DE102006040956A1

DE102006040956A1 - Impulsgenerator

Info

Publication number: DE102006040956A1
Application number: DE102006040956A
Authority: DE
Inventors: Alexander Steinbrecher
Original assignee: Individual
Current assignee: TLM HYDROPULS GMBH, DE
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: DE102006040956B4; DE502007006922D1; EP1895092A1; EP1895092B1; ATE505622T1

Abstract

Bei einem Impulsgenerator zur Erzeugung von hydraulischen oder pneumatischen Energie-Impulsen zur Regenerierung oder Intensivierung von Brunnen oder Förderbohrungen nimmt ein Zylinder, welcher einen Arbeitsdruckeingang 10, eine Arbeitsdruckkammer 8 und eine Austrittsöffnung 6 aufweist, eine Ventilstange 4 mit einem Ventilstangenende 3 und einem Ventilkopf 7 auf, wobei der Zylinder mit dem Arbeitsdruckeingang 10, der Arbeitsdruckkammer 8 und der im Ruhezustand geschlossenen Austrittsöffnung 6 ein Vorspanndruckventil 1 und eine Vorspannungsdruckkammer 2 aufweist und die Ventilstange 4, das Ventilstangenende 3 und der Ventilkopf 7 eine Ventileinheit 20 bilden, welche verschiebbar gelagert ist und durch welche die Arbeitsdruckkammer 8 mit der Vorspanndruckkammer 2 in Wirkverbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regenerierung von Brunnen und zur Intensivierung von Förderbohrungen mittels hydraulischer oder pneumatischer Energie-Impulse, welche im zu bearbeitenden Filterbereich des Brunnens oder der Förderbohrung während der Regenerierung kontinuierlich auf und ab bewegt wird und dabei hydraulische oder pneumatische Energie-Impulse erzeugt.
In Brunnen sowie in Förderbohrungen lagern sich mit zunehmender Betriebszeit Feststoffe und Inkrustationen ab, welche die Durchlässigkeit des Grundwasserleiters, der Filterkiesschüttung sowie der Filterschlitzung verringern. Ebenso können bereits durch den Bohrprozess bei der Errichtung eines derartigen Bauwerkes Rückstände von z. B. Bohrspülungen die Durchlässigkeit des Grundwasserleiters verringern.
Zur Regenerierung und Behandlung dieser Brunnen und Förderbohrungen sind verschiedene Verfahren bekannt.
Mechanische Verfahren mittels Bürsten oder durch Eindringen eines Wasserstrahles in den Bereich der Filterrohre sind durch hohen maschinellen Aufwand gekennzeichnet.
Es sind auch Verfahren zur chemischen Regenerierung von Brunnen und zur Intensivierung von Förderbohrungen bekannt. Diese sind zeitaufwendig und in ihrer Eindringtiefe begrenzt. Auch wirkt die chemische Regenerierung nicht an allen Stellen des Brunnens effektiv.
Weiterhin sind auch eine Reihe von hydromechanischen Verfahren bekannt, welche auf anderen Wirkungsweisen beruhen:
Aus dem eigenen Patent DE 198 43 292 C2 ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, bei der vorrangig mittels plötzlicher Entspannung eines komprimierten Gases oder einer unter Druck stehenden Flüssigkeit im Wasser des Brunnens oder in der Flüssigkeit der Förderbohrung Impulse freigesetzt werden. Auf Grund des in der beschriebenen Vorrichtung verwendeten Materials in einer Gegendruckkammer und dessen Bewegungsträgheit ist der Öffnungs- und Schließvorgang der Vorrichtung nicht schnell genug, um einen kinetischen Energie-Impuls zu erzeugen, so dass lediglich eine druckwechselnde Volumenverdrängung als Regeneriereffekt zustande kommt. Außerdem ist die Vorrichtung hinsichtlich ihrer Intensität nicht regelbar.
In dem eigenen Patent DE 103 01 338 C3 wird weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei welchem mittels eines elektrischen Magnetventils in der Vorrichtung zeitlich exakt definierte hydraulische Energie-Impulse freigesetzt werden können. Mittels der Verwendung eines Magnetventils sind Öffnungs- und Schließvorgang der Vorrichtung erheblich schneller als bei der technischen Lösung nach Patent DE 198 43 292 C2 , und es werden wirkungsvolle kinetische Energie-Impulse erzeugt. Jedoch verursacht das notwendige zusätzliche elektrische Steuerkabel zwischen Vorrichtung und übertägigem Steuerpult bei einigen Anwendungen Probleme hinsichtlich des Explosionsschutzes in bestimmten Förderbohrungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die hydraulische oder pneumatische Energie-Impulse freisetzen kann, welche schonend auf das Brunnenmaterial einwirken, und die Vorrichtung effektiv, ökologisch unbedenklich und explosionssicher arbeitet. Impulsstärke und Impulsfolge sollen auf die unterschiedlichen Parameter von Brunnen oder Förderbohrungen einstellbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bilden die Merkmale der Unteransprüche.
Die Erfindung soll im Weiteren anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die anliegenden 1 und 2 näher erläutert werden.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Impulsgenerator nach einem ersten Ausführungsbeispiel
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Impulsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Nunmehr soll ein erstes Ausführungsbeispiel anhand der 1 beschrieben werden. Bei dem Impulsgenerator dieses Ausführungsbeispiels wird zunächst über ein Vorspanndruckventil 1 eine definierte Menge eines komprimierbaren Mediums mit einem definierten Druck in eine Vorspanndruckkammer 2 eingeleitet.
Dann wird mittels eines Hochdruckschlauches ein komprimierbares Medium über einen Arbeitsdruckeingang 10 in eine Arbeitsdruckkammer 8 geleitet. Es baut sich gegen einen Ventilkopf 7 ein Druck auf, welcher über ein Ventilstangenende 3 auf die Menge des komprimierbaren Mediums in der Vorspanndruckkammer 2 wirkt. Der Ventilkopf 7 öffnet die Arbeitsdruckkammer 8 in dem Moment, wenn der sich darin aufbauende Druck den Druck in der Vorspanndruckkammer 2 übersteigt. Die in der Arbeitsdruckkammer 8 zuvor angestaute und mit kinetischer Energie versehene Menge des komprimierbaren Mediums tritt innerhalb von 1 bis 1,5 Millisekunden durch eine Anzahl von Austrittsöffnungen 6 in das umgebende Brunnenwasser aus.
Sofort nach der Entspannung des Volumens in der Arbeitsdruckkammer 8 wirkt von der entgegengesetzten Seite der Vorrichtung die Vorspanndruckkammer 2 in der Weise, dass das beim Öffnungsvorgang gegen ein unter definiertem Druck stehendes komprimierbare Medium geschobene Ventilstangenende 3 nunmehr schlagartig in die umgekehrte Richtung bewegt wird und der Ventilkopf 7 somit nach 2 bis 2,5 Millisekunden wieder geschlossen wird. Das in der Vorspanndruckkammer 2 befindliche Volumen eines komprimierbaren Mediums kann sowohl in seiner Menge als auch in seinem Druck über ein Vorspanndruckventil 1 verändert werden. Dies bedeutet die Veränderung der potentiellen Schließenergie. Das Volumen des komprimierbaren Mediums in der Arbeitsdruckkammer 8 ist während des Einsatzes ebenfalls veränderbar. Dadurch ist die Vorrichtung an alle Ausbauarten und Brunnen- oder Bohrungsdurchmesser in ihren physikalischen Parametern und somit der Wirkungsstärke des erzeugten kinetischen Energie-Impulses anpassbar.
Eine Eingrenzung der Einsatztiefe in Brunnen oder Förderbohrungen besteht nicht.
Durch eine an der Vorrichtung integrierte Zentrierung 5 kann die Vorrichtung jedem Brunnen- oder Bohrungsdurchmesser vor dem Einsatz so angepasst werden, dass sie sich definiert zentrisch im Brunnen oder der Förderbohrung befindet und somit eine optimale und gleichmäßige Ausbreitung der Energieimpulse ebenso garantiert ist wie eine Beschädigung der Brunnen- oder Bohrungswand verhindert wird.
Da mit diesem Impulsgenerator keinerlei elektrische Leitungen in den Brunnen oder in die Förderbohrung eingebracht werden, ist dieser auch ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen in explosionsgefährdeten Anwendungsbereichen einsetzbar.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer Impulsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem wird über ein Dämpfungsdruckventil 18 eine definierte Menge eines komprimierbaren Mediums mit einem definierten Druck in eine Dämpfungsdruckkammer 17 eingeleitet, welche durch einen beweglichen Trennkolben 16 von einer Arbeitsdruckkammer 8 getrennt ist. Mittels eines Hochdruckschlauches wird nun ein komprimierbares Medium über einen Arbeitsdruckeingang 10 durch einen sich anschließenden Arbeitsdruckkanal 15 und eine hohle Ventilstange 4 in die Arbeitsdruckkammer 8 geleitet. Es baut sich gegen den Trennkolben 16 und das sich in der Dämpfungsdruckkammer 17 befindliche Volumen eines komprimierbaren Mediums ein Druck auf, welcher ebenso auf einen Ventilkopf 7 wirkt, welcher die Arbeitsdruckkammer 8 auf der entgegengesetzten Seite zu einer Anzahl von Austrittsöffnungen 6 hin verschließt.
Der Ventilkopf 7 öffnet die Arbeitsdruckkammer 8 in dem Moment, wenn der sich darin aufbauende Druck den Druck in einer Vorspanndruckkammer 2 übersteigt. Die in der Arbeitsdruckkammer 8 zuvor angestaute und mit kinetischer Energie versehene Menge des komprimierbaren Mediums tritt innerhalb von 1 bis 1,5 Millisekunden durch die Austrittsöffnungen 6 in das umgebende Brunnenwasser aus.
Sofort nach der Entspannung des Volumens in der Arbeitsdruckkammer 8 wirkt von der entgegengesetzten Seite der Vorrichtung die Vorspanndruckkammer 2 in der Weise, dass ein beim Öffnungsvorgang gegen ein unter definiertem Druck stehendes komprimiertes Medium geschobenes Ventilstangenende 3 nunmehr schlagartig in die umgekehrte Richtung bewegt wird und der Ventilkopf 7 somit nach 2 bis 2,5 Millisekunden wieder geschlossen wird. Das in der Vorspanndruckkammer 2 befindliche Volumen des komprimierbaren Mediums kann sowohl in seiner Menge als auch in seinem Druck über ein Vorspanndruckventil 1 verändert werden. Dies bedeutet die Veränderung der potentiellen Schließenergie. Das Volumen des komprimierbaren Mediums in der Arbeitsdruckkammer 8 ist während des Einsatzes ebenfalls veränderbar. Dadurch ist die Vorrichtung an alle Ausbauarten und Brunnen- bzw. Förderbohrungsdurchmesser in ihren physikalischen Parametern und somit der Wirkungsstärke des erzeugten kinetischen Energie-Impulses anpassbar.
Eine Eingrenzung der Einsatztiefe in Brunnen oder Bohrungen besteht nicht.
Durch eine an der Vorrichtung zusätzlich zu befestigende integrierte Zentrierung kann die Vorrichtung jedem Brunnen- oder Förderbohrungsdurchmesser vor dem Einsatz so angepasst werden, dass sie sich definiert zentrisch im Brunnen oder der Förderbohrung befindet und somit eine optimale und gleichmäßige Ausbreitung der Energieimpulse ebenso garantiert ist wie eine Beschädigung der Brunnen- oder Förderbohrungswand verhindert wird.
Da auch bei diesem Impulsgenerator keinerlei elektrische Leitungen mit in den Brunnen oder in die Förderbohrung eingebracht werden, ist dieser auch ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen in explosionsgefährdeten Anwendungsbereichen einsetzbar.

Claims

Impulsgenerator zur Erzeugung von hydraulischen oder pneumatischen Energie-Impulsen zur Regenerierung oder Intensivierung von Brunnen oder Förderbohrungen, wobei ein Zylinder, welcher einen Arbeitsdruckeingang (10), eine Arbeitsdruckkammer (8) und eine Austrittsöffnung (6) aufweist, eine Ventilstange (4, 14) mit einem Ventilstangenende (3) und einem Ventilkopf (7) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder mit dem Arbeitsdruckeingang (10), der Arbeitsdruckkammer (8) und der im Ruhezustand geschlossenen Austrittsöffnung (6) ein Vorspanndruckventil (1) und eine Vorspanndruckkammer (2) aufweist, und die Ventilstange (4, 14), das Ventilstangenende (3) und der Ventilkopf (7) eine Ventileinheit (20) bilden, welche verschiebbar gelagert ist, und durch welche die Arbeitsdruckkammer (8) mit der Vorspanndruckkammer (2) in Wirkverbindung steht.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Arbeitsdruckeingang (10) am oberen Ende, die Austrittsöffnung (6) im mittleren Bereich und das Vorspanndruckventil (1) am unteren Ende des Zylinders befindet, und die Anordnung der Elemente im Zylinder von oben nach unten wie folgt gestaltet ist: Arbeitsdruckkammer (8), Ventilkopf (7), Ventilstange (4), Ventilstangenende (3) und Vorspanndruckkammer (2).
Impulsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Arbeitsdruckkammer (8) im Zylinder eine Zusatzarbeitsdruckkammer (9) ausgebildet ist.
Impulsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanndruckkammer (2) und/oder die Arbeitsdruckkammer (8) und/oder die Zusatzarbeitsdruckkammer (9) mit einem komprimierbaren Medium befüllbar ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das komprimierbare Medium gasförmig ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das komprimierbare Medium flüssig ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei sich der Arbeitsdruckeingang (10) am unteren Ende, die Austrittsöffnung (6) im mittleren Bereich und das Vorspanndruckventil (1) seitlich angeordnet im unteren Bereich des Zylinders befindet und die Anordnung der Elemente von oben nach unten wie folgt gestaltet ist: Arbeitsdruckkammer (8), Ventilkopf (7), Ventilstange (14), Ventilstangenende (3) und Vorspanndruckkammer (2); und die Ventilstange (14) innen hohl ist und verschiebbar um einen Arbeitsdruckkanal (15) angeordnet ist, welcher sich zum Arbeitsdruckeingang (10) erstreckt.
Impulsgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende des Zylinders ein Dämpfungsdruckventil (18) angeordnet ist und eine Dämpfungsdruckkammer (17) im oberen Bereich des Zylinders ausgebildet ist, welche durch einen beweglichen Trennkolben (16) von der Arbeitsdruckkammer (8) getrennt ist.
Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanndruckkammer (2) und/oder die Arbeitsdruckkammer (8) und/oder die Dämpfungsdruckkammer (17) mit einem komprimierbaren Medium befüllbar ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das komprimierbare Medium gasförmig ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das komprimierbare Medium flüssig ist.
Impulsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die definierte Änderung des Zustromes des Mediums in die Arbeitsdruckkammer (8) die Impulsauslösefrequenz steuerbar ist.
Impulsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die definierte Änderung des Druckes des Mediums in der Vorspanndruckkammer (2) die Stärke des Energie-Impulses einstellbar ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die definierte Änderung des Druckes des Mediums in der Dämpfungsdruckkammer (17) die Dauer des Energie-Impulses einstellbar ist.
Impulsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine integrierte Zentrierung (5) umfasst.
Impulsgenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Zentrierung (5) in einen oberen und einen unteren Teilbereich aufgeteilt ist, wodurch im Bereich der Austrittsöffnung (6) eine Auslassung gebildet wird.
Impulsgenerator nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Zentrierung (5) aus einem starren Material, z. B. einem festen Kunststoff, Metall oder Holz gefertigt ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Zentrierung (5) aus einem flexiblem Material, z. B. einem elastischen Kunststoff oder Gummi gefertigt ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Zentrierung (5) aus einer befüllbaren Hülle besteht.