HU215218B

HU215218B - Fúvókás fúrófej

Info

Publication number: HU215218B
Application number: HU9200199A
Authority: HU
Inventors: Rolf Dahn
Original assignee: KSK guided microtunneling technologies Spezialtiefbaugeräte GmbH & Co. KG
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1998-10-28
Also published as: JP2993521B2; US5322134A; EP0484473A1; KR920703958A; NO920341L; FI95497C; CA2064010A1; RU2081988C1; DE69116311T2; ES2084812T3; ATE132939T1; NO304197B1; BG95810A; JPH06508405A; WO1991019074A1; AU7575891A; RO108367B1; KR100188482B1; DK0484473T3; FI920288A0

Abstract

A találmány tárgya irányítható fúvókás fúrófej (1) föld alatticsatőrnákat fúró berendezéshez, amely fúrófej (1) saját középvőnalakörül elfőrgatható és középvőnala mentén fekvő közpőntős satőrnát(10), legalább egy előre irányítőtt és a közpőntős csatőrnával (10)közlekedő és kilépő nyílásával a középvőnalőn kívül elhelyezkedőfúvókát (2) és a fúrófej (1) hőmlőkfelülete (14) irányába növekvőmértékben lesarkítőtt vezetőfelületet (11) tartalmaz. A fúrófej (1)legalább egy tővábbi fúvókával (4) van ellátva, amelynek fúvókajárata(41) közlekedik a közpőntős csatőrnával (10). A tővá bi fúvóka (4) afúrófej őldalnézetét tekintve a hőmlőkfelülettel szemköztivezetőfelület (11) végső tartőmányának szintjében van, és kimenetinyílása a vezetőfelülettől (11) távköznyire helyezkedik e . A fúvóka(4) kimeneti nyílása tővábbá a fúrófej (1) haladási irányával szemben,a fúrófej (1) irányának váltőztatásáhőz a fúvóka (4) szintje mögötttérközt kimélyítő irányban és helyzetben van. Egy ilyen irányítássalelrendezett fúvóka (4) a fúrófej (1) számára térközt alakít ki, aminekeredményeként a fúrási irány megváltőztatása sőrán a fúrófej (1),fúrólándzsa irányíthatóvá válik. ŕ

Description

A találmány tárgya fúrófej föld alatti csatornákat fúró berendezéshez, amely fúrófej saját középvonala körül elforgatható és középvonala mentén fekvő központos csatornát, legalább egy előre irányított és a központos csatornával közlekedő és kilépő nyílásával a középvonalon kívül elhelyezkedő füvókát, valamint a fúrófej homlokfelülete irányában növekvő mértékben lesarkított vezetőfelületet tartalmaz.

Ilyen fajtájú fúrófejeket használnak föld alatti csatornák fúrásához alkalmazott berendezésekhez, fúrólándzsákhoz. Az előre irányított füvókán át nyomás alatt folyadékot, például víz-bentonit tejet bocsátanak ki. Lényegében véve homogén talajban egyenletes fúrást tesz lehetővé előremenő irányban, miközben a fúrófejet a fürólándzsával egyenletes forgási sebességgel forgatják a középvonala körül. Abban az esetben, ha a fúrási irányt meg kell változtatni, a forgómozgást leállítják, amint a fúrófej fúvókája körülbelül abban a helyzetben van, ahol el kell kezdődnie az irányváltozásnak. A földet a fúvókéból kilépő folyadéksugárral előnyösen csupán egyetlen irányban távolítják el. Összhangban a végrehajtott eltávolítással az egész fürólándzsát elforgatják, amíg be nem állítják az új fúrási irányt. Ezt a hidromechanikus kormányzást gyakran egy vezérlőfelülettel segítik elő, amelyet a fúrófejnek a fúvókéval ellenkező oldalán történő lesarkításával alakítják ki. A fúrófej forgómozgását újra beindítják, és az egyenes vonalú fúrást az új irányban továbbfolytatják.

A fent ismertetett fajtájú fúrófejet ismertet az EP-0195559 Al jelű dokumentum. A talaj által meghatározott különböző körülmények figyelembevétele érdekében különös tekintettel a talaj keménységére különböző számú füvókát választhatnak. Ezzel a fúrófejjel elegendően pontos furatokat lehet kialakítani abban az esetben, ha az altalaj viszonylag lágy. Abban az esetben, ha a föld anyaga kemény, problémát jelent a fúrófej stabilizálása, mivel a fúrófejnek a füvókákkal szembeni oldala nekiütközik a kemény kőzetnek, és ez a viszonylag lassú előrehaladás közben irányítási problémát okoz a fúrófej megvezetésében.

Annak érdekében, hogy kemény anyagú talaj ugyanolyan módon megmunkálható legyen, az US 2,324,102 jelű dokumentum szerinti megoldás vegyi anyagok vagy savak használatát javasolja nagy nyomású folyadékként, amely megtámadja a kőzetet. Amint a felhasznált vegyi anyag fellazítja a kőzetet, a fúrófej előrehalad, mivel ezután már csak viszonylag lágy anyagon kell áthatolnia. Ez a megoldás azonban igen gyakran nem kívánatos, mivel használatának eredményeként szennyeződik a környezet vagy a talajvíz.

A találmánnyal célunk a körvonalazott nehézségek leküzdése és egy olyan fúrófej kialakítása, amelynek felhasználásával pontos irányú furatok alakíthatók ki tömör, homokos és kavicsos talajban, de egyúttal kemény talajban is. A kitűzött célt az ismert fajtájú fúrófej továbbfejlesztésével értük el, amelynek értelmében a fúrófejen legalább egy további füvóka van elrendezve, amelynek fúvókajárata közlekedik a csatornával, és amely füvóka a fúrófej pillanatnyi haladási irányához képest olyan irányban van, hogy térközt képez a fúrófej irányának megváltoztatásához.

A találmány szerinti fúrófejre az jellemző, hogy legalább egy további fúvókával van ellátva, amelynek füvókajárata közlekedik a központos csatornával;

- a további fúvóka a fúrófej oldalnézetét tekintve a homlokfelülettel szemközti vezetőfelület végső tartományának szintjében van;

- a füvóka kimeneti nyílása a vezetőfelülettől távköznyire helyezkedik el; és

- a füvóka kimeneti nyílása a fúrófej haladási irányával szemben, a fúrófej irányának változtatásához a fúvóka szintje mögött térközt kimélyítő irányban és helyzetben van.

Egy ilyen irányítással elrendezett füvóka a fúrófej számára térközt alakít ki, aminek eredményeként a fúrási irány megváltoztatása során a fúrófej és ezzel együtt a furólándzsa jobban képes manőverezni. Ennek eredményeként a furólándzsa irányítási tulajdonságai lényegesen javulnak.

A találmány szerinti fúrófej előnyös kiviteli alakja esetében több hátrafelé irányított fúvókéval van ellátva, amelyek a középvonalhoz viszonyítva egymástól egyenlő szögosztásnyira vannak elhelyezve, habár eltérő szögosztású elrendezés is lehetséges. Úgy találtuk, hogy bizonyos talajviszonyok esetében egymástól 120° szögosztásra elrendezett három füvóka elegendő annak elérésére, hogy tetszőleges irányváltoztatás esetére elegendő játékot létesítsen a fúrófej számára a kialakított csatornával. Más talajviszonyok esetében, más elrendezésben négy vagy több hátrafelé irányított fúvókéra is szükség lehet.

Előnyös, ha a fúvókák hátrafelé irányulva 15° szöget zárnak be a fúrófej középvonalával.

Habár elvileg elegendő egyetlenegy előre irányított fúvóka is, amely a fúrófej középvonalán kívül van elrendezve, és ezzel is megvalósítható fúrás közben irányváltoztatás, azonban a fúrófejen több előre irányított fúvóka is elrendezhető, amelyek szögosztásukat tekintve ezen fúvókák közül az egyikhez képest szimmetrikusan vannak elrendezve. Egy ilyen elrendezésben három füvóka úgy helyezhető el, hogy a középsőhöz képesti szögtávolságuk 45°. Ebben az elrendezésben a fúvókák előre irányulnak 10-15° szöget bezárva a fúrófej középvonalával. A fúvókák kilépő nyílása a középvonalon kívül van, de azzal párhuzamosan. Különösen előnyös az az elrendezés, amelynél a hátrafelé irányított fúvókák legalább egyikének fúvókajárata és legalább előre irányított fúvókacsatomájának a középvonala egy síkban fekszik a fúrófej középvonalával. Ebben a jellegzetes füvókaelrendezésben és a megadott szögek esetében van szükség a legkisebb mennyiségű bentonitra a fúráshoz, és ez egyes felhasználások esetében előnyös lehet.

A találmányt a továbbiakban a mellékelt rajzon bemutatott példakénti kiviteli alak kapcsán ismertetjük részletesen. A rajzon:

az 1. ábra a találmány szerinti fúrófej hosszmetszete, a 2. ábra a találmány szerinti fúrófej elölnézete, a 3. ábra a találmány szerinti fúrófej metszete a 2. ábra

A-A vonala mentén, a 4. ábra a találmány szerinti fúrófej metszete a 2. ábra B-B vonala mentén, az 5. ábra a találmány szerinti fúrófej részmetszete a 2. ábra C-C vonala mentén, a 6. ábra a találmány szerinti fúrófej keresztmetszete a

3. ábra D-D vonala mentén.

Az 1. ábra a találmány szerinti 1 fúrófejet mutatja. Az 1 fúrófejben csonkakúp alakú 13 szájjal ellátott központos 10 csatorna van kialakítva, amelybe nagy nyomású folyadék lép be. A központos 10 csatorna majdnem eléri az 1 fúrófej 14 homlokfelületét. Az 1 fúrófej használat közben a füróberendezéssel össze van kapcsolva, és a forgásmerev kapcsolat létrehozására 3 retesz szolgál. Az 1 fúrófej végén 12 menettel van ellátva, amelynél fogva az 1 fúrófej hozzácsavarható a fúróberendezés egyéb részeihez. A központos 10 csatornának az 1 fúrófej 14 homlokfelületéhez közel eső végső tartományához két fúvókarendszer 21 és 41 fúvókajáratai kapcsolódnak. Az első fúvókarendszer előre irányított 2 füvókákat tartalmaz, amelyek kilépő nyílása az 1 fúrófej 14 homlokfelületén van a központos 10 csatorna vonalán kívül. A második fúvókarendszer hátrafelé irányított 4 fúvókákat foglal magában, amelyek kilépő nyílása szembe mutat az 1 fúrófej tulajdonképpeni haladási irányának. Bizonyos szöget, például 15° értékű szöget zárnak a központos 10 csatorna középvonalával. Az 1 fúrófejben a 4 fúvókákat befogadó 43 süllyesztők van kiképezve. Mindkét fuvókarendszerben olyan 2, 4 füvókák használhatók, amelyek ismert módon keményített 22, 42 füvókaszájjal vannak ellátva. Az első fúvókarendszer 21 fúvókajárata például 11° alatti irányban áll a központos 10 csatorna középvonalához képest. Az 1 fúrófejnek a 14 homlokfelület felőli alsó tartománya le van sarkítva és 11 vezetőfelületet képez. A fúrás irányának megváltoztatása során ez a 11 vezetőfelület nekifekszik a földnek, és elősegíti a fúrófej stabilizálását.

A 2. ábra az 1. fúrófejet elölnézetben mutatja. Látható, hogy az 1 fúrófej 14 homlokfelületén három 2,2’, 2” van elrendezve. Ezek közül a 2’ és 2” füvókák 45° szög alatt helyezkednek el a középen elrendezett 2 füvókához képest. A 11 vezetőfelület kialakítása azt vonja magával, hogy az 1 fúrófejnek elliptikus metszete van keresztmetszetben.

A 3. ábra az 1. ábra szerinti fürólándzsára helyezhető 1 fúrófejet mutat a 2. ábra A-A vonala mentén vett metszetben. Ez a metszeti kép világosan mutatja, hogy a 21 és 41 füvókajáratok középvonalai, valamint a központos 10 csatorna középvonala egyetlen síkban fekszik.

A 4. ábra az 1 fúrófejet mutatja a 2. ábra B-B vonala mentén elmetszve. A második fúvókarendszer második 4’ füvókájának 41’ fúvókajárata fúrási irányt tekintve visszafelé áll, és összekapcsolódik a központos 10 csatorna végével. Az 1 fúrófej ellipszis alakú keresztmetszete azt vonja magával, hogy a 11 vezetőfelület úgy látszik, mint hogyha meredeken lenne lesarkítva ebben a keresztmetszeti irányban. A 11 vezetőfelület ezen alakja fúrás közben előnyösen határozza meg az irányt.

Az 5. ábra részben nézetben, részben a 2. ábra C-C vonala mentén elmetszve ábrázolja az 1 fúrófejet. Az 1 fúrófejet elfordulás ellen 3 retesz rögzíti, amely reteszhoronyban van elrendezve. Hasonlóan a társított első fúvókarendszer fúvókajárataihoz, a 21 ’ füvókajárat a központos 10 csatorna alsó végébe nyílik, de nem egészen a végén.

A 6. ábra a 3. ábra szerinti fúrófejet mutatja a D-D vonala mentén elmetszve, ahol is egymástól 120° szögosztásnyira három darab 4, 4’ és 4” fúvóka van elrendezve az 1 fúrófej kerülete mentén. A három 4,4’ és 4” füvóka ily módon való elrendezése lehetővé teszi a fürólándzsa jelentős kerülő irányú mozgását a fúrási irány megváltoztatása közben.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Fúvókás fúrófej föld alatti csatornákat fúró berendezéshez, amely fúrófej saját középvonala körül elforgatható, és

- középvonala mentén fekvő központos csatornát;

- legalább egy előre irányított és a központos csatornával közlekedő és kilépő nyílásával a középvonalon kívül elhelyezkedő íüvókát; és

- a fúrófej homlokfelülete irányában növekvő mértékben lesarkított vezetőfelületet tartalmaz, azzal jellemezve, hogy

- legalább egy további fúvókéval (4, 4’, 4”) van ellátva, amelynek fúvókajárata (41) közlekedik a központos csatornával (10);

- a további füvóka (4, 4’, 4”) a fúrófej oldalnézetét tekintve a homlokfelülettel szemközti vezetőfelület (11) végső tartományának szintjében van;

- a fúvóka (4,4’, 4”) kimeneti nyílása a vezetőfelülettől (11) távköznyire helyezkedik el; és

- a füvóka (4, 4’, 4”) kimeneti nyílása a fúrófej (1) haladási irányával szemben, a fúrófej (1) irányának változtatásához a füvóka (4, 4’, 4”) szintje mögött térközt kimélyítő irányban és helyzetben van.
2. Az 1. igénypont szerinti fúrófej, azzal jellemezve, hogy a további füvóka (4, 4’, 4”) a fúrófej (1) haladási irányával ellentétesen, mintegy 15° szöget zár be a fúrófej (1) középvonalával.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti fúrófej, azzal jellemezve, hogy a fúrófej (1) haladási irányával szemben irányított több füvókát (4, 4’, 4”) tartalmaz, amelyek a középvonalhoz képest egymáshoz egyenlő szögtávolságra vannak elhelyezve.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti fúrófej, azzal jellemezve, hogy három, a fúrófej (1) haladási irányával szemben irányított fúvókét (4,4’, 4”) tartalmaz.
5. Az IN. igénypontok bármelyike szerinti fúrófej, azzal jellemezve, hogy több előre irányított fúvókát (2, 2’, 2”) tartalmaz, amelyek az egyik füvókához (2) képest szimmetrikus szögtávolságban vannak elrendezve.
6. Az 5. igénypont szerinti fúrófej, azzal jellemezve, hogy három előre irányított fúvókét (2, 2’, 2”) tartalmaz, és közülük két fúvóka (2’, 2”) a középen levő füvókához (2) képest 45° szögtávolságban van elrendezve.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti fúrófej, azzal jellemezve, hogy a füvókák (2,2’, 2”) a fúrófej (1)

HU215 218Β középvonalához képest előre irányulva azzal 10-15° szöget zárnak be, és ezen fúvókák (2, 2’, 2”) a központos csatorna (10) középvonalán kívül és azzal párhuzamosan vannak elrendezve.
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti fúrófej, azzal jellemezve, hogy legalább az egyik fúrófej (1) haladási irányával szembe irányított füvóka (4) fúvókajáratának (41) középvonala, valamint legalább az egyik előre irányított füvóka (2) fuvókajáratának (21) középvonala egy síkban fekszik a központos csatorna

5 (10) középvonalával.