DE2921999A1

DE2921999A1 - Nassbagger und nassbaggerrohr

Info

Publication number: DE2921999A1
Application number: DE19792921999
Authority: DE
Inventors: John P Latimer
Original assignee: Deepsea Ventures Inc
Current assignee: Deepsea Ventures Inc
Priority date: 1978-05-30
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1979-12-13
Also published as: NL7904272A; US4200999A; FR2427542A1; AU521835B2; CA1107308A; BE876510A; GB2050277B; AU4748879A; JPS54155902A; GB2050277A

Description

^Γ 4-

2921 Die Erfindung betrifft einen Naßbagger sowie ein hierfür verwendbares Naßbaggerrohr mit einer Einrichtung zum Vermindern des nachteiligen Strömungswiderstandes biäim Schleppvorgang, d.h. ein im wesentlichen in Längsrichtung ausgerichtetes, im wesentlichen zylindrisches Bauteil bei seitlicher Bewegung durch das Wasser. Diese Zugentlastung ist insbesondere bei Tiefseebaggern vorteilhaft, beispielsweise bei der Gewinnung von Erzknollen vom Meeresboden mit Hilfe eines sich an der Meeresoberfläche bewegenden Schiffes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die nachteiligen Auswirkungen beim Schleppen eines Naßbaggerrohrs möglichst weitgehend zu vermeiden, ohne daß dazu eine das Eohr vollständig umgebende, sperrige Verkleidung erforderlich ist.

Erfindungsgemäß ist dieses Baggerrohr das durch das Wasser gezogen wird und sich im Wasser im wesentlichen in Längsrichtung und quer zur Bewegungsrichtung erstreckt, mit einer im wesentlichen ebenen Platte versehen, die sich von dem Rohr

ari

aus nach außen erstreckt und am Rohr entlang/einer im wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufenden Achse angelenkt ist; die Platte ist, im Querschnitt gesehen, relativ dünn.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Baggerrohr durch Modulabschnitte gebildet, die jeweils an ihren beiden Enden mit benachbarten und im wesentlichen ähnlichen Modulabschnitten verbunden werden können. An Jedem Rohrabschnitt ist eine flache Platte oder Trennplatte als einzelne Platte befestigt; alternativ können auch Mehrfachplatten mit jedem Rohrabschnitt verbunden sein. Die Schwenkachse der Trennplatte ist vorzugsweise mindestens etwa 7»6 cm von der Außenfläche des Hauptbaggerrohrs angeordnet und kann entweder an dem Hauptbaggerrohr oder an einem gegebenenfalls vorhandenen, kleineren Hilfsluftrohr befestigt werden. 35

909850/0731

^Γ -5-

292199a Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen RohrabSchnitts,

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise weggebrochene Seitenansicht eines Teils der Fig. 1,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 in

2,

Fig. 4- eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4—4- in

Fig. 1,
15

Fig. 5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform, Fig. 6 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform und Fig. 7 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform.

Eine erste Ausführungsform gemäß den Fig. Ί bis 4- weist einen Baggerrohrabschnitt 1 mit Anschlüssen 22, 23 an jedem Ende auf. Dieser Rohrabschnitt 1 ist ein einzelnes Modul und soll mit anderen, ähnlichen Abschnitten verbunden werden, um schließlich einen bis zu etwa 6100 m langen Rohrstrang zu bilden, wobei jeder Abschnitt Anschlüsse 22, 23 aufweist, um die Verbindung zu dem nächsten Rohrabschnitt herzustellen» Beispielsweise kann jeder Rohrabschnitt etwa 11 m lang sein₉ und der Durchmesser beträgt etwa 15 bis 4-6 cm.

Mit Hilfe starrer Befestigungsbänder 3 wird ein Hilfsluftleitungsrohrabschnitt 2 starr befestigt, die an vier Stellen auf dem Umfang und in Längsrichtung versetzt an dem Baggerrohr 1 und dem Luftleitungsrohr 2 mit HiLfe von Nieten 7 festgeklemmt sind«.

L 909850/0731

^Γ -6- ->

292199a Gemäß den Fig. 1 und 4 werden der Baggerrohr- und der Luftleitungsrohrabschnitt im wesentlichen parallel ausgerichtet festgehalten, wobei die äußeren Umfangsflachen der beiden Rohre voneinander getrennt sind. Vorzugsweise ist der Abstand mindestens gleich dem Durchmesser des Luftleitungsrohrs 2 und vorzugsweise mindestens etwa 7,6 cm. Das Luftleitungsrohr 2 ist in der dargestellten Ausführungsform etwas kurzer als das Baggerrohr. Venn jedoch die Rohrabschnitte zur Bildung des bis zum Meeresboden reichenden Rohrstrangs zusammengesetzt werden, so erhält man im wesentlichen durchgehende Rohrleitungen sowohl für das Baggerrohr als auch das Luftleitungsrohr. Den unterschiedlichen Längen wird durch geringfügig unterschiedliche Verfahren beim Zusammenkuppeln der Rohrabschnitte für das Luftleitungs- bzw. das Baggerrohr Rechnung getragen. Es können irgendwelche geeignete Einrichtungen zur Herstellung durchgehender Rohrleitungen verwendet werden.

Bei der in den Pig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich eine Trennplatte 4 im wesentlichen über die gesamte Länge des Luftleitungsrohrabschnitts 2 und ist an diesem mittels mehrerer Gelenke 6 angelenkt. Die Gelenke weisen einen ΐί-förmigen Bügel 10 mit Gewinden an jedem Schenkölende auf; durch Aufschrauben von Muttern 12 auf diese Gewinde wird eine Bügelplatte 14 gegen den Luftleitungsrohrabschnitt 2 gedrückt uad festgehalten.

An der Bügelplatrbe 14 ist eine Gelenkhalterung 16, beispielsweise durch Verschweißen, starr befestigt und trägt einen Gelenkzapfen 20_? der sich im wesentlichen parallel zu den Achsen der Rohrabschnitte erstreckt. Der Gelenkzapfen 20 wird an der Gelenkhalterung 16 durch den starr verbundenen Bolzenkopf an einem Ende und durch eine auf dem anderen, mit einem Gewinde versehenen Ende aufgeschraubte Mutter 21 festgehalten. Auf dem Zapfen 20 ist ein Gelenkband 18 schwenkbar gehaltert, das auf seinen Seiten mittels dreier Nieten

L 9 0 9 8 5 0/0731 ,

mit der Trennplatte 4 starr verbunden ist. Gemäß Fig. 1 sind dreizehn Gelenke 6 zur Halterung der Trennplatte 4 an dem Luftleitungsrohr 2 vorgesehen.

Die Trennplatte 4 besteht aus einer dünnen, im wesentlichen ebenen Platte, deren Hauptflächen 5 sich im wesentlichen parallel zu den Achsen der Rohrabschnitte erstrecken und zueinander parallel sind. Vorzugsweise ist die Dicke der Trennplatte 4-, d.h. in Richtung der Längsachsen der Nieten 19» mindestens etwa eine Größenordnung weniger als die anderen zwei Abmessungen der Platte 4 und des äußeren Durchmessers des Baggerrohrs 1.

Obwohl gegebenenfalls die Trennplatte um eine Achse verschwenkt v/erden kann, die im wesentlichen unmittelbar dem äußeren Umfang des Baggerrohrs benachbart ist, ist es bevorzugt, daß die Innenkante 50 der Trennplatte 4 gegenüber dem äußeren Umfang des Rohrs 1 zumindest einen Abstand von etwa 5 cm aufweist, wobei ein noch größerer Abstand bevorzugt ist, z.B. etwa ein Drittel des Durchmessers des Rohrs 1. Gemäß den Fig. 1 bis 4 ist die Trennplatte 4 an dem Luftleituhgsrohr 2 angelenkt, und daher ist der Abstand y der Schwenkachse 20 der Trennplatte 4 gegenüber der Oberfläche des Rohrs 1.in besonders bevorzugter Weise mindestens gleich dem Radius des Baggerrohrs 1 und höchstens gleich dem Durchmesser.

Der Abstand zwischen der Platte 4 und dem Luftleitungsrohr ist nicht wesentlich, sofern der Außendurchmesser des Luftleitungsrohrs 2 nicht größer ist als etwa der halbe Außendurchmesser des Baggerrohrs 1. Jedoch ist in vorteilhafter Weise die Innenkante 50 der Platte 4 ebenfalls gegenüber dem Luftleitungsrohr um mindestens etwa 2,5 cm getrennt.

Die Breite der Trennplatte 4, d.h. der Abstand zwischen der Innenkante 50 und der Außenkante 51» ist vorzugsweise gleich

L 909850/0731 _j

-β-

oder größer als etwa der Abstand von der Vorderkante des Rohrs 1 zur Schwenkachse der Trennplatte, d.h. Durchmesser des Rohrs 1 + Abstand y.

Die Trennplatte 4 schwenkt um eine Achse, deren Abstand von der Außenfläche des Baggerrohrs 1 vorzugsweise zumindest etwa 2,5 cm beträgt, wobei ein Abstand besonders bevorzugt ist, der zumindest gleich etwa dem halben Durchmesser des Baggerrohrs ist. Der maximale Abstand wird durch die gewünschte Wirkung bestimmt; der Abstand zwischen der Achse und dem Baggerrohr 1 beträgt jedoch vorzugsweise nicht mehr als etwa das Vierfache des Baggerrohrdurchmessers, wobei besonders bevorzugt ist, daß dieser Abstand nicht mehr als das Zweifache des Baggerrohrdurchmessers beträgt; optimale Verhältnisse werden insbesondere dann erhalten, wenn dieser Abstand im wesentlichen nicht größer ist als der Durchmesser des Baggerrohrs.

Die Innenkante der Platte kann im wesentlichen mit der Schwenkachse der Platte zusammenfallen, jedoch ist dies im Rahmen der Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Daher ist der maximale Abstand zwischen der Innenkante 50 der Platte und der Außenfläche des Rohrs 1 vorzugsweise etwa gleich dem Fünffachen des Hauptrohrdurchmessers; besonders bevorzugt ist ein Abstand von höchstens etwa dem 1,5fachen des Durchmessers des Hauptrohrs 1.

Ferner ist es bevorzugt, daß der Außendurchmesser des Luftleitungsrohrs 2 im wesentlichen nicht größer ist als der halbe Außendurchmesser des Baggerrohrs 1. Die Gesamtlänge der Trennplatte 4 in Fig. 1 sollte mindestens einen Hauptteil der Gesamtlänge des Baggerrohrs 1 betragen. Vorzugsweise erstreckt sich die Trennplatte 4 über eine Länge, die mindestens etwa 80% der Länge des Baggerrohrs 1 beträgt, wobei go% der Länge des Baggerrohrs 1 besonders bevorzugt sind. Es ergeben sich daher zwischen den an benachbarten Bagger-

909850/0731

2921983 rohrabschnitten 1 befestigten Trennplatten Zwischenräume. Es ist besonders bevorzugt, die Trennplatten 4- bezüglich der Längenausdehnung jedes Rohrabschnitts 1 am gesamten Baggerrohrstrang im wesentlichen mittig anzuordnen. 5

Die Fig. 6 und 7 zeigen alternative Ausführungsformen der Trennplatte, die bei Fig. 6 bei jedem Baggerrohrabschnitt in zwei Abschnitte 24- und gemäß Fig. 7 in vier Abschnitte unterteilt ist, die an jedem Baggerrohrabschnitt befestigt sind. Die Ecken jeder Trennplatte 34- in Fig. 7 können um etwa 30 bis 60° und vorzugsweise um etwa 4-5° abgeschrägt sein, um den Durchtritt durch Konstruktionsöffnungen zu erleichtern. In Fig. 6 sind lediglich die äußeren Ecken der vorderen und der hinteren Trennplatte 24- abgeschrägt. Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform mit vier Trennplatten ähnlich Fig. 7 sind die Ecken der mittleren Trennplatten 34-b und 34-c nicht abgeschrägt.

Gemäß Fig. 5 kann die Trennplatte 4- direkt an dem Baggerrohrabschnitt 1 angelenkt werden. So muß beispielsweise das Luftleitungsrohr nur im oberen Bereich des BaggerrohrStrangs am Baggerrohr befestigt werden, um den gewünschten Auftrieb gegenüber dem Meeresboden zu erzielen. Daher wird an den Tieilen des Baggerrohr Strangs, die unterhalb des Luftleitungsrohrs liegen, die Trennplatte 4 direkt an dem Baggerrohr 1 angelenkt. Torzugsweise werden etwa die gleichen Abmessungen gemäß vorstehender Beschreibung hinsichtlich der relativen Dicke, Breite und Länge der Trennplatte 4 gegenüber dem Baggerrohrabschnitt 1 und hinsichtlich des Abstandes zwischen der Innenkante 50 der Trennplatte 4 und der Außenfläche des Baggerrohrs 1 gewählt.

Der Aufbau der in Fig. 5 dargestellten Gelenke 6, die die Trennplatte 4 mit dem Baggerrohrabschnitt 1 verbinden, ist im wesentlichen gleich dem gemäß den Fig. 2 und 3» die Abmessungen des U-förmigen Bügels 10 und der Bügelplatte 14

L 909850/0731 ^0R;—^---^r^D

sowie die Länge der Gelenkhalterung 16 sind größer, um eine Anpassung an den größeren Durchmesser des Baggerrohrs herzustellen bzw. um den gewünschten Abstand der Trennplatte von der Rohroberfläche zu erhalten.
5

Die Länge der Trennplatte ist klein, vorzugsweise weniger als etwa 5%» gegenüber dem erwarteten Knotenpunktabstand der Rohrschwingungen. Im Betrieb haben sich axiale Längen von etwa dem 5- bis lOfachen der Plattenbreite als zufriedenstellend erwiesen. Bei einem erfindungsgemäß durchgeführten Versuch beträgt die Gesamtlänge des BaggerrohrStrangs etwa 45OO m, der sich von einem an der Oberfläche schwimmenden Schiff zum Meeresboden erstreckt. Das Luftleitungsrohr 2 ist nur bei einem oberen Teil des Rohrstrangs vorgesehen, d.h. der obere Teil des Rohrstrangs wird durch mehrere Abschnitte,beispielsweise gemäß Pig. 1, und der untere Teil des Rohrstrangs wird durch mehrere miteinander verbundene Abschnitte entsprechend Fig. 5 gebildet. So beträgt beispielsweise bei einem einzelnen Rohrabschnitt des Rohrstrangs der Außendurchmesser des Baggerrohrs etwa 17» 5 cm, der Außendurchmesser des Luftleitungsr-ohrs etwa 6,5 cm, die Breite der Trennplatte etwa 46 cm und deren Dicke etwa 1,3 cm; der Abstand zwischen der Innenkante 50 der Trennplatte 4 und der Außenfläche des Baggerrohrs beträgt etwa 25 cm. Der Abstand zwischen der Schwenkachse der Trennplatte, d.h. der Längsachse des Schwenkzapfens 20 in Pig. 2, und der Außenfläche des Baggerrohrs 1 beträgt etwa 22,4 cm.

Die erfindungsgemäße, angelenkte Trennplatte bewirkt eine wesentliche Verminderung der durch das Schleppen auf das Baggerrohr ausgeübten Zugspannungen und der Vibrationen während der Bewegung durch das Meerwasser.

Leichte Materialien für die Herstellung der Trennplatten sind bevorzugt, wie ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-) Kunststoffe oder glasfaserverstärkte, synthetische Polymerisate, wie Polyester- oder Epoxyharze.

L 909850/0731 j

2921993 Es hat sich gezeigt, daß die Trennplatte besonders bei relativ geringen Geschwindigkeiten im Wasser vorteilhaft ist, insbesondere bei Geschwindigkeiten bis zu etwa 2 sm/h. Durch die sich hinter dem Rohr erstreckenden Trennplatten wird dort die Ausbildung von Wirbelströmen wesentlich vermindert und damit auch die resultierenden Seitenkräfte, die bei bisher bekannten Rohrsträngen zu starken Transversalschwingungen des Schlepprohrs geführt haben.

Im Betrieb verbindet der Baggerrohrstrang das Zugschiff mit dem gezogenen Baggerfahrzeug. Das Luftleitungsrohr erstreckt sich lediglich im oberen Teil des RohrStrangs, so daß in diesem oberen Teil die Trennplatten etwa gemäß Pig. 6 an dem Luftleitungsrohr und im unteren Teil etwa gemäß Fig. 5 di— rekt am Baggerrohr angelenkt sind.

L 909850/0731

Claims

VOSSIUS · VOSSlUS . HIL.TL . TAUCHNER · HEUNEMANN

PATENTANWÄLTE

SIEBERTSTRASSE 4 · BOOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (O89) 474O75 CABLE: BENZOLPATENT MÜNCHEN · TELEX 5-29 453 VOPAT D

3 ü MAY 1979 u.Z. : P 164 + HGM (He/K)

Case: 4-04-9.06 .

DEEPSEA VEETTUEES, ING.
Gloucester Point, Ta.,'V.St.A.

"Naßbagger und Uaßbaggerrohr*!

Priorität; 30. Mai 19?8, T.St.A., Nr. 910 424

Patentansprüche

Rohr mit einer Längsachse, das transversal oder schräg au dieser durch Wasser bewegbar ist„ gekennzeich— net durch eine flache, relativ dünne, in Längsrichtung am Rohr angelenkte Platte (5, 24, 34), deren Schwenkachse im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rohrs (1) ist und die sich zumindest entlang einem Hauptteil in Längsrichtung des Rohrs (1) erstreckt, so daß die während der Transversalbewegung durch das Wasser auf das Rohr (1) ausgeübte Schlepp- und Vibrationsbelastung wesentlich vermindert wird.
2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Dicke der ebenen Platte (5, 24, 34) zumindest eine Größenordnung kleiner ist als die anderen Abmessungen der Platte.
3. Rohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkante (50) der Platte (5, 24, 34) mindestens etwa 7,5 cm von der Außenfläche des Rohrs (1) entfernt ist.

909850/0731

^Γ -ζ-
4. Rohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Schwenkachse der Platte (5,24 und der Außenfläche des Rohrs (1) mindestens etwa gleich dem halben Durchmesser des Rohrs (1) ist.
5. Rohr nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende Anschlüsse (22,23) vorgesehen sind, um das Rohr zur Herstellung eines Rohr Strangs mit anderen, benachbarten Rohren zu verbinden.
10
6„ Rohr nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Schwenkachse der Platte (5,24,34) und der Außenfläche des Rohrs (1) höchstens etwa gleich dem Rohrdurchmesser ist.
Rohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Platte (5»24,34) höchstens etwa dem zehnfachen der Breite der Platte entspricht.
^2C 8= Rohr nach eiasm der Ansprüche 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Platte (5,24,34) mindestens gleich dem Durchmesser des Sohrs ist.
9ο Rohr nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbare Platte mindestens zwei unabhängig bewegbare Abschnitte (24; 34) aufweist, die jeweils um eine zur Längsachse des Rohrs parallele Achse schwenkbar sind.
1O_e Rohr nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit diesem im wesentlichen starr verbundenes, zusätzliches Rohr (2) , dessen Längsachse im wesentlichen parallel zur Achse des Hauptrohrs (1) und dessen Außendurchmesser höchstens etwa gleich dem halben Außendurchraesser des Rohrs (1) ist, vorgesehen ist und daß die flache Platte (5, 24, 34) an dem zusätzlichen Rohr (2) angelenkt ist,

, 909850/0731

Γ "I
11. Rohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen des Hauptrohrs (1) und des zusätzlichen Rohrs (2) sowie die Schwenkachse der Platte (5,24-, 34-) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen.
12. Rohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Durchmesser mindestens etwa 15 cm und die Dicke der Platte (5, 24-, 34-) mindestens etwa 0,6 cm beträgt.
13. Rohr nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Schwenkachse der Platte (5,24,34-) und der Außenfläche des Rohrs (1) höchstens etwa gleich dem 1,5fachen des Rohrdurchmessers ist.
14-, Rohr nach einem der Ansprüche 2 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Plattenbreite und dem Außendurchmesser des Rohrs etwa 1 :1 bis 1 :3 beträgt.
15· Naßbagger mit einem an der Meeresoberfläche bewegbaren Schiff und mit einer sich von diesem im wesentlichen zum Meeresboden und zum Baggerfahrzeug erstreckenden Leitung bestehend aus mehreren Rohrabschnitten, dadurch gekenn-•zeichnet, daß zur Bildung einer im wesentlichen durchgehenden Leitung die Rohrabschnitte an ihren Enden mit benachbarten Rohrabschnitten verbunden sind und daß an jedem Rohrabschnitt (1) eine Trennplatte (5,24-,34-) angelenkt ist, wobei die Schwenkachse im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rohrabschnitts ist, so daß die beim Bewegen der Leitung durch das Wasser im wesentlichen transversal ο der schräg zur Längsausdehnung des Rohrs auf die Leitung einwirkenden Schleppkräfte wesentlich vermindert werden.
16. Naßbagger nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein am oberen Teil der Leitung im wesentlichen starr befestigtes Luftleitungsrohr (2), an dem die Trennplatte (5,24-,34-) direkt angelenkt ist.

909850/0731