DE19829992A1 - Kiespumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kiespumpe mit einem rohrförmigen, eine bodenseitige An­ saugöffnung aufweisenden Pumpenkörper und einem sich um den Pumpenkörper mit Abstand erstreckenden Bohrrohr, wobei das untere Ende des Bohrrohres über den Pumpenkörper hinausragt.

Kiespumpen der eingangs genannten Art sind seit Jahren in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Hierzu wird lediglich beispielhaft auf die DE-OS 27 09 472, DE-PS 10 62 647 und DE-PS 7 51 483 verwiesen. Deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der grundsätzlichen Funktionsweise einer Kiespumpe wird hier zum Stand der Technik gehörend als bekannt vorausgesetzt.

Kiespumpen dienen grundsätzlich zur Durchführung von Erdbohrungen in wasserfüh­ renden rolligen Böden bzw. Schichten. Dazu werden die Kiespumpen auf den jeweili­ gen Bodenbereich bzw. auf die Bohrsohle aufgesetzt. Durch vorzugsweise schnelles Heben des Kolbens über dessen Kolbenstange und sich daran anschließende Zug­ mittel werden Kies, Sand oder dgl. bei sich nach innen öffnendem Pumpenventil - bspw. Ventilklappen - in den Pumpenkörper eingesaugt. Bereits nach einmaligem Betätigen oder nach mehrmaligem Betätigen des Kolbens ist die Kiespumpe hinrei­ chend mit Kies und/oder Sand gefüllt und wird zum Entleeren aus dem Bohrloch bzw. aus dem Bohrrohr gezogen. Die im Pumpenkörper enthaltene Masse drückt dabei das Pumpenventil in die geschlossene Stellung.

Bei der bekannten Kiespumpe bildet der Pumpenkörper den Hubraum, indem der Kolben über die Kolbenstange axial bewegt wird. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens bei mit Wasser gefülltem Pumpenkörper bzw. bei einer im Wasser einge­ tauchten Kiespumpe schließt das bodenseitige Pumpenventil, während das im Kol­ ben zwischen den Arbeitsräumen wirkende Kolbenventil öffnet. Das Wasser tritt da­ bei durch mindestens eine vom Kolbenventil freigegebene Kolbenöffnung vom unte­ ren Arbeitsraum in den oberen Arbeitsraum und gelangt somit zur Oberseite des Kol­ bens.

Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens schließt das zwischen den beiden Arbeits­ räumen wirkende Kolbenventil, während das ansaugseitige Pumpenventil öffnet und Wasser-Kies-Gemisch bzw. Wasser-Sand-Gemisch in den Pumpenkörper einströ­ men kann. Das Wasser oberhalb des Kolbens, d. h. das im oberen Arbeitsraum be­ findliche Wasser, wird dabei durch eine im Pumpenkörper an dessen oberem Ende ausgebildete Deckelöffnung nach oben bzw. nach außerhalb des Pumpenkörpers verdrängt. Beim Hochziehen des Kolbens entsteht im unteren Arbeitsraum unterhalb des Kolbens ein mehr oder weniger starker Unterdruck, der sich unterhalb der Pumpe fortsetzt. Dieser Unterdruck bewirkt das eigentliche Einsaugen des Wasser- Kies/sand-Gemischs.

Nun besteht grundsätzlich die Gefahr, daß aufgrund des unterhalb des Pumpenkör­ pers entstehenden Unterdrucks die Bohrung nicht nur in die Tiefe, sondern auch in die Breite "wachsen" kann. Um nun sicherzustellen, daß die Bohrung nahezu aus­ schließlich in die Tiefe wächst, ist um den Pumpenkörper herum ein Bohrrohr ange­ ordnet, welches im Vergleich zum Pumpenkörper wesentlich länger ausgebildet ist bzw. weiter nach unten ragt. Pumpenkörper und Bohrrohr sollten dabei derart zuein­ ander angeordnet sein, daß die Unterkante des Bohrrohres im Bohrloch tiefer ange­ ordnet ist als der Pumpenkörper. Da zwischen dem Pumpenkörper und dem außen angeordneten Bohrrohr ein durch Norm-Vorschriften vorgegebener Mindest-Spalt existiert, fließt das im oberen Arbeitsraum durch die Deckelöffnung verdrängte Volu­ men über den sich zwischen dem Pumpenkörper und dem Bohrrohr befindlichen Spalt wieder nach unten, wodurch der bodenseitige Unterdruck im Bereich der An­ saugöffnung bzw. im Bereich der Bohrlochsohle begrenzt ist.

In der Praxis der gattungsgemäßen Kiespumpe treten nun unterschiedlichste Pro­ bleme auf, so bspw. die Gefahr, daß der Pumpenkörper bis unter den untersten Rand des Bohrrohres gelangt, wodurch die Bohrung ungewollt in die Breite wächst. Darüber hinaus besteht grundsätzlich die Gefahr, daß die Ansaugöffnung des Pum­ penkörpers durch größere Partikel oder Agglomerate verstopft. Auch besteht die Gefahr, daß sich der Spalt zwischen dem Pumpenkörper und dem Bohrrohr bspw. durch Sedimentschicht oder Brückenbildung verstopft, wodurch eine hinreichende Wasserströmung durch den Spalt nach unten bis zur Bohrlochsohle bzw. bis zum unteren Ende des Pumpenkörpers zumindest weitgehend unterbunden ist. Schließ­ lich besteht die Gefahr, daß der Pumpenkörper innerhalb des Bohrrohres unbeweg­ lich wird bzw. sich festsetzt.

Im Falle einer solchen "Verstopfung" des Spalts zwischen dem Pumpenkörper und dem Bohrrohr fließt von unten kleineres Volumen in den Pumpenkörper als die Ver­ drängung nach oben aufgrund der Aufwärtsbewegung des Kolbens bewirkt. Dadurch sinkt der Druck im unteren Arbeitsraum und unterhalb des Pumpenkörpers bishin zur Bohrlochsohle stark ab bzw. entsteht ein erheblicher Unterdruck, der sich bis auf den Dampfdruck des Wassers erhöhen kann. Die dabei herrschende große Druckdiffe­ renz gegenüber dem Umgebungsdruck im Bereich der Bohrlochsohle außerhalb des Bohrrohrs bewirkt eine ganz erhebliche hydraulische Grundbruchgefahr bzw. die Gefahr einer Bodenerosion in sich.

Angesichts des voranstehend genannten Problemfeldes liegt der vorliegenden Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine Kiespumpe der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß eine einwandfreie Funktionsweise unter Vermeidung einer ungewollten Bodenerosion gewährleistet ist. Vor allem soll vermie­ den werden, daß unkontrolliert größere Partikel bzw. Agglomerate die Ansaugöffnung des Pumpenkörpers verstopfen können.

Die erfindungsgemäße Kiespumpe löst die voranstehende Aufgabe durch die Merk­ male des Patentanspruches 1. Danach ist die erfindungsgemäße Kiespumpe derart ausgebildet, daß unter der Ansaugöffnung des Pumpenkörpers ein den Pumpenkör­ per zur Bohrlochsohle - zwangsweise - beabstandender Leitkörper angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß man die Strömungsverhältnisse im Be­ reich der Ansaugöffnung des Pumpenkörpers durch einen Leitkörper beeinflussen kann, wobei dieser Leitkörper gleichzeitig eine Anschlagfunktion bzw. eine Distanz zwischen Ansaugöffnung des Pumpenkörpers und Bohrlochsohle bewerkstelligt. Der Leitkörper dient zum gerichteten Einleiten der Strömung in die Ansaugöffnung des Pumpenkörpers, begrenzt die Größe der eingesaugten Partikel und bildet schließlich eine untere Begrenzung für den Pumpenkörper bzw. einen Abstand zwischen Pum­ penkörper und Bohrlochsohle, so daß insoweit ein zu tiefes Hineinragen des Pum­ penkörpers und somit eine ungewollte Bodenerosion aufgrund eines nach unten vor­ stehenden Pumpenkörpers wirksam vermieden ist.

In besonders vorteilhafter Weise leitet der Leitkörper die beim Ansaugen auftretende Strömung unterhalb des Pumpenkörpers auf vorgegebenen Strömungspfaden in die Ansaugöffnung des Pumpenkörpers. Dabei können unterschiedliche Strömungspfade definiert sein. Im konkreten sind die Strömungspfade durch im Leitkörper ausgebildete Durchgänge mit vorgegebenen Durchmessern gebildet, wobei diese Durchgänge unterschiedliche Querschnittsformen und unterschiedliche Orientierung haben können. Darüber hinaus können die Durchgänge an unterschiedlichen Stellen des Leitkörpers konzentriert oder gleichmäßig verteilt angeordnet sein.

Die Wirkungsweise der Kiespumpe läßt sich dadurch begünstigen, daß dem Leitkör­ per ein nach unten gerichtetes Werkzeug zur Bodenlockerung zugeordnet ist. Dabei könnte das Werkzeug als nach unten spitz zulaufender, vorzugsweise mittig ange­ ordneter Fortsatz des Leitkörpers ausgebildet sein. Darüber hinaus dient ein solcher mittiger Fortsatz zum Einleiten des Sand- bzw. Kies-Wasser-Gemischs, so daß dem Fortsatz gleich zwei Funktionen zukommen.

In konkreter konstruktiver Hinsicht könnte der Leitkörper im Querschnitt rund ausge­ bildet und dem Durchmesser des Pumpenkörpers angepaßt sein, so daß der Leitkör­ per den Pumpenkörper nach unten quasi abdeckt bzw. überdeckt. Alternativ könnte der im Querschnitt rund ausgebildete Leitkörper dem Innendurchmesser des Bohr­ rohres angepaßt sein, so daß der Leitkörper den Ringraum zwischen Pumpenkörper und lnnenwandung des Bohrrohrs nach unten abdeckt.

Im Falle der zuvor letztgenannten Ausführungsform könnte der Leitkörper im Rand­ bereich kreisringförmig angeordnete Randdurchgänge zur Umlenkung der aus dem Spalt zwischen Pumpenkörper und Bohrrohr nach unten gerichteten Strömung auf­ weisen, so daß diese Strömung weniger die Gefahr einer ungewollten Bodenerosion im seitlichen Bereich hervorruft, sondern vielmehr zur Mitte gerichtet wird. Dabei könnten die Randdurchgänge derart orientiert sein, daß sie die Strömung zur Mitte hin oder unmittelbar nach oben in die Ansaugöffnung des Pumpenkörpers umlenken. Im übrigen dient eine solche Ausgestaltung des Leitkörpers zur Vermeidung eines ungewollten Einströmens von Sand bzw. Kies in den Ringspalt zwischen Pumpen­ körper und Bohrrohr, so daß eine Verstopfung wirksam vermieden ist.

Der Leitkörper könnte im Rahmen einer ganz besonders einfachen Ausgestaltung als strukturierte bzw. profilierte Platte, als Anordnung mehrerer Platten oder als profilier­ tes Gebilde ausgeführt sein, wobei die Platte bzw. Platten oder das gesamte Gebilde aus Edelstahl gefertigt sein kann.

Bereits zuvor wurde erwähnt, daß der Leitkörper u. a. auch als Anschlag für den Pumpenkörper dient. Im konkreten könnte der Leitkörper fest mit dem unteren Ende des Pumpenkörpers verbunden sein, so daß der Pumpenkörper gemeinsam mit dem Leitkörper im unteren Bereich des Bohrrohrs zur Anlage kommt. Dabei könnte der Leitkörper den Pumpenkörper nach unten begrenzen und das Pumpenventil als inte­ gralen Bestandteil aufweisen.

Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Leitkörper ein vom Pumpenkörper unabhängiges Bauteil und unter dem Pumpenkörper, d. h. innerhalb des Bohrrohres, frei positionierbar. Insoweit bildet der Leitkörper einen unmittelbaren Anschlag für den Pumpenkörper, begrenzt nämlich dessen Eintauchtiefe.

Im konkreten könnte der Leitkörper in das Bohrrohr eingehängt und innerhalb des Bohrrohres in der Position bzw. Höhenlage veränderbar sein. Letztendlich ließe sich durch diese Maßnahme der Pumpenkörper - durch Veränderung der Lage des Leit­ körpers - mehr oder weniger in das Bohrrohr hineinsenken, und zwar entsprechend dem Arbeitsfortschritt bzw. der Bohrtiefe.

Über Zug- und Haltemittel könnte der Leitkörper von außerhalb des Bohrrohres in der Position bzw. Höhenlage veränderbar und nach Entfernen des Pumpenkörpers ins­ gesamt aus dem Bohrrohr herausziehbar sein. Entsprechende Halterungen können außerhalb des Bohrrohrs vorgesehen werden.

Schließlich bietet die Vorkehrung des Leitkörpers, insbesondere des in das Bohrrohr eingehängten Leitkörpers, die Möglichkeit, daß dem Leitkörper mindestens ein mit außerhalb des Bohrrohres wirkverbundener Detektor zugeordnet ist. Bei diesem De­ tektor könnte es sich bspw. um einen Drucksensor handeln, der zur ständigen Drucküberwachung im Bereich unterhalb des Bohrrohres, d. h. im unmittelbaren Be­ reich der Bohrlochsohle, dient.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeich­ nung zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Teil-Seitenansicht, geschnitten, ein Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kiespumpe mit Leitkörper,

Fig. 2 den Leitkörper gemäß der Darstellung aus Fig. 1 in einer Draufsicht,

Fig. 3 in einer schematischen Teil-Seitenansicht, geschnitten, ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kiespumpe mit Leitkör­ per,

Fig. 4 den Leitkörper gemäß der Darstellung aus Fig. 3 in einer Draufsicht und

Fig. 5 in einer schematischen Seitenansicht, in Form einer Prinzipdarstellung, einen in das Bohrrohr eingehängten Leitkörper.

Die Figuren zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kiespumpe, wobei die Kiespumpe einen rohrförmigen, eine bodenseitige Ansaugöffnung 1 auf­ weisenden Pumpenkörper 2 und ein sich um den Pumpenkörper 2 mit Abstand er­ streckendes Bohrrohr 3 aufweist und wobei das untere Ende 4 des Bohrrohres 3 über den Pumpenkörper 2 hinausragt.

Erfindungsgemäß ist unter der Ansaugöffnung 1 des Pumpenkörpers 2 ein den Pum­ penkörper 2 zur Bohrlochsohle 5 beabstandender Leitkörper 6 angeordnet.

Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Leitkörper 6 leiten die beim Ansaugen auftretende Strömung 7 auf vorgegebenen Strömungspfaden 8 in die Ansaugöffnung 1 des Pum­ penkörpers 2. Die Strömungspfade 8 sind durch im Leitkörper 6 ausgebildete Durch­ gänge 9 mit vorgegebenen Durchmesser, vorgegebenen Querschnittsformen und vorgegebenen Orientierungen gebildet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Leitkörper 6 ist ein nach unten gerichtetes Werkzeug 10 zur Bodenlockerung vorgesehen. Dabei handelt es sich konkret um einen nach unten spitz zulaufenden, mittig angeordneten Fortsatz des Leitkörpers 6.

Im Rahmen beider Ausführungsbeispiele - Fig. 1 bis Fig. 4 - sind die Leitkörper 6 im Querschnitt in etwa rund ausgebildet und sind dem Innendurchmesser des Bohrrohrs 3 im wesentlichen angepaßt. Insbesondere der den Fig. 1 und 2 entnehmbare Leit­ körper 6 weist im Randbereich kreisringförmig angeordnete Randdurchgänge 11 zur Umlenkung der aus dem Spalt 12 zwischen Pumpenkörper 2 und Bohrrohr 3 nach unten gerichteten Strömung 13 auf. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 sind die Rand­ durchgänge 11 derart orientiert, daß sie die Strömung 13 zur Mitte hin bzw. unmittel­ bar nach oben in die Ansaugöffnung 1 umlenken.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen gemeinsam, daß die Leitkörper 6 in Form strukturierter Platten ausgebildet sind, wobei diese Platten aus Edelstahl bestehen.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Leitkörper 6 umfaßt zusätzlich vier im wesentlichen senkrecht nach oben von dem plattenförmigen Grundkörper abragende Rippen 15, auf denen sich der Pumpenkörper 2 abstützt. Der Leitkörper 6 könnte auch über die Rippen 15 am Pumpenkörper 2 befestigt sein.

In den Fig. 1, 3 und 5 ist angedeutet, daß der Leitköper 6 unter dem Pumpenkörper 2 frei positionierbar ist und einen Anschlag für den Pumpenkörper 2 bildet. Im konkre­ ten ist der Leitkörper 6 in das Bohrrohr 3 eingehängt und innerhalb des Bohrrohres in seiner Position bzw. Höhenlage veränderbar, wobei eine solche Veränderung über Zug- und Haltemittel 14 von außerhalb des Bohrrohres 3 erfolgt. Nach Entnahme des Pumpenkörpers 2 gemäß der Darstellung in Fig. 5 kann der Leitkörper 6 aus dem Bohrrohr 3 nach oberhalb des Bohrrohres 3 herausgezogen werden.

Hinsichtlich weiterer in den Figuren nicht entnehmbarer Merkmale wird zur Vermei­ dung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.

Claims (20)

1. Kiespumpe mit einem rohrförmigen, eine bodenseitige Ansaugöffnung (1) aufwei­ senden Pumpenkörper (2) und einem sich um den Pumpenkörper (2) mit Abstand er­ streckenden Bohrrohr (3), wobei das untere Ende (4) des Bohrrohres (3) über den Pumpenkörper (2) hinausragt, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Ansaugöffnung (1) des Pum­ penkörpers (2) ein den Pumpenkörper (2) zur Bohrlochsohle (5) beabstandender Leitkörper (6) angeordnet ist.

2. Kiespumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (6) die beim Ansaugen auftretende Strömung (7) auf vorgegebenen Strömungspfaden (8) in die Ansaugöffnung (1) des Pumpenkörpers (2) leitet.

3. Kiespumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungspfade (8) durch im Leitkörper (6) ausgebildete Durchgänge (9) mit vorgegebenen Durch­ messem gebildet sind.

4. Kiespumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö­ mungspfade (8) durch im Leitkörper (6) ausgebildete Durchgänge (9) mit vorgegebe­ nen Querschnittsformen gebildet ist.

5. Kiespumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungspfade (8) durch im Leitkörper (6) ausgebildete Durchgänge (9) mit vorge­ gebenen Orientierungen gebildet ist.

6. Kiespumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (6) ein nach unten gerichtetes Werkzeug (10) zur Bodenlockerung auf­ weist.

7. Kiespumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnete daß das Werkzeug (10) als nach unten spitz zulaufender, vorzugsweise mittig angeordneter Fortsatz des Leitkörpers (6) ausgebildet ist.

8. Kiespumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnete daß der Leitkörper (6) im Querschnitt rund ausgebildet und dem Durchmesser des Pumpen­ körpers (2) angepaßt ist.

9. Kiespumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnete daß der Leitkörper (6) im Querschnitt rund ausgebildet und dem Innendurchmesser des Bohr­ rohres (3) angepaßt ist.

10. Kiespumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß der Leitkörper (6) im Randbereich kreisringförmig angeordnete Randdurchgänge (11) zur Umlenkung der aus dem Spalt (12) zwischen Pumpenkörper (2) und Bohrrohr (3) nach unten gerich­ teten Strömung (13) aufweist.

11. Kiespumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnete daß die Randdurch­ gänge (11) derart orientiert sind, daß sie die Strömung (13) zur Mitte hin oder unmit­ telbar nach oben in die Ansaugöffnung (1) umlenken.

12. Kiespumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnete daß der Leitkörper (6) als strukturierte bzw. profilierte Platte ausgeführt ist.

13. Kiespumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnete daß die Platte aus Stahl, vorzugsweise aus Edelstahl, gefertigt ist.

14. Kiespumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß der Leitkörper (6) fest mit dem unteren Ende des Pumpenkörpers (2) verbunden ist.

15. Kiespumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß der Leitkörper (6) den Pumpenkörper (2) nach unten begrenzt und ein integrales Pumpenventil auf­ weist.

16. Kiespumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (6) unter dem Pumpenkörper (2) frei positionierbar ist und einen An­ schlag für den Pumpenkörper (2) bildet.

17. Kiespumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (6) in das Bohrrohr (3) eingehängt und innerhalb des Bohrrohres (3) in der Position bzw. Höhenlage veränderbar ist.

18. Kiespumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (6) über Zug- und Haltemittel (14) von außerhalb des Bohrrohres (3) in der Position bzw. Höhenlage veränderbar und nach Entfernen des Pumpenkörpers (2) insgesamt aus dem Bohrrohr (3) herausziehbar ist.

19. Kiespumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leitkörper (6) mindestens ein mit außerhalb des Bohrrohres (3) wirkverbundener Detektor zugeordnet ist.

20. Kiespumpe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Detektor um einen Drucksensor handelt.