Sleepkop voor een sleephopperzuiger en werkwijze voor het baggeren
met behulp van deze sleepkop
De uitvinding heeft betrekking op een sleepkop voor een
<EMI ID=1.1>
uitvinding betrekking op een, op de sleeppijp van een sleephopperzuiger te bevestigen sleepkop, die essentieel bestaat uit een op een zuigleiding aangesloten structuur met een rond een eerste as wentelbaar vizier voor het verwijderen van grond, welk vizier daartoe bij voorkeur is voorzien van een zich haaks ten opzichte van de bewegingsrichting van de sleepkop uitstrekkende reeks tanden. De aan het vizier aansluitende zuigleiding is bedoeld voor het afvoeren van de losgemaakte grond.
Een dergelijke sleepkop is bekend, bijvoorbeeld uit EPA-0892116. In EP-A-0892116 wordt een sleepkop voor een sleephopperzuiger beschreven die bestaat uit een op een zuigleiding aangesloten structuur met een, aan de onderzijde, open vizier. De structuur is bevestigd aan de sleephopperzuiger door middel van een sleeppijp. De sleeppijp mag uiteraard geen starre verbinding vormen tussen sleepkop en sleephopperzuiger, vanwege de onvermijdelijke diepteverschillen van de bodem. De sleeppijp bestaat daarom doorgaans uit meerdere pijpdelen die bijvoorbeeld met elkaar zijn verbonden door middel van cardankoppelingen of andere geschikte scharnierende verbindingen. Bij het baggeren van grond onder water wordt de sleepkop met sleeppijp en zuigleiding doorgaans onder een schuine hoek onder water gelaten ter hoogte van de achterzijde van de sleephopperzuiger, totdat deze de bodem raakt.
Door de vaarbeweging van de sleephopperzuiger wordt de sleepkop over de uit te baggeren bodem gesleept, waarbij de grond wordt losgemaakt en met water via de zuigleiding wordt weggezogen, bijvoorbeeld naar een op de sleephopperzuiger aanwezige opslagruimte. Door de noodzakelijk niet-starre verbinding tussen sleepkop en sleephopperzuiger wordt de sleepkop min of meer en hoofdzakelijk op de bodem gehouden door het gewicht van de onder water gelegen onderdelen, verminderd met het gewicht van het verplaatste water.
De bekende sleepkop bestaat in hoofdzaak uit een helm, die rechtstreeks aangesloten is op de zuigleiding van het schip, en een vizier dat scharnierend verbonden is met de helm door middel van een eerste as, welke doorgaans in gebruik in een horizontaal vlak ligt, en min of meer evenwijdig aan de te baggeren bodem. Het vizier heeft doorgaans een bovenwand en twee zijwanden, en is aan de onderzijde open. In het bekende vizier zijn op een balk, die evenwijdig verloopt met de eerste as, een reeks tanden aangebracht met als doel het lossnijden van de grond. Een dergelijke balk is bij de vakman bekend als tandenbalk.
Op de onderzijde van de bekende helm, ter hoogte van de verbinding met het vizier, zijn een reeks hielslijtstukken aangebracht, die tezamen de zogenaamde hielplaat vormen. Het is mogelijk de hielslijtstukken te voorzien van een aantal spuitgaten.
Tijdens het baggeren wordt de sleepkop over de grond verplaatst, waarbij de helm via de hielplaat steun vindt op de bodem. Doordat het vizier althans rond de eerste as onafhankelijk van de helm kan bewegen, steunt deze doorgaans met de zij- en/of de in gebruik stroomafwaartse zijde van de bovenwand op de bodem. Afhankelijk van de bodemhardheid zullen deze wanden hierbij min of meer in de bodem dringen. Door de zuigwerking van de baggerpomp aan de zuigbuiszijde zal zich in de sleepkop een onderdruk opbouwen. Hierdoor zal, samen met een hoeveelheid water, een deel van de uit te baggeren grond opgezogen worden. Met stroomafwaarts wordt in het kader van deze aanvrage bedoeld de richting die tegengesteld is aan de vaarrichting van het vaartuig (die overeenkomt met de sleeprichting van de sleepkop). De term stroomopwaarts verwijst naar de vaarrichting (of sleeprichting).
De bekende sleepkop heeft als nadeel dat deze slechts kan worden gebruikt in relatief zachte gronden. Inderdaad, wordt de grond te hard dan zal de sleepkop onvoldoende in de ondergrond kunnen indringen onder het gewicht van de zich gedeeltelijk onder water bevindende onderdelen, waardoor enerzijds de tanden hun werk niet meer kunnen doen, en anderzijds onvoldoende grond wordt opgezogen. Ook bij ondergronden die slechts gedeeltelijk bestaan uit harder materiaal, daalt het rendement van baggerproductie gevoelig, omdat vooral water wordt aangezogen. Met rendement wordt in het kader van deze aanvrage het volume per tijdseenheid uitgebaggerde grond bedoeld.
Uit US-A-4.150.502 is een sleepkop bekend die voorzien is van grote beitels en een zware rol waarop een veelheid van pinnen voorzien zijn. De functie van de grote beitels bestaat erin de grond te breken. Het eigen gewicht van de rol veroorzaakt scheurvorming in de ondergrond. De aanwezigheid van de grote beitels en van de rol is noodzakelijk om te verkrijgen dat de grond gebroken op een zodanige wijze gebroken kan worden dat brokken ontstaan van een grootte die geschikt is om door de sleepkop te worden opgezogen.
Uit GB-A-1.383.089 is een sleepkop bekend die voorzien is van een eerste en een tweede rol die beide roterend aangedreven zijn en voorzien van conventionele tanden, bladen of pikkels. De eerste en tweede rol worden in tegenovergestelde richting bij een lage rotatiesnelheid geroteerd. De tweede rol wordt aangedreven bij een toerental dat overeenstem met de voortbewegingssnelheid van de sleephopper en draagt bij tot het voortbewegen van de sleepkop, door de tegenwerkende kracht die door de eerste rol wordt uitgeoefend, te overwinnen. De sleepkop beschreven in GB-A-1.383.089 bevat echter geen aangedreven freeslichaam.
De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel in een sleepkop voor een sleephopperzuiger te voorzien die in staat is harde gronden uit te baggeren met een voldoende rendement.
De sleepkop volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat deze is voorzien van een rond een tweede as (6') wentelbaar freeslichaam, welk freeslichaam een aandrijfbaar omwentelingslichaam met tenminste één freeskop en daarop aangebrachte freestanden bevat.
Door in de nabijheid van het vizier van de sleepkop te voorzien in een freeslichaam dat actief wordt aangedreven is volgens de uitvinding gebleken dat harde ondergrond welke zich in de nabijheid van de sleepkop bevindt effectief wordt verbrijzeld. Dit is zeer verrassend daar voor het verbrijzelen van harde ondergrond op de voor sleepkoppen gebruikelijke schaalgrootte zeer grote krachten nodig zijn. Het was de verwachting dat de te realiseren druk op de grond onvoldoende hoog zou zijn om de gebleken effectieve freeswerking te verkrijgen.
Een verder voordeel van de sleepkop volgens de uitvinding is dat niet alleen grond wordt verbrijzeld maar dat deze verbrijzelde gronddeeltjes ook met een goed rendement worden opgezogen, waarmee wordt bedoeld dat de concentratie van de betreffende deeltjes in het opgezogen water hoog is. Bovendien blijkt de gemiddelde onderdruk in de zuigleiding hoger dan verwacht mag worden op grond van de verwachte relatief slechte afdichting van het vizier op de harde, en daardoor weinig doordringbare ondergrond. Hoewel de uitvinders geen sluitende verklaring hebben voor de goede werking van de uitgevonden sleepkop mag worden aangenomen dat er een synergistische werking optreedt tussen freeslichaam en sleepkop.
Zo is het mogelijk dat het freeslichaam zich vastbijt in de harde ondergrond, daardoor tevens de sleepkop op de ondergrond neerdrukkend waardoor een grote zuigkracht kan worden onderhouden. Anderzijds is het ook mogelijk dat de door de sleepkop ontwikkelde zuigkracht voldoende groot is (geworden) om de indringing van het freeslichaam in de harde ondergrond te ondersteunen waardoor de freeswerking wordt verkregen.
Opgemerkt wordt dat het freeslichaam van de sleepkop volgens de uitvinding op zich bekend is. Dergelijke freeslichamen worden -
<EMI ID=2.1>
tunnelbouw. Hierbij wordt het bekende freeslichaam gemonteerd op een robotarm van een rupsvoertuig of een andere stationaire structuur. De afmetingen van het bekende freeslichaam en het aandrijfvermogen zijn echter beperkt omdat anders de krachten op het rupsvoertuig te groot zouden worden. De losgemaakte specie wordt in een dergelijke toepassing doorgaans via een transportband in droge toestand afgevoerd.
Opgemerkt wordt tevens dat harde ondergronden onder water kunnen worden uitgebaggerd door gebruik te maken van een bij de vakman onder de naam cutterzuiger bekende inrichting. Een dergelijke cutterzuiger omvat een schip dat door middel van zogenaamde spudpalen wordt verankerd in de grond, waardoor een middel ontstaat om grote reactiekrachten op te vangen en door te leiden naar de ondergrond. Aan de andere zijde van het schip wordt een ladder met zuigbuis onder een schuine hoek onder het water geleid. Aan het uiteinde van de ladder is een constructie bevestigd in de vorm van een vogelkooi met spijlen waarop beitels zijn gemonteerd. Deze constructie wordt relatief langzaam (gebruikelijke omwentelingssnelheden van 20 a 30 toeren/minuut) tegen de bodem in gedraaid waardoor stukken ondergrond onder grote kracht worden weggeslagen door de beitels.
Dergelijke cutterzuigers hebben het nadeel dat ze enkel met veel (financiële) inspanning zijn te verplaatsen. Bovendien zijn ze niet wendbaar en kunnen, zeker in wateren die bereikbaar moeten blijven zoals bijvoorbeeld havens, veel hinder veroorzaken.
De sleepkop volgens de uitvinding wordt bij voorkeur gekenmerkt doordat het freeslichaam een in hoofdzaak cilindrisch omwentelingslichaam bevat, en twee zich vanuit de kopse vlakken uitstrekkende in hoofdzaak cilindrische freeskoppen. De aandrijving voor het freeslichaam bevindt zich dan ter hoogte van het middenvlak van het cilindrisch freeslichaam.
Met een dergelijke voorkeursuitvoeringsvorm wordt bereikt dat een strook harde grond in één keer kan worden losgemaakt over een breedte gelijk aan de hoogte van het cilindrisch freeslichaam. Deze breedte kan desgewenst tevens in hoofdzaak overeenkomen met de breedte van het vizier, door de tweede as evenwijdig te laten verlopen aan de eerste as. Hierdoor wordt het rendement van het baggeren verder verhoogd.
Het heeft tevens voordelen het freeslichaam te voorzien van een in hoofdzaak cilindrisch omwentelingslichaam, en een zich vanuit het middenvlak van het omwentelingslichaam aan weerszijden uitstrekkende in hoofdzaak cilindrische freeskop.
In deze uitvoeringsvorm wordt het freeslichaam aangedreven via assen die op beide kopvlakken aangrijpen. Hierdoor wordt het rendement verder verhoogd omdat de grond nu over de gehele breedte van het freeslichaam kan worden losgemaakt.
Om het rendement verder te verhogen is het tevens mogelijk de sleepkop te voorzien van meerdere freeslichamen. Deze worden bij voorkeur dusdanig geschrankt ten opzichte van elkaar opgesteld dat zij een grotere werkbreedte kunnen bestrijken dan de werkbreedte van een enkel freeslichaam.
Met geschrankt wordt in het kader van deze aanvraag bedoeld dat, ten opzichte van de sleeplijn, de verschillende freeslichamen schuin achter elkaar en/of naast elkaar zijn opgesteld op verschillende en/of gelijke afstanden van de sleeplijn, en dat hun assen een hoek vormen met de sleeplijn.
De positie van het freeslichaam of van de meerdere freeslichamen ten opzichte van het vizier kan vrij worden gekozen. Zo is het mogelijk dat het freeslichaam zich ten opzichte van de sleeprichting van de sleepkop in gebruik vóór (stroomopwaarts van) het vizier bevindt. In dat geval kan het freeslichaam bij voorbeeld worden gemonteerd op een hiervoor voorzien pijpstuk. Het door het freeslichaam gefreesde materiaal wordt bij het langsgaan van het vizier opgezogen.
Bij voorkeur bevindt het freeslichaam zich ten opzichte van de sleeprichting van de sleepkop in gebruik stroomafwaarts van het vizier.
In deze voorkeursuitvoeringsvorm bevindt het freeslichaam zich bij voorbeeld ter hoogte van de tanden van het vizier. Ook is het mogelijk dat het freeslichaam of meerdere freeslichamen de tanden vervangen. Het door het freeslichaam gefreesde materiaal wordt nu rechtstreeks in de zuigmond van het vizier geworpen, waardoor het rendement verder wordt verhoogd. Tevens is gebleken dat de synergetische werking tussen vizier en frees in dit geval zorgt voor een verbeterd rendement.
Desgewenst kan de sleepkop volgens de uitvinding worden voorzien van tenminste één reeks straalpijpen voor het injecteren van water, bij voorkeur onder hoge druk. Het toepassen van straalpijpen voor het injecteren van water, bij voorkeur onder hoge druk, is op zich bekend bij het baggeren van zachte en losgepakte gronden zoals bijvoorbeeld zandgrond. Het rendement van het baggeren wordt in dergelijke losgepakte gronden enerzijds bepaald door de op het vizier aanwezige tanden, waarmee bij het langsgaan van de sleepkop over de bodem een schil grond wordt weggesneden. De op deze wijze losgesneden grond kan dan opgezogen worden. In de bekende sleepkop kunnen echter ook straalpijpen voor het injecteren van water onder hoge druk worden voorzien, bijvoorbeeld in de hielslijtstukken. Gebruikelijke drukken liggen bijvoorbeeld rond 10 à 20 bar.
Deze maken het mogelijk extra zand op te zuigen. Het te baggeren zand bestaat immers uit opeengestapelde korrels, die door hun eigengewicht op elkaar worden gedrukt. Dit pakkingsevenwicht wordt verstoord door het toevoeren van water onder hoge druk, waardoor het zand wordt geflu'idiseerd, dat derhalve gemakkelijker wordt opgezogen.
Het is verrassend dat het gebruik van straalpijpen in de sleepkop volgens de uitvinding tevens een gunstig effect heeft op het rendement van het baggeren, wanneer de sleepkop wordt gebruikt voor het baggeren van harde gronden.
Desgewenst kunnen de straalpijpen zich stroomopwaarts en/of stroomafwaarts ten opzichte van het vizier en/of het freeslichaam bevinden. Ook is het mogelijk volgens de uitvinding het freeslichaam te voorzien van één of meerdere straalpijpen. De straalpijpen - en derhalve tevens de uittredende straal - kunnen hierbij gericht zijn naar het inwendige van het vizier toe, bijvoorbeeld naar de tanden, of stroomafwaarts zijn gericht, maar het is ook mogelijk straalpijpen te voorzien die in hoofdzaak
<EMI ID=3.1>
specifieke omstandigheden van de te baggeren ondergrond.
De freestanden van het in hoofdzaak cilindrisch freeslichaam verlopen bij voorkeur nagenoeg tangentieel aan de omwentelingsrichting van het freeslichaam, omdat zij op deze wijze nagenoeg loodrecht op het oppervlak van de harde bodem in de bodem kunnen dringen. De freestanden kunnen desgewenst eveneens worden voorzien van straalpijpen voor het injecteren van een vloeistof, bijvoorbeeld water, onder zeer hoge druk. Onder zeer hoge druk worden drukken verstaan die bij voorkeur tot 1500 bar, met meer voorkeur tot 2000 bar, met de meeste voorkeur tot 2500 bar bedragen. Hierdoor wordt de efficiëntie van de freestanden verder verhoogd. De draairichting van het freeslichaam is bij voorkeur dusdanig dat de freestanden met hun snijzijde in de bodem dringen, en niet met de achterzijde.
De sleepkop volgens de uitvinding wordt bij voorkeur gekenmerkt doordat het freeslichaam in hoofdzaak cilindrisch is, en de freestanden van freeslichaam in dusdanige zin verlopen dat hun snijzijde in gebruik stroomafwaarts van de omwentelingsas van het freeslichaam in de grond dringt. Hierdoor wordt het freeslichaam met een door de vakman zo genoemde ondersnijding in de bodem ingebracht. Hierdoor worden gelijkmatiger stukken harde ondergrond verwijderd.
Het heeft tevens voordelen in een sleepkop te voorzien die meerdere in hoofdzaak cilindrische freeslichamen bevat en waarbij de freestanden van tenminste één freeslichaam in dusdanige zin verlopen dat hun snijzijde in gebruik stroomopwaarts van de omwentelingsas van het betreffende freeslichaam in de grond dringt.
Hierdoor wordt een betere ingraving van de sleepkop bereikt in de ondergrond, waardoor het rendement van het baggeren verder wordt verbeterd.
De ingraving kan desgewenst nog worden verbeterd door de sleepkop volgens de uitvinding onderaan de zijwanden 3' te voorzien van mesvormige slijtstrippen (14) die voldoende dun zijn om in de bodem te dringen en aldus een althans gedeeltelijke zijdelingse afdichting teweegbrengen.
De uitvinding betreft tevens een werkwijze voor het breken en/of baggeren van althans gedeeltelijk harde ondergronden onder water - met een sleephopperzuiger, uitgerust met een sleepkop volgens de uitvinding.
De sleepkop volgens de uitvinding zal nu verder worden toegelicht aan de hand van volgende beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen en figuren, zonder de uitvinding daartoe te beperken. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren. Figuur 1 is een perspectivische voorstelling van een sleepkop. Figuur 2 toont een vooraanzicht (figuur 2a) en een zijaanzicht (figuur 2b) van het freeslichaam volgens de uitvinding. Figuur 3 geeft een schematisch zijaanzicht weer van de mogelijke plaatsing van het freeslichaam op de sleepkop. Figuur 4 illustreert op dezelfde wijze de mogelijke plaatsing van het freeslichaam volgens de uitvinding. Figuur 5 toont een vooraanzicht van een voorkeursuitvoeringsvorm van het freeslichaam volgens de uitvinding.
De sleepkop voor een sleephopperzuiger volgens de uitvinding wordt over de grond bewogen in de richting van pijl P die in figuur 3 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 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 sleepkop zijn gemonteerd. Tijdens het baggeren wordt een onderdruk binnen de sleepkop onderhouden om de losgemaakte harde gronddeeltjes en andere bodemdeeltjes op te kunnen zuigen. De harde grond wordt losgemaakt door de werking van het freeslichaam 4 dat zich stroomopwaarts en/of stroomafwaarts van het vizier kan bevinden. Doorheen de hielplaat 8 gaan bij voorkeur een aantal straalpijpen 9 die water, eventueel onder hoge druk, injecteren. Tijdens het slepen van de sfeepkop over de grond zullen de freeslichamen 4 de harde ondergrond aansnijden en wegfrezen, waarbij bij voorkeur tegelijkertijd het vizier op de ondergrond wordt gedrukt.
De geïnjecteerde jets kunnen helpen om eventueel zand of gesedimenteerde harde gronddeeltjes los te woelen, die dan ook gemakkelijker worden opgezogen. Tegelijkertijd zullen de tanden 10, die achter de straalpijpen 9 voorkomen, het zand lossnijden. Achter deze tanden 10, of in plaats van de tanden 10, kan, indien gewenst, ter hoogte van de achterwand die het vizier aan de achterzijde afsluit een tweede reeks freeslichamen 4 en/of straalpijpen 9 worden voorzien. Deze freeslichamen 4 snijden de harde grond aan ter hoogte van het vizier. Door bij voorkeur de freeslichamen 4 de grond te laten ondersnijden wordt bereikt dat de harde gronddeeltjes als het ware in het vizier worden geworpen. Deze tweede reeks straalpijpen kan onderverdeeld zijn
in een eerste reeks straalpijpen die naar de tanden 10 zijn gericht en een tweede reeks straalpijpen die verticaal of nagenoeg verticaal naar omlaag zijn gericht. De door de straalpijpen geïnjecteerde jets zijn gericht naar het inwendige van het vizier toe. De straalpijpen hebben tot doel de grond ter hoogte van de achterste wand beter, d.i. dieper, te fluïdiseren.
Het wegfrezen door de freeslichamen van het harde bodemmateriaal kan op elke gewenste diepte gebeuren, afhankelijk van de afmetingen van het gebruikte freeslichaam, het aangeboden vermogen, de specifieke eigenschappen van de ondergrond, enzovoort. Het is mogelijk middelen te voorzien om de hoogte van de freeslichamen in te stellen. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de verschillende freeslichamen onmiddellijk aan te laten sluiten bij de achterwand 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. In geval van hydraulische bediening geschiedt deze hoogteregeling van op de brug van de sleephopperzuiger.
Het in de hoogte instelbaar monteren van de achterwand en/of de freeslichamen verhoogt aldus het rendement van de nieuwe sleepkop, omdat de snijdiepte optimaal kan ingesteld worden in functie van de bodemgesteldheid en totaal onafhankelijk van de penetratie in de grond van het vizier.
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 bodemdeeltjes/water van het afgezogen mengsel nog wordt geoptimaliseerd.
Om te verhinderen dat toevoerwater langs de relatief onproductieve zijkanten van het vizier zou aangevoerd worden, wordt de sleepkop op deze plaatsen bij voorkeur goed afgesloten. De zijwanden van het vizier dienen hierbij bij voorkeur goed in de grond te dringen. Bij gebruik van de sleepkop volgens de uitvinding op harde ondergronden wordt dit indringen bemoeilijkt. Het is gebleken dat de op de sleephopperzuiger aanwezige freeskop een gunstig effect heeft op het afsluiten van de sleepkop.
Door de aanwezigheid van dunwandige slijtstrippen 14 wordt het vizier zijdelings nog beter afgesloten zodat het vereiste transportwater integraal achteraan via de waterspleet en de geroerde grond aangezogen wordt.
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 sleepkop 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.
Freeslichaam 4 (zie figuren 2a en 2b) is draaibaar opgesteld rond een wentelingsas 6'. De wentelingsas 6' wordt aangedreven door middel van een motor 41, middels een overbrenging 42. Bij voorkeur omvat het freeslichaam (4) een in hoofdzaak cilindrisch omwentelingslichaam (43), en twee zich vanuit de kopse vlakken 44 en 45 naar het middenvlak (40) uitstrekkende in hoofdzaak cilindrische freeskoppen (4A) en (4B). In deze uitvoeringsvorm wordt het freeslichaam (4) dus aangedreven vanuit het middenvlak (40) van het omwentelingslichaam 43. Ter hoogte van het middenvlak (40) bevinden zich in deze uitvoeringsvorm geen freestanden (10).
Een tweede voorkeursuitvoeringsvorm omvat een freeslichaam (4) dat een in hoofdzaak cilindrisch omwentelingslichaam (43) omvat, en een zich vanuit het middenvlak (40) van het omwentelingslichaam aan weerszijden naar de kopse vlakken uitstrekkende in hoofdzaak cilindrische freeskop (4C). In deze uitvoeringsvorm
(zie Figuur 5) wordt het freeslichaam (4) aangedreven vanuit de kopse vlakken
(44) en (45). Dit heeft als voordeel dat zich over nagenoeg de volledige hoogte van het omwentelingslichaam (43) freestanden (10) kunnen bevinden.
In het voordelige geval dat de sleepkop volgens de uitvinding voorzien is van meerdere freeslichamen (4), zijn deze bij voorkeur dusdanig ten opzichte van elkaar opgesteld dat zij een grotere werkbreedte kunnen bestrijken dan de werkbreedte van een enkel freeslichaam (4). Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de freeslichamen (4) in formatie op te stellen, waarbij een tweede reeks freeslichamen (4) zich stroomafwaarts bevindt van een eerste reeks freeslichamen (4), een reeks een aantal naast elkaar opgestelde freeslichamen (4) bevat, en de totale breedte van de tweede reeks groter is dan de totale breedte van de eerste reeks. Bij voorkeur worden de freeslichamen (4) dusdanig geschrankt ten opzichte van elkaar opgesteld dat de gewenste werkbreedte over de totale breedte wordt bestreken, zonder hierin 'gaten te laten vallen'.
Het heeft verder voordelen dat tenminste twee freeslichamen (4) in de sleeprichting achter elkaar zijn opgesteld, waarbij het achterste freeslichaam (het bij gebruik meest stroomafwaarts gelegen freeslichaam) een gelijke of grotere werkdiepte heeft dan het ervoor gelegen freeslichaam. Op deze wijze kan eenvoudig en op progressieve wijze een grote werkdiepte worden bereikt. Bovendien wordt hierdoor slijtage van de freestanden (10) verhinderd.
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.
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.
Trailing head for a trailing suction hopper dredger and method for dredging
using this drag head
The invention relates to a drag head for one
<EMI ID = 1.1>
The invention relates to a drag head to be mounted on the trailing pipe of a trailing suction hopper dredger, which head consists essentially of a structure connected to a suction line with a visor rotatable about a first axis for removing soil, which visor is preferably provided with a perpendicular to this end series of teeth extending with respect to the direction of movement of the drag head. The suction line connecting to the visor is intended for draining the loosened soil.
Such a drag head is known, for example from EPA-0892116. EP-A-0892116 describes a trailing head for a trailing suction hopper dredger consisting of a structure connected to a suction line with a visor open at the bottom. The structure is attached to the trailing suction hopper dredger by means of a trailing pipe. The trailing pipe may of course not form a rigid connection between trailing head and trailing suction hopper dredger, due to the inevitable depth differences of the bottom. The towing pipe therefore generally consists of several pipe parts which are for instance connected to each other by means of cardan joints or other suitable hinged connections. When dredging soil under water, the trailing head with trailing pipe and suction line is generally submerged at an oblique angle at the rear of the trailing suction hopper dredger until it touches the bottom.
As a result of the movement of the trailing suction hopper dredger, the trailing head is dragged over the soil to be dredged, whereby the soil is loosened and sucked away with water via the suction line, for example to a storage space present on the trailing suction hopper dredger. Due to the necessary non-rigid connection between the trailing head and trailing suction hopper dredger, the trailing head is more or less and mainly held on the bottom by the weight of the submerged parts, less the weight of the displaced water.
The known drag head consists essentially of a helmet which is directly connected to the suction line of the ship, and a visor which is hingedly connected to the helmet by means of a first axis, which is generally in use in a horizontal plane, and minus or more parallel to the bottom to be dredged. The visor usually has an upper wall and two side walls, and is open at the bottom. In the known visor, on a beam that runs parallel to the first axis, a series of teeth are arranged for the purpose of cutting off the soil. Such a beam is known to the person skilled in the art as a tooth beam.
On the underside of the known helmet, at the level of the connection with the visor, a series of heel wear pieces are arranged, which together form the so-called heel plate. It is possible to provide the heel wear pieces with a number of injection holes.
During dredging, the drag head is moved over the ground, whereby the helmet finds support on the bottom via the heel plate. Because the visor can move at least around the first axis independently of the helmet, it generally rests with the side and / or the downstream side of the top wall in use on the bottom. Depending on the soil hardness, these walls will hereby penetrate more or less into the soil. As a result of the suction action of the dredging pump on the suction pipe side, an underpressure will build up in the drag head. As a result, together with a quantity of water, part of the soil to be dredged will be sucked up. In the context of this application, the term "downstream" is understood to mean the direction that is opposite to the sailing direction of the vessel (which corresponds to the towing direction of the towing head). The term upstream refers to the sailing direction (or towing direction).
The known drag head has the drawback that it can only be used in relatively soft soils. Indeed, if the ground becomes too hard, the drag head will not be able to penetrate sufficiently into the ground under the weight of the parts partially submerged in water, as a result of which on the one hand the teeth can no longer do their work, and on the other hand insufficient soil is sucked up. Even on substrates that only partly consist of harder material, the efficiency of dredging production drops considerably, because water is mainly sucked in. In the context of this application, efficiency means the volume of dredged soil per unit time.
US-A-4,150,502 discloses a drag head which is provided with large chisels and a heavy roller on which a plurality of pins are provided. The function of the large chisels is to break the ground. The own weight of the roll causes cracking in the substrate. The presence of the large chisels and of the roller is necessary to ensure that the soil can be broken in such a way that chunks of a size suitable for being sucked up by the drag head are produced.
GB-A-1,383,089 discloses a drag head which is provided with a first and a second roller, both of which are rotationally driven and provided with conventional teeth, blades or picks. The first and second roll are rotated in the opposite direction at a low rotation speed. The second roller is driven at a speed corresponding to the trailing speed of the trailing hopper and contributes to the trailing of the trailing head by overcoming the opposing force exerted by the first roller. However, the drag head described in GB-A-1,383,089 does not contain a driven milling body.
The present invention has for its object to provide a trailing head for a trailing suction hopper dredger capable of dredging hard soils with a sufficient efficiency.
To that end, the drag head according to the invention is characterized in that it is provided with a milling body rotatable about a second axis (6 '), which milling body comprises a drivable body of rotation with at least one milling head and milling teeth arranged thereon.
By providing a milling body in the vicinity of the visor of the drag head, it has been found according to the invention that hard ground located in the vicinity of the drag head is effectively crushed. This is very surprising since very large forces are required for crushing hard surfaces on the scale customary for drag heads. It was expected that the pressure to be realized on the ground would not be sufficiently high to achieve the proven effective milling action.
A further advantage of the drag head according to the invention is that not only soil is crushed, but that these crushed soil particles are also sucked up with a good efficiency, which means that the concentration of the particles in question in the sucked up water is high. Moreover, the average underpressure in the suction line appears to be higher than may be expected on the basis of the expected relatively poor seal of the visor on the hard, and therefore poorly permeable, substrate. Although the inventors have no conclusive explanation for the proper functioning of the invented drag head, it can be assumed that there is a synergistic effect between milling body and drag head.
It is thus possible for the milling body to bit itself into the hard surface, thereby also pressing the drag head onto the surface, so that a large suction force can be maintained. On the other hand, it is also possible that the suction force developed by the drag head is (or has become) sufficiently large to support the penetration of the milling body into the hard surface, whereby the milling action is obtained.
It is noted that the milling body of the drag head according to the invention is known per se. Such milling bodies are -
<EMI ID = 2.1>
tunnel construction. The known milling body is hereby mounted on a robot arm of a caterpillar vehicle or another stationary structure. However, the dimensions of the known milling body and the driving power are limited because otherwise the forces on the tracked vehicle would become too great. In such an application, the loosened mortar is usually discharged in the dry state via a conveyor belt.
It is also noted that hard substrates can be dredged under water by using a device known to the person skilled in the art under the name cutter suction dredger. Such a cutter suction dredger comprises a ship which is anchored in the ground by means of so-called spud poles, as a result of which a means is created for absorbing large reaction forces and passing them on to the subsurface. On the other side of the ship a ladder with suction pipe is led under the water at an oblique angle. At the end of the ladder a structure is attached in the form of a bird cage with bars on which chisels are mounted. This construction is rotated relatively slowly (usual speeds of rotation of 20 to 30 revolutions / minute) against the ground, as a result of which chisels of soil are knocked away under great force.
Such cutter suction dredgers have the disadvantage that they can only be relocated with a great deal of (financial) effort. Moreover, they are not agile and can cause a lot of nuisance, especially in waters that must remain accessible, such as for example ports.
The drag head according to the invention is preferably characterized in that the milling body comprises a substantially cylindrical milling body, and two substantially cylindrical milling heads extending from the end faces. The drive for the milling body is then located at the level of the central surface of the cylindrical milling body.
With such a preferred embodiment it is achieved that a strip of hard soil can be released in one go over a width equal to the height of the cylindrical milling body. This width can, if desired, also substantially correspond to the width of the visor, by having the second axis run parallel to the first axis. This further increases the efficiency of dredging.
It is also advantageous to provide the milling body with a substantially cylindrical revolution body, and a substantially cylindrical milling head extending on both sides from the center surface of the revolution body.
In this embodiment, the milling body is driven via shafts that engage on both end faces. As a result, the efficiency is further increased because the soil can now be detached from the milling body over the entire width.
To further increase the efficiency, it is also possible to provide the drag head with a plurality of milling bodies. These are preferably arranged so that they are aligned with respect to one another in such a way that they can cover a larger working width than the working width of a single milling body.
In the context of this application, "squared" means that the different milling bodies are arranged diagonally behind each other and / or next to each other at different and / or equal distances from the towing line, and that their axes form an angle with the troll.
The position of the milling body or of the multiple milling bodies relative to the visor can be freely selected. It is thus possible for the milling body to be positioned in front of the visor relative to the towing direction of the towing head in use. In that case the milling body can for instance be mounted on a pipe piece provided for this purpose. The material milled by the milling body is sucked up as the visor passes.
The milling body is preferably located downstream of the visor relative to the drag direction of the drag head.
In this preferred embodiment, the milling body is located, for example, at the level of the teeth of the visor. It is also possible for the milling body or several milling bodies to replace the teeth. The material milled by the milling body is now thrown directly into the nozzle of the visor, whereby the efficiency is further increased. It has also been found that the synergistic effect between visor and cutter results in an improved efficiency in this case.
If desired, the drag head according to the invention can be provided with at least one series of nozzles for injecting water, preferably under high pressure. The use of nozzles for injecting water, preferably under high pressure, is known per se in the dredging of soft and loosened soils such as, for example, sandy soil. The efficiency of dredging in such loosely packed soils is on the one hand determined by the teeth present on the visor, with which a layer of soil is cut away when the drag head passes over the bottom. The soil cut loose in this way can then be sucked up. However, in the known drag head, nozzles can also be provided for injecting water under high pressure, for example into the heel wear pieces. Typical pressures are, for example, around 10 to 20 bar.
These make it possible to suck up extra sand. The sand to be dredged consists of stacked grains that are pressed together by their own weight. This packing balance is disturbed by the supply of water under high pressure, whereby the sand is fluidized, which is therefore more easily sucked up.
It is surprising that the use of nozzles in the drag head according to the invention also has a favorable effect on the efficiency of the dredging, when the drag head is used for dredging hard soils.
If desired, the nozzles can be upstream and / or downstream with respect to the visor and / or the milling body. It is also possible according to the invention to provide the milling body with one or more nozzles. The nozzles - and therefore also the exiting jet - can be directed towards the interior of the visor, for example towards the teeth, or directed downstream, but it is also possible to provide nozzles which are substantially
<EMI ID = 3.1>
specific circumstances of the surface to be dredged.
The milling teeth of the substantially cylindrical milling body preferably run substantially tangentially to the direction of rotation of the milling body, because in this way they can penetrate into the ground substantially perpendicular to the surface of the hard bottom. If desired, the milling teeth can also be provided with nozzles for injecting a liquid, for example water, under very high pressure. Very high pressure is understood to mean pressures which are preferably up to 1500 bar, more preferably up to 2000 bar, most preferably up to 2500 bar. This further increases the efficiency of the milling teeth. The direction of rotation of the milling body is preferably such that the milling teeth penetrate the bottom with their cutting side, and not with the rear side.
The drag head according to the invention is preferably characterized in that the milling body is substantially cylindrical, and the milling body milling teeth run in such a way that their cutting side penetrates the ground downstream of the milling body's axis of rotation. The milling body is hereby introduced into the ground with an undercut so called by the person skilled in the art. This removes more evenly hard surfaces.
It is also advantageous to provide a drag head which comprises a plurality of substantially cylindrical milling bodies and wherein the milling teeth of at least one milling body run in such a way that their cutting side penetrates the ground upstream of the axis of rotation of the milling body in question.
A better burial of the drag head is hereby achieved in the subsurface, whereby the efficiency of the dredging is further improved.
The burrow can, if desired, be further improved by providing the drag head according to the invention at the bottom of the side walls 3 'with knife-shaped wear strips (14) which are sufficiently thin to penetrate the bottom and thus bring about an at least partial lateral seal.
The invention also relates to a method for breaking and / or dredging at least partially hard surfaces under water - with a trailing suction hopper dredger, equipped with a trailing head according to the invention.
The drag head according to the invention will now be further elucidated on the basis of the following description of preferred embodiments and figures, without limiting the invention thereto. The reference numerals relate to the attached figures. Figure 1 is a perspective view of a drag head. Figure 2 shows a front view (Figure 2a) and a side view (Figure 2b) of the milling body according to the invention. Figure 3 shows a schematic side view of the possible placement of the milling body on the drag head. Figure 4 illustrates in the same way the possible placement of the milling body according to the invention. Figure 5 shows a front view of a preferred embodiment of the milling body according to the invention.
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 3. The drag head according to the invention occurs at the end of a suction line 1 which is equipped with a visor 2 consisting of, inter alia, side walls
3, a rear wall 3 ', a top plate with an arcuate portion 5 which, while rotating the visor 2 around its axis 6, remains in close contact with the sealing strip 7 belonging to fixed parts mounted on the drag head. During dredging, an underpressure is maintained within the drag head in order to be able to suck up the loosened hard soil particles and other soil particles. The hard ground is released by the action of the milling body 4 which can be upstream and / or downstream of the visor. A number of nozzles 9 preferably pass through the heel plate 8 which inject water, optionally under high pressure. During the dragging of the sphead head over the ground, the milling bodies 4 will cut and mill away the hard surface, while preferably the visor is pressed onto the surface at the same time.
The injected jets can help to loosen any sand or sedimented hard soil particles, which are then more easily sucked up. At the same time, the teeth 10, which occur behind the nozzles 9, will cut the sand loose. Behind these teeth 10, or instead of the teeth 10, if desired, a second series of milling bodies 4 and / or nozzles 9 can be provided at the rear wall that closes the visor at the rear. These milling bodies 4 cut the hard ground at the level of the visor. By preferably allowing the milling bodies 4 to undercut the soil, it is achieved that the hard soil particles are, as it were, thrown into the sights. This second series of nozzles can be subdivided
in a first series of nozzles directed toward the teeth 10 and a second series of nozzles directed vertically or substantially vertically downwards. The jets injected through the nozzles face the interior of the visor. The aim of the nozzles is to fluidize the soil better, i.e. deeper, at the rear wall.
The milling bodies of the hard bottom material can be milled away at any desired depth, depending on the dimensions of the milling body used, the power offered, the specific properties of the substrate, and so on. It is possible to provide means for adjusting the height of the milling bodies. For example, it is possible to have the various milling bodies connect immediately to the rear wall that can be moved, and this according to a translation that takes place in a plane parallel to the rear wall 3 'of the visor. In the case of hydraulic operation, this height adjustment takes place from the bridge of the trailing suction hopper dredger.
Height adjustable mounting of the rear wall and / or the milling bodies thus increases the efficiency of the new drag head, because the cutting depth can be optimally adjusted as a function of the ground conditions and totally independent of the penetration into the ground of the visor.
The efficiency of the trailing suction hopper dredger is further improved by providing one or a series of several lateral knife-shaped wear strips 14 at the bottom of the side walls 3 of the visor. These wear strips are sufficiently thin to penetrate the sand to achieve the desired seal so that the soil particles / water ratio of the extracted mixture is still optimized.
In order to prevent supply water from being supplied along the relatively unproductive sides of the visor, the drag head is preferably properly sealed at these locations. The side walls of the visor should preferably penetrate well into the ground. When the drag head according to the invention is used on hard surfaces, this penetration is made more difficult. It has been found that the milling head present on the trailing suction hopper dredger has a favorable effect on closing the trailing head.
Due to the presence of thin-walled wear strips 14, the visor is sealed better laterally so that the required transport water is sucked in integrally at the rear via the water gap and the stirred soil.
The visor itself is lifted or lowered by operating the hydraulic cylinder 20. The cylinder 20 is fixedly connected with respect to the drag head and is hingedly connected in 21 with fixed parts belonging to the structure of the visor to lift or lower its rear wall 3 'thereof.
Milling body 4 (see Figures 2a and 2b) is rotatably arranged around a rotary axis 6 '. The pivot axis 6 'is driven by means of a motor 41, by means of a transmission 42. The milling body (4) preferably comprises a substantially cylindrical body of rotation (43), and two extending from the end faces 44 and 45 to the center plane (40). extending substantially cylindrical milling heads (4A) and (4B). In this embodiment, the milling body (4) is thus driven from the center plane (40) of the revolution body 43. There are no milling teeth (10) in this embodiment at the level of the center plane (40).
A second preferred embodiment comprises a milling body (4) comprising a substantially cylindrical revolution body (43), and a substantially cylindrical milling head (4C) extending from the center plane (40) of the revolution body on both sides to the end faces. In this embodiment
(see Figure 5), the milling body (4) is driven from the end faces
(44) and (45). This has the advantage that milling teeth (10) can be located over substantially the full height of the body of revolution (43).
In the advantageous case that the drag head according to the invention is provided with a plurality of milling bodies (4), they are preferably arranged relative to each other such that they can cover a larger working width than the working width of a single milling body (4). This can be achieved, for example, by arranging the milling bodies (4) in formation, a second series of milling bodies (4) being located downstream of a first series of milling bodies (4), a series comprising a number of milling bodies (4) arranged next to each other, and the total width of the second series is greater than the total width of the first series. The milling bodies (4) are preferably arranged so that they are aligned with respect to each other in such a way that the desired working width is covered over the total width, without "dropping holes" in them.
It is furthermore advantageous that at least two milling bodies (4) are arranged one behind the other in the towing direction, the rear milling body (the milling body most downstream in use) having the same or greater working depth than the milling body located in front of it. In this way, a large working depth can be achieved simply and progressively. Moreover, this prevents wear of the milling teeth (10).
By combining the various improvements set out above to a dragging head of the known type, a surprising increase in the efficiency of the new dragging head can be expected.
The invention is not limited to the embodiment described here and modifications thereof could be made insofar as they fall within the scope of the appended claims.