CN108425629B - 地面处理工具和用于在地面中形成钻孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地面处理工具和用于在地面中形成钻孔的方法，其中地面材料由地面处理工具去除并在所形成的钻孔中与流体掺混以形成悬浮液，所述悬浮液经由至少一个混合叶片中的至少一个开口并经由中央轴中的传导通道被吸除。

Description

地面处理工具和用于在地面中形成钻孔的方法

技术领域

本发明涉及一种地面处理工具，具体地一种钻孔工具，其具有中央轴并具有至少一个混合叶片，该中央轴内构建有传导通道，该至少一个混合叶片附接到中央轴并几乎径向向外地延伸。

本发明还涉及一种用于使用地面处理工具在地面上形成钻孔的方法，其中地面材料由地面处理工具去除，并在所形成的钻孔中与流体掺混以形成悬浮液，该悬浮液经由至少一个混合叶片中的至少一个开口以及经由地面处理工具中的传导通道被吸除。

背景技术

这种通用类型的现有技术根据例如EP 2 703 596 A1。在这种常见的钻孔工具中，通过挖掘地面材料的切削器件形成钻孔。处理后的地面材料从切削器件传送到上部混合区域，在该处，处理后的地面材料借助于混合叶片被粉碎并与添加的冲洗液体掺混。掺混的悬浮液经由孔轴中间的开口被吸除以向上传送并传送出钻孔。

发明内容

本发明的目的是基于一种地面处理工具和一种用于形成钻孔的方法的说明；它们的使用将使得被去除的地面材料能够特别良好地被粉碎和混合。

所述目的将借助于地面处理工具以及借助于具有方法权利要求的特征的方法来实现。在相应的从属权利要求中具体说明本发明的优选实施例。

根据本发明的地面处理工具的特征在于，至少一个混合叶片被构造成具有内部腔室，所述腔室与中央轴中的传导通道连通，并且所述混合叶片的外侧被构造成具有通向所述腔室的至少一个开口。

通过以下事实使本发明背后的基本构思显而易见：在混合区域中，处理后的地面材料借助于旋转的混合叶片被进一步粉碎、与添加的流体掺混、并经由至少一个混合叶片中的至少一个开口被吸除。因此，抽吸不直接在中央轴处发生，而是在混合区域中单独地发生。这导致被去除的地面材料的粉碎和混合的整体改进。此外，通过关于所产生的悬浮液跨越大范围的混合区域实现相对均匀的稠度，混合区域得到更好的利用。

本发明的一个优选实施例由提供安装在中央轴上并环状地包围混合区域的环状周向壁构成，其中在所述混合区域中布置至少一个混合叶片。在这种背景下，环状周向壁几乎与钻孔的直径一致，在这种情况下，钻孔的直径通常略微更小。限定的混合区域借助于环状周向壁被围绕，因此有助于混合过程的结果的改进。

根据本发明的改良，周向壁特别优选地特征在于上层板区域，由此形成罩状混合钟状件。混合区域由此沿向上方向被界定，使得基本上仅被去除的地面材料和流体（具体地冲洗液体）被添加到混合区域中。冲洗流体能够是钻孔中的支撑流体，或者其能够是经由馈送管线被直接引入混合区域的特殊流体。原则上，环状周向壁和层板区域两者均能够刚性地附接到中央轴。根据本发明的改良，环状周向壁被安装以便能够相对于中央轴旋转是有利的。由此，在混合区域内生成额外的剪切力，因此导致混合和粉碎改进。

本发明的另一优选实施例由布置在中央轴上的多个混合叶片构成。在这种背景下，能够设置具有腔室和开口两者的多个混合叶片。在这种背景下，除了所述中空混合叶片之外，还设置没有腔室的常规混合叶片也是有利的。优选地，常规混合叶片和配备有抽取开口的混合叶片以分布式方式（distributed manner）布置在中央轴周围。混合叶片的特征能够在于用封闭板或切削板加强的前切削刃。

根据本发明的改良，借助于设置在环状周向壁的内侧上的至少一个混合元件，被混合的悬浮液中的剪切力被进一步增加。优选地，设置多个混合元件，并且它们优选地构造成沿径向方向突出的片材。

根据本发明的改良，优选的是当在中央轴的上部区域中设置用于与抽吸设备的结合连接的连接器件时的情况。具体地，能够附接一个或多个钻杆，其优选地延伸至钻孔外侧的区域中。借助于具有旋转连接的软管器件，被去除的悬浮液能够更远离该区域地被排出。因此，可能以尤其环境安全的方式排出去除的地面材料，具体地给定的粘性土。

原则上，地面处理工具能够纯粹地被用作混合或粉碎部件。本发明的优选实施例由设置在下侧以便去除地面材料的去除器件构成。去除设备的特征在于用于去除地面材料的去除齿。原则上，齿可拆卸地安装在对应的齿紧固件中。

根据本发明的另一实施例，特别有利的是，用以传送被去除的地面材料的传送器件被布置在去除器件与至少一个混合元件之间。

在这种情况下，传送器件的特征能够在于单个或多个螺旋传送机。仍然相对粗糙的地面材料由去除器件被去除，并且借助于传送器件向上传送到混合和粉碎区域中。地面材料借助于旋转的混合元件以期望的方式被粉碎，所述混合元件优选地配备有前切削刃。在这种情况下，冲洗流体或支撑流体被直接或间接地引入混合空间中，由此借助于混合叶片将流体与粉碎的地面材料掺混以形成悬浮液。这种悬浮液能够优选地经由至少一个混合叶片中的开口被连续吸除。然而，原则上，也可能经由至少一个混合叶片中的一个或多个开口将流体直接馈送到混合区域中。

本发明还涉及一种用于土地和岩石钻孔的钻孔装置，其特征在于，以先前描述的方式设置地面处理工具。钻孔装置能够设有用于在陆地上或船只（例如浮舟或钻井船）上钻孔的底架。

根据本发明的改良，设置抽吸器件，通过使用该抽吸器件，能够经由混合叶片中的至少一个开口通过中央轴中的传导通道将被去除的地面材料吸除。在这种情况下，抽吸器件能够是布置在钻孔外侧的钻孔装置上的泵。

本发明还涉及一种用于使用先前描述的地面处理工具在地面中形成钻孔的方法，其中地面材料由地面处理工具去除并在所形成的钻孔中与流体掺混以形成悬浮液，该悬浮液经由至少一个混合叶片中的至少一个开口并经由中央轴中的传导通道被吸除。使用这种方法能够实现先前描述的优点。

本发明的创造性方法的优选变型由悬浮液从钻孔中排出构成。以这种方式，钻杆或基础管道内的坚硬的岩石材料或漂砾（erratics）能够被处理、粉碎并在悬浮液中从钻孔排出。这在离岸应用中是特别有利的，例如在为风力涡轮机或潮汐涡轮机（currentturbine）引入基础管道时。

附图说明

下面将借由在附图中示意性地描绘的优选实施例来描述本发明。附图中示出的是：

图1是通过根据本发明的地面处理工具的示意性横截面视图；

图2是根据图1的地面处理工具的俯视图；

图3是图1和图2中所示的地面处理工具的透视图；

图4是根据本发明的另一地面处理工具的俯视图；

图5是图4中所示的地面处理工具的透视图；

图6是根据本发明的第三地面处理工具的俯视图；和

图7是图6中所示的地面处理工具的透视图。

具体实施方式

如图1中所示的根据本发明的地面处理工具10的特征在于管形中央轴12，在中央轴12的下端处布置定心钉（spike）76。去除器件70在定心钉76处开始，并沿中央轴12以螺旋形状向上延伸。在这种情况下，具有切削刃的扁平齿72布置在螺旋钻的外边缘上，其过渡至用于被去除的地面材料的向上输送的传送器件80。被去除的地面材料80借助于传送器件被传送到中央轴12的中央区域中的混合区域内。沿径向方向突伸的在中央轴12上的扁平混合叶片20和单个箱形混合叶片30布置在该混合区域中。

如具体地从图2和图3中显而易见的，箱形混合叶片30的特征在于几乎矩形的中空抽吸箱32。布置在其顶部的是五个圆形开口34，其用于将悬浮液从混合区域吸除。箭头状的前部区域36（耐磨板38附接在该前部区域36上）布置在箱形混合叶片30的面向前（沿旋转方向）侧上。

箱形混合叶片30的抽吸箱32的内部腔室经由通过中央轴12的通路（未示出）与形成在管形中央轴12中的中央传导道14连通。

布置在中央轴12的上侧上的是连接器件60，其能够被用于借由结合连接将中央轴12与额外的钻杆连接。用于经由钻杆传递扭矩的指向轴向方向的花键轮廓（splineprofile）62配置在中央轴12的顶部外部上。该轮廓与所附接的钻杆的内侧上的对应花键轮廓以形状锁定（positive lock）方式接合。以这种方式，来自钻孔设备（未描绘）中的旋转驱动器的扭矩能够被传递到地面处理工具10。

在地面处理工具10的中央混合区域中，由去除设备70去除的地面材料与添加的流体掺混以形成悬浮液。在这种情况下，径向地突伸的混合叶片20、30不用于混合的目的，而是用于进一步粉碎去除的地面材料，所述地面材料因此能够借助于由泵（未描绘）形成的真空连同流体一起经由开口34被可靠地吸除。为了改进混合和粉碎效果，由硬质金属制成的切削板22被焊接到扁平的剑形混合叶片20，所述剑形混合叶片20的前侧是薄弱的。此外，每个剑形混合叶片20上均布置凹部24和支撑板26，其结果是增强了所形成的湍流并由此增强混合效果。

为了进一步改进混合效果，中央轴12上的中央混合区域由仅在图1中描绘的钟状混合罩40覆盖。混合罩40的特征在于圆筒鼓形周向壁42，其在底部开放并且在顶部上在上部板形层板区域44中终止。层板区域44的顶端包围指向轴向方向的套筒支承件46，该套筒支承件借助于加劲板48刚性地连接到层板区域44。经由套筒支承件46，混合罩40可旋转地安装在中央轴12上并经由滑动套筒49相对于中央轴12可旋转地安装。布置在圆筒周向壁42的内侧上的是支柱形混合元件50，其引起混合区域内的剪切力增大。

混合表面的边缘能够配备有尖锐的耐磨元件。

图4和图5中描绘了根据本发明的另一地面处理工具10，其同样构造成钻孔工具。为了清楚起见，以先前实施例的方式构造的钟状混合罩40被省略。根据本发明的地面处理工具10的该第二实施例很大程度上以根据图1至图3的先前描述的地面处理工具10的方式构造，但是在这种情况下，代替扁平的齿72，具有尖锐的侵蚀切削器的钻头74被设置为去除器件70。钻头74沿螺旋传送器件80的自由边缘布置在对应的钻头紧固件中，钻头74的直径从定心钉76开始逐渐增大到上方的最大外径。在根据图4和图5的该实施例中，定心钉76同样地构造成具有钻头74。具有矩形抽吸箱32的箱形混合元件30的特别生动的表示在根据图5的图示中做出。布置在其顶部上的是用于吸除由流体和粉碎的地面材料形成的悬浮液的开口34。

图6和图7中示出根据本发明的特别紧凑的地面处理工具10，在该背景下，为了清楚起见，同样地省略钟状混合罩40。根据图6和图7的地面处理工具10与先前的地面处理工具的不同之处在于，用于去除地面材料的去除器件70基本上构造成沿径向方向延伸的切削刃。在这种情况下，切削刃被构造成沿周向方向突出的大量扁平齿72。邻接表面被设计为形成传送器件80的短螺旋区段。为了定心，设置与根据图1至图3的第一实施例一致的定心钉76。

根据本发明的地面处理工具10的所有变型均能够被用在具有底架、上部结构和具有顶部驱动器的桅杆的传统钻孔工具中，并且具体地用在飞钻（Flydrill）系统以及岸上和离岸钻孔系统中。地面处理工具附接在钻柱的底部处，所述钻柱沿旋转方向由驱动器驱动并能够沿轴向方向上下运动。地面材料经由馈送开口（在此未绘出）被去除，并借助于旋转的混合叶片20、30在混合罩40下方的混合区域中与流体掺混。借助于混合叶片20、30，去除的地面材料被更进一步粉碎，使得所产生的悬浮液经由箱形混合叶片30中的开口34并经由传导通道14被吸除，以向上传导并传导出钻孔。混合罩40的外径基本上与借助于去除器件70形成的钻孔的钻取直径一致。

混合罩40的圆形层板区域44将混合区域从其上方的钻孔区域分开。在该区域中，钻孔能够回填有支撑流体或支撑悬浮液。借助于混合罩，确保在混合罩40下方的混合区域中避免支撑流体或支撑悬浮液与去除的地面材料之间的任何不期望的混合。

在钻孔已经沉陷并且因此被去除的地面材料已经被传送之后，能够从钻孔中去除钻孔工具。在这种情况下，能够在用可硬化悬浮液回填钻孔时回收支撑流体。该悬浮液能够硬化成地面中的钻孔桩。

Claims (14)

1.一种地面处理工具，其具有中央轴，并且具有至少两个混合叶片，所述中央轴内构建有传导通道，所述至少两个混合叶片附接到所述中央轴并径向向外延伸，

其中，

所述至少两个混合叶片中的至少一个第一混合叶片是扁平的且设置成相对于所述中央轴的延伸方向呈角度，切削板安装在所述第一混合叶片上以粉碎地面材料；

所述至少两个混合叶片中的至少一个第二混合叶片被构造成具有内部腔室，

所述腔室与所述中央轴中的所述传导通道连通，和

所述第二混合叶片的外侧被构造成具有通向所述腔室的至少一个开口，所述开口布置在所述第二混合叶片的顶部，以将由流体和粉碎的地面材料形成的悬浮液吸除。

2.根据权利要求1所述的地面处理工具，

其中，

环状周向壁安装在所述中央轴上并环状地包围混合区域，所述至少两个混合叶片布置在所述混合区域中。

3.根据权利要求2所述的地面处理工具，

其中，

所述周向壁的特征在于上层板区域，由此形成罩状混合钟状件。

4.根据权利要求2所述的地面处理工具，

其中，

所述环状周向壁被安装以便能够相对于所述中央轴旋转。

5.根据权利要求1所述的地面处理工具，

其中，

至少三个混合叶片布置在所述中央轴上。

6.根据权利要求2所述的地面处理工具，

其特征在于，

至少一个混合元件附接到所述环状周向壁的内侧。

7.根据权利要求1所述的地面处理工具，

其中，

与抽吸设备结合连接的连接设备设置在所述中央轴的上部区域中。

8.根据权利要求2所述的地面处理工具，

其中，

支柱形混合元件布置在所述环状周向壁处。

9.根据权利要求1所述的地面处理工具，

其中，

去除设备布置在下侧以便去除地面材料。

10.根据权利要求9所述的地面处理工具，

其中，

用以传送被去除的地面材料的传送器件布置在所述去除器件与所述至少两个混合叶片之间。

11.一种用于土地和岩石钻孔的钻孔装置，

其中，

设置根据权利要求1所述的地面处理工具。

12.根据权利要求11所述的钻孔装置，

其中，

设置抽吸器件，利用所述抽吸器件能够经由所述第二混合叶片中的所述至少一个开口通过所述中央轴中的传导通道吸除被去除的地面材料。

13.一种使用根据权利要求1所述的地面处理工具在地面中形成钻孔的方法，

其中，地面材料由所述地面处理工具去除并在所形成的钻孔中与流体掺混以形成悬浮液，所述悬浮液经由所述至少一个第二混合叶片中的至少一个开口并经由所述中央轴中的传导通道被吸除。

14.根据权利要求13所述的方法，

其中，

所述悬浮液从所述钻孔排出。

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