DE69220014T2

DE69220014T2 - Hydraulische Bohrmaschine mit teleskopierbarem Turm

Info

Publication number: DE69220014T2
Application number: DE1992620014
Authority: DE
Inventors: Davide Trevisani
Original assignee: Soilmec SpA
Current assignee: Soilmec SpA
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2012-12-22
Also published as: DE69220014D1; EP0548900B1; EP0548900A2; EP0548900A3; ES2103878T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Bohrtürmen, insbesondere eine hydraulische Bohrmaschine in Art eines teleskopartig ausziehbaren Bohrturms mit einem System zum Kippen und Steuern der Bohrstangen.
Bei Erdbohrungen sind verschiedene Arten von Bohrmaschinen bekannt, die zum Transport auf einem Lastwagen oder einem Anhänger oder einem halben Anhänger montiert werden und mit unabhängigen Antriebseinheiten zum Drehen eines Schneidwerkzeugs ausgestattet sind, das in der Erde ein Loch bilden oder ein vorher gebildetes Loch vergrößern soll.
Eine herkömmliche Bohrmaschine umfaßt einen auf einem Transportfahrzeug montierten Turm. Während des Transports wird der Turm horizontal auf das Transportfahrzeug gelegt und zum normalen Betrieb durch hydraulische Kolben oder mechanische Systeme in eine vertikale Position gebracht.
Verschiedene Hilfsmittel wie z.B. ein Luftverdichter, Schlammpumpe, Seil- und Dienstwinden usw. sind normalerweise auch auf dem Transportfahrzeug befestigt.
Der Antriebskopf, an dem die Bohrstangen in einer durch die Turmhöhe bestimmten Länge befestigt sind, ist gewöhnlich gleitbar auf dem Turm befestigt.
Um die für das Verbinden der Stangen während des Bohrens erforderliche Ausfallzeit zu reduzieren, ist es deutlich von Vorteil, einen Bohrturm zu verwenden, der die Verwendung der längstmöglichen Stangen erlaubt.
Das Hauptproblem in Zusammenhang mit solchen Bohrmaschinen liegt in ihrem Transport. Wenn ein sehr hoher Turm auf das Transportfahrzeug gelegt wird, ergeben sich ernsthafte Probleme bezüglich Größe und Manövrierbarkeit, und es ist möglich, daß sich der Turm über die durch örtliche Gesetze festgelegten Beschränkungen hinsichtlich Transportgröße hinaus erstreckt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydraulische Bohrmaschine zu schaffen, die einen Turm umfaßt, der die Verwendung von langen Stangen ermöglicht, während er gleichzeitig den Gesamtumriß des Transportfahrzeugs nicht überragt.
Während des Bohrens und Rückholung der Stangen sind die Stangen in einem Schacht enthalten, der unmittelbar an das Bohrloch angrenzt, um einzeln nacheinander von dem Antriebskopf aufgenommen (oder abgelegt) zu werden.
Somit muß der Antriebskopf für jede Stange von seiner senkrechten Position über dem Bohrloch in eine Position über dem Schacht gebracht werden, um zu ermöglichen, daß er eine Stange aufnimmt oder zurücklegt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bohrmaschine zu schaffen, die eine einfache und funktionale Vorrichtung zum Bewegen des Antriebskopfes umfaßt, damit dieser die einzelnen Bohrstangen, wenn nötig, aufnimmt und/oder ablegt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bohrmaschine zu schaffen, in der die Lasten, die auf den Turm wirken, möglichst symmetrisch um die Turmachse angeordnet sind, um Biegebelastungen auf ein Minimum zu reduzieren.
In der US-A-4020909 ist eine Bohrmaschine offenbart, die den vor dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Stand der Technik darstellt.
Die oben genannten und weiteren Aufgaben und Vorteile, die im folgenden noch deutlicher werden, werden erfindungsgemäß durch eine Bohrmaschine der Art erzielt, die einen neigbar auf einem Transportfahrzeug befestigten Bohrturm umfaßt und mit Antriebseinheiten und einem Antriebskopf zum Antreiben der Bohrtstangen ausgestattet ist, wobei der Bohrturm teleskopartig ausziehbar und durch die Wirkung eines hydraulischen Kolbens entlang einer festen Führungssstruktur oder eines Führungsgitters gleitbar ist, wobei der teleskopartig ausziehbare Turm an seinen Enden mit einer Reihe von Rollen ausgestattet ist, um die Bewegung von flexiblen Übertragungsmitteln zu ermöglichen, deren eines Ende mit dem Antriebskopf und deren anderes Ende mit einem Punkt auf der festen Struktur verbunden ist, um einen geschlossenen Ring um den Turm zu bilden; dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskopf über ein gelenkiges vierseitiges Gestänge mit einem starren Rahmen verbunden ist, der gleitbar auf dem teleskopartig ausziehbaren Turm montiert ist, wobei das vierseitige Gestänge aus zwei starren Armen, die gelenkig mit dem Rahmen und dem Kopf verbunden sind, und einem hydraulischen Kolbenmittel besteht, das gelenkig mit dem Rahmen und mit einem der starren Arme verbunden ist, so daß eine Betätigung des Kolbenmittels bewirkt, daß der Kopf eine Dreh-Verschiebebewegung vollzieht.
Im Folgenden wird eine bevorzugte, aber nicht beschränkende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrmaschine mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Bohrmaschine in ihrer Betriebsposition zeigt;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Bohrmaschine in ihrer Transportposition;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines Details der Bohrmaschine in vergrößertem Maßstab,
Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines weiteren Details der erfindungsgemäßen Maschine in vergrößertem Maßstab; und
Fig. 5 ist ein Horizontalguerschnitt auf der Linie V-V von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.
Der Einfachheit halber wird an verschiedenen Stellen in der folgenden Beschreibung auf einzelne Elemente Bezug genommen, die tatsächlich doppelt vorhanden sind, da die anliegenden Zeichnungen meistens eher Seiten ansichten als perspektivische Ansichten sind, so daß ihre Tiefe nicht gezeigt ist.
Auf dieser Grundlage umfaßt eine erfindungsgemäße Bohrmaschine mit Bezug auf Figuren 1 und 2 einen Bohrturm, der als Gesamtes mit 10 bezeichnet ist und der bei 12 drehbar am hinteren Ende eines Transportfahrzeugs 11 befestigt ist, in dem ein Dieselmotor 17 und andere Hilfsvorrichtungen wie z.B. eine Schlammpumpe oder Kompressor 16, eine unabhängige Antriebseinheit 15 und eine Steuerwinde 14 montiert sind. Der Bohrturm 10 kann fast horizontal hingelegt werden, indem man ihn in einer vertikalen Ebene mittels hydralischer Kolben 13 dreht. Wenn er in dieser in Fig. 2 gezeigten Transportposition ist, ruht der Turm 10 mit seiner Vorderseite auf einem geeigneten Rahmen 18 des Transportfahrzeugs 11 und liegt vollständig innerhalb des Gesamtumrisses des Fahrzeugs.
In Fig. 1 sieht man, daß die Bohrmaschine eine Reihe von hydraulischen Stempeln 19 und Stempeln 20 mit Schraubenspindel umfaßt, um sicherzustellen, daß der Bohrturm 10 stabil und vertikal ist.
Erfindungsgemäß umfaßt ein teleskopartig ausziehbarer Turm 22 (Figuren 3 und 5) von rechteckigem Querschnitt in seinem Inneren einen röhrenartigen hydraulischen Kolben 23, der praktisch dieselbe Höhe hat wie der Turm 22.
Erfindungsgemäß ist der Turm 22 in der Lage, innerhalb einer Stützstruktur oder eines Stützgitters 24 zu gleiten, wenn er durch den Kolben 23 gehoben wird. Um das Gleiten des Turms 22 innerhalb des Stützgitters 24 zu erleichtern, sind. eine Reihe von Rollen 21 vorgesehen, die zwischen einander gegenüberliegenden Führungen 25 und 26 angeordnet sind, die mit dem Turm 22 und mit dem Gitter 24 jeweils starr verbunden sind (Fig. 5). Um denselben Zweck zu erfüllen, können auch stattdessen andere gleichwertige mechanische Mittel verwendet werden wie z.B. Führungssysteme mit Gleitschuhen,
Ein Kabel, eine Kette oder ein anderes flexibles Übertragungsmittel 28 führt um Rollen 27 am oberen Ende des Turms 22 herum; sein eines Ende ist bei 29 (Figuren 1 und 3) am Lastwagen 11 befestigt und sein anderes Ende stützt einen Antriebskopf der herkömmlichen Art, der als Gesamtes mit 30 bezeichnet ist und in dem die Bohrstangen (die der Einfachheit halber nicht gezeigt sind) eingespannt sind. Wie man in den Figuren 1 und 2 und in dem Schema der Fig. 4 sehen kann, ist der Antriebskopf 30 an einem Rahmen 31 befestigt, der mittels Rollen 32 auf dem Gitter 24 in vertikaler Richtung gleitbar ist. An diesem Rahmen ist bei 33 (Fig. 3) ein Ende eines zweiten Kabels (oder einer Kette oder eines anderen flexiblen Mittels) befestigt, das um eine Rolle 35, die in der Nähe des unteren Endes des Turmes 22 drehbar befestigt ist, gleitbar ist. Das andere Ende des zweiten Kabels 34 ist an einem festen Punkt bei 36 auf dem Gitter 24 mittels einer Spannvorrichtung 46 befestigt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, stützt der Rahmen 31 den Antriebskopf 30 mittels eines gelenkigen vierseitigen Gestänges, das aus einem Paar starrer Arme 40 und 41 zusammengesetzt ist, die beide sowohl mit dem Rahmen 31 als auch mit dem Kopf 30 drehbar verbunden sind, und das einen hydraulischen Kolben 42 umfaßt, der bei 43 drehbar an dem Rahmen 31 und bei 44 an einer an den Arm 41 angeschweißten Nase 45 befestigt ist.
Fig. 4 zeigt auch, daß das gelenkige vierseitige Gestänge bewirken kann, daß der Antriebskopf 30 eine Dreh-Verschiebebewegung vollzieht. Wenn sich der Kolben 42 ausdehnt, drehen sich die Arme 40 und 41 gegen den Uhrzeigersinn, um den Kopf 30 zu heben und ihn gleichzeitig von der vertikalen Linie a, die der Achse des Bohrlochs entspricht, in die vertikale Linie b (gestrichelt gezeigte Position) zu bewegen, die koaxial mit dem Dienstschacht zum Ablegen oder Aufnehmen der Bohrstangen liegt.
Der Betriebszyklus des Bohrturms 10 ist wie folgt: Fig. 1 zeigt, daß der teleskopartig ausziehbare Turm 22 anfangs in seiner unteren Endposition im Gitter 24 ist, wenn zu den bereits montierten Bohrstangen eine neue (nicht gezeigt) hinzugefügt werden soll. In dieser anfänglichen Konfiguration ist der Kolben 23 vollständig eingezogen und der Turm 22 ist innerhalb des Gitters 24 enthalten, von dem die Rollen 27 nach oben abst ehen.
Mittels einer hydraulischen Schaltung (der Einfachheit halber nicht gezeigt) wird der Kolben 42 des gelenkigen vierseitigen Gestänges veranlaßt, sich auszudehnen und den Antriebskopf 30 in die gestrichelt dargestellte Konfiguration 30' zu bewegen, um zu ermöglichen, daß eine aus dem Serviceschacht entnommene neue Bohrstange eingepaßt werden kann. Mittels einer hydraulischen Hauptschaltung (der Einfachheit halber nicht gezeigt) wird der Kolben 23 veranlaßt, sich auszudehnen mit der Folge, daß der Turm 22 innerhalb des Gitters 24 angehoben wird. Während dieser Bewegung wird der Kopf 30 zweimal so schnell angehoben wie der Turm 22 mit den Rollen 27 und 35.
Wenn der Turm seine obere Endposition erreicht hat (gestrichelt gezeigte Konfiguration in Fig. 1), wird der Kolben 42 zurückgezogen, um den Kopf 30 in koaxiale Position mit dem Bohrloch zurückzudrehen. Nachdem die neuen Bohrstangen mit den bereits montierten verbunden worden sind, wird der Bohrkopf 30 betätigt, um einen neuen Abschnitt zu bohren. Gleichzeitig wird der hydraulische Kolben 23 zurückgezogen mit dem Ergebnis, daß sich der Turm 22 und der Kopf 30 absenkt.
Während dieses Bohrvorgangs ist das Kabel 28 schlaff, wohingegen das zweite Kabel 34 unter Spannung gesetzt wird, um den Kopf 30 durch die Wirkung des Sinkens der Rolle 35 mit dem Turm 22 nach unten zu ziehen.
Wenn der Kopf 30 und damit der Turm 22 sich in ihrer unteren Endposition befinden, wird der Kopf angehalten, um die Verbindung einer weiteren Stange und die Durchführung eines weiteren Bohrzyklus zu ermöglichen.
Um die Bohrstangen aus dem Bohrloch zurückzuziehen, wird die genaue Umkehr des beschriebenen Bohrzyklus durchgeführt.
Wie man sehen kann, liegen die zwei vertikalen Abschnitte des Kabels 28 symmetrisch um die vertikale Achse des Turms 22, mit dem Ergebnis, daß die Rolle keine Biegebelastung auf den Turm ausübt. Da das Kabel 34 hauptsächlich zieht, kann es ein Biegemoment auf den Turm bewirken, das aber vernachlässigbar ist.
Bei gleicher Gesamtgröße in der Transportposition ermöglicht ein Bohrturm, der einen erfindungsgemäßen teleskopartig ausziehbaren Turm umfaßt, die Verwendung von Stangen, die länger, wenn nicht sogar doppelt so lang sind wie Stangen, die bei einer herkömmlichen Bohrmaschine mit einem festen Turm verwendet werden.

Claims

1. Bohrmaschine, die einen Bohrturm (10) umfaßt; der kippbar auf einem Transportfahrzeug (11) befestigt ist und mit Triebwerken (15) und einem Antriebskopf (30) zum Antreiben der Bohrstangen ausgestattet ist, wobei der Bohrturm (10) teleskopartig ausziehbar und durch die Wirkung eines hydraulischen Kolbens (23) entlang einer festen Führungsstruktur oder eines Führungsgitters (24) gleitbar ist, wobei der teleskopartig ausziehbare Turm (22) an seinen Enden mit einer Reihe von Rollen (27, 35) ausgestattet ist, um die Bewegung von flexiblen Übertragungsmitteln (28, 34) zu ermöglichen, deren eines Ende mit dem Antriebskopf (30) und deren anderes Ende mit einem Punkt auf der festen Struktur (24) verbunden ist, um einen geschlossenen Ring um den Turm (22) zu bilden; dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskopf (30) über ein gelenkiges vierseitiges Gestänge (40, 41, 42) mit einem starren Rahmen (31) verbunden ist, der gleitbar auf dem teleskopartig ausziehbaren Turm (22) montiert ist, wobei das vierseitige Gestänge aus zwei starren Armen (40, 41), die gelenkig mit dem Rahmen (31) und dem Kopf (30) verbunden sind, und einem hydraulischen Kolbenmittel (42) besteht, das gelenkig mit dem Rahmen (31) und mit einem der starren Arme (40, 41) verbunden ist, so daß eine Betätigung des Kolbenmittels (42) bewirkt, daß der Kopf (30) eine Dreh-Verschiebebewegung vollzieht.

2. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gelenkige vierseitige Gestänge zwei starre Arme (40, 41), die beide mit dem Rahmen (31) und dem Antriebskopf (30) gelenkig verbunden sind, und einen hydraulischen Kolben (42) umfaßt, der gelenkig mit dem einen (41) der starren Arme (40, 41) und dem Rahmen (31) verbunden ist.

3. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Turm (22) im oberen Bereich mit Rollen (27) ausgestattet ist, um welche eines der flexiblen Mittel (28) gleitet.

4. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Turms (22) wenigstens eine Rolle (35) befestigt ist, um welche ein zweites flexibles Mittel (34) gleitet.

5. Bohrmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite flexbile Mittel (34) über eine Spannungsvorrichtung mit dem Gitter (24) verbunden ist.

6. Bohrmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Bereiche jedes flexiblen Mittels (28, 34) im wesentlichen symmetrisch zur vertikalen Achse des Turms (22) angeordnet sind.

7. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gebrauch, wenn der Kolben (42) in seinem zurückgezogenen Zustand ist, der Antriebskopf (30) koaxial mit dem Bohrloch ist, und wenn der Kolben in seinem ausgefahrenen Zustand ist, der Kopf (30) in einer Position (30') steht, die von der vertikalen Achse (a) des Bohrlochs versetzt ist.