CN104619945A - 用于产生孔的钻孔装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在土壤中在支撑管之内产生孔的钻孔装置。该钻孔装置包括：壳体(12)，其可被插入支撑管中并且可以防止旋转的方式固定在支撑管处；用于除去土壤材料的切割装置(56)；用于旋转地驱动切割装置的旋转驱动器(26)；以及供应装置，利用该供应装置可将冲洗液供应到切割装置(56)的区域中。在切割装置上方布置有容纳容器(44)，可将被除去的土壤材料与冲洗液一起输送到容纳容器中。在该容纳容器中设置有至少一个用于使被除去的土壤材料与冲洗液搅拌的搅拌元件(46)。利用排出装置(70)可将被除去的土壤材料与冲洗液一起从容纳容器中向上排出。此外，本发明涉及一种用于在土壤中产生孔的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于在土壤中在支撑管之内产生孔的钻孔装置(Bohrvorrichtung)，以及一种根据权利要求11的前序部分所述的用于在土壤中产生孔的方法。
钻孔装置包括：壳体，其可被插入支撑管中并且可以防止旋转的方式固定在支撑管处；用于除去土壤材料的切割装置；用于旋转地驱动切割装置的旋转驱动器；以及供应装置，利用该供应装置可将冲洗液供应到切割装置的区域中。
在该方法中，将支撑管引入土壤中，将钻孔装置插入支撑管中并且防止旋转地固定在支撑管处，借助于钻孔装置的被驱动旋转的切割装置除去土壤材料并且将冲洗液供应到切割装置的区域中。
背景技术
在文献US 4,202,416中描述了用于在支撑管之内或之下产生孔洞的装置以及方法。该钻孔装置被插入支撑管中并且防止旋转地固定在支撑管中。借助于被驱动旋转的切割装置土壤被除去并且收集在设置在切割装置之上的螺旋输送器(Förderschnecke)上。当螺旋输送器。当螺旋输送器被填满时，将整个装置从支撑管中拉出并且清空螺旋输送器。随后，继续钻孔过程。因此该方法为非连续的方法。
带有可固定在支撑管中的钻孔装置的钻孔组件尤其地适合用于在水下尤其地在海面区域中产生孔。例如这种装置和方法可用于例如风力发电设备的在海底中的承载结构的锚定。该钻孔装置可从浮动的浮筒中被引入支撑管中。借助于该钻孔装置可将支撑管的内部且如有可能位于其下的区域钻空。在此该钻孔装置支撑在支撑管处。
发明内容
本发明提出的目标是，给出一种用于在支撑管之内产生孔的装置和方法，其使尤其经济性地产生孔成为可能。
根据本发明，该目标通过具有权利要求1所述的特征的钻孔装置以及具有权利要求11所述的特征的方法实现。在从属权利要求中给出本发明的优选的设计方案。
根据本发明，该钻孔装置的特征在于，在切割装置上方布置有容纳容器，可将被除去的土壤材料与冲洗液一起输送到该容纳容器中，在容纳容器中设置有至少一个搅拌元件以用于使被除去的土壤材料与冲洗液搅拌，并且设置有排出装置，利用该排出装置可将除去的土壤材料与冲洗液一起从容纳容器中向上排出。
根据本发明，该方法的特征在于，被除去的土壤材料被输送到在切割装置之上的钻孔装置的容纳容器中，在容纳容器中使被除去的土壤材料与冲洗液搅拌，并且被除去的土壤材料与冲洗液一起从容纳容器中向上被排出。
本发明的基本想法在于，给出钻孔装置和相应的钻孔方法，其使在支撑管之内和/或之下连续地产生孔洞成为可能。为此根据本发明，根据本发明的第一方面，设置有排出装置，利用该排出装置可将被除去的土壤材料与冲洗液一起从孔洞或支撑管中输送出来尤其地输送到土壤表面。为此排出装置尤其地可包括管路和泵。
为了尽可能连续地输送被除去的土壤材料和冲洗液的混合物，根据本发明设置有容纳容器或搅拌腔，在其中被除去的土壤材料借助于至少一个搅拌元件与冲洗液搅拌或混合。通过搅拌或均匀化，至少尽可能防止了固体成分在容纳容器或搅拌腔中沉积。这实现了通过作为载体介质的冲洗液有效地且可靠地排出被除去的土壤材料。带有搅拌元件的容纳容器也可称为搅拌容器。
为了将壳体防止旋转地固定在支撑管中，优选地设置有夹持装置，利用该夹持装置可将壳体夹紧在支撑管中。钻孔装置尤其地可夹紧或撑牢在支撑管的管内壁处。夹持装置为此可具有至少一个夹紧缸或柱塞，其可靠着支撑管的内壁被夹持。优选地，沿着钻孔装置的周缘分布多个夹持元件。
为了实施钻孔过程，钻孔装置由此支撑在支撑管处。钻孔装置可借助于例如起重机的绳索下降到支撑管中。
布置在可撑牢在支撑管中的钻孔装置中的旋转驱动器优选地驱动轴，该轴中心地在钻孔装置之内伸延。切割装置布置在轴的下端部处并且通过轴被驱动旋转。
在切割装置和至少一个搅拌元件之间可布置有输送装置尤其地螺旋输送器以用于将被除去的土壤材料从切割装置输送到容纳容器中。输送装置或螺旋输送器尤其地可与切割装置一起被驱动旋转。优选地，切割装置包括至少一个布置在螺旋输送器或输送器螺旋部(Förderwendel)的下端部处的基本上径向延伸的刀刃。
为了在容纳容器之内高效混合钻孔物和冲洗液，布置在容纳容器中的搅拌元件优选地可被驱动旋转。该至少一个搅拌元件优选地布置在被引导穿过搅拌腔的被驱动旋转的轴处。但是原则上被驱动旋转的搅拌元件也可设置在容纳容器的外壁处。优选地，容纳容器具有柱形的形状。
尤其经济性地可通过以下方式提供搅拌元件的驱动，即切割装置和搅拌元件可共同地通过旋转驱动器驱动。因此设置有不仅用于切割装置而且用于搅拌元件的共同的旋转驱动器。为了尽管如此使不同的旋转速度成为可能，可设置有变速器。切割装置和搅拌元件优选地通过共同的轴驱动。
根据本发明此外优选的是，设置有钻孔上部件，其可撑牢在支撑管中，并且设置有可相对于钻孔上部件移动的钻孔下部件，其包括切割装置和容纳容器。为了在支撑管之内产生孔，使钻孔上部件夹紧在支撑管中，并且使钻孔下部件连同切割装置和容纳容器向下推压。带有搅拌装置的容纳容器由此始终与切割装置具有限定的距离。在一定的钻孔步骤之后，松开钻孔上部件的撑牢，并且使钻孔上部件跟随钻孔下部件。之后使钻孔上部件重新在支撑管中撑牢并且实施继续的钻孔步骤。
为了使钻孔下部件相对于钻孔上部件移动，优选地设置有推进缸。尤其地以液压方式运行的推进缸使钻孔下部件利用钻头压靠孔洞底层。
此外，根据本发明优选的是，供应装置和/或排出装置具有可伸缩的管路。该可伸缩的管路尤其地可布置在可相对彼此运动的钻孔上部件和钻孔下部件之间的区域中。备选地，联接到钻孔下部件处的供应和/或排出管路也能够可轴向移动地支承在钻孔上部件之内。
通过以下方式可实现钻孔物与冲洗液的尤其高效的混匀，即在容纳容器中对于至少一个被驱动的搅拌元件附加地布置有至少一个固定的混合元件，其与搅拌元件共同作用。例如多个搅拌元件可布置在内部的轴处并且多个混合元件可布置在容纳容器的外壁的内面处。优选地，被驱动的搅拌元件和固定的混合元件布置成轴向上彼此错位并且在径向方向上重叠，从而通过搅拌元件引起的流动通过混合元件引起涡流。
为了在被除去的土壤材料穿入搅拌腔之前粉碎被除去的土壤材料，在搅拌腔下方可布置有粉碎装置。该粉碎装置尤其地可形成在切割装置和容纳容器之间的狭窄部位，并且具有布置在狭窄部位以下的尤其地锥形的引导和破碎面以用于引导和破碎石块。为了沿着引导和破碎面输送土壤材料，输送装置的输送器螺旋部可固定在该引导和破碎面处。粉碎装置可通过在钻孔装置之内的中央的轴驱动。
为了粉碎被除去的土壤材料，可在搅拌腔之下在切割装置和狭窄部位之间形成向上逐渐变细的输送腔。在逐渐变细的输送腔中，可设立有带有向上逐渐变细的横截面的输送器螺旋部。
在另一方面，本发明涉及一种带有可被引入土壤中的支撑管和根据本发明的钻孔装置的钻孔设备，该钻孔装置可布置在支撑管中。优选地在钻孔装置被插入支撑管之前，该支撑管可被引入例如被振入(einrütteln)或拧入土壤中。利用钻孔装置，可除去在支撑管之内和/或之下的土壤材料，其中在此支撑管也可连续地继续被推入土壤中。
利用根据本发明的方法实现了根据钻孔装置描述的优点。尤其地被除去的土壤材料可通过高效地与冲洗液混合可靠地从孔洞中被输送出来，其中实现了在大的孔洞深度上连续地产生孔洞。
附图说明
下面根据在示意性的附图中示出的优选的实施例进一步解释本发明。
其中：
图1显示了根据本发明的钻孔装置的透视图；
图2显示了根据本发明的钻孔装置的横截面视图；
图3显示了根据本发明的容纳容器以及切割和输送装置的横截面视图；以及
图4显示了根据本发明的容纳容器以及切割和输送装置的透视图。
在所有图中以相同的参考标号表示相同或相似的元件。
具体实施方式
根据本发明的钻孔装置10可被插入未示出的支撑管中并且被沉入该支撑管中。支撑管通常首先被引入土壤中并且如有可能被锚定在土壤中，并且之后可借助于在其中下降的钻孔装置被钻空。可借助于合适的且基本上已知的引入装置例如锤入装置实现将支撑管引入到土壤例如水域的地层。那么支撑管一方面用于支撑待产生的孔洞并且另一方面用作用于固定在其中的钻孔装置10的支座和引导。
钻孔装置10包括壳体12，其在支撑管中固定或撑牢在不同的部位处以用于实施钻孔过程。壳体12可实施成框架结构，并且包括基本上柱形的外轮廓以用于插入支撑管中。
轴32通过旋转轴承33可旋转地支承在壳体12中。轴32借助于旋转驱动器26可被驱动旋转并且驱动带有切割装置56的钻头。
钻孔装置10包括钻孔上部件20和可相对于该钻孔上部件轴向移动地支承的钻孔下部件40。在钻孔装置10的钻孔上部件20或壳体12处设置有夹持装置22，借助于该夹持装置22可将钻孔上部件20或壳体12旋转固定地且轴向固定地撑牢在支撑管中。夹持装置22可包括液压操纵的调整缸，借助于该调整缸可使夹持元件径向向外压靠支撑管的内面。
在钻孔上部件20的上端部处设置有绳索悬挂部24，钻孔装置10可借助于该绳索悬挂部24被引入支撑管中和从支撑管中拉出。
钻孔下部件40可借助于一个或多个推进缸30尤其地液压缸相对于钻孔上部件20向下移动，从而当钻孔上部件撑牢在支撑管中时，钻孔下部件40可靠着孔洞底层被推压。
钻孔下部件40在其下部区域中包括用于除去或分离土壤材料的切割装置56。在切割装置56上方布置有容纳容器44，在该容纳容器44中构造有搅拌腔45并且附加地可布置有输送装置50。输送装置50用于将被除去的土壤材料从切割装置56输送到搅拌腔45中。搅拌腔45用于使被除去的土壤材料与冲洗液混合，该冲洗液在钻孔过程期间优选地在切割装置56上方被引入孔洞中。
钻孔下部件40在其面对钻孔上部件20的上端部处可具有引导装置42，其支撑在支撑管处并且以这种方式保证在支撑管之内可靠地引导钻孔下部件40。
在尤其地柱形的容纳容器44中在上部区域中布置有搅拌装置。原则上该搅拌装置可实施成静态混合器，然而在更好的搅拌功率方面优选的是，搅拌装置包括可被驱动旋转的搅拌元件46。螺旋输送器52在混合腔45之下位于容纳容器44的下部区域中，借助于螺旋输送器52可将被除去的土壤材料从切割装置56输送到搅拌腔45中。
旋转地驱动切割装置56的被驱动旋转的轴32在中间延伸穿过容纳容器44。此外，轴32驱动螺旋输送器52。搅拌元件46布置在轴32的外周缘处并且同样与轴32一起旋转。
在容纳容器44的外部的固定的容器壁处以与搅拌元件46轴向错位的方式布置有固定的滚动或混合元件48。搅拌元件46和混合元件48彼此在径向方向上重叠，从而可实现在搅拌腔45之内尤其有效的混匀。搅拌元件46和混合元件48设计成桨形的并且也可分别称为搅拌桨和混合桨。
为了供应尤其地可为水的冲洗液，设置有带有供应管路62和输送装置或供应泵64的供应装置60。供应管路62在所示出的实施例中偏心地沿着钻孔装置10伸延并且实施成可伸缩式。该供应管路62在输送装置50的区域中在切割装置56之上通入容纳容器44中。供应管路62的引入开口66如此布置，即冲洗液横向于钻孔轴线被引入输送装置50的区域中。优选地在压力下进行引入，从而在输送装置50中已经实现了与被除去的土壤材料的预混合。尤其地为压力泵的供应泵64布置在钻孔上部件20的区域中。
为了从容纳容器44更确切说搅拌腔45中排出包含钻孔物和冲洗液的悬浮液，设置有带有排出或抽吸管路72和排出泵74尤其地抽吸泵的排出装置70。抽吸管路72在所示出的实施例中中央地在钻孔装置10之内在被驱动旋转的轴32之内伸延。抽出开口76设置在轴32处并且与其一起旋转。
为了驱动轴32设置有环形的旋转驱动器26，轴32被引导穿过该旋转驱动器26。该旋转驱动器26位于钻孔上部件20处。轴32实施成可伸缩式并且具有至少两个可彼此轴向调整的轴元件，其优选地借助于带动元件34相互联结以传递扭矩。供应管路62以及在轴32之内伸延的排出管路72同样实施成可伸缩式。
切割装置56包括一个或多个带有多个凿刀的切割板条(Schneidleiste)。该切割板条分别安装在螺旋输送器52的螺旋输送器螺旋部(Schneckenwendel)的下端部处。
在混合或搅拌腔45之下布置有用于破碎或粉碎较大的石块的固定的破碎或粉碎装置54。为此，在搅拌腔45之下形成狭窄部位53，被除去的土壤材料借助于输送装置50通过该狭窄部位53被输送到搅拌腔45中。狭窄部位53具有用于被除去的土壤材料的通过横截面，其小于搅拌腔45的横截面和/或在切割装置56处的除去横截面。
破碎或粉碎装置54在狭窄部位53之下包括锥形的引导面55，其将被除去的土壤材料引向狭窄部位53并且如有可能尤其地与螺旋输送器52共同作用地粉碎被除去的土壤材料。为此螺旋输送器52沿着锥形的引导面55伸延并且优选地固定在锥形的引导面55处。由此沿着螺旋形的螺旋输送器52形成向上逐渐变细的输送腔，较大的材料块当在混合腔45的方向上被输送时在输送腔中粉碎或破碎。破碎或粉碎装置54尤其地锥形的引导面55优选地由硬化的材料形成并且也可称为锥体或圆锥破碎器。
如在图中示出的那样，破碎或粉碎装置54可固定在被驱动旋转的轴32处并且由此通过轴32被驱动旋转。被驱动旋转的轴32可尤其地延伸穿过破碎或粉碎装置54。优选地，螺旋输送器52布置在锥形的破碎或粉碎装置54的外周缘处。为了辅助粉碎过程，在与破碎或粉碎装置54径向相对的外侧处布置有带有另一尤其地锥形的压靠或引导面59的引导装置58。锥形的引导面59同样如此形成，即用于土壤材料的自由横截面向上逐渐变细并且优选地同样由硬化的材料形成。
冲洗液优选地在输送装置50或螺旋输送器52的区域中与钻孔物混合。用于引入冲洗液的引入开口66或如有可能多个引入开口66优选地布置在破碎或粉碎装置54的区域中，尤其地布置在外部的区域中，该外部的区域与破碎或粉碎装置54或锥形的引导面55径向相对。
此外，用于液压设备和/或电气设备的安装装置位于钻孔上部件20处。优选地，钻孔装置10通过液压和电线路联接到支撑管之外的相应的供给单元处。
利用根据本发明的装置和根据本发明的方法可以尤其有效的方式在锚定在土壤中的支撑管中挖掘土壤。被除去的土壤材料借助于输送器螺旋部从切割装置中输送出去、与冲洗液体混合并且在搅拌容器中借助于驱动的搅拌元件搅拌，以防止固体成分的沉积并且将钻孔物保持在悬浮状态中。包含钻孔物和液体的混合物借助于抽吸泵从搅拌区域中抽吸出来。由此，与被引入孔洞中的冲洗液一起连续地除去土壤材料，由此实现了在大的孔深度上连续的土壤挖掘。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于插入支撑管中并且在土壤中在所述支撑管之内产生孔的钻孔装置，该钻孔装置带有：
- 壳体(12)，该壳体可被插入所述支撑管中并且可以防止旋转的方式固定在所述支撑管处；
- 用于除去土壤材料的切割装置(56)；
- 用于旋转地驱动所述切割装置(56)的旋转驱动器(26)；以及
- 供应装置(60)，利用该供应装置可将冲洗液供应到所述切割装置(56)的区域中，
- 其中在所述切割装置(56)上方布置有容纳容器(44)，可将被除去的土壤材料与所述冲洗液一起输送到所述容纳容器中，
- 设置有排出装置(70)，利用该排出装置可将所述被除去的土壤材料与所述冲洗液一起从所述容纳容器(44)中向上排出，
其特征在于，
- 在所述容纳容器(44)中设置有至少一个搅拌元件(46)以用于使所述被除去的土壤材料与所述冲洗液搅拌，并且
- 所述至少一个搅拌元件(46)被驱动旋转。
2.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，设置有夹持装置(22)，利用该夹持装置可将所述壳体(12)夹紧在所述支撑管中。
3.根据权利要求1或2所述的钻孔装置，其特征在于，在所述切割装置(56)和所述至少一个搅拌元件(46)之间布置有螺旋输送器(52)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钻孔装置，其特征在于，所述切割装置(56)和所述至少一个搅拌元件(46)可共同地通过所述旋转驱动器(26)驱动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钻孔装置，其特征在于，设置有钻孔上部件(20)，该钻孔上部件可撑牢在所述支撑管中，并且设置有可相对于所述钻孔上部件(20)移动的钻孔下部件(40)，该钻孔下部件包括所述切割装置(56)和所述容纳容器(44)。
6.根据权利要求5所述的钻孔装置，其特征在于，设置有调整缸(30)，借助于该调整缸可使所述钻孔下部件(40)相对于所述钻孔上部件(20)移动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的钻孔装置，其特征在于，所述供应装置(60)和/或所述排出装置(70)具有可伸缩的管路(62,72)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钻孔装置，其特征在于，在所述容纳容器(44)中对于被驱动的所述至少一个搅拌元件(46)附加地布置有至少一个固定的混合元件(48)，该混合元件与所述搅拌元件(46)共同作用。
9.一种钻孔设备，带有可被引入土壤中的支撑管和根据权利要求1至8中任一项所述的可布置在所述支撑管中的钻孔装置(10)。
10.一种用于尤其地借助于根据权利要求1至8中任一项所述的钻孔装置(10)和/或根据权利要求9的钻孔设备在土壤中产生孔的方法，在该方法中，
- 将支撑管引入所述土壤中，
- 将钻孔装置(10)插入所述支撑管中并且防止旋转地固定在所述支撑管处，
- 借助于所述钻孔装置(10)的旋转驱动的切割装置(56)除去土壤材料，
- 将冲洗液供应到所述切割装置(56)的区域中，并且
- 被除去的土壤材料被输送到在所述切割装置(56)之上的钻孔装置(10)的容纳容器(44)中，
其特征在于，
- 在所述容纳容器(44)中借助于至少一个搅拌元件(46)使所述被除去的土壤材料与冲洗液搅拌，该至少一个搅拌元件(46)被驱动旋转，并且
- 所述被除去的土壤材料与所述冲洗液一起从所述容纳容器(44)中向上被排出。
Claims (11)
1. 一种用于在土壤中在支撑管之内产生孔的钻孔装置，该钻孔装置带有：
- 壳体(12)，该壳体可被插入所述支撑管中并且可以防止旋转的方式固定在所述支撑管处；
- 用于除去土壤材料的切割装置(56)；
- 用于旋转地驱动所述切割装置(56)的旋转驱动器(26)；以及
- 供应装置(60)，利用该供应装置可将冲洗液供应到所述切割装置(56)的区域中，
其特征在于，
- 在所述切割装置(56)上方布置有容纳容器(44)，可将被除去的土壤材料与所述冲洗液一起输送到所述容纳容器中，
- 在所述容纳容器(44)中设置有至少一个搅拌元件(46)以用于使所述被除去的土壤材料与所述冲洗液搅拌，并且
- 设置有排出装置(70)，利用该排出装置可将所述被除去的土壤材料与所述冲洗液一起从所述容纳容器(44)中向上排出。
2. 根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，设置有夹持装置(22)，利用该夹持装置可将所述壳体(12)夹紧在所述支撑管中。
3. 根据权利要求1或2所述的钻孔装置，其特征在于，在所述切割装置(56)和所述至少一个搅拌元件(46)之间布置有螺旋输送器(52)。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的钻孔装置，其特征在于，布置在所述容纳容器(44)中的所述至少一个搅拌元件(46)可被驱动旋转。
5. 根据权利要求4所述的钻孔装置，其特征在于，所述切割装置(56)和所述至少一个搅拌元件(46)可共同地通过所述旋转驱动器(26)驱动。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的钻孔装置，其特征在于，设置有钻孔上部件(20)，该钻孔上部件可撑牢在所述支撑管中，并且设置有可相对于所述钻孔上部件(20)移动的钻孔下部件(40)，该钻孔下部件包括所述切割装置(56)和所述容纳容器(44)。
7. 根据权利要求6所述的钻孔装置，其特征在于，设置有调整缸(30)，借助于该调整缸可使所述钻孔下部件(40)相对于所述钻孔上部件(20)移动。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的钻孔装置，其特征在于，所述供应装置(60)和/或所述排出装置(70)具有可伸缩的管路(62,72)。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的钻孔装置，其特征在于，在所述容纳容器(44)中对于被驱动的所述至少一个搅拌元件(46)附加地布置有至少一个固定的混合元件(48)，该混合元件与所述搅拌元件(46)共同作用。
10. 一种钻孔设备，带有可被引入土壤中的支撑管和根据权利要求1至9中任一项所述的可布置在所述支撑管中的钻孔装置(10)。
11. 一种用于尤其地借助于根据权利要求1至10中任一项所述的钻孔装置(10)和/或根据权利要求11的钻孔设备在土壤中产生孔的方法，在该方法中，
- 将支撑管引入所述土壤中，
- 将钻孔装置(10)插入所述支撑管中并且防止旋转地固定在所述支撑管处，
- 借助于所述钻孔装置(10)的被驱动旋转的切割装置(56)除去土壤材料，并且
- 将冲洗液供应到所述切割装置(56)的区域中，
其特征在于，
- 被除去的土壤材料被输送到在所述切割装置(56)之上的钻孔装置(10)的容纳容器(44)中，
- 在所述容纳容器(44)中使所述被除去的土壤材料与冲洗液搅拌，并且
- 所述被除去的土壤材料与所述冲洗液一起从所述容纳容器(44)中向上被排出。
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