<Desc/Clms Page number 1>
SLEEPKOP EN HOPPERZUIGER
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een sleepkop voor een zuigerbaggerinrichting voor het aansnijden en opzuigen van baggermateriaal, omvattende een huis dat aan zijn onderkant voorzien is van een inlaatopening waardoorheen baggermateriaal zuigbaar is, en snijmiddelen in de nabijheid van de inlaatopening. Verder betreft de uitvinding een hopperzuiger voorzien van tenminste één zuigbuis waarop een sleepkop is gemonteerd.
Een dergelijke sleepkop is algemeen bekend en wordt typisch gebruikt in een hopperzuiger voor het baggeren van een zacht materiaal, zoals zand. Een hopperzuiger heeft ondermeer het voordeel dat er gewerkt kan worden bij relatief slechte weers- en/of zee-omstandigheden (hoge golven, veel stroming) en dat andere vaartuigen niet noemenswaardig worden gehinderd. Het nadeel van een hopperzuiger is dat deze niet geschikt is voor het baggeren van hard materiaal. Voor het baggeren van hard materiaal wordt typisch een snijkopzuiger gebruikt, maar een snijkopzuiger is gevoelig voor sterke stromingen en hoge golven, en bijgevolg minder geschikt om te werken bij moeilijke zee-omstandigheden (golven, wind, stro- ming).
De uitvinding heeft als doel een sleepkop en hopperzuiger voor te stellen die geschikt zijn voor het baggeren van harder dan momenteel in de industrie gangbaar materiaal.
Daartoe onderscheidt de sleepkop volgens de uitvinding zich doordat de sleepkop bovenmatig is verzwaard voor het door de snijmiddelen uitoefenen van een voldoende hoge indringingskracht op het baggermateriaal.
Door de sleepkop bovenmatig te verzwaren wordt een extra indringingskracht uitgeoefend op het materiaal welke vergelijkbaar kan zijn met de door een snijkop van een snijkopzui-
<Desc/Clms Page number 2>
ger uitgeoefende kracht. Ter illustratie wordt hieronder een voorbeeld gegeven van de door een snijkopzuiger uitgeoefende krachten in vergelijking met de door een hopperzuiger met een sleepkop volgens de uitvinding uitgeoefende krachten.
Snijkopzuiger : - massa van de ladder+snijkop: ongeveer 2500 kN; - snijkracht van snijkopaandrijving: ongeveer 1000 kN; - aantal actieve tanden : 5à 10; Hopperzuiger: - sleepkracht : 1100 kN; - massa van de verzwaarde sleepkop (+ eventueel massa deel van onderpijp - compensatie voor eventuele deinings- compensator + compensatie voor drukverschil over de sleepkop): ongeveer 900 kN; - aantal actieve tanden : Door het aantal tanden te beperken kunnen dus indring- ingskrachten verkregen worden die vergelijkbaar zijn met deze van snijkopzuigers. De maximale snijdikte waarbij gewerkt kan worden met een dergelijke sleepkop zal afhankelijk zijn van het type bodem.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de sleepkop zodanig bovenmatig verzwaard dat deze geschikt is hard baggermateriaal, zoals rots, i. h.b. voor baggermateriaal met een vrije druksterkte (unconfined compressive strength, USC) tot ongeveer 10 MPa. Met een dergelijke sleepkop zal men bijvoorbeeld snijdiktes van 50 mm kunnen halen voor hard baggermateriaal (UCS tot 10 MPa) en tot 150 mm voor zachter baggermateriaal.
Het huis omvat bij voorkeur een vast huisdeel en een t.o.v. dit vast huisdeel zwenkbaar gemonteerd vizier. Op die manier kan de hoek van het vizier t. o.v. de te baggeren bodem geregeld worden, waarbij het vast huisdeel gekoppeld is aan
<Desc/Clms Page number 3>
een zuigbuis van een hopperzuiger en het vizier beperkt verdraaibaar is t.o.v. het vlak van de zuigbuis.
Voor het positioneren van het vizier t.o.v. van het vast huisdeel is volgens een mogelijke uitvoeringsvorm tenminste één cilinder-zuigersamenstel gemonteerd tussen het vizier en het vast huisdeel. Dit zuiger-cilindersamenstel kan dan d. m.v. geschikte besturingsmiddelen bediend worden vanaf het achterdekhuis van een hopperzuiger.
Volgens de voorkeursuitvoeringsvorm zijn de snijmiddelen op een drager gemonteerde snijtanden, welke drager nabij de inlaatopening aangebracht is. Deze drager is bijvoorbeeld een balkvormige drager waarin een aantal snijtanden, bijvoorbeeld snijtanden van het merk Vosta, type 65D, verwisselbaar zijn gemonteerd. De drager is bij voorkeur, gezien in de sleeprichting, achter de inlaatopening, aan de rand daarvan gemonteerd.
Volgens een verder ontwikkelde uitvoeringsvorm is de drager aan de van de inlaatopening afgekeerde zijde van de tanden voorzien is van in bedrijf tegen de bodem drukkende dichtmiddelen, zoals een flexibele flap. Op die manier wordt de hoeveelheid water die tussen de snijtanden wordt opgezogen beperkt, en wordt het drukverschil over het vizier en dus de indringingskracht extra verhoogd. In plaats van een flexibele flap kunnen ook om een horizontale as scharnierende stalen platen gemonteerd worden, die, gezien in de sleeprichting, achter de snijtanden hangen.
Verder zijn bij voorkeur instelmiddelen voorzien voor het instellen van de positie van de snijtanden. Op die manier kunnen de tanden in een geschikte positie gebracht worden in functie van de gewenste snijdikte en het type baggermateriaal. De instelmiddelen zijn bijvoorbeeld tenminste één tussen het huis en de snijmiddelen gemonteerd cilinder-zuigersamenstel.
<Desc/Clms Page number 4>
Volgens een mogelijke uitvoering is de drager van de snijtanden zwenkbaar t.o.v. het huis is gemonteerd, en is het cilinder-zuigersamenstel tussen de drager en het huis gemonteerd. In de uitvoeringsvorm met vizier zal de drager typisch zwenkbaar t.o.v. het vizier gemonteerd zijn.
Het cilinder-zuigersamenstel voor het positioneren van de snijmiddelen kan verder voorzien zijn van een beveiligingssysteem voor het beperken van de druk in de cilinder van het cilinder-zuigersamenstel. De druk in de cilinder zal doorgaans een goede maat zijn voor de axiale belasting van de zuigbuis, en m. b.v. een dergelijke beveiliging kan worden vermeden dat te hoge axiale belastingen van de zuigbuis plaatshebben.
Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm omvat het beveiligingssysteem een overdrukklep en een accumulator, welke overdrukklep aan zijn drukzijde verbonden is met de cilinder en aan zijn andere zijde uitmondt in de accumulator. Wanneer de druk in de cilinder boven een voorafbepaalde waarde stijgt zal de overdrukklep opengaan en kan de hydrauliek olie naar de accumulator stromen. Dit zal in meer detail uiteengezet worden in de figuurbeschrijving hierna.
Het huis kan verder onderaan voorzien zijn van een ploegvormig orgaan, dat zich gezien in de sleeprichting onder het voorste deel van het huis bevindt en de bodem "ploegt" alvorens deze aan te snijden en het losgemaakte materiaal op te zuigen.
Tenslotte omvat het huis doorgaans een rooster dat zich uitstrekt over in hoofdzaak een doorsnede van het huis teneinde te vermijden dat stukken met een te grote diameter meegesleurd worden in de zuigbuis en de pomp blokkeren.
De uitvinding heeft verder betrekking op een hopperzuiger voorzien van tenminste één zuigbuis waarop een sleepkop volgens de uitvinding is gemonteerd.
<Desc/Clms Page number 5>
Bij voorkeur is de tenminste één zuigbuis aan zijn ondereinde uitgevoerd met een verdikte wand voor het verkrijgen van een bijkomende massa die geconcentreerd is rond het ophangpunt bij dit ondereinde. Op die manier blijft het gedrag van de zuigbuis vergelijkbaar met het gedrag van een zuigbuis zonder verdikte wanden, en de verzwaring enkel als effect hebben dat een extra indringingskracht van de tanden wordt verkregen. Doordat de massa geconcentreerd is nabij het ophangpunt, zal dit i. h.b. geen effect hebben op het slingergedrag bij het binnen/buitenboord zetten van de zuigbuis.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is een beveiliging voorzien voor het beperken van de axiale belasting van de zuigbuis. De beveiliging omvat bij voorkeur het hierboven beschreven beveiligingssysteem en sensormiddelen voor het detecteren van cilindervloeistof in de accumulator, waarbij de hopperzuiger voorzien is van besturingsmiddelen voor het cilinder-zuigersamenstel voor het positioneren van het vizier, welke sensormiddelen verbonden zijn met de besturingsmiddelen. Indien de overdrukklep van de tandcilinder opent, en de accumulator zich vult, wordt dit gedetecteerd, waarop de viziercilinder ingetrokken wordt. Hierdoor worden de tanden snel uit de bodem getrokken, waardoor de axiale belasting van de zuigbuis snel zal dalen en schade vermeden wordt. Eens de viziercilinder ingetrokken is, wordt deze en de tandcilinder weer naar de beginpositie uitgestuurd.
Het rip proces wordt daardoor als het ware automatisch hernomen.
Volgens een verder ontwikkelde uitvoeringsvariant is de hopperzuiger voorzien van een eerste lier met een hijsdraad voor het hijsen/omlaag laten van de zuigbuis, waarbij de zuigbuis aan zijn ondereinde voorzien is van een geleideschijf voor de hijsdraad teneinde de belasting van deze eerste lier te halveren. Het over de geleideschijf geleide uiteinde van de hijsdraad kan verbonden zijn met een tweede
<Desc/Clms Page number 6>
lier, zodanig dat de hijssnelheid van een systeem zonder geleideschijf behouden blijft.
Verder kan tussen elke lier en de geleideschijf een deiningscompensator zijn aangebracht voor het compenseren van de verticale bewegingen van het schip. Deze uitvoeringsvorm biedt bij een bestaande sleephopperzuiger met aan elke zijde een zuigbuis, het belangrijke voordeel dat de deiningscompensator en de zuigmondlier aan de zijde waar de buis niet gebruikt wordt, toch ingezet worden met als groot voordeel een bijna verdubbeling van de hijscapaciteit met behoud van de hijssnelheid en deiningscompensatie karakteristieken.
De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld van een sleepkop en een hopperzuiger volgens de uitvinding, met verwijzing naar de tekening in bijlage, waarin: - Figuren 1, 2 en 3 tonen respectievelijk een boven-, zij-, en achteraanzicht van een mogelijke uitvoeringsvorm van een hopperzuiger volgens de uitvinding, waarbij de zuigbuis getoond is in verschillende standen; - Figuren 4,5, en 6 tonen telkens een perspectivisch aanzicht, gezien onder verschillende hoeken, van een mogelijke uitvoeringsvorm van een sleepkop volgens de uitvinding; - Figuur 7 toont een zijaanzicht van de uitvoeringsvorm van figuren 4-6.
Eerst zullen de algemene onderdelen van de hopperzuiger van figuren 1-3 worden beschreven. Een hopperzuiger 1 is een schip dat geschikt is om een hopperruimte 5 d. m.v. pompen vol te laden met baggermateriaal terwijl het schip in een bepaalde richting vaart. Het schip is voorzien van een zuigbuis 2 die aan zijn uiteinde voorzien is van een sleepkop 3 en uit een onder- en een bovenbuis bestaat welke onderling verbonden zijn d. m.v. een flexibel verbindingsstuk 4. De zuigbuis kan omhoog en omlaag worden gebracht m. b.v. de bok 10 en de lie-
<Desc/Clms Page number 7>
ren 8, 8', zoals verder in meer detail zal worden beschreven.
Verder kan men in figuren 1-3 een achterdekhuis 6 en een dekkraan 7 onderscheiden.
Nu zal een robuuste voorkeursuitvoeringsvorm van de sleepkop volgens de uitvinding beschreven worden met verwijzing naar figuren 4-7.
In de getoonde uitvoering omvat de sleepkop 3 een aan de zuigbuis 2 koppelbaar huis bestaande uit een vast huisdeel 20 en een beweegbaar vizier 21. Dit vizier 21 is scharnierend gemonteerd rond een as 23, en de positie van het vizier kan ingesteld worden met behulp van een cilinder-zuigersamenstel 24, waarvan de zuiger 25 scharnierend verbonden is met het vizier, en het cilinderhuis 26 scharnierend verbonden is met het huis 20.
De sleepkop 3 is verder voorzien van een aan de onderrand van het vizier 20 aangebrachte steunbalk 27 waarin een aantal snijtanden 28 zijn gemonteerd. Deze steunbalk 27 is zwenkbaar rond een as 29 gemonteerd, en de positie van de steunbalk 27 is instelbaar door een cilinder-zuigersamenstel 30, waarvan de zuiger 32 scharnierend verbonden is met de steunbalk 27 en het cilinderhuis 31 scharnierend verbonden is met het vizier 21.
Zowel het cilinder-zuigersamenstel voor het positioneren van het vizier 24, als dat voor het positioneren van de snijtanden 30 is aan de bovenkant van de sleepkop, centraal aangebracht, zodat het risico op beschadiging door contact met de bodem van de verschillende onderdelen daarvan, en i. h.b. van de zuigers 25,32 en van de hydraulische leidingen, verlaagd wordt.
De positie van het vizier 21 kan uitgedrukt worden m.b.v. de hoek waarover het vizier 21 verdraaid is t. o.v. het huis 20, en deze hoek zal hierna aangeduid worden als de vizierhoek. Analoog kan de positie van de steunbalk 27 uitgedrukt
<Desc/Clms Page number 8>
worden m. b.v. de hoek waarover de steunbalk 27 verdraaid is t. o.v. het vizier 21, en deze hoek zal hierna aangeduid worden als de snijhoek. De cilinder-zuigersamenstellen 24,30 worden bestuurd vanaf het achterdekhuis 6 voor het instellen van de vizier- en snijhoek.
Het hydraulisch aansturingssysteem van de cilinders 24, 30 kan verder voorzien zijn van een veiligheidsschakeling voor het vermijden van een te hoge axiale belasting van de trekbuis. Het moment van de steunblak 27 rond de as 29, en dus de druk in het cilinderhuis 31 is een goede maat voor de axiale kracht in de zuigbuis, aangezien de hoek van de zuigbuis met de bodem in hoofdzaak constant blijft, en dit vormt de achterliggende gedachte voor de hierna beschreven beveiligingsschakeling. De beveiligingsschakeling omvat een overstortklep die tussen de bodem van het cilinderhuis 31 en een accumulator geschakeld is. Het systeem omvat verder een sensormiddel voor het detecteren van de aanwezigheid van hydrauliek olie in de accumulator.
Wanneer de som van de krachten op de snijtanden 28 een door de overstortklep bepaalde drempelwaarde overschrijdt, dan kan de hydrauliek olie door de klep naar de accumulator vloeien. Door de sleepkrachten en de snelheid van het schip zal de steunbalk 27 van de bewegingsrichting wegdraaien, waardoor de hydrauliek olie van de cilinderbodem naar de accumulator wordt geperst. Het sensormiddel zal dit detecteren en een geschikt signaal doorgeven aan de besturingsmiddelen van de vizierpositioneercilinder 24 teneinde het vizier eveneens omhoog te brengen. Nadat het vizier volledig is ingetrokken, kan de steunbalk 27 terugdraaien naar zijn vooraf ingestelde stand, en loopt de hydrauliek olie terug van de accumulator naar het cilinderhuis 31.
Met behulp van het veiligheidssysteem wordt de zuigbuis dus beschermd tegen te hoge trekbelastingen, waarbij de sleepkop na elke interventie
<Desc/Clms Page number 9>
door het veiligheidssysteem opnieuw normaal kan worden gebruikt.
De snijtanden 28 zijn bijvoorbeeld Vosta, type 65D snijtanden welke typisch gebruikt worden in cutterzuigers, bij werken in rotsgrond. Aan weerszijden van elke snijtand kunnen verharde stalen glijblokken 37 zijn voorzien. Wanneer de tip van de tanden voldoende is ingetrokken tussen een paar glijblokken 37, dan zal de sleepkop over de bodem scheren op de glijblokken 37 en de niet getoonde glijblokken bij de hiel 34.
De onderkant van het vast huisdeel 20 is in de getoonde uitvoeringsvorm voorzien van een ploeg 33 (figuur 5). Om de hiel 34 van het huisdeel 20 te beschermen kunnen niet getoonde verharde stalen glijblokken aangebracht worden tegen de hiel 34. In het huisdeel 20 is verder een rooster 35 aangebracht om te vermijden dat grote brokstukken mee naar binnen worden gezogen, waardoor de pomp kan blokkeren.
De steunbalk 27 kan verder voorzien zijn van een flexibele flap 36. Hierdoor wordt, i. h.b. in het geval van kleine snijdiktes, vermeden dat te veel water opgezogen wordt tussen de tanden. Bijgevolg wordt het drukverschil over het vizier 21 en dus ook de indringingskracht van de snijtanden verhoogd.
Voor het verkrijgen van een geschikte robuuste sleepkop 3 moet deze compact en zwaar uitgevoerd zijn. Het is echter wel voordelig als men het gewicht van de sleepkop 3 niet zwaarder maakt dat de maximale draagkracht van de dekkraan 7. Dit betekent o. a. dat de wanddiktes van de verschillende onderdelen groter zullen zijn dan voor een normale sleepkop. De wanddiktes kunnen bijvoorbeeld variëren tussen 30 en 80 mm, en de sleepkop kan eventueel als een smeedstuk vervaardigd zijn. In het voorbeeld van een 2 m brede sleepkop zal de sleepkop bijvoorbeeld een gewicht hebben van ongeveer 32 ton.
<Desc/Clms Page number 10>
Verder is de onderste buis van de zuigbuis zwaarder uitgevoerd in vergelijking met een normale zuigbuis van een hopperzuiger. Deze massa is aan het ondereinde 12 van de onderste zuigbuis geconcentreerd door deze aan dit uiteinde 12 uit te voeren met een dikkere wand. De dikte van de wand kan hier bijvoorbeeld 300 mm bedragen, waardoor een bijkomende massa van ongeveer 50 ton wordt verkregen voor een zuigbuis met een diameter van ongeveer 1,2 m.
Deze grotere massa zou betekenen dat de belasting van de bok 10 en van de lier 8 verhoogd wordt. Om de belasting van de lieren 8, 8' te halveren wordt een schijf 9 bevestigd op de onderste zuigbuis. Hierdoor wordt echter ook de hijssnelheid en het bereik en de snelheid van de deiningscompensator 18 gehalveerd. Dit kan worden verholpen door een bijkomende schijf 13 te monteren in de bok 10 en de draad via drie schijven 14,15, 16 naar de andere zijde van het schip, in het voorbeeld naar bakboord, te leiden. Daar wordt de draad via een deiningscompensator 18' aan bakboord op de lier 8' aan bakboord gewikkeld. De lieren 8, 8' en deiningscompensatoren 18,18' aan bak- en stuurboord werken dus in parallel, en de hijssnelheid van de zuigbuis en de snelheid en het bereik van de deiningscompensatoren zijn niet langer gehalveerd.
Voor het transporteren van grotere rotsbrokken is het voordelig om een relatief grote stroomsnelheid te hebben in een relatief kleine sleepkop. De interne diameter van de zuigbuis is bijvoorbeeld ongeveer 1,2 m voor een sleepkop met een breedte van ongeveer 2 m.
Hieronder zal de werking van de hopperzuiger volgens de uitvinding worden beschreven. Bij aankomst op de baggerlocatie, wordt de zuigbuis 2 naar beneden gelaten met het vizier 21 in de ingetrokken stand tot de verstevigde hiel 34 van het vast huisdeel 20 contact maakt met de bodem, waarbij het
<Desc/Clms Page number 11>
contact gedetecteerd wordt door de deiningscompensator (veer is niet langer in de samengedrukte stand). Men meet vervolgens de waterdiepte, en berekent hieruit de hoek die de zuigbuis 2 maakt met de bodem. Uit deze hoek kan de vizierhoek waarvoor de snijtanden net de bodem raken, worden afgeleid.
Deze vizierhoek wordt de nulhoek genoemd (hoek waarvoor de snijdikte nul is). Het vizier kan nu in een positie gebracht worden die overeenkomt met nulhoek plus een zogenaamde "riphoek" die overeenkomt met de gewenste snijdikte. Op het ogenblik dat de snijtanden 28 contact maken met de bodem zal de druk in de cilinders 30,24 aanzienlijk toenemen. De snijhoek waaronder de snijtanden in de bodem dringen kan verder geregeld worden door de cilinder 30. De rip- en de snijhoek zullen gekozen worden in functie van het te baggeren materiaal.
Nu kan het eigenlijke baggeren beginnen. Merk verder op dat het drukverschil over de sleepkop 3 zal toenemen wanneer het vizier 21 naar beneden wordt bewogen, en dat uit dit drukverschil doorgaans kan worden afgeleid of de tanden 28 voldoende in de bodem binnendringen en of de hiel 34 niet van de bodem wordt getild.
De vakman zal begrijpen dan vele modificaties aangebracht kunnen worden aan de hierboven geïllustreerde voorbeelden.
Zo is de hopperzuiger van de tekeningen een bestaande hopperzuiger die is omgebouwd in een hopperzuiger volgens de onderhavige uitvinding, maar in het geval dat men een nieuwe hopperzuiger volgens de uitvinding zou bouwen, zal de vakman begrijpen dat bepaalde onderdelen efficiënter kunnen uitgevoerd worden. het kader van de uitvinding wordt dan ook alleen bepaald door de hierna volgende conclusies.
<Desc / Clms Page number 1>
Tow head and hopper cleaner
The present invention relates to a drag head for a piston dredging device for cutting and sucking up dredging material, comprising a housing which is provided on its underside with an inlet opening through which dredging material can be sucked, and cutting means in the vicinity of the inlet opening. The invention further relates to a hopper piston provided with at least one suction pipe on which a drag head is mounted.
Such a drag head is generally known and is typically used in a hopper dredger for dredging a soft material such as sand. Among other things, a hopper dredger has the advantage that it is possible to work in relatively bad weather and / or sea conditions (high waves, high currents) and that other vessels are not significantly hindered. The disadvantage of a hopper dredger is that it is not suitable for dredging hard material. For dredging hard material, a cutter suction dredger is typically used, but a cutter suction dredger is sensitive to strong currents and high waves, and therefore less suitable for working under difficult sea conditions (waves, wind, currents).
The invention has for its object to propose a drag head and hopper dredger which are suitable for dredging harder material currently used in the industry.
To that end, the drag head according to the invention is distinguished in that the drag head is excessively weighted for exerting a sufficiently high penetration force on the dredging material by the cutting means.
By excessively weighting the drag head, an additional penetration force is exerted on the material which can be comparable to the pressure exerted by a cutter head of a cutter nozzle.
<Desc / Clms Page number 2>
exerted force. By way of illustration, an example is given below of the forces exerted by a cutter suction dredger compared to the forces exerted by a hopper dredger with a drag head according to the invention.
Cutter suction dredger: - mass of the ladder + cutter: approximately 2500 kN; - cutting force of cutter head drive: approximately 1000 kN; - number of active teeth: 5 to 10; Hopper dredger: - towing force: 1100 kN; - mass of the weighted drag head (+ possibly mass part of lower pipe - compensation for any swell compensator + compensation for pressure difference over the drag head): approximately 900 kN; - number of active teeth: By limiting the number of teeth, penetration forces can be obtained that are comparable to those of cutter suction dredgers. The maximum cutting thickness at which it is possible to work with such a drag head will depend on the type of bottom.
According to a preferred embodiment, the drag head is excessively weighted such that it is suitable for hard dredging material such as rock. h.b. for dredging material with a free compressive strength (unconfined compressive strength, USC) up to approximately 10 MPa. With such a drag head it will be possible, for example, to achieve cutting thicknesses of 50 mm for hard dredging material (UCS up to 10 MPa) and up to 150 mm for softer dredging material.
The housing preferably comprises a fixed housing part and a visor mounted pivotally relative to this fixed housing part. In this way the angle of the visor t. o.v. the soil to be dredged is regulated, the fixed housing part being coupled to
<Desc / Clms Page number 3>
a suction tube of a hopper dredger and the visor can be rotated to a limited extent with respect to the plane of the suction tube.
For positioning the visor relative to the fixed housing part, according to a possible embodiment, at least one cylinder-piston assembly is mounted between the visor and the fixed housing part. This piston-cylinder assembly can then d. m.v. suitable control means are operated from the aft deck of a hopper dredger.
According to the preferred embodiment, the cutting means are cutting teeth mounted on a carrier, which carrier is arranged near the inlet opening. This carrier is, for example, a beam-shaped carrier in which a number of incisors, for example incisors of the Vosta brand, type 65D, are mounted interchangeably. The carrier is preferably mounted on the edge thereof, viewed in the towing direction, behind the inlet opening.
According to a further developed embodiment, on the side of the teeth remote from the inlet opening, the carrier is provided with sealing means, such as a flexible flap, pressing against the bottom during operation. In this way the amount of water that is sucked up between the incisors is limited, and the pressure difference across the visor and therefore the penetration force is additionally increased. Instead of a flexible flap, it is also possible to mount hinged steel plates about a horizontal axis, which, viewed in the towing direction, hang behind the incisors.
Furthermore, adjusting means are preferably provided for adjusting the position of the incisors. In this way the teeth can be brought into a suitable position as a function of the desired cutting thickness and the type of dredging material. The adjusting means are, for example, at least one cylinder-piston assembly mounted between the housing and the cutting means.
<Desc / Clms Page number 4>
According to a possible embodiment, the holder of the cutting teeth is pivotable relative to the housing, and the cylinder-piston assembly is mounted between the carrier and the housing. In the visor embodiment, the carrier will typically be pivotally mounted relative to the visor.
The cylinder-piston assembly for positioning the cutting means can further be provided with a safety system for limiting the pressure in the cylinder of the cylinder-piston assembly. The pressure in the cylinder will generally be a good measure for the axial load of the suction pipe, and in particular e.g. such a protection can be avoided that excessive axial loads of the suction pipe occur.
According to a possible embodiment, the safety system comprises an overpressure valve and an accumulator, which overpressure valve is connected on its pressure side to the cylinder and on its other side opens into the accumulator. When the pressure in the cylinder rises above a predetermined value, the pressure relief valve will open and the hydraulic oil can flow to the accumulator. This will be explained in more detail in the figure description below.
The housing may further be provided at the bottom with a plow-shaped member which, viewed in the towing direction, is located below the front part of the housing and "plows" the bottom before cutting it and sucking up the loosened material.
Finally, the housing generally comprises a grid that extends over substantially a cross-section of the housing in order to prevent pieces of too large a diameter being dragged into the suction tube and blocking the pump.
The invention further relates to a hopper dredger provided with at least one suction tube on which a drag head according to the invention is mounted.
<Desc / Clms Page number 5>
The at least one suction tube is preferably provided at its lower end with a thickened wall for obtaining an additional mass which is concentrated around the suspension point at this lower end. In this way the behavior of the suction tube remains comparable to the behavior of a suction tube without thickened walls, and the weighting only has the effect of obtaining an additional penetration force from the teeth. Because the mass is concentrated near the suspension point, this will i. h.b. have no effect on the swinging behavior when placing the suction pipe in / out.
According to a preferred embodiment, a safety device is provided for limiting the axial load of the suction pipe. The protection preferably comprises the above-described protection system and sensor means for detecting cylinder fluid in the accumulator, the hopper piston being provided with control means for the cylinder-piston assembly for positioning the visor, which sensor means are connected to the control means. If the pressure relief valve of the toothed cylinder opens and the accumulator fills up, this is detected, upon which the sighting cylinder is retracted. As a result, the teeth are quickly pulled out of the ground, as a result of which the axial load of the suction tube will fall quickly and damage is avoided. Once the visor cylinder has been retracted, it and the tooth cylinder will be sent back to the starting position.
The rip process is therefore resumed automatically as it were.
According to a further developed embodiment variant, the hopper piston is provided with a first winch with a hoisting wire for hoisting / lowering the suction tube, wherein the suction tube is provided with a guide disk for the hoisting wire at its lower end in order to halve the load of this first winch. The end of the hoisting wire guided over the guide disk can be connected to a second one
<Desc / Clms Page number 6>
winch, such that the hoisting speed of a system without a guide disk is maintained.
Furthermore, a swell compensator may be provided between each winch and the guide disk to compensate for the vertical movements of the ship. With an existing trailing suction hopper dredger with a suction pipe on each side, this embodiment offers the important advantage that the swell compensator and the suction nozzle on the side where the pipe is not used are nevertheless used with the great advantage of nearly doubling the lifting capacity while retaining the lifting capacity. hoisting speed and swell compensation characteristics.
The invention will now be further elucidated on the basis of an exemplary embodiment of a drag head and a hopper dredger according to the invention, with reference to the attached drawing, in which: - Figures 1, 2 and 3 show a top, side and top view, respectively. rear view of a possible embodiment of a hopper dredger according to the invention, wherein the suction tube is shown in different positions; Figures 4,5 and 6 each show a perspective view, viewed at different angles, of a possible embodiment of a drag head according to the invention; Figure 7 shows a side view of the embodiment of Figures 4-6.
First, the general components of the hopper dredger of Figures 1-3 will be described. A hopper dredger 1 is a ship that is suitable for a hopper space 5 d. m.v. to load pumps full with dredging material while the ship is sailing in a certain direction. The ship is provided with a suction tube 2 which is provided with a drag head 3 at its end and which consists of a bottom and a top tube which are mutually connected d. m.v. a flexible connecting piece 4. The suction pipe can be raised and lowered e.g. the goat 10 and the
<Desc / Clms Page number 7>
8, 8 ', as will be described in more detail below.
Furthermore, in figures 1-3 a rear deck housing 6 and a deck crane 7 can be distinguished.
A robust preferred embodiment of the drag head according to the invention will now be described with reference to figures 4-7.
In the embodiment shown, the drag head 3 comprises a housing connectable to the suction tube 2 consisting of a fixed housing part 20 and a movable visor 21. This visor 21 is hingedly mounted around a shaft 23, and the position of the visor can be adjusted with the aid of a cylinder-piston assembly 24, the piston 25 of which is hingedly connected to the visor, and the cylinder housing 26 is hingedly connected to the housing 20.
The drag head 3 is furthermore provided with a support beam 27 arranged on the lower edge of the visor 20, in which a number of cutting teeth 28 are mounted. This support beam 27 is pivotally mounted around a shaft 29, and the position of the support beam 27 is adjustable by a cylinder-piston assembly 30, the piston 32 of which is pivotally connected to the support beam 27 and the cylinder housing 31 is pivotally connected to the visor 21.
Both the cylinder-piston assembly for positioning the visor 24 and that for positioning the cutting teeth 30 are arranged centrally at the top of the drag head, so that the risk of damage by contact with the bottom of the various components thereof, and i. h.b. of the pistons 25,32 and of the hydraulic lines.
The position of the visor 21 can be expressed by means of the angle through which the visor 21 is rotated t. o.v. the housing 20, and this angle will hereinafter be referred to as the sight angle. Analogously, the position of the support beam 27 can be expressed
<Desc / Clms Page number 8>
are e.g. the angle through which the support beam 27 is rotated t. o.v. the sight 21, and this angle will hereinafter be referred to as the cutting angle. The cylinder-piston assemblies 24, 30 are controlled from the aft deck housing 6 for adjusting the sight and cutting angle.
The hydraulic control system of the cylinders 24, 30 can further be provided with a safety circuit for avoiding an excessive axial load on the draw tube. The moment of the supporting surface 27 around the axis 29, and therefore the pressure in the cylinder housing 31, is a good measure of the axial force in the suction tube, since the angle of the suction tube with the bottom remains substantially constant, and this forms the rear for the protection circuit described below. The safety circuit comprises an overflow valve which is connected between the bottom of the cylinder housing 31 and an accumulator. The system further comprises a sensor means for detecting the presence of hydraulic oil in the accumulator.
When the sum of the forces on the incisors 28 exceeds a threshold value determined by the relief valve, the hydraulic oil can flow through the valve to the accumulator. Due to the towing forces and the speed of the ship, the support beam 27 will turn away from the direction of movement, whereby the hydraulic oil is pressed from the cylinder bottom to the accumulator. The sensor means will detect this and pass a suitable signal to the control means of the sight positioning cylinder 24 in order to also raise the sight. After the visor has been fully retracted, the support beam 27 can pivot back to its preset position, and the hydraulic oil flows back from the accumulator to the cylinder housing 31.
With the aid of the safety system, the suction pipe is thus protected against excessive tensile loads, with the drag head after each intervention
<Desc / Clms Page number 9>
can be used normally again by the safety system.
The incisors 28 are, for example, Vosta, type 65D incisors that are typically used in cutter dredgers when working in rocky soil. Hardened steel sliding blocks 37 can be provided on either side of each incisor. When the tip of the teeth is sufficiently retracted between a pair of sliding blocks 37, the drag head will skim across the bottom on the sliding blocks 37 and the sliding blocks (not shown) at the heel 34.
In the embodiment shown, the underside of the fixed housing part 20 is provided with a plow 33 (figure 5). In order to protect the heel 34 of the housing part 20, hardened steel sliding blocks (not shown) can be arranged against the heel 34. Furthermore, a grid 35 is provided in the housing part 20 to prevent large debris from being sucked in, whereby the pump can block .
The support beam 27 can further be provided with a flexible flap 36. This means that i. h.b. in the case of small cutting thicknesses, avoiding too much water being sucked up between the teeth. Consequently, the pressure difference across the visor 21 and therefore also the penetration force of the incisors is increased.
To obtain a suitable, robust drag head 3, it must be of a compact and heavy design. However, it is advantageous if the weight of the drag head 3 is not made heavier than the maximum bearing capacity of the cover crane 7. This means, inter alia, that the wall thicknesses of the different components will be greater than for a normal drag head. The wall thicknesses can for instance vary between 30 and 80 mm, and the drag head can optionally be manufactured as a forging piece. For example, in the example of a 2 m wide drag head, the drag head will have a weight of approximately 32 tons.
<Desc / Clms Page number 10>
Furthermore, the lower tube of the suction tube is made heavier in comparison with a normal suction tube of a hopper dredger. This mass is concentrated at the lower end 12 of the lower suction tube by designing it at this end 12 with a thicker wall. The thickness of the wall can here for instance be 300 mm, whereby an additional mass of approximately 50 tonnes is obtained for a suction pipe with a diameter of approximately 1.2 m.
This greater mass would mean that the load on the goat 10 and on the winch 8 is increased. To halve the load on the winches 8, 8 ', a disc 9 is mounted on the lower suction tube. However, this also halves the hoisting speed and the range and speed of the swell compensator 18. This can be remedied by mounting an additional disc 13 in the trestle 10 and guiding the wire via three discs 14,15, 16 to the other side of the ship, in the example to port. There, the wire is wound via a swell compensator 18 'on the port side to the winch 8' on the port side. The winches 8, 8 'and swell compensators 18, 18' on port and starboard, therefore, operate in parallel, and the hoisting speed of the suction tube and the speed and range of the swell compensators are no longer halved.
For transporting larger rock chunks it is advantageous to have a relatively large flow speed in a relatively small drag head. The internal diameter of the suction pipe is, for example, approximately 1.2 m for a drag head with a width of approximately 2 m.
The operation of the hopper dredger according to the invention will be described below. Upon arrival at the dredging location, the suction tube 2 is lowered with the visor 21 in the retracted position until the reinforced heel 34 of the fixed housing part 20 contacts the bottom, the
<Desc / Clms Page number 11>
contact is detected by the swell compensator (spring is no longer in the compressed position). The water depth is then measured, and from this the angle that the suction pipe 2 makes with the bottom is calculated. The visor angle for which the incisors just touch the bottom can be deduced from this angle.
This sight angle is called the zero angle (angle for which the cutting thickness is zero). The visor can now be brought into a position that corresponds to zero angle plus a so-called "rip angle" that corresponds to the desired cutting thickness. The moment the incisors 28 make contact with the bottom, the pressure in the cylinders 30, 24 will increase considerably. The cutting angle at which the cutting teeth penetrate into the ground can further be controlled by the cylinder 30. The ripping and cutting angle will be selected in function of the material to be dredged.
Now the actual dredging can begin. Note further that the pressure difference over the drag head 3 will increase when the visor 21 is moved downwards, and that it can usually be deduced from this pressure difference whether the teeth 28 penetrate sufficiently into the bottom and whether the heel 34 is lifted off the bottom .
Those skilled in the art will understand that many modifications can be made to the examples illustrated above.
Thus, the hopper dredger of the drawings is an existing hopper dredger that has been converted into a hopper dredger according to the present invention, but in the event that a new hopper dredger according to the invention would be built, the skilled person will understand that certain parts can be carried out more efficiently. the scope of the invention is therefore only determined by the following claims.