DE2264744A1

DE2264744A1 - Underwater trench digger with pulsating pressure jets - has hydraulically operated water supply valve

Info

Publication number: DE2264744A1
Application number: DE19722264744
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: HARMSTORF KG DIETER; IBU GES fur INGENIEUR
Current assignee: HARMSTORF KG DIETER; IBU GES fur INGENIEUR
Priority date: 1972-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE2264744B2

Abstract

The valve head is supported in a bracket co-axially with the nozzle. The valve body houses a spring which normally keeps the valve open. The upper end of the valve body is linked by a bell crank lever to the piston rod of a hydraulic ram mounted on a pivot. By supplying fluid at pressure to the ram the valve can be opened or closed, thus controlling the volumetric flow and velocity of the jet to suit varying conditions of excavation. Rapid motion of the ram gives a pulsating flow when required, by difficult excavating conditions.

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DR. E. WIEGAND DiPL-ING. W. NIEMANN 2 26 4 7 A4DR. E. WIEGAND DiPL-ING. W. NIEMANN 2 26 4 7 A4

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDTDR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURGMÖNCHEN HAMBURG

TELEFON: 39 5314 2000 HAMBU RG 50, ÄÖt 7,TELEPHONE: 39 5314 2000 HAMBU RG 50, ÄÖt 7,

TELEGRAMME=KARpATENT KDNIGSTRASSE 28TELEGRAMS = KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

P 22 6H
W. 26 286/74 2o/se (Ausscheidung aus P 22 23 997.0-12)P 22 6H
W. 26 286/74 2o / se (elimination from P 22 23 997.0-12)

Dieter Harrastorf Kommanditgesellschaft,Dieter Harrastorf limited partnership,

Düsseldorf undDüsseldorf and

i b u, Gesellschaft für Ingenieur-, Pipeline- und Wasserbau mbH, Düsseldorf i bu, Society for engineering, pipeline and hydraulic engineering, Düsseldorf

Verfahren und Vorrichtung zum Ausheben von Gräben auf Gewässerböden.Method and device for digging trenches on the bottom of bodies of water.

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Ausheben von Gräben auf Gewässerböden für Leitungen, Kabel usw., wobei der Boden durch aus Düsen eines Einspülgeräts unter pulsierendem Druck austretende Wasserstrahlen aufgebrochen wird.The invention relates to methods and devices for digging trenches on water floors for Lines, cables, etc., with the floor emerging through the nozzles of a dispenser under pulsating pressure Water jets is broken up.

In der Technik sind Einspülgeräte zum Einspülen von Leitungen, Kabeln u. dgl. bekannt, die aus einem kastenartigen Gebilde bestehen, das an seiner zumeist mit einer Anschärfung versehenen Vorderkante eine Anzahl von Düsen trägt, aus denen Spülflüssigkeit unter Druck herausbefördert wird. In dem hinteren Teil des Kastens ist eine sich von oben nach unten erstreckende Führung vorgesehen,In the art, flushing devices for flushing lines, cables and the like are known, which consist of a box-like structure that has a number of nozzles on its front edge, which is usually sharpened, from which flushing liquid is conveyed out under pressure. In the rear part of the box there is a guide extending from top to bottom,

409884/0006409884/0006

in deren oberes Ende Kabel, Leitungen od. dgl. eingeführt werden, die dann am unteren Ende der Führung unter Zuhilfenahme einer Abbiegung in mehr oder weniger waagerechter Richtung aus dem Einspülgerät heraustreten. Dadurch legen sich die Kabel, Leitungen usw. bei der Vorwärtsbewegung des Einspülgerätes direkt in den durch das Einspülgerät hergestellten Graben.in the upper end of cables, lines od. The like. Are then introduced at the lower end of the guide Step out of the dispenser with the help of a bend in a more or less horizontal direction. As a result, the cables, lines, etc. run directly into the through when the dispenser moves forwards the trench made by the dispenser.

Es ist weiterhin bei Einspülgeräten bekannt, zur Speisung der Wasserdüsen eine Unterteilung vorzunehmen, dergestalt, daß ein Teil der an der senkrechten Wand des Einspülgerätes angeordneten Düsen von einer Flüssigkeitsquelle unter Zuhilfenahme eines in dem Kasten angeordneten Rohres gespeist wird, während ein darunterliegender Satz Düsen durch ein zweites hinter dem ersten Rohr liegendes Rohr gespeist wird, und wobei ein drittes Rohr vorgesehen sein kann, durch welches in dem Spülgerät jeweils nach unten und teilweise nach der Seite gerichteten Düsen Druckwasser zugeführt wird. Eine solche Ausführung ermöglicht, da die einzelnen Rohre und damit die einzelnen Düsensätze jeweils von verschiedenen Druckpumpen gespeist werden, eine Einstellung des Drucks der Spülflüssigkeit und damit auch der Geschwindigkeit des aus den Düsensätzen heraustretenden Wassers. Beispielsweise kann, da bei einer größeren Bodentiefe die Sande meist härter sind, der Druck der dem unteren Düsensatz zugeführten Flüssigkeit erhöht werden, so daß diese eine intensivere Bespülung des Bodens vornehmen, damit ein gleichmäßiges Abtragen des Bodens vor der Vorderwand des Einspülgerätes ermöglicht wird.It is also known in the case of flushing devices to make a subdivision to feed the water nozzles, in such a way that a part of the nozzles arranged on the vertical wall of the dispenser comes from a source of liquid is fed with the aid of a pipe arranged in the box, while a pipe below The set of nozzles is fed by a second pipe located behind the first pipe, and a third pipe can be provided, through which in the flushing device each directed downwards and partially to the side Nozzles pressurized water is supplied. Such a design enables the individual tubes and thus the individual Nozzle sets are each fed by different pressure pumps, an adjustment of the pressure of the flushing liquid and thus also the speed of the water emerging from the nozzle sets. For example, there at a greater depth the sands are usually harder, the pressure applied to the lower set of nozzles Liquid are increased, so that they make a more intensive rinsing of the floor, thus a uniform Removal of the soil in front of the front wall of the dispenser is made possible.

Es ist weiterhin bekannt, Einspülgeräten der vorgegekennzeichneten Art, die auch als Einspülpflüge bezeichnet werden, zur Intensivierung der Abtragung der vor dem Einspülgerät befindlichen Sande zusätzlich eine mechanische Rüttelbewegung zu erteilen, indem am oberen Ende des Einspülgerätes eine Unbalance angeordnet ist,It is also known to dispense the pre-marked Kind, which are also referred to as Einspülpflügen, to intensify the erosion of the before to give the dispenser located sands a mechanical shaking movement by moving the top An imbalance is arranged at the end of the dispenser,

.£09884/0006. £ 09884/0006

durch -welche dem Einspulgerät mechanische Bewegungen in senkrechter Richtung erteilt werden.-which the winding device mechanical movements issued in the vertical direction.

Weiterhin bekannt ist ein EinspülgerätA dispenser is also known

(DT-OS 1 9^1 993), bei welchem zum Ausheben von Gräben auf Gewässerböden die Düsen für den Austritt eines Wasser-Luft-Gemisches Verengungen und Erweiterungen aufweisen, um damit pulsierende Strahlen zwecks Verbesserung der Abtragwirkung zu erzeugen.(DT-OS 1 9 ^ 1 993), in which for digging trenches on the bottom of the water the nozzles for the outlet of a water-air mixture constrictions and expansions have in order to generate pulsating jets for the purpose of improving the abrasion effect.

Einspülgeräte der vorgekennzeichneten Art arbeiten im allgemeinen bereits an der oberen Grenze ihres Leistungsbereichs, um den aus den Düsen austretenden Flüssigkeitsstrahlen maximalen Druck und maximale Geschwindigkeit zu erteilen, wodurch ein möglichst schnelles Abtragen der vor dem Einspülgerät befindlichen Sande erreicht wird. Dem Leistungswirkungsgrad eines solchen Einspülgerätes ist aber hinsichtlich der Wirksamkeit der aus den Düsen austretenden Flüssigkeitsstrahlen eine obere, nicht überschreitbare Grenze gesetzt, wobei in diesem Zusammenhang auch Dimensionierungsfragen des Einspülgerätes und der dazugehörigen Druckerzeuger (Pumpen usw.) eine gewisse Rolle spielen.Dispensing devices of the type indicated are generally already working at the upper limit of their Power range in order to achieve the maximum pressure and maximum fluid jets exiting the nozzles To give speed, whereby the fastest possible removal of those located in front of the dispenser Sands is reached. The efficiency of such a dispenser is however in terms of The effectiveness of the liquid jets emerging from the nozzles has an upper limit that cannot be exceeded, in this context also dimensioning issues the induction unit and the associated pressure generator (pumps, etc.) play a certain role.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu gründe, mit einfachen Mitteln Leistungssteigerungen bei. solchen Einspülgeräten zu erreichen, die mit pulsierendem Druck der austretenden Wasserstrahlen arbeiten.The invention is based on the object of increasing performance with simple means. such To achieve flushing devices that work with pulsating pressure of the exiting water jets.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der pulsierende Druck durch Öffnen und Schließen einer oder mehrerer Düsen erzeugt wird, was in der Vorrichtung gemäß der Erfindung durch ein an der Düse angeordnetes Ventil zum Offnen und Schließen herbeigeführt wird.The object is achieved by a method of the type mentioned in that the pulsating pressure is generated by opening and closing one or more nozzles, which is in the device according to the invention is brought about by a valve arranged on the nozzle for opening and closing.

Erfindungsgemäß wird neben der bereits erwähnten Leistungssteigerung von Einspülgeräten weiterhin der Vorteil erzielt, daß die Leistungssteigerung regelbar ist und diese Regelbarkeit durch verhältnismäßig ein-According to the invention in addition to the already mentioned increase in performance of Einspülgeräten still the advantage is achieved that the performance increase can be regulated and this controllability off by relatively

.409884/0006.409884 / 0006

226A7A4226A7A4

fache Mittel erreicht wird.times the means is achieved.

In der beigefügten Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise zur Darstellung gebracht. In the accompanying drawing, an embodiment of the invention is shown by way of example.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Einspülgeräts an sich bekannter Ausbildung, an der die Erfindung verkörpert werden kann. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den unteren Teil des Einspülgeräts gemäß Fig. 1 einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung periodischer Druckschwankungen in den austretenden Wasserstrahlen.Fig. 1 shows a side view of a flushing device of a known design who can embody the invention. Fig. 2 shows a cross section through the lower Part of the dispenser according to FIG. 1 of an embodiment of a device for generating periodic pressure fluctuations in the exiting water jets.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Teilquerschnittsansicht der Vorrichtung nach Fig. 2 in der Form eines Ventils mit zugeordnetem Ventilträger. Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils3 shows, on an enlarged scale, a partial cross-sectional view of the device according to FIG 2 in the form of a valve with an associated valve support. Fig. 4 shows a cross-sectional view of a part

des Ventils nach Fig. 3.of the valve according to FIG. 3.

Bevor die Ausführungsform der Erfindung nachstehend im einzelnen erläutert wird, wird die Wirkung der bei einem Einspülgerät aus Düsen austretenden Wasserstrahlen kurz erläutert.Before the embodiment of the invention below is explained in detail, the effect of the water jets emerging from nozzles in a dispenser briefly explained.

Der Charakter der Zerstörung bzw. Abtragung der Sande bei Einspülgeräten ist bei verschiedenen Austrittsgeschwindigkeiten unterschiedlich. Bei höherer Geschwindigkeit dringt der Strahl im Boden tiefer durch, aber auf relativ kleinerem Querschnitt. Dagegen ist bei kleineren Geschwindigkeiten die Tiefenwirkung des Strahls schlechter, dabei wird aber auf größerer Fläche Sand abgetragen* Wenn diese beiden Arten des Arbeitens eines Flüssigkeitsstrahles kombiniert werden, wird eine verstärkte Abtragung ermöglicht.The nature of the destruction or removal of the sands in dispensing devices is at different exit speeds different. At higher speeds, the jet penetrates deeper into the ground, but on a relatively smaller cross-section. On the other hand, at lower speeds, the jet has a deep effect worse, but sand will be removed over a larger area * If these two types of work one Liquid jet are combined, an increased removal is made possible.

Gemäß Fig. 1 weist ein allgemein mit 7 bezeichnetes Einspulgerät zwei Kammern 8 und 9 auf, die jeweils mit einem ersten Satz und einem zweiten Satz von Flüssig-According to FIG. 1, a winding device generally designated 7 has two chambers 8 and 9, each with a first set and a second set of liquid

.409884/0006.409884 / 0006

keitsdüsen Io bzw. 11 in Verbindung stehen und denen von oben her Spülflüssigkeit zugeführt wird. Die aus den Flüssigkeitsdüsen Io und 11 austretende Flüssigkeit zerstört bei Bewegung des Einspülgeräts 7 iⁿ Richtung des eingezeichneten Pfeiles 12 die Sande und hebt einen Graben in einem Gewässerboden aus. Hinter den Kammern 8 und 9 ist eine mit 13 bezeichnete Führung vorgesehen, welche unten bei 14 im wesentlichen waagerecht ausläuft, und in welche von oben her Kabel, Leitungen od. dgl., eingeführt werden, die bei 15 aus dem Einspulgerät 7 austreten und unmittelbar in den durch das Einspulgerät 7 erzeugten Graben abgelegt werden.Keitsdüsen Io or 11 are connected and to which rinsing liquid is supplied from above. The liquid from the nozzles Io and 11 exiting liquid destroyed by movement of the Einspülgeräts 7 i ⁿ the direction indicated by arrow 12, the sands and lifts a trench in a sea bed from. Behind the chambers 8 and 9 a guide designated 13 is provided, which runs out at the bottom at 14 essentially horizontally, and into which cables, lines od be deposited in the trench created by the winding device 7.

Um nun in Übereinstimmung mit dem Lösungsgedanken der Erfindung eine plötzliche Steigerung des Drucks in der aus den Flüssigkeitsdüsen Io und 11 austretenden Flüssigkeit zu erhalten, ist eine plötzliche Druckerhöhung in einer der Kammern 8 oder 9 oder auch in beiden Kammern erforderlich.To now, in accordance with the concept of the invention, a sudden increase in the pressure in of the liquid emerging from the liquid nozzles Io and 11 is a sudden increase in pressure in one of the chambers 8 or 9 or in both chambers.

Gemäß Fig. 2 ist im unteren Teil des Einspülgerätes ein mit 31 bezeichneter Triebmotor vorgesehen, der bei 32 angelenkt ist, und dessen Kolbenstange 33 über eine Hebelstange 34, 35 bei 36 an einem Zylinder 37 angelenkt ist, in welchem ein Kolben 38 verschiebbar gelagert ist, der mit einer Ventilstange 39 in fester Verbindung steht, die an ihrem Ende ein Ventil 4o trägt (Fig. 3). In dem Zylinder 37 ist zwischen dem Kolben 38 und einer Stirnwand des Zylinders eine Druckfec" ;r 4l gelagert. Das Ventil 4o arbeitet mit einem allgemein mit 42 bezeichneten Ventilsitz zusammen, der hinter einer der Flüssigkeitsdüsen Io bzw. 11 ausgebildet ist (Fig. 4). According to Fig. 2, a designated 31 drive motor is provided in the lower part of the dispenser, which at 32 is articulated, and the piston rod 33 is articulated via a lever rod 34, 35 at 36 on a cylinder 37 is, in which a piston 38 is slidably mounted, which is firmly connected to a valve rod 39 which carries a valve 4o at its end (FIG. 3). By doing Cylinder 37 is mounted between the piston 38 and an end wall of the cylinder, a pressure fec "; r 41 Valve 4o works with one generally designated 42 Valve seat together, which is formed behind one of the liquid nozzles Io or 11 (Fig. 4).

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:The device works as follows:

Durch den Motor 31 wird zunächst das gesamte Aggregat, soweit es das Ventil 4o und die ihm zugeordneten Teile 37 bis 4l betrifft, gegen den Ventilsitz 42 bewegt, wobei die Relativlage der Ventilstange 39iBy the motor 31 is initially the entire Assembly, as far as it concerns the valve 4o and the parts 37 to 4l assigned to it, against the valve seat 42 moves, the relative position of the valve rod 39i

.409884/0006.409884 / 0006

des Kolbens 38 und der Feder 4l in dem Zylinder 37 zunächst unverändert bleibt. Wenn das Ventil ho sich dem Ventilsitz hl nähert, entsteht, in Übereinstimmung mit der Bernoullischen Gleichung dadurch ein kritischer Zustand, daß sich der auf den Ventilsitz h2 wirkende Druck schlagartig verringert und der volle Druck der Flüssigkeit auf die Hinterseite des Ventils ho einwirkt. Dadurch wird das Ventil ho mit seiner Ventilstange 39 und dem Kolben 38 relativ zu dem Zylinder 37 plötzlich gegen den Ventilsitz 42 bewegt, und die Strahldüse 11 schließt sich, wobei die Bewegung des Zylinders 37 noch etwas fortgesetzt wird. Zufolge dieser plötzlichen Bewegung des Ventils ho auf seinen Ventilsitz 42 zu spannt sich die im Innern des Zylinders 37 befindliche Feder hl. Nun wird der Zylinder 37 mit dem zugeordneten Mechanismus wieder von dem Ventilsitz h2 wegbewegt, und dadurch wird über die Feder hi und den Kolben 38 in dem Zylinder 37 und damit über die Ventilstange 39 das Ventil Ίο plötzlich von dem Ventilsitz 42 wegbewegt (Fig. 4). Zugleich wird zufolge der freiwerdenden Energie der Feder 4l das Ventil 4o von seinem Ventilsitz 42 tvegbewegt, bis der Ausgangszustand wieder erreicht ist, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Dann wiederholen sich diese Vorgänge in schneller Folge. Die mechanische Bewegungsgeschwindigkeit des Motors 31 mit seinen Steuerteilen 33 bis 37 ist erheblich kleiner als die abrupte Bewegung des Ventils 4o gegen seinen Ventilsitz 42 und die abrupte Bewegung des Ventils 4o von seinem Ventilsitz 42 weg, da hier die erheblichen Druckdifferenzen zwischen der Hinterseite des Ventils 4o und dem Raum zwischen dem Ventil 4o und seinem Ventilsitz 42 ausgenutzt werden.of the piston 38 and the spring 4l in the cylinder 37 initially remains unchanged. When the valve ho approaches the valve seat hl , a critical state arises, in accordance with Bernoulli's equation, in that the pressure acting on the valve seat h2 suddenly decreases and the full pressure of the liquid acts on the rear of the valve ho. As a result, the valve ho with its valve rod 39 and the piston 38 is suddenly moved relative to the cylinder 37 against the valve seat 42, and the jet nozzle 11 closes, the movement of the cylinder 37 being continued somewhat. As a result of this sudden movement of the valve ho towards its valve seat 42, the spring hl located in the interior of the cylinder 37 is tensioned. The cylinder 37 with the associated mechanism is now moved away from the valve seat h2 again, and as a result, the valve Ίο is suddenly moved away from the valve seat 42 via the spring hi and the piston 38 in the cylinder 37 and thus via the valve rod 39 (FIG. 4 ). At the same time, as a result of the energy released by the spring 4l, the valve 4o is moved away from its valve seat 42 until the initial state is reached again, as shown in FIG. Then these processes repeat themselves in quick succession. The mechanical speed of movement of the motor 31 with its control parts 33 to 37 is considerably smaller than the abrupt movement of the valve 4o against its valve seat 42 and the abrupt movement of the valve 4o away from its valve seat 42, since here the considerable pressure differences between the rear of the valve 4o and the space between the valve 4o and its valve seat 42 can be utilized.

Bei der Öffnungsbewegung wird zufolge der Rückbewegung des Zylinders 37 und zufolge der Tatsache, daß der Kolben 38 in dem Zylinder 37 sich anfänglich nicht bewegen kann, weil das Ventil 4o sich auf seinem Vent.il-During the opening movement, there is a return movement of the cylinder 37 and due to the fact that the piston 38 is not initially in the cylinder 37 can move because the valve 4o moves on its valve.

409884/0006409884/0006

_ ₇_ 226A7U_ ₇ _ 226A7U

sitz k2 befindet, die Feder kl innerhalb des Zylinders 37 gespannt, bis ihre Federkraft einen Wert erreicht, der größer als der Wert der auf die Hinterseite des Ventils ^o wirkenden Druckkraft ist, weil dann das Ventil ko mit der Ventilstange 39 und dem Kolben 38 plötzlich vom Sitz k2 wegbewegt werden. Zur Führung der Ventilstange 39 ist eine Kugelführung 53 (sphärische Führung) vorgesehen. seat is K2, the spring kl tensioned within the cylinder 37 until its spring force reaches a value which is greater than the value of the force acting on the rear side of the valve ^ o compressive force, because then the valve ko to the valve rod 39 and the piston 38 suddenly moved away from the seat. A ball guide 53 (spherical guide) is provided to guide the valve rod 39.

.409884/0006.409884 / 0006

Claims

1. Method for digging trenches on the bottom of water for lines, cables, etc., whereby the Bottom broken up by jets of water emerging from the nozzles of a dispenser under pulsating pressure is, characterized in that the pulsating pressure by opening and closing a or multiple nozzles is generated.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1 with a device which in the water jet emitted from the nozzles :: periodically generated rapid pressure fluctuations, characterized in that for generating the pressure fluctuations a valve (37 "12) to open and close on one or more than one nozzle for the water jet the nozzle is arranged.

3. Apparatus according to claim 2, characterized by a drive motor (31) which has a linkage (33-36) is in communication with a piston (38) which can be moved in a cylinder (37) and which the Has valve.

40988 4/0006

U. Device according to one of claims or 3, characterized in that the drive motor (31) can be pivoted via the rod (33-36) with the cylinder (37) carrying the piston (38) and the valve connected is.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that in the cylinder (37) one end against the piston (38) and the other end against the cylinder (37) Spring (41) is provided which supports the opening movement of the valve.

6. Device according to one of the claims

2 to 5, characterized in that the valve (37t42) is a conical valve with a conical seat is on the nozzle.

7. Device according to one of claims to 6, characterized in that the valve tappet (4o) of the valve (37-42) on its rear side a surface acted upon by the chamber liquid having.

8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that a nozzle a valve seat (42) and a valve tappet (4o) are assigned.

9. Device according to one of claims to 8, characterized in that one or more than one opening is provided in the chamber communicating with the nozzles, to which liquid is periodically supplied.

.409884 / 0006