DE3029963A1

DE3029963A1 - High pressure liq. nozzle for rock cutting - has pressure source connectable housing with jet forming member, rotatable for liq. jet cutting dia. adjustment

Info

Publication number: DE3029963A1
Application number: DE19803029963
Authority: DE
Inventors: John B. Bellevue Wash Cheung; Scott D. Kent Wash Veenhuizen
Original assignee: Flow Industries Inc
Current assignee: Flow Industries Inc
Priority date: 1980-08-07
Filing date: 1980-08-07
Publication date: 1982-03-04
Also published as: DE3029963C2

Abstract

The nozzle is intended for drilling holes in rock, e.g. for mine gallery roof bolts. It consists of a cylindrical housing with an oblique end face, in which the nozzle is mounted. The high-pressure liquid is projected at an angle which cuts a hole of a diameter greater than that of the nozzle housing. A power cylinder raises the nozzle housing through a linkage, and a hydraulic motor revolves it through gearing. The nozzle is screwed into the inclined face end of the nozzle housing (30) to produce a jet (32) which cuts a required hole. High-pressure liquid at 1400-4000 bar is introduced through a hose (23) and leaves at a high velocity of 365 m/s. The nozzle with its housing and stem (26) is revolved by a hydraulic motor through a gearing (56,58). As drilling proceeds, the nozzle is kept close to the hole bottom by a parallelogram linkage (38,40,48). A link (60) guides the nozzle stem outside a borehole.

Description

Beschreibung:Description:

Diese Erfindung betrifft Strömungsmittelstrahl-Bohrdüsen und ein Verfahren zum Strömungsmittelstrahl-Bohren.This invention relates to fluid jet drilling nozzles and a method for fluid jet drilling.

Obwohl Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelstrahlen eine beträchtliche Anzahl von Anwendungsfällen beim Schneiden und Ritzen bzw. Abtragen verschiedenartiger Materialien gefunden haben, fand die Verwendung von Strömungsmittelstrahlen zum Bohren im Fels oder anderen Stoffen eine verhältnismäßig geringe Aufmerksamkeit. Eines der Probleme, welche dem Strömungsrnttelstrahl-Bohren innewohnen, ist dieses, daß die Strömungsmittelstrahlen viel von ihrer Schneidfähigkeit verlieren, wenn die den Strahl bildende Düse um einen zu großen Abstand von der geschnittenen Oberfläche entfernt ist. Es ist deshalb für eine Strömungsmittelstrahl-Bohrtechnik erforderlich, in der Lage zu sein, ein Loch zu bohren, das einen hinlänglich großen Durchmesser aufweist, daß die Bohrdüse eintreten kann, so daß die Düse in das Loch hinein vorangefahren werden kann, wenn es geschnitten wird.Although high velocity fluid jets are a considerable Number of applications in cutting and scoring or ablation of various types Materials found found the use of fluid jets for Drilling in rock or other materials does not pay much attention. One of the problems inherent in fluid flow drilling is that that the fluid jets lose much of their cutting ability when the nozzle forming the jet too far from the cut surface away. It is therefore necessary for a fluid jet drilling technique to to be able to drill a hole that is of a large enough diameter comprises allowing the drilling nozzle to enter so that the nozzle is advanced into the hole can be when it is cut.

Strömungsmitteldüsen sind allerdings im Durchmesser recht klein, in typischer Weise 0,254 mm, und deshalb kann der Strahl an irgendeinem gegebenen Augenblick eine Schneidwirkung nur gegen eine sehr geringe Felsoberfläche ausüben. Eine praktische Technik ist deshalb erforderlich, durch welche eine. Strömungsmitteldüse mit kleinem Durchmesser ein Loch schneiden kann, welches einen Durchmesser aufweist, der viel größer ist als die Düse.Fluid nozzles, however, are quite small in diameter typically 0.254mm, and therefore the beam may at any given instant exert a cutting effect only against a very small rock surface. A practical one Technology is therefore required through which a. Fluid nozzle with small Diameter can cut a hole that has a diameter that is much larger than the nozzle.

Diese Erfindung liefert eine Strömungsmittelstrahl-Bohrdüse Sowie eine zugehörige Bohrmethode, wodurch eine einzige Strömungsmittelstrahldüse ein Loch mit einem Durchmesser bohren kann, der ausreicht, um den Eintritt der Bohrdüse zu gestatten.This invention provides a fluid jet drill nozzle as well an associated drilling method, creating a single fluid jet nozzle Can drill hole with a diameter that is sufficient to allow the entry of the drilling nozzle to allow.

Die Düse ist dazu eingerichtet, mit einer Hochdruck-Strömungsmittelquelle verbunden zu werden und um eine Drehachse gedreht zu werden, und sie umfaßt ein Gehäuse, das derart gebildet ist, daß es teilweise einen Hohlraum einschließt, wobei dieser in Strömungsmittelverbindung mit der Hochdruckströmungsmittelquelle steht, wenn die Düse an eine derartige Quelle angeschlossen ist. Die Düse umfaßt ferner eine Einrichtung, um es dem Hochdruck-Strömungsmittel zu gestatten, in den Hohlraum derart einzutreten, daß sie die Düse in Form eines Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelstrahles verläßt, welcher die Drehachse der Düse schneidet. Die Einrichtung, um es dem Hochdruck-Strömungsmittelstrahl zu gestatten, die Düse zu verlassen, kann ein einen Kanal bildendes Element umfassen, welches aus dem Gehäuse entfernbar ist.The nozzle is configured with a source of high pressure fluid to be connected and rotated about an axis of rotation, and it comprises a Housing formed so that it partially encloses a cavity, wherein it is in fluid communication with the source of high pressure fluid, when the nozzle is connected to such a source. The nozzle further comprises means for allowing the high pressure fluid into the cavity enter such that it exits the nozzle in the form of a high velocity fluid jet which intersects the axis of rotation of the nozzle. The facility to make it the high pressure fluid jet allowing exit from the nozzle may comprise a channel forming element, which is removable from the housing.

Eine derartige Düse kann an jeder Bohreinrichtung angebracht werden, die in der Lage ist, dem Hohlraum ein Hochdruck-Strömungsmittel zuzuführen, sowie die Düse um ihre Drehachse zu drehen oder in Wechselbewegungen zu bewegen. Die Einrichtung kann auch in der Lage sein, die Düse voranzufahren, wenn ein Loch gebohrt wird. Obwohl erfindungsgemäße Düsen zusätzliche, strahlbildende Elemente aufweisen können,-um eine Optimierung für bestimmte Bohranwendungen herzustellen, ist eine einen einzigen Strahl bildende Düse, wie sie hier beschrieben ist, in vollem Umfang in der Lage,wirksam ein Loch zu bohren, das zum Eintritt einer solchen Düse groß genug ist.Such a nozzle can be attached to any drilling device, capable of delivering high pressure fluid to the cavity, as well as to rotate the nozzle around its axis of rotation or to move it in alternating movements. The establishment may also be able to advance the nozzle when drilling a hole. Although nozzles according to the invention can have additional, jet-forming elements, -um Making an optimization for specific drilling applications is one and only Jet-forming nozzle, as described here, is fully capable of being effective to drill a hole large enough for such a nozzle to enter.

Gemäß einem besonderen Aspekt betrifft die Erfindung eine Strömungsmittelstrahl-Bohrdüse und eine dieser zugeordnete Bohrmethode. Die Düse ist dazu eingerichtet, mit einer Hochdruck-Strömungsmittelquelle verbunden zu werden und um eine Drehachse gedreht zu werden,und sie umfaßt ein Gehäuse, das derart ausgebildet ist, daß es insbesondere einen Hohlraum umschließt, welcher in Strömungsmittelverbindung mit der Hochdruck-Strömungsmittelquelle steht, wenn die Düse an eine derartige Quelle angeschlossen ist. Die Düse umfaßt ferner eine Einrichtung, um es dem Hochdruck-Strömungsmittel im Hohlraum zu gestatten, die Düse in Form eines'Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelstrahles zu verlassen, welcher die Drehachse der Düse schneidet. Eine derartige Düse kann in irgendeiner Bohreinrichtung angebracht sein, welche in der Lage ist, das Hochdruck-Strömungsmittel dem Hohlraum zuzuführen und die Düse um ihre Drehachse zu drehen oder in einer Wechselbewegung zu bewegen.In a particular aspect, the invention relates to a fluid jet drilling nozzle and one of these associated drilling methods. The nozzle is set up with a High pressure fluid source to be connected and rotated about an axis of rotation to are, and it comprises a housing which is designed such that it in particular enclosing a cavity which is in fluid communication with the high pressure fluid source stands when the nozzle is connected to such a source. The nozzle includes further means to allow the high pressure fluid in the cavity, exit the nozzle in the form of a high-speed fluid jet, which intersects the axis of rotation of the nozzle. Such a nozzle can be in any Be attached drilling device, which is able to the high pressure fluid to feed the cavity and to rotate the nozzle about its axis of rotation or in an alternating movement to move.

Die obengenannten und andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung sowie den Ansprüchen ersichtlich, welche im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wurde. In der Zeichnung ist Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Strömungsmittel-Bohreinrichtung, welche eine erfindungsgemäße Düse umfaßt, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Bohrabschnitts der Einrichtung der Fig. 1, Fig. 3 die Ansicht eines Querschnitts einer erfindungsgemäßen Düse, Fig. 4 eine Schnitt-Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Düse sowie eines hiervon gebohrten Loches, und Fig. 5 die Ansicht eines Querschnitts des den Strahl bildenden Bereichs der Düse der Fig. 3.The above and other features and advantages of the invention will become apparent can be seen from the following detailed description and the claims, which was made in connection with the attached drawings. In the Drawing, Fig. 1 is a perspective view of a fluid drilling device, which comprises a nozzle according to the invention, Fig. 2 is an enlarged view of the drilling section the device of FIG. 1, FIG. 3 shows a view of a cross section of an inventive Nozzle, FIG. 4 shows a sectional side view of a nozzle according to the invention and one hole drilled therefrom, and Fig. 5 is a view of a cross-section of the beam forming area of the nozzle of FIG.

Fig. 1 stellt eine Strömungsmittelstrahl-Bohreinrichtung 10 dar, welche dazu gebildet ist, um Löcher für Dachbolzen in Minen zu bohren. Die vorliegende Erfindung kann dadurch praktiziert werden, daß man eine derartige Einrichtung verwendet oder daß man irgendeine andere Einrichtung verwendet, welche in der Lage ist, ein Hochdruck-Strömungsmittel der Düse zuzuführen und eine derartige Düse um eine Achse zu drehen.Fig. 1 illustrates a fluid jet drilling device 10 which is designed to drill holes for roof bolts in mines. The present The invention can be practiced using such a device or that any other device is used which is capable of a To supply high pressure fluid to the nozzle and such a nozzle about an axis to turn.

Die Einrichtung der Fig. 1 umfaßt einen mit Rädern versehenen Karren 12, auf welchem ein Elektromotor 14, ein Starter 16 für den Motor, ein Vorratsbehälter 18, eine hydraulische Pumpe 20 und ein Strömungsmittelverstärker bzw. Druckverstärker 22 angebracht sind.The apparatus of Figure 1 comprises a wheeled cart 12 on which an electric motor 14, a starter 16 for the engine, a storage container 18, a hydraulic pump 20 and a fluid booster or pressure booster 22 are attached.

Derartige Elemente sind schematisch dargestellt, soweit sie herkömmlich sind und als solche keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Der ELektromotor 14 treibt eine hydraulische Pumpe 20 an, welche Strömungsmittel mit verhältnismäßig niedrigem Druck (z.B. 207 bar) dem Verstärker 22 zuführt. Der Verstärker saugt Strömungsmittel wie etwa Wasser aus dem Vorratsbehälter 18 an und gibt ein derartiges Strömungsmittel mit hohem Druck, in typischer Weise mit 1380 bis 4140 bar, ab. Dieses Hochdruck-Strömungsmittel wird durch eine Verrohrung, die teilweise an der Stelle 23 in Fig. 2 gezeigt ist, einem Hochdruck-Drehteil 24 zugeführt, von wo aus es durch einen drehbaren, rohrförmigen Bohrerschaft 26 zur Düse 30 strömt. Die Düse veranlaßt das Hochdruck-Strömungsmittel, daß es hiervon in Form eines Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelstrahles 32 emittiert wird (z.B. 365,76 mit), wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird. Derartige Strahlen sind kohärente Strömungsmittelströme, welche in typischer Weise Durchmesser im Bereich von 0,0508 bis 0,0762 mm aufweisen.Such elements are shown schematically insofar as they are conventional and as such do not form part of the present invention. The electric motor 14 drives a hydraulic pump 20, which fluid with relative low pressure (e.g. 207 bar) to the amplifier 22. The booster draws fluid such as water from the reservoir 18 and is such a fluid at high pressure, typically from 1380 to 4140 bar. This high pressure fluid is by a tubing, which is partially shown at location 23 in Fig. 2, a high-pressure rotating part 24 fed from where it is through a rotatable, tubular Drill shaft 26 flows to nozzle 30. The nozzle causes the high pressure fluid to that it emits therefrom in the form of a high velocity fluid jet 32 (e.g. 365.76 with), as will be described in more detail below. Such Jets are coherent fluid streams that are typically diameters in the range of 0.0508 to 0.0762 mm.

Die Bohreinrichtung 10 der Fig. 1 umfaßt auch eine Einrichtung, die allgemein mit 34 bezeichnet ist, um den Bohrerschaft 26 und die Düse 30 derart anzubringen, daß sie gedreht werden können und längs der Achse bei einer derartigen Drehung bewegt werden können. Eine derartige Einrichtung umfaßt ein starres Trageteil 36, welches sich horizontal vom Karren 12 aus erstreckt, Arme 38, 40, welche sich zwischen dem Tragteil 36 unddem Gehäuse 42 erstrecken, einen gekröpften Hebel 44, der am Ende des Trageteils 36 angebracht ist und schwenkbar am einen Ende mit dem Arm 38 verbunden ist, sowie einen hydraulischen Zylinder 46, welcher zwischen dem Trageteil 36 und dem anderen Ende des gekröpften Hebels 44 verbunden ist. Die Arme 38, 40 sind gemeinsam an ihren jeweiligen unteren Enden mit dem Trageteil 36 nahe dem Karren 12 derart angebracht, daß die unteren Enden derartiger Arme horizontal gemeinsam längs den Trageteil gleiten können. Das obere Ende des Armes 38 ist schwenkbar mit dem Gehäuse 42 verbunden, während das obere Ende des Armes 40 schwenkbar mit einem Lenker 48 verbunden ist, der sich vom Gehäuse aus erstreckt und starr hiermit verbunden ist.The drilling apparatus 10 of FIG. 1 also includes apparatus which generally indicated at 34 for attaching the drill shank 26 and nozzle 30 such that that they can be rotated and moved along the axis upon such rotation can be. Such a device comprises a rigid support member 36, which extends horizontally from the cart 12, arms 38, 40 extending between the Support part 36 and the housing 42 extend a cranked lever 44 which at the end of the support member 36 is attached and pivotally connected at one end to the arm 38 is, and a hydraulic cylinder 46, which between the support part 36 and the other end of the cranked lever 44 is connected. The arms 38, 40 are common at their respective lower ends with the support part 36 near the cart 12 in such a way attached that the lower ends of such arms horizontally together along the Support part can slide. The upper end of the arm 38 is pivotable with the housing 42, while the upper end of the arm 40 is pivotable to a handlebar 48 is connected, which extends from the housing and is rigidly connected thereto.

Das Anheben und Absenken des Gehäuses 42 wird durch Betätigung des hydraulischen Zylinders 46 bewirkt, welcher den gekröpften Hebel 44 bzw. die kurbel 44 dreht. Weil die unteren Enden der Arme 38, 40 frei sind, um horizontal zu gleiten, veranlaßt die Drehung des gekröpften Hebels 44 die oberen Enden derartiger Arme und das Gehäuse 42, sich ohne horizontale Bewegung nach oben oder unten zu bewegen. Während einer derartigen AuE- und Abbewegung wirken die Arme 38, 40 und der Lenker 48 als Parallelogrammanordnung, um das Gehäuse 42 in einer festliegenden Ausrichtung bezüglich dem Trageteil 36 zu halten, und deshalb auch hinsichtlich dem Rest der Bohreinrichtung 10.The raising and lowering of the housing 42 is carried out by operating the hydraulic cylinder 46 causes the cranked lever 44 or the crank 44 turns. Because the lower ends of the arms 38, 40 are free to slide horizontally, rotation of cranked lever 44 causes the upper ends of such arms and the housing 42 to move up or down without horizontal movement. During such upward and downward movement, the arms 38, 40 and the link act 48 as a parallelogram arrangement to the housing 42 in a fixed orientation with respect to the support member 36, and therefore with respect to the rest of the Drilling device 10.

Wie oben beschrieben, tritt das Hochdruck-Strömungsmittel in das Hochdruck-Drehteil 24 (Fig. 2) durch die Verrohrung 23 ein und strömt hiervon in den rohrförmigen Bohrerschaft 26 und schließlich zur Düse 30 hindurch. Das Hochdruck-Drehteil 24 ist im Gehäuse 42 angebracht und umfaßt einen drehbaren Abschnitt 25, an welchem der Bohrerschaft 26 befestigt ist. Die Drehung des Bohrerschaftes 26 wird mittels eines hydraulischen Motors 50 bewirkt, welcher ebenfalls im Gehäuse 42 angebracht ist. Die Strömungsmittelleitungen 52, 54 verbinden den Motor 50 mit einer hydraulischen Hilfspumpe (nicht gezeigt), welche am Karren 12 angebracht ist und durch den Elektromotor 14 getridenist. Der Motor 50 treibt das Zahnrad 56, welches seinerseits das Zahnrad 58 antreibt, das an dem Bohrerschaft 26 konzentrisch hiermit angebracht ist. Obwohl die Bohreinrichtung 10 eineEinrichtung für die ständige Drehung der Düse 30 aufweist, wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung ebenfalls verwirklicht werden könnte, wenn man eine Bohreinrichtung verwendet, welche die Düse vor- und rückwärtsschwenkt oder oszillierend bewegt.As described above, the high pressure fluid enters the high pressure rotating member 24 (Fig. 2) through the tubing 23 and flows therefrom into the tubular drill shank 26 and finally to nozzle 30 through. The high-pressure rotating part 24 is in the housing 42 attached and includes a rotatable portion 25 on which the drill shank 26 is attached. The rotation of the drill shaft 26 is by means of a hydraulic Motor 50 causes, which is also mounted in the housing 42. The fluid lines 52, 54 connect the motor 50 to an auxiliary hydraulic pump (not shown), which is attached to the cart 12 and tridened by the electric motor 14. Of the Motor 50 drives gear 56, which in turn drives gear 58, the is attached to the drill shank 26 concentrically therewith. Although the drilling device 10 has means for the constant rotation of the nozzle 30, it is pointed out that that the present invention could also be practiced if one Drill device used, which swings the nozzle back and forth or oscillates emotional.

In Fig. 1 und 2 sind die Düse 30 und der Bohrerschaft 26 in ihrer nach oben ausgefahrenen Stellung gezeigt, wobei sie diese Stellungen normalerweise nach Fertigstellung der Bohrung eines speziellen Loches einnehmen würden. In derartigen Lagen würde sich die Düse in das Loch hinein erstrecken, und das Loch seinerseits würde deshalb dazu dienen, die Düse und den Bohrerschaft an einer im wesentlichen horizontalen Verbiegung oder Schwingung zu hindern. Wenn die Düse und der Bohrerschaft in einer abgesenkten Lage sind, wie während des Anfangsstadiums beim Bohren eines Loches, dann wird diese selbe Funktion von einer Führung 60 gewährleistet, welche an dem Trageteil 36 angebracht ist. Die Führung 60 endet in einer Manschette 62, welche denBohrerschaft 26 umgibt, wobei eine derartige Manschette die horizontale Verbiegung oder Schwingung des Bohrerschaftes insbesondere dann begrenzt, wenn er sich in seiner abgesenkten Lage befindet.In Figs. 1 and 2, the nozzle 30 and drill shank 26 are in their shown in the upward extended position, these positions being normally would take after completion of the drilling of a special hole. In such In layers, the nozzle would extend into the hole, and the hole in turn would therefore serve to keep the nozzle and drill shank at one essentially to prevent horizontal bending or oscillation. When the nozzle and the drill shank are in a lowered position, as during the initial stage of drilling a Loches, then this same function is ensured by a guide 60, which attached to the support part 36 is. The guide 60 ends in a Collar 62 surrounding the drill shank 26, one such collar the horizontal bending or oscillation of the drill shank in particular then limited when in its lowered position.

Fig. 3 stellt die Ansicht eines Querschnitts durch die Düse 30 und das zugeordnete Ende des Bohrerschaftes 26 dar. Die Düse 30 weist eine zylindrische äußere Form auf, sowie eine mittige Achse 70, welche ebenfalls die Mittenachse des rohrförmigen Bohrerschaftes 26 ist. Die Achse 70 ist jene Achse, um welche die Düse 30 und der Bohrerschaft 26 von der Bohreinrichtung 10 gedreht werden.3 shows a cross-sectional view through the nozzle 30 and represents the associated end of the drill shaft 26. The nozzle 30 has a cylindrical outer shape, and a central axis 70, which is also the central axis of the tubular drill shaft 26 is. Axis 70 is that axis about which the nozzle is 30 and the drill shaft 26 are rotated by the drilling device 10.

Die Düse 30 enthält in ihrem Inneren einen zylindrischen Hohlraum 72, welcher am rückwärtigen Ende der Düse (oberes Ende in Fig. 3) offen ist Die Wände, welche das rückwärtige Ende des Hohlraumes 72 begrenzen, enthalten Gewindegänge 74, welche mit Gewindegängen 76 an der Außenoberfläche des Bohrerschaftes 26 zusammenpassen, wobei hierdurch die Düse am Bohrerschaft befestigt werden kann, wie gezeigt ist. Einem zylindrischen, abgeschrägten Abschnitt 78 am Ende des Bohrerschaftes 26 wird von einem in ähnlicher Weise abgeschrägten Abschnitt 80 in den Wänden entsprochen, welche den Hohlraum begrenzen, wobei derartige, abgeschrägte Abschnitte eine Dichtung bilden, um das Hochdruck-Strömungsmittel, das aus dem Inneren des Bohrerschaftes 26 in den Hohlraum 72 hindurchtritt, daran zu hindern, bis hinter die Gewindegänge 74, 76 zu entweichen.The nozzle 30 contains a cylindrical cavity in its interior 72, which is open at the rear end of the nozzle (upper end in Fig. 3) Walls defining the rear end of cavity 72 contain threads 74 which mate with threads 76 on the outer surface of the drill shank 26, this allows the nozzle to be attached to the drill shaft as shown. A cylindrical, beveled portion 78 at the end of the drill shaft 26 is corresponded by a similarly tapered section 80 in the walls, which delimit the cavity, such beveled portions forming a seal form to the high pressure fluid coming from inside the drill shaft 26 enters the cavity 72 to prevent it from going past the threads 74, 76 to escape.

Das vordere Ende der Düse 30 (unteres Ende in Fig. 3) enthält eine zylindrische Ausnehmung 82, innerhalb welcher ein zylindrisches, einen Strahl bildendes Element 86 mittels Gewindegängen 88 an der Innenwand der Ausnehmung 82 und Gewindegängen 90 an den Außenwänden des strahlbildenden Elements 86 angebracht ist.The front end of the nozzle 30 (lower end in Fig. 3) contains a cylindrical recess 82 within which a cylindrical, a jet forming Element 86 by means of threads 88 on the inner wall of the recess 82 and threads 90 is attached to the outer walls of the beam-forming element 86.

Die Ausnehmung 82 geht konitnuierlich in den Hohlraum 72 über, und das den Strahl bildende Element 86 erstreckt sich deshalb zwischen dem Hohlraum 72 und der Außenseite der Düse. Wie im einzelnen unten beschrieben, empfängt das strahlbildende Element 86 Hochdruck-Strömungsmittel aus dem Hohlraum 72, wandelt ein derartiges Strömungsmittel in einen Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelstrahl um und richtet einen derartigen Strahl längs Linie 84, welche auch die Mittelachse des strahlbildenden Elements ist. Die Linie 84 ist um 300 bezüglich der Drehachse 70 geneigt und schneidet, was besonders wichtig ist, die Drehachse an der Außenoberfläche der Düse 30. Der Grund dafür, daß man den Strömungsmittelstrahl in dieser Weise ausrichtet, kann unter Bezugnahme auf Fig. 4 noch besser hervorgehoben werden, welche ein Loch 91 abbildet, das gerade in einem Material 92 durch eine Bohrdüse 30 gebohrt wird, die an einem Bohrschaft 26 angebracht ist und einen Strömungsmittelstrahl 32 ausstößt. Da sich die Düse 30 um die Drehachse 70 dreht und gleichzeitig eine Vorschubbewegung in das Loch 91 hinein durchführt, bestreicht der Strahl 32 aufeinanderfolgende Materialkegel 92 und entfernt sie.The recess 82 merges into the cavity 72, and the beam forming element 86 therefore extends between the cavity 72 and the outside of the nozzle. As detailed below, the receives jet forming element 86 high pressure fluid from cavity 72, converts such fluid into a high velocity fluid jet and redirects such a beam along line 84, which is also the central axis of the beam-forming element. Line 84 is at 300 with respect to the axis of rotation 70 and intersects, what is particularly important, the axis of rotation on the outer surface the nozzle 30. The reason for getting the fluid jet in this way aligns can be even better emphasized with reference to Fig. 4, which depicts a hole 91 being drilled in a material 92 by a drilling nozzle 30 attached to a drill stem 26 and a fluid jet 32 ejects. Since the nozzle 30 rotates about the axis of rotation 70 and at the same time a Carries out an advance movement into the hole 91, the jet 32 sweeps successive Material cone 92 and removes it.

Damit es allerdings jederzeit möglich ist, die Düse 30 in das Material 92 hinein voranzubewegen, ist es erforderlich, daß das gesamte Material unmittelbar vor der Düse 30 vorher vom Strahl 32 entfernt wurde.However, so that it is possible at any time to insert the nozzle 30 into the material 92 to advance into it, it is necessary that all of the material immediately was previously removed from the jet 32 in front of the nozzle 30.

Dies wird dann der Fall sein, wenn der Strahl 32 die Drehachse der Düse an einer Stelle an oder außerhalb der Außenoberfläche der Düse schneidet. Eine einzige, drehbare Strömungsmitteldüse, die derart ausgerichtet ist, ist in der Lage, wirksam Löcher einer Abmessung zu schneiden, welche ausreicht, um die Bohrdüse eintreten zu lassen. Der Punkt, an welchem der Strahl die Drehachse schneidet, sowie auch der Winkel, unter welchem er bezüglich dieser geneigt ist, kann entsprechend verschiedenen, gerade geschnittenen Materialien eingestellt werden, wobei der Schnittpunkt und -winkel, die in Fig. 4 gezeigt sind, typisch sind für die Bohrung in Fels bzw. Gestein von mittlerer Härte.This will be the case when the beam 32 is the axis of rotation of the Nozzle cuts at a point on or outside the outer surface of the nozzle. One only, rotatable fluid nozzle, the such aligned is able to effectively cut holes of a dimension sufficient to to let the drill nozzle enter. The point at which the ray is the axis of rotation intersects, as well as the angle at which it is inclined with respect to this, can be adjusted according to different, straight cut materials, where the intersection point and angle shown in Figure 4 are typical of drilling in rock or rock of medium hardness.

Fig. 5 stellt eine detaillierte Ansicht eines strahlbildenden Elements 86 dar. Die Außenwand eines derartigen Elements enthält ein Gewinde 90, wie bereits beschrieben, sowie einen zylindrischen, abgeschrägten Abschnitt 94, welcher mit einem passenden abgeschrägten Abschnitt 96 in der Wand der Ausnehmung 82 derart in Eingriff bringbar ist, daß zwischen diesen Teilen eine Abdichtung gebildet wird. Das Innere des strahlbildenden Elements 86 enthält einen zylindrischen Kanal 98 mit variablem Durchmesser, der sich gänzlich durch das Element hindurch erstreckt, wobei die Mittelachse eines derartigen Kanals mit der Linie 84 zusammenfällt. Der äußerste Abschnitt 99 des Kanals 98 weist eine sechseckige Form auf, um das Einführen und Entfernen des strahlbildenden Elements 86 in das Gehäuse der Düse 30 und aus diesem heraus zu erleichtern. Die Innenoberfläche des Elements 86 (obere Oberfläche in Fig. 3) enthält einen flachen, zylindrischen, vertieften Abschnitt 100, welcher mit dem Kanal 98 konzentrisch ist. Ein Edelsteinelement 102 enthält in seinem Inneren eine mittige, zylindrische Blende -106 und ist im- vertieften Abschnitt 100 durch einen Gummiring 104 derart angebracht, daß die Blende 106 auf der Linie 84 derart zentriert ist, daß ihre Mittelachse hiermit zusammenfällt. Das Edelsteinelement 102 bildet einen Strahl 32 und richtet ihn längs der Linie 84 aus, und die Blende 106 weist einen Durchmesser auf, der dem gewünschten Durchmesser des Strahles entspricht.Figure 5 shows a detailed view of a beam forming element 86. The outer wall of such an element contains a thread 90, as before described, and a cylindrical, tapered portion 94, which with a matching chamfered portion 96 in the wall of the recess 82 such can be brought into engagement that a seal is formed between these parts. The interior of the jet-forming element 86 includes a cylindrical channel 98 with a variable diameter that extends entirely through the element, the central axis of such a channel coinciding with line 84. Of the outermost portion 99 of the channel 98 has a hexagonal shape for insertion and removing the jet forming element 86 into and out of the housing of the nozzle 30 to ease this out. The inner surface of the element 86 (top surface in Fig. 3) includes a flat, cylindrical, recessed portion 100, which is concentric with channel 98. A gemstone element 102 contains in its interior a central, cylindrical screen -106 and is in the recessed section 100 through a rubber ring 104 attached so that the aperture 106 on the line 84 so is centered so that its central axis coincides with it. The gemstone element 102 forms a ray 32 and align it along line 84, and the orifice 106 has a diameter that is the desired diameter of the beam.

Während das bevorzugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung hier dargestellt und beschrieben wurde, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß Abänderungen dem Fachmann ersichtlich sind. Dementsprechend soll die Erfindung nicht auf das spezielle, hier dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sein und der tatsächliche Bereich und Gedanke der Erfindung kann auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche und den Offenbarungsgehalt der gesamten Beschreibung bestimmt werden.While the preferred embodiment of this invention is illustrated here and has been described, it is expressly pointed out that changes to the Are apparent to those skilled in the art. Accordingly, the invention is not intended to apply to the specific, Embodiment illustrated and described here may be limited and the actual The scope and spirit of the invention can also be made with reference to the attached Claims and the disclosure of the entire description.

L e e r w e i t eL e r w a d e

Claims

Fluid jet drilling nozzle and method 1. Fluid jet drilling nozzle, not shown by the following features: - a nozzle housing (30) with a cavity (72) in its interior, - a device (23) for connecting of the nozzle housing to a source (22) of high pressure fluid to supply the high pressure fluid to introduce into the cavity, - a jet-forming device (86) in the nozzle housing mounted in fluid communication with the cavity to provide a cutting jet (32) to form from high pressure fluid and - a device (50, 56) for Rotating the beam-forming device about an axis of rotation (70), where the cutting beam (32) is aligned (axis 84) in such a way that it is the axis of rotation for cutting and removing cones of material (92) cuts to a hole (91) to drill with a diameter larger than the nozzle housing.

2. Fluid jet drilling nozzle according to claim 1, characterized by a frustoconical cavity portion (80) within the nozzle housing (30) for sealing engagement with an end (78) of a drill shaft (26) around the High pressure fluid exit between the drill shank and the nozzle housing to control.

3. Fluid jet drilling nozzle according to one of claims 1 or 2, further characterized by a channel (82) which extends into the nozzle housing (30) extends into it and comprises a frustoconically tapered channel section (96), whose smaller end is connected to the cavity (72), and a cylindrical one Channel section extending from the end of the frustoconical channel section with larger diameter extends to a surface of the nozzle housing, wherein the jet forming means (86) is removably engaged within the channel, has a cylindrical outer portion which corresponds to the cylindrical channel portion corresponds, and a frustoconical end portion (94) which corresponds to the frustoconical, beveled channel section corresponds to the sealing engagement therewith.

4. fluid jet drilling nozzle according to claim 3, characterized in that that the nozzle-forming device (86) has a cylindrical through bore (98) in fluid communication with the cavity (72) and a Gemstone element (102), which in the cylindrical bore (bore section 100) is attached and in its interior has a screen (106) to the cutting beam (32) to form and to align this along a line (84) such that the Cutting beam intersects the axis of rotation (70).

5. fluid jet drilling nozzle according to claim 4, characterized in that that the cylindrical bore (98) comprises a plurality of cylindrical shoulders (99, 100), that the gemstone element (102) is mounted in one (100) of the cylindrical shoulders is, and that an elastomer sealing ring (104) between the gemstone element and the cylindrical bore is arranged around the high pressure fluid passage control between these parts.

6. Fluid jet drilling nozzle according to one of claims 4 or 5, characterized in that the cylindrical bore (98) has a device (99) comprises for engagement with a tool for rotating the nozzle-forming member (86) within the channel (82) to selectively provide the nozzle-forming element to be inserted into the channel and removed therefrom.

7. Fluid jet drill nozzle characterized by the following Features: - a nozzle housing (30) which comprises means (74) to the To connect the nozzle housing with a drill shank (26), the nozzle housing in its interior comprises a cavity (72) which has a cylindrical cavity portion and a frustoconical cavity portion (80) the larger diameter of which is connected to the cylindrical cavity portion, one end of the Drill shaft protrudes through the cylindrical cavity section and the end (78) of the drill shaft with the frustoconical cavity portion in sealing engagement around the To control high pressure fluid passage around the drill shank, a Channel (82) which extends through the nozzle housing (30) and has a frustoconical, includes tapered channel section (96), in which the. The smaller diameter having end is connected to the cavity (72), as well as a cylindrical channel section, that extends from the end of the frusto-conical channel section with the larger diameter extending to a surface of the nozzle housing, a jet-forming element (86) for forming a cutting jet (32), with the following features: - the The jet-forming element engages detachably in the channel - the jet-forming element has a cylindrical outer portion, which the cylindrical channel portion corresponds, and a frustoconical end portion (94) which corresponds to the frustoconical, tapered channel portion (96) corresponds to hereby in sealing engagement to step, - the jet-forming element has a cylindrical through hole (98, 99, 100) which is in fluid communication with the cavity (72), wherein the axis (84) of the cylindrical bore is the longitudinal axis (70) of the nozzle housing (30) cuts, - The jet-forming element has a gemstone element (102), which is mounted in the cylindrical bore (100), and - that The gemstone element has a diaphragm (106) in its interior to surround the cutting beam to form and around the cutting beam along a line parallel to the axis of the cylindrical Align the bore so that the cutting jet is the longitudinal axis of the nozzle housing cuts at a point outside the nozzle housing, and - a device (50, 56) for rotating the cutting jet around the longitudinal axis (70) of the nozzle housing (26) to cut and remove cones of material (92) to drill a hole (91), whose diameter is larger than that of the nozzle housing.

8. fluid jet drilling nozzle according to one of claims 1 to 7, characterized in that the jet-forming device (86) has a single cutting jet (32) forms.