CN109604661B - 双头钻孔设备和用于产生钻孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于钻杆的双头钻孔设备，所述钻杆具有外管和至少部分地在所述外管内部延伸的内杆，所述双头钻孔设备具有：第一驱动单元，所述第一驱动单元用于以旋转的方式驱动所述内杆；以及第二驱动单元，所述第二驱动单元用于以旋转的方式驱动所述外管。根据本发明实现了：为了可释放地夹持所述内杆，提供第一夹持头和第二夹持头；并且这两个夹持头相对于彼此以可轴向移位的方式被支撑。此外，本发明还包括使用这种双头钻孔设备来产生钻孔的方法。

Description

双头钻孔设备和用于产生钻孔的方法

技术领域

本发明涉及根据本申请所述的用于钻杆的双头钻孔设备，该钻杆具有外管和至少部分地在外管内部延伸的内杆，该双头钻孔设备具有用于以旋转的方式驱动内杆的第一驱动单元和用于以旋转的方式驱动外管的第二驱动单元。

本发明还涉及根据本申请所述的用于产生钻孔的方法，在该方法中，钻杆经由双头钻孔设备被设置成旋转以及轴向移动，所述钻杆具有外管和至少部分地在所述外管内部延伸的内杆。

背景技术

从DE102006059171B3公知通用的钻孔设备。这种公知的钻孔设备具有用于驱动外管的第一驱动器。第一驱动单元具有环形设计，其中内杆突出通过第一驱动单元直到第二驱动单元，该第二驱动单元以旋转的方式驱动内杆。借助定位缸，后部的第二驱动单元相对于前部的第一驱动单元可轴向移动，使得内杆相对于外管可被轴向调节。该轴向调节由定位缸的冲程长度限制。

从EP1936109A1可得到用于具有外管和内杆的钻杆的旋转驱动装置。在该旋转驱动装置中，用于外管的旋转驱动单元和用于内杆的旋转驱动单元相对于彼此以轴向固定的方式被设置。内杆突出通过两个驱动单元并且利用后端支撑在终端轴承壳体内。借助定位缸，后部的轴承壳体以及因此内杆相对于外管可轴向移动并且因此被调节。在这种装置中，内杆的轴向可调节性也由定位缸的冲程长度限制。

从EP2295645B1公知具有螺旋钻的钻孔设备。该螺旋钻被固定到延长杆上，该延长杆突出通过单个钻孔驱动器，在这种情况下，延长杆被设计用于从钻孔驱动器传递扭矩到钻孔工具。

从EP 2236734 B1可得到用于双头钻孔的驱动单元，其中可通过调节装置来设置钻杆的外管和内管之间的角位置。

在双头钻孔中，内杆相对于外管的轴向相对调节在某些情况下被证明是有优势的。例如在多沙的或者不稳定的土地的情况下，可能有利的是，为了支撑孔眼，外管在具有内部钻孔工具的内杆前面行进。然而，在其他情况下可能有意义的是，具有内部钻孔工具的内杆最初在外部钻管前面行进。尤其是在土地具有成层结构的情况下，可能有必要的是，在上部区域中通过钻管来支撑孔眼，而在具有较大稳定性的较深的地层中，仅仅经由具有内部钻孔工具的内杆来钻孔可能就已足够。

发明内容

本发明基于提供一种双头钻孔设备和与其相关的钻孔方法的目的，使用该装置和该方法，可实现双头钻孔的特别高的通用性。

根据本发明，该目的通过具有本申请基本方案的特征的双头钻孔设备和通过具有本申请基本方案的特征的用于产生钻孔的方法来实现。

在相应的优选方案中阐述本发明的优选实施例。

根据本发明的双头钻孔设备的特征在于，为了可释放地夹持内杆，提供第一夹持头和第二夹持头，并且其特征还在于，这两个夹持头相对于彼此以可轴向移位的方式被支撑。

本发明的基本构思可被认为在于如下事实，在双头钻孔设备中，提供内杆的可释放的夹持。为此，提供第一夹持头和第二夹持头，它们相对于彼此以可轴向移位的方式被支撑。借助以可轴向移位的方式被支撑的至少一个夹持头，因此可实现轴向位移，由于设置了两个夹持头，该轴向位移可被重复地或者逐步地执行。因此，即使在双头钻孔设备上具有有限的构造空间，也可实现内杆相对于外管的几乎任何轴向调节。具体地，可这样使用内杆，所述内杆突出通过两个环形驱动单元并且从驱动装置向后突出多达数米。原理上，甚至可能的是，在内杆的端部处附接额外的延长部件，使得在根据本发明的双头钻孔设备中，内杆相对于外管的几乎任何轴向位移都是可能的，所述内杆具有附接到其上的内部钻孔工具，所述外管通常为钻管。

本发明的优选实施例存在于如下事实，两个夹持头可独立于彼此被致动，以用于交替地夹持内杆。通过交替的致动始终保证了，内杆被轴向固定。这阻止了在将内杆引入竖直或者倾斜的孔眼中或者从其取出期间内杆的滑脱。具体地，在第二夹持头已到达结束位置并且被重置到开始位置时，内杆由第一夹持头夹持。

根据本发明的进一步发展，有利的是，第一夹持头被牢固地设置在第一驱动单元上并且第二夹持头相对于第一驱动单元以可轴向移位的方式被支撑。第一夹持头可构成在第一驱动单元和内杆之间的扭矩传递连接件。该驱动单元可优选地包括具有相应齿轮传动装置的液压驱动器。在内杆以旋转的方式被驱动时，第一夹持头以防扭矩的方式被连接到内杆，而第二夹持头从内杆被释放。然而，对于移位操作，第一夹持头从内杆被释放而第二夹持头以力锁定的方式被连接到内杆，使得第二夹持头可与内杆一起被轴向移位。

根据本发明的进一步发展，特别有利的是，为了移位第二夹持头，提供至少一个移位缸。优选地，提供两个或者更多个移位缸。移位缸可具体地被液压致动。

本发明的另一优选实施例在于如下事实，提供至少一个线性引导件，第二夹持头沿着该线性引导件被引导。该线性引导件可从第一驱动单元后部沿平行于内杆轴线的向后方向延伸。该线性引导件用于固持和/或防扭转地保护可移位的第二夹持头。

根据本发明的实施例变体，特别有利的是，在夹持状态中，第二夹持头被设计成以轴向固定且可旋转的方式固持内杆，以用于来自第一驱动单元的扭矩的扭矩传递。为了实现扭矩传递，第一夹持头与内杆夹持。在这种状态中，然后第二夹持头可从内杆被释放。

此外，有利的是，在夹持状态中，第二夹持头被设计成以轴向固定且防扭矩的方式固持内杆。当第二夹持头与内杆夹持时，不会发生扭矩传递。为了使得第二夹持头连同被夹持的内杆移位，从内杆释放第一夹持头，使得第二夹持头然后被轴向移位，这优选地使用移位缸实现。

基本上，可以任何合适的方式设计夹持头，以便建立与内杆的力锁定和/或形状配合的连接。根据本发明的实施例变体，尤其有利的是，第一夹持头和/或第二夹持头具有用于内杆的力锁定夹持的至少一个夹持缸。夹持缸或者卡紧缸被特别地横向于内杆导向或者具有卡紧楔或卡紧锥。优选地，也可在一个夹持头上设置两个或者更多个夹持缸。

根据本发明的进一步发展，特别有利的是，第二夹持头具有环形设计，该环形设计具有用于内杆的通道开口，其中经由第二夹持头，内杆可优选地被移入第一驱动单元或者移出第二驱动单元。因此，该内杆可沿向后方向突出通过环形的第二夹持头高达8米或者更多米。尤其在内杆上具有向前行进的钻孔工具（例如钻孔螺旋钻）的情况下，因此钻孔工具可在外杆前面行进高达数米。突出通过夹持头的内杆被优选地设计成所谓的方钻杆（“Kelly rod”），其在外部具有驱动键以用于扭矩传递。为了实现扭矩传递，这些驱动键可与环形驱动单元上的相应键操作性连接。

根据本发明的双头钻孔设备不仅可被用于双头钻孔中，还可用于其他钻孔方法，例如叠式钻孔。

本发明还包括具有运载车和桅杆或者安装件的钻孔装置，双头钻孔设备沿着该运载车和桅杆或者安装件以可移位的方式被引导，如在上文阐述的，该双头钻孔设备根据本发明进行设计。特别地，钻孔装置可被用于在土地中产生钻孔桩。钻孔装置的运载车通常具有大致竖直导向的桅杆，双头钻孔设备沿着该桅杆以可竖直移位的方式被引导。此外，根据本发明的双头钻孔设备也可用在空间可调节的安装件上，如在例如所谓的锚钻装置中所使用的。

此外，本发明包括用于产生钻孔的方法，在该方法中，具有外管和至少部分地在外管内部延伸的内杆的钻杆经由双头钻孔设备被设置成旋转和轴向移动，如上文所述的。通过根据本发明的该方法，能实现上文所述的优点。

根据本发明的方法的优选实施例在于如下事实，为了移位内杆，该内杆由第二夹持头夹持，第一夹持头从内杆被释放并且第二夹持头连同被夹持的内杆被轴向移位。这样，利用第二夹持头有可能实现内杆的安全和逐步的移位，在这种情况下，第一夹持头构成当第二夹持头从内杆再次被释放以便从结束位置返回至用于另一移位步骤的开始位置时的掉落防护。

为了以可旋转的方式驱动内杆，使用第一夹持头夹持内杆。在第一夹持头的夹持之后，第二夹持头从内杆被释放。借助第一驱动单元，则扭矩可经由单独的扭矩驱动设备施加到内杆或者直接经由夹持头施加到内杆。

附图说明

在下文中通过在附图中示意地示出的优选实施例进一步阐述本发明。

图1示出了根据本发明的双头钻孔设备10的侧视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的双头钻孔设备10的侧视图。该双头钻孔设备具有溜座40，双头钻孔设备10利用该溜座可沿着钻孔装置的桅杆（未示出）线性地移动。根据本发明的双头钻孔设备包括第一驱动单元12和第二驱动单元14。第二驱动单元14被设计具有环形驱动法兰16，万向旋转接头18附接到该环形驱动法兰上。在旋转接头18上固定有也被称为钻管的外管，出于简明的原因外管未被示出。经由第二驱动单元14，未描述的外管可以旋转的方式被驱动以便被钻进土地中。

第一驱动单元12被设计用于驱动圆筒形的内杆50。内杆50突出通过具有环形驱动单元12、14的双头钻孔设备10。在内杆50的所示出的前端上设置有多边形连接件52，诸如钻孔螺旋钻或者钻孔铲斗的钻孔工具可被可释放地固定到该多边形连接件上。内杆50可以是具有内管的管形设计，以通过该内管将诸如混凝土或者其他硬化物质引入所产生的孔眼中。

两个驱动单元12、14具有环形驱动轮以用于将扭矩传递至内杆50或者外管。扭矩由向后设置的液压马达20产生，所述液压马达经由齿轮传动设备21将扭矩传递至两个驱动单元12、14的驱动轮。两个驱动单元12、14通过至少一个连接棒38被牢固地连接到彼此。替代性地，两个驱动单元12、14经由轴向的定位缸还可相对于彼此轴向移动。

为了实现内杆50相对于外管的轴向移动，在第一驱动单元12的后端设置有环形第一夹持头22。在夹持状态中，第一夹持头22可固持内杆50以使其被轴向固定但可绕钻孔轴线11旋转。此外，与第一夹持头轴向间隔开地设置有第二夹持头24，其可以轴向固定且防扭矩的方式来夹持内杆50。第二夹持头24可优选地具有环形设计或者其他设计。

当第二夹持头24进行夹持并且第一夹持头22被释放时，第二夹持头24和被夹持的内杆50一起经由移位缸30可在开始位置和结束位置之间被轴向移位。在该过程中，第二夹持头24由引导靴35沿着棒状线性引导件34以防扭矩的方式被引导。

因此，根据移位缸30的冲程，内杆50和第二夹持头24一起可被轴向移位。之后，第二夹持头24可被再次释放并且返回到开始位置。在该返回运动过程中，内杆50可由第一夹持头22夹持并且固定在该位置。之后，可通过第二夹持头24进行重新夹持，在这种情况下，第一夹持头22从内杆50被再次释放。之后，第二夹持头24利用移位缸30可再次执行移位步骤。

采用这种方法，突出通过两个驱动单元12、14和两个夹持头22、24的几乎任何长度的内杆50可被用于双头钻孔。通过内杆50相对于外管的重复的逐步的移位，钻孔工具可相对于外管的下端在前面行进几乎任何长度。

Claims (12)

1.一种用于钻杆的双头钻孔设备，所述钻杆具有外管和至少部分地在所述外管内部延伸的内杆，所述双头钻孔设备包括：

- 第一驱动单元，所述第一驱动单元用于以旋转的方式驱动所述内杆；以及

- 第二驱动单元，所述第二驱动单元用于以旋转的方式驱动所述外管；

其中，

为了可释放地夹持所述内杆，提供第一夹持头和第二夹持头；并且

这两个夹持头相对于彼此以可轴向移位的方式被支撑。

2.根据权利要求1所述的双头钻孔设备，

其中，

这两个夹持头能够独立于彼此被致动，以用于交替地夹持所述内杆。

3.根据权利要求1所述的双头钻孔设备，

其中，

所述第一夹持头被牢固地设置在所述第一驱动单元上；并且

所述第二夹持头相对于所述第一驱动单元以可轴向移位的方式被支撑。

4.根据权利要求1所述的双头钻孔设备，

其中，

为了移位所述第二夹持头，提供至少一个移位缸。

5.根据权利要求1所述的双头钻孔设备，

其中，

提供至少一个线性引导件，所述第二夹持头沿着所述线性引导件被引导。

6.根据权利要求1所述的双头钻孔设备，

其中，

在夹持状态中，所述第一夹持头被设计成以轴向固定且可旋转的方式固持所述内杆，以用于传递来自所述第一驱动单元的扭矩。

7.根据权利要求1所述的双头钻孔设备，

其中，

在夹持状态中，所述第二夹持头被设计成以轴向固定且防扭矩的方式固持所述内杆。

8.根据权利要求1所述的双头钻孔设备,

其中，

所述第一夹持头和/或所述第二夹持头具有至少一个夹持缸，以用于所述内杆的锁定夹持。

9.根据权利要求1所述的双头钻孔设备，

其中，

所述第二夹持头采用具有用于所述内杆的通道开口的环形设计，其中经由所述第二夹持头，所述内杆能够被逐步地移入所述第一驱动单元或者移出所述第二驱动单元。

10.一种钻孔装置，所述钻孔装置包括：

桅杆或者安装件，双头钻孔设备沿着所述桅杆或者安装件以可移位的方式被引导，

其中，

提供了根据权利要求1所述的双头钻孔设备。

11.一种用于产生钻孔的方法，在所述方法中，钻杆经由根据权利要求1所述的双头钻孔设备被设置成旋转以及轴向移动，所述钻杆具有外管和至少部分地在所述外管内部延伸的内杆。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中，

为了移位所述内杆，所述内杆由所述第二夹持头夹持；

所述第一夹持头从所述内杆被释放；并且

所述第二夹持头连同被夹持的所述内杆被轴向移位。

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