DE19827101A1 - Nach dem Moineau-Prinzip arbeitende Maschine für den Einsatz in Tiefbohrungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine nach dem Moineau-Prinzip arbeitende Maschine für den Einsatz in Tiefbohrungen, wobei sich innerhalb eines zylindrischen Außenteils ein gewelltes Innenteil befindet, am Außenteil eine innen gewendelte Auskleidung aus einem Elastomer zur Aufnahme des Innenteils vorgesehen ist und Außenteil und Innenteil gegeneinander verdrehbar sind. Um bei diesen Maschinen die Außenteile einfacher herstellen und die Auskleidungen auswechseln zu können, ist aufgrund der Erfindung vorgesehen, die Auskleidung mit der Innenfläche eines aus Stahl bestehenden Rohres (Innenrohr) festhaftend zu verbinden, das längsverstellbar, jedoch feststellbar in dem Außenteil angeordnet ist, eine gegenüber dem Außenteil wesentlich geringere Wandstärke aufweist und an seinen Enden zur Innenfläche des Außenteils hin gegen Eindringen von Förder- bzw. Druckmittel abgedichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Moineau-Prinzip arbeitende Maschine für den Einsatz in Tiefbohrungen, insb. einen Bohrmotor, wobei sich innerhalb eines ungeschlitzten, rohrförmigen Aussenteils - meist als Stator ausgeführt - ein gewendeltes Innenteil - meist als Rotor ausgeführt - befindet, das Aussenteil mit einer innen gewendelten Auskleidung aus einem Elastomer zur Aufnahme des Innenteils versehen ist und Aussenteil und Innenteil gegeneinander verdrehbar sind.

Aufgrund des Einsatzes in Tiefbohrungen z. B. bei der Erdölgewinnung sind Maschinenlängen von mehreren Metern und dementsprechend stark dimensionierte Aussenteile in Form von vergleichsweise dickwandigen, hochfesten, teuren Rohren sehr oft erforderlich. Es versteht sich, dass unter diesen Voraussetzungen die Anbringung und der Austausch einer Elastomerauskleidung innen am Aussenteil mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden sind.

Ausgehend von dieser Erkenntnis liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnten Maschinen so auszubilden, dass die vorgenannten Aussenteile wesentlich einfacher hergestellt und darüber hinaus auch die Auskleidung ausgewechselt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, die aus einem Elastomer bestehende Auskleidung mit der Innenfläche eines aus Stahl oder ähnlich festem Werkstoff bestehenden Rohres - nachstehend Innenrohr genannt - festhaftend zu verbinden, das längsverschiebbar, jedoch feststellbar in dem Aussenteil angeordnet ist, eine gegenüber dem Aussenteil wesentlich geringere Wandstärke aufweist und an seinen Enden zur Innenfläche des Aussenteils hin gegen Eindringen des Förder- bzw. Druckmediums abgedichtet ist.

Aufgrund dieses Vorschlages ist es möglich, die verschleissanfällige Auskleidung zusammen mit einem dünnwandigen, weniger festen Rohrkörper herzustellen und diesen Rohrkörper zusammen mit der Auskleidung in das Aussenteil einzuschieben bzw. nach einem Verschleiss der Auskleidung wieder aus dem Aussenteil herauszuziehen.

Dieser Vorschlag eröffnet auch die Möglichkeit, eine sehr dünnwandige, für sich festigkeitsmässig unzureichende Auskleidung zu wählen und das Innenrohr aus einem glatten, zylindrischen Rohr zu fertigen, dem eine der Wendelung der Auskleidung entsprechende Gestalt vermittelt wird, wobei ggfs. die Enden des Innenrohres dem Innendurchmesser des Aussenrohres entsprechend zylindrisch ausgeführt sein können.

Um das Innenrohr gegen axiales Verschieben und Verdrehen zu sichern, können an den Enden dieses Innenrohres Verbindungselemente bzw. Anschläge vorgesehen werden, die z. B. angeschweisst oder aber auch ohne weiteres z. B. durch eine Gewindeverbindung lösbar sind. Vorzugsweise werden diese Verbindungsmittel zugleich als Abdichtungsmittel ausgeführt oder aber auch zur Halterung gesonderter Dichtungsmittel ausgebildet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch den in Arbeitsstellung senkrecht angeordneten Stator eines Bohrmotors für den Antrieb von Bohrwerkzeugen bei Tiefbohrungen im Erdreich,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II von Fig. 1 im Gegensatz zu Fig. 1 zusammen mit einem Rotor und

Fig. 3 und 4 je Teilschnitte der Fig. 2 entsprechend mit unterschiedlichen Ausführungen des Stators.

Der Stator besteht im wesentlichen aus einem kräftigen, ungeschlitzten, zylindrischen Rohr 1 aus einem hochfesten Stahl und einem innen an diesem Rohr 1 anliegenden, ebenfalls aus Stahl gefertigten Innenrohr 2, das mit einer haftend befestigten Auskleidung 3 aus Gummi versehen ist. Diese Auskleidung 3 umschliesst einen längs verlaufenden Hohlraum 4 zur Aufnahme eines Rotors 5, der nach oben hin frei ausläuft und nach unten hin ein nicht dargestelltes Kupplungsstück aufweist, an das eine Gelenkwelle od. dgl. angreift, die zum Ausgleich der Exzentrizität und zum Antrieb eines Werkzeuges z. B. eines Bohrmeissels dient.

Nach dem Moineau-Prinzip ist die Auskleidung 3 innen gewendelt, und zwar weist sie im Vergleich zur Aussenwendelung des Rotors 5 eine Wendelung mehr auf. Diese Anordnung ist aus Fig. 2 ersichtlich. Hiernach sind der Rotor 5 viermal und die Auskleidung fünfmal gewendelt, um so die zum Rotorantrieb erforderlichen Druckräume für das flüssige Antriebsmedium zu schaffen.

Von besonderer Bedeutung ist nun, dass die Auskleidung 3 nicht an der Innenfläche des Rohres 1, sondern an der Innenfläche des Innenrohres 2 anliegt, und zwar in festhaftender Verbindung, was z. B. durch Anvulkanisieren erreicht werden kann. Darüber hinaus ist das Innenrohr 2 der Innenwendelung der Auskleidung 3 entsprechend gewendelt, wobei jedoch ein möglichst dünnwandiges Innenrohr 2 gewählt ist, dessen Wandstärke wesentlich geringer ist als diejenige des Rohres 1, wobei die Wandstärke etwa 20-70% der Wandstärke des Rohres 1 ausmachen sollte. Darüber hinaus ist die Wandstärke des Innenrohres 2 aber auch wesentlich kleiner als diejenige der Auskleidung 3. Hier ist ein Verhältnis von etwa 20- 50% zweckmässig.

Diese vergleichsweise kleine Wandstärke des Innenrohres 2 bietet grosse Vorteile. Einmal wird der lichte Durchgangsquerschnitt des Hohlraumes 4 nicht wesentlich verkleinert, zum anderen kann die geringe Wandstärke deshalb gewählt werden, weil sich die durch die Wendelung bedingten Auswölbungen 2' aussen an der Innenseite des Rohres 1 abstützen können und demgemäss auch bei sehr dünnen Wandungen unerwünschte Verformungen durch den Betrieb des Motors nicht zu befürchten sind. Darüber hinaus kann bei der Herstellung des gewendelten Innenrohres 2 von dünnwandigen zylindrischen Rohren ausgegangen werden, die durch bleibende Verformung nach bekannten Verfahren zu erstellen sind.

An beiden Enden des Innenrohres 2 sind Scheibenringe 6 befestigt, die ihrerseits mit dem Rohr 1 verbunden werden. Dadurch werden Axialverschiebungen und Verdrehungen des Innenrohres 2 verhindert. Zugleich dienen diese Scheibenringe 6 der Abdichtung des Innenrohres 2 gegenüber dem Rohr 1, damit unerwünschte Beipässe ausgeschlossen werden. Im Regelfalle ist es allerdings ausreichend, lediglich an einem Ende des Innenrohres 2 eine Abbdichtung vorzusehen, wobei vorzugsweise die Abdichtung am oberen Ende des Innenrohres 2 vorgesehen wird, um in grössren Tiefen der Bohrungen einen Druckausgleich herbeiführen zu können.

Die Befestigung der Scheibenringe 6, die an der Wirkseite 1' des Motors nur an der Stirnseite des Innenrohres 2 anliegen, um dort die Verformbarkeit der Auskleidung 3 nicht zu beeinflussen, kann durch Schweissen geschehen, aber auch durch Verschrauben unter Nutzung des ohnehin am Rohr 1 vorhandenen Innengewindes 7 an den beiden Enden des Rohres 1.

Das Innenrohr 2 kann auch aus dem Rohrwerkstoff geformte zylindrische Endstücke erhalten, deren Aussendurchmesser dem Innendurchmesser des Rohres 1 angepasst ist, um so die Aufgabe der Scheibenringe 6 ganz oder teilweise zu übernehmen.

Vorzugsweise wird das Innenrohr 2 als gewendeltes Rohr ausgeführt, um so über die Länge der Auskleidung 3 und deren Umfang hinweg die gleiche Wandstärke für den Gummi der Auskleidung 3 erreichen zu können, jedoch kann das Innenrohr 2 ggfs. auch zylindrisch geformt sein.

Ist die Auskleidung 3 schadhaft geworden oder verschliessen, so wird das Innenrohr 2 mit der Auskleidung 3 aus dem Rohr 1 herausgezogen, nachdem eine Sperre bzw. ein Anschlag an einem Ende des Innenrohres 2 entfernt worden ist.

Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, erstreckt sich das Innenrohr 2 mit der Verkleidung 3 bis an bzw. bis nahe an das Innengewinde 7, das in üblicher Weise die Verbindung zu den angrenzenden Teilen des Motors herstellt, aber auch - wie schon erwähnt - zusätzlich noch der lösbaren Fixierung z. B. der Scheibenringe 6 oder ähnlicher Arretierungs- und/oder Dichtungselemente für die Enden des Innenrohres 2 dienen kann.

In den Fig. 3 und 4 sind besondere Massnahmen dargestellt, um das Innenrohr 2 gegenüber dem Rohr 1 gegen Verdrehen und/oder axialen Versatz zu sichern.

Vorgesehen ist ein in ein Gewindeloch 8 des Rohres 1 eingschraubter Bolzen 9, der in das Innere des Rohres 1 hineinragt und gemäss Fig. 3 mit einem zylindrischen Fortsatz 10 das Innenrohr 2 zwischen zwei durch die Wendelung bedingte Auswölbungen beaufschlagt bzw. berührt. Der so erzielte Formschluss sichert das Innenrohr 2.

Bei der Ausführung gemäss Fig. 4 ist auch das Innenrohr 2 mit einem Gewinde 11 versehen, in das der in das Gewindeloch 8 eingedrehte Bolzen 9 hineingeschraubt werden kann, jedoch kann ggfs. auch auf ein Gewinde im Innenrohr 2 verzichtet werden; es genügt, wenn der Bolzen 9 mit einem kurzen Stummel dem Fortsatz 10 entsprechend in eine Durchbrechung des Innenrohres 2 eingreifen kann, wobei jedoch die Eindringtiefe nur gering sein darf, um die Verformbarkeit der Auskleidung 3 nicht zu gefährden.

Die Erfindung bietet auch erhebliche Vorteile im Hinblick auf ein sog. Recycling der Maschine. Hierzu wird die möglicherweise verschlissene Auskleidung 3 zusammen mit dem Innenrohr 2 entfernt und durch neue Elemente 2, 3 ersetzt. Diese Massnahme sind deshalb vorteilhaft, weil das Innenrohr 2 sehr dünnwandig und aus einem nicht so hochwertigen Werkstoff gefertigt ist.

Claims (16)

1. Nach dem Moineau-Prinzip arbeitende Maschine für den Einsatz in Tiefbohrungen, insb. Bohrmotor, wobei sich innerhalb eines ungeschlitzten, zylindrisch rohrförmigen Aussenteils ein gewendeltes Innenteil befindet, am Aussenteil eine innen gewendelte Auskleidung aus einem Elastomer zur Aufnahme des Innenteils vorgesehen ist und Aussenteil und Innenteil gegeneinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (3) mit der Innenfläche eines aus Stahl oder ähnlich festem Werkstoff bestehenden Rohres (Innenrohr 2) festhaftend verbunden ist, das längsverschiebbar, jedoch feststellbar in dem Aussenteil (1) angeordnet ist, eine gegenüber dem Aussenteil geringere Wandstärke aufweist und an seinen Enden, vorzugsweise jedoch lediglich an einem Ende zur Innenfläche des Aussenteils (1) hin abgedichtet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Innenrohres (2) etwa 20-70% des Aussenteils (1) beträgt.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Innenrohres (2) kleiner ist als die Wandstärke der Auskleidung (3).

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Innenrohres (2) etwa 20-50% der (nicht verschlissenen) Auskleidung (3) beträgt.

5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (2) der Auskleidung (3) entsprechend gewendelt ist in der Weise, dass die Auskleidung über ihre Länge und ihren Umfang hinweg zumindest im wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Wendelung bedingten Auswölbungen (2') am Innenrohr (2) praktisch spielfrei an der Innenfläche des Aussenteils (1) anliegen (Fig. 2).

7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenteil (1) innen mit Anschlägen, Sperren, nach innen in das Aussenteil hineinragende z. B. bolzenartige Vosprünge od. dgl. zur Arretierung des Innenrohres (2), versehen ist, wobei diese Anschläge, Sperren, Vorsprünge od. dgl. auch Dichtungselemente aufweisen können, die die Enden des Innenrohres (2) gegenüber dem Aussenteil (1) abdichten.

8. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des Innenrohres (2) an der Innenfläche des Aussenteils (1) anliegende Ringe (6) befestigt sind, die lösbar mit dem Aussenteil (1) verbunden sein können.

9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenteil (1) in bekannter Weise mit einem Innengewinde (7) zum Anbringen von Verbindungsgliedern der Maschine versehen ist und dieses Gewinde zur Aufnahme von Arretierungs- und/oder Abdichtungsmitteln für das Innenrohr (2) dient.

10. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (2) an seinen Enden zylindrisch geformt ist und über seinen Umfang hinweg prakktisch spielfrei an der Innenfläche des Aussenteils (1) anliegt.

11. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenteil (1) an seinen Enden mit einem Innengewinde (7) zum Anbringen von Verbindungsgliedern der Maschine versehen ist und sich die Enden des Innenrohres (2) im Gewindebereich oder nahe am Gewinde befinden.

12. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Betrieb der Maschine oben liegende Ende abgedichtet ist.

13. Maschine nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bolzenartigen Vorsprünge (9) in ein Gewindeloch (8) des Aussenteils (1) eingeschraubt sind.

14. Maschine nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bolzenartigen Vorsprünge (9) das Innenrohr (2) zwischen zwei benachbarten, durch eine Wendelung bedingten Auswölbungen berührt.

15. Maschine nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bolzenartigen Vorsprünge (9) in eine vorzugsweise mit Innengewinde (11) versehene Durchbrechung des Innenrohres (2) eingreifen.

16. Recyclingverfahren für Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Recyclingverfahren das Innenrohr mit seiner Auskleidung unterworden wird, wobei das Innenrohr zusammen mit seiner Auskleidung vom Aussenteil getrennt wird, das mit einem neuen oder einem aufgearbeiteten Innenrohr mit Auskleidung versehen wird.