DE2942303A1

DE2942303A1 - Verfahren zum abbau von meeressedimenten mittels eines freihaengenden saugrohres sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2942303A1
Application number: DE19792942303
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr. Hans Amann; Jürgen 3000 Hannover Burkhardt
Original assignee: Preussag AG
Current assignee: Preussag AG
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1979-10-19
Publication date: 1981-04-30
Also published as: GB2062727B; NL176882B; NO803103L; FR2467917A1; IT8025444A0; JPS5667096A; GB2062727A; NL176882C; US4398361A; NO154531B; IT1133726B; NO154531C; DE2942303C2; JPS595759B2; CA1157056A; FR2467917B1; NL8005730A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau von Meeressedimenten mittels eines freihängenden Saugrohres, das an seinem Ende einen Saugkopf aufweist, der langsam in das Sediment abgesenkt wird, wobei an dem Saugkopf befindliche Lockerungsmittel zum Lösen des Sediments bewegt werden.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem Schwimmkörper, an dem «.las Saugrohr hängt, an dessen unterem Ende sich der Saugkopf befindet, an dem sich zu bewegende Lockerungsmittel zum Lösen des Sediments befinden.

Durch die DE-OS 2 707 899 ist eine Fördervorrichtung bekannt, die ein Förderrohr aufweist, dessen unteres Ende beweglich und an seinem Umfang dicht in einen Zylinder eingreift. Zwischen dem Zylinder und dem Ende des Förderrohres ist eine Antriebsvorrichtung angeordnet, durch die die beiden Teile gegeneinander hin- und herbewegt werden können. Diese Hiu- und

130018/0366 _₆_

Herbewegung erfolgt nicht nur zum Zwecke der Erzeugung einer Pumpwirkung, sondern auch zur Erzeugung von hochfrequenten Rüttelschwingungen. Solche Rüttelschwingungen sollen das Eindringen in zu fördernden Schlamm unterstützen und das Entstehen von Kanälen verhindern. Dieses Ziel wird in der Praxis jedoch nur unvollkommen erreicht.

Dieser Nachteil besteht auch bei der Fördervorrichtung nach der älteren deutschen Patentanmeldung P 28 41 203.5, bei der ebenso wie bei der zuvor geschilderten bekannten Vorrichtung Vibrationsschwingungen erzeugt werden, um Bodenmaterial zu lockern. Die Vibrationsschwingungen werden dabei von einem Vibrationssieb ausgeführt, das eine konische Gestalt mit nach unten gerichteter Spitze haben kann, wobei die Vibrationsrichtung senkrecht ist. Eine solche Vorrichtung ist nicht in der Lage, mit befriedigendem Erfolg verhältnismäßig feste und schlammartige Meeressedimente, wie sie beispielsweise im Roten Meer in großen Tiefen vorkommen, aufzulockern und abzubauen, jedenfalls nicht in größeren Tiefen des Sediments, allenfalls

nur im wesentlichen entlang der Oberfläche, wo das Sediment eine ausreichende Fließfähigkeit hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren

zum Abbau von Meeressedimenten mittels eines freihängenden Saugrohre3 anzugeben, mit dem feste schlammartige Meeressedimente auf einfache und wirksame Weise bis zu größeren Schichttiefen des Sediments abbaubar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren, gemäß dem die Bewegung der Lockerungsmittel durch eine Be' egung

130018/0366 ~⁷~

ORIGINAL INSPECTED

des Saugrohres erfolgt. Dies hat den großen Vorteil, daß das freihängende Saugrohr unmittelbar selbst zur übertragung der Bewegungsenergie zum Antrieb der Lockerungsmittel verwendet wird und somit keine Energiezufuhr in Form von Druckwasserleitungen oder elektrischen Kabeln erforderlich ist. Außerdem erübrigen sich dadurch komplizierte Antriebsmotoren am Saugkopf.

Die Grundlehre der Erfindung läßt sich auf zwei verschiedene Arten in die Praxis umsetzen, und zwar einmal dadurch, daß das Saugrohr an seinem oberen Ende gedreht wird und einmal dadurch, daß es kontinuierlich auf- und abbewegt wird. Gegebenenfalls können diese beiden Bewegungsarten auch überlagert werden. Entsprechend dem großen Gewicht des freihängenden

Ge
Saugrohres sind keine größeren/schwindigkeiten möglich, jedoch sind die Kräfte, die auf das untere Ende des Saugrohres übertragen werden können, beträchtlich. Beim Absenken eines Saugrohres kann das Gewicht des Saugrohres und der daranhängenden Elemente wie Saugkopf oder dergleichen ausgenutzt werden, um Lockerungsmittel z.B. in Form von Kratzern oder dergleichen an einer steilen Abbauböschung heruntergleiten zu lassen, wobei sie das Sediment lockern. In gleicher Weise können große KLafte beim Hochziehen des Saugrohres ausgenutzt werden.

Um eine seitliche Anlagekraft der Lockerungsmittel an einer Abbauböschung zu erzielen, ist es zweckmäßig, das obere Ende des Saugrohres stetig seitlich weiterzubewegen, so daß der gesamte Rohrstrang etwas schräghängt und sein Gewicht bzw. das des Saugkopfes die Kraft erzeugt, mit der die Lockerungsmittel an die Abbauböschung angedrückt werden und so in das SeuIment an der Böschungskante eingreifen.

130018/0366

Im Falle einer Drehung des Saugrohres gelten ähnliche Verhältnisse, jedoch entstehen durch die Drehung auch Kräfte quer zur gewünschten Vorschubrichtung in Richtung der stetigen Bewegung des Saugrohres, so daß sich auch noch ein seitlicher Durchhang ergibt.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Kennzeichen des Anspruchs 6 angegeben. Die bewegliche Aufhängung an dem Schwimmkörper kann aus einem Drehlager bestehen, wobei ein Drehantrieb zum Drehen des Rohres vorgesehen ist. Eine andere Möglichkeit der beweglichen Aufhängung besteht in einer vertikal arbeitenden hydraulischen Einrichtung mit Gasdruckspeicher zur Kompensation des Gewichts des Saugrohres, so daß eine Antriebseinrichtung lediglich die Kraft zur Bewegung der Lockerungsmittel aufzubringen hat.

Im Falle der Auf- und Abbewegung bestehen die Lockerungsmittel in besonders zweckmäßiger Weise in quer zur Auf- und Abbewegung verlaufenden Schneiden, Kratzern oder dergleichen, wodurch die aufzubringenden Kräfte begrenzt sind und außerdem sichergestellt ist, daß die vom Sediment abgeschälten Teile eine für den Saug- und Fördervorgang günstige gleichbleibenue Abmessung haben.

Die Schälkanten können sich an Klappen befinden, die nur bei einer Bewegungsrichtung aufklappen und das Schälen bewirken, in der anderen Bewegungsrichtung dagegen zurückklappen und so einen geringen Widerstand bilden. Je nach Beschaffenheit des Sediments ist es aber auch zweckmäßig, Doppelklappen zu verwenden, die in beiden Bewegungsrichtungen wirken. Die Klappen können darüber hinaus mit Sieben versehen sein, die sich

130018/0366 ~⁹~

ORIGINAL INSPECTED

von den Klappen aus in das Innere des Saugkopfes erstrecken, also die Bewegung der Klappen mitmachen. Dadurch wurden sich vor dem Sieb ansammelnde Steine oder Klumpen zum Abfallen gebracht.

Wie bereits erwähnt, können die Anlagekräfte durch einen seitlichen Durchhang des Stranges des Saugrohres erzeugt werden. Es ist aber auch zweckmäßig, an dem Saugrohr oberhalb des Saugkopfes oder/und an dem Saugkopf eine Düse vorzusehen, die mit einer Wasserdruckquelle verbunden und quer zur Saugrohrrichtung von diesem weggerichtet ist, so daß sich durch Rückstoß die entsprechenden Anlagekräfte ergeben. Die Richtung des Vortriebs kann durch eine Verdrehung des Rohres bestimmt werden. Bei großen Längen des freihängenden Saugrohres kann dies Schwierigkeiten bereiten. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, mechanische Führungsmittel in Form von Leitblechen vorzusehen, die den Saugkopf in einem Abbaugraben führen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 verdeutlicht schematisch das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer entsprechenden Anordnung,

Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem unteren Teil der Fig. 1 mit einem zusätzlichen Leitblech und einer Düse,

Fig. 3 zeigt den bei den Fig. 1 und 2 verwendeten Saugkopf perspektivisch und vergrößert,

Fig. 4 zeigt den Saugkopf gemäß Fig. 3 etwa zur Hälfte im Schnitt.

130018/0366 "¹°-

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist ein Schiff 1 dargestellt, das auf einer Oberfläche 2 eines Meeres schwimmt und von dem ein Förderrohr 4 abgesenkt ist, in dessen unterem Bereich sich eine Förderpumpe 5 befindet, von der ein Saugrohr 6 zu einem Saugkopf 7 führt, an dem sich Doppelklappen 8 befinden.

Da·? Förderrohr 4 ist auf dem Schiff 1 in einer Aufhängevorrichtung 9 aufgehängt, die durch zwei hydraulische Zylinder 10 abgestützt ist, mit denen das Förderrohr 4 zusammen mit den daranhängenden Elementen, insbesondere dem Saugkopf 7, in Richtung von Pfeilen 11 und 12 auf- und abbewegbar ist und die durch einen Gasdruckspeicher 10' vorgespannt sind.

Am Bug des Schiffes 1 befindet sich ein Antriebsmittel 13, das zusammen mit einem Antriebsmittel 14 am Heck zur Ausrichtung des Schiffes um die Vertikalachse dient. Außerdem befindet sich am Heck eine Antriebsschraube 15, mit der das Schiff 1 langsam und stetig in Richtung eines Pfeiles 16 antreibbar ist.

In der in Fig. 1 dargestellten Lage befindet sich der Saugkopf 7 im Bereich eines aus zwei Schichten 17 und 18 bestehenden Sediments. Die Schicht 17 hat eine derartige Viskositut, daß der Saugkopf 7 in ihr frei seitlich bewegbar ist. Von dieser Schicht sei außerden angenommen, daß sie in gewisser Weise fließfähig ist und dadurch in einen beim Abbau von dem Saugkopf 7 in der Schicht 18 gebildeten Graben 19 fließt, so daß es gar nicht erforderlich ist, daß der Saugkopf 7 beim Abbau bis in die Höhe der Schicht 17 gezogen wird.

Der Saugkopf 7 treibt eine Abbauböschung 20 in der Zeich-

130018/0366 -n-

nung nach rechts gesehen vor, wobei in der dargestellton Lage im wesentlichen nur die rechte Doppelklappe wirksam ist und ihre untere Hälfte 21 bei Absenken eine flache Schicht von der Abbauböschung 10 abschält. Diese Schicht wird durch den angesaugten Strom mitgerissen, gelangt durch das Saugrohr 6 zur Förderpumpe 5 und von dort über das Förderrohr 4 in das Schiff 1.

Die Darstellung in Fig. 1 ist nicht maßstabgerecht. In Wirklichkeit ist der Graben 19 wesentlich tiefer, so daß der Schälvorgang durch die Hälfte 21 der Doppelklappe 8 sich über eine verhältnismäßig lange Strecke der Abbauböschung 20 erstreckt. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß bei der entsprechenden Aufwärtsbewegung die Hälfte 21 der Doppelklappe 8 nach innenklappt und statt dessen die obere Hälfte 22 nach außen, so daß wiederum ein Schälvorgang erfolgt.

Sind die Schälkanten genügend scharf, so reichen bereits geringe Anlagekräfte aus, um ein Abschälen sicherzustellen. Diese Anlagekräfte werden dadurch erzeugt, daß das Schiff 1 langsam entsprechend der Abbaugeschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 16 bewegt und dabei Sorge getragen wird, daß das Schiff 1 dem Saugkopf 7 etwas voreilt. Auf diese Weise ist ein seitlicher Durchhang gebildet, durch den sich die gewünschten Anlagekräfte ergeben.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung der Anlagekräfte ergibt sich bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 2. Diese Figur zeigt den unteren Teil der Fig. 1. Entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Zusätzlich ist an dem Saugrohr 6 eine Düse 23 angebracht, die über eine Druckleitung 24 mit einer unterhalb der Förderpumpe 5 angeordneten Druckpumpe 25

130018/0366 ~¹²~

verbunden ist. Aus der Düse 23 strömt Wasser mit hoher Geschwindigkeit in Richtung von Pfeilen 26 aus, so daß sich ein Vortrieb in Richtung eines Pfeiles 27 und eine ensprechende Anlagekraft für den Saugkopf 7 an der Abbauböschung 20 ergibt.

Darüber hinaus ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ein Leitblech 26 vorgesehen, das eine möglichst gerade Führung in dem Graben 19 sicherstellen soll.

Sowohl bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 als auch bei der gemäß Fig. 2 ist die Aufwärtsbewegung in Richtung des Pfeiles 11 nur so groß, daß der Saugkopf 7 nicht aus dem Graben 19 heraussteigt, also immer darin verbleibt und damit auch in Anlage an der Abbauböschung 20. Dadurch wird vermieden, daß der Saugkopf 7 in die Schicht 17 gelangt und aufgrund des seitlichen Vortriebs in Richtung des Pfeiles 27 entweder durch seitlichen Durchhang oder Rückstoß schnell auswandert und ein Abbau in der gewünschten Weise nur an der Abbauböschung 20 nicht mehr erreicht wird.

Der bei der Anordnung nach den Fig. 1 und 2 verwendete Saugkopf ist vergrößert und perspektivisch von außen in Fig. 3 und etwa zur Hälfte und geschnitten und noch weiter vergrößert in Fig. 4 gezeigt. Auf beide Figuren wird in der nachfolgenden Beschreibung gleichzeitig Bezug genommen.

Der Saugkopf 7 besteht im wesentlichen aus einem kastenförmigen Gehäuse 28, das im wesentlichen quadratisch ist und auf seinen Außenflächen 29 rechteckige Ausnehmungen 30 aufweist, an deren Seitenrändern sich Lagerböcke 31 befinden, in denen eine Achse 32 drehbar gelagert ist, die eine Doppelklappe 33

130018/0366

hält, deren beiden Hälften 2 1 und 22 Schneiden 34 und 35 aufweisen.

Auf der dem Gehäuse 28 bzw. der Ausnehmung 30 zugewandten Seite befinden sich an den Hälften 21 und 22 der Doppelklappe 33 Siebe 36 und 37, die in gleicher Weise aufgebaut sind und im wesentlichen aus kreisförmig gebogenen Stangen 38 und 39 bestehen, die innen an Stangen 40 und 41 befestigt sind, um ihnen besseren Halt zu geben.

Die Siebe 36 und 37 decken also die beim öffnen der Hallten 21 oder 22 der Doppelklappe 33 gebildeten öffnungen ab, so daß keine größeren Steine oder Klumpen eintreten können. Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 ist gerade die untere Hälfte 21 der Doppelklappe geöffnet, so daß das Sieb 36 wirksam ist. Sammeln sich in dieser Lage vor den Stangen 38 Steine oder Klumpen an, so werden diese abgeworfen, wenn die Hälfte 21 sich nach innen bewegt und damit auch der Saugstrom an dieser Stelle aufhört.

Bei dem Saugkopf gemäß den Fig. 3 und 4 sind auf jeder Seite des viereckigen Gehäuses 28 Doppelklappen vorgesehen. Hierdurch soll erreicht werden, daß eine Schälwirkung auch noch an den Seitenwänden des Grabens 19 erzielt wird. Damit sich bei Anordnung von vier Doppelklappen die Siebe 36 oder 39 nicht gegenseitig stören, sind sie jeweils an benachbarten Seiten vertikal versetzt.

130018/0366

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Abbau von Meeressedimenten mittels eines freihängenden Saugrohres, das an seinem Ende einen Saugkopf aufweist, der langsam in das Sediment abgesenkt wird, wobei an dem Saugkopf befindliche Lockerungsmittel zum Lösen des Sediments bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Lockerungsmittel durch eine Bewegung des Saugrohres erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr an seinem oberen Ende gedreht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr an seinem oberen Ende kontinuierlich auf- und abbewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekeni. -

-2-

130018/0366

ORIGINAL INSPECTED

29A2303

zeichnet, daß die Auf- und Abbewegung so bemessen wird, daß der Kopf immer unterhalb der Oberkante des Sediments verbleibt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Saugrohres stetig seitlich weiterbewegt wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einem Schwimmkörper, an dem das Saugrohr hängt, an dessen unterem Ende sich der Saugkopf befindet, an dem sich zu bewegende Lockerungsmittel zum Lösen des Sediments befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lockerungsmittel fest mit dem Saugkopf (7) und/oder dem unteren Ende des Saugrohres (6) verbunden sind, daß das obere Ende des Saugrohres (6, 4) beweglich an dem Schwimmkörper (1) aufgehängt und daß Mittel zur fortwährenden Bewegung des Saugrohres vorgesehen sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

z e i c h η e t, daß die bewegliche Aufhängung des Saugrohres aus einem Drehlager und die Mittel zur Bewegung des Saugrohres aus einem Drehantrieb bestehen.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Aufhängung des Suugrohres aus einer vertikal arbeitenden hydraulischen Einrichtung (10) mit Gasdruckspeicher (10·) zur Kompensation des Gewicht: des

130018/0366 -3-

Saugrohres (4, 5, 6) und des Saugkopfes (7) bestehen und daß die Mittel zur Auf- und Abbewegung des Saugrohres aus einem hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Antrieb bestehen.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkopf in Drehrichtung wirkende Schälkanten, Kratzer, Schnecken oder dergleichen aufweist.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkopf (7) quer zur Auf- und Abbewegung verlaufende Schneiden (34, 35), Kratzer oder dergleichen aufweist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schneiden (34, 35) an Klappen befinden, die bei Bewegung des Saugkopfes (7) in der einen Richtung nach außen gegen Anschläge in eine Arbeitsstellung und bei Bewegung in der anderen Richtung nach innen in eine Ruhestellung klappen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen Doppelklappen (8, 33) sind, ■lie aus einen Winkel zueinander bildenden Hälften (21, 22) bestehen, wobei sich in dem Scheitelpunkt des Winkels das Drehlager (31, 32) befindet und der von den beiden Hälften (21, 22) eingeschlossene kleinere Winkel nach außen gerichtet ist

130018/0366

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (8, 33) auf ihrer dem Saugkopf (7) zugewandten Seite Siebe (36) aufweisen, die die Eintrittsöffnung zu dem Saugkopf bei herausgeklappter Klappe abdecken.

14. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e -

(6) kennzeichnet, daß sich an dem Saugrohr/oberhalb des Saugkopfes (7) oder/und an dem Saugkopf (7) eine mit einer Wasserdruckquelle (25) verbundene, quer zur Saugrohrrichtung von diesem weggerichtete Düse (23) befindet.

15. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Saugkopf (7) oder dicht darüber an dem Saugrohr (6) vertikale Leitbleche (26) angeordnet sind.

130018/0366