DE1205024B - Rotary vibrator for earth drilling - Google Patents

Rotary vibrator for earth drilling

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DE1205024B
DE1205024B DEB59073A DEB0059073A DE1205024B DE 1205024 B DE1205024 B DE 1205024B DE B59073 A DEB59073 A DE B59073A DE B0059073 A DEB0059073 A DE B0059073A DE 1205024 B DE1205024 B DE 1205024B
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Heinz J Bienert
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/02Fluid rotary type drives
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/24Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses

Description

Rotationsvibrator für Erdbohrungen Die Erfindung betrifft einen Rotationsvibrator, der gleicherweise für Erdbohrungen, zum Unterstoßen von Dämmen, als Vibrations-Spüllanze u. a. verwendet werden kann sowie für Erdbohrungen nach einem Verfahren, bei welchem der anstehende Boden teils verdrängt und teils mit Hilfe von Druckwasser gelöst und hochgefördert wird. Ein solcher Vibrator muß dem Verwendungszweck entsprechend gegen Schlag und Stoß unempfindlich, außerordentlich verschleißfest und in jeder Lage betriebsbereit sein und nach jedem Stillstand bei neuer Energiezufuhr sofort anlaufen. Er sollte außerdem mit möglichst geringem Energieverbrauch arbeiten.Rotary vibrator for earth boreholes The invention relates to a rotary vibrator, the same for earth drilling, for digging under dams, as a vibrating flushing lance i.a. can be used as well as for earth drilling by a method in which the existing soil is partly displaced and partly loosened with the help of pressurized water and is promoted. Such a vibrator must be appropriate for the intended use Insensitive to shock and impact, extremely wear-resistant and in every situation Location ready for operation and immediately after each standstill with a new energy supply start up. It should also work with the lowest possible energy consumption.

Auf Grund dieser Aufgabenstellung wurde ein von gasförmigen Druckmitteln angetriebener Rotationsvibrator gefunden, der mit kleiner Kammerfüllung arbeitet, und der aus einem vorzugsweise zylindrisehen Gehäuse mit einer äußeren Wandung und einer inneren Wandung besteht, aus einem zwischen zwei Flanschen gleitenden zylindrischen Rotor, der auf der äußeren oder inneren Gehäusewandung mit exzentrisch umlaufendem Schwerpunkt frei abrollend angeordnet ist und aus einem im sichelförinigen Arbeitsraum zwischen dem Rotor und einer Gehäusewandung in einem oder in zwei Achsschlitzen radial beweglich gehaltenen U-förinigen Schieber als Steuerorgan, der seitlich öffnungen für den Durchtritt des Druckinittels in den Arbeitsraum besitzt, die im Verlauf der Rotorbewegung wechselweise gesperrt und frei gegeben werden, so daß wechselweise Druckmittel in den Arbeitsraum einströmt, aus dem es nach der Arbeitsleistung teilentspannt durch wenigstens eine in den Flanschen oder in der Gehäusewandung vorgesehene Austrittsöffnung wechselweise abbläst.Due to this task, one of the gaseous pressure media driven rotary vibrator found, which works with a small chamber filling, and that of a preferably cylindrical housing with an outer wall and an inner wall consists of a cylindrical sliding between two flanges Rotor on the outer or inner housing wall with an eccentric rotating The center of gravity is arranged to roll freely and from a sickle-shaped work area between the rotor and a housing wall in one or two axial slots Radially moveable U-shaped slide as a control element, the side openings for the passage of the pressure medium into the working space, which in the course the rotor movement are alternately blocked and released, so that alternately Pressure medium flows into the work area, from which it partially relaxes after the work through at least one outlet opening provided in the flanges or in the housing wall alternately blows off.

Das Druckmittel kann bei Vibratoren, deren Rotor auf der inneren Gehäusewandung abrollend angeordnet ist, durch einen von der Gehäusewandung umschlossenen axialen oder koaxialen Kanal und Öffnungen der Gehäusewandung oder, wie auch bei Ausführungen mit einem auf der äußeren Gehäusewandung abrollenden Rotor, durch einen achsparallelen Kanal bzw. eine Nut der Gehäusewandung hinter den Schieber geleitet werden oder, wenn der Schieber in den Flanschen geführt ist, durch in den Flanschen vorgesehene öffnungen.In the case of vibrators, the pressure medium can have their rotor on the inner housing wall Is arranged rolling, by an enclosed by the housing wall axial or coaxial channel and openings in the housing wall or, as in the case of designs with a rotor rolling on the outer casing wall, through an axially parallel one Channel or a groove in the housing wall are routed behind the slide or, if the slide is guided in the flanges, by means of those provided in the flanges openings.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird der Vibrator nachstehend erläutert.On the basis of the exemplary embodiments shown in the drawing the vibrator explained below.

Der als Verdrängungskörper für Erdbohrverfahren ausgebildete Vibrator, den F i g. 1 teils in der Ansicht und teils im Längsschnitt und F i g. 2 und F i g. 3 in -einer Schnittebene nach der Linie I-1 der F i g. 1 in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen veranschaulicht, besteht aus einem Gehäuse mit einer äußeren Wandung 1 und einer inneren Wandung 2, welche, letztere einen Rückflußkanal 3 für das beim Bohren anfallende Wasser-Boden-Gemisch umschließt, aus einem durch vier Bügel 4 mit dem Gehäuse verbundenen Kopfstück 5, das Anschlußvorrichtungen für ein Mehrfach-Hohlgestänge und einen hohl ausgebildeten Spom 6 mit einer Düse 7 für die Beileitung von Druckwasser zur Bohrlochsohle besitzt, aus einem zwischen zwei Flanschen 8 gleitenden, als Hohlzylinder ausgebildeten Rotor 9, der auf der Gehäusewandung 2 frei abrollen kann, sowie aus einem zwischen Wandung 2 und Rotor 9 in einem Schlitz der Wandung 2 radial beweglichen U-fönnigen Schieber 10 mit seitlichen Öffnungen 11. Außerdem sind zur Beileitung und Ableitung des Druckmittels neben vier Zuleitungskanälen 12 eine Austrittsöffnung 13 im oberen Flansch 8 und vier Ableitungskanäle 14, eine Bohrung 15 und ein Formstück 16 in der Bohrung 15 vorgesehen. Aus dieser Anordnung ergibt sich folgende Arbeitsweise: Das über Kopfstück 5, die Kanäle 12 und die Bohrung 15 zugeführte Druckmittel wird über das Formstück 16 hinter den Schieber 10 geleitet und drückt diesen gegen den Rotor 9, der aus einer beliebigen Ruhestellung so weit angehoben wird, bis er die Gehäusewandung 2 berührt und den Arbeitsraum zwischen Rotor und Gehäusewandung in zwei Hälften unterteilt, in deren eine durch die Schieberöffnungen 11 das Druckmittel einströmt, während die andere über die Austrittsöffnung 13 und die Ableitungskanäle 14 mit der Außenluft in Verbindung steht. In der einen Arbeitsraumhälfte herrscht infolgedessen ein überdruck, der zusammen mit dem vom Schieber 10 ausgeübten Druck den Rotor 9 zu einer Umlaufbewegung zwingt, in deren Verlauf die Schieberöffnungen 11 und die Austrittsöffnung 13 wechselweise gesperrt und frei gegeben werden. Nach dem gleichen Prinzip arbeitet der in F i g. 4 teils in der Ansicht und teils im Längsschnitt gezeigte Vibrator, der sich von der Ausführung nach F i g. 1 bis F i g. 3 dadurch unterscheidet, daß das Kopfstück 5 ohne Bügel mit dem Gehäuse und der mit einer Abflachung vorgesehene Sporn 6 an seinem unteren Ende mit der inneren Gehäusowandung 2 verbunden ist. Der unten geschlossene Kanal 15 zwischen Wandung 2 und Sporn 6 dient zur Beileitung des Druckmittels, das über ein Formstück 16 durch öffnungen der Gehäusewandung hinter den Schieber 10 und durch dessen öffnungen 11 in den Arbeitsraum zwischen Wandung 2 und Rotor 9 strömt und nach der Arbeitsleistung durch eine im oberen Flansch vorgesehene (nicht gezeichnete) Austrittsöffnung und die Ableitungskanäle 14 abbläst.The vibrator designed as a displacement body for earth drilling methods, the F i g. 1 partly in view and partly in longitudinal section and FIG. 2 and F i g. 3 in a sectional plane along the line I-1 of FIG . 1 illustrated in two different working positions, consists of a housing with an outer wall 1 and an inner wall 2, the latter enclosing a return flow channel 3 for the water-soil mixture occurring during drilling, from a connected by four brackets 4 to the housing Head piece 5, which has connection devices for multiple hollow rods and a hollow spom 6 with a nozzle 7 for the addition of pressurized water to the bottom of the borehole, consisting of a rotor 9 sliding between two flanges 8 , designed as a hollow cylinder, which rolls freely on the housing wall 2 may, as well as 11 of a radially movable between the wall 2 and rotor 9 in a slot of the wall 2 of U-fönnigen slider 10 with lateral openings addition of the pressure medium in addition to four feed channels 12 are to Beileitung and deriving an outlet opening 13 in the upper flange 8 and four Discharge channels 14, a bore 15 and a fitting 16 in the bore 15 provided marry. This arrangement results in the following mode of operation: The pressure medium supplied via the head piece 5, the channels 12 and the bore 15 is passed via the molded piece 16 behind the slide 10 and presses it against the rotor 9, which is raised from any rest position so far, until it touches the housing wall 2 and divides the working space between the rotor and the housing wall into two halves, in one of which the pressure medium flows through the slide openings 11 , while the other is connected to the outside air via the outlet opening 13 and the discharge channels 14. As a result, there is an overpressure in one half of the working space which, together with the pressure exerted by the slide 10 , forces the rotor 9 to revolve, in the course of which the slide openings 11 and the outlet opening 13 are alternately blocked and released. The one in FIG. 1 works on the same principle. 4 partly in the view and partly in longitudinal section shown vibrator, which differs from the embodiment according to F i g. 1 to F i g. 3 differs in that the head piece 5 is connected to the housing without a bracket and the spur 6 provided with a flattening is connected at its lower end to the inner housing wall 2. The channel 15, which is closed at the bottom, between the wall 2 and the spur 6 is used to convey the pressure medium, which flows via a molded piece 16 through openings in the housing wall behind the slide 10 and through its openings 11 into the working space between the wall 2 and the rotor 9 and through after the work an outlet opening (not shown) provided in the upper flange and the discharge channels 14 blows off.

Der Vibrator nach F i g. 4 kann mit Druckwasserzufuhr als Vibrations-Spüllanze und mit oder ohne Druckwasser zum Durchstoßen leichterer Böden u. a. verwendet werden, wobei unter Umständen statt des starren Gestänges zweckmäßig ein in F i g. 5 im Längsschnitt dargestelltes Oberteil 17 mit Doppelschlauch 19 auf das Kopfstück 5 geschraubt und der Druckwasserkanal im Sporn 6 mit einem Pfropfen 20 verschlossen wird.The vibrator according to FIG. 4 can be used with pressurized water supply as a vibrating flushing lance and with or without pressurized water for piercing lighter soils, among other things . 5, the upper part 17 shown in longitudinal section with a double hose 19 is screwed onto the head piece 5 and the pressurized water channel in the spur 6 is closed with a plug 20.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Rotationsvibrator für Erdbohrungen der von einem Druckmittel angetrieben ist, bestehend aus einem vorzugsweise zylindrischen Gehäuse mit einer äußeren und einer inneren Wandung und aus einem zylindrischen Rotor, der im Gehäuse, zwischen zwei Flanschen gleitend, auf der äußeren oder inneren Gehäusewandung mit exzentrisch umlaufendem Schwerpunkt frei abrollen kann, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Druckmittels im Arbeitsraum zwischen einer Gehäusewandung (1, 2) und dem Rotor (9) in einem oder in zwei Schlitzen der Gehäusewandung ein radial beweglich gehaltener U-förmiger Schieber (10) mit seitlichen öffnungen (11) vorgesehen ist, welch letztere im Verlauf der Rotorbewegung wechselweise gesperrt und frei gegeben werden. Claims: 1. Rotary vibrator for earth boreholes which is driven by a pressure medium, consisting of a preferably cylindrical housing with an outer and an inner wall and a cylindrical rotor, which slides in the housing between two flanges, on the outer or inner housing wall with eccentric can roll freely around the center of gravity, characterized in that for controlling the pressure medium in the working space between a housing wall (1, 2) and the rotor (9) in one or in two slots of the housing wall a radially movably held U-shaped slide (10) with lateral openings (11) are provided, the latter being alternately blocked and released in the course of the rotor movement. 2. Rotationsvibrator nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberöffnungen (11) und Austrittsöffnungen (13) so angeordnet und bemessen sind, daß eine teilweise Entspannung des Druckmittels im Arbeitsraum eintritt. 3. Rotationsvibrator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel über einen von der inneren Gehäusewandung (2) umschlossenen axialen oder koaxialen Kanal (15) durch öffnungen der Gehäusewandung (2) hinter den Schieber (10) geleitet ist. 4. Rotationsvibrator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Druckmittel ein in der Gehäusewandung (1, 2) vorgesehener achsparalleler Kanal mit seitlichen Öffnungen oder eine Längsnut der Gehäusewandung vorgesehen ist. 5. Rotationsvibrator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel durch eine in einem der Flansche (8) vorgesehene öffnung hinter den in den Flanschen geführten Schieber (10) leitbar ist. 6. Rotationsvibrator nach den Ansprüchen 1 bis 5, der als Verdrängungskörper für Erdbohrungen ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Gehäusewandung (2) einen Kanal für die Zuleitung von Druckwasser zur Bohrlochsohle umschließt. 7. Rotationsvibrator nach den Ansprüchen 1 bis 5, der als Verdrängungskörper für Erdbohrungen ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Gehäusewandung (2) einen Kanal (3) für den Durchfluß eines Wasser-Boden-Gemisches umschließt. 8. Rotationsvibrator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem von der Gehäusewandung (2) umschlossenen koaxialen Kanal (3) ein Rohrstück (6) zur Zuleitung von Druckwasser zur Bohrlochsohle angeordnet ist.2. Rotary vibrator according to spoke 1, characterized in that the slide openings (11) and outlet openings (13) are arranged and dimensioned so that a partial relaxation of the pressure medium occurs in the working space. 3. Rotary vibrator according to claims 1 and 2, characterized in that the pressure medium is passed via an axial or coaxial channel (15) enclosed by the inner housing wall (2) through openings in the housing wall (2) behind the slide (10) . 4. Rotary vibrator according to claims 1 and 2, characterized in that an axially parallel channel with lateral openings or a longitudinal groove in the housing wall provided in the housing wall (1, 2) is provided for the pressure medium. 5. Rotary vibrator according to claims 1 and 2, characterized in that the pressure medium can be guided through an opening provided in one of the flanges (8) behind the slide (10) guided in the flanges. 6. Rotary vibrator according to claims 1 to 5, which is designed as a displacement body for earth bores, characterized in that the inner housing wall (2) encloses a channel for the supply of pressurized water to the bottom of the borehole. 7. Rotary vibrator according to claims 1 to 5, which is designed as a displacement body for earth bores, characterized in that the inner housing wall (2) encloses a channel (3) for the flow of a water-soil mixture. 8. Rotary vibrator according to claim 7, characterized in that a pipe section (6) for supplying pressurized water to the borehole bottom is arranged in one of the housing wall (2) enclosed coaxial channel (3).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3695721A (en) * 1969-10-24 1972-10-03 Krupp Gmbh Internally vibrated roller cutter apparatus for cutting earth and rock
FR2320396A1 (en) * 1975-07-08 1977-03-04 Inst Gornogo Dela Sibirskogo O PNEUMATIC PNEUMATIC DEVICE WITH REVERSIBLE STEP FOR PERFORATION OF THE FLOOR BY CLAMPING
EP1541801A2 (en) * 2001-03-01 2005-06-15 Schlumberger Technology B.V. Method and apparatus to vibrate a downhole component

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