BE1011744A4

BE1011744A4 - Werkwijze voor het doorheen grond-en rotslagen werken met bagger-of graafwerktuigen en volgens deze werkwijze werkende inrichtingen.

Info

Publication number: BE1011744A4
Application number: BE9800111A
Authority: BE
Original assignee: Dredging Int
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-12-07
Also published as: WO1999041463A1; DE69918804T2; AU755886B2; TW491920B; US6449883B1; ES2226334T3; GB2334272A; GB9808594D0; BR9907858A; KR20010040957A; NZ506837A; EP1055033A1; HK1034104A1; EP1055033B1; GC0000097A; MY126437A; PT1055033E; AU2405199A; DK1055033T3; JP2002503775A

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze voor het doorheen grondlagen werken met bagger- of graafwerktuigen, gekenmerkt door dat men in het gebied waar het mechanische snij- of graafonderdeel actief is, waterstralen injecteert onder een druk die voldoende hoog is om de grondlagen in de nabijheid van het snij- of graafonderdeel open te snijden, en/of te laten vervloeien, en wanneer de grondlagen steenachtige materialen bevatten of uit steenachtige materialen bestaan, losgebroken materialen van de plaats waar het mechanische snij- of graafonderdeel actief is, ogenblikkelijk te verwijderen en de hydraulische fracturatie in het niet verbrijzelde materiaal in de onmiddellijke omgeving van het verbrijzelde materiaal te bevorderen.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   "Werkwijze voor het doorheen grond- en rotslagen werken met bagger-of graafwerktuigen en volgens deze werkwijze werkende inrichtingen" 
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het doorheen grondlagen, waarmede zowel grind,   zand-tot   kleilagen worden bedoeld dan wel grondlagen die steenachtige materialen bevatten of nagenoeg uitsluitend uit steenmassa's bestaan zoals rotslagen, werken met bagger-of graafwerktuigen, zoals sleephopperzuigers,   cutterzuigers, emmerbagger-   molens, graafkranen, dieplepelpontons of dergelijke, waarbij een gedeelte van het mechanische snij-of graafonderdeel in contact komt met de uit te graven grond-en/of rotslagen. 



   Bij baggeroperaties met bagger-of graafwerktuigen van verschillende types, maar voornamelijk van het sleephoppertype, wordt reeds gebruik gemaakt van onder druk ingespoten waterstralen in een gebied   voor   het snij- of graafonderdeel, al dan niet met lucht gemengd. Door het injecteren met waterstralen wordt vooral beoogd zanderige gronden te laten vervloeien en wel door toevoeging van water hetgeen zowel het snij-, zuig- als het pompproces ten goede komt en voor slibachtige gronden een opwelling van de slibdeeltjes in het water veroorzaakt, zodat deze door de omgevende natuurlijke waterstromen kunnen worden verplaatst.

   De bij deze techniek toegepaste drukken liggen in de orde van grootte van 10 bar met een tendens de druk tot ongeveer 15-20 bar op te voeren. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 doelstellingen die hierna kunnen worden samengevat : 1) Het reduceren van de mechanische snijkrachten zodat a) hardere grondsoorten met een gelijk of lager vermogen van de werktuigen kunnen worden gebaggerd ; b) een hogere snij-, zuig-en persproductie behaald kan worden in identische grondsoorten. 



  2) Het reduceren van de slijtage van de snij-of graafonderdelen, inzonderheid de tanden ervan. 



  3) Een nog hogere   vervloeiing   van de zanderige materialen hetgeen het pomprendement zal verbeteren. 



   Om dit conform de uitvinding mogelijk te maken, injecteert men in het gebied waar het snijof graafonderdeel actief is, waterstralen onder een druk die voldoende hoog is om de grondlagen in de nabijheid van het snij- of graafonderdeel open te snijden zoals kleilagen, en/of te laten vervloeien zoals zandlagen en, wanneer de grondlagen steenachtige materialen bevatten of nagenoeg tot uitsluitend uit steenachtige materialen bestaan zoals rotslagen, losgebroken en verbrijzelde materialen van de plaats waar het mechanische snij-of graafonderdeel actief is, ogenblikkelijk te verwijderen en de hydraulische fracturatie in het niet verbrijzelde materiaal in de onmiddellijke omgeving van het verbrijzelde materiaal te bevorderen. 



   Steeds volgens de uitvinding injecteert men ten einde de grondmassa's open te snijden of te laten vervloeien, waterstralen onder een druk van minstens 20 bar, ter hoogte van, doorheen en/of achter het mechanische snij-of graafonderdeel en onder een druk van minstens 50 bar   voor   het mechanische snij- of graafonderdeel. 



   In welbepaalde omstandigheden injecteert men, wanneer de grondlagen steenachtige materialen bevatten of uitsluitend uit steenachtige 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 materialen bestaan, waterstralen onder drukken van minstens 100 bar tot zelfs drukken van minstens 2000 bar naargelang de noodzaak om het beoogde doel te bereiken. 



   Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een werkwijze voor het doorheen grond-en rotslagen werken met bagger-of graafwerktuigen en van de volgens deze werkwijze werkende inrichtingen. 



   Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren. 



   Figuur 1 is een schematische voorstelling van het beginsel waarop de werkwijze volgens de uitvinding is gesteund in het geval van een tand als mechanisch snij- of graafonderdeel. 



   Figuren 2 en 3 zijn schematische voorstellingen in zijaanzicht van de kop van een sleephopperzuiger onder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding. 



   Figuur 4 is een zijaanzicht op een tand met adapter in een mogelijke uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, namelijk met minstens een waterstraal onder hoge druk doorheen de tand. 



   Figuur 4A is een zijaanzicht van een adapter volgens een variante. 



   Figuur 5 is een doorsnede volgens de lijn V-V uit figuur 4. 



   Figuur 5A is een langsdoorsnede volgens dezelfde lijn van een adapter volgens figuur 4A. 



   Figuur 6 is een perspectivische voorstelling van een adapter met daarop gemonteerde 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 tand, in een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding. 



   Figuur 7 vertoont, steeds in perspectief, een variante van de uitvoeringsvorm volgens figuur 6. 



   Figuur 8 illustreert schematisch de werking van de tanden op een cutterzuiger. 



   De werkwijze door de hierboven genoemde figuren geillustreerd, is gesteund op een optimale samenwerking tussen het mechanische snij- of graafonderdeel van het graaf- of baggerwerktuig en de onder druk geinjecteerde waterstralen als hydraulisch snij- of graafonderdeel, alsook op de hoogte van bedoelde druk, om zijn functie naar voldoening te kunnen vervullen. 



   Figuur 1 is een zeer schematische voorstelling die de werkwijze volgens de uitvinding moet verklaren. Indien met 1 naar bijvoorbeeld een steenachtige grondmassa en met 2 naar een tand als het actief gedeelte van een snij- of graafonderdeel wordt verwezen, dan is het essentieel dat de tandstructuur (bij een cutterbaggertuig bijvoorbeeld) zo is opgesteld dat tijdens het snijden van de grond het impactpunt 3 van de tand en de waterstraal 4 nagenoeg samenvallen. 



   Door de inwerking van het mechanisch snijwerktuig op de bodem (tot dit begrip behoren ook steenachtige grondmassa's) ontstaat een eerste breukzone 5 in de grondmassa rondom de plaats waar het mechanische snijwerktuig actief is. In figuur 1 wordt het snijwerktuig door een tand 2 voorgesteld, wordt met 4 naar een waterstraal onder hoge druk verwezen, met 5 naar de breukzone waar het mechanische snijwerktuig actief is geweest en met   5'naar   de hydraulische fracturatiezone waar de onder hoge tot zeer hoge druk   geinjecteerde   waterstraal 4 eveneens 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 nog actief is geweest.

   Essentieel is hierbij op te merken dat de onder hoge tot zeer hoge druk geinjecteerde waterstraal 4 precies naar het impactpunt 3 van de tand 2 moet worden gericht omdat dan de verbrijzelde steenachtige materialen van de breukzone 5 integraal worden verwijderd. Hierdoor heeft de tand een verbeterd rendement en is hij minder aan slijtage onderhevig. Tevens wordt de hydraulische fracturatie in de fracturatiezone   5'bevorderd   zodat een verbeterd uitbreekpatroon voor het materiaal wordt gevormd. 



   Wanneer de druk van de waterstraal die deze breukzone bestrijkt hoog genoeg is, bijvoorbeeld minstens 100 bar bedraagt, dan zal deze breukzone verdere scheuren inleiden, wat hydraulische fracturatie inhoudt, en zullen breukresten van de breukzone verwijderd worden. Als gevolg hiervan zal men een geringer snijdend vermogen noteren en dus minder slijtage omdat een groot deel van de losgekomen materialen die tot deze breukzone behoren door de waterstraal werden verwijderd. 



   Om een optimale samenwerking tussen de tand en de hoge druk waterstraal te verwezenlijken kan het mondstuk waardoorheen de waterstraal 4 wordt gespoten zieh juist achter de tand 2 bevinden (figuur 2) terwijl in de uitvoeringsvorm volgens figuur 3 de tand 2'derwijze is ontworpen dat de waterstraal   4'   doorheen de tand wordt gespoten. 



   Omdat de tanden van baggerwerktuigen, vooral wanneer in steenachtige grondmassa's wordt gewerkt, bijzonder snel slijten, is volgens de uitvinding een tandstructuur ontworpen die, steeds verwijzend naar figuren 4,4A, 5,5A en 6, de volgende kenmerken vertoont. 



   De tand 2'wordt, zoals gebruikelijk, 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 op een adapter 6 bevestigd die bijvoorbeeld deel uitmaakt van de roterende cutter of op een dwarsbalk van de sleepkop bevestigd. 



   In de uitvoeringsvorm volgens de figuren 4,4A, 5,5A, 6 en 7 is doorheen de adapter 6 minstens een hogedrukleiding 7 voorzien. Deze hogedrukleiding 7 eindigt met een kort mondstuk 8 of een verlengd mondstuk   8'dat,   wanneer de tand   2'op   de adapter 6 is bevestigd, in het verlengde komt te staan van de boring 9 die doorheen de tand 2'loopt. 



   Met deze tandstructuur ontstaat een maximale samenwerking tussen tand en hogedrukwaterstraal wat leidt naar een gevoelige reductie van de slijtage van de tand. Wanneer in steenachtige grondmassa's of rotsen wordt gebaggerd, zullen de afgebroken materialen door de hogedrukwaterstralen worden verwijderd zodat de tanden in de meest voordelige omstandigheden zullen werken. 



   Een variante van de door figuur 6 beschreven uitvoeringsvorm bestaat erin twee boringen 9'doorheen de tand 2'en de adapter van twee mondstukken 8 of 8'te voorzien. De beide boringen 9' moeten derwijze zijn gericht dat naarmate het uiteinde van de tand 2'slijt steeds door de beide waterstralen onder hoge druk naar het impactpunt van de tand wordt gespoten dat breder wordt naarmate de tand slijt. 



   Figuur 8 maakt de werkwijze volgens de uitvinding voor een cutterzuiger zeer duidelijk. In dezelfde figuur wordt, voor eenzelfde rotatiezin, en twee tegenovergestelde zwaaibewegingen van de cutterzuiger, de werking van de tanden 2 of 2'in de   grond-of   rotsmassa 10, schematisch voorgesteld. De rotatiezin wordt met pijlen 11, de zwaaibewegingen met pijlen 12 en 13 voorgesteld. 



   Op te merken valt dat de waterstralen 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 onder hoge druk worden gespoten minstens voor een duur die beantwoordt aan de tijd tijdens dewelke de tanden 2 of 2'actief zijn, d. i. in contact blijven met de uit te graven of te baggeren grondmassa. Door de werking van de hogedrukwaterstralen worden de gebroken materialen verwijderd zodat zij de optimale werking van de tanden niet hinderen, en de verhoogde levensduur van de tanden verzekeren. Tevens zorgt de werking van de hogedrukwaterstralen voor het inleiden en het bevorderen van de hydraulische fracturatie. 



   In deze optie is het dan ook noodzakelijk door middel van kleppen het waterdebiet onder hoge druk minstens aan   de "actieve" of   werkende tanden te verzekeren. 



   Wanneer de uitvinding toepassing vindt op sleephopperzuigers, kunnen meerdere opstellingen van de hogedrukwaterstralen worden uitgedacht. Als voorbeeld van sleephopperzuigers wordt nogmaals verwezen naar figuren 2 en 3. De mondstukken voor hogedrukwaterstralen 4 van minstens 50 bar worden op de hielplaat 14 van de sleepkop 15 gemonteerd en zorgen voor een eerste hydraulische bewerking van de grond. Een tweede rij mondstukken wordt achter de tanden 2 aangebracht en wel derwijze dat de waterstralen   4'van   minstens 20 bar naar het uiteinde van de tanden 2 worden gericht, met een tweede rij mondstukken voor het injecteren van waterstralen   4"   van minstens 20 bar naar het inwendige van de sleepkop 15 om het reeds gesneden materiaal een extra snijbewerking te laten ondergaan.

   Bij een dergelijke sleephopperzuiger kan ook gebruik worden gemaakt van de hierboven beschreven tandstructuur die het mogelijk maakt de waterstralen doorheen de tand   2'met   zijn adapter 6 te spuiten. Laat men de waterstralen 4 vanuit de hielplaat 14 van de sleepkop 15 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 respectievelijk op   een   lijn tussen de tanden 2 of 2' inwerken, dan zorgen deze waterstralen voor een initieel verticaal snij- of breukvlak op   een   lijn tussen de tanden 2 of 2'terwijl de waterstralen 4'en 4" met de hiermede samenwerkende tanden 2 of 2'de verdere breuk van het tussengelegen bodemmateriaal van deze verticale vlakken veroorzaken. 



   In stijve kleilagen en hardere zandlagen biedt de zopas beschreven opstelling zeer grote voordelen omdat met de thans toegepaste technieken enkel kan gebaggerd worden door sleephoppers met een groot voortstuwingsvermogen of met een stationaire cutterzuiger. Bij het baggeren met een inrichting volgens de uitvinding in bedoelde hardere zandlagen of stijve kleilagen stijgt het rendement omdat de grondlagen reeds voor een deel al dan niet gelijktijdig gebroken zijn door de werking van de hogedrukwaterstralen.

Claims

CONCLUSIES 1. Werkwijze voor het doorheen grondlagen, waarmede zowel grind, zand-tot kleilagen worden bedoeld dan wel grondlagen die steenachtige materialen bevatten of nagenoeg uitsluitend uit steenmassa's bestaan zoals rotslagen, werken met bagger-of graafwerktuigen, zoals sleephopperzuigers, cutter-zuigers, emmerbaggermolens, graafkranen, dieplepelpontons of dergelijke, waarbij een gedeelte van het mechanische snij- of graafonderdeel in contact komt met de uit te graven grond-en/of rotslagen, met het kenmerk dat men in het gebied waar het mechanische snij- of graafonderdeel actief is, waterstralen injecteert onder een druk die voldoende hoog is om de grondlagen in de nabijheid van het snij-of graafonderdeel open te snijden zoals kleilagen, en/of te laten vervloeien zoals zandlagen en,

wanneer de grondlagen steenachtige materialen bevatten of nagenoeg uitsluitend uit steenachtige materialen bestaan zoals rotslagen, losgebroken en verbrijzelde materialen van de plaats waar het mechanische snijof graafonderdeel actief is, ogenblikkelijk te verwijderen en de hydraulische fracturatie in het niet verbrijzelde materiaal in de onmiddellijke omgeving van het verbrijzelde materiaal te bevorderen.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men ten einde de grondmassa's open te snijden of te laten vervloeien, waterstralen onder een druk van minstens 20 bar injecteert ter hoogte van, doorheen, tussen en/of achter het mechanische snij- of graafonderdeel en onder een druk van minstens 50 bar voor het mechanische snij- of graafonderdeel.
3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men, wanneer de grondlagen steenachtige materialen bevatten of uitsluitend uit <Desc/Clms Page number 10> steenachtige materialen bestaan, men waterstralen onder drukken van minstens 100 bar injecteert en meer tot zelfs drukken van minstens 2000 bar naargelang de noodzaak om het beoogde doel te bereiken.
4. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 en 2 toegepast op het baggeren bij middel van een sleephopperzuiger waarvan de sleepkop met tanden is uitgerust die zieh in lijn dwars ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de sleepkop uitstrekken, met het kenmerk dat men voor bedoelde tanden, steeds in de bewegingsrichting van de sleepkop beschouwd, waterstralen injecteert onder een druk van minstens 50 bar.
5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat men achter bedoelde tanden, steeds in de bewegingsrichting van de tand en dus voor sleephoppers van de sleepkop beschouwd, waterstralen injecteert onder een druk van minstens 20 bar.
6. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat men tussen bedoelde tanden, steeds in de bewegingsrichting van de tand en dus voor sleephoppers van de sleepkop beschouwd, waterstralen injecteert onder een druk van minstens 20 bar.
7. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat men doorheen bedoelde tanden, steeds in de bewegingsrichting van de tand en dus voor sleephoppers van de sleepkop beschouwd, waterstralen injecteert onder een druk van minstens 20 bar.
8. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat men ter hoogte van bedoelde tanden waterstralen injecteert onder een druk van minstens 20 bar in de richting van de binnenkant van de sleepkop.
9. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 - 3, met het kenmerk dat zij toegepast wordt op het baggeren bij middel van een cutterzuiger. <Desc/Clms Page number 11>
10. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 - 3, met het kenmerk dat zij wordt toegepast op het baggeren bij middel van een emmerbaggermolen.
11. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 - 3, met het kenmerk dat zij wordt toegepast op het baggeren bij middel van een dieplepelpontons en graafkranen.
12. Werkwijze volgens een van de conclusies 9,10 en 11, met het kenmerk dat middelen kunnen worden voorzien om de hoge druk waterstralen slechts tijdens de effectieve werking van het snij- of graafonderdeel van de cutterzuiger, emmerbaggermolen of dieplepelponton te laten werken.
13. Inrichting voor het doorheen grondlagen, waarmede zowel grind, zand-tot kleilagen worden bedoeld, dan wel grondlagen die steenachtige materialen bevatten of nagenoeg uitsluitend uit steenmassa's bestaan zoals rotslagen, werken met bagger-of graafwerktuigen, sleephopperzuigers, cutterzuigers, emmerbaggermolens, graafkranen, dieplepelpontons of dergelijke, waarbij een gedeelte van het snij- of graafonderdeel in contact komt met de uit te graven grondlagen, met het kenmerk dat het gedeelte van bedoeld onderdeel dat in contact komt met de grondlaag voorzien zijn van mondstukken voor het in de grondlaag spuiten van water onder hoge tot zeer hoge druk, waarmede wordt bedoeld een druk van minstens 20 bar ter hoogte van, doorheen,

tussen en/of achter het mechanische snij- of graafonderdeel en onder een druk van minstens 50 bar voor het mechanische snij-of graafonderdeel, in grind, zand-tot kleilagen en een druk van minstens 100 bar tot zelfs drukken van minstens 2000 bar naargelang de noodzaak om het beoogde doel te bereiken in grondlagen die <Desc/Clms Page number 12> steenachtige materialen bevatten of nagenoeg uitsluitend uit steenmassa's bestaan.
14. Inrichting volgens conclusie 13 toegepast op een sleephopperzuiger waarvan de sleepkop met tanden is uitgerust die zieh in rij dwars ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de sleepkop uitstrekken, met het kenmerk dat tussen bedoelde tanden mondstukken zijn voorzien voor het injecteren van hoge druk waterstralen.
15. Inrichting volgens conclusie 13, toegepast op een sleephopperzuiger waarvan de sleepkop met tanden is uitgerust die zieh in rij dwars ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de sleepkop uitstrekken, met het kenmerk dat op de sleepkop mondstukken zijn voorzien voor het injecteren van hoge druk waterstralen die achter bedoelde tanden zijn gemonteerd om de waterstraal onder de tand, in de richting van het uiteinde daarvan te injecteren.
16. Inrichting volgens conclusie 13, toegepast op een sleephopperzuiger waarvan de sleepkop met tanden is uitgerust die zieh in rij dwars ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de sleepkop uitstrekken, met het kenmerk dat ook mondstukken zijn voorzien voor het in de richting van het inwendige van de sleepkop injecteren van waterstralen onder hoge druk.
17. Inrichting volgens conclusie 13 toegepast op een sleephopperzuiger met een hielplaat, met het kenmerk dat hierop mondstukken zijn gemonteerd voor het injecteren van hoge druk waterstralen in de richting van de uit te graven of te baggeren grondlaag.
18. Inrichting volgens conclusie 13 toegepast op een cutterzuiger waarvan de armen met tanden zijn uitgerust die op z. "adapters" zijn <Desc/Clms Page number 13> gemonteerd, met het kenmerk dat bedoelde tanden van mondstukken zijn voorzien voor het naar het impactpunt van de tanden injecteren van hogedrukstralen.
19. Inrichting volgens conclusie 13, toegepast op een emmerbaggermolen met het kenmerk dat de rand van elke emmer die, bij graaf- of baggerwerken in contact komt met de grondlaag, van mondstukken is voorzien voor het onder hoge druk injecteren van waterstralen.
20. Inrichting volgens conclusie 13 toegepast op een dieplepelponton, met het kenmerk dat de rand van de lepel die, bij graaf- of baggerwerken in contact komt met de grondlaag, van mondstukken is voorzien voor het onder hoge druk injecteren van waterstralen.
21. Tand met adapter te gebruiken in een inrichting volgens een van de conclusies 14 - 20, met het kenmerk dat zowel de tand als de adapter waarop deze wordt bevestigd, minstens een axiale boring vertonen voor het onder hoge druk spuiten van waterstralen in de richting van de plaats waar de tand in contact komt met de grondlaag of rots.
22. Tand volgens conclusie 21, met het kenmerk dat hogerbedoelde axiale boring in de tand zelf in minstens twee afzonderlijke boringen wordt opgesplitst die derwijze zijn gericht dat naarmate het uiteinde van de tand slijt steeds door bedoelde waterstralen onder hoge druk naar het impactpunt van de tand wordt gespoten.