CN102002940B - 用于土地施工的钻探设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于土地施工的钻探设备，该钻探设备包括以旋转方式驱动钻柱的钻探驱动装置和用于使建筑材料从建筑材料软管移入钻柱内部的旋转进给装置，其中该旋转进给装置具有用于建筑材料软管的第一管线接头和用于钻柱的可相对于第一管线接头旋转的第二管线接头。按照本发明，旋转进给装置具有用于相对于第一管线接头主动旋转第二管线接头的旋转装置。本发明还涉及一种用于土地施工的方法，该方法特别是可借助于根据本发明的钻探设备执行。

Description

用于土地施工的钻探设备和方法

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的用于土地施工的钻探设备。这种类型的钻探设备设计有用于以旋转方式驱动钻柱的钻探驱动装置和用于使建筑材料从建筑材料软管移入钻柱内部的旋转进给装置(rotary feedthrough)，其中旋转进给装置具有用于建筑材料软管的第一管线接头和用于钻柱的可相对于第一管线接头旋转的第二管线接头。

本发明还涉及一种按照权利要求12的前序部分的用于土地施工的方法。在这种方法中，将钻柱设为借助于钻探驱动装置进行旋转运动，并且经由在第一管线接头处与建筑材料软管连接并且在可相对于第一管线接头旋转的第二管线接头处与钻柱连接的旋转进给装置，至少临时从建筑材料软管将液态建筑材料引导到钻柱的内部。

背景技术

例如，从DE10238193A1已知一种普通钻探设备。DE10238193A1描述了一种大地钻探设备，通过该大地钻探设备，螺钻(auger)可被设为进行旋转并被轴向引导到土地中。此外，设置了供应装置，可使用该供应装置将混凝土引入螺钻内部以填充所生成的钻孔。为了能将混凝土引入可轴向移动的螺钻内，供应装置具有可动软管管线，该软管管线一方面在固定的传递点与钻探设备连接，而另一方面与螺钻连接。由于该可动软管管线，可相对于钻探设备上下移动螺钻。以旋转固定的方式与承载车辆连接的软管管线经由旋转进给装置，即所谓的埋头(flush head)，与螺钻连接。该旋转进给装置的作用是相对于软管管线分离螺钻的旋转运动。

但是，由于旋转进给装置在实践中并非以无摩擦方式操作，所以不论是否存在旋转进给装置，在操作期间都有规律地发生从螺钻到软管管线的扭矩传输。这种情况下，为了防止软管管线在钻探驱动装置操作期间变弯或甚至自行卷绕在螺钻或钻探驱动装置周围，可借助于扭矩支承件相对于传递点以旋转固定方式固定软管管线接头。

但是，从结构的角度看这种扭矩支承件较为复杂，特别是当钻柱向上高耸到承载车辆上方并且设置在钻柱上端的旋转进给装置因此位于承载车辆上方较远处时，因为扭矩支承件也必须覆盖该相对距离。

发明内容

本发明的目的是以如下方式改进普通钻探设备和普通钻探方法：可采用特别容易的方式特别可靠地将建筑材料、更具体而言为混凝土供应到钻柱内部。

按照本发明，通过具有权利要求1的特征的钻探设备和具有权利要求12的特征的钻探方法达到该目的。该钻探设备的优选实施例在从属权利要求中陈述。

根据本发明的钻探设备的特征在于旋转进给装置具有用于相对于第一管线接头主动旋转第二管线接头的旋转装置。

本发明的基本理念可从以下事实看出：在旋转进给装置上设置了带驱动装置的旋转装置，该旋转装置能使旋转进给装置的两个接头相对于彼此主动旋转。具体地，该主动旋转装置能以如下方式与钻探驱动装置同步：即使在钻柱旋转时，用于建筑材料软管的管线接头也总是指向同一方向，即，可借助于根据本发明的旋转装置主动补偿钻柱的旋转运动。结果，可有效地防止软管的弯曲或甚至其在钻柱或钻探驱动装置周围的卷绕，从而确保可靠的混凝土供应。同时，不再需要软管接头的生硬的扭矩支承，因为软管管线接头相对于固定传递点的对齐借助于主动旋转装置进行。

按照本发明的钻探设备优选为大地钻探设备，特别是具有带方钻杆延长部的连续旋翼式螺钻钻探器具。旋转进给装置，其也可称为“埋头”，适当地设置在钻柱的上侧和/或设置成与钻柱同轴。借助于旋转进给装置，可在非旋转的建筑材料软管内部与旋转的钻柱内部之间建立流体连接。从建筑材料软管引入钻柱内部的建筑材料特别是可为混凝土。钻探驱动装置用于围绕钻探轴线以旋转方式驱动钻柱，这种情形中旋转进给装置有利地设置在钻探轴线上。

特别优选的是，为了补偿钻探驱动装置的旋转，旋转装置与钻探驱动装置径向相反地同步。特别是由于旋转装置使两个管线接头以钻探驱动装置的旋转速度但在相反的旋转方向上相对于彼此旋转，使得钻探驱动装置和旋转装置的旋转运动彼此偏移并且用于建筑材料软管的管线接头即使在钻柱旋转时也向外处于静止状态，可以理解这一点。取决于与钻柱和/或钻探驱动装置的旋转速度有关的数据，特别是借助于控制旋转装置、特别是有关的驱动马达的控制装置，可实现同步。但是，原则上也可设想机械同步。

基本而言，例如，可使用机械能操作主动旋转装置，该机械能从钻探驱动装置获得并且例如借助于柔性轴传输到旋转装置上。但是，对于旋转装置而言特别有利的是将至少一个驱动马达用于相对于第一管线接头主动旋转第二管线接头。为了特别紧凑的设置，驱动马达适当地设置在旋转进给装置上，即，通常设置在钻柱的上侧。

有关的驱动马达可以是例如液压马达，因为在典型的钻探设备上通常可在任何速度获得液压能量。但是，该驱动马达也可以是例如电动马达，因为能以特别容易的方式控制并因此同步电动马达。特别地，可提供伺服马达作为旋转装置的驱动马达。基本而言，例如，也可串联组合不同类型的马达。

有利地，根据本发明，提供用于旋转装置的控制装置，特别是电气控制装置。借助于这种控制装置，例如，能以特别简单的方式实现径向相反的同步。如果设置驱动马达，则该控制装置适当地与该驱动马达操作连接，使得控制装置可设定例如驱动马达的标称旋转速度或目标位置。

另外，优选提供用于确定钻柱和/或钻探驱动装置的旋转速度和/或旋转方向的旋转传感器，其与控制装置信号连接。这样，控制装置接收与钻柱的状态有关的输入数据使得能以相应径向相反的方式操作旋转装置。用于旋转装置的控制装置还可从其它源，例如从钻探驱动装置的控制装置，获得与钻柱的状态有关的信息。

本发明能以特别有利的方式用于这些钻探设备中：其中钻柱特别设计成若干部分，包括在钻探驱动装置下方延伸的钻具区段和至少在钻探驱动装置上方的区段中延伸的延长部。对于这些具有延长的钻柱的实施方式中而言，按照现有技术需要的用于软管接头的扭矩支承件将必须相应地向上延伸较远，从而需要对应的额外的功和作用力的量。但是，由于按照本发明可免除这种扭矩支承件，所以也可省去这种额外的功和作用力。

有利地，旋转进给装置设置在延长部上，特别是延长部的上侧。在钻具区段上，例如可为钻具设置特别是螺钻，优选所谓的连续旋翼式螺钻。

特别地，如果设置延长部，则钻柱可相对于钻探驱动装置以可轴向移动的方式被支承以增加钻探深度。有利地，在延长部区域内，钻柱被支承在钻探驱动装置中。对于钻柱的主动轴向运动而言，也可设置适当的驱动装置。

特别有利的是，钻探驱动装置设置在支承结构上并且用于建筑材料软管的传递接头优选以旋转固定的方式设置在支承结构上。因此，根据此实施例，钻探驱动装置和用于建筑材料软管的传递接头设置在同一结构上，由此可以特别简单的方式提供钻探驱动装置对软管的旋转运动的补偿。有关的支承结构可以是例如井架支架(mast carriage)。这种井架支架有利地以可纵向调节的方式被支承在井架上。在一些情形中，井架也可被视为所述支承结构。传递接头特别是可理解为接收(take-over)点，可在该接收点将建筑材料引入建筑材料管线内，即，可在该接收点将建筑材料软管与用于建筑材料的供给装置、特别是相关联的供给管线连接。

本发明的另一有利实施例的特征在于旋转进给装置在建筑材料软管的管线接头上具有肘管。结果，可确保当安装旋转进给装置时软管管线接头面向地面或至少面向侧面，从而允许建筑材料软管从管线接头自由下垂而不会形成任何弯曲。特别地，有利的是用于建筑材料软管的管线接头设置成轴向平行于用于钻柱的管线接头，由此获得能以特别可靠的方式采用的旋转进给装置。为此，肘管优选具有至少约180°的弧角。

此外，特别有利的是建筑材料软管从用于建筑材料软管的管线接头和/或从传递接头自由下垂。特别地，建筑材料软管仅被固定在软管端部处而在两端之间的区域内则未被保持和/或支承，即，其自由悬垂。由于根据本发明主动旋转进给装置可确保旋转进给装置的软管管线接头总是相对于传递接头位于相同角位置的事实，可免除软管端部之间的软管的支承件，更具体而言为扭矩支承件。

另外，有益的是驱动马达优选在旋转进给装置上设置在用于钻柱的管线接头上方。结果，实现了特别紧凑的设置。例如，驱动马达的驱动轴至少大致平行于钻柱和钻探轴线延伸。

本发明另一个优选实施例的特征在于以下事实：又一旋转进给装置连接在第一管线接头、即用于软管的接头上，或第二管线接头、即用于钻柱的接头上。借助于这种第二旋转进给装置，可确保即使例如在出现故障不能以充分的精确度实现第一主动旋转进给装置的主动同步的情况下，保建筑材料软管不会过载。因此，钻柱的旋转，有意或无意地，仅应通过第一旋转进给装置部分补偿，然后通过第二旋转进给装置消除旋转的钻柱与不旋转的软管管线接头之间剩余的旋转差别。优选地，该又一旋转进给装置是以被动方式设计的，使得与第一旋转进给装置相反，它不包括主动旋转装置。特别地，这两个旋转进给装置可以是同轴地设置的。作为替代方案或除又一旋转进给装置以外，第一主动旋转进给装置可在两个管线接头之间具有滑动联轴器以便保护建筑材料软管。

按照本发明的方法特别是可借助于根据本发明的钻探设备执行。其特征在于，提供用于相对于第一管线接头主动旋转第二管线接头的旋转装置，由此该旋转装置与钻探驱动装置径向相反同步地操作。结果，钻柱的旋转在软管管线接头上被补偿。

附图说明

下面将借助于在附图中示意性地示出的优选实施例更详细地描述本发明，在附图中：

图1显示了按照本发明的钻探设备的侧视图；

图2显示了从另一侧看到的图1的钻探设备在旋转进给装置区域内的详图；以及

图3显示了从前部看到的图1的钻探设备在旋转进给装置区域内的详图。

具体实施方式

图1至3显示了按照本发明的钻探设备的实施例。

如图1所示，设计为大地螺钻的钻探设备具有设计为履带行走机构的底盘71。井架72设置在底盘71的前部，该井架72至少在钻探操作期间通常至少大致以垂直方式延伸。井架支架40以可纵向移位的方式被支承在井架72上。钻探驱动装置10又设置在该井架支架40上以便以旋转方式驱动钻柱1。

钻柱1具有钻具区段2，其在钻探驱动装置10下方延伸并且螺钻9设置在其上作为钻具。钻柱在钻具区段2上方具有延长部3。在该延长部3的区域内，钻柱1被引导穿过钻探驱动装置10。延长部3被设计为所谓的方钻延长部，带有纵向于钻柱1延伸的位于外部的轮廓条(profile strip)75。这些轮廓条75能实现从钻探驱动装置10至钻柱1的延长部3的形成锁定的扭矩传输，这种情形中钻柱1可同时相对于钻探驱动装置10纵向移动。

此外，钻探设备具有建筑材料软管6，可借助于该软管6将建筑材料、特别是硬化的建筑材料如混凝土引入钻柱1内部。从钻柱的内部，建筑材料可经设置在钻柱1底部的至少一个开口79逸出。这种设置允许使用钻柱1在土地中生成的钻孔被充满建筑材料。

建筑材料软管6在其一端与传递接头50连接。结构材料例如可在此处从传送装置被传递到建筑材料软管6内。传递接头50以旋转固定及轴向固定的方式设置在井架支架40上。建筑材料软管6在其相对布置的上端与设置在钻柱1的上端的管线接头21连接。可在此处将建筑材料从建筑材料软管6引入钻柱内部。

传递接头50设计在大致水平延伸的供给管件53的端部处，该管件53经由井架支架40上的至少大致垂直延伸的支柱51来保持。管件53及其传递接头50通过支柱51以旋转固定及轴向固定的方式与井架支架40连结。管件53及其传递接头50位于井架支架40上方以及旋转驱动装置10上方。管件53在其背向传递接头50的端部具有又一接头54，例如与建筑材料泵连结的供给软管或不可弯曲的供给管线可与该接头54连接。

用于建筑材料软管6的传递接头50、用于软管6的管线接头21以及该又一接头54朝下，即，沿钻探轴线朝地面的方向，使得软管可被连接在此处而不会形成弯曲。

作为建筑材料软管的管线6的柔性设计允许补偿在钻柱1相对于钻探驱动装置10并因此相对于井架支架40移位期间发生的管线接头21与传递接头50之间的距离的改变。

建筑材料软管6经由在图2和图3中详细示出的根据本发明的旋转进给装置20与钻柱1连结。旋转进给装置20设置在钻柱1的上端处并且具有与钻探轴线同轴(即，与钻柱1同轴)地延伸的旋转轴线。

具体地，如图2和图3所示，根据本发明的旋转进给装置20设计为带主动旋转装置30的主动旋转进给装置，这种情形中旋转装置30具有驱动马达32和可被驱动马达32促动的齿轮传动装置33。借助于驱动马达32和相关联的齿轮传动装置33，建筑材料软管6以旋转固定的方式设于其上的第一管线接头21可相对于第二管线接头22围绕钻探轴线主动旋转，旋转进给装置20在该第二管线接头22处具体是以旋转固定的方式与钻柱1连接。

为了特别紧凑的设置，驱动马达32设置在用于钻柱1的管线接头22上方及齿轮传动装置33上方。驱动马达32具有连接到底盘71的操作和控制管线35。

在根据本发明的方法中，以相对于钻探驱动装置10相反同步的方式操作主动旋转进给装置20。其中，驱动马达32主动产生两个管线接头21和22彼此之间的相对旋转运动，该旋转运动与钻探驱动装置10相比具有相同的旋转速度但旋转方向相反。因此，主动旋转进给装置20补偿通过钻探驱动装置10实现的钻柱1的旋转使得用于建筑材料软管6的管线接头21总是指向相同的方向并且即使在钻探驱动装置10以旋转方式操作钻柱1并因此操作第二管线接头22的情况下也不会旋转。

为了实现这种相反的同步，设置了图1中示意性地示出的控制装置39，该控制装置39与旋转装置30并且特别是与其驱动马达32或其齿轮传动装置33操作连接。此外，该控制装置39与检测钻柱1相对于井架支架40并因此相对于底盘71的旋转的旋转传感器38信号连接。该旋转传感器38为控制装置39提供输入值。

在用于钻柱1的管线接头22的区域内，可设置又一旋转进给装置70，其可消除钻柱1与软管6之间剩余的旋转位置的差别。

旋转进给装置20具有形成弯曲大约180°的管的肘管60。用于建筑材料软管6的管线接头21设计在该肘管60的端部。借助于该肘管，用于建筑材料软管6的管线接头21以向下定向的方式设置使得连接的建筑材料软管6可在此处延伸而不会形成任何弯曲。

Claims (13)

1.一种用于土地施工的钻探设备，包括：

-用于以旋转方式驱动钻柱的钻探驱动装置，以及

-用于使建筑材料从建筑材料软管移入所述钻柱内部的旋转进给装置，其中，所述旋转进给装置具有用于所述建筑材料软管的第一管线接头以及用于所述钻柱的可相对于所述第一管线接头旋转的第二管线接头，

其特征在于

-所述旋转进给装置具有用于相对于所述第一管线接头主动旋转所述第二管线接头的旋转装置。

2.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

为了补偿所述钻探驱动装置的旋转，所述旋转装置与所述钻探驱动装置径向相反地同步。

3.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

所述旋转装置具有用于相对于所述第一管线接头主动旋转所述第二管线接头的至少一个驱动马达。

4.根据权利要求3所述的钻探设备，

其特征在于

所述驱动马达是电动马达或液压马达。

5.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

设置了用于所述旋转装置的控制装置，以及

设置了用于确定所述钻柱的旋转速度和/或旋转方向的旋转传感器，所述旋转传感器与所述控制装置信号连接。

6.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

所述钻柱设计有在所述钻探驱动装置下方延伸的钻具区段和至少在所述钻探驱动装置上方的区段内延伸的延长部，

所述旋转进给装置设置在所述延长部上，并且

螺钻设置在所述钻具区段上。

7.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

所述钻探驱动装置设置在支承结构上，并且

用于所述建筑材料软管的传递接头设置在所述支承结构上。

8.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

所述旋转进给装置在用于所述建筑材料软管的管线接头上具有肘管，并且

用于所述建筑材料软管的管线接头设置成轴向平行于用于所述钻柱的管线接头。

9.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

所述建筑材料软管从用于所述建筑材料软管的管线接头自由下垂。

10.根据权利要求3所述的钻探设备，

其特征在于

所述驱动马达在所述旋转进给装置上设置在用于所述钻柱的管线接头上方。

11.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

又一旋转进给装置连接在所述第一管线接头上或所述第二管线接头上，或

所述旋转进给装置在所述两个管线接头之间具有滑动联轴器。

12.根据权利要求7所述的钻探设备，其特征在于，所述支承结构是井架支架。

13.一种借助于根据权利要求1所述的钻探设备用于土地施工的方法，其中

-将钻柱设为借助于钻探驱动装置进行旋转运动，并且

-经由在第一管线接头处与建筑材料软管连接并且在可相对于所述第一管线接头旋转的第二管线接头处与所述钻柱连接的旋转进给装置，至少临时从所述建筑材料软管将液态建筑材料引入所述钻柱内部，

其特征在于

-设置了用于相对于所述第一管线接头主动旋转所述第二管线接头的旋转装置，由此

-所述旋转装置与所述钻探驱动装置径向相反地同步操作。

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