DE1808455A1

DE1808455A1 - Durchdringung von Materialien mit Fluessigkeitsstrahlen

Info

Publication number: DE1808455A1
Application number: DE19681808455
Authority: DE
Inventors: Summers David Archibold
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1967-11-13
Filing date: 1968-11-12
Publication date: 1969-07-10

Description

Durchdringung von Materialien mit Flüssigkeitsstrahlen Die Erfindung betrifft das Durchdringen von oder Eindringen in Materialien.
Es ist bereits bekannt, Gestein und Kohlenflöze zu durch @ringen oder in diese einz@dringen, indem ein Wasserstrahl mit hoher Druck auf das Gestein oder die kohlenflöze gerichtet wird.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, die Geschwindigkeit un oder Tiefe der Eindringung in das Material mit Hochdruckflüssigkeit zu erhöhen.
Ein Verfahren zum Durchdringen von oder Eindringen in Materialien mit einer Flüssigkeit, bei dem eine Quelle einer unter Druck stehenden Flüssigkeit vorgesehen ist und die Druckflüssigkeit von der Quelle einer Zuführzone zugeführt wird, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die Zuführzene periodisch von der Quelle getrennt oder isoliert wird @@ daß Zueinem Strahl die Flüssigkeit/formiert wird, bevor sie in der Zuführzone ankommt.
Die Flüssigkeit kann zu einem fortlaufenden Strahl formiert werden und anschließend unterbrochen werden durch periodische Isolation oder Trennung der Zuführzone von der Quelle.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kennzeichnet sich eine Vorrichtung zur Verwendung beim Eindringen in oder Durchdringen von Materialien mit einer Flüssigkeit, welche eine Leitung aufweist, die von einer Quelle der unter Druck stehenden Flüssigkeit zu einer Zuführzone führt, dadurch daß Einrichtungen vorgesehen sind zwischen dem einen Ende der Leitung und der Zuführzone, um periodisch die Zuführzone von dem Ende der Leitung zu isolieren oder abzutrennen und daß das Ende und die Einrichtungen zusammenwirken, um einen Flüssigkeitsstrahl an der zuführzone zu erzeugen, wenn sie nicht isoliert oder getrennt ist.
Es kann ein Mase fest an dem Ende der Leitung angebracht sein und die Einrichtung zum periodischen Trennen oder Isolieren der Zufühwiene vor dem Ende der Leitung kann stromab von der Düse angeorden sein se, einer derartigen Anordnung kann die Einrichtung zum Trennen oder Isolieren der Zuführzone von dem Ende der Leitung eine durchlöcherte Platt und eine Einrichtung zum Drehen der Platte aufweisen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beispielsweise @@@@nd der Zeichnung erläutert; in dieser zeigen: Fig eine Schnischarttazsicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung @i. Erzeugung eines unterbrochen Flüssigkeit strahles und Fig 2 @@ @s@cat nach Linie II-II der Fig. 1.
Die in der @ichnung dargestellte vorrichtung weist eine @eitung 1 auf, welche von einer Welle einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in Form einer Pumpe 11 zu einer Düse 2 führt, die an dem Ende der Leitung 1 angebracht ist.
Eine mit Löchern versehene Platte 3 ist drehbar interbalb der Düse 2 angebracht. Die Platte 3 ist über ein Lager 4 an einem starren Rahmen oder Gestell 5 gelagert, und die Rotationsachse der Platte 3 liegt parallel zu und im Abstand von der Achse der Düse 2, d.h., die Rotationsachse liegt parallel zur Achse ines dliissigkeitsstrahl es, der aus der Düse 2 ausströmt.
Die Platte 3 ist mit drei Löchern 6 versehet, welche eintoilringförmige Form haben und auf einem gemeinsamen Radius angeordnet sind, so daß, wenn die Platte gedreht wird, die Löcher @ direkt vor, d.h. unterhalb in Fig. 1, der Düse 2 vorbeigehen. Die Löcher sind bei dieser Ausführungsform @ gleichmäßiger Bogenlänge und sind gleichmäßigem die Rotationsachse angeordnet.
Die Platte 3 wird zur Drehung angetrieben durch einer, Elektromotor 12 mit veränderlicher Geschwindigkeit über eine flexible Welle 7, welche an ihrem der Platte 3 näherliegendem Ende von der Leitung 1 durch einen Arm 10 getragen ist. Die Leitung ist wiederum starr an dem Rahmen 5 angebracht. Die flexible Welle 3 7 ist antriebsmäßig mit der Platte verbunden über eine Reibk@pplung S und eine starre Welle nd eine Wellenkupplung 9.
Beim Betrieb ist die vorrichtung gegenüber der Fläche eines Körpers 13 eines Materiales angeordnet, welches durchdrungen werden soll. Der Körper 13 ist in der Zuführzone der Vorrichtung angeordnet. Die Flüssigkeit, z.B. Wasser, wird unter Druck durch die @eitung 1 von der Pumpe 11 zugeführt und strömt von der Leitung durch die Düse 2, welche sie in Form rines fortlaufenden Strahl es 14 verläi3t. Die Platte 3 wiild durch den Motor 12 über die Welle 7 drehbar angetrieben und dient dazu, den Flüssigkeitsstrahl zu unterbrechen. Es ist zu ersehen, daß bei dieser Ausführungsform die durchlöcherte Platte 3 und die Düse 2 Einrichtungen bilden zwischen dem einen Ende der Leitung 1 und der Zuführzone, um die Zuführzone periodisch von dem Ende der Leitung zu isolieren oder zu trennen und das Ende der Leitung 1, und die Düse 2 wirken zusammen, um einen Flüssigkeitsstrahl an der Zuführzone zu erzeugen, wenn die Zuführzone nicht von dem Ende der Leitung 1 getrennt oder isoliert ist.
Die optimale Frequenz der Unterbrechungen, welche geeignet ist für ein bestimmtes Material, kann durch Versuche festgelegt werden und wird gesteuert durch die Anzahl von Löchern 6, welche in der Platte 3 vorgesehen sind, und die Rotationsrate oder geschwindigkeit der Platte. Die optimale Beziehung der Länge der Zeit, in der die Flüssigkeit in dem unterbrochenen Strahl strömt zu der Zeit, während der keine Flüssigkeit in d unterbrochenen Strahl strömt, wird bestimmt durch Versuche und gesteuert durch das Verhältnis der Bogenlänge der Löcher 6 zu den Bogenlängen der Zwischenräume zwischen den Löchern 6.
Die Zeitperiode, während der die Flüssigkeit in dem unterbrochenen Strahl strömt, wird gesteuert durch die Bogenlänge der Löcher 6 und die Rotationsrate oder geschwindigkeit der Platte 3. Allgemein gesagt wurde festgestellt, daß es eine optimale Länge des Flüssigkeitsstrahles gibt für einen be stimmten Düsendurchmesser und für eine bestimmte Art von Gestein.
Es wurde festgestellt, daß die optimale Frequenz der Unterbrechung des Strahl es in Beziehung steht zu dem Druck des Strahl es und dem zu durchdringenden Material. Für Sandsteine wurde ein Strahldruck von etwa 633 kg/cm2 (9000 psi) festgestellt bei einer Unterbrechungsfrequenz des Strahl es von 150 unterbrechungen pro Sekunde und bei einer Flüssigkeitsfließzeit zwischen den unterbrechungen von etwa 6 Millisekunden.
In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse eines Vergleichsversuchs angegeben, bei dem ein unterbrochener Strahl und ein nicht unterbrochener Strahl, beide mit etwa 668 kg/cm2 (9500 psi) verwendet wurden zur Erzeugung von Bohrungen in verschiedenen Arten von Sandsteinen. In beiden Fallen waren die Strehldüsen etwa 45 mm von der Gesteinsfläche entfernt angeordnet und die Versuchsdauer betrug 5 Sekunden.
Gesteinsprobe 1 2 3 4 5 -nicht unterbrochen 9,5 12,0 18,0 20,5 22,0 $3,0 unterbrochen 20,0 27,553,0 42,0 44,0 77,5 Die Werte sind Eindringentfer@ in Millimeter@ In der nachfolgenden Tabelle sind Ergebnisse eines Vergleich@-versuchs angegeben, bei dem ein interbrochener Strahl und ein nicht unterbrochener Strahl, beide mit etwa 422 kg/cm² (6000 psi), verwendet wurden zur Bildung von Bohrungen in verschiedenen Arten von Sandgestein. In beiden Fällen waren die Strahldüsen etwa 25 Millimeter von der Gesteinsfläche entfernt angeordnet. Bei diesem Versuch wurde der nicht unterbrochene Strahl auf das @estein 30 Sekunden lang gerichtet und der unterbrochene Strahl wurde auf das Gestein für eine Zeitlänge gerichtet, so daß die Summe der einzelnen Perioden, während der die Flüssigkeit in dem unterbrochenen Strahl floß, 30 Sekunden betrug.
Gesteinsprobe 7 8 9 10 11 12 nicht unterbrochen 2,0 4,5 6,0 8,0 9,0 20,0 unterbrochen 8,0 25,0 24,0 28,0 36,0 54,0 Die angegebenen Werte sind Eindringentfernungen in Millimeter.
Be den vorher beschriebenen Versuchen betrug der Strahldurchmesser etwa 0,84 mm, und es hat sich herausgestellt, daß die Durchmesser der gebildeten Bohrungen etwa 2 bis 3 mm betrug.
Es wurde festgestellt, daß wenn die Druckflüssigkeit Wasser ist, verbesserte rgebnisse erzielt wurden durch Hinzufügung von 0 @ . Polyäthylensäure zu dem Wasser.
Obgleich bei der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform die durchlöcherte Platte von einem Motor drehbar angetrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß die durchlöcherte Platte oder andere Einrichtungen zum Unterbrechen des fortlaufenden Flüssigkeitsflusses vorgesehen und betrieben werden könnten, d.h., in Zelle eines drehbaren Teiles könnte es durch der Flüssigkeits trom selbst gedreht werden. Beispielsweise könnte ein propellerartiges Rad in der Bahn des Strahles angeordnet sein.
Obgleich bei der hier beschriebenen Ausführungsform die teilringförmigen Löcher 6 gerade radiale Enden haben, könnten selbstverständlich die Löcher bogenförmige Enden haben.
Es ist weiterhin selbstverständlich, da, obgleich bei der hier beschriebenen Ausführungsform, ursprünglich ein fortlaufender Strahl vorgesehen ist und dieser fortlaufende Strahl unterbrochen wird, ein unterbrochener Strahl durch andere Einrichtungen erzeugt werden könnte, wobei nicht eine anfängliche Erzeugung eines fortlaufenden Strahles vorgesehen ist.
Obgleich die hier beschriebene bestimmte Ausführungsform derart ist, daß sie eine Bohrung bildet, ist es selbstverständlich, daß andere Arten von Durchdringungen oder Eindringungen ebenfalls in Übereinstimmung mit der Erfindung durch efüiirt werden könnten. Beispielsweise könnte durch Querbewegung der Vorrichtung über das Material ein Materialkörper getrennt oder durchgeschnitten werden oder es könnte ein Schlitz in dem Material erzeugt werden. Durch Bewegung dttr Vorrichtung in einer geschlossenen kreisförmigen Bahn könnte ein ringförmiger Schlitz erzeugt werden, und falls die kreisförmige Bahn einen geeigneten Durchmesser hat, könnte der Kern innerhalb des Ringraumes zerstört werden, so dal3 eine bohrung mit großem Durchmesser gebildet wird.
-Patentansprüche-

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Durchdringen von oder Eindringen in Materialien mit einer Flüssigkeit, bei dem eine Quelle einer unter Druck stehenden Flüssigkeit vorgesehen ist und die unter Druck stehende Flüssigkeit von der Quelle einer Zuführzone zugeleitet wird, durch g e k e n n z e i zu c hn e t , daß die Zuführzone periodisch von der Quelle isoliert oder getrennt wird und daß die Flüssigkeit zu einem Strahl geformt wird bevor sie in der Zuführzone ankommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn P t daß die Flüssigkeit zu einem fortlauf enden Strahl formiert wird und anschließend unterbrochen wird durch die periodische Isolierung oder Unterbrechung der Zuführzone von der Quelle.
3. Vorrichtung zur Verwendung beim Durchdringen von oder Lindringen in Materialien mit einer Flüssigkeit, welche eine wlielle einer unter Druck stehenden Flüssigkeit und eine Leitung aufweist, die von der Quelle zu einer Zuführzone führt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,, dar3 EinF richtungen (2, 3) zwischen dem Ende der Leitung (1) und der Zuführzone vorgesehen sind, um periodisch die Zuführzone von dem Ende der Leitung (1) zu isolieren oder zu trennen, und daß das Ende der Einrichtungen zusammenwirken, um der' Flüssigkeitsstrahl an der Zuführzone zu erzeugen, wenn die Zuführzone nicht von dem Ende der Leitung isoliert oder getrennt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i chn et , daß eine Düse (2) fest an dem Ende der Leitung (1) angebracht ist und daß die Einrichtungen (2,3) zum periodischen Trennen der Zuführzone von dem Ende der Leitung (1) stromab von der Düse (2) im Abstand angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4" dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Einrichtungen (2, 3) zum periodischon trennen der Zuführzone von dern Endo der Leitung (1) eine mit Löchern versehene Platte (3) und eine Einrichtung (7) zum Drehen der Platte (3) aufweisen.

L e e r s e i t e