DE1629966B1 - Gesteinsflammbohrer - Google Patents
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Description
1 2
Die Erfindung betrifft einen Gesteinsflammbohrer, liegenden Erfindung und für den bisher bekannten
dessen Einsatzstück eine innere Verbrennungskam- Injektortyp.
mer und einen Injektor für die Zufuhr einer verbrenn- Entsprechend den Figuren enthält der Gebaren
Mischung von flüssigem Treibstoff und einem steinsflammbohrer der vorliegenden Erfindung ein
Oxydationsmittel zu dieser Verbrennungskammer be- 5 Einsatzstück N, das seinerseits eine innere Verbrensitzt,
wobei der Injektor in eine Vertiefung an der nungskammer C umfaßt, die durch eine erste, längs-Eintrittsstelle
der Zufuhrleitung in die Brennkammer gerichtete Rohre O mit einem Oxydationsmittel, z. B.
eingelassen ist und einen axialen Durchgang für den Sauerstoff, und durch eine zweite, parallel zur Röhre O
flüssigen Treibstoff besitzt, der am unteren Ende ver- verlaufende, längsgerichtete Röhre K mit einem
schlossen ist und radiale Durchgänge zu längsgerich- io Brennstoff, z. B. Leuchtpetroleum, gespeist wird. Der
teten Rillen auf def Oberfläche des Injektors auf- Brennereinsatz iV besteht vorzugsweise aus einem Meweist,
die eine Anzahl Kanäle bilden, welche an einem tall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z.B.
Ende mit einer ringförmigen Verteilungskammer für Kupfer oder Bronze.
das Oxydationsmittel verbunden sind und am anderen Ein Stahlmantel S ist an seinem hinteren Ende mit
Ende in die Verbrennungskammer münden. 15 einem längsgerichteten Wasserrohr W verschraubt,
In der USA.-Patentschrift 2794 620 wird ein das beide Röhren O und K umhüllt, und erstreckt
Gesteinsflammbohrer beschrieben, bei dem flüssiger sich mit seinem vorderen Ende über das Brenner-Treibstoff
und eine oxydierende Substanz durch einen einsatzstück N, das es bis auf ein kleines Stück an der
Injektor der Verbrennungskammer zugeführt werden, Spitze überdeckt.
der in eine axiale Vertiefung am hinteren Teil der ao Längs der Außenseite des Mantels S erstrecken
Verbrennungskammer eingebaut ist. Der Injektor be- sich Zähne (Backen) T1 und T2, die diesen so weit
sitzt eine flache Endfläche, die eine Ebene mit dem überragen, daß sie etwa mit der Spitze des Brenner-Eingang
der Verbrennungskammer bildet, und eine einsatzstücks N abschließen, um Gesteinsschutt zu
axiale Bohrung, die durch radial angeordnete Öffnun- zermahlen oder zu zerkleinern und um das Bohrloch
gen mit den Längsrillen auf der peripherischen Ober- 25 abzugrenzen.
fläche des Injektors verbunden ist. Die gerillte Ober- Alle drei Röhren W, O und K setzen sich rückwärfläche
bildet zusammen mit der Wand der Vertiefung tig bis zu einem Kugelgelenk fort (nicht gezeigt), über
eine Anzahl von Kanälen, die an ihren oberen Enden das die Brennstoff-, Sauerstoff- und Wasserzufuhr zu
mit einer ringförmigen Sauerstoffverteilungskammer den entsprechenden Röhren läuft und das gleichzeitig
verbunden sind und an ihren unteren Enden in die 30 erlaubt, die Röhren, den Mantel und das Brenner-Verbrennungskammer
führen. Der Sauerstoff, der einsatzstück N während der Bohrung eines Lochs
durch die Rillen fließt, mischt sich mit dem Treib- im Gestein als eine Einheit zu rotieren,
stoff, der durch die radial angeordneten Öffnungen Das Brennereinsatzstück N besteht aus einem zyeintritt, mit dem Ergebnis, daß die Verbrennungs- lindrischen Kopfstück 11 mit einem ringförmigen kammer mit einer vorgemischten brennbaren Mi- 35 Flansch 13 an seinem oberen Ende, der gegen den schung gespeist wird. unteren Teil des Wasserrohres W paßt und daran fest-
stoff, der durch die radial angeordneten Öffnungen Das Brennereinsatzstück N besteht aus einem zyeintritt, mit dem Ergebnis, daß die Verbrennungs- lindrischen Kopfstück 11 mit einem ringförmigen kammer mit einer vorgemischten brennbaren Mi- 35 Flansch 13 an seinem oberen Ende, der gegen den schung gespeist wird. unteren Teil des Wasserrohres W paßt und daran fest-
Die Hauptaufgabe der Erfindung ist ein Gesteins- geschraubt ist. Wasserdurchlässe 15 befinden sich in
flammbohrer, der eine Treibstoffeinsprühvorrichtung dem Flansch 13, um Kühlwasser aus dem Rohr W
besitzt, die es möglich macht, den Treibstoff in der in die ringförmige Wasserkammer 17 zwischen dem
Verbrennungskammer mit einem größeren Wirkungs- 40 Brennereinsatzstück N und dem Mantel S zu führen,
grad und für einen weiteren Bereich des Sauerstoff- Kreisförmige Wasserdurchlässe 31 im Kopfstück 11
Brennstoff-Verhältnisses zu verbrennen, als es bisher führen Wasser aus der Kammer 17 in entsprechend
möglich war. gelagerten Führungen in der Wand des Brennerein-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- satzstücks zu kreisförmigen Öffnungen (nicht gezeigt),
löst, daß sich die radialen Durchgänge des Injektors 45 die sich in dem Teil des Einsatzstückes befinden, das
von einer Stelle, welche in die Verbrennungskammer von dem Mantel umhüllt wird,
hineinragt, nach rückwärts erstrecken. Zwei parallele Längsbohrungen 19 und 21 erstrek-
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch ge- ken sich vom oberen Teil her in das Kopfstück 11,
kennzeichnet, daß der Injektor ein konisches Vor- um die Zufuhrleitungen K und O für Brennstoff und
derstück mit abgerundeter Spitze besitzt. Hierbei kann 50 Sauerstoff aufzunehmen. Eine exzentrisch gelagerte
die abgerundete Spitze des Injektors eine Anzahl von Sauerstorfleitung 23 führt von der Bohrung 21 zu
Austrittsöffnungen besitzen, die mit der axialen Boh- einer Öffnung in der vorderen Fläche des Kopfstücks
rung des Injektors verbunden sind. 11, die ihrerseits den Sauerstofffluß in eine konische,
Die Zeichnungen erläutern eine Ausführungsform axiale Gegenbohrung 26 leitet. Die Gegenbohrung
der Erfindung. Es zeigt 55 befindet sich in einem Ansatzmantel 29, der über den
F i g. 1 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil unteren Teil des Kopfstücks 11 geschraubt ist. Eine
eines Gesteinsflammbohrers gemäß der Erfindung, Brennstoffleitung 25 ist durch eine geneigte Leitung
F i g. 2 einen vergrößerten Längsschnitt der Brenn- 28 mit der Bohrung 19 verbunden und führt zu einer
stoff-Injizierungsvorrichtung innerhalb des in Fig. 1 axial gelagerten, von innen verschraubten Öffnung27
gezeigten Flammbohrers, 60 in der vorderen Fläche des Kopfstücks 11.
Fig. 3 eine Aufsicht auf die in Fig. 2 gezeigte Der Brennstoffinjektor in dem erfindungsgemäßen
Brennstoff-Injizierungsvorrichtung vom unteren Ende Brenner erstreckt sich von der Schraubverbindung
her, 27 am vorderen Teil der Verbindung 25 in den Hohl-
Fig. 4 eine perspektivische Abbildung der Brenn- raum der Verbrennungskammer hinein. Der verlän-
stoff-Injizierungsvorrichtung, 65 gerte Brennstoffinjektor F besitzt ein konisches Vor-
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Verbren- derstück30, das in eine abgerundete Spitze ausläuft
nungswirksamkeit als Funktion des Sauerstoff-Brenn- und dadurch wie die Spitze eines Geschosses aussieht.
stoff-Verhältnisses für den neuen Injektortyp der vor- Der Injektor besitzt ferner eine axiale Längsbohrung
32, die von dem hinteren Ende des Injektors bis zu
einem Punkt kurz vor der Oberfläche 34 der Spitze verläuft. Eine Anzahl von Bohrungen 35 erstrecken
sich von dem vorderen Ende der Längsbohrung 32 nach hinten zu einer Anzahl von Entladungsöffnungen
36 an der Oberfläche des Injektorkörpers. Diese Öffnungen sind nach oben geneigt, um den flüssigen
Brennstoff in entgegengesetzter Richtung zum Strom des Oxydationsmittels zu entladen, wie später noch
beschrieben werden wird. Die Entladungsöffnungen 36 sind auf die Längsrillen 37 auf der Oberfläche
des Injektorkörpers ausgerichtet. Diese Rillen bringen den Sauerstoff von den Gegenbohrungen 26 in einer
Anzahl von axialen Strömen mit hoher Geschwindigkeit in Berührung mit dem Heizöl, das aus den nach
oben gerichteten Entladungsöffnungen 36 ausströmt. Die sich daraus ergebende brennbare Mischung wird
durch den geschoßförmigen vorderen Teil des Injektorkörpers in eine allmählich konvergierende, konische
Form der Verbrennungskammer des Brenners geleitet.
Ein Teil der Wärme in der Verbrennungskammer wird dazu benutzt, das Heizöl im vorderen Teil der
Bohrung 32' sowohl als auch in den Durchlässen 35 vorzuheizen. Dies verursacht eine sehr heiße und sehr
wirksame Verbrennungsreaktion. Die heißen Produkte der Verbrennungsreaktion verlassen den Brenner
durch die Öffnungen 71 und 83 und werden gegen das zu bearbeitende Gestein gerichtet.
Während die bisher bekannten Brennstoflünjektoren am wirksamsten nur bei etwa stöchiometrischen
Sauerstoff-Brennstoff-Proportionen arbeiten, wurde gefunden, daß der erfindungsgemäße Injektor eine
maximale Wirksamkeit über einen sehr großen Bereich von Sauerstoff-Brennstoff-Proportionen ergibt.
Diese Charakteristik wird in Fig. 5 an einem Gesteinbearbeitungsbrenner
mit etwa 283 m3/Std. Sauerstoffdurchsatz illustriert.
Wie man aus der Darstellung ersehen kann, vermag der Brenner bei einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis
zwischen 3,2 und 4,0 nahe der maximalen Wirksamkeit zu arbeiten, wenn er mit dem Treibstoffinjektor
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist (Kurve A), dagegen muß bei dem gleichen Brenner
innerhalb eines schmalen Bereichs in der Nähe des Verhältniswertes 4,0 gearbeitet werden, um einen
maximalen Wirkungsgrad der Verbrennung zu erhalten, wenn ein Injektor der bisher bekannten Bauart
verwendet wird (Kurve B). Die Möglichkeit, mit einem Brenner in der Nähe des maximalen Wirkungsgrades
der Verbrennung über einen großen Bereich des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses zu arbeiten,
bedeutet einen wichtigen Vorteil, da dadurch die Notwendigkeit für eine genaue Kontrolle der Betriebsflüssigkeiten
entfällt und die Kosten für die Kontrollgeräte auf einem Minimum gehalten werden.
Obgleich der größte Teil des Heizöls vorzugsweise durch die öffnungen 36 entlassen wird, ist es sehr
vorteilhaft, daneben einen kleinen Anteil des Brennstoffs durch eine Anzahl von Bohrungen 38 in Richtung
des Sauerstoffstromes zu entlassen, die sich in Abständen voneinander auf der vorderen Fläche des
Injektorkörpers befinden. Es wurde festgestellt, daß dadurch die Betriebsdauer des Injektors bedeutend
erhöht wurde, was durch die Kühlwirkung des flüssigen Treibstoffs an der vorderen Fläche des Injektorkörpers
bewirkt wird.
Um die Wirksamkeit des Injektors gemäß dieser Erfindung zu demonstrieren, wurde ein Gesteinsbohrtest
mit einem 452m3/Std. Sauerstoff-Durchsatzbrenner
durchgeführt, der abwechselnd einen Brennstoffinjektor gemäß dieser Erfindung und einen
Injektor der bisherigen Bauart mit einer ebenen Vorderseite und kreisförmig angeordneten Austrittsöffnungen besaß. Das Gestein, an dem gearbeitet
wurde, war in jedem Fall magnetischer Takonit. Bei den gleichen Durchsatzbedingungen wurden
0,555 mVStd. Gestein mit dem Brenner entfernt, wenn er mit dem bisher bekannten Injektor ausgestattet
war, und 0,69 m3/Std. Gestein wurden entfernt,
wenn der Brenner mit dem Injektor der vorliegenden Erfindung arbeitete.
Claims (3)
1. Gesteinsflammbohrer, dessen Einsatzstück eine innere Verbrennungskammer und einen Injektor
für die Zufuhr einer verbrennbaren Mischung von flüssigem Treibstoff und einem Oxydationsmittel
zu dieser Verbrennungskammer besitzt, wobei der Injektor in eine Vertiefung an der
Eintrittsstelle der Zufuhrleitungen in die Brennkammer eingelassen ist und einen axialen Durchgang für den flüssigen Treibstoff besitzt, der am
unteren Ende verschlossen ist und radiale Durchgänge zu längsgerichteten Rillen auf der Oberfläche
des Injektors aufweist, die eine Anzahl Kanäle bilden, welche an einem Ende mit einer
ringförmigen Verteilungskammer für das Oxydationsmittel verbunden sind und am anderen Ende
in die Verbrennungskammer münden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die radialen
Durchgänge (35) des Injektors (F) von einer Stelle, welche in die Verbrennungskammer (C) hineinragt,
nach rückwärts erstrecken.
2. Gesteinsflammbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (F) ein
konisches Vorderstück (30) mit abgerundeter Spitze (34) besitzt.
3. Gesteinsflammbohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgerundete
Spitze (34) des Injektors (F) eine Anzahl von Austrittsöffnungen (38) besitzt, die mit der axialen
Bohrung (32) des Injektors (F) verbunden sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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