JP4705910B2 - さまざまな性質の浚渫物を撤去および回収するための装置および方法 - Google Patents

Description

この発明は、さまざまな性質の浚渫物を撤去および回収するための装置に関し、該装置は、軸受ハウジングと、その中に搭載される、支持リングを備えたカッターヘッドを定められたトルクで回転可能に駆動するための駆動シャフトとを含み、該カッターヘッドはハブを介して該駆動シャフトに搭載可能であり、該装置は固定カッターシールドに囲まれる吸引口に接続可能である吸引パイプをさらに含み、該固定カッターシールドは一方側の回転支持リングと他方側の吸引口および軸受ハウジングとの間の空間を占める。

そのような装置は、浚渫物を回収するためのカッターサクションドレッジャーにおいて一般に公知である。カッターサクションドレッジャーの構成においては、典型的には、特定の種類の材料についての最適化が、岩のような硬質材料または砂のようなより軟質の材料のいずれについても行なわれる。

岩および石のような硬質岩床材料の浚渫は、一方ではカッターヘッドの歯がより大きな切削力を生成し得ることを要求する。これは、この種類の材料には、定められたトルクに対してカッターヘッドのできるだけ小さな直径が望まれることを意味する。さらに、岩または石の浚渫の間に切削された岩床材料の大部分が吸引口を介して浚渫ポンプによって吸引されずに、既に浚渫された底部に流出物として残されることは、公知の現象である。この流出物をできるだけ低く抑えるために、カッターができるだけ小さいこともまた有利である。これにより、切削プロセスは吸引口のできるだけ近くで行なわれる。他方では、吸引口への輸送水の流入速度は、切削した石をできるだけ吸引口に運ぶために、できるだけ高速でなければならない。したがって、吸引口の小さな入口断面、よって吸引口への入口での高速の水速度が有利である。

反対に、砂または砂利のようなより硬質ではない材料の浚渫にはかなり小さな力が要求され、切り込まれる岩床材料の量が多くなり、かつより大きな掘削量が得られるように比較的大きな直径のカッターヘッドを用いることが有利である。砂または砂利を浚渫する場合には、岩について最適なカッターヘッドよりも大きなカッターヘッドを有することが有利である。すると切り込まれる岩床材料の量が大きくなり、それによりより大きな掘削量が得られる。

より大きなカッターにおいては、吸引口にもより大きな構成を与え得る。砂を浚渫する場合には、浚渫がより高い密度で行なわれるように、結局より多くの岩床材料が吸引口に供給される。経済的なポンピングプロセスのためには、できるだけ高密度で、できるだけ低速度で、切削された岩床材料の水力学的輸送を実現し、岩床材料はあまり沈殿していないことが有利である。するとポンプおよび導管の消耗、ならびに輸送に要求されるエネルギは最小となる。ここで、切削された岩床材料の流入を向上させるので、より大きな吸引口が有利である。砂の浚渫の間に、動作はしばしば浚渫ポンプの最大吸い上げ高さの限界に向けて行なわれるので、吸引口における水力学的損失をできるだけ低くすることが有利である。上記に鑑みて、砂の浚渫においては、岩に最適なものよりも大きな吸引口を適用することが有利である。

これまで、カッタードレッジャーの構成の最適化は岩切削または砂切削のいずれについても行なわれるか、もしくはそれらのいずれについても行なわれなかった。すると、これらの各カッタードレッジャーは最適ではなく、よって最適化されていない用途においては競争力がない。

この発明の目的は、さまざまな性質の浚渫物を回収するための装置を提案することであり、該装置は、岩および石の浚渫に対する、ならびに岩床材料の浚渫に対する、掘削量の技術的最適化を可能にし、それにより該装置は両方の用途における最適な掘削性および競争力を有し得る。

この目的から、この発明に従った装置は、異なった支持リング直径のいくつものカッターヘッドが駆動シャフトに搭載可能であり、該支持リング直径はトルクおよび回収されるべき掘削材料の性質により決定される特徴を有する。

支持リング直径および搭載されるべきカッターヘッドの歯先の線は、こうして岩床材料の種類およびカッターヘッドで利用可能であるトルクの関数として、または換言すれば歯の要求される力の関数として選択可能であり、これにより、より効率的な動作が可能になる。こうして、浚渫の材料に依存して、駆動シャフト上の同じハブによって好適な支持リング直径のカッターヘッドを搭載可能であるが、これは浚渫船上で即時に効率的に行ない得る簡単な動作である。

たとえば岩に好適である比較的小さな直径のカッターヘッドについては、これはさらに、切削プロセスが吸引口の近くで行なわれるので、岩の切削された断片が吸引口に簡単に吸引されて、流出量が限定されるというさらなる利点を有するであろう。

この発明に従った装置のさらなる発展させた実施例に従うと、異なった入口断面を備えたいくつもの吸引口を吸引パイプに接続可能であり、吸引口の入口断面は回収されるべき浚渫物の性質によって決定される。

この態様で、砂または砂利のような材料に対し、たとえば岩の浚渫のために接続されるものよりも大きな入口断面を有する吸引口を接続可能である。経済的なポンピングプロセスのためには、浚渫物の沈殿なしにできるだけ低速で、輸送されるべき周囲の水中においてできるだけ高い密度の浚渫物で動作することが有利である。岩のような材料には、沈殿を避けるためにこの輸送速度は砂の場合よりも高速でなければならず、これは、最適な掘削量のために岩の場合にはより小さな吸入口の入口断面が要求されることを意味する。

この発明にさらなる特徴に従うと、吸入口の寸法は動作位置において底端部がカッターシールドと関連のカッターヘッドの支持リングとの間にぴったりと嵌まるように適合される。

この発明に従った装置のさらなる発展させた実施例はカッターラダーをさらに含み、いくつものカッターシールドがカッターラダーに抗して搭載可能であり、これにより、カッターヘッドと吸引口との異なった組み合わせを用いる間に、カッターシールドが一方側では軸受ハウジングの端縁および吸引口に、他方側では支持リングの内側端縁およびカッターラダーの前端部に接続可能になる。

シャフトは永久的に維持され、それにより異なったカッターヘッドのハブがカッターラダーに対し同じ位置に留まる。これにより、より大きな支持リング直径のカッターヘッドの軸方向長さのより多くの部分が、カッターラダーの方向に位置する。このカッターヘッドの支持リングは、こうして、より小さな支持リングのカッターヘッドのものよりも、カッターラダーをさらに覆って延在する。カッターシールドを一方側の支持リングの内側端縁に抗してぴったりと嵌め、かつ他方側のさまざまな吸引口の前端の輪郭にも嵌めるため
に、同じカッターラダー上にさまざまに修正されたカッターシールドを搭載する選択肢がある。

可能な変形例に従うと、カッターシールドはカッターヘッドの方向において切頭円錐の底部での形状をとり、支持リングの内部直径に嵌まるように、搭載されるべきカッターヘッドの支持リング直径が小さいほど搭載されるべきカッターシールドの切頭円錐の開放角度が大きい。

この円錐は、カッターラダーの前面側まで周辺端縁によって延長可能である。さまざまなカッターシールドは、たとえばすべて同じ態様でカッターラダーに固定されてもよい。すなわち、前部のこれらのシールドを、カッター軸受ハウジングおよび吸引口を覆って摺動させて、それらをカッターラダーの前端部に対し後方周辺上に固定的にねじ止めする。これにより交換がより簡単になる。

この発明の別の局面に従うと、カッターヘッドにより切り込まれた浚渫物に典型的には海水である流体を高圧下で噴霧するために少なくとも１つのノズルが設けられる。

これにより、特に、砂に対する掘削量がさらに向上するが、これに対しては比較的大きな直径のカッターヘッドが用いられる。高圧下の流体の噴射は、たとえば砂堆へ切り込む間に生成される負の水圧が、噴射された流体により即時に緩和されることを確実にする。切り込まれた砂堆の基部は、ここで即時に崩壊し、より多くの量の砂が吸引され得るが、これを図５および図６を参照して以下により詳細に説明する。砂を崩すことは、特に砂質の岩床材料において掘削のかなりの部分をなす。より規則的に、より急速により大規模に崩すことは、相当に掘削量を向上させる効果を有する。この効果に加えて、水噴流もまた直接的に侵食する機能を有し、これも同様に吸引口の前の撤去される砂の量を増大させ、それにより掘削量を増大させる。

この発明に従った装置の可能な実施例の変形に従うと、圧力下の流体のチャネルを形成するために、駆動シャフトは中空形状をとり、少なくとも１つのノズルがカッターヘッドに接続された駆動シャフトの外側端部に搭載される。

この構成は、非常に頑丈である利点を有する。

この発明はさらに、この発明に従った装置の変形例を含む、浚渫物を撤去および回収するためのカッターサクションドレッジャーに関する。

最後に、この発明はこの発明に従った装置を用いて浚渫物を撤去および回収するために方法にも関し、該方法はカッターヘッドの支持リングの直径が回収されるべき浚渫物およびトルクの関数として選択され、より硬質の材料に対してはより小さな直径が選択され、また、選択されたカッターヘッドが駆動シャフトに接続される点で区別される。

この発明に従った方法のより発展した実施例に従うと、定められた入口断面を備えた吸引口が回収されるべき浚渫物の関数として選択され、より硬質の材料に対してはより小さな入口断面が選択され、また、選択された吸引口が吸引パイプに接続される。

この発明を、添付の図面および以下の図面の説明に基づいてより詳細に説明するが、ここでこの発明に従った装置の特に例示的な実施例が示される。

図１は、カッターサクションドレッジャーを備えた浚渫船を示す。そのような船の典型
的な構成要素は、ラダー１、２つの錨またはスパッドポスト３，４、ラダーウインチを備えたラダーケーブル２である。ラダー１の外側端部に位置するのは、カッターヘッド５の形での切削手段であり、ラダー１とともに設けられるのは吸引手段１３であり、これは吸引ラインおよびポンプを含む。

船には、デッキ上のあらゆる種類の動作のためのデッキクレーン８と、ブリッジ７と、たとえばカッターヘッド５のメンテナンス操作を行なうための作業台６とがさらに設けられる。

岩床材料を撤去する間に、１つのスパッドポール３のみが用いられる。第２のスパッドポール４は、第１のスパッドポール３を移動しなければならない場合にのみ用いられる。

この発明を図２および図３を参照して説明するが、これらは同じカッターサクションドレッジャーを示し、ここにはそれぞれ砂のようなより硬質ではない材料および岩のようなより硬質な材料のための、カッターヘッド１０，１０’、吸引口１４，１４’、およびカッターシールド２１，２１’が搭載されている。

カッターヘッド１０，１０’には支持またはバックリング１５，１５’が設けられ、ハブ９を介して駆動シャフトに搭載される。図２Ａと図３Ａの重なりを示す図４において、異なった支持リング直径Ｄ，Ｄ’を備えた２つのカッターヘッド１０，１０’が駆動シャフトに搭載され得るのが明らかであろうが、支持リング直径Ｄ，Ｄ’はトルクおよび回収されるべき浚渫物の性質により決定される。

カッターサクションドレッジャーにはさらに、固定カッターシールド２１，２１’に囲まれる吸引口１４，１４’が設けられ、該固定カッターシールドは一方側の回転支持リングと他方側の吸引口およびカッター軸受ハウジングとの間の空間を占める。

図４に示すように、２つの吸引口１４，１４’は、異なった入口断面で吸引パイプに接続されてもよい。入口断面は、回収されるべき浚渫物の性質により決定される。たとえば岩に対するもの（図３Ｂ）よりも、たとえば砂に対してより大きな入口断面を備えた吸引口が用いられる（図２Ｂ）。

カッターシールド２１は、カッターヘッド１０と吸引口１４と（図３Ａ）からなる組の一部を形成し、カッターシールド２１’は、カッターヘッド１０’と吸引口１４’と（図３Ｂ）からなる組の一部を形成する。これらのカッターシールド２１，２１’は両方とも切頭円錐の形をとる。カッターシールド２１’は、後方側（大きな周辺部）が円筒状周辺端縁２６により延長される。

両方のシールドが同様の態様で固定される：前方（切頭円錐の頂部）においては、それらはカッター軸受ハウジング２５と吸引口１４，１４’とを覆って摺動する。後方においては、それらはカッターラダーの前方端部２３に固定的にねじ止めされる。カッターシールド２１，２１’はこうしてカッター軸受ハウジング２５の前方側の周りおよび吸引口１４，１４’の前方側輪郭の周りに嵌まる。円錐の開放の角度は、カッターシールド２１，２１’が支持またはバックリング１５，１５’の内側端縁上にできるだけ良好に嵌まるように選択される。より小さな支持リング１５’に関連のカッターヘッドに関連するカッターシールド２１’は、カッターラダーに嵌まるように円筒状周辺端縁２６でわずかに延長される。

図５は、カッターサクションドレッジャーのヘッドを示す。カッターヘッド１０は、ハブ９により駆動シャフト１１に搭載される。駆動シャフト１１に沿って設けられるのは、
たとえばカッターヘッド１０により撤去された砂であり得る材料を吸引するための吸引パイプ１３である。この材料は吸引パイプ１３を介して吸引口１４を通って運ばれる。カッターヘッド１０の切削刃１７には、刃先を受けるためのインサートまたはアダプターが典型的には設けられる。

駆動シャフトは、圧力下の周囲の水に対するチャネル１２を形成するために中空の形状をとり、水はノズル２０を介してチャネル１２を出る。

高圧下の周囲の水を噴射する有利な効果は、以下のように説明できる。砂を切削する間に粒子密度が低下し、それにより砂の塊の体積が増大する。これは砂粒子間の孔隙における負の水圧を生成し、ノズルのないカッターの場合には、これは即座には緩和されない。

通常のカッターヘッドが用いられる場合、負の水圧は切削場所の近傍の砂を密集したままにし、それにより砂堆傾斜は、図６に示す水中の砂の天然の砂堆角度３２よりも急峻となり得る。

ある期間の後に、負の水圧は流入した水によって補償され、それにより砂堆は再び沈下して天然の砂堆を形成する。

図５のカッターサクションドレッジャーが用いられる場合、ノズルにより噴射される水は即座に負の水圧を補償して、それにより、さらなる量の砂が吸引されて砂堆はより急速にその天然の傾斜角度３２を得る。これにより、カッターサクションドレッジャーの通過ごとの浚渫される砂の量は、相当に増大する。

図６は、カッターサクションドレッジャーが通過した直後の、以下についての砂堆を図示する。すなわち、
・砂堆３１の傾斜角度３１をもたらす水噴流の噴射なしのカッターヘッド。
・砂堆３２の傾斜角度３２をもたらす水噴流の噴射ありのカッターヘッド。斜線領域３０は、水噴流によりもたらされ得るさらなる量の目安である。水噴流は、崩すプロセスがより規則的に進行し、それにより掘削量がより一定となり、平均して限界近くまで動作可能であるか、または平均してより多くの掘削量が得られることを確実にする。その直接的な浸食作用により、この水噴流はさらなる多量の岩床材料をも撤去し、掘削量が増大する。

この発明は上述の例示的な実施例に限定されず、保護範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。

カッターサクションドレッジャーを備えた船の側面図である。 たとえば比較的軟質の岩床材料、砂などに対するカッターヘッド、吸引口およびカッターシールド（カッターシールド）が搭載されるこの発明に従った装置の一部の概略軸方向断面図である。 図２Ａの線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 吸引口に対する窪みが明確に示される、図２Ａの装置において用いられるカッターシールドの底面図である。 たとえば比較的硬質の岩床材料、岩などに対するカッターヘッド、吸引口およびカッターシールドが搭載されるこの発明に従った装置の一部の概略軸方向断面図である。 図３Ａの線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。 吸引口に対する窪みが明確に示される、図３Ａの装置において用いられるカッターシールドの底面図である。 図２Ａと図３Ａとの概略軸方向断面図の重なりを示す図である。 この発明に従ったカッターサクションドレッジャーのヘッドの軸方向断面図である。 水噴流の噴射を伴なう、および水噴流の噴射なしの、カッターサクションドレッジャーによって切り込まれた後の砂堆の概略図である。

Claims (10)

1. さまざまな性質の浚渫物を撤去および回収するための装置であって、
   軸受ハウジングと、
   その中に搭載される、支持リングを備えたカッターヘッドを定められたトルクで回転可能に駆動するための駆動シャフトとを含み、前記カッターヘッドはハブを介して前記駆動シャフトに搭載可能であり、前記装置はさらに、
   固定カッターシールドに囲まれる吸引口に接続可能である吸引パイプを含み、前記固定カッターシールドは、一方側の回転する支持リングと他方側の吸引口および軸受ハウジングとの間の空間を占め、前記装置はさらに、
   異なった支持リング直径のいくつものカッターヘッドを含み、前記いくつものカッターヘッドは、相対的に硬い材料に適した支持リング直径を有する第１カッターヘッドと、相対的に柔らかい材料に適した、前記第１カッターヘッドの支持リング直径よりも大きい支持リング直径を有する第２カッターヘッドとを含み、前記いくつものカッターヘッドはいずれも同じハブを介して駆動シャフトに搭載可能とされて、前記いくつものカッターヘッドから選択された一つのカッターヘッドが前記駆動シャフトに搭載され、前記支持リング直径はトルクおよび回収されるべき掘削材料の性質により決定される、装置。
2. 前記吸引パイプに選択的に接続可能とされ、異なった入口断面を有するいくつもの吸引口をさらに含み、前記いくつもの吸引口は、相対的に硬い材料に適した第１吸引口と、相対的に柔らかい材料に適した第２吸引口とを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１および前記第２吸引口の寸法は、動作位置において、底端部が、前記カッターシールドと、関連の前記第１カッターヘッドおよび前記第２カッターヘッドの支持リングとの間に、それぞれぴったりと嵌まるように適合されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. カッターラダーと、
   前記カッターラダー上に選択的に搭載可能ないくつものカッターシールドとをさらに含み、
   これにより、カッターヘッドと吸引口との異なった組み合わせを用いる間に、第１および第２カッターシールドが、一方側では前記軸受ハウジングの端縁と前記第１および第２吸引口とに、他方側では第１および第２支持リングの内側端縁と前記カッターラダーの前端部とに接続可能になることを特徴とする、請求項２または請求項３のいずれかに記載の装置。
5. 前記第１および第２カッターシールドは、カッターヘッドの方向において切頭円錐の底部での形状をとり、
   前記第１カッターシールドの切頭円錐の開放角度は、前記第２カッターシールドの切頭円錐の開放角度よりも大きいことを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれかに記載の装置。
6. 前記カッターヘッドにより切り込まれた浚渫物に高圧下の流体を噴霧するために少なくとも１つのノズルが設けられることを特徴とする、前記請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 圧力下の流体のチャネルを形成するために、前記駆動シャフトは中空形状をとり、前記少なくとも１つのノズルが、前記カッターヘッドに接続された前記駆動シャフトの外側端部に搭載されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 上記請求項１〜７のいずれかに記載の装置を含む、浚渫物を撤去および回収するためのカッターサクションドレッジャー。
9. 上記請求項１〜７のいずれかに記載の装置を用いて浚渫物を撤去および回収するための方法であって、
   いくつものカッターヘッドから、回収されるべき浚渫物およびトルクに応じて、一つのカッターヘッドを選択するステップを備え、前記カッターヘッドを選択するステップでは、より硬質の材料に対してはより小さな直径のカッターヘッドが選択され、前記方法はさらに、
   選択された前記カッターヘッドを、前記駆動シャフトに接続するステップを備えた、方法。
10. 請求項２に記載の装置を用い、
    いくつもの吸引口から、回収されるべき浚渫物およびトルクに応じて、一つの吸引口を選択するステップをさらに備え、前記吸引口を選択するステップでは、より硬質の材料に対してはより小さな入口断面を選択され、前記方法はさらに、
    選択された前記吸引口を、前記吸引パイプに接続するステップを備えた、請求項９に記載の方法。

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