DE1916803B2 - Verfahren zum ueberwachen und/oder steuern des saugprozesses beim saugbaggern, und saugbagger zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

lichen fluidisicrtcn Sandschicht als Grundlage für die Durchführung des Saugverfahrens geliefert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten A.rt so zu verbessern, daß bei nicht bekannter Dicke der über dem Sand lagernden Deckschicht durchlaufende Messungen eine objektive Information über einen über dem Saugmund befindlichen fluidisierten Mindestvorrat an Sand "'.diefert wird.

Z. Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß an mindestens einer in bestimmter Höhe über dem Saugrohrmund liegenden Meßstelle eine für die Bodenarten charakteristische physikalische Eigenschaft des an der Meßstelle anliegenden Bodens gemessen wird.

Indem gemäß dem Grundgedanken der Erfindung der jeweilige Wert einer charakteristischen physikalisch.-n Eigenschaft des anliegenden ßodenmaterials in · lirgegebenem Abstand von dem Saugrohrmund gcrne^sen wird, läßt sich hieraus eine objektive Information über die verfügbare Mindestmenge fluidisieren Sandes ermitteln, und zwar bei Messung an nur einer Meßstelle eine Information über die Verfügbarkeit eines bestimmten Mindestvorrats an fluidisieitetn Sand. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, di'L'· die charakteristische physikalische Eigenschaft an mehreren, vorzugsweise in gleichen Abständen übereinanderliegenden Meßstellen gemessen wird. Hierdurch ist eine mehr oder weniger genaue Bestimmung oder Abschätzung des in der jeweiligen Stellung des Saugrohrs tatsächlich verfügbaren fluidisierten Sandvorratb möglich. Auf der Grundlage dieser Information kann rechtzeitig der Saugmund tiefer in den Sand eingefahren oder verholt werden, um ein Aufsaugen von Schlamm statt Sand zu vermeiden.

Als physikalische Eigenschaft als Grundlage für die erfindungsgemäße Messung eignet sich grundsätzlich jede beliebige physikalische Größe, deren Wert in eindeutiger charakteristischer Weise von der anliegenden Bodenart abhängt und sich insbesondere für fluidisierten Sand einerseits und die Deckschichten aus Ton od. dgl. charakteristisch unterscheidet. In Frage kommei. beispielsweise die Viskosität, die Strahlungsdurchlässigkeit oder der elektrische Widerstand sowie das spezifische Gewicht des anliegenden Bodenmaterials. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß als charakteristische physikalische Eigenschaft das spezifische Gewicht des anliegenden Bodens durch Ermittlung des Druckunterschieds zwischen zwei in bestimmten Abstand übereinander und über dem Saugrohrmund liegenden Meßpunkten einer Meßstelle gemessen wird. Als charakteristische physikalische Eigenschaft kann hierbei das mittlere spezifische Gewicht der zwischen den beiden Meßpunkten der Meßstelle befindlichen Bodensäule zugrunde gelegt werden.

Die Erfindung betrifft auch einen zur Durchführung des Verfahions geeigneten Saugbagger solcher Ausbildung, daß der bzw. den Meßstellen Meßvorrichtungen zugeordnet sind, die auf die charakteristische physikalische Eigenschaft des außerhalb des Saugrohrs im vorgegebenen Abstand vom Saugrohrmund jeweils anliegenden Bodens ansprechen.

Ausführungsbeispiele eines Saugbaggers nach der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine Skizze eines Saugbaggers beim Baggern von Sand und

F i g. 2, 3 und 4 jeweils das unlere Saugrohrende des Saugbaggers in verschiedenen Ausführunosformen.

Der Saugbagger besteht gemäß F i g. 1 im wesentlichen aus einem Schiff 10, einer Pumpe 11, einer an die Druckseite der Pumpe 11 angeschlossenen Druckleitung 12 und einem an die Saugseite der Pumpe 11 angeschlossenen Saugrohr 13 mit einem Saugmund 20. Im dargestellten Beispiel befindet sich die Pumpe Il auf der Höhe des Wasserspiegels 14, und das Saugrohr 13 ist um die Mittelachse der Pumpe 11 schwenkbar.

In F i g. 1 sind von unten nach oben eine Sandschicht 15, eine Schlamm* "hicht 16 und das Wasser 18 dargestellt. Das freie L.ide des Saugrohrs 13 ist bis auf eine große Tiefe, beispielsweise 20 m. in die Sandschicht 15 eingeführt. Die durch die strichpunktierte Linie 19 angedeutete Zone in dem das Ende ies Saugrohrs 13 umgebenden Bereich des Bodens ist durch Untergrabung in Suspension versetzt, d. h. fluidisiert. Außerhalb der fluidisierten Zone befindet sich der Boden in einem normalen gesetzten Zustand.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens soll

im Verlauf des Saugbaggervorgangs die jeweilige Mindestmenge des in Suspension versetzten Sandes, die sich noch über dem Saugmund 20 befindet, ermittelt werden, um diese Information zur Steuerung des Saugprozesse?. auszuwerten und gegebenenfalls das Saugrohr 13 rechtzeitig verholen zu können.

Zu diesem Zweck ist der Saugbagger nach F i g. 1 an einer Meßstelle mit einer Meßvorrichtung versehen, die im wesentlichen aus zwei Druckmessern 6 und 5 auf Meßpunktniveau 8 bzw. 9 am Ende des Saugrohrs 13 und aus einer Tiefenmeßvorrichtung 22 besteht. Der Druckmesser 6 mißt den auf dem Meßpunktniveau 8 herrschenden Überdruck, der von einer Sandsäule Z₈, einer Schlammsäule K₈ und einer Wassersäule W₈ gebildet wird. Der Druckmesser 5 mißt den auf dem Meßpunktniveau 9 herrschenden Überdruck, der von einer Schlammsäule K₉ gebildet wird.

Die Tiefenmeßvorrichtung 22 besteht aus einem am Saugrohr 13 befestigten Zeiger 23 mit einer Skalaeinteilung 24, auf der der Winkel α ablesbar ist, den das Saugrohr 13 mit der Horizontalen einschließt. Die Tiefen D₈ und D₀ der Druckmesser 6 bzw. 5

unter dem Wasserspiegel 14 sind gleich /_s · sin α bzw. Z₉ · sin a, worin /₈ bzw. /_B die (bekannten) Abstände der Meßpunktniveaus 8 bzw. 9 von der Pumpe 11 darstellen.

Unter der gut erfüllten Näherungsannahme, daß W₈ = W₉, kann der vertikale Abstand χ vom Schlamm bis an den Saugrohrmund 20 mit don nachstehenden Gleichungen berechnet werden:

Hierin stellen dar:

P₈ und P₈ den Meßdruck auf den Meßpunktniveaus 8 bzw. 9,

W₈ und W₉ die Wassersäule über den Meßpunktniveaus 8 bzw. 9,

K₈ und K_g die Schlammsäule über den Meßpunktniveaus 8 bzw. 9,

S_k das spezifische Gewicht des Schlamms, und
S_s das spezifische Gewicht des Sandes.

. ,.,ei
Aus den zwei Gleichungen folgt:

P₈ — P₉ = S_k — K₉) + S₁-Z₈ und
K — x_o = χ sin a — Z₈,

mit 1 = Abstand der Meßpunktniveaus 8 und 9 voneinander = Z₈ — Z₉,

hieraus folgt

" P₈ - P₀ = S_k ■ L sin a + Z₈ (S₂ - S_k).

Weiter ist

. _ ₇ , . _ P ₈ — Pg ~^fcj1 sin J¹ , _m .:_n „ *. - -ig + m sm a - —^ ^+msino

Das spezifische Gewicht des Schlamms S_k und das spezifische Gewicht des Treibsandes S_s werden, falls sie nicht ohnehin bekannt sind, mittels Bohrungen vorher gemessen. Die Drücke P₈ und P₉ werden mit Hilfe der Druckmesser 6 bzw. 5 gemessen. Der Abstand m zwischen dem Meßpunktniveau 8 und dem Saugrohrmund 20 ist konstant.

Eine noch einfachere und genauere Messung der Drücke P₈ und P₉, und zwar jeweils gleich um den Druck der Wassersäule W₈ reduziert, ermöglicht die in Fig. 2 gezeigte Ausgestaltung des Saugrohrendes.

in Fig. 2 isi das Saugrohr 13 mit an sich bekannten Differenzdruckmessern 25 und 21 versehen. Die eine Druckkammer 26 derselben steht durch eine Leitung 27 mit dem Wasser 18 über der Baggerzone in Verbindung, und die andere Druckkammer 28 derselben steht unter dem in der fluidisierten Zone herrschenden Druck. Die Druckkammer 28 ist mittels einer Membran 17 von dem Baggergut getrennt, um die Meßmembran 44 gegen Beschädigung zu schützen.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist das Saugrohr 13 mit einer Meßvorrichtung versehen, die eine an eine Wasserquelle angeschlossene, sich in zwei enge Zweigleitungen 30 und 31 verzweigende Druckwasserleitung 29 aufweist, die Zweigleitungen 30,31 besitzen eine Austrittsöffnung 32 in der fluidisierten Zone am Meßpunktniveau 8 beim Saugrohrmund 20 bzw. eine Austrittsöffnung 33 auf einem höheren Niveau im Schlamm am Meßpunktniveau 9. Die Zweigleitungen 30 und 31 sind in der Nähe der Austrittsöffnungen 32 und 33 über Meßleitungen 35 DZW. 36 an die beiden Seiten eines Differenzdruck-.messers 37 angeschlossen. Dieser ist mit einer Meßmembran 3 versehen und mißt auf diese Weise den Unterschied der Drücke an den Austrittsöffnungen 32 jmd 33. Hieraus ist nach den obigen Formeln die Höhe der Sandsäule χ über dem Saugrohrmund 20 herzuleiten.

Die Meßvorrichtung ermöglicht das rechtzeitige Verholen oder die Einstellung des Saugrohrmundes 20 in der richtigen Tiefe. Selbstverständlich kann das Saugrohr 13 auch so tief in den Sand eingefahren werden, daß auch der obere Druckmesser 5 sich im Sand befindet. Solange der Druckmesser 5 im Sand untergetaucht bleibt, wird ein Druckunterschied = S₂ ■ I sin α gemessen. Sobald der Schlamm an dein Meßpunktniveau 9 vorbei absinkt, nimmt dieser Druckunterschied ab, woraus man herleiten kann, daß nach einiger Zeit der Saugrohrmund 20 versetzt werden muß. um das Aufsaugen von Schlamm zu verhindern.

Die Austrittsöffnuna 32 und der Druckmesser 6 sowie der Differenzdruckmesser 25 sind nicht unmittelbar am Saugrohrmund 20 angeordnet, sondern in einem kleinen Abstand m darüber, wo die Strömungen um den Saugrohrmund 20 den Meßdruck nicht oder kaum beeinflussen.

Die Druckmesser 5 und 6 und die Differenzdruckmesser 21, 25 und 37 können elektrische Ausgangsgrößen erzeugen, die jeweils über elektrische Leitungen einer nicht dargestellten Ablesevorrichtung an

ίο der Schalttafel an Bord des Schiffes 10 zugeführt werden.

Das Saugrohr 13 der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform weist ein an die Pumpe 11 angeschlossenes Rohr 39 und ein in demselben mittels eines Hydraulikaggregats 41 axial verschiebliches Teleskoprohr 40 auf. Um das Rohr 39 und das Teleskoprohr 40 ist ein am Rohr 39 befestigter Außenmantel 42 angeordnet, der an der oberen Seite offen ist und mit dem Wasser 18 in Verbindung steht. Da außerhalb des Saugrohrs

ao 13 kein oder nahezu kein Wasser in die fluidisierte Zone eingeführt wird, tritt in den Saugmund 34 am unteren Ende des Außenmantels 42 eine schwere Sandsuspension ein, die aus viel Sand mit wenig Wa-scr besteht. Je höher das Teleskoprohr 40 aufgezogen wird, um so mehr Wasser gelangt über den Außenmantel 42 durch das untere Rohrende 43 des Teleskoprohrcs 40 in dieses hinein und wird mit aufgesaugt. Andererseits wird der Sand um so höher in den Außenmantel 42 aufsteigen, je tiefer dieser Außenmantel 42 in die Sandschicht 25 ragt. Somit ist die Konzentration der aufgesaugten Suspension an Sand durch Einstellung des Abstandes des Rohrendes 43 über dem Saugrohrmund 20 in Abhängigkeit von dem Gewicht der über dem Saugrohrmund 20 stehenden Bodensäule regelbar. Zu diesem Zweck ist außer einem Druckmesser an den Meßpunktniveaus 8 und 9 ein weiterer Druckmesser 4 (F i g. 1) am einen Meßniveau 7 über der Baggerzone im Wasser 18 vorgesehen. Aus dem Druckunterschied zwischen den Meßwerten dieses Druckmessers 4 und des Druckmessers 6 im Meßpunktniveau 8 kann das gesamte Gewicht der Bodensäule und damit die Tiefe des Saugrohrmundes 20 unter der Gewässersohle ermittelt werden.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausfühmngsform ist das Saugrohr 13 mit einer ganzen Reihe von Druckmessern /, bis i₁₀ versehen, die jeweils den Druckunterschied im Boden zwischen zwei der in ein und demselben gegenseitigen Abstand gewählten MeB-punkte 47 bis 57 messen. Die Meßwerte sind an Bord an mehreren Anzeigevorrichtungen oder gegebenenfalls aufeinanderfolgenden ein und demselben Anzeiger ablesbar. An Hand dieser Druckunterschiede ist sehr deutlich die Grenzlinie zwischen Schlamm und Sand zu verfolgen.

Die Bestimmung des vertikalen Abstandes vom Schlamm bis an den Saugrohrmund 20 erfolgt in den Ausführungsbeispielen mittels Druckmessern oder Differenzdruckmessern, die auf das spezifische Ge-

wicht des anliegenden Materials als charakteristische physikalische Eigenschaft ansprechen. Jedoch können am Saugrohr 13 auch andere Meßgeräte vorgesehen sein, die statt auf den Unterschied im spezifischen Gewicht auf die Unterschiede in einer anderen physi-

kaiischen Eigenschaft zwischen Schlamm und Sand ansprechen, z. B. auf den Unterschied in der Viskosität, der Durchlässigkeit für Strahlung oder den elektrischen Widerstand.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Vorgangs weitgehend von dem Können und der ErPatentansprüche: fahrung des jeweiligen Saugbaggerführers abhängig. Die Zeitdauer, während welcher bei einer Einstel-

1. Verfahren zum Überwachen und/oder Steuern lung des Saugrrhrs an einer bestimmten Stelle im des Saugp-~?.esses beim Baggern von unter einer 5 Boden Sand uni^r einer Deckschicht aus Schlamm, Deckschicht aus Schlamm, Lehm oder dergleichen Ton oder anderen Unreinheiten gesaugt werden, läßt lagerndem Sand mittels eines Saugbagge-s, dessen sich bei den bekannten Saugbaggerverfahren bisher Saugrohr während des Baggerbetriebes durch die nur unter Zugrundelegung der Erfahrung des jeweili-Deckschicht hindurch in den Sand hineinragt, gen Saugbaggerführers abschätzen, kann jedoch nicht dadurch gekennzeichnet, daß an min- io genau bestimmt werden. Dies hat zur Folge, daß destens einer in bestimmter Höhe über dem häufig Unreinheiten statt Sand aufgesaugt werden. Saugrohrmund liegenden Meßstelle eine für die Sobald dies festgestellt wird, muß das Saugrohr Bodenarten charakteristische physikalische Eigen- schnell tiefer in den Boden hineingeführt werden, schaft des an der Meßstelle anliegenden Bodens Die rasche Tieferverstellung des Saugrohrs in den gemessen wird. 15 Boden wird jedoch dadurch behindert und verzögert,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- daß die Fluidmerung des Baggerguts eine gewisse kennzeichnet, d· '< die charakteristische physika- Zeit erfordert; außerdem erfordert die gewünschte, lisdie Eigenschaft an mehreren, vorzugsweise in möglichst schnelle Fluidisierung einen erheblichen gleichen Abständen übereinanderliegenden Meß- zusätzlichen Energieaufwand. Der Saugprozeß verstellen gemessen wird. 20 läuft während dieser Zeitdauer nicht gleichmäßig,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch und deswegen ist auch die Leistung des Saugbaggers gekennzeichnet, daß als charakteristische physi- während dieser Verstellung gering. Da die Fluidisie-'"i'Lche Eigenschaft das spezifische Gewicht des rung von Baggergut Energie erfordert, 'St man ferner anliegenden Bodens durch Ermittlung des Druck- bestrebt, über die in aer jeweiligen Stellung aufsaugunterschieds zwischen zwei in bestimmtem Ab- 25 bare Sandmenge hinaus nur eine möglichst geringe, stand übereinander und über dem Saugrohrmund nicht ohne Verstellung des Saugrohrs aufsaugbare (20) liegenden Meßpunkten einer Meßstelle ge- Sandmenge zu fluidisieren.

messen wird. Einerseits ist man bestrebt, so lange wie möglich

4. Saugbagger zum Du-chfüh ;n des Verfah- mit dem an einer bestimmten Stelle in die Baggergutrens nach einem der Ansprache 1 bis 3, dadurch 30 schicht eingefahrenen Saugrohr bis zur Versetzung in gekennzeichnet, daß der bzw. d- 1 Meßstellen eine neue Stellung zu baggern, da die Versetzungen Meßvorrichtungen zugeordnet sind, die auf die jeweils zeitraubende und kostspielige Unterbrechuncharakteristische physikalische Eigenschaft des gen des Baggervorgangs darstellen. Wenn man jedoch außerhalb des Saugrohrs im vorgegebenen Ab- in der beschriebenen Weise den Saugmund an ein stand vom Saugrohrmund (20) jeweils anliegenden 35 und derselben Stelle im Boden hält, -vird nach einiger Bodens ansprechen. Zeit im wesentlichen der gesamte über dem Saugmund in der fluidisierten Zone suspendierte Sand aufgesaugt sein, so daß dann statt Sand Schlamm und

gegebenenfalls darin befindliche Verunreinigungen

40 aufgesaugt wurden, wobei zudem die Gefahr besteht, daß der Saugmund sich durch große Gegenstände, die vielfach an der Oberfläche der Baggergutschicht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Über- vorkommen, verstopft. Es besteht daher ein erhebwachen und oder Steuern des Saugprozesses beim liches Interesse daran, im Verlauf des Saugbaggerns Baggern von unter einer Deckschicht aus Schlamm, 45 eine zuverlässige, auf objektiver Messung beruhende Lehm oder dergleichen lagerndem Sand mittels eines Information über die Menge des für die betreffende Saugbaggers, dessen Saugrohr während des Bagger- Stellung des Saugrohrs in der fluidisierten Zone noch betriebes durch die Deckschicht hindurch in den vorhandenen saugbaren Sandes zu erhalten. Eine Sand hineinragt. Information über den jeweiligen Mindestsandvorrat

Die Erfindung betrifft ferner auch einen Saug- 50 ist für die Feststellung des Zeitpunktes notwendig, bagger zur Durchführung dieses Verfahrens. in dem ein Verholen oder eine Tieferverstellung des

Saugbagger weisen bekanntlich ein sich von dem Saugrohrs erforderlich wird. Dies ist, wenn der aus-Saugbaggerschiff abwärts erstreckendes Saugrohr auf, zubaggernde Sand in der erwähnten Weise von einer das an die Saugseite einer Pumpe angeschlossen ist Schlamm- oder Lehmschicht erheblicher und ins- und mit seinem Saugende in das Baggergut, beispiels- 55 besondere womöglich veränderlicher Dicke überweise eine Sandschicht, am Meeresboden eingeführt lagert ist, nicht ohne weiteres, beispielsweise mittels wird. Durch das Einführen des Saugrohrs in den Sand Probebohrungen zu ermitteln, da die Dicke der wird während des Saugvorgangs im Sand eine söge- Schlammschichi. ganz abgesehen von ursprünglichen nannte fluidisierte Zone erzeugt, in welcher das Dickeschwankungen, sich im Verlauf und unter dem Baggergut durch die Untergrabung gelockert und 60 Einfluß des Saugvorgangs laufend verändern kann, fluidisiert ist. Das Ausmaß dieser fluidisierten Zone weil Schlamm von umgebenden Stellen in die über hängt von der Tiefe des Saugrohrs unter der Ge- dem Saugmund entstehende Grube nachströmt,
wässersohle bzw. unter der Oberfläche der Zone Durch die Erfindung soll somit ein Verfahren zum

fluidisierten Sandes ab. Wenn der zu baggernde Sand Überwachen des Saugprozesses beim Baggern von von einer Deckschicht aus Schlamm, Lehm oder Ton 65 unter einer Deckschicht aus Schlamm, Lehm od. dgl. od, dgl. überlagert ist, bereitet das Saugen von reinem lagerndem Sand geschaffen werden, bei dem durch Sand erhebliche Schwierigkeiten und ist mangels laufende Messung eine objektive Information über laufcrücr objektiver Information während des Saug- die jeweilige Höhe der über dem Saugmund befind-