DE69833248T2

DE69833248T2 - Saugknopf für einen geschleppten Laderaumsaugbagger und Verfahren zum Baggern mittels dieses Saugknopfes

Info

Publication number: DE69833248T2
Application number: DE69833248T
Authority: DE
Inventors: Stefaan Vandycke
Original assignee: Dredging International NV
Current assignee: Dredging International NV
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: PT892116E; PT1609916E; EP0892116B1; DE69833248D1; EP0892116A1; DK1609916T3; EP1609916A2; CY1110897T1; ES2256926T3; ATE415524T1; EP1609916A3; ES2319781T3; BE1011285A3; EP1609916B1; DE69840281D1; HK1090398A1; DK0892116T3

Description

Diese Erfindung betrifft einen Saugkopf für einen geschleppten Laderaumsaugbagger, der im Wesentlichen aus einer mit einem Saugrohr verbundenen Konstruktion mit einem Visier besteht, das sich um eine horizontale Achse dreht, wobei eine Reihe von Zähnen dafür verwendet wird, den Sand aufzubrechen, wobei diese Zähne an einen gezahnten Balken angeordnet sind, der sich senkrecht relativ zur Bewegungsrichtung des Saugkopfes erstreckt, sowie mit einer Gruppe von Strahlrohren zum Einspritzen von Wasser mit hohem Druck, wobei diese Strahlrohre parallel zu dem gezahnten Balken verlaufen und vor diesen Zähnen angeordnet sind, wobei immer von der Bewegungsrichtung des Saugkopfes ausgegangen wird.
GB-A-1,312,032 betrifft einen Laderaumsaugbagger, der das Problem löst, die Mittel bereitzustellen, die das Tragen entlang eines Großteils des zusammenhängenden Bodens, der durch den Schaber des Laderaumsaugbaggers in dem Saugstrom abgeschabt wird, ermöglichen. Dies geschieht durch Erhöhen des Saugdrucks, der zum Aufwärtstransportieren des Wasser-Boden-Gemisches mittels eines Laderaumsaugbaggers zur Verfügung steht, der eine Saugmündung mit einer Wand umfasst, die eine Kammer mit einer Öffnung zum Anschließen an ein Saugrohr definiert. Die Saugmündung umfasst eine angelenkte visierförmige Klappe, an der eine außerhalb der Kammer liegende Schaberklinge befestigt ist. In der Saugmündung ist wenigstens eine Düse angeordnet, um wenigstens einen Wasserstrahl auf Material zu richten, das neben einem zweiten Abschnitt der Schaberklinge im Inneren der Kammer liegt, wobei die Strömungsrichtung des Strahls im Wesentlichen parallel zur Saugrichtung liegt. Auf diese Weise wird abgeschabter Boden durch die Wasserstrahlen zerkleinert und in die Saugmündung gesaugt.
JP 60055133 an die Kokusai Denwa Co. Ltd. betrifft eine Ausschachtvorrichtung mit einer verbesserten Ausschachteffizienz. Die Vorrichtung umfasst einen Arm, von dem mehrere Pflugscharen abstehen. An jeder Pflugschar ist eine Wasserstrahldüse angebracht, um die Ausschachttiefe von vorn nach hinten in Längsrichtung des unteren Abschnitts der Ausschachtvorrichtung zu vergrößern.
Ein geschleppter Laderaumsaugbagger besteht aus einer an einem Saugrohr verbundenen Konstruktion, die an der Unterseite offen ist und während des Saugbaggerns über den Boden geschleppt wird.
Der eigentliche Saugkopf besteht aus zwei Teilen: einer Kappe, die direkt mit dem Saugrohr des Schiffs verbunden ist, und einem Visier, das mittels einer horizontalen Achse an der Kappe angelenkt ist. In dem Visier ist eine Reihe von Zähnen 4 an einem horizontalen Balken angeordnet, um den Boden aufzubrechen. Einen solchen Balken nennt man Zahnbalken.
An der Unterseite der Kappe, in Höhe der Verbindung mit dem Visier, sind eine Anzahl Verschleiß-Endstücke angebracht. Diese bilden die Gleitplatte. In diesen Verschleiß-Endstücken ist eine Anzahl Düsen angeordnet.
Während des Saugbaggerns wird der Kopf über den Boden bewegt. Auf diese Weise liegt die Kappe über die Gleitplatte auf dem Boden auf. Da sich das Visier unabhängig von der Kappe bewegen kann, liegt die Kappe mit der Seiten- und/oder Rückwand auf dem Boden auf. Je nach der Härte des Bodens dringen diese Wände mehr oder weniger in den Boden ein. Durch die Saugwirkung der Saugbaggerpumpe am Saugrohr-Ende baut sich schließlich im Saugkopf ein Unterdruck auf, der unter anderem vom Grad der Abdichtung dieses Kopfes abhängt. Dadurch wird zusammen mit dem Wasser von außen, das zwangsläufig zugeführt werden muss, eine Menge an Sand aufgesaugt. Auf diese Weise wird Sand durch die Erosionswirkung des Wassers sauggebaggert.
Die Sandförderung wird bisher durch zwei zusätzliche Elemente gesteigert:

a) Zähne: Dank der an dem Visier vorhandenen Zähne wird beim Entlangstreichen des Kopfes eine Schicht vom Boden abgeschabt. Auf diese Weise kann dann das aufgebrochene Erdreich aufgesaugt werden.
b) Strahlen: In den Verschleiß-Endstücken befinden sich eine oder mehrere Düsen. Durch diese wird derzeit Wasser mit einem Druck von etwa 10 bar gepumpt. Dadurch kann zusätzlicher Sand aufgesaugt werden, weil: der zu saugbaggernde Sand aus übereinander liegenden Körnern besteht. Durch ihr Eigengewicht werden diese aufeinander gepresst. Dieser Druck wird zwischen den Körnern durch die gegenseitigen Tragpunkte – bei denen es sich um die Berührungspunkte zwischen den Körnern handelt – übertragen.

Dieser Druck ist es, der dafür sorgt, dass die Körper auf eine gewisse Weise an ihrer Stelle bleiben. Die Körner bleiben in einem gewissen Gleichgewichtszustand gepackt.
Wenn dieser Sand aufgesaugt werden soll, so muss dieses Gleichgewicht zerstört werden. Das kann mittels der Strahlen erreicht werden. Durch die Zufuhr von Wasser unter hohem Druck kann der gegenseitige Druck zwischen den Körnern aufgehoben werden. Dadurch wird die Kraft aufgehoben, die die Körner aufeinander hält, wodurch die Körner sich zu bewegen beginnen. Diese Körner versuchen, einen neuen Gleichgewichtszustand zu finden, was man die Fluidisierung des Sandes nennt. Nun braucht dieser Sand nur noch aufgesaugt zu werden, was durch Unterdruck geschehen kann, der im Saugkopf aufgebaut wird.
Im Allgemeinen kann man also sagen, dass die Strahlen dazu dienen, den Sand aufzulockern, und dass die Saugkraft der Saugbaggerpumpe zum Transportieren des aufgelockerten Sandes dient.
Schleppbunker, die der obigen Beschreibung entsprechen, sind bekannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Saugkopf zu konstruieren, der dank einer Reihe von Modifizierungen und Verbesserungen eine gesteigerte Effizienz aufweist, weil unter anderem die Sandkonzentration im dem heraufgepumpten Gemisch erhöht wird, wobei Mittel bereitgestellt werden, um den Wasserspalt unabhängig von der Schneiddicke einzustellen.
Um dies in erfindungsgemäßer Weise zu ermöglichen, ist hinter den oben angesprochenen Zähnen (wobei immer von der Bewegungsrichtung des Saugkopfes ausgegangen wird) wenigstens eine zweite Reihe von Strahlrohren angeordnet.
Gemäß der Erfindung ist diese zweite Reihe von Strahlrohren in Strahlrohre, die zur Innenseite des Visiers – genauer gesagt, auf oberhalb der Zähne – hin gerich tet sind, und in Strahlrohre, die vertikal oder im Wesentlichen vertikal abwärts gerichtet sind, unterteilt.
Weitere Details und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Saugkopfes deutlich. Die Beschreibung ist lediglich beispielhaft und grenzt die Erfindung nicht ein. Die Bezugszahlen beziehen sich auf die angehängten Figuren.
1 ist eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Saugkopfes.
2 ist eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Saugkopfes in größerem Maßstab.
3 veranschaulicht schematisch die Arbeitstiefe eines Saugkopfes bekannter Bauart.
4 veranschaulicht in gleicher Weise die mögliche Arbeitstiefe eines erfindungsgemäßen Saugkopfes.
Der Saugkopf für einen geschleppten Laderaumsaugbagger gemäß der Erfindung wird in Richtung des Pfeils P, der in 1 gezeigt ist, über den Boden bewegt. Der erfindungsgemäße Saugkopf befindet sich am Ende eines Saugrohres 1, das mit einem Visier 2 versehen ist, das unter anderem aus Seitenwänden 3, einer Rückwand 3' und einer oberen Platte 4 mit einer bogenförmigen Sektion 5 besteht, die bei Drehung des Visiers 2 um seine Achse 6 in engem Kontakt mit dem Dichtungsstreifen 7 bleibt, der zu den festen Teilen gehört, die an dem Saugrohr angebracht sind. Während des Saugbaggerns wird praktisch in dem Visier ein Unterdruck aufrecht erhalten, und es ist ja ein erklärtes Ziel der Erfindung, den Sandanteil der sauggebaggerten Schlämme zu erhöhen. Durch die Gleitplatten 8 hindurch erstrecken sich eine Reihe von Strahlrohren 9, die Wasser unter hohem Druck einspritzen. Derzeit werden Gleitplatten 8 verwendet, bei denen die Strahlrohre 9 an der Vorderseite angebracht sind. Während der Saugkopf über den Boden gezogen wird, lockern die eingespritzten Strahlen zuerst den Sand auf, der anschließend sofort aufgesaugt wird. Gleichzeitig brechen die Zähne 10, die sich hinter den Strahlrohren 9 befinden, den Sand auf. (Im vorliegenden Text sind die Begriffe "vor" und "hinter" relativ zur Bewegungsrichtung des Saugkopfes zu verstehen.) Diese Zähne finden sich auch in den Saugköpfen herkömmlicher Bauart.
Hinter diesen Zähnen 10, auf der Höhe des Wasserventils 11, welches das Visier auf der Rückseite schließt, befindet sich nun eine zweite Reihe von Strahlrohren 9. Diese Strahlrohre sind in eine erste Reihe von Strahlrohren 12, die zu den Zähnen 10 hin gerichtet sind, und eine zweite Reihe von Strahlrohren 12', die vertikal oder im Wesentlichen vertikal abwärts gerichtet sind, unterteilt. Die Strahlen, die durch die Strahlrohre 12 eingespritzt werden, sind zur Innenseite des Visiers hin gerichtet. Die Strahlrohre 12' haben den Zweck, den Boden besser, d. h. tiefer, auf Höhe der Rückwand 3' zu fluidisieren.
Das Vorhandensein der Strahlrohre 12 und 12' hat folgende Vorteile:

a) Der Sand, der durch die Zähne 10 und die Strahlrohre 9 aufgelockert wurde und noch nicht aufgesaugt wurde, wird zusätzlich fluidisiert und kann so besser aufgesaugt werden.
b) Das mehrphasige Aufbrechen durch die Strahlrohre 9 einerseits und durch die Strahlrohre 12 und 12' andererseits vergrößert die Tiefe, in der der Sand aufgewühlt und aufgesaugt wird. Das lässt sich ganz klar durch einen Vergleich der in 3 gezeigten Arbeitstiefe mit der in 4 gezeigten Arbeitstiefe feststellen.
c) Die Effizienz wird durch den Wasserspalt erhöht. Bisher gelangte das Sand-Wasser-Gemisch durch Erosion durch den Wasserspalt, doch nun wird die Konzentration des Gemischs durch Erosion und das Vorhandensein von fluidisiertem Sand infolge der Wirkung der Strahlrohe direkt vor dem Wasserspalt erhöht.

Die hier erläuterten Vorteile sind das direkte Ergebnis des Einschaltens der Strahlrohre 12 und 12' unmittelbar hinter den Zähnen 10.
Die verschiedenen Strahlrohre 12 und 12' sind direkt an ein Wasserventil 11 angeschlossen, das entsprechend einer Translation bewegt werden kann, die sich in einer Ebene abspielt, die parallel zur Rückwand 3' des Visiers verläuft. Dieses Wasserventil 11 ist in der Form einer Wasserkammer 13 gestaltet. Im Fall einer hydraulischen Betätigung erfolgt dies von der Brücke des geschleppten Laderaumsaugbaggers aus. Das Anbringen des Wasserventils, das höhenverstellbar ist, erhöht die Effizienz des neuen Saugkopfes, weil der Wasserspalt in Abhängigkeit von den Bodenbedingungen und vollkommen unabhängig vom Eindringen des Visiers in den Boden optimal eingestellt werden kann.
Die Effizienz des geschleppten Laderaumsaugbaggers wird weiter erhöht, indem man am Boden der Seitenwände 3 des Visiers einen oder eine Reihe verschiedener seitlicher klingenartiger Schleißstreifen 14 anbringt. Diese Schleißstreifen sind hinreichend dünn, um in den Sand eindringen zu können, um die gewünschte Abdichtung herstellen zu können, so dass das Verhältnis von Sand zu Wasser in dem aufgesaugten Gemisch weiter optimiert wird.
Um zu verhindern, dass Zuleitungswasser entlang den relativ unproduktiven Seiten des Visiers zugeleitet wird, muss der Saugkopf an diesen Seiten gut abgedichtet werden. Die Seitenwände des Visiers müssen gut in den Boden eindringen.
Durch das Vorhandensein dünnwandiger Schleißstreifen 14 wird das Visier seitlich perfekt abgedichtet, so dass das benötigte Transportwasser an der Rückseite integral durch den Wasserspalt und das aufgewühlte Erdreich aufgesaugt wird. Diese neue Anordnung bildet ein zweites wichtiges Merkmal der Erfindung.
Eine weitere Verbesserung des Saugkopfes ist im Vorhandensein der Füße 15 auf der Rückseite des Saugkopfes zu sehen, die relativ zum Visier angelenkt sind und deren Arbeitsseite, d. h. die Basis 15', ausreichend groß ist, um einen festen Halt auf dem Boden zu garantieren. Durch Verstellen der Tiefe der Füße 15, die durch eine Platte 17 miteinander verbunden sind (2), wird das Eindringen des Visiers und somit der Zähne in das Erdreich reguliert. Dies gestattet ein Verstellen der Schnittdicke der Zähne, und zwar unabhängig von dem Wasserspalt. Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Füße 15 mit ihrer verbreiterten Basis 15' drehbar um einen Scharnierpunkt 18 herum angebracht. Die Drehbewegung wird durch die Wirkung des Hydraulikzylinders 16 – mit dem Scharnierpunkt 18 relativ zum Fuß 15 und dem Scharnierpunkt 19 relativ zum Visier – bewirkt. Das Visier selbst wird durch die Wirkung des Hydraulikzylinders 20 angehoben oder gesenkt. Der Zylinder 20 ist starr relativ zum Saugrohr 1 befestigt und ist bei 21 an festen Teilen angelenkt, die zur Struktur des Visiers gehören, um dessen Rückwand 3' anzuheben oder abzusenken.
In 2 ist einer der Hydraulikzylinder, 22, zu sehen, der das Wasserventil 11 steuert.
Durch Erhöhen des Arbeitsdrucks der Wasserstrahlen von 10 bar auf 20 bar kann man ein deutlich verbessertes Eindringvermögen dieser Wasserstrahlen erwarten. Dies stellt ein weiteres Merkmal der Erfindung dar.
Durch Kombinieren der verschiedenen Verbesserungen an einem Saugkopf bekannter Bauart, wie oben beschrieben, kann eine überraschende Steigerung der Effizienz des neuen Saugkopfes erwartet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die im vorliegenden Text beschriebene Ausführungsform beschränkt, und Modifikationen an dieser Ausführungsform sind möglich, insofern die in den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche fallen.

Claims

Saugkopf für einen geschleppten Laderaumsaugbagger, im Wesentlichen bestehend aus einer mit einem Saugrohr verbundenen Konstruktion mit einem Visier (2), das sich um eine horizontale Achse (6) dreht, wobei eine Reihe von Zähnen (10) dafür verwendet wird, den Sand aufzubrechen, wobei diese Zähne entlang einer Linie angeordnet sind, die sich senkrecht relativ zur Bewegungsrichtung des Saugkopfes erstreckt, sowie mit einer ersten Gruppe von Strahlrohren (9) zum Einspritzen von Wasser mit hohem Druck, wobei diese Strahlrohre entlang einer Linie, die parallel zu der Linie der Zähne verläuft, und vor diesen Zähnen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass hinter diesen Zähnen wenigstens eine zweite Gruppe von Strahlrohren (12, 12') entlang einer Linie, die parallel zu der Linie der Zähne verläuft, angeordnet ist und dass die zweite Gruppe von Strahlrohren an ein Wasserventil (11) in Form einer Wasserkammer (13) angeschlossen ist, das hydraulisch in einer Ebene bewegt werden kann, die sich tangential oder im Wesentlichen tangential zur Rückwand (3') des Visiers erstreckt.
Saugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe von Strahlrohren (12) in Strahlrohre (12), die zur Innenseite des Visiers hin gerichtet sind, und Strahlrohre (12'), die vertikal oder im Wesentlichen vertikal abwärts gerichtet sind, unterteilt ist.
Saugkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrohre (12), die zur Innenseite des Visiers hin gerichtet sind, auf die Zähne (10) gerichtet sind.
Saugkopf nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Visier (2), zusammen mit dem Saugrohr (1), mit verstellbaren Füßen (15) ausgestattet ist, deren nutzbare Fläche (15') ausreichend groß ist, um einen stützenden Halt auf dem Boden zu finden, während das Visier an der Unterseite der Seitenwände 3' mit klingenförmigen Schleißstreifen (14) ausgestattet ist, die ausreichend dünn sind, um in den Boden einzudringen und die gewünschte seitliche Abdichtung zu gewährleisten.
Verfahren zum Saugen mit einem geschleppten Laderaumsaugbagger, der mit einem Saugkopf nach einem der Ansprüche 1–4 ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in den Strahlrohren auf 20 bar erhöht wird.