NO760028L - - Google Patents

Description

Induksjonsapparat.

Oppfinnelsen angår generelt boring av et hull i jordens overflate ved bruk av luft som sirkulasjonsmedium, og spesi-elt et forbedret apparat for dannelse av et stort volum av vakuum-indusert luft og en gjennomløpende åpning for gjennomløp av borekaks og indusert luft.

Det er kjent å benytte luft som borefluidum for sir-kulasjon av borekaksen til jordoverflaten. Det har også vært kjent å anvende et vakuumsystem for å fjerne borekaks istedenfor

å benytte trykkluft. Videre er det kjent å danne et vakuum ved hjelp av et induksjonsapparat, f.eks. som vist i US patent nr.

3 031 127. Såvidt søkeren kjenner til foreligger der imidlertid .ingen kjente systemer som benytter en ringformet venturidyse i et induksjonsapparat for å aksellerere drivluft til overlydshastighet forut for sammenblanding med den induserte luften.

Hovedformålet med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe et nytt og forbedret induksjonsapparat.

Det er også et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et nytt og forbedret induksjonsapparat méd en stort sett gjennomløpende "full bore" åpning for den induserte luftstrøm.

Disse formål oppnås generelt ved et apparat som an-vender en ringformet dyse som omgir en sentral åpning og som an-vender en innsnevring og diffusordyse som divergerer med en styrt vinkel for å aksellerere drivluften til overlydshastighet forut for sammenblanding med den induserte luft i den midtre åpning.

Ovennevnte samt andre formål, trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskrivelse i for-bindelse med tegningen, hvor: Figur 1 viser et oppriss, delvis i snitt, av bore-systemet innbefattende induksjonsapparatet ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 2 er et skjematisk riss, delvis i snitt, som' viser en sirkulasjonssvivel og borkrone festet til det dobbeltveggede borerør som anvendes ved induksjonsapparatet ifølge foreliggende oppfinnelse, og Figur 3 viser et lengdesnitt gjennom induksjonsapparatet ifølge foreliggende oppfinnelse.

På figur 1 er en grunnboringsmaskin, generelt angitt ved henvisningstallet 12, vist plasert på et borested. Grunnborings-maskinen 12 innbefatter et boretårn 8 som utgjør en bæreramme. Et bevegelig drivhode eller en vandreramme 3 er montert for bevegelse langs tårnet 8. En borstrengenhet 10 er forbundet med drivhodet 3. Borstrengen 10 som er vist mer detaljert i fig. 2, omfatter et av to konsentriske rør bestående dobbeltvegget borerør, f.eks. som vist i US patent nr. 3 208 539.

En svivel 11 som er vist i større detalj i fig. 2, er forbundet med borstrengens topparti og er på sin side festet til en fleksibel slange 13 som løper over et bærehjul 1 som er opphengt fra et par blokkskiver 5 og 6 festet til tårnet 8. Bærehjulets 1 radius tilsvarer omtrent bøyeradien til slangen 13. Dette gir en jevn strømningsradius for borekaks gjennom slangen .13. Bærehjulet 1 er roterbart opplagret på en aksel 14. Akselen 14 er forbundet med blokkskivene 5 og 6 over en forbindelsesline 4. Forbindelses-linen 4 er også festet til en motvekt 7. Motvekten 7 gir en mot-vektskfaft omtrent tilsvarende vekten av slangen 13. Den fleksible slange 13 er i sin andre ende forbundet med induksjonsinnretningen som generelt er angitt ved tallet 15, idet denne innretning er vist i større detalj i figur 3. Nedre ende av induksjonsinnretningen.15 er forbundet med etstandrør 9 som ved hjelp av en klemme 16 er festet til tårnet 8.

Utløpsledningen 22 til en luftkompressor 21 er forbundet med innløpet 23 til en fordelingsventil som er generelt angitt ved tallet 24. En av utløpsledningene til fordelingsventilen 24 er forbundet med luftledningen 25 til motiveringsluftinnløpet 26 på induksjonsinnretningen 15. Det andre utløpet til fordelingsventilen 24 er ved hjelp av en luftledning 27, fortrinnsvis en fleksibel slange, forbundet med innløpet 28 til svivelen 11. Fordelingsventilen 24 innbefatter en rotor 29 som kan roteres av en operatør for å kontrollere hvorvidt luft strømmer gjennom ledningene 25 eller 27 samt graden av slik gjennomstrømning.

Lufttrykkventiler 51 og 52 er anordnet henholdsvis i luft-

ledningene 27 og 25.

På figur 2 er svivelen 11 vist i større detalj. Svivelen 11 innbefatter et hus 31 som omgir det dobelltvéggede borerør 10 og er innrettet til å holdes stasjonært i forhold til det bevegelige drivhode 3 (vist i fig. 1) mens borerøret 10 kan rotere i huset. Et par pakningselementer 32 og 33 er anordnet for avtet-ting av trykkluften som innføres gjennom innløpsåpningen 28 og hindrer således lekkasje av trykkluft fra husets 31 indre. Et an-tall åpninger, vist som åpninger 34 og 35, er beliggende mellom pakningsringene 32 og 33 i ytterveggen 36 til den konsentriske borerørenhet 10. Åpningene 34 og 35 utgjør således organer som gjør det mulig for trykkluften som kommer inn ved innløpsåpningen 28 å strømme fra husets 31 indre til ringrommet 39 mellom den yt-re borerørvégg 36 og den indre borerørvegg 37.

En borkroneenhet, vist generelt ved tallet 38, er festet til nedre ende av borstrengenheten 10. Borkroneenheten 38 kan væ-re av hvilken som helst kjent konstruksjon som tillater kommunika-sjon mellom det ytre ringrom 39 og borehullet, samt mellom borehullet og det indre ringrom 40 gjennom hvilket borekaksen returne-res til jordoverflaten.

Om ønskelig kan borkronen 38 være av en konstruksjon som angitt i US patent nr. 3 208 5 39.

En pakningsenhet 42 er plasert mellom borerørenhetens utside og veggen 43 i borehullet av grunner som forklares nedenfor.

Med hensyn til virkemåten av apparatet ifølge figurene 1 og 2 skal det bemerkes at dersom ikke pakningen 42 vist i figur 2 danner en god tetning mellom borstrengen 10 og veggen 43 i borehullet, vil innføring av trykkluft i ringrommet 39 etter all sann-synlighet føre til at borekaksen 41 strømmer forbi pakningen 42 istedenfor opp gjennom midtrommet 40 i borerøret. Søkeren har en-kelte ganger hatt problemer med å skaffe en god tetning ved bruk av pakningen 42, særlig ved boring under arktiske forhold i områ-der med permafrost og i andre ukonsolliderte formasjoner.

Søkeren har imidlertid funnet, at dersom man holder va-kuumet eller undertrykket i det midtre ringrom 40 sterkere eller større enn trykkluften i ringrommet 39, basert på pr. voluumenhet, vil borekaksen 41 strømme opp gjennom ringrommet 40 istedenfor å unnslippe forbi pakningen eller tetningen 42.

Boringen av et hull påbegynnes med det bevegelige drivhode 3 nær toppen av tårnet 8. Borstrengen 10 roteres og borkronen ved bunnen av borstrengen 10 desintegrerer jordformasjonene for dannelse av det ønskede borehull. Ettersom borehullet trenger dypere ned i grunnen beveges drivhodet 3 nedover. Idet trykk-

luft og/eller vakuum bevirker at borkaksen strømmer opp gjennom midtrommet 40, vil borkaksen og rester fra borehullet strømme opp gjennom den fleksible slange 13 inn i induksjonsinnretningen 15

og ut gjennom det buede standrør 9, enten til jordoverflaten eller inn i en oppsamlingsvogn. Bærehjulet 1 bærer forbindelsesslangen 13. Under drivhodets 3 bevegelse nedover dreier bærehjulet 1 på aksen 14 slik at forbindelsesslangen får en jevn bue. Motvekten 7 utøver en løftekraft på bærehjulet 1 og opprettholder et svakt strekk i begge ender av forbindelsesslangen 13. Forbindelsesslangen 13 holdes i vertikal stilling under drivhodets 3 bevegelse i tårnet 8.

Som vist i figur 1 styrer operatøren mengden av luft som strømmer til svivelen 11 samt til induksjonsinnretningen 15 ved å dreie rotoren 29. Ventilen 51 i luftledningen 27 som fører til svivelen 11 samt ventilen 52 i luftledningen 25 som fører til in-duks jonsinnretningen 15 utgjør organer for styring og kontroll av trykkluften som innføres i ringrommet 39 og undertrykket som dannes i det midtre ringrom 40. Ventilen 52 som angir trykkluft i ledningen 25 kan ved hjelp av kalibreringsdiagrammer enkelt korre-leres med undertrykket som dannes av induksjonsinnretningen 15.

Når således borstammen 10 og borkronen 38 roteres ned i jordens overflate under boring av et hull regulerer operatøren rotoren 29 for å frembringe den ønskede,, for boreoperasjonen gunstige kombi-nasjon av trykkluft og undertrykk. Søkeren har også oppdaget at alt etter hva slags formas joner som bores, vil det noen ganger være for-delaktig bare å bruke trykkluft og andre ganger bare undertrykk. Ved slike tilfeller dreies rotoren 29 i den ene eller andre retning for å frembringe den ønskede virkning. Det skal også bemerkes at en annen måte å bestemme når undertrykket overstiger trykkluften er å observere hvorvidt borekaksen søker å unnslippe forbi pakningen 42, eller alternativt dersom pakningen 42 ikke benyttes, hvorvidt borekaksen blåses ut av borehullet på utsiden av borerør-enheten 10.

På figur 3 er i større detalj vist induksjonsapparatet

15 ifølge foreliggende oppfinnelse. Induksjonsapparatet 15 innbefatter et hovedhus 51 som omfatter et stort sett rett, gjennomgående løp rundt den langsgående midtlinje 60. Huset 51 omfatter en blandeseksjon C med en rørformet.vegg med stort sett konstant innvendig diameter samt en diffusorseksjon D som begynner ved punktet 56 og avsluttes ved endeveggen 57. Fra et punkt 70 utvides veggen til huset 51 til større diameter med sidevegger 71 som avgrenser et indre kammer 54. Et rørformet siderettet huselement 5 3 kommunise-rer med kammeret 54 og har ved sin ende et luftinnløp 26 for inn-tak av høytrykksluft generelt betegnet som "motiveringsluften"

(motivating air). Et rørlement 50 er anordnet i kammeret 54 og har en innvendig diameter vesentlig lik den innvendige diameter til C-partiet til huset 51, slik at det danner et stort sett rett, gjennomgående løp for den induserte luft og borekaks som strømmer inn gjennom innløpsåpningen 59 til røret 50. En 0-ring tetning 52 er anordnet mellom husveggen 71 og et sideveis utstikkende parti av røret 50 for å danne en tetning for trykkluft som innføres i kammeret 54.

Et parti av den indre overflate til den utvidede vegg 71 danner en vinkel med midtlinjen 60, og enden av røret 50 motsatt innløpsåpningen 59 danner også en vinkel med den langsgående midtlinje 60 som nærmere omtalt nedenfor. Vinkelen til sideveggen 71 og enden av røret 50 er slik valgt at en diffusorseksjon B dannes etter innsnevrings- eller strupepartiet A.

Søkeren har funnet at overlydshastighet kan oppnås gjennom denne ringformede dyse. Det skal forståes at uten spesielle foranstaltninger er Mach 1 den maksimale strømningshastighet som kan oppnås i en dyse. Ved anvendelsen av strupepartiet A og diffusorseksjonen B som divergerer med en bestemt vinkel, kan luften som strømmer ut fra strupepartiet aksellereres til overlydshastighet . Ifølge søkerens vurderinger ut fra. observering av induksjons-enheten ifølge oppfinnelsen er den hastighet som oppnås med denne spesielle induksjonsenhet tilnærmet Mach 1,9. Ettersom bevegelses-energien i motiveringsstrømmen er energien som med den induserte luft overføres til strømningsblandingen, oppnås ved en hastighet på Mach 1,9 en bevegelsesenergi som er tilnærmet 3,6 ganger energien ved strømning med hastighet på Mach 1. Det er ikke nødven-dig med større inngang for å oppnå den større utgang. Den induserte luftstrøm som kommer inn gjennom innløpsåpningen 59 sammen med borekaksen og følger en rett bane gjennom venturien uten å endre retning, virker til å holde den induserte luft og borekaksen i bevegelse slik at det ikke dannes fastkiling eller opphopning på ut-satte flater. Selvom forskjellige vinkler kan benyttes ved utfor ming av diffusorseksjonen B har søkeren funnet at induktoren arbei-der helt tilfedsstillende når den innvendige overflate på sideveggen 71 danner en vinkel på 30° med midtlinjen 60 og derved retter motiveringsluften mot lengdeaksen 60 langs den brutte linje 55 for å bevirke effektiv blanding. Enden av dysen på røret 50 danner fortrinnsvis en vinkel på 41° med midtlinjen 60, og divergerer således fra den innvendige overflate på veggen 71, for likeledes å rette overlydstrømmen inn mot midtlinjen 60 for å befordre blanding .

Ved drift av induksjonsapparatet vist i figur 3 i sam-menheng med systemene vist i figur 1 og 2 skal det forståes at trykkluften som innføres med omtrent 7 kg/cm 2er koplet til inn-løpsåpningen 26. Denne luften er også koplet til kammeret 54 som omgir røret 50 og som er innsnevret ved strupepartiet A. Etter å ha passert gjennom strupepartiet A aksellereres luften i diffusorseksjonen B inn i og mot midtlinjen 60 og bevirker at induksjons-luften strømmer fra innløpsåpningen 59 mot endeplaten 57. Dette skaper selvsagt et undertrykk i slangen 13 og midtløpet i borerør-strengen 10 slik at borkaks 41 trekkes opp fra bunnen av borehullet.

Selvpm den foretrukne utføringsform viser spesielle vinkler i diffusorseksjonen B er det klart at også andre vinkler kan

benyttes for utforming av en slik diffusorseksjon for å aksellerere motiveringsluften til overlydshastighet. Motiveringsluftens inerti overføres til den induserte luftstrøm og borekaksen under blandin-gen av motiveringsstrømmen og induksjonsstrømmen. Blandingsstrøm-men utvider seg så i diffusorseksjonen D og gjenvinner energien i trykkblandingen under utvidelsen.

Claims (5)

1. Induksjonsapparat, karakterisert ved et første rørformet element (51) med en gitt indre diameter, et andre rørformet element (50) med en innvendig diameter vesentlig lik den gitte diameter, en ringformet dyse (A, B) utformet mellom det førs-te og andre rørformede element, hvilke rørformede elementers lengdeakser er innrettet på linje, hvilken dyse omfatter en luftstruper og en diffusor, samt organer (26) for innføring av trykkluft gjennom struperen og diffusoren inn i det andre rørformede element, hvorved induseres en luftstrøm fra det første rørformede element inn i det andre rørformede element.

2. Induksjonsapparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at diffusoren omfatter første og andre diverge-rende vegger.

3. Induksjonsapparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at den første vegg danner en vinkel på tilnærmet 30° med nevnte på linje innrettede lengdeakser og at den andre vegg danner en vinkel på tilnærmet 41° med nevnte akser.

4. Induksjonsapparat som angitt i krav 3, karakterisert ved en andre diffusorseksjon koaksial med det andre rørformede element.

5. Induksjonsapparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at dysen bevirker at trykkluften innføres i det andre rørformede element med overlydshastighet.