BE1011285A3

BE1011285A3 - TOWING HEAD FOR A TOWING PISTON AND METHOD FOR DREDGING USING THIS TOWING HEAD.

Info

Publication number: BE1011285A3
Application number: BE9700625A
Authority: BE
Original assignee: Dredging Int
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-07-06
Also published as: DK1609916T3; ES2319781T3; ES2256926T3; DE69840281D1; EP1609916A2; PT892116E; EP1609916B1; CY1110897T1; DK0892116T3; HK1090398A1; EP0892116A1; EP1609916A3; DE69833248T2; EP0892116B1; ATE415524T1; PT1609916E; DE69833248D1

Abstract

This invention concerns a drag head for a trailing suction hopper dredger which essentially consists of a structure connected to a suction pipe, with a visor (2) rotating around an horizontal axis (6), in which a series of teeth (10) are applied for breaking up the sand, which are arranged along a line which extends perpendicularly with respect to the direction of motion of the drag head, and a first series of jet pipes (9) for injecting water under high pressure, which are arranged along a line parallel to the line and in front of said teeth, wherein at least one second series of jet pipes (12,12') is provided along a line parallel to and behind the line of said teeth Figure 1.

Description

"Sleepkop voor een sleephopperzuiger en werkwijze voor het baggeren met behulp van deze sleepkop”"Trailing head for a trailing suction hopper dredger and method of dredging using this trailing head"

Deze uitvinding heeft betrekking op een sleepkop voor een sleephopperzuiger die essentieel bestaat uit een op een zuigleiding aangesloten structuur met een rond een horizontale as wentelbaar vizier waarin een reeks tanden zijn aangebracht voor het opensnijden van het zand, die op een tandenbalk zijn gemonteerd die zich haaks ten opzichte van de bewegingszin van de sleepkop uitstrekt en een reeks straalpijpen voor het injecteren van water onder hoge druk die zich evenwijdig met bedoelde tandenbalk en vóór deze tanden uitstrekken steeds wanneer men de bewegingszin van de sleepkop beschouwt.This invention relates to a trailing suction hopper dredger trailing head which essentially consists of a structure connected to a suction line with a visor rotatable about a horizontal axis, in which a series of teeth for cutting open the sand are mounted, which are mounted on a tooth bar which is arranged at right angles relative to the sense of movement of the drag head and a series of nozzles for injecting high pressure water which extend parallel to said tooth bar and in front of these teeth whenever one considers the sense of movement of the drag head.

Een sleephopperzuiger bestaat uit een op een zuigleiding aangesloten structuur die aan de onderzijde open is en tijdens het baggeren over de grond gesleept wordt.A trailing suction hopper dredger consists of a structure connected to a suction line that is open at the bottom and is dragged over the ground during dredging.

De sleepkop zelf bestaat uit twee delen: een helm, die rechtstreeks aangesloten is op de zuigleiding van het schip, en een vizier die scharnierend verbonden is met de helm door middel van een horizontale as. In het vizier zijn op een horizontale balk een reeks tanden 4 aangebracht met als doel het lossnijden van de grond. Een dergelijke balk staat bekend als tandenbalk.The drag head itself consists of two parts: a helmet, which is directly connected to the suction pipe of the ship, and a visor that is hinged to the helmet by means of a horizontal axis. In the visor, a series of tines 4 are arranged on a horizontal beam with the aim of cutting the ground loose. Such a bar is known as a tooth bar.

Op de onderzijde van de helm, ter hoogte van de verbinding met het vizier, zijn een reeks hielslijtstukken aangebracht. Deze vonmen de hielplaat. In deze hielslijtstukken zitten een aantal spuitgaten.On the underside of the helmet, at the level of the connection with the visor, a series of heel wear parts are fitted. These spark the heel plate. These heel wear parts have a number of injection holes.

Tijdens het baggeren wordt de kop over de grond verplaatst. Op deze manier steunt de helm via de hielplaat op de bodem. Doordat het vizier onafhankelijk van de helm kan bewegen, steunt deze met de zij- en/of achterwand op de bodem. Afhankelijk van de bodemhardheid zullen deze wanden min of meer in de bodem dringen. Door de zuigwerking van de baggerpomp aan de zuigbuiszijde zal tenslotte in de sleepkop een onderdruk opgebouwd worden, die ondermeer afhankelijk is van de mate van afdichting van deze kop. Hierdoor zal, samen met het water van buitenaf dat onvermijdelijk toegvoerd dient te worden, een deel zand opgezogen worden. Op deze manier baggert men zand door middel van de erosiewerking van het water.The head is moved over the ground during dredging. In this way, the helmet rests on the bottom via the heel plate. Because the visor can move independently of the helmet, it supports with the side and / or back wall on the bottom. Depending on the soil hardness, these walls will more or less penetrate into the soil. Due to the suction effect of the dredge pump on the suction pipe side, an underpressure will eventually be built up in the draghead, which depends inter alia on the degree of sealing of this head. As a result, together with the outside water that must inevitably be supplied, part of the sand will be sucked up. In this way, sand is dredged by means of the erosion effect of the water.

De productie aan zand wordt tot nog toe opgevoerd door twee bijkomende elementen: a) Tanden: door de in het vizier aanwezige tanden snijdt men bij de passage van de kop over de bodem een schil grond. De op deze wijze losgesneden grond kan dan opgezogen worden.The production of sand has hitherto been increased by two additional elements: a) Teeth: because of the teeth present in the visor, a skin is cut when the head is passed over the bottom. The soil cut loose in this way can then be sucked up.

b) Jets: in de hielslijtstukken zijn één of meerdere spuitgaten te vinden. Hierdoor wordt momenteel water gepompt met een druk van om en bij de 10 bar. Deze maken het mogelijk extra zand op te zuigen, immers:b) Jets: One or more injection holes can be found in the heel wear parts. As a result, water is currently being pumped at a pressure of around 10 bar. These make it possible to extract extra sand, after all:

Het te baggeren zand bestaat uit opeengestapelde korrels. Door hun eigengewicht worden deze op elkaar gedrukt Deze druk wordt tussen de korrels overgedragen door de onderlinge steunpunten, zijnde de raakpunten tussen de korrels.The sand to be dredged consists of stacked grains. These are pressed together by their own weight. This pressure is transferred between the grains by the mutual support points, being the points of contact between the grains.

Het is deze druk die ervoor zorgt dat de korrels op een bepaalde manier blijven liggen: de korrels blijven gepakt in een bepaalde evenwichtstoestand.It is this pressure that ensures that the grains remain in a certain way: the grains remain packed in a certain equilibrium state.

Wil men dit zand opzuigen, dan moet dit evenwicht verstoord worden. Dit kan men doen door het gebruiken van de jets: door het toevoeren van water onder hoge druk, kan men de onderlinge druk tussen de korrels doen verdwijnen. Hierdoor neemt men de kracht die de korrels op elkaar houdt weg, waardoor deze in beweging komen. Deze korrels zoeken naar een andere evenwichtstoestand en dit wordt fluïdiseren van het zand genoemd. Nu rest enkel nog dit zand opgezogen te worden, wat door de opgebouwde onderdruk in de sleepkop kan gebeuren.If one wants to suck up this sand, this balance must be disturbed. This can be done by using the jets: by supplying water under high pressure, the mutual pressure between the grains can disappear. This removes the force that holds the grains together, causing them to move. These grains look for a different equilibrium condition and this is called fluidizing the sand. Now only sand has to be sucked up, which can happen due to the built-up underpressure in the draghead.

Algemeen kan dus gezegd worden dat de jets dienen voor het losmaken van het zand en dat de zuigkracht van de baggerpomp dient voor het transport van het losgemaakte zand.In general it can therefore be said that the jets serve to loosen the sand and that the suction power of the dredge pump serves to transport the loosened sand.

Sleephoppers die aan de hierboven gegeven uiteenzetting beantwoorden, zijn bekend.Trailing hoppers corresponding to the above explanation are known.

Doel van de uitvinding is een sleepkop te ontwerpen die dank zij een aantal wijzigingen en verbeteringen een merkelijk verhoogd rendement vertoont dank zij om een grotere concentratie aan grond in het verpompte mengsel waartoe middelen worden voorzien om de waterspleet los van de snijdikte in te stellen.The object of the invention is to design a draghead which, thanks to a number of modifications and improvements, has a markedly increased efficiency thanks to a greater concentration of soil in the pumped mixture for which means are provided to adjust the water gap apart from the cutting thickness.

Om dit conform de uitvinding mogelijk te maken, is achter hogerbedoelde tanden, steeds in de bewegingszin van de sleepkop beschouwd, minstens een tweede reeks straalpijpen voorzien.In order to make this possible in accordance with the invention, at least a second series of nozzles is provided behind the teeth referred to above, always in the sense of movement of the draghead.

Steeds volgens de uitvinding is hogerbedoelde tweede reeks straalpijpen onderverdeeld in straalpijpen gericht naar het inwendige van het vizier toe, meer bepaald naar hogerbedoelde tanden en in straalpijpen die verticaal of nagenoeg verticaal naar omlaag zijn gerichtIn accordance with the invention, the above-mentioned second series of nozzles is subdivided into nozzles directed towards the interior of the visor, in particular towards the aforementioned teeth and into nozzles directed vertically or almost vertically downwards

Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een sleepkop volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet De verwijzingsdjfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.Other details and advantages of the invention will become apparent from the following description of a draghead according to the invention. This description is given by way of example only and does not limit the invention. The references refer to the appended figures.

Figuur 1 is een schematisch gehouden zijaanzicht van de baggerkop volgens de uitvinding.Figure 1 is a schematic side view of the dredging head according to the invention.

Figuur 2 is, op een grotere schaal, een perspectivische voorstelling van de baggerkop volgens de uitvinding.Figure 2 is, on a larger scale, a perspective representation of the dredging head according to the invention.

Figuur 3 illustreert schematisch de werkingsdiepte van een sleepkop van het bekende type.Figure 3 schematically illustrates the operating depth of a drag type of the known type.

Figuur 4 illustreert op dezelfde wijze de mogelijke werkingsdiepte van een sleepkop volgens de uitvinding.Figure 4 also illustrates the possible operating depth of a draghead according to the invention.

De sleepkop voor een sleephopperzuiger volgens de uitvinding wordt over de grond bewogen in de richting van pijl P die in figuur 1 zichtbaar is. De sleepkop volgens de uitvinding komt aan het einde van een zuigleiding 1 voor die is uitgerust met een vizier 2 bestaande o.m. uit zijwanden 3, een achterste wand 3’, een bovenplaat 4 met een boogvormig gedeelte 5 die bij de wenteling van het vizier 2 rondom zijn as 6 nauw in contact blijft met de dichtingsstrook 7 behorende tot vaste onderdelen die op de zuigleiding zijn gemonteerd. Tijdens het baggeren wordt inderdaad een onderdruk binnen het vizier onderhouden en het is dan ook een duidelijk doel van de uitvinding de zandfractie van de baggerspecie op te voeren. Doorheen de hielplaat 8 gaan een aantal straalpijpen 9 die water onder hoge druk injecteren. De vooraan aangebrachte hielplaat 8 met straalpijpen 9 worden tot nog toe courant gebruikt. Tijdens het slepen van de sleepkop over de grond zullen de geïnjecteerde jets eerst het zand loswoelen dat dan ook onmiddellijk zal worden opgezogen. Tegelijkertijd zullen de tanden 10, die achter de straalpijpen 9 voorkomen, het zand lossnijden. (In deze tekst moeten de termen “voor" en “achter" begrepen worden rekening houdend met de bewegingszin van de sleepkop). Ook deze tanden vindt men terug in de tot nog toe bestaande sleepkoppen.The trailing head for a trailing suction hopper dredger according to the invention is moved over the ground in the direction of arrow P which is visible in figure 1. The draghead according to the invention is present at the end of a suction pipe 1, which is equipped with a visor 2 consisting of side walls 3, a rear wall 3 ', a top plate 4 with an arc-shaped part 5 which, on the rotation of the visor 2, its shaft 6 remains in close contact with the sealing strip 7 belonging to fixed parts mounted on the suction line. During the dredging an underpressure is indeed maintained within the visor and it is therefore a clear object of the invention to increase the sand fraction of the dredged material. A number of nozzles 9 which inject water under high pressure pass through the heel plate 8. The heel plate 8 fitted with nozzles 9 at the front has been used hitherto. While dragging the drag head over the ground, the injected jets will first stir up the sand, which will then also be sucked up immediately. At the same time, the teeth 10, which are behind the nozzles 9, will cut the sand loose. (In this text the terms "front" and "rear" must be understood taking into account the sense of movement of the draghead). These teeth can also be found in the hitherto existing drag heads.

Achter deze tanden 10, wordt nu ter hoogte van de waterklep 11 die het vizier aan de achterzijde afsluit een tweede reeks straalpijpen voorzien. Deze straalpijpen worden onderverdeeld in een eerste reeks straalpijpen 12 die naar de tanden 10 zijn gericht en een tweede reeks straalpijpen 12’ die verticaal of nagenoeg verticaal naar omlaag zijn gericht. De door de straalpijpen 12 geïnjecteerde jets zijn gericht naar het inwendige van het vizier toe. De straalpijpen 12’ hebben tot doel de grond ter hoogte van de achterste wand 3’ beter, d.i. dieper, te fluïdiseren.Behind these teeth 10, a second series of nozzles is now provided at the level of the water valve 11 which closes the visor at the rear. These nozzles are divided into a first series of nozzles 12 facing the teeth 10 and a second series of nozzles 12 pointing vertically or substantially vertically downward. The jets injected by the nozzles 12 are directed towards the interior of the visor. The nozzles 12 "are intended to fluidize the soil better at the level of the rear wall 3", i.e. deeper.

De aanwezigheid van de straalpijpen 12 en 12’ heeft de volgende voordelen: a) Het door de tanden 10 en de straalpijpen 9 losgewerkt zand dat nog niet werd opgezogen, wordt extra gefluïdiseerd en kan dus beter opgezogen worden; b) Het snijden in meerdere trappen door straalpijpen 9 enerzijds en straalpijpen 12 en 12’ anderzijds, verhoogt de diepte waarop het zand geroerd en opgezogen wordt. Dit kan zeer duidelijk worden vastgesteld door de werkingsdiepte volgens figuur 3 te vergelijken met de werkingsdiepte volgens figuur 4.The presence of the nozzles 12 and 12 has the following advantages: a) The sand loosened by the teeth 10 and the nozzles 9, which has not yet been sucked up, is extra fluidized and can therefore be sucked up better; b) Multi-stage cutting through nozzles 9 on the one hand and nozzles 12 and 12 on the other increases the depth at which the sand is stirred and sucked up. This can be very clearly determined by comparing the operating depth according to figure 3 with the operating depth according to figure 4.

c) Een verhoging van het rendement door de waterspleet. Daar waar vroeger een mengsel zand/water doorheen de waterspleet enkel door erosie kwam, wordt nu de concentratie van het mengsel opgevoerd door erosie en door de aanwezigheid van gefluïdiseerd zand als gevolg van de werking van de straalpijpen juist vóór de waterspleet.c) An increase in efficiency through the water gap. Where previously a mixture of sand / water passed through the water gap only through erosion, now the concentration of the mixture is increased by erosion and due to the presence of fluidized sand as a result of the action of the nozzles just before the water gap.

De hier uiteengezette voordelen zijn het onmiddellijk gevolg van de inschakeling van de straalpijpen 12, 12’ onmiddellijk achter de tanden 10.The advantages set forth here are a direct result of the engagement of the nozzles 12, 12 directly behind the teeth 10.

De verschillende straalpijpen 12, 12’ sluiten onmiddellijk aan bij een waterklep 11 die kan verplaatst worden en wel volgens een translatie die plaatsvindt in een vlak dat evenwijdig loopt met de achterste wand 3’ van het vizier. Deze waterklep 11 is uitgevoerd In de vorm van een waterkamer 13. In geval van hydraulische bediening geschiedt deze van op de brug van de sleephopperzuiger. Het in de hoogte instelbaar monteren van de waterklep verhoogt het rendement van de nieuwe sleepkop, omdat de waterspleet optimaal kan ingesteld worden in functie van de bodemgesteldheid en totaal onafhankelijk van de penetratie in de grond van het vizier.The different nozzles 12, 12 "immediately connect to a water valve 11 which can be moved, according to a translation that takes place in a plane parallel to the rear wall 3" of the visor. This water valve 11 is in the form of a water chamber 13. In the case of hydraulic actuation, this takes place from the bridge of the trailing suction hopper dredger. The height-adjustable mounting of the water valve increases the efficiency of the new draghead, because the water gap can be optimally adjusted depending on the soil conditions and completely independent of the penetration into the ground of the visor.

Het rendement van de sleephopperzuiger wordt nog verbeterd door onderaan de zijwanden 3 van het vizier één of een reeks van meerdere laterale mesvormige slijtstrippen 14 aan te brengen. Deze slijtstrippen zijn voldoende dun om in het zand te dringen om de gewenste afdichting te verwezenlijken zodat de verhouding zand/water van het afgezogen mengsel nog wordt geoptimaliseerd.The efficiency of the trailing suction hopper dredger is further improved by arranging one or a series of several lateral blade-shaped wear strips 14 at the bottom of the side walls 3 of the visor. These wear strips are thin enough to penetrate the sand to achieve the desired sealing, so that the sand / water ratio of the extracted mixture is still optimized.

Om te verhinderen dat toevoerwater langs de relatief onproductieve zijkanten van het vizier zou aangevoerd worden, moet de sleepkop op deze plaatsen goed afgesloten zijn. De zijwanden van het vizier dienen goed in de grond te dringen.In order to prevent supply water from being supplied along the relatively unproductive sides of the visor, the draghead must be well closed in these places. The side walls of the visor must penetrate well into the ground.

Door de aanwezigheid van dunwandige slijtstrippen 14 wordt het vizier zijdelings uitstekend afgesloten zodat het vereiste transportwater integraal achteraan via de waterspleet en de geroerde grond aangezogen wordt. Deze nieuwe schikking vormt een tweede belangrijk kenmerk van de uitvinding.Due to the presence of thin-walled wear strips 14, the visor is closed perfectly laterally so that the required transport water is drawn in integrally at the back via the water gap and the stirred soil. This new arrangement is a second important feature of the invention.

Een verdere verbetering van de sleepkop moet worden gezien in de aanwezigheid aan de achterzijde van de sleepkop van de ten opzichte van het vizier scharnierende voeten 15 waarvan het nuttig oppervlak, d.i. de basis 15’, hiervan voldoende groot is om een vaste steun op de bodem te waarborgen. Door de diepte van de voeten 15, die onderling door een plaat 17 zijn verbonden (figuur 2), te regelen, regelt men de indringing van het vizier en dus van de tanden in de grond. Dit laat toe de snijdikte van de tanden te regelen en wel onafhankelijk van de waterspleet. In een mogelijke uitvoeringsvorm zijn voeten 15, met hun verbrede basis 15’, wentelbaar rondom scharnierpunt 18 gemonteerd. De wenteling geschiedt door de hydraulische cilinder 16, met scharnierpunt 18 ten opzichte van de voeten 15 en scharnierpunt 19 ten opzichte van het vizier, te laten inwerken. Het vizier zelf wordt gelicht of neergelaten door de hydraulische cilinder 20 te laten inwerken. De cilinder 20 is vast verbonden ten opzichte van de zuigleiding 1 en is in 21 scharnierend verbonden met vaste onderdelen behorende tot de structuur van het vizier om de achterste wand 3’ hiervan te lichten of neer te laten.A further improvement of the draghead must be seen in the presence at the rear of the draghead of the feet 15 hinged relative to the visor, the useful surface of which, ie the base 15 ', thereof is sufficiently large to provide a firm support on the bottom. to ensure. By controlling the depth of the feet 15, which are mutually connected by a plate 17 (figure 2), the penetration of the visor and thus of the tines into the ground is controlled. This makes it possible to control the cutting thickness of the teeth, independently of the water gap. In a possible embodiment, feet 15, with their widened base 15 ', are rotatably mounted around pivot point 18. The rotation takes place by allowing the hydraulic cylinder 16 to act with pivot point 18 relative to the feet 15 and pivot point 19 relative to the visor. The visor itself is lifted or lowered by allowing the hydraulic cylinder 20 to act. The cylinder 20 is fixedly connected with respect to the suction line 1 and is hinged in 21 with fixed parts belonging to the structure of the visor to lift or lower the rear wall 3 'thereof.

In figuur 2 is één van de hydraulische cilinders, 22, die de waterklep 11 beveelt, zichtbaar is.In Figure 2, one of the hydraulic cylinders, 22, which commands the water valve 11, is visible.

Door de werkdruk van de waterjets van 10 bar tot 20 bar op te drijven, kan een duidelijk betere penetratie van deze waterjets verwacht worden. Dit vormt een verder kenmerk van de uitvinding.By increasing the working pressure of the water jets from 10 bar to 20 bar, a significantly better penetration of these water jets can be expected. This is a further feature of the invention.

Door de combinatie van de verschillende hierboven uiteengezette verbeteringen aan een sleepkop van het bekende type kan een verrassende verhoging van het rendement van de nieuwe sleepkop worden verwacht.By the combination of the various improvements set out above on a drag head of the known type, a surprising increase in the efficiency of the new drag head can be expected.

De uitvinding is niet beperkt tot de hier beschreven uitvoeringsvorm en wijzigingen hieraan zouden kunnen worden aangebracht voor zover deze in het raam vallen van de toegevoegde conclusies.The invention is not limited to the embodiment described here and changes could be made to it insofar as they fall within the scope of the appended claims.

Claims

1. Trailing head for a trailing suction hopper dredger, consisting essentially of a structure connected to a suction line with a visor (2) rotatable about a horizontal axis (6) and containing a series of teeth (10) for cutting the sand, which are perpendicular to with respect to the sense of movement of the drag head, and a series of nozzles (9) for injecting high-pressure water extending parallel to said teeth and in front of these teeth whenever one considers the sense of movement of the drag head, characterized in that the above-mentioned teeth (9), always viewed in the direction of movement of the draghead, at least a second series of nozzles (12) is provided.

Towing head according to claim 1, characterized in that the above-mentioned second series of nozzles (12) is mounted on a water valve (11) in the form of a water chamber (13) which is hydraulically movable in a plane which is tangent or almost tangent to the visor.

Drag head according to claim 2, characterized in that the above-mentioned second series of nozzles (12) is divided into nozzles (12) directed towards the interior of the visor, in particular towards the above-mentioned teeth and in nozzles (12 ') which are vertical or substantially vertically downwards.

Drag head according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the above-mentioned visor (2), together with the above-mentioned suction line (1), is equipped with adjustable feet (15) whose useful surface (15 ') is large enough to support the bottom for which the visor at the bottom of the side walls 3 'is equipped with blade-shaped wear strips (14) which are sufficiently thin to penetrate into the bottom and ensure the desired lateral seal.

Method for dredging with a trailing suction hopper dredger equipped with a trailing head according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure in the nozzles is increased to 20 bar.