DE69602723T2

DE69602723T2 - Vorrichtung zur erzeugung einer lokalen wasserströmung

Info

Publication number: DE69602723T2
Application number: DE69602723T
Authority: DE
Inventors: Jacob Dikken; Willem Lucieer; Paul Smit; Kenneth Stewart; Hector Van Denham-Susman; Gerard Van Der Schrieck
Original assignee: Hollandsche Beton Groep NV
Current assignee: Hollandsche Beton Groep NV
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: EP0808391B1; US6053663A; GB2297777A; AU4846496A; EP0808391A1; AU716260B2; GR3031052T3; GB9602390D0; DK0808391T3; WO1996024727A1; DE69602723D1; MX9706003A; ES2133940T3; CA2212282A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer lokalen Wasserströmung oder eines Wasserstrahls in einem Wasserkörper in solch einer Weise, daß Bettmaterial von dem Gewässerbett unter dem Wasserkörper verlagert werden kann, wobei die Vorrichtung ein Strahlrohr, eine Schraube, die drehbar in dem Strahlrohr angeordnet ist, und Mittel zum Liefern eines Gegendrehmomentes in der entgegengesetzten Richtung zu dem Drehmoment, das durch die Drehung der Schraube auf die Vorrichtung ausgeübt wird, umfaßt.
Als nächstliegender Stand der Technik wird die WO 87/04743 angesehen. Dieses Dokument offenbart die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der EP-A-289 520 bekannt. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es möglich, einen Graben in einem Wasserbett herzustellen, wobei in dem Graben zum Beispiel eine Pipeline verlegt werden kann. Zu diesem Zweck wird die Vorrichtung in einigem Abstand über dem Gewässerbett entlang einer Bahn bewegt, auf der der Graben herzustellen ist. Die rotierende Schraube liefert in diesem Fall die gewünschte Wasserströmung.
Da die rotierende Schraube ein Drehmoment auf die Vorrichtung ausübt, würde die Vorrichtung, sofern nicht Gegenmaßnahmen getroffen werden, unkontrolliert um ihre Achse zu rotieren beginnen, was natürlich sehr unerwünscht ist. Deswegen sind Schaufeln in dem Auslaß des Strahlrohres vorgesehen, die als Folge der in dem Strahlrohr befindlichen Wasserströmung ein Gegendrehmoment auf die Vorrichtung in solch einer Art und Weise ausüben, daß die Vorrichtung, was solch eine Drehbewegung anbelangt, stabilisiert wird.
Ein großer Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß das erzeugte Drehmoment und das Gegendrehmoment nur innerhalb eines begrenzten Rotationsgeschwindigkeitsbereiches für eine bestimmte Ausströmungsrate der Wasserströmung in dem Strahlrohr die gleichen sind. Bei einer Veränderung des Abstandes der Vorrichtung von dem Boden verändert sich die Ausströmungsrate, und deshalb verändert sich auch das Gegendrehmoment.
Das erzeugte Drehmoment und das Gegendrehmoment sind während des Betriebes der Vorrichtung nicht leicht gleich zu halten. Eine Rotation der Vorrichtung muß deshalb durch andere, zusätzliche Mittel verhindert werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der oben genannten Art zu schaffen, welche diese Nachteile nicht aufweist. Dies wird durch Unterbringung einer zweiten Schraube in dem Strahlrohr erreicht, wobei die zweite Schraube in der entgegengesetzten Richtung zu der Drehrichtung der ersten Schraube drehbar ist, und wobei die Schraubenrichtung der zweiten Schraube entgegengesetzt ist, und die Kombination von Steigung und ihrer Drehgeschwindigkeit derart ist, daß das erzeugte Drehmoment das gleiche, oder praktisch das gleiche, wie das der ersten Schraube ist. Der Steigungswinkel ist vorzugsweise entgegengesetzt zu dem der ersten Schraube.
Die zweite Schraube schafft nicht nur das gewünschte Gegendrehmoment, was zur Folge hat, daß die Vorrichtung stabil bleibt, sondern trägt, was die Verlagerung von Bettmaterial, z. B. während der Herstellung eines Grabens in dem Gewässerbett, anbelangt, auch zu einer noch effizienteren Funktionsweise der Vorrichtung bei. Das bedeutet, daß keine Energie während der Stabilisierung der Vorrichtung verlorengeht.
Durch eine geeignete Wahl der zweiten Schraube kann auch sichergestellt werden, daß das erforderliche Gegendrehmoment stets bereitgestellt wird, woraus sich ergibt, daß keine weiteren Maßnahmen für eine Synchronisation des Betriebs der Schrauben getroffen werden müssen.
Die erste Schraube und die zweite Schraube sind vorzugsweise koaxial in dem Strahlrohr untergebracht; in diesem Fall kann eine der Schrauben mit einem hohlen Antriebsschaft verbunden sein, und die andere Schraube kann mit einem zentralen Antriebsschaft, der koaxial durch den hohlen Antriebsschaft verläuft, verbunden sein.
Beide Antriebsschäfte können an dem Einlassende des Strahlrohrs aus dem Strahlrohr hervorragen und jeweils mit einer Antriebseinheit verbunden sein. An dem obersten Ende des Strahlrohres können auch Aufhängungsmittel zum Aufhängen der Vorrichtung an einem Lagerelement, wie z. B. einem Seil, vorgesehen sein, das wiederum mit einem auf der Wasseroberfläche befindlichen Schiff verbunden ist.
Die Vorrichtung kann auch zum Abdecken von Rohren, zum Einebnen des Gewässerbettes, zum Strahlreinigen von Gegenständen oder zum Bewegen von großen Mengen von Erdboden etc. verwendet werden.
An der Auslaßseite des Strahlrohres kann die Vorrichtung verschiedene Typen von Düsen aufweisen, die eine runde, ovale oder rechteckige Form besitzen können.
Die Mittel zum Antreiben der Schrauben können einen Bohrmotor enthalten.
Der Bohrmotor kann ein "Moineau"-Motor, ein Hydraulikmotor oder ein auf geeignete Weise angepaßter Elektromotor sein.
Alternativ dazu und vorzugsweise kann der Bohrmotor einen Stator und einen drehbar in dem Stator befestigten Rotor umfassen, wobei der Stator mit einer Stangenaussparung und einer Auslaßöffnung versehen ist, wobei der Rotor mit einem Rotorkanal und mindestens einem Kanal zum Leiten eines sich bewegenden Fluids von dem Rotorkanal zu einer Kammer zwischen dem Rotor und dem Stator versehen ist, und wobei die Stangenaussparung mit einer Stange versehen ist, die in Gebrauch eine Dichtung zwischen dem Stator und dem Rotor ausbildet. Solch ein Bohrmotor ist in der US-Anmeldung US 08/191,693 (SUSMAN et al.) beschrieben.
Obwohl es nicht unbedingt erforderlich ist, ist es sehr bevorzugt, daß der Rotor mit einer Dichtung zum Eingriff in den Stator versehen ist.
Vorzugsweise ist die Dichtung aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffmaterialien, Polyäthyläthylketonen, Metall, Kupferlegierung und rostfreiem Stahl gewählt ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Stange aus einem Material hergestellt ist, daß aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffmaterialien, Polyäthyläthylketonen, Metall, Kupferlegierungen und rostfreiem Stahl gewählt ist.
Vorzugsweise ist der Stator mit zwei Stangenaussparungen versehen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, sowie mit zwei Auslaßöffnungen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jede der Stangenaussparungen mit einer jeweiligen Stange versehen ist, und wobei der Rotor zwei Dichtungen besitzt, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Der Bohrmotor kann vorteilhafterweise zwei Bohrmotoren umfassen, die mit ihren jeweiligen Rotoren miteinander verbunden sind, wobei jeder Motor einen Stator und einen drehbar in dem Stator befestigten Rotor umfaßt, wobei der Stator mit einer Stangenaussparung und einer Auslaßöffnung versehen ist, wobei der Rotor mit einem Rotorkanal und mindestens einem Kanal zum Leiten eines sich bewegenden Fluids von dem Rotorkanal zu einer Kammer zwischen dem Rotor und dem Stator versehen ist, und wobei die Stangenaussparung mit einer Stange versehen ist, die im Gebrauch eine Dichtung zwischen dem Stator und dem Rotor bildet.
Vorzugsweise sind die Bohrmotoren parallel miteinander verbunden, obwohl sie auch in Serie miteinander verbunden sein können, falls dies gewünscht wird.
Vorteilhafterweise sind die Bohrmotoren so angeordnet, daß in Gebrauch ein Bohrmotor außer Phase mit dem anderen Bohrmotor arbeitet. Somit besitzt in einer bevorzugten Ausführungsform jeder Bohrmotor zwei Kammern, und die Kammern in dem ersten Bohrmotor sind 90º außer Phase mit den Kammern in dem zweiten Bohrmotor. Auf ähnliche Weise würden in einer Ausführungsform, in der jeder Bohrmotor vier Kammern besitzt, die Kammern in dem ersten Bohrmotor vorzugsweise 45º außer Phase mit den Kammern in dem zweiten Bohrmotor sein. Mit Hilfe dieser Anordnung wird eine weiche Leistungsabgabe sichergestellt und ein Blockieren infolge Überlastung verhindert.
Die Vorrichtung kann mit Mitteln zum Steuern der Vorrichtung bei ihrem Gebrauch versehen sein.
Vorzugsweise umfassen die Steuerungsmittel: mindestens vier auf der Vorrichtung befindliche Öffnungen, die gleichmäßig um eine durch die Vorrichtung verlaufende Ebene herum verteilt sind, wobei die Ebene dazu ausgelegt ist, im Gebrauch im Wesentlichen horizontal zu verlaufen; zu öffnende Tore auf jeder der vier Öffnungen; und Mittel zum Kontrollieren des Öffnens und des Schließens von jedem Tor, wobei jedes Tor vorzugsweise mit einem Abschnitt versehen ist, der sich nach innen erstreckt, wenn das Tor geöffnet ist (um Wasser durch die jeweilige Öffnung zu leiten - oder aufzunehmen), wobei der Abschnitt des weiteren die Öffnung verschließt, wenn das Tor verschlossen ist.
Vorzugsweise umfassen die Kontrollmittel einen elektrischen oder hydraulischen Stellantrieb für jedes Tor, wobei jeder Stellantrieb mittels einer Art Nabelschnur, die sich bis über die Oberfläche erstreckt, kontrolliert wird.
Alternativ dazu können die Steuerungsmittel eine oder mehrere zu öffnende Klappen umfassen, die auf dem Auslaß angeordnet sind.
Jede der Schrauben kann eine Vielzahl von Schaufeln umfassen, wobei die Schaufeln von einer Schraube um 180º in Bezug zu den Schaufeln der anderen Schraube des Paares versetzt sind. Die Schrauben können in der Form von Propellern ausgestaltet sein. Zum Beispiel können die Schrauben in der Form von Propellern ausgestaltet sein, die auf ihren Spitzen mit Wasserdüsen versehen sind, so wie es in der GB 22 40 568 offenbart ist.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine Anzahl von in den Figuren gezeigten beispielhaften Ausführungsformen genauer erläutert werden.
Fig. 1A zeigt eine Längsschnittansicht eines Bohrmotors zur Verwendung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2A bis 2D zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten entlang der Linie A-A in Fig. 1 und stellen den Motor in vier unterschiedlichen Positionen dar.
Fig. 3A bis 3D zeigen eine Reihe von Querschnittansichten entlang der Linie B-B in Fig. 1 und stellen den Motor in vier verschiedenen Positionen dar,
Fig. 4 zeigt eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Unterwasser- Bodenaushubvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5A bis 5C zeigen eine Reihe von Ansichten eines ersten Propellers zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 4.
Fig. 6A bis 6C zeigen eine Reihe von Ansichten eines zweiten Propellers zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 4.
Fig. 7 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 4, die mit einer Schlauchhaspel verbunden ist, die z. B. an dem Heck eines Schiffes vorgesehen ist,
Fig. 8 zeigt eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Unterwasser- Bodenaushubvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 zeigt, teilweise in einem Längsschnitt, eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 10 zeigt eine Ausströmdüse für die Vorrichtung,
Fig. 11 zeigt eine erste mögliche Anwendung der Vorrichtung,
Fig. 12 zeigt eine zweite mögliche Anwendung der Vorrichtung,
Fig. 13 zeigt eine alternative Ausführungsform von Fig. 12,
Fig. 14 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 15 zeigt eine erste alternative Ausströmdüse,
Fig. 16 zeigt eine zweite alternative Ausströmdüse.
Einige Ausführungsformen einer Unterwasser- Bodenaushubvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in dieser Beschreibung offenbart. Zwei Ausführungsformen umfassen einen Bohrmotor. Um das Verständnis für die offenbarten Ausführungsformen der Unterwasser- Bodenaushubvorrichtung zu erleichtern, wird zunächst eine detaillierte Beschreibung des Bohrmotors gegeben werden. Bezug nehmend auf Fig. 1 ist ein Bohrmotor dargestellt, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Der Bohrmotor 10 umfaßt einen ersten Motor 20 und einen zweiten Motor 50.
Der erste Motor 20 umfaßt einen Stator 21 und einen Rotor 23. Ein oberster Abschnitt 22 des Rotors 23 erstreckt sich durch einen oberen Lageraufbau 24, der ein Drucklager 26 und Dichtungen 25 umfaßt.
Ein sich bewegendes Fluid, d. h. Wasser, Bohrschlamm oder unter Druck stehendes Gas, strömt durch einen zentralen Vorkanal 12 nach unten in einen zentralen Rotorkanal 27 und dann durch Rotorströmungskanäle 28 nach außen in Wirkungskammern 31 und 32.
Im Anschluß an einen Motorarbeitstakt strömt das sich bewegende Fluid durch in dem Stator 21 befindliche Auslaßöffnungen 33 und anschließend nach unten durch einen an den Stator 21 angrenzenden und diesen umgebenden ringförmigen Kanal und durch Strömungskanäle 35 in einem unteren Lageraufbau 34. Ein Abschnitt 36 des Rotors 23 erstreckt sich durch den unteren Lageraufbau 34, der ein Drucklager 37 und Dichtungen 38 umfaßt.
Die Enden des Stators 21 sind durchbrochen, und die Durchbrechungen greifen in jeweils in dem oberen Lageraufbau 24 und dem unteren Lageraufbau 34 befindliche Aussparungen ein, um eine Rotation des Stators 21 zu verhindern. Der obere Lageraufbau 24 und der untere Lageraufbau 34 sind über eine feste Fassung in ein äußeres rohrförmiges Element 14 eingepaßt und durch eine Kompression zwischen Gewindebüchsen 16 und 84 gegen eine Rotation gesichert.
Ein Keilwellenanschluß 39 verbindet ein mit Keilwellennuten versehenes Ende des Rotors 23 mit einem mit Keilwellennuten versehenen Ende eines Rotors 53 des zweiten Motors 50. Der zweite Motor 50 besitzt einen Stator 51.
Ein oberster Abschnitt 52 des Rotors 53 erstreckt sich durch einen oberen Lageraufbau 54. Dichtungen 55 sind zwischen dem oberen Lageraufbau 54 und der Außenseite des obersten Abschnittes 52 des Rotors 53 angeordnet. Der Rotor 53 bewegt sich in Bezug auf den oberen Lageraufbau 54 auf Drucklagern 56.
Ein sich bewegendes Fluid strömt von dem zentralen Rotorkanal 27 in einen zentralen Rotorkanal 57 und anschließend durch Rotorströmungskanäle 58 nach außen in Wirkungskammern 61 und 62. In Anschluß an einen Motorarbeitstakt strömt das sich bewegende Fluid durch in dem Stator befindliche Auslaßöffnungen 63 und dann nach unten durch einen an den Stator 51 angrenzenden und diesen umgebenden ringförmigen Kanal und durch Strömungskanäle 65 in einem unteren Lageraufbau 64. Ein Abschnitt 66 des Rotors 53 erstreckt sich durch den unteren Lageraufbau 64. Der Rotor 53 bewegt sich in Bezug auf den unteren Lageraufbau 64 auf Drucklagern 67, und Dichtungen 68 dichten die Grenzfläche des Rotor-Lageraufbaus ab. Auch strömt das sich bewegende Fluid, das durch die in dem unteren Lageraufbau 34 befindlichen Strömungskanäle 35 hindurchgeströmt ist, nach unten durch Kanäle 79 in dem oberen Lageraufbau 54, an dem Stator 51 vorbei und durch die Strömungskanäle 65 in dem unteren Lageraufbau 64.
Der obere Lageraufbau 54 und der untere Lageraufbau 64 sind mit einer festen Passung in ein äußeres rohrförmiges Element 18 eingepaßt und durch Kompression zwischen einer Gewindebüchse 84 und einer unteren Gewindebüchse (nicht dargestellt) gegen eine Rotation gesichert.
Fig. 2A bis 2D und 3A bis 3D stellen jeweils einen typischen Zyklus für den ersten und den zweiten Motor 20 und 50 dar und zeigen die Lage der zwei Motoren in Bezug zueinander zu verschiedenen Zeiten innerhalb des Zyklus. Zum Beispiel zeigt Fig. 2C eine Auslaßperiode für den ersten Motor 20, während Fig. 2C zum gleichen Zeitpunkt eine Arbeitsperiode für den zweiten Motor 50 darstellt.
Wie in Fig. 2A gezeigt ist, tritt ein bewegtes, durch die Rotorströmungskanäle 28 strömendes Fluid in die Wirkungskammern 31 und 32 ein. Infolge der Geometrie der Kammern (wie nachstehend noch erörtert) und der resultierenden Kräfte, bewegt das sich bewegende Fluid den Rotor im Uhrzeigersinn, wie in Fig. 2B erkennbar. Die Wirkungskammer 31 ist an einem Ende durch eine sich abwälzende Schieberstange 71 abgedichtet, die an einer Außenfläche 72 des Rotors 23 und an einem Abschnitt 74 einer Stangenaussparung 75 anliegt.
An dem anderen Ende der Wirkungskammer 31 liegt eine auf einem Lappen 77 des Rotors 23 befindliche Dichtung abdichtend an einer Innenfläche des Stators 21 an.
Wie in Fig. 2B dargestellt, hat sich der Rotor 23 zu einem Punkt in der Nähe des Endes einer Arbeitsperiode bewegt. Wie in Fig. 2C gezeigt, beginnt das sich bewegende Fluid an diesem Punkt des Motorzyklus durch die Auslaßöffnung 33 auszutreten.
Wie in Fig. 2D dargestellt, haben die sich abwälzende Schiebestange 71 und die Dichtungen 76 die Wirkungskammern abgedichtet, und das sich bewegende Fluid, das in den Kammern strömt, wird den Rotor 23 in Drehung versetzen, bis sich die Dichtungen 76 erneut an den Auslaßöffnungen 33 vorbeibewegen. Der zweite Motor 50 arbeitet wie der erste Motor 20; wie in den Fig. 3A bis 3D gezeigt, ist es jedoch bevorzugt, daß die zwei Motoren um 90º außer Phase sind, so daß ein Motor das sich bewegende Fluid ausstößt und der andere Motor Arbeit bereitstellt.
Die Dichtungen 76 sind in einer Ausführungsform aus Polyäthyläthylketonen (PEEK) hergestellt. Die sich abwälzenden Schieberstangen 71 sind ebenfalls aus PEEK hergestellt. Die Rotoren (23, 25) und die Statoren (21, 51) sind vorzugsweise aus korrosionsbeständigen Materialien, wie z. B. rostfreiem Stahl, hergestellt.
Wenn eine in dem ersten Motor 20 befindliche Öffnung 76 an der Auslaßöffnung 33 vorbeirotiert, tritt das sich bewegende Fluid, das die Drehung verursacht hat, aus und strömt nach unten und anschließend durch die Kanäle 79 und über die Auslaßöffnungen 63 und die Strömungskanäle 65.
Bezug nehmend auf Fig. 4 ist eine erste Ausführungsform einer Unterwasser-Bodenaushubvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die allgemein durch das Bezugszeichen 100 gekennzeichnet ist.
Die Vorrichtung 100 umfaßt einen Verbindungskörper 105, der einen inneren kegelstumpfförmigen Gewindeabschnitt 110 aufweist zur Verbindung zu einem Bohrrohr, einer gewendelten Rohrleitung oder einem beliebigen Rohr, das zum Transportieren eines sich bewegenden Fluids geeignet ist, das zum Antreiben des Bohrmotors 10 dient, der innerhalb der Vorrichtung 100 vorgesehen ist. Der Verbindungskörper 105 besitzt eine Durchgangsbohrung 115, die mit dem zentralen Vorkanal 12 des Motors 20 in Verbindung steht.
Ein Außenrohr 120 ist auf solch eine Art und Weise starr mit dem Verbindungskörper 105 verbunden, daß sich ein Abschnitt des Verbindungskörpers 105 innerhalb des Außenrohres 120 befindet. Ein erster Teil einer Drehbefestigung 125 ist um eine Außenfläche des Abschnitts des Verbindungskörpers 105 herum mit dem Verbindungskörper 105 verbunden. Der zweite Teil der Drehbefestigung 125 ist starr mit einem oberen Teil 11 des Motors 10 verbunden, wobei dieser Teil starr mit dem Stator 21 in Eingriff steht. Die Drehbefestigung 125 dieser Ausführungsform ist als "Stopfbüchse" bekannt und beinhaltet ein kombiniertes Radial- und Drucklager.
Es ist deshalb offensichtlich, daß die Rotoren 23, 53 in Bezug auf die Statoren 21, 51 und in Bezug auf das Außenrohr 120 drehbar sind, während die Statoren 21, 51 selbst in Bezug auf das Außenrohr 120 drehbar sind.
Der Abschnitt 66 des Rotors 53 ist mittels einer weiblichen Keilnutenkupplung, die in dem Antriebsschaft 130 vorgesehen ist, starr mit einem Ende des Antriebsschaftes 130 verbunden. An dem anderen Ende des Antriebsschaftes 130 ist ein erster Impeller in der Form eines ersten Propellers 135 vorgesehen.
Der Stator 51 steht starr mit einem zweiten Impeller, der in Form eines zweiten Propellers 41 ausgebildet ist, in Eingriff, und zwar mittels Schraubenbolzen 145, die den zweiten Propeller 140 mit einem Flanschabschnitt 150 verbinden, der sich auf dem Ende des äußeren rohrförmigen Elementes 18 des Motors 50 befindet. Der erste und der zweite Propeller 135, 140 sind durch ein kombiniertes Druck- und Radiallager 155 untereinander verbunden.
Es ist deshalb offensichtlich, daß der erste Propeller 135 mit den Rotoren 23, 53 rotiert, während der zweite Propeller 140 mit den Statoren 21, 51 rotiert.
An dem Ende des Außenrohres 120 ist ein Flanschabschnitt 116 vorgesehen. Unterhalb des Flanschabschnittes 160 ist ein marines Lager 165 vorgesehen. Ein hohler Körper 170 ist mittels Schrauben 169 mit dem Flanschabschnitt 160 verbunden. Der hohle Körper 170 trägt an einem Einlaß vier Einlaß- Führungsflügel 175. An dem Auslaß des Körpers 170 ist eine Vielzahl von Auslaß-Führungsflügeln 180 vorgesehen. Die Führungsflügel 175, 180 sind derart ausgebildet, daß sie eine vorbestimmte Wasserströmung durch den hohlen Körper 170 erzeugen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Innerhalb des Einlasses des hohlen Körpers 170 ist ein Sicherheitsgitter 185 vorgesehen. Ferner ist eine Vielzahl von länglichen Verstärkungsstreifen 186 (in dieser Ausführungsform acht Stück) gleichmäßig voneinander beabstandet in Umfangsrichtung um den hohlen Körper 170 herum vorgesehen. ·
In Umfangsrichtung um den Auslaß des hohlen Körpers 170 herum sind Steuerungsmittel in der Form von Öffnungen 190 vorgesehen, die gleichmäßig um eine durch die Vorrichtung 100 verlaufende Ebene herum verteilt sind, wobei die Ebene dazu ausgelegt ist, im Gebrauch im Wesentlichen horizontal zu verlaufen. Jede Öffnung 190 trägt ein Tor 195. Jedes Tor 195 ist mit einem Abschnitt versehen, der sich nach innen erstreckt, wenn das Tor geöffnet ist (um Wasser durch die jeweilige Öffnung 190 zu leiten - oder aufzunehmen), wobei der Abschnitt des weiteren die Öffnung 190 verschließt, wenn das Tor 195 verschlossen ist. Jedes Tor 195 ist durch Kontrollmittel in der Form von elektrischen oder hydraulischen Stellantrieben 200 zu öffnen und zu schließen, die durch Verbindungselemente 205 mit dem Tor 295 verbunden und durch einen Flansch 210 getragen sind, der um den hohlen Körper 170 herum vorgesehen ist. Die Stellantriebe 200 werden mittels einer Art Nabelschnur (nicht gezeigt) kontrolliert, die sich bis über die Oberfläche erstreckt.
Bezug nehmend auf die Fig. 5A bis 5C und 6A bis 6C sind detaillierte Zeichnungen des ersten und des zweiten Propellers 135, 140 gezeigt. Wie zu erkennen ist, trägt jeder Propeller 135, 140 sechs Schaufeln. Die Propeller 135, 140 sind im Wesentlichen identisch, außer daß ihre Schaufeln in Bezug zueinander um 180º versetzt sind, so daß die Propeller 135, 140 in entgegengesetzten Drehrichtungen rotieren.
In Fig. 7 ist eine Vorrichtung 100 gezeigt, die, verbunden mit einer Schlauchhaspel 215, die z. B. an dem Heck eines Schiffes 220 vorgesehen ist, in die See absenkbar ist.
Im Gebrauch wird die Vorrichtung 100 zu der gewünschten Position, z. B. kurz über dem Gewässerbett, abgesenkt, wie es gemäß dem Stand der Technik bekannt ist. Die Position der Vorrichtung 100 kann durch die Positionierungsmittel kontrolliert werden, indem die Tore 195 auf geeignete Weise kontrolliert geöffnet/verschlossen werden und die Propeller 135, 140 auf geeignete Weise kontrolliert betrieben werden.
Nachdem sie sich in der gewünschten Position befindet, kann die Vorrichtung 100 dadurch betrieben werden, daß ein sich bewegendes Fluid in den Bohrmotor 10 gepumpt wird. Die Rotoren 23, 53 beginnen folglich zu rotieren und treiben so den ersten Propeller 135 in einer Richtung an. Ferner beginnt auch der zweite Propeller 140 zu rotieren, indem er das Gegendrehmoment des ersten Propellers 135 aufnimmt. Die Propeller 135, 140 rotieren deshalb bei gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzten Richtungen.
Bezug nehmend auf Fig. 8 ist eine zweite Ausführungsform einer Unterwasser-Bodenaushubvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Teile dieser zweiten Ausführungsform sind durch die gleichen Bezugszeichen wie die Teile der ersten Ausführungsform gekennzeichnet, jedoch ist noch das Suffix "a" angehängt.
Die in Fig. 9 gezeigte Vorrichtung umfaßt ein Strahlrohr, das in seiner Gesamtheit durch das Bezugszeichen 310 dargestellt ist, und in dem die erste Schraube 302 und die zweite Schraube 303 drehbar untergebracht sind. Die erste Schraube 302 ist auf dem hohlen Schaft 304 befestigt, während die zweite Schraube 303 auf dem Schaft 305 befestigt ist, der koaxial durch den hohlen Schaft 304 verläuft. Beide Schäfte 304 und 305 sind mittels einer Antriebseinheit 306 antreibbar, die auch ein Umkehrgetriebe enthalten kann, so daß die Schäfte 304 und 305 und folglich die Schrauben 302 und 303 in entgegengesetzten Rotationsrichtungen antreibbar sind. Da der Steigungswinkel der Schraubenschaufeln 307 der ersten Schraube 302 entgegengesetzt zu dem Steigungswinkel der Schraubenschaufeln 304 der zweiten Schraube 303 ist, erzeugen die zwei Schrauben 302, 303 hier eine nach unten gerichtete Strömung, die über ein Zugangsgitter 309 durch das Strahlrohr 301 und aus einer Düse 310 heraus verläuft. Eine Ausströmdüse 318 ist in der Fig. 10 gezeigt.
Flansche 312 können auch als Strömungsführungs-Ablenkplatten wirken. Strömungsführungs-Ablenkplatten 341 können in der Düse 310 untergebracht sein. Es ist auch möglich, Strömungsführungs-Ablenkplatten zwischen die Schrauben 302 und 303 einzubauen, um unerwünschte Turbulenzen zu reduzieren.
Beide Schäfte 304, 305 sind in einem Gehäuse 311 untergebracht, an dem eine Ummantelung 313 des Strahlrohres 311 mittels der Flansche 312 aufgehängt ist. An seinem obersten Ende ist das Gehäuse 311 mittels eines Drehlagers mit einem Kopf 314 verbunden, an dem ein Hubseil 315 befestigt werden kann, und von diesem Kopf 314 werden auch eine oder mehrere elektrische und/oder hydraulische Leitungen 316 für die Antriebseinheit 306 geleitet.
Die Ummantelung 313 des Strahlrohres 305 ist auf der Außenseite mit radialen Rippen 317 versehen, welche der Ummantelung 313 die notwendige Steifigkeit geben.
Die in Fig. 10 gezeigte alternative Düse 318 ist so ausgestaltet, daß sie sich nach unten konisch verjüngt. Wenn solch eine konische Düse 218 verwendet wird, kann eine höhere Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Strahlrohr 301 austretenden Strömung erzielt werden.
Da die erste Schraube 302 in einer zu der Drehrichtung der zweiten Schraube 303 entgegengesetzten Richtung rotiert, und die Schrauben 302 und 303 des weiteren mit Ausnahme des Steigungswinkels ihrer Schraubenschaufeln 307, 308 identisch sind, ist im Betrieb das resultierende Drehmoment um die Längsachse der Vorrichtung gleich Null. Auf diese Weise kann eine sehr stabile Funktion der Vorrichtung erzielt werden, ohne daß dafür zusätzliche Maßnahmen zur Stabilisierung erforderlich sind.
Fig. 11 zeigt eine erste mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung, die in ihrer Gesamtheit durch das Bezugszeichen 319 gekennzeichnet ist, ist mittels eines Seils 315 relativ zu dem Schiff 320 gehalten. Der Abstand von dem Gewässerbett 321 des Wasserkörpers, in dem sich das Schiff 320 in diesem Fall befindet, ist derart gewählt, daß die Wasserströmung 322, die aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung heraustritt, einen Graben 323 in dem Gewässerbett 321 formen kann.
Um die Vorrichtung 319 während der Vorwärtsbewegung des Schiffes 320 an seinem richtigen Platz zu halten, ist ein Stabilisierungsseil 324 vorgesehen, das an seinem bodenseitigen Ende ein Ballastgewicht 326 besitzt. Dieses Ballastgewicht 326 wird mit der Vorrichtung in einer unveränderlichen Position relativ zu dem Schiff 320 und dem Gewässerbett mitbewegt, wobei ein Verbindungsseil 327 zwischen dem Ballastgewicht 326 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine entsprechende Position der Vorrichtung sicherstellt.
Anstelle der Seile 324 und 327 und des Ballastgewichtes 326 ist es auch möglich, eine korrekte Positionierung der Vorrichtung mittels eines Stabilisierungsseils 325 sicherzustellen.
Unter normalen Umständen wird das Schiff eine Bewegung relativ zu dem Gewässerbett 321 ausführen, die mit dem Kurs des Schiffes übereinstimmt. Dieser Kurs verändert sich jedoch, wenn Querströmungen in dem Wasserkörper vorhanden sind. In diesem Fall kann es vorkommen, daß die Vorrichtung 319 eine Bahn über das Gewässerbett 321 hinweg einnimmt, die einen Winkel mit dem Kurs des Schiffes 320 bildet. Die gewünschte Bahn des Grabens 323 in dem Gewässerbett 321 kann dadurch erreicht werden, daß der Kurs des Schiffes 320 angepaßt wird, d. h. in einem Winkel zu einer beliebigen Querströmung gerichtet wird.
In der Ausführungsform von Fig. 12 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 319 mittels eines einzelnen Stabilisierungsseils 328 und mittels des Hubseils 315 mit dem Schiff 320 verbunden. In diesem Fall ist die Vorrichtung 319 in solch einer Weise nach vorne und nach unten schräggestellt, daß der Strahl 322 nicht nur nach unten, sondern auch nach vorn gerichtet ist. Das bedeutet, daß das weggespülte Material besser in einer gewünschten Richtung verlagert wird.
Es ist auch möglich, die Vorrichtung in einem Winkel in einer anderen Richtung aufzuhängen, indem die Seile 315 und 328 an einer anderen Stelle auf dem Schiff 320, z. B. an beiden Seiten, befestigt werden.
Eine andere Variante ist die, bei der die Seile 315 oder 328 auf einem anderen Schiff befestigt werden.
Fig. 13 zeigt eine Situation entsprechend Fig. 12, jedoch ist in diesem Fall die Vorrichtung 329 mit kontrollierbaren, quer gerichteten Antriebsschrauben versehen, welche die Vorrichtung 329 besser positionieren.
Anstelle von Antriebsschrauben könnten auch Wasserstrahleinrichtungen verwendet werden, die möglicherweise in Strahlrohren angeordnet sind.
In der möglichen Ausführungsform nach Fig. 14 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 329 mittels einer Reihe von Metallrohren 331 von einem schwimmenden Schwimmkörper oder einer Plattform 332 aufgehängt. Wie es in dem Fall von Bohranlagen üblich ist, ist der Rohrstrang 331 in einem Turm 333 aufgehängt, der für den Zusammenbau und das Aufnehmen des Rohrstrangs 331 ausgerüstet ist. Eine solche Vorrichtung ist für größere Wassertiefen von mehreren hundert Metern sehr geeignet.
Fig. 15 zeigt eine alternative Ausströmdüse, die einen Rohrabschnitt 350 umfaßt, der auf die Vorrichtung zu montieren ist. Der Rohrabschnitt 350 ist mit einer aus Trägern 351 bestehenden Stützstruktur verbunden. An dem unteren Ende der Stützstruktur befinden sich zwei Regulierungsvorrichtungen 352. Jede Regulierungsvorrichtung 352 umfaßt sowohl eine bogenförmige Ablenkplatte 353 als auch eine flache Verschlußplatte 354. Die Platten 353, 354 einer jeden Vorrichtung 352 sind gegenseitig mittels einer gelenkigen Struktur 356 verbunden, um sich jeweils als Einheit um ein Gelenk 357 herum zu bewegen.
Die Platten 353 befinden sich teilweise in der Ausströmungsbahn von dem Rohrabschnitt 350, wodurch die Strömung teilweise seitwärts und nach unten oder nach oben (abhängig von der Position der Platten 353) abgelenkt wird, wie durch Pfeile angedeutet. Folglich kann das Bodenmaterial auf eine noch effizientere Art und Weise von einem Graben entfernt werden.
Zylinder-Kolben-Vorrichtungen 358 sind zum Einstellen der Position der Regulierungsvorrichtungen 352 vorgesehen.
Wie durch gestrichelte Linien 359 angedeutet, können die Regulierungsvorrichtungen 352 in solch einer Position plaziert werden, daß die Platten 354 geschlossen sind, wodurch die gesamte Strömung seitwärts geleitet wird.
Fig. 16 zeigt eine Ausströmdüse, umfassend einen Rohrabschnitt 360, der sich über ein einzelnes, nach unten gerichtetes Rohr 361 nach außen öffnet, und zwei einander gegenüberliegende gebogene Rohre 362, die seitwärts und nach unten oder nach oben gerichtet sind.
Diese Ausströmdüse bietet die Möglichkeit sowohl einer nach unten, als auch seitwärts und nach unten oder nach oben gerichteten Ausströmung.

Claims

1. Unterwasser-Bodenaushubvorrichtung (319, 329) zum Erzeugen einer lokalen Wasserströmung oder eines Wasserstrahls in einem Wasserkörper in solch einer Weise, daß Bettmaterial von dem Gewässerbett (321) unter dem Wasserkörper verlagert werden kann, die Vorrichtung umfassend ein Strahlrohr (301), eine Schraube (302), die drehbar in dem Strahlrohr angeordnet ist, Mittel zum Liefern eines Gegendrehmomentes in der entgegengesetzten Richtung zu dem Drehmoment, das durch die Drehung der Schraube auf die Vorrichtung ausgeübt wird, und Kabelmittel (315, 324, 325, 327, 328) oder Seilmittel (331) zum Positionieren der Vorrichtung in bezug auf das Gewässerbett (321),

dadurch gekennzeichnet, daß

in dem gleichen Strahlrohr (301) eine zweite Schraube (303) koaxial in bezug auf die erste Schraube (302) untergebracht ist, wobei die zweite Schraube in der entgegengesetzten Richtung zu der Drehrichtung der ersten Schraube (302) drehbar ist, wobei die Schraubenrichtung der zweiten Schraube entgegengesetzt ist, und die Kombination von Steigung und ihrer Drehgeschwindigkeit derart ist, daß das erzeugte Drehmoment das gleiche, oder praktisch das gleiche, wie das der ersten Schraube (302) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Steigungswinkel der zweiten Schraube entgegengesetzt zu der der ersten Schraube ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die erste Schraube (302) und die zweite Schraube (303) koaxial in dem Strahlrohr (301) untergebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, worin eine der Schrauben (302) mit einem hohlen Antriebsschaft (304) verbunden ist, und die andere Schraube (303) mit einem zentralen Antriebsschaft (305), der koaxial durch den hohlen Antriebsschaft (304) verläuft, verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, worin beide Antriebsschäfte (304, 305) an dem Einlaßende des Strahlrohrs (301) aus dem Strahlrohr hervorragen und jeweils mit einer Antriebseinheit (306) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Auslaßende (318) des Strahlrohres (301) verjüngt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Strahlrohr (301) mit quergerichteten kontrollierbaren Wasserfördermitteln (330) versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Strahlrohr (301) in einem Winkel zu der Vertikalen angeordnet werden kann.

9. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, worin die Mittel zum Antreiben der Schrauben einen Bohrmotor enthalten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, worin der Bohrmotor ein "Moineau"-Motor, ein Hydraulikmotor oder ein auf geeignete Weise angepaßter elektrischer Motor ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin der Bohrmotor einen Stator und einen Rotor, der drehbar in dem Stator befestigt ist, umfaßt, wobei der Stator mit einer Stangenaussparung und einer Auslaßöffnung versehen ist, wobei der Rotor mit einem Rotorkanal und mindestens einem Kanal zum Leiten eines sich bewegenden Fluids von dem Rotorkanal zu einer Kammer zwischen dem Rotor und dem Stator versehen ist, und wobei die Stangenaussparung mit einer Stange versehen ist, die in Gebrauch eine Dichtung zwischen dem Stator und dem Rotor bildet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, worin der Rotor mit einer Dichtung zum Eingriff in den Stator versehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, worin die Dichtung aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffmaterialien, Polyäthyläthylketonen, Metall, Kupferlegierungen und rostfreiem Stahl gewählt ist.

14. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 13, worin die Stange aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffmaterialien, Polyäthyläthylketonen, Metall, Kupferlegierungen und rostfreiem Stahl gewählt ist.

15. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, worin der Stator mit zwei Stangenaussparungen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und mit zwei Auslaßöffnungen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, versehen ist, wobei jede der Stangenaussparungen mit einer jeweiligen Stange versehen ist, und worin der Rotor zwei Dichtungen besitzt, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, worin zwei Bohrmotoren vorgesehen sind, die mit ihren jeweiligen Rotoren miteinander verbundenen sind, wobei jeder Motor einen Stator und einen drehbar in dem Stator befestigten Rotor umfaßt, wobei der Stator mit einer Stangenaussparung und einer Auslaßöffnung versehen ist, wobei der Rotor mit einem Rotorkanal und mindestens einem Kanal zum Leiten eines sich bewegenden Fluids von dem Rotorkanal zu einer Kammer zwischen dem Rotor und dem Stator versehen ist, und wobei die Stangenaussparung mit einer Stange versehen ist, die in Gebrauch eine Dichtung zwischen dem Stator und dem Rotor bildet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die Bohrmotoren parallel miteinander verbunden sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die Bohrmotoren in Serie miteinander verbunden sind.

19. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 16 bis 18, worin die Bohrmotoren so angeordnet sind, daß in Gebrauch ein Bohrmotor außer Phase mit dem anderen Bohrmotor arbeitet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, worin jeder Bohrmotor zwei Kammern besitzt und die Kammern in dem ersten Bohrmotor 90º außer Phase mit den Kammern in dem zweiten Bohrmotor sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, worin jeder Bohrmotor vier Kammern besitzt und die Kammern in dem ersten Bohrmotor 45º außer Phase mit den Kammern in dem zweiten Bohrmotor sind.

22. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 21, umfassend Mittel zum Steuern der Vorrichtung bei ihrem Gebrauch.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, worin die Steuerungsmittel umfassen: mindestens vier auf der Vorrichtung befindliche Öffnungen, die gleichmäßig um eine durch die Vorrichtung verlaufende Ebene herum verteilt sind, wobei die Ebene dazu ausgelegt ist, im Gebrauch im wesentlichen horizontal zu verlaufen, zu öffnende Tore auf jeder der vier Öffnungen, und Mittel zum Kontrollieren des Öffnens und des Schließens von jedem Tor.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, worin jedes Tor mit einem Abschnitt versehen ist, der sich nach innen erstreckt, wenn das Tor geöffnet ist (um Wasser durch die jeweilige Öffnung zu leiten - oder aufzunehmen -), wobei der Abschnitt des weiteren die Öffnung verschließt, wenn das Tor verschlossen ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, worin die Kontrollmittel einen elektrischen oder hydraulischen Stellantrieb für jedes Tor umfassen, wobei jeder Stellantrieb mittels einer Art Nabelschnur, die sich bis über die Oberfläche erstreckt, kontrolliert wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 22, worin die Steuerungsmittel eine oder mehrere zu öffnende Klappen umfassen, die auf dem Auslaß angeordnet sind.

27. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, worin jede Schraube eine Vielzahl von Schaufeln umfaßt, wobei die Schaufeln von einer Schraube um 180º in bezug auf die Schaufeln der anderen Schraube des Paares versetzt sind.

28. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, worin die Schrauben in der Form von Propellern ausgestaltet sind.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, worin die Schrauben in der Form von Propellern ausgestaltet sind, die auf ihren Spitzen mit Wasserdüsen versehen sind.

30. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, worin das Auslaßende Ablenkmittel zum Leiten der Strömung in eine zumindest teilweise seitwärts gerichtete Richtung besitzt.

31. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, worin das Auslaßende Ablenkmittel zum Leiten der Strömung in eine zumindest teilweise aufwärts gerichtete Richtung besitzt.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, worin die Ablenkmittel wahlweise kontrollierbar sind.