DE7504212U - Mischgerät - Google Patents

Description

Beim Bohren von Brunnen oder Schächten ist es üblich, Bohrflüssigkeiten oder -schlämme zu verwenden, die eine größere Viskosität als Wasser haben, um die beim Bohren erzeugten Teilchen zum Aufschwimmen zur Oberfläche zu bringen, um sie beseitigen zu können.. Ein besonders guter Zusatzstoff für Bohrflüssigkeit ist Guargummi, eine organische Substanz, die beim Vermischen mit Wasser in einer Konzentration von etwa 0,8 Gew.-% ziaalich viskos wird. Dieser besondere Zusatzstoff hat die Eigenschaft, daß seine Vermischung mit Wasser nach etwa 3 1/2 Tagen durch die Einwirkung von Enzymen in der Viskosität zusam-

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menbricht. Di··· Viskositätsänderung gestattet, den Zusatzstoff leicht aas den Bohrloch oder Brunnen zu entfernen, nachdem er seine Aufgabe erfüllt hat» genügend Zeit für den Einbau eines Bohrlochgehäuses, Siebes und Kies zu bieten. Normalerweise mufi der genannte Zusatzstoff sehr sorgfältig und langsam, z.B. durch Eingabe mittels Sieben in turbulentes Wasser, beigemischt werden. Ohne eine solche Durchmischung neigt das Zusatzmaterial zur Bildung von "Gummikugeln" mit feuchter, gelatinöser Oberfläche. Diese Gummikugeln lassen sich praktisch überhaupt nicht mehr durch Rühren aufbrechen, nachdem sie sich gebildet haben, und sie bedeuten eine Materialverschwendung, da das Pulver im Inneren nicht zur Wirkung kommt. Diese Verschwendung ist von größter Bedeutung, da der Guargummi als Zusatzstoff im allgemeinen mehr als das 5-fache wie Bentonit, ein anderer Bohrzusatz, je Gewichtseinheit kostet. Wenn die Zusatzstoffe völlig durchgemischt werden, ist Guargummi billiger, weil davon etwa 85 bis 90 % weniger erforderlich ist als von Bentonit, um einen gegebenen Viskositätswert zu erzielen.

Man hat verschiedene Vermischungsmethöden, z.B. Rühren mit Hand, mechanische Durcharbeitung und Flüssigkeitseduktoren mit unterschiedlichem Erfolg versucht. 2u den besseren vorbekannten Mischvorrichtungen gehört ein Eduktor, in welchem Wasser rings um den Auslaß eines Trichters, der das Pulver enthält, zugebracht wird. Infolge ihrer ünfätLgkeit, eine völlige Durchmischung bei hohen Zusatzraten von Guargunsmi-

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pulver zu liefern,, ist die Vorrichtung jedoch nur begrenzt verwendbare Beispielsweise sihd vorbekannte Mischer in der Lage, etwa 7O bis 1OO kg Pulver/Std einzumischen. Obgleich die Bohrflüssigkeit gewöhnlich zu Beginn der Drill arbeit gemischt wird und eine Flüssigkeit mit etwa 70 kg Pulverzusatz für diese Arbeit ausreicht, liegt es auf der Hand, daß betrüchtliche Ersparnisse an Anlage- und Arbeitskosten erzielbar wären, wenn die Flüssigkeit in 15 oder 20 Minuten statt in einer Stunde durchgemischt werden könnte, da die eigentliche Drillarbeit rascher begonnen und beendet werden könnte.

Aufgabe der Neuerung ist daher die Schaffung eines Gerätes zur kontinuierlichen Einspeisung einer Menge Pulvermaterials in einen Flüssigkeitsstrom und Vermischung damit in einwandfreier Weise und innerhalb möglichst kurzer Zeit. Die Vorrichtung nach der Neuerung besitzt einen Pulverabgabeu>il, der in der Lage ist. Druckgas und Pulvermaterial aufzunehmen und selektiv eine Mischunq aus Druckgas und Pulvermaterial an einen daran lösbar angesetzten V-förmigen Mischerteil abzugeben. Dieser Mischerteil nach der Neuerung besitzt ein Paar hohler Einlaßabzweigungen, die nebeneinander unter einem Winkel von weniger als 90° zueinander angeordnet sind und gemeinsam einen hohlen Auslaßrohrteil bilden; die beiden EiR-laßarme haben jeder einen kleineren Querschnitt als der Auslaßteil, und Einlaß- und Auslaßteile sind so zusammengefügt, daß sie eine glattwandige Mischkammer bilden; der Pulverzufuhrteil ist lösbar an dem einen Einlaßezweig angebracht,

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und der andere Einlaßzweig ist lösbar an einer Flüssigkeits- i ·

quelle anschließbar; eine an dem Auslaßstutzen lösbar ange- ,

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brachte Auslaßdüse besitzt einen abgewinkelten Durchflußweg, f

und ein Ständer an dem Gerät dient zu dessen Montage, so daß ■

die Abzweigungen nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene j

zu liegen kommen, die unter einem kleinen Winkel zur Hori- f

zontalen geneigt ist, um den Abfluß zu erleichtern. ;^;

Der Eduktoraufbau ist in einem Arm eines T-förmigen Gußstückes eingesetzt und an seinem anderen Ende an eine Druck-*
luftquelle angeschlossen. An dem Körper des T-förmigen Gußstückes ist ein Trichter mit seinem weiten Ende nach oben
zur Aufnahme des Pulvers angesetzt. Der andere Arm des T-förmigen Gußstückes ist durch vier Bolzen an eine Abzweigung
eines V-förmigen Gußstückes in solcher Weise angeschlossen,
daß die Abzweigung des V-förmigen Gußstückes, die das Pulver
aus dem Trichter und dem Eduktoraufbau empfängt, neben der
Einlaßabzweigung liegt, die das Wasser empfängt. Ein Steg
mit Montagelöchern verbindet die Einlaßabzweigungen und bildet eineA Winkel von 10° mit der die Achsen der Einlaßabzweigungen enthaltenden Ebene. Bei Benutzung wird der Steg in

einer horizontalen Ebene montiert. Diese Lage gewährleistet,

t daß Wasser immer abläuft und das Palvereinlaßrohr nicht be- ' feuchtet, wenn die Einrichtung ordnungsgemäß abgestellt wird,
denn eine solche Befeuchtung würde zu einer Ansammlung an
den Wänden des Einlaßrohres führen, was den Durchfluß reduzieren würde. Das das Pulver führende Einlaßrohr ist so bemes-

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sen, daß eine hohe Geschwindigkeit des Pulver-Luftgemisches aufrechterhalten wird. Der Innendurchmesser des Pulverrohres ist viel kleiner als das Wasser führende Einlaßrohr, damit das Pulver gegen den Flüssigkeitsstrom in einem kleinen Abstand von dem abstromseitigen Rohrwandungen geleitet wird, so daß befeuchtete Pulver kurzzeitig hydratisiert oder in Wasser aufgelöst werden kann, bevor es die Rohipgände berührt. Durch Austragung des Pulver-Flüssigkeitsgemisches aus dem Y-förmigen Gußstück durch ein Gußstück mit einem Krümmer von 45° und einer weiten Düse erreicht man eine noch innigere Durchmischung. Wenn man also die Vorrichtung zur Herstellung von Guargummi-Bohrflüssigkeiten benutzt, ist die Flüssigkeit zur praktisch sofortigen Benutzung fertig, die Zeitspanne, die die Flüssigkeit stehen muß, um das Pulver hydratisieren zu lassen, bis die Flüssigkeit auf ihrer Arbeitsviskosität ist, ist auf ein Minimum herabgesetzt.

Es wurde festgestellt, daß die Vorrichtung nach der Neuerung sehr gut arbeitet, wenn die Einlaßabzweigungen des Y-förmigen Gußstückes einen Winkel von etwa 60° miteinander bilden. Auch wurde festgestellt, daß die Zulaufraten des Pulverzusatz erhöht werden, wenn eine kleine Luftmenge mit dem Pulver in dem Eduktor vermacht wird, bevor das Pulver in die Eduktorventuridüse durch Druckluft eingezogen wird. Diese Luft wird vorzugsweise durch Bohrung eines kleinen Loches in die Eduktor luftdUse in der Pulverkammer unter dem Trichter geliefert. Vermutlich bringt die Zusatzluft das Pulver in einen Wirbel-

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schichtzustand, so daß es weniger Widerstand gegen die Einziehung in den Hauptluftstrom bietet.

Die Betriebsweise des Mischgerätes nach der Neuerung ist sehr wichtig und ganz anders als bei den heutigen Schlaxnsikanonen, bei denen der Wasserfluß eingeleitet wird, bevor das Pulver zugegeben wird. Beim Garät nach der Neuerung wird zuerst die Luft auf ihre höchste Fließrate aufgedreht. Zwecks schnellster Vermischung wird dann allmählich das Wasser angedreht, bis der Bedienungsmann einen schwachen Abfall des Vakuums am Boden des leeren Trichters fühlen kann, und dann wird der Fluß reduziert, um das größte Vakuum zu ergeben. Größere WasserflieBraten würden das Wasser im Pulverrohr Rückstauen lassen und dessen Oberfläche in unerwünschter Weise benetzen. Dann wird das Pulver in den Trichter geschüttet, bis die erforderliche Menge dem Wasser zugesetzt worden ist. Nachdem das Pulver völlig aus dem Trichter und Eduktor ausgeflossen ist, wird das Wasser abgeschaltet. Schließlich wird die Luft abgeschaltet, und das Y-Stück bleibt sauber und trocken. GewünschtenfalIs kann ein Ventil am Boden des Trichters eingefügt werden, um den PulverfIuB zu regeln. Unter dem Trichter kann auch ein Vakuummesser ein· gefügt werden, damit der Bedienungsmann leicht feststellen kann, wann sich der WasserfIuB auf dem gewünschten Maximum befindet, ohne daß er seine Hand in den Trichter einführen müßte. Statt dee Trichters kann auch ein Saugschlauch an das T-Gußstück angeschlossen werden, um Pulver direkt aus einem Sack oder sonstigen Behälter zu siehen.

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Vorteilhafte Ausführungsformen der Neuerung sind in der Zeichnung dargestellt. Fig.l ist eine Seitenansicht des Gerätes,

Fig.2 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Eduktcraufbaues nach Fig.l,

Fig.3 ist eine vergrößerte Schnittansicht doi in Figil gezeigten Y-Paßstückes,

Fig.4 ist eine vergrößerte Stirnansicht der Austrittsdüse in Fig.l,

Fig.5 zeigt perspektivisch das Gerät nach Fig.l im Gebrauch,

Fig.6 zeigt perspektivisch eine Abänderung des Gerätes ) nach Fig.l,

Das in Fig.l dargestellte Mischgerät 10 nach der Neuerung besitzt einen kegelförmigen Trichter 12 mit einer offenen Oberseite, in die das Pulver eingefüllt werden kann. Der Boden des Trichters 12 endet in einem Stutzen mit Innengewinde, das durch einen Anschlußnippel 14 in der zentrischen öffnung 16 eines allgemein T-förmigen Kupplungsgußteiles ^halten wird. Das Kupplungestück 18 besitzt einen offenen ersten Arm 20, in dem eine Luftdüse 24 eingesetzt ist. Das

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äuAere Ende der Luftdüse 24 greift in eine Luftschlauchkupplung 26, so daß eine Druckluftquelle 27 (Fig.5) rasch an das Gerät angeschlossen werden kann. Ein zweiter offener Arm 28 in der T-Kupplung 18 ist durch Bolzen 30 an den Endflansch 36 einer ersten Einlaßverzweigung 38 eines Y-formigen Gußstückes 40 angesetzt. Die erste Einlaßverzweigung 38 ist mit einer zweiten Einlaßverzweigung 44 verbunden, die in eine Endmutfe 46 mit Gewinde ausläuft, die zum Anschluß an eine Zufuhrleitung 50 für Wasser oder sonstige Druckflüssigkeit mittels eines Nippels 48 und Ventil 49 eingerichtet ist. Die Einlaßverzweigungen 38 und 44 sind aus einem Stück mit dem Rohrstutzen 51 ausgebildet, der einen größeren Durchmesser als die Verzweigungen aufweist. Der Stutzen 51 hat einen Endflansch 52, der mittels Bolzen 54 an ein Düsenteil 56 angesetzt ist. Dieses besitzt einen 45 -Krümmer 58 und eine Austrittsdüse 6O mit einer länglichen öffnung 62. Ein gelochter Montagesteg 64 an dem Y-Stück 40 dient zur Befestigung auf der Oberseite eines Montagepfostens 65, benachbart zu einem Speicherbehälter 66 in Fig.5, wie er gewöhnlich als Schlammgrube bezeichnet wird. Der Mischeraufbau 10 wird vorzugsweise unter einem Winkel von 10 gemäß Fig.1!montiert, um sicherzustellen, daß das Pulverrohr 38 immer sauber und trocken bleibt.

In Fig.2 sind die Bauteile 14 bis 28, die einen Eduktoraufbau 68 bilden. Im (hierschnitt dargestellt. Die Luftdüse 24 ist in der öffnung 2O im Eduktor 28 mittels einer Stellschraube 72 montiert. Sie ist vorzugsweise aus 90 bis 95 Durometer«

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Neopren-Kautschuk geformt und hat eine fortschfeltent kleinere lichte Weite vom äußeren Ende, an das da» Luftschlauch-Kupplungsstück 26 angesetzt 1st/ vom Inneren Ende, das eine Austrlttsuffnung 74 aufweist. Der Körper der Luftdüse 24 befindet sich In einer Kammer 76 Im T-Kupplungsstück 18, die gegenüber dem Trichter 12 offen 1st und daher Pulver aufnehmen kann, um dieses mit der aus der Düse 74 austretenden Luft zu vermischen. Zum Schutz der Schlauchkupplung 26 1st an der Luftdüse 24 ein Schurz 77 angeformt. Eine zwischen der Düse 24 und dem Schurz 77 liegende Metallscheibe 78 dient zur Versteifung des Aufbaues und 1st auf die AnschluBkupplung 26 aufgeschraubt.

Der Ausgangstell des Eduktoraufbaues 68 stellt eine Expansionsdüse mit engem Eintrittsbereich 80 und erweitertem Austrittsbereich 82 zur Aufnahme der Luft aus der Düsenöffnung 74 dar. Infolge des kleineren Loches 87 in der Seitenwand der Luftdüse 24 in offener Verbindung mit der Kammer 76 hat es sich als möglich erwiesen, die Pulvermenge zu erhöhen, die von dem Eduktoraufbau 68 durch die verjüngte Ringaustrittsöffnung 86 zugeführt werden kann. Wie schon erwähnt, wirbelt anscheinend die Nebenluft durch das Loch 84 das Pulver in der Kammer 76 wirbelschichtartig auf und vermindert so dessen natürlichen Widerstand gegen eine Bewegung durch die Öffnung Zur Erzielung der größten Mischleistung ist es wichtig, daß alle Innenflächen des Teiles 18 poliert sind. Eine Oberflächenbearbeitung von 63 Mikrozoll hat sich als zufriedenstellend

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erwiesen. Vorzugsweise bestehen alle Gußstücke 68, 40 und 56 als Aluminium, sie können jedoch auch aus anderen Werkstoffen, wie Kunststoff, gefertigt sein.

Nachdem das Pulver-Luftgemisch das Austrittsende 82 des Eduktoraufbaues 68 verlassen hat, tritt es in die Ei&laßabzweigung 38 des Y-Stückes 40 ein. Flg.3 zeigt in vergrößerter Querschnittedarstellung das Innere des Y-Stückes 40. Das Pulver-Lufteinlaßabzweigrohr 38 bildet einen Winkel von etwa 60° mit dem Wasserzweig 44 und hat einen viel kleineren Durchmesser, so daß das Pulver mit hoher Geschwindigkeit in dem Wasserstrom fließt, um so eine bessere Vermischung zu unterstützen. Eine gute Vermischung wird auch durch die längliche Düsenöffnung 62 (Big.4) unterstützt, die das Pulver und Wasser über eine breite Fläche sprüht.

Fig.5 zeigt das Gerät 10 In Gebrauchsstellung, wobei der Hontagesteg 64 auf die Oberseite eines Tragpfostens 65 aufgesetzt ist, um das Gerät gemäß Fig.l unter einem Winkel von 10° etwa 30 cm oberhalb der Wasseroberfläche in der Schlammgrube 66 zu halten. Da es sehr wichtig ist, daß kein Wasser In die Pulver-Luftabzweigung 38 des Y-Stückes 40 gelangen kann, ist die Luftzuleitung 27 vorzugsweise mit einem Druck von etwa 5,25 bis 8,75 kg/cm² (75 bis 125 psi) auf dem Anschlußstück 26 eingerastet. Die Wasserzuleitung 50 ist vorzugsweise so ausgelegt:, daß sie etwa 75 bis 19O Liter (20 bis 50 Gallonen) 5« Minute liefert, und ist an den Nippel 48 in

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der Wasserabzweigung 44 bei abgeschaltetem Ventil 49 angeschlossen. Dann wird die Luftzufuhr 27 voll aufgedreht, um am Boden des Trichters 12 einen Sog hervorzurufen. Das Wasserzuleitungsventil 49 wird dann aufgedreht/ bis die Volumenleistung je Minute ungefähr gleich ein Drittel des Luftdruckes ist. Beispielsweise sind Mischraten von über 450 kg/h erzielt

ο worden, wenn die Luft einen Druck von etwa 6,3 bis 7 kg/cm (90 bis 100 psi) hatte und das Wasser mit etwa 110 bis 130 Liter/min (30 bis 35 Gallonen/min) floß. Bei einem zweckmäseigen Gerät betrug der Innendurchmesser der Pulver-Luftabzweigung 38 etwa 0,75 Zoll, während die Wasserabzweigung 44 eine lichte Weite von etwa 1,5 Zoll hatte. Die lichte Weite des Rohrstutzens 51 betrug 1,75 Zoll. Wenn die Wasserfließrate nicht bestimmt werden kann, erzielt man eine befriedigende Vermischung dadurch, daß man den Wasserfluß allmählich steigert, bis ein Sog deutlich von Hard am Boden des Trichters 12 gefühlt werden kann. Dann reduziert man den Wasserfluß um 50 %.

Nachdem das richtige Verhältnis von Wasser- und Luftstrom eingestellt ist, kann der pulverisierte Bohrflüssigkeitszusatz aus einem Sack in den Trichter 12 geschüttet werden. Nachdem das ganze Pulver mit Wasser vermischt worden ist, werden das Wasser und dann die Luft abgeschaltet. Wenn das Gerät 10 von der Vermischungsstelle fortgenommen wird, soll es so gehalten werden, daß der Eintritt von Wasser in die Abzweigung 38 des Y-Stückes 4O verhindert wird. Wenn Wasser in das Innere des Y-Stückes 40 oder den Eduktoraufbau 68 gelangt, kann das

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Gerät ziemlich einfach zwecks Reinigung auseinander genommen werden.

Fig.6 zeigt eine Ausführungsform,die sich von der der Fig.5 nur dadurch unterscheidet, daß ein Schlauch 92 statt des in Fig.5 gezeigten Trichters 12 an den Nippel 14 angesetzt ist. Mit dem Schlauch 92 kann Pulver unmittelbar aus einem Sack 90 abgezogen t^erden. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft bei Regen, weil sie den Eintritt von Wasser in den Eduktoraufbau 68 verhindert. Fig.6 zeigt auch einen Schlammkasten 66' oberhalb des Erdbodens, der in derselben Weise arbeitet, wie die eingelassene Schlammgrube 66 in Fig.5. Das in Fig.6 gezeigte Mischgerät wird an einem senkrechten Bauteil 65' angeklemmt. In Fig.5 und 6 wird die Bohrflüssigkeit vermischt mit dem Zusatzstoff aus der Grube 66 bzw. 66* durch Pumpenschläuche 94 bzw. 94' zu dem nicht dargestellten Bohrloch gepumpt.

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Claims (7)

S c h u t ζ a η s ρ r ti c h e

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Zuspelsung eines Pulvervorrates in einen Flüssigkeitsstrom und Vermischung damit/ bestehend aus einer zur Aufnahme von Druckgas und Pulver eingerichteten Pulverzufuhreinrichtung zur selektiven Zuführung einer Mischung aus Druckgas und Pulver zu einem lösbar daran angebrachten Y-Formstück, gekennzeichnet durch ein Paar nebeneinander unter einem Winkel von weniger als 90° zueinander angeordneten hohlen Einlaßverzweigungen (38, 44), die eine kleinere Querschnittsfläche als der Auslaßstutzen (51) haben, wobei die Einlaß- und Auslaßteile (38, 44, 51) unter lildung einer glattwandigen Mischkammer verbunden sind, die Pulverzuführeinrichtung (12) lösbar an der einen Einlaßverzweigung (38) angebracht und die andere Einlaßverzweigung (44) zur beweglichen Verbindung mit einer Flüssigkeitsquelle (50) eingerichtet ist, gekennzeichnet ferner durch eine an dem Auslaßstutzen (51) lösbar angebrachte Auslaßdüse (56) mit einen abgewinkelten Durchflußkanal, und gekennzeichnet durch einen Ständer (65) zur Montierung des Gerätes (10) mit den nebeneinander liegenden Abzweigungen (38, 44) in einer gemeinsamen Ebene liegend, die unter einem kleinen Winkel zur Horizontalen geneigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Einlaßverzweigungen (3B, 44) unter einem Winkel von etwa 60° zueinander angeordnet sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverzuführung einen Eduktoraufbau aufweist, der eine Gasdüse (24) , eine die Gasdüse umgebende Pulverkammer (76) und eine sich von der Gasdüse stromabwärts erweiternde Ausdehnungsdüse (68) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverzuführung· «ras einem Trichter (12) zur Aufnahme von Pulverbeschickungen besteht; der an die Pulverkammer (76) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dir.· Pulverzuführung aus einem Saugschlauch X92) besteht, der Pulver in die Pulverkammer (76) aus einem getrennten Pulvervorrat (90) ansaugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (24) in ihrer Seitenwand ein kleines Loch (84) zur Einführung einer geringen Menge Leckgas in die Pulverkammer (76) aufstromseitig von der Auslaßöffnung (74) der Gasdüse besitzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dait die Ausltißdüse (60} eine längliche, ovale Querschnittsfläche

8* Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Pulvervorrat (12, 90)angeschlossene Einlaßver-

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zweigung (38) eine kleinere lichte Weite als die andere EinlnSverzweigung (44) hat.