DE202013011738U1 - Vorrichtung zur Entfernung von sandiger/schluffiger Ablagerungen auf Bodenflächen von Gewässern - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung ”Rüttelplatte” zum Verscheuchen von mobile Makroorganismen vor Zerstörung durch Pumpen, Energieeinsparung und zum Erodieren von sandiger/schluffiger Ablagerungen auf Bodenflächen von Gewässern sind dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinwirkung über die Sedimentoberfläche durch mechanische Beanspruchung direkt in die Ablagerung, insbesondere durch Rütteln leitet. Der statische Wasserdruck in den Erosionsbereichen unterstützt die Verflüssigung der Sedimente. Die Scherbeanspruchung erfolgt über die in das Sediment ragende Metallflansche

Description

• In vielen Gewässern, insbesondere befahrenen Strömen, sollen wegen der Befahrbarkeit durch moderne Containerschiffe die Fahrrinnen auf über 14 m NN vertieft werden. Im Zusammenhang damit sind herkömmlich aufwendige und teure Baggerarbeiten auch in den anliegenden Häfen notwendig, um einen tideunabhängigen Schiffsverkehr zu ermöglichen.
• Seit langem bevorzugt man für Vertiefungs- und Unterhaltungsbaggerungen zwei hydropneumatische Verfahren, die relativ unaufwändig und dabei umweltschonend sind, nämlich einerseits Wasser-Injektionsverfahren und andererseits Saugbagger-Verfahren. Um diese Verfahren umweltfreundlicher, energetisch sparsamer und leistungsfähiger ist das TIX-Baggerverfahren konzipiert worden, welches alleine zum Erodieren – bzw. in Kombination mit den vorgenannten Verfahren betrieben werden kann.
• Um festsitzende sandige/schluffige Sedimente zu erodieren, fließfähiger und somit leichter umlagerbar zu beeinflussen ist eine mechanische Vorrichtung konzipiert worden, die geschützt werden soll. Die Vorrichtung ist zum Schutze der mobilen Wasserorganismen 2–3 m vor den zerstörenden Pumpen als quasi Scheuch-Vorrichtung konzipiert. Dabei wirkt die Vorrichtung durch die energetische Eintragsart sehr sparsam, was einmal durch den geringen Aufwand an elektrischer Energie – wie auch durch Verkürzung der Einsatzzeiten der vorgenannten Baggerverfahren bewirkt wird. Die Vorrichtung zur Entfernung von sandiger/schluffiger Ablagerungen auf Bodenflächen von Gewässern besteht aus einer oder mehreren beweglich angeordneten viereckigen Stahlblechen, die über Streben vom Schiff aus über das zu beseitigende Sediment gezogen werden. Die viereckigen Stahlbleche – als Rüttelbleche bezeichnet – haben entsprechend der Kohäsion der Sedimente eine Größe von 0,8 bis 2 m² und sind in Zugrichtung vorne und hinten 10 bis 20 cm im Winkel von 30 bis 45° nach oben ab gekröpft. An der Unterseite der Rüttelbleche sind im Abstand von ca. 10 cm längs zur Fahrtrichtung Flacheisen angeschweißt, die 8 bis 20 cm in das Sediment durch den Aufdruck eindringen. An der Oberseite der Rüttelbleche ist ein Vibrationsmotor befestigt, der mit einer Drehzahl von ca. 750 bis 3.000 pro Minute und einer Zentrifugalkraft von 550 bis 4.200 N wie einem Arbeitsmoment 6,1 bis 17,8 cm kg bei einer Leistungsaufnahme von 120 bis 350 W Impulse über das Rüttelblech direkt in das Sediment überträgt.
• Zusammengefasst wird durch Erschütterungen und Scherungen das Sediment, was zur Verfestigung neigt, erodiert. Dadurch kann das Wasser, welches über dem Sediment steht, durch den hydrostatischen Druck in die geweiteten Porenräume eindringen, die Reibung nimmt ab und das Sediment wird fließfähiger. Dabei wird durch das auf dem Sediment aufliegende Rüttelblech der statische Wasserdruck tangential gerichtet in den Arbeitsbereich geleitet. Die entstehende gerichtete Druckerhöhung führt zur Mobilisierung der Sedimente, die durch herkömmliche Baggerverfahren Energie aufwendiger und schwerer ab tragbar sind. Umlagerungen von Sedimenten können so schneller und energiesparender durchgeführt werden.
• Über diese Einrichtung wird die mechanische Energie über Vibratoren z. B. an das thixotrope Sediment übertragen. Der jeweilige Einsatz der vorgenannten verschiedenen Geräte richtet sich nach der zu bearbeitenden Sedimentqualität und wird nach dem besten Wirkungsgrad gewählt.
• Die Vorrichtung liegt z. B. bei dem Wasserinjektionsverfahren in Bearbeitungsrichtung vor, und etwa parallel zu, dem Wasser-Injektionsbalken und verringert die Viskosität. Über die nachfolgenden Injektions-Düsen wird durch Hydrodynamik das Sediment in einen Dichtestrom überführt, welcher mit der Strömung bzw. dem Gefälle umgelagert wird.
• Um der gesetzlichen Forderung der Wasserrahmenrichtlinie zu folgen (EU Ebene; WRRL: Erhaltung der Gewässer trotz Nutzung in einem guten Zustand; Regelungen der Ersatzmaßnahmen) werden vorzugsweise an der Anlage am Grund Vorrichtungen zum Verscheuchen und dadurch zum Schutz der Makroorganismen angebracht. Entsprechend den derzeitigen Anforderungen wird durch die Vorrichtung Rüttelblech bei schwer mobilisierbaren Sedimenten > 30% an Energie gespart und der Materialverschleiß an Pumpen und Leitungen deutlich gemindert.
• Bezugszeichenliste
• Zu Bild 1

1

Vibrationslamellen

2

Flansche für Führungsstrebe

3

Führungsstrebe

4

Abkantung

5

Befestigungsflansch für Auftriebskörper

6

Vibrationsmotor

7

Draufsicht

Zu Bild 2

8

Rüttelblech wie Bild 1

9

Wasserinjektionsbalken

10

Pumpensaugrohr

11

Variable Auftriebskörper

• Literatur:
• Jost A. Studer, Jan Laue, Martin G. Koller-Bodendynamik 3. Auflage, Springer

Claims (16)

1. Die Vorrichtung ”Rüttelplatte” zum Verscheuchen von mobile Makroorganismen vor Zerstörung durch Pumpen, Energieeinsparung und zum Erodieren von sandiger/schluffiger Ablagerungen auf Bodenflächen von Gewässern sind dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinwirkung über die Sedimentoberfläche durch mechanische Beanspruchung direkt in die Ablagerung, insbesondere durch Rütteln leitet. Der statische Wasserdruck in den Erosionsbereichen unterstützt die Verflüssigung der Sedimente. Die Scherbeanspruchung erfolgt über die in das Sediment ragende Metallflansche
2. Der Aufdruck auf den Sedimentgrund kann durch variable Schwimmkörper im Bereich von 0,8 kg/m² bis 250 kg/m² bewirkt werden.
3. Die Krafteinwirkung in einer Frequenz ähnlich der Resonanzfrequenz der zu bearbeiteten Sedimente über die in das Sediment ragende Metallflansche erfolgt.
4. Der statische Wasserdruck tangential unter das Rüttelblech zu dem bearbeiteten Sediment geleitet wird.
5. die eingesetzte geringe Energie zur Mobilisierung der Sedimente über den Rüttler mit einer Energie Einsparung < 1/300 KW/h zur hydropneumatischen Pumpenleistung erfolgt.
6. Die sandig/schluffige Ablagerung eine nahezu lineare Kornverteilung, insbesondere im Sandanteil, aufweist.
7. Die Sedimentablagerung anspruchsgemäß behandelt und dann mittels eines Wasser-Injektionsverfahrens in eine ausreichend fließfähige Dichteschicht umgewandelt wird.
8. Die Ablagerung behandelt und dann mittels eines Saugbagger-Verfahrens abgetragen wird.
9. Das abgetragene Material vom angesaugten Wasser wenigstens teilweise getrennt und das abgetrennte Wasser zurückgeführt wird (Suction Hopper Dredging).
10. Die Bauweise der Rüttelplatte hinsichtlich der in das Sediment ragenden Flansche in den Abmessungen und Abständen Entsprechend der Scherfestigkeit und der Dichte der zu mobilisierenden Sedimente ausgeführt wird.
11. Der Druck auf die in das Sediment ragenden Flansche entsprechend der Scherfestigkeit und der Dichte der zu mobilisierenden Sedimente eingestellt wird
12. Die Größen der einzelnen Rüttelplatten, welche beweglich aneinanderangebracht sind, von der Fläche von 0,8 m² bis 3 m² Entsprechend der Bearbeitungsgeschwindigkeit gefertigt werden.
13. Die Erreger-Frequenz der Rüttelplatten auf die Resonanzfrequenz vorzugsweise eingestellt werden.
14. Die Rüttelplatten von einem Schiff aus, auf den Gewässerboden abzusenken sind.
15. Die absenkaren Rüttelplatten quer zur Bearbeitungsrichtung zu befestigen sind.
16. Die Rüttelplatten können entweder in Kombination mit dem WI-Bagger sowie dem Hopperbagger oder seperat vom Schiff betrieben werden.

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