DE1923282A1 - Device for sealing drilling motor shafts - Google Patents

Device for sealing drilling motor shafts

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DE1923282A1
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pressure chamber
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Pavlicenko Aleksandr A
Frolov Andrej J
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SP KONSTRUCTORSKOJE BJURO ELEK
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SP KONSTRUCTORSKOJE BJURO ELEK
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/003—Bearing, sealing, lubricating details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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Description

PafenfanwälfePafenfanwälfe

?ELLENI!N υ. LUYKEN? ELLENI! N υ. LUYKEN

8000 München 228000 Munich 22

Zweibrückensfr. 6Zweibrückenfr. 6th

Specialnoje konstruktorskoje bjuro 7, Mai 1969Specialnoje Konstruktorskoje byuro 7, May 1969

ρ ο elektroburenijiiyρ ο elektroburenijiiy

Moskau / UdSSR P 24 Moscow / USSR P 24

VORRICHTUNG ZUM ABDICHi1EN VON BOHRMOTORWBLLENDEVICE FOR Abdichi 1 EN OF BOHRMOTORWBLLEN

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Abdichten von Bohrmotorwellen, insbesondere von elektrischen (Elektrobohrer) und hydraulischen (Turbinenbohrer) Bohrmotoren.The invention relates to devices for sealing drilling motor shafts, in particular electric (electric drills) and hydraulic (turbine drill) drilling motors.

Zur Zeit verwendet man zum hermetischen Abdichten von Elektrobohrerwellen eine weitgehend bekannte Vorrichtung mit Gehäuse, welches mit der Welle einen Ringraum bildet, der durch eine Stirndichtung in einen Hochdruck- und einen Niederdruckraum getrennt und für den Betrieb bei höchstens 15 kp/cm Druck geeignet ist.It is currently used to hermetically seal Electric drill shafts with a largely known device Housing which forms an annular space with the shaft, which is separated by a face seal into a high-pressure chamber and a low-pressure chamber separate and suitable for operation at a maximum pressure of 15 kp / cm is.

Bei einem in letzter Zeit stark anwachsenden Einsatz von Hydromonitor-Bohrmeißeln, die unter bestimmten Bedingungen eine beträchtliche Steigerung der Bohrgeschwindigkeit sowie eine 2 bis Jfache Verminderung des BohrmeißÖlverbrauchs je Bohrloch gewährleisten, erreicht der Druck an der Stopfbuchse eines Bohrmotors 80 bis 100 kp/cm2.With the recent strong growth in the use of hydromonitor drill bits, which under certain conditions ensure a considerable increase in drilling speed and a 2 to J-fold reduction in drill bit oil consumption per borehole, the pressure on the stuffing box of a drill motor reaches 80 to 100 kp / cm 2 .

Es ist bekannt, daß bei Arbeiten unter einem so hohen It is known that when working under such a high

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Druck auch hydraulisch entlastete ütirndichtungen verwendet werden. Hydraulic pressure relief seals can also be used.

Die für hohe Drücke zum Einsatz ko;>jnenden bekannten Stirndichtungen arbeiten jedoch bei starken Druckschwankungen von Spülflüssigkeit und starken Vibrationen unbefriedigend , denen die Elektrobohrer in einem Bohrloch ausgesetzt werden, d a sie sich schnell abätzen werden oder es kommt zu einer "öffnung11 ihrer abdichtenden Stirnpaare.The known end seals used for high pressures, however, work unsatisfactorily in the case of strong pressure fluctuations in the flushing fluid and strong vibrations to which the electric drills are exposed in a borehole because they are quickly etched away or an opening 11 of their sealing end pairs occurs .

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Abdichten von Bohrmotorwellen, welche es ermöglicht, die sich drehenden Wellen bei großen Druckgefällen mit einem hohen Sicherheitsfaktor zu hermetisieren.The aim of the present invention is to provide one Device for sealing drilling motor shafts, which makes it possible to hermetically seal the rotating shafts at large pressure gradients with a high safety factor.

Diese Aufgabe wird-dadurch gelöst, daß bei der Vorrichtung zum Abdichten von ßohrmotorwellen, welche ein Gehäusekufweist, das mit der Welle einen Ringraum bildet, welcher durch Stirndichtung in einen Hochdruck- und einen Niederdruckraum getrennt wird, gemäß der Erfindung in dem Ringraum seitens des Niederdruckraumes noch eine Stirndichtung derart angebracht ist, daß sich zwischen dieser und der ersten Dichtung eine Kammer bildet, in der eine Plungerpumpe aufgestellt ist, welche zum Rückpumpen des aus dem Hochdruckraum in die Kammer durchgesickerten Öls zurück in den Hochdruckraum bestimmt ist.This object is achieved in that in the device for sealing motor shafts, which have a housing, which forms an annular space with the shaft, which is separated into a high-pressure and a low-pressure space by a face seal, According to the invention in the annular space on the part of the low-pressure space still an end seal is attached such that between this and the first seal forms a chamber in which a plunger pump is set up, which is used for pumping back from the High pressure chamber is intended in the oil leaked chamber back into the high pressure chamber.

Zweckmäßigerweise wird in der Kammer zwischen der Pumpe und der Dichtung des Hochdruckraumes ein "schwimmender" Ringkolben angeordnet, welcher das Saugventil der Pumpe bei Druckverminderung in der Kammer öffnet und die Dichtung des Hochdruckraumes bei Druckanstieg in der Kammer gegenüber dem Druck des Niederdruckraums zusammenpreßt.A "floating" annular piston is expediently placed in the chamber between the pump and the seal of the high pressure chamber arranged, which opens the suction valve of the pump when the pressure is reduced in the chamber and the seal of the high pressure chamber at Pressure increase in the chamber against the pressure of the low-pressure space compresses.

909883/0377 8AO ORIGfNM.909883/0377 8AO ORIGfNM.

Es ist auch zweckmäßig, die Plungerpumpe von der Welle des Bohrmotors mit Hilfe einer Schrägscheibe antreiben zu lassen.It is also useful to have the plunger pump driven by the shaft of the drilling motor with the aid of a swash plate.

Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung erhöht sich die Bohreffektivität von Hydromonitor-Bohrmeißeln, auch wird die ZwischenTevieionsbetriebsdauer von Bohrmoloren stark verlängert. By employing the present invention, the drilling effectiveness of hydromonitor drill bits will increase, as will the The operating time of drilling molors has been greatly extended between viewing.

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine beiliegende Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung zum Abdichten von Bohrmotorwellen gemäß der Erfindung dar.The invention is based on an exemplary embodiment below Be explained in more detail with reference to an accompanying drawing. The drawing represents a longitudinal section through the device for sealing drilling motor shafts according to the invention.

Der im Raum 1 herrschende überdruck von etwa 100 kp/cm wird direkt von der hydraulisch entlasteten Stirndichtung 2 aufgenommen· Das durch diese Dichtung durchgesickerte öl gelangt durch Kanal 3 in die Kammer 4, welche von dem Niederdruckraum 5 durch eine zweite, zusätzliche Stirndichtung 6 und den Ringkolben 7 getrennt ist; der über dem Ringkolben 7 befindliche Raum 8 ist durch Kanal 9 mit dem Niederdruckraum 5 verbunden.The overpressure in room 1 of about 100 kp / cm is taken up directly by the hydraulically relieved face seal 2 The oil that has seeped through this seal passes through channel 3 into chamber 4, which is from the low-pressure chamber 5 is separated by a second, additional end seal 6 and the annular piston 7; the one located above the annular piston 7 Space 8 is connected to the low-pressure space 5 by channel 9.

Das durch Dichtung 2 aus dem Hochdruckraum 1 durchgesickerte öl wird aus der Kammer 4 in den Hochdruckraum 1 mittels Plungerpumpe 10 zurückgepumpt, welche aus Plunger 11, Feder 12, Saugventil 13 und Druckventil 14 besteht.The oil that has seeped through the seal 2 from the high pressure chamber 1 is transferred from the chamber 4 into the high pressure chamber 1 by means of a plunger pump 10 pumped back, which consists of plunger 11, spring 12, suction valve 13 and pressure valve 14.

Die Pumpe 10 wird von der Welle 15 mittels einer Schrägscheibe 16 angetrieben, welche an dieser Welle des Bohrmotors befestigt ist.The pump 10 is driven by the shaft 15 by means of a swash plate 16 which is attached to this shaft of the drilling motor is.

Außen ist die Vorrichtung durch Gehäuse 17 und innen durch die Welle 15 begrenzt.The device is delimited on the outside by the housing 17 and on the inside by the shaft 15.

Beim Rückpumpen von öl aus der Kammer 4- wird der Druck gegenüber dem Druck im Raum 5 vermindert und der Ringkolben 7 verschiebt sich nach unten, wobei er mit einem an ihm befestigtenWhen pumping back oil from the chamber 4- the pressure is opposite the pressure in space 5 is reduced and the annular piston 7 moves downward, being attached to it with a

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Stift 18 das Saugventil 1.5 etwas öffnet. Dadurch beginnt die Pumpe "leer" zu arbeiten, und die ölzufuhr aus der Kammer in den Hochdruckraum hört auf. Beim Einstellen von ölrückförde- · rung durch die Pumpe wird der Ringkolben durch öl nach oben verschoben, welches durch die Stirndichtung 2 eintritt. Ein geringer Aufwärtshub des Ringkolbens endet mit einer erneuten Rückförderung von öl durch die Pumpe 10, wonach der Ringkolben 7 wieder abwärts geht.Pin 18 opens the suction valve 1.5 a little. This starts the Pump to work "empty", and the oil supply from the chamber into the high pressure chamber ceases. When setting oil return tion by the pump, the ring piston is pushed upwards by oil, which enters through the face seal 2. A slight upward stroke of the annular piston ends with a new one Return of oil by the pump 10, after which the annular piston 7 goes down again.

Auf diese Weise führt der Ringkolben 7 oszillierende Bewegungen aus, bei denen die Pumpe 10 bald das öl aus der Kammer 4- in den Hochdruckraum 1 zurückpumpt, bald arbeitet sie leer·In this way, the annular piston 7 performs oscillating movements, in which the pump 10 soon removes the oil from the chamber 4- pumped back into the high pressure chamber 1, soon it will be empty

Bei «4öea Normalbetrieb der entlasteten Stirndichtung 2 ist der Ölzufluß aus dem Hochdruckraum 1 zu der Kammer 4 unbedeutend. Es kann aber vorkommen, daß sich diese Stirndichtung plötzlich "Öffnet". Dies kann wegen einer starken Vibration der Vorrichtung infolge einer Änderung der Kontaktdruckverteilung in der Stoßfuge des Stirndichtungspaars 2 geschehen. Falls sich die Dichtung 2 "geöffnet" hat, tritt das öl schnell in die Kammer Λ ein und der Ringkolben wird nach oben ausgestoßen. Am Anfang der Aufwärtsbewegung des Ringkolbens 7 beginnt die Pumpe 10 das öl in den Hochdruckraum 1 zu£umpen, während in der oberen Endstellung der Ringkolben 7 das geöffnete Stirndichtungspaar 2 zusammenpreßt. Infolgedesen wird die normale Arbeit dieser Dichtung wiederhergestellt.At «4öea normal operation of the relieved face seal 2 is the oil flow from the high pressure chamber 1 to the chamber 4 is insignificant. However, it can happen that this face seal suddenly "opens". This may be due to a strong vibration of the device as a result of a change in the contact pressure distribution in the Butt joint of the front seal pair 2 happen. If the seal 2 has "opened", the oil quickly enters the chamber Λ and the piston is ejected upwards. At the beginning of the upward movement of the annular piston 7, the pump 10 begins pumping oil into the high pressure chamber 1 while in the upper end position the annular piston 7 presses the opened pair of front seals 2 together. As a result, the normal work becomes this Seal restored.

en
In allen Arbeitsstellung der Vorrichtung bleibt der Drucken
The pressure remains in all working positions of the device

in der Kammer 4- gegenüber dem des Niederdruckraumes 5 gering (während der Prüfungen betrug er höchstens 5 kp/cm ).in the chamber 4- compared to that of the low-pressure chamber 5 low (During the tests it was no more than 5 kgf / cm).

Das stets gering gehaltene Druckgefälle an der zv/eiten Stirndichtung 6 gewährleistet eine stabile Arbeit derselben uncer minimalem Öldurchlaß zum Niederdruckraum.The pressure gradient on the second / side, which is always kept low Front seal 6 ensures stable operation of the same and minimal oil passage to the low-pressure chamber.

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Die vorliegende Erfindung wurde an einem Prüfstand beiThe present invention was carried out on a test bench at

2 eher 2 rather

einem Druckgefälle von 100 kp/cm geprüft. Während Betriebszeit von 200 Stunden blieb der Öldurcklaß sehr geringfügig (untera pressure gradient of 100 kp / cm tested. During the operating time of 200 hours, the oil pressure remained very low (below

3
20 cnr öl je Arbeitstag). Nach Demontage und Besichtigung von Einzelteilen wurden nur schwache Einarbeitungsstellen festgestellt. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als effektiv genug betrachtet werden.3
20 cnr oil per working day). After dismantling and inspecting individual parts, only weak familiarization areas were found. Thus, the device according to the invention can be considered effective enough.

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Claims (3)

PotüntoiiwoKe ZELLENiIN u. LUYKEN OÜÜO München 22 ~ 6 " 7- Mai 1969 Zwtlbrjckerwfr, 4 · ρ 24- 4-56 PATENTANSPRÜCHE Λ"PotüntoiiwoKe ZELLENiIN and LUYKEN OÜÜO Munich 22 ~ 6 "7- May 1969 Zwtlbrjckerwfr, 4 · ρ 24- 4-56 PATENT CLAIMS Λ" 1. Vorrichtung zum Abdichten von Bohrmotorwellen, welche ein Gehäuse aufweist, das mit der nVelle einen Hingraum bildet, der durch eine Stirndichtung in einen Hochdruck- und einen Niederdruckraum getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum seitens des Niederdruckraumes (5) eine zweite Stirndichtung (6) derart angebracht ist, daß sich zwischen dieser und der ersten Dichtung (2) eine Kammer (4) bildet, in der eine Plungerpumpe (10) aufgestellt ist, welche zum Rückpumpen des aus dem Hochdruckraum (1) in die Kammer (4) durchgesickerten Öls zurück in den Hochdruckraum (1) bestimmt ist.1. Device for sealing drilling motor shafts, which has a housing which forms with the nVelle a Hingraum, the through a face seal in a high pressure and a Low pressure chamber is separated, characterized that in the annular space on the part of the low-pressure space (5) a second end seal (6) is attached in such a way that between this and the first seal (2) forms a chamber (4) in which a plunger pump (10) is set up, which for Pumping back the oil that has seeped from the high pressure chamber (1) into the chamber (4) back into the high pressure chamber (1) is determined is. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß in der Kammer (4) ein "schwimmender" zwischen der Pumpe (10) und der Dichtung (2) des Hochdruckraums2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the Ka m mer (4) a "floating" between the pump (10) and the seal (2) of the high pressure chamber (1) untergebrachter riingkolben (7) angeordnet ist, der das Saugventil (13) der Pumpe (10) bei Druckverminderung in der Kammer (4) Öffnet und die Dichtung (2) des Hochdruckraumes (1) bei Druckerhöhung in der Kammer gegenüber dem Druck des Niederdruckraums (5) zusammenpreßt.(1) housed ring piston (7) is arranged, which the suction valve (13) of the pump (10) when the pressure is reduced in the Chamber (4) opens and the seal (2) of the high pressure chamber (1) when the pressure in the chamber increases compared to the pressure in the low-pressure chamber (5) compresses. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Plungerpumpe (10) von der Welle (15) des Bohrmotors mit Hilfe einer Schrägscheibe (16) angetrieben wird.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that that the plunger pump (10) is driven by the shaft (15) of the drilling motor with the aid of a swash plate (16) will. 909883/0377909883/0377
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