DE2100172B2 - Vorrichtung zum Lösen und Fördern von Erdreich unter Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lösen und Fördern von Erdreich unter Wasser mittels eines Druckstrahls eines Luft enthaltenden Strömungsmediums, welche mindestens ein Zuleitungsrohr für Druckluft und ein Steigrohr für die mit Strömungsmedium vermischten Abraumprodukte aufweist, das an seinem unteren Ende mit einer den Boden berührenden Erweiterung versehen ist, in der mindestens ein schräg auf den Boden gerichtetes Druckluftzuleitungsrohr mündet.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus der DE-PS 1 264. Sie erlaubt jedoch nur das Ausbaggern und Nivellieren von lockerem Erdreich und Fördern von Teilchen, die leicht in den Schwebezustand zu bringen sind, mittels eines heute allgemein als »air lift« bezeichneten Verfahrens.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und insbesondere so zu verbessern, daß damit auch aus einem festeren Erdreich Teilchen herausgelöst und in diesem Löcher gebohrt werden können.

Es wurde gefunden, daß die gewünschte Verbesserung des Wirkungsgrades durch eine besondere Ausbildung des Druckluftzuleitungsrohres an seiner Mündung in die Erweiterung des Steigrohrs erreicht werden kann, die eine wirksamere Strömung von hoher kinetischer Energie liefert.

Zur Lösung der Aufgabe wird daher eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das Druckluftzuleitungsrohr und eine Druckwasserleitung in einer Emulgierkammer einer Düse enden, in der ein mit Bohrungen versehener, hohlkegelförmiger Teil angeordnet ist, der unmittelbar mit der Druckwasserleitung verbunden ist, während die Druckluft durch Öffnungen der Emulgierkammer zugeführt wird, an die sich ein Fortsatz anschließt, der mit einer venturirohr-ähnlichen Verengung versehen ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Vorteil zusätzlich ein übliches Bohrwerkzeug aufweisen.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebildete Emulsion Druckluft/Druckwasser erhält ihre kinetische Energie zu einem erheblichen Teil durch die zugeführte Druckluft. Die Emulsion verhält sich in der Düse wie ein komprimiertes Gas, wirkt jedoch nach dem Austritt aus der Düse anders als ein Druckgasstrom, nämlich infolge der in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitsteilchen wie ein etwas »verdünnter« Flüssigkeitsstrom mit hoher kinetischer Energie und Masse und damit starker Bohrwirkung. Andererseits reißt die im Strömungsmedium enthaltene Luft bei ihrem Aufsteigen im Steigrohr die gelösten Bodenteilchen mit und leistet wesentliche Hubarbeit, wie beim »air Hftw-Verfahren.

Die Düse der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht im Vergleich mit einer üblichen Einphasendüse bei gleichem Zuleitungsdruck einen etwa vierfach höheren Auslaßdruck und entsprechend höhere Auslaßgeschwindigkeit des Strömungsmediums. Die Viskosität der erzeugten Emulsion ist stets größer als die der flüssigen Umgebung. Die Emulsion tritt im Bereich des Bohrlochs selbst aus und bewirkt infolge ihrer geringeren Dichte das sofortige Aufsteigen der Abraumprodukte. Es wird also neben dieser Bohrvorrichtung keine zusätzliche Pumpenanordnung zum Ausbringen der Abraumprodukte benötigt, was eine erhebliche Einsparung von Anlage- und Betriebskosten erbringt. Andererseits kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch im Fall von harten Böden, die die Verwendung von Bohrwerkzeugen erfordern, ergänzend zum Lösen und Fördern des Erdreichs mit den erwähnten Vorteilen benutzt werden.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung, die sich auf die Zeichnung bezieht. Hierin zeigt
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform einer solchen Vorrichtung,

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch das Ende einer Düse der Vorrichtung der Fig. 1,

Fig.3 einen Schnitt in größerem Maßstab längs der Linie ΙΙΙ-ΠΙ der Fig. 1.

Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung ist dazu bestimmt, ein Loch 1 in einem Erdreich 2 mittlerer Dichte, über dem eine umgebende Flüssigkeit 3 steht, zu bohren, wobei dieses Erdreich 2 insbesondere ein Meeresboden sein kann. Die Vorrichtung besteht in der Hauptsache aus einem zylindrischen Steigrohr 4, durch welches die im Verlauf des Bohrens des Loches 1 erzeugten Abraumprodukte zur Oberfläche der Flüssigkeit 3 gefördert werden. Dieses Steigrohr 4 weist in seinem unteren Teil eine kegelförmige Erweiterung 5 auf. An

so dieser Erweiterung 5 sind Düsen 6 befestigt, im beschriebenen Beispiel drei, die in regelmäßigen Abständen um die Achse des Steigrohrs 4 verteilt sind und dazu dienen, in unmittelbarer Nähe des Erdbodens 2 eine Gas-Flüssigkeits-Emulsion und insbesondere eine Luft-Wasser-Emulsion zu erzeugen.

Wie F i g. 2 zeigt, besteht jede Düse 6 im wesentlichen aus einer zylindrischen Emulgierkammer 7, in deren Innerem ein hohlkegelförmiger Teil 8 gleichachsig angebracht ist, der mit der Innenwand der Emulgierkammer 7 einen Ringraum begrenzt. Der hohlkegelförmige Teil 8 weist eine Anzahl Bohrungen 9 auf, durch die Druckluft aus dem Ringraum hindurchtrer.en kann. Die Druckluft wird der Emulgierkammer 7 durch eine Druckluftzuleitung 10 zugeführt, die an ihrem außerhalb der Flüssigkeit 3 liegenden anderen Ende mit einem Kompressor 11 verbunden ist (Fig. 1). Die Druckluft tritt in die Emulgierkammer 7 durch Öffnungen 12 derselben in den erwähnten Ringraum ein. Der Teil 8 ist

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unmittelbar mit einer Druckwasserleitung 13 verbunden, deren Ende mit einer Förderpumpe 14 verbunden ist. Die so unter Druck in die Emulgierkammer 7 eingeführten Medien Luft und Wasser mischen sich dort zu einer Emulsion. Am Ausgang der Emulgierkammer 7 gelangt diese Emulsion in einen Fortsatz i% der innen eine venturirohrartige Verengung 16 aufweist, wodurch die Emulsion zum Auslaß der Düse 6 iiin beschleunigt und ihr Druck in kinetische Energie umgewandelt wird, so daß die Emulsion von der Düse 6 in Form eines kräftigen Strahls abgegeben wird, der dann unmittelbar auf das Erdreich 2 trifft und dort das Loch 1 bohrt. Der Emulsionsstrahl ist zu diesem Zweck und infolge einer entsprechenden Anordnung der Düse 6 an der Erweiterung 5 des Steigrohrs 4 nach unten und in der

allgemeinen Richtung der Steigrohrachse geneigt. Vorteilhafterweise sind die diei von der Erweiterung 5 des Steigrohrs 4 getragenen Düsen 6 bezüglich dieser Achse etwas versetzt, um miteinander einen Wirbel zu erzeugen, der die Abreißfläche der festen Teilchen vom Erdreich 2 vergrößert und das Bohren erleichtert, indem die Teilchen im Inneren der Erweiterung 5 in eine kreisförmige Bewegung versetzt werden (Fig.3). Durch das Steigrohr 4 gelangen die Teilchen dann zur Oberfläche der flüssigen Umgebung 3 und werden dort ausgetragen und gegebenenfalls gewonnen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise mit Vorteil zum Baggern von Kies im Meer bei Tiefen über 30 m benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Lösen und Fördern von Erdreich unter Wasser mittels eines Druckstrahls eines Luft enthaltenden Strömungsmediums, welche mindestens ein Zuleitungsrohr für Druckluft und ein Steigrohr für die mit Strömungsmedium vermischten Abraumprodukte aufweist, das an seinem unteren Ende mit einer den Boden berührenden Erweiterung versehen ist, in der mindestens ein schräg auf den Boden gerichtetes Druckluftzuleitungsrohr mündet; dadurch gekennzeichnet, daß das Druckluftzuleitungsrohr (10) und eine Druckwasserleitung (13) in einer Emulgierkammer (7) einer Düse (6) enden, in der ein mit Bohrungen (9) versehener, hohlkegelförmiger Teil (8) angeordnet ist, der unmittelbar mit der Druckwasserleitung (13) verbunden ist, während die Druckluft durch Öffnungen (12) der Emulgierkammer (7) zugeführt wird, an die sich ein Fortsatz (15) anschließt, der mit einer venturirohr-ähnlichen Verengung (16) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein übliches Bohrwerkzeug aufweist.