DE20020783U1

DE20020783U1 - Injection nozzle for high pressure injection drilling systems and high pressure injection drilling tool

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Publication number: DE20020783U1
Application number: DE20020783U
Authority: DE
Original assignee: Boart Longyear GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik; Boart HWF GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik
Current assignee: Boart Longyear GmbH and Co KG
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2010-12-07
Also published as: ES2287066T3; DE50112623D1; EP1213055B1; EP1213055A1; ATE364450T1

Abstract

Injection nozzle for high-pressure injection drilling systems comprises a nozzle body and a fluid channel (8) for the injection fluid having a non-round internal cross-section and extending through the nozzle body in a longitudinal direction. An Independent claim is also included for a high-pressure injection drilling tool comprising the above injection nozzle. Preferred Features: Rib-shaped guide profiles (9) protrude into the fluid channel. The guide profiles extend in the longitudinal direction of the nozzle, preferably over the entire length of the nozzle. The injection nozzle has a star-shaped internal cross-section.

Description

Injektionsdüse für Hochdruckinjektionsbohrsysteme sowie HochdruckinjektionsbohrwerkzeugInjection nozzle for high pressure injection drilling systems and high pressure injection drilling tool

Die Erfindung betrifft eine Injektionsdüse für Hochdruckinjektionsbohrsysteme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Hochdruckinjektionsbohrwerkzeug mit einer derartigen Injektionsdüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to an injection nozzle for high-pressure injection drilling systems according to the preamble of claim 1 and to a high-pressure injection drilling tool with such an injection nozzle according to the preamble of claim 10.

Mit den bekannten Hochdruckinjektionsbohrsystemen wird nach dem Abbohren eines Bohrstrangs in bis zu 30 Metern Tiefe mit über 400 bar Druck Zementschlämme ins Erdreich injiziert, um vor dem Baugrubenaushub eine wasserdichte Betonplattform zu erstellen. Dazu wird durch die Fluidleitung eines Hochdruckinjektionsbohrwerkzeuges das Fluid, nämlich die Zementschlämme, hinabgepumpt und über zumindest eine mit der Fluidleitung verbundene Injektionsdüse über das sich drehende Hochdruckinjektionsbohrwerkzeug kreisförmig um dieses herumgespritzt, so daß ein kreisförmiger Betonblock entsteht. Die zu erstellende Betonplattform wird durch viele aneinandergereihte Betonblöcke gebildet, die sich gegenseitig teilweise überschneiden. Je größer derWith the well-known high-pressure injection drilling systems, cement slurry is injected into the ground at a pressure of over 400 bar after a drill string has been drilled to a depth of up to 30 meters in order to create a watertight concrete platform before the excavation of the building pit. To do this, the fluid, namely the cement slurry, is pumped down through the fluid line of a high-pressure injection drilling tool and sprayed in a circle around the rotating high-pressure injection drilling tool via at least one injection nozzle connected to the fluid line, so that a circular concrete block is created. The concrete platform to be created is formed by many concrete blocks lined up next to one another, which partially overlap each other. The larger the

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Durchmesser der einzelnen Betonblöcke ist, umso weniger Bohrungen müssen niedergebracht werden, um die gewünschte Betonplattformgröße zu erhalten.diameter of the individual concrete blocks, the fewer holes need to be drilled to achieve the desired concrete platform size.

Die bekannten Injektionsdüsen, die für derartige Systeme eingesetzt werden, weisen einen Fluidkanal mit einem runden Innenquerschnitt auf. Um möglichst große Betonblöcke zu erhalten, hat man bereits ohne großen Erfolg versucht, durch Verlängerung der Injektionsdüsen bzw. des sich durch diese hindurch erstreckenden Fluidkanals den Injektionsstrahl zu bündeln, um größere Durchmesser zu erreichen.The known injection nozzles used for such systems have a fluid channel with a round internal cross-section. In order to obtain the largest possible concrete blocks, attempts have already been made, without much success, to bundle the injection jet by extending the injection nozzles or the fluid channel extending through them in order to achieve larger diameters.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, eine Injektionsdüse für Hochdruckinjektionsbohrsysteme bzw. ein Hochdruckinjektionsbohrwerkzeug zu schaffen, das es ermöglicht, Betonblöcke mit möglichst großem Durchmesser zu erstellen. The invention addresses the problem of creating an injection nozzle for high-pressure injection drilling systems or a high-pressure injection drilling tool that makes it possible to produce concrete blocks with the largest possible diameter.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Injektionsdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Hochdruckinjektionsbohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.According to the invention, this problem is solved by an injection nozzle having the features of claim 1 or a high-pressure injection drilling tool having the features of claim 10.

Durch die Ausbildung des Fluidkanals im Düsenkörper mit einem unrunden Innenquerschnitt wird ein wesentlich längerer Injektionsstrahl ausgebildet, wodurch Betonblöcke größeren Durchmessers erhältlich sind.By designing the fluid channel in the nozzle body with a non-circular inner cross-section, a much longer injection jet is formed, which makes it possible to produce concrete blocks with a larger diameter.

Es hat sich gezeigt, daß bei den herkömmlichen Injektionsdüsen in dem zu injizierenden Fluid durch dessen annähernd rechtwinklige Umleitung aus der FIuidleitung des Bohrgestänges in den Fluidkanal der Injektionsdüse Wirbel entstehen, durch die der Injektionsstrahl bei Verlassen der Injektionsdüse frühzeitig aufsprüht und an Wirkung verliert, so daß sich nur geringe Betonblock-It has been shown that with conventional injection nozzles, vortices are created in the fluid to be injected by its almost right-angled diversion from the fluid line of the drill rod into the fluid channel of the injection nozzle, which causes the injection jet to spray prematurely when leaving the injection nozzle and loses its effectiveness, so that only small concrete block

durchmesser ergeben. Die erfindungsgemäße unrunde Innenquerschnittsform des Fluidkanals der neuentwickelten Injektionsdüse bremst die entstandenen Wirbel innerhalb der Düse ab und bündelt so den Injektionsstrahl erheblich länger als bisher möglich, so daß deutlich größere Betonblockdurchmesser erzielt werden können und weniger Bohrungen eingebracht werden müssen, um die gleiche Betonplattformfläche abzudecken. Die Bauzeiten und Baukosten verringern sich damit erheblich.diameter. The non-circular internal cross-sectional shape of the fluid channel of the newly developed injection nozzle slows down the vortices that have formed within the nozzle and thus concentrates the injection jet for considerably longer than was previously possible, so that significantly larger concrete block diameters can be achieved and fewer holes have to be drilled to cover the same concrete platform area. Construction times and costs are therefore reduced considerably.

Besonders wirksam sind Injektionsdüsen, deren Innenquerschnitt in den Fluidkanal hineinragende Leitprofile aufweist, da diese die entstandenen Wirbel besonders gut bremsen. Bevorzugte Bauformen sind daher Injektionsdüsen mit in den Fluidkanal hereinragenden Flügeln oder keilartigen Leitprofilen, die bei aneinandergrenzender Anordnung einen sternförmigen Innenquerschnitt des Fluidkanals ergeben.Injection nozzles whose inner cross-section has guide profiles that extend into the fluid channel are particularly effective, as these slow down the resulting vortices particularly well. Preferred designs are therefore injection nozzles with wings that extend into the fluid channel or wedge-like guide profiles that, when arranged adjacent to one another, result in a star-shaped inner cross-section of the fluid channel.

Die Wirbelbrems- und Bündelungswirkung ist besonders groß, wenn die Leitprofile rippenförmig sind und sich vorzugsweise über die gesamte Düsenlänge erstrecken.The vortex braking and bundling effect is particularly great when the guide profiles are rib-shaped and preferably extend over the entire length of the nozzle.

Da die Wandungen des Fluidkanals durch die Zementschlämme einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind, ist es vorteilhaft, den Fluidkanal in einem separaten Düseneinsatz auszubilden, der in den Düsenkörper eingesetzt und mit diesem beispielsweise durch Verschrauben, Verlöten oder Verkleben verbunden ist. Eine Fertigung des Düseneinsatzes aus Hartmetall verlängert dessen Standzeit und vermindert so eventuelle Rüstzeiten für einen Wechsel.Since the walls of the fluid channel are subject to high levels of wear from the cement slurry, it is advantageous to form the fluid channel in a separate nozzle insert that is inserted into the nozzle body and connected to it by screwing, soldering or gluing, for example. Manufacturing the nozzle insert from hard metal extends its service life and thus reduces any setup times for a change.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die im folgenden beschrieben werden; es zeigen:Further advantages and details emerge from the subclaims and embodiments of the invention shown in the drawings, which are described below; they show:

Fig. 1 ein Hochdruckinjektionsbohrwerkzeug, teilweise im Schnitt,Fig. 1 a high pressure injection drilling tool, partly in section,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Düseneinsatz für eineFig. 2 shows a longitudinal section through a nozzle insert for a

Injektionsdüse,Injection nozzle,

Fig. 3 eine Ansicht aus Richtung III auf den Gegenstand in Fig. 2 undFig. 3 is a view from direction III of the object in Fig. 2 and

Fig. 4 a - f verschiedene Innenquerschnittsformen des Fluidkanals.Fig. 4 a - f different internal cross-sectional shapes of the fluid channel.

Das in Fig. 1. dargestellte Hochdruckinjektionsbohrwerkzeug besteht aus einem Bohrgestänge 1, durch das sich eine Fluidleitung 2 hindurch erstreckt. Frontseitig an dem Bohrgestänge 1 ist eine Bohrkrone 3 angeordnet. In Fluidflußrichtung 4 vor der Bohrkrone 3 befinden sich Injektionsdüsen 5 mit einem Düsenkörper 6, in den ein Düseneinsatz 7 eingesetzt ist.The high-pressure injection drilling tool shown in Fig. 1 consists of a drill rod 1 through which a fluid line 2 extends. A drill bit 3 is arranged on the front of the drill rod 1. In the fluid flow direction 4 in front of the drill bit 3 there are injection nozzles 5 with a nozzle body 6 into which a nozzle insert 7 is inserted.

Der Düseneinsatz 7 ist in den Fig. 2 und 3 näher dargestellt. Durch den Düseneinsatz 7 erstreckt sich ein Fluidkanal 8, der - wie in Fig. 3 zu erkennen ist einen unrunden Innenquerschnitt aufweist.The nozzle insert 7 is shown in more detail in Fig. 2 and 3. A fluid channel 8 extends through the nozzle insert 7, which - as can be seen in Fig. 3 - has a non-circular inner cross-section.

Fig. 4 zeigt verschiedene unrunde Innenquerschnittsformen, die sämtlich die in dem Fluidstrahl bei der Umlenkung aus der Fluidleitung 2 in den Fluidkanal 8 entstehenden Wirbel bremsen und den Fluidstrahl dadurch bündeln.Fig. 4 shows various non-circular internal cross-sectional shapes, all of which slow down the vortices that arise in the fluid jet when it is deflected from the fluid line 2 into the fluid channel 8 and thus focus the fluid jet.

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Besonders starke Bündelungseffekte ergeben sich, wenn der Fluidkanal wie bei den Ausführungsformen der Fig. 4d bis 4f in ihn hineinragende Leitprofile aufweist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4d sind die Leitprofile 9 keilförmig und dicht an dicht angeordnet, so daß sich ein sternförmiger Innenquerschnitt ergibt. In Fig. 4e bilden die Leitprofile 9 Züge 10 und Felder 9' aus. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4f und Fig. 3 sind die Leitprofile flügelartig und ragen weit in das Innere des Fluidkanals 8 hinein. Die Wirbelbremswirkung und die damit verbundene Bündelung des Fluidstrahls ist bei dieser Ausführungsform besonders ausgeprägt. Die Zahl der Leitprofile ist dabei nicht auf drei beschränkt. Auch ein einziges Leitprofil erzielt bereits eine positive Wirkung. Ausführungsformen mit drei oder vier Leitprofilen führen aber zu einer besonders guten Bündelungen des Fluidstrahls.Particularly strong bundling effects are achieved when the fluid channel has guide profiles that protrude into it, as in the embodiments of Fig. 4d to 4f. In the embodiment according to Fig. 4d, the guide profiles 9 are wedge-shaped and arranged close together, so that a star-shaped internal cross-section is produced. In Fig. 4e, the guide profiles 9 form ridges 10 and fields 9'. In the embodiment according to Fig. 4f and Fig. 3, the guide profiles are wing-like and protrude far into the interior of the fluid channel 8. The vortex braking effect and the associated bundling of the fluid jet is particularly pronounced in this embodiment. The number of guide profiles is not limited to three. Even a single guide profile already achieves a positive effect. Embodiments with three or four guide profiles, however, lead to particularly good bundling of the fluid jet.

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Claims

1. Injection nozzle for high-pressure injection drilling systems with a nozzle body ( 6 ) and a fluid channel ( 8 ) extending through the latter in the longitudinal direction for the fluid to be injected, characterized in that the fluid channel ( 8 ) has a non-circular internal cross-section.

2. Injection nozzle according to claim 1, characterized by guide profiles ( 9 ) projecting into the fluid channel.

3. Injection nozzle according to claim 2, characterized in that the guide profiles ( 9 ) are rib-shaped.

4. Injection nozzle according to claim 2 or 3, characterized in that the guide profiles ( 9 ) extend in the longitudinal direction of the nozzle ( 5 ).

5. Injection nozzle according to claim 4, characterized in that the guide profiles ( 9 ) extend at least substantially over the entire length of the nozzle.

6. Injection nozzle according to one of claims 2 to 5, characterized by a star-shaped internal cross-section.

7. Injection nozzle according to claim 4 or 5, characterized in that the guide profiles ( 9 ) form channels ( 10 ) and fields ( 9 ') in the fluid channel.

8. Injection nozzle according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fluid channel ( 8 ) is formed in a nozzle insert ( 7 ) inserted into the nozzle body ( 6 ).

9. Injection nozzle according to claim 8, characterized in that the nozzle insert ( 7 ) consists of hard metal.

10. High-pressure injection drilling tool with a drill rod ( 1 ), a drill bit ( 3 ) arranged on the front thereof, a fluid line ( 2 ) extending through the drill rod ( 1 ) and at least one injection nozzle ( 5 ) arranged in front of the drill bit ( 3 ) in the fluid flow direction ( 4 ) and connected to the fluid line ( 2 ), the longitudinal axis of which extends at an angle to the longitudinal axis of the drill rod ( 1 ), characterized in that the injection nozzle ( 5 ) is designed according to one of claims 1 to 9.