3, the channels 10 show a profile in which each individual rubber ring 4 has a rounded leading edge 12 and a sharp rear edge 13, which promotes the entrainment of the circulating fluid by the rotor support disks 7, which run in the direction of the arrow .
Aus Fig. 1 ist noch ersichtlich, daß die Bespülung der Drucklager durch eine Neigung der oberen Fläche der Scheibe 3 nach der Mitte zu, zwischen den Kanälen 9, wie bei 3' angedeutet, begünstigt wird.From Fig. 1 it can also be seen that the flushing of the thrust bearings by an inclination of the upper surface of the Disk 3 towards the middle, between the channels 9, as indicated at 3 ', is favored.
Aus Fig. 1 geht auch hervor, daß jede Statortraglagerscheibe 3 eine axiale Versetzung gegenüber ihrem Tragring 2 aufweist. Durch diese Versetzung wird, wie vorher erklärt, die Montage erleichtert.From Fig. 1 it can also be seen that each stator support disk 3 has an axial offset with respect to its Has support ring 2. As previously explained, this offset facilitates assembly.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 ist der nach Fig. 1 ähnlich. Jedoch weisen hier die Tragscheiben 7 der Turbinenrotorweüe 6 eine kegelförmige, nach unten divergierende Form auf, so daß der jeweüs in Höhe der Rotorscheiben 7 für die Umlaufflüssigkeit vorgesehene Kanal 14 sich in Fließrichtung erweitert, was den in den jeweüs in den Statortragscheiben vorgesehenen Kanälen 9 verursachten Druckanstieg teilweise wieder aufhebt. Außerdem sind die Gummüagerscheiben 4 und 5 in dem vorliegenden FaU durch eine gegenüber dem Umfang der Ringe 8 angeordnete Gummihülse 15 miteinander verbunden. Auch in diesem Falle ist wiederum die Bespülung des Drucklagers durch die Druckverminderung zwischen den unteren und oberen Bereichen einer Stufe, die sich aus der stufenlosen Querschnittsverengung der Kanäle 9 ergibt, begünstigt.The embodiment of FIG. 4 is similar to that of FIG. However, here the support disks 7 have Turbinenrotorweüe 6 has a conical, downwardly diverging shape, so that the respective in the amount of Rotor disks 7 provided for the circulating fluid channel 14 widens in the direction of flow, which in the The pressure increase caused by the channels 9 in each case provided in the stator support disks can be partially canceled out. In addition, the rubber washers 4 and 5 are in the present case by one opposite the circumference the rings 8 arranged rubber sleeve 15 connected to one another. In this case, too, is the purging of the thrust bearing by reducing the pressure between the lower and upper areas of a stage, which results from the stepless narrowing of the cross section of the channels 9, favors.
5°5 °
worin Q die Durchflußmenge der Betriebsflüssigkeit, S1 und S2 Querschnitte der Drucklagerkanäle an der Zufluß- bzw. Ausflußöffnung sind.where Q is the flow rate of the operating fluid, S 1 and S 2 are cross sections of the thrust bearing channels at the inflow and outflow openings, respectively.
Ist Qzager der Teü des Stromes, der durch das Axiallager (Drucklager) abgezweigt ist, so ist diese Fördermenge mit dem Druckabfall P durch die FormelIf Qzager is the part of the flow that is branched off by the axial bearing (thrust bearing), then this flow rate with the pressure drop P is given by the formula
P = K1 · QiagerP = K 1 · Qiager
verbunden, woraus folgt:connected, from which it follows:
6060
SS 2 I 2 2SS 2 I 2 2
1 · QLager -KQ \S2 — S1 1 QLager -KQ \ S 2 - S 1
und mit -^r- — K'
•"■1and with - ^ r- - K '
• "■ 1
nr jr> η I c2 c2 j n r jr> η I c 2 c 2 j
VLager — ■*»■ y'Jj — -3I/ > V stock - ■ * »■ y'Jj - - 3 I / >
wobei K, K1 und K' Konstanten sind, die von den kon-where K, K 1 and K 'are constants that depend on the
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2250415A1 (en) * | 1971-10-15 | 1973-04-19 | Alsthom Cgee | STOP FOR TURBINE DRILL |
DE3513124C1 (en) * | 1985-04-12 | 1986-02-06 | Norton Christensen, Inc., Salt Lake City, Utah | Chisel direct drive for deep drilling tools |
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1958
- 1958-02-26 DE DET14804A patent/DE1084665B/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2250415A1 (en) * | 1971-10-15 | 1973-04-19 | Alsthom Cgee | STOP FOR TURBINE DRILL |
DE3513124C1 (en) * | 1985-04-12 | 1986-02-06 | Norton Christensen, Inc., Salt Lake City, Utah | Chisel direct drive for deep drilling tools |
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