FI91013B - Menetelmä ja laite käänteisvirtauksisen iskuporauksen suorittamiseksi - Google Patents

Description

91013

Menetelmä ja laite käänteisvirtauksisen iskuporauksen suorittamiseksi. - Förfarande och anordning för utförande av växelströmsslagborrning.

Keksinnön kohteena on menetelmä suorittaa käänteisvirtauksinen iskuporaus, vasaran ollessa reiän ulkopuolella, terän avulla, joka terä sijaitsee porausputken alapäässä, jonka putken yläpää vastaanottaa vasaran männän iskuvaikutuksen, missä menetelmässä väliainetta ruiskutetaan porausputken ja kehävaipan väliin ja väliaine nousee porausainesten kanssa putken keskikanavan läpi.

Lisäksi keksinnön kohteena on laite toteuttamaan käänteisvirtauksinen iskuporaus, jossa on vasara reiän ulkopuolella, jossa laitteessa on terä sijoitettuna porausputken alapäähän, jonka putken yläpää vastaanottaa vasaran männän iskuvaikutuksen, ja putkea ympäröivä kehävaippa, josta putkesta kehävaippa on erotettu rengasmaisella tilalla, kehävaipan yläosan ollessa liitettynä väliaineen ruiskutuspäähän, minkä yläpuolella ulkonee porausputki varustettuna aukolla väliaineen avulla nostetun porausaineksen poistamiseksi.

Esillä oleva keksintö on olemassa olevan poraustavan uusi sovellutus (iskuporauksen jossa vasara on reiän ulkopuolella) liittyen erityiseen kiertotekniikkaan (kaksoisputken käsittävä käänteiskierto), joita jo käytetään porauksissa mutta aivan eri aloilla, kuten esimerkiksi kolmikartioporauksessa.

On jo kauan osattu porata maata terän avulla, joka on ruuvattu putken alapäähän, jonka kärkeen kohdistetaan samanaikaisesti pintavasaran aiheuttama isku ja pyörähdys.

Sitä mukaan kun poraus etenee ruuvataan putken kärkeen putki-alkioita, joihin porausmekanismi vaikuttaa uudelleeen.

2

Putkea käytetään nesteen ruiskuttamiseksi (ilma, vesi) jonka tehtävänä on terän puhdistaminen, kalliosirpaleiden poistaminen reiän pohjasta ja niiden nostaminen pintaan putken ja maaperän välissä olevan rengasmaisen tilan kautta.

Tällä menetelmällä on kaksi pääasiallista haittaa: - poraussirpaleet kuljettava neste voi likaantua muista, seinämästä nousun aikana irtautuvista siruista, jolloin ei voida uudelleen muodostaa läpikuljettujen maakerrosten järjestystä; - koska putkialkioiden kokoamiseen keskenään käytettävät holkit ulkonevat porauksesta, ne myötävaikuttavat seinämän vahingoittumiseen ja aiheuttavat pysyvän juuttumisvaaran.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on välttää nämä haittapuolet ja aikaansaada paremmanlaatuisia porauksia ja tehdä menetelmästä "poraus jossa vasara on reiän ulkopuolella" varsinainen geologinen tutkintaväline, saamalla läpikuljettavien maaperien hyvän näytteenoton pienemmin kustannuksin kuin perinteisellä kairauksella.

Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että kehävaip-paa pyöritetään sen pohjasta, samaan aikaan kun porausputkea, terän avulla, minkä terän kanssa mainittu pohja voi jäädä po-rausreikään porauksen jälkeen.

Pohjaan joutunut vesi poistuu terän ympärillä puhdistaen po-rauspohjan ja nousee sitten terän keskiöreiästä ja putken sisältä sirpaleiden kanssa pintaan.

Menetelmän tämän uuden sovellutuksen ansiosta sirpaleet nousevat - heti kun ne on otettu (näyte ei likaannu nousun aikana) - hyvin nopeasti (putken sisäleikkaus on pieni) - ilman että holkit musertavat niitä porausta pitkin, jolloin

II

91013 3 saadaan sirpaleita joiden koko helpottaa niiden tunnistamista ja tutkimista.

Keksinnön mukainen porauslaite menetelmän toteuttamiseksi on tunnettu siitä, että kehävaippa on varustettu käyttöelimillä, jotka on sijoitettu terän tasoon, mahdollistaen mainitun vaipan pyörimisen mainitun porausputken kanssa.

Keksinnön erään tunnusmerkin mukaan nämä sirpaleet työnnetään pinnalle joko vasaran akselille neulan toimesta, joka kulkee männän lävitse, tai sivuttain vasaran alta.

Porauslaitteelle on tunnusomaista, että akselinsuuntaisen putken ympärillä on vaipan rajaama rengasmainen tila, joka liittyy vasaran alla veden ruiskutuspäähän ja reiän pohjassa itse terään.

Riippuen siitä, tuleeko geologille toimittaa vuorattu poraus vai ei käytetään kahta erilaista laitetta.

Jos reikä toimitetaan vuoraamattomana, käytetään kaksoisrungon käsittävien, yhtenä kappaleena olevien alkioiden pinoa, jotka koostuu akselinsuuntaisesta putkesta ja kehänsuuntaisesta vaipasta, jonka toinen pää on uroskierteinen ja toinen naaraskierteinen, ja näitä kierteityksiä käytetään kaksoisrungon käsittävien yhtenä kappaleena olevien alkioiden liittämiseen toisiinsa ja niiden saattamiseen pyörintään.

Putki keskitetään vaipan sisälle laitteella, joka jättää vaipan suojaan putken välittämiltä iskuaalloilta ja mahdollistaa tietyn liukumisen putken ja vaipan välillä.

Jos reikä on vuorattava, on edullista käyttää toista laitetta. Akselinsuuntainen putki muodostuu perinteisistä putkimaisista 4 jatkeista joiden kumpikin pää on uroskierteinen ja jotka on koottu keskenään hoikkien avulla.

Kehänsuuntainen vaippa koostuu alkioista, jotka ovat uros-kierteisiä toisesta päästään ja naaraskierteisiä toisesta ja jotka on ruuvattu toisiinsa.

Eri tavalla kuin kaksoisrungon käsittävä yhtenä kappaleena oleva laite, akselinsuuntainen putki ja kehänsuuntainen vaippa liittyvät toisiinsa vain päistään vasaran alla ja terän kohdalla.

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan iskun lisäksi, joka kaikissa tapauksissa välitetään putken toimesta terään, terän saattaminen pyörintään voidaan suorittaa kahdella tavalla; joko putkeen vaikuttavalla vasaralla tai erillisellä pyörähdyskär-jellä joka vaikuttaa vaippaan.

Mitä tulee vaippaan, joka kaikissa tapauksissa etenee terän myötä, se voi seurata sen mukana kahdella tavalla; joko pyörimättä, tai pyörähdyspää tai terään liittyvä laite saattaa sen pyörintään.

Viimeksi mainitussa tapauksessa putkialkioiden kierteitykset ja vaippa-alkioiden kierteitykset on suoritettava vastakkaiseen suuntaan.

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan vasarassa on putkimainen mäntä, jonka läpi kulkee ontto kappale, jonka sisähal-kaisija on sama kuin akselinsuuntaisen putken, jolloin saadaan veden nostamille sirpaleille tarkoin suoraviivainen kulkureitti, niin että ne voidaan ottaa talteen putken ulostulosta vasaran yläpuolella.

li 91013 5 Tällä erikoisrakenteella voidaan, edellyttäen että terää hieman muutetaan, jatkuvasti nostaa kairausnäytteitä jolloin vielä parannetaan läpikuljettujen maaperien näytteenoton laatua.

Oheisen ei-rajoittavana esimerkkinä esitetyn piirustuksen avulla ymmärretään paremmin keksintöä ja sen tuomia etuja.

Kuvio 1 on kaaviomainen pituussuuntainen leikkaus joka esittää keksinnön mukaisen porauslaitteen yläosaa.

Kuvio 2 esittää alapäätä terän kohdalla.

Kuvio 3 esittää kuvion 1 muunnelmaa, jonka avulla voidaan lisäksi ottaa talteen kairausnäytteitä vasaran yläpuolella.

Kuvio 4 kuvaa keskiputken kahden alkion liitosaluetta.

Kuvio 5 esittää akselinsuuntaisen putken ja kehänsuuntaisen vaipan ensimmäisen alkion alaosaa.

Kuvio 6 esittää kehänsuuntaisen vaipan kahden alkion auki ruuvaustapaa.

Kuvio 7 esittää alarakennetta terän alueella.

Kuvio 8 esittää veden ja sedimenttien kiertoa terän alueella.

Kuvio 9 on leikkaus pitkin IX-IX (kuvio 10).

Kuvio 10 esittää terän liitäntää akselinsuuntaisen putken alaosaan ja kehänsuuntaisen vaipan alaosaan.

Kuvio 11 esittää valmista porausta vuorattuna toimitettavana.

6

Kuvio 12 esittää yksityiskohtaisesti mahdollista rakennetta kuvion 1 yläalueella porausasennossa.

Kuvio 13 on poikkileikkaus pitkin XIII-XIII (kuvio 12) ja esittää vapautusavainta.

Kuvio 14 vastaa kuvion 12 toista esitystä ohjausasennossa.

Kuvioissa 1 ja 2 esitetään porauslaitteen kaaviota, jossa on keksinnön mukainen käänteinen virtaus.

Pyörähdysiskuvasarassa 1 on mäntä 2 joka iskee tunnetulla tavalla putken 4 yläkappaleeseen 3 d'. Tämä koostuu putkimaisten jatkeiden sarjasta kuten 5, 6 , 7, 8, 9, jotka on koottu peräkkäin. Tätä varten kunkin jatkeen kärjessä on kierteitetty alue 10 (kuvio 4) ja alaosassa toinen kierteitetty alue 11. Kierteitykset ovat samansuuntaiset ja kokoaminen suoritetaan tunnetulla tavalla ruuvaamalla kaksi vierekkäistä kierteitettyä aluetta 10 ja 11 kierteitettyyn hoikkiin 12 (kuvio 4).

Alapäastään putki (joka koostuu putkimaisista jatkeista) ruuvataan terään 13 kierteitetyn hoikin 14 välityksellä. Hoikissa 14 on erikoisuutena se, että terän vastakkaisella puolella oleva kierteitys on helpompi ruuvata auki kuin yllä mainitut alueet 10 ja 11. Tätä varten voidaan suunnitella - hoikin 14 yläosaan sen kokoamiseksi putken 4 putkimaisen alajatkeen 9 kanssa kierteitys 15, jossa on trapetsinmuotoinen profiili; - hoikin 14 alaosaan sen kokoamiseksi terän 13 kierteytyksen 16 kanssa kierteytys 17 jossa on nauhaprofiili, esimerkiksi eurooppalaisen normin viitteellä R 45 luokiteltua tyyppiä (kuviot 2 ja 7).

Lisäksi terän 13 varsinaisen perustan ja sen uroskierteityksen 16 välille tehdään runkoon kappale 18 jossa on pituussuuntaiset

II

91013 7 hampaat 19. Nämä liukuvat vapaasti akselinsuunnassa (kaksois-nuoli 20, kuvio 2) vastaavien hampaiden 21 välillä, jotka ovat vaipan 23 ala-alkion 24 pään 22 sisäpuolella, joka vaippa on muodostettu ruuvaamalla päät vastakkain alkioita kuten 24, 25, 26, 27, 28 jne. Nämä vaippa-alkiot 24-28 kootaan toistensa jatkeisiin uroskierteityksen 30 ja naaraskierteityksen 31 avulla, jotka on suoritettu vahvistetuille alueille 29. Näiden kierteitysten nousu on vastakkainen kierteitysten 10, 11, 15, 17 nousuun nähden. Toisin sanoen ensin mainituissa on oikeanpuoleinen kierteitys ja viimeksimainituissa vasemmanpuoleinen.

Kun vasara 1 vetää kärjestään porausputkea 4 tämän alaosa vetää uurteilla 19, 21 pyörintään vaipan 23 perustan. Tämän järjestelyn avulla vasaran 1 ohjaama pyörähdys pyrkii kiristämään kaikkia ruuvattuja kookoonpanoja, sekä putken 4 että vaipan 23.

Vaipan 23 sisäseinämässä on keskitysnappulat 32 jakautuneina vahvistetuille alueille 29 ja mahdollisesti vaippa-alkioihin 24-28. Näiden nappuloiden on määrä tukea putken 4 ulkopuolta vastaan siten, että ne rajaavat sen ympärillä rengasmaisen välitilan 33 jossa porausneste kiertää (ilma tai vesi).

Porausnestettä varten järjestettyjen kulkuleikkausten lisäämiseksi suoritetaan edullisesti maaporaan 13 laaja kehänmuo-toinen kaula 34 (kuviot 2, 7, 10) ja pituussuuntaiset jyrsityt kanavat 35.

Hampaiden 19 lukumäärä (esimerkiksi kolme kuviossa 9) on pienempi kuin hoikin 22 hampaiden 21 lukumäärä (esimerkiksi kuusi) jolloin saadaan laajoja veden ja ilman kanavia 36 (esimerkiksi kolme).

Kuvion 1 esimerkissä yläkappaleen 3 yläpuolella on iskupinta 3 ja siinä on sivupoistoaukko 38 joka on yhteydessä porausputken 4 sisätilaan 39.

8

Rengasmaista tilaa 33 tukkii sen yläosassa tiivis ruiskutus-rumpu 40 joka ympäröi putken 4 mutta pysyy eristettynä männän 2 iskulta, ja tila 33 avautuu sivuttain syöttökanavaan 41 joka on liitetty paineilman tai paineenalaisen veden ruiskutusputkeen.

Toiminta on seuraava:

Akselinsuuntaista putkea 4 käytetään välittämään terään 13 iskuaallot ja pyörähdysliikkeet. Syöttökanavasta 41 ruiskutettu neste (ilma tai vesi) laskee rengasmaiseen tilaan 41 ja saapuu kanavien 36, 34, 35 kautta porausalueelle 42 joka on reiän pohjassa, jota se puhdistaa ja poistaa sirpaleet 43. Nämä nostetaan keskitilan 39 kautta ja työnnetään ulos aukosta 38. Siten ei ole vaaraa, että jo läpikuljetut maaperät saastuttaisivat nostettuja sirpaleita.

Porauksen lopussa lukitaan avaimella 44 (kuviot 12 ja 15) vaipan 23 kärki, ja sitten saatetaan putki 4 pyörintään poraukseen 4 noudatettuun suuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan. Kierteitykset löystyvät ja ruuvautuvat auki hoikin 14 kohdalla siten, että vaippa 23 ja pora 13 pysyvät paikoillaan reiässä 45 (kuvio 11) kun putki 4 vedetään ulos. Siten reikä 35 voidaan toimittaa putkella varustettuna.

Rengasmaisen männän lävitse kulkee putkimainen kappale 48 joka jatkaa putkea 4 ylöspäin. Tämän järjestelyn etuna on sedimenttien 4 poistaminen täysin suoraviivaisen kulkureitin mukaan lopulliseen poistoaukkoon 48 saakka. Tämän rakenteen ansiosta voidaan siis ottaa talteen yläaukon 48 kautta sekä sirpaleita että myös kairausnäytteitä joiden avulla voidaan täydellisemmin tutkia maaperiä.

Kuvioissa 12, 14 esitetään kuvioiden 1 ja 2 mukaisen putken 4, vaipan 23 ja vasaran 1 yhdistävän kärkilaitteen mahdollinen toteutusmuoto.

tl

Claims (6)

91013

1. Menetelmä suorittaa käänteisvirtauksinen iskuporaus, vasaran ollessa reiän ulkopuolella, terän (13) avulla, joka terä sijaitsee porausputken (4) alapäässä, jonka putken yläpää (3) vastaanottaa vasaran (1) männän (2, 47) iskuvaikutuksen, missä menetelmässä väliainetta ruiskutetaan porausputken (4) ja kehä-vaipan (23) väliin ja väliaine nousee porausainesten kanssa putken (4) keskikanavan (39) läpi, tunnettu siitä, että kehävaippaa (23) pyöritetään sen pohjasta, samaan aikaan kun porausputkea (4), terän (13) avulla, minkä terän kanssa mainittu pohja voi jäädä porausreikään (45) porauksen jälkeen.

2. Laite toteuttamaan käänteisvirtauksinen iskuporaus, jossa on vasara reiän ulkopuolella, jossa laitteessa on terä (13) sijoitettuna porausputken (4) alapäähän, jonka putken yläpää (3) vastaanottaa vasaran (1) männän (2, 47) iskuvaikutuksen, ja putkea (4) ympäröivä kehävaippa (23), josta putkesta kehävaippa on erotettu rengasmaisella tilalla (33), kehävaipan (23) yläosan ollessa liitettynä väliaineen ruiskutuspäähän (40, 41), minkä yläpuolella ulkonee porausputki (4) varustettuna aukolla (38, 48) väliaineen avulla nostetun porausaineksen (43) poistamiseksi, tunnettu siitä, että kehävaippa (23) on varustettu käyttöelimillä, jotka on sijoitettu terän (13) tasoon, mahdollistaen mainitun vaipan pyörimisen mainitun porausputken (4) kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen porauslaite, tunnettu siitä, että mainittu käyttölaite koostuu pituussuuntaisista hampaista (21), jotka on järjestetty kehävaipan (23) alemman elementin (22) sisäpinnalle ja joihin terän (13) rungon (18) kehällä olevat pituussuuntaiset hampaat (19), joita on pienempi määrä liukuvasti kiinnittyvät, jättäen vapaaksi väliaineen kulkua varten kulkukanavat (36) kehävaipan (23) peräkkäisten hampaiden (21) väliin.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen porauslaite, tunnettu siitä, että peräkkäisten putkimaisten pidennysten (5 - 9), jotka muodostavat porausputken (4) päihin järjestetyt kierteet (10, 11) samoin kuin terän (13) yläpäässä oleva kierre (16), ovat käänteiseen suuntaan kehävaipan (23) muodostavien putkimaisten elementtien (24 - 28) päissä oleviin kierteisiin (30, 31) nähden.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen porauslaite, tunnettu siitä, että vasaran (1) männän (47) lävistää putkimainen kappale (48), joka pidentää ylöspäin porausputkea (4) tarkoituksena sallia ainesten (43) poistaminen suoraviivaista reittiä pitkin ylös poistoaukkoon (48).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen porauslaite, tunnettu siitä, että kehävaipan (23) sisäseinämä on varustettu välikenastoilla (32), jotka tukeutuvat porausputken (4) kehään tarkoituksena rajoittaa selkeästi määritetty rengasmainen tila (33). Il 91013