KR101995332B1 - 수중 도랑파기 장치 - Google Patents

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KR101995332B1
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조나단 랄프 맨체스터
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아이에이치씨 엔지니어링 비니지스 리미티드
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Abstract

본 발명은 전방에 배치된 절삭 부재와 후방에 배치된 비절삭 부재를 구비하는 토양 절삭장치와, 상기 토양 절삭장치의 전방 위치로부터 토양을 제거하도록 구성된 토양 제거장치와, 그리고 상기 토양 절삭장치의 비절삭 부재로의 토양의 통과를 방지하도록 배치되고 또한 본질적으로 구성된 방벽장치를 포함하는 수중 도랑파기 장치에 관한 것이다. 상기 토양 절삭장치들은 전형적으로는 휠형 절삭기(rockwheel) 또는 체인형 절삭기(chain cutter)이다. 상기 토양 제거장치는 전형적으로는 이덕터(eductor) 또는 준설 펌프(dredge pump)이다.

Description

수중 도랑파기 장치{UNDERWATER TRENCHING APPARATUS}
본 발명은 수체(body of water)의 바닥에 도랑(trench)을 만들기 위한 장치 또는 장비에 관한 것이다. 그러한 도랑은 전형적으로 케이블, 파이프라인 등과 같은 것을 땅에 파묻어서 손상으로부터 보호하기 위하여 사용된다. 본 발명은 특히, 수중의 단단한 토양에서의 도랑의 형성에 관한 것이다.
호수나 바다와 같은 수체의 바닥에 도랑들을 형성하기 위한 다수의 장치들이 알려져 있다. 체인형 절삭기(chain cutter) 및 휠형 절삭기(rockwheel)와 같은 장치가 종종 도랑을 파는 데에 이용된다. 이러한 도랑 파는 기계는 해저(이하, "토양"이라 칭함)를 형성하는 흙과 암석을 절단하고 그 도랑 파는 기계의 전방에 다량의 폐기물을 만들어내는 경향이 있다. 도랑 파는 기계의 전방에서의 그러한 폐기물의 축적은 수많은 문제들을 일으킬 수가 있다. 예를 들면, 폐기물의 축적으로 인해 도랑 파는 기계의 전진 동작이 정지되거나 방해될 수가 있다. 또한 토양이 도랑 파는 기계 주위로 흘러들어서 파이프나 케이블이 도랑에 놓이기도 전에 그 도랑을 다시 메워버리게끔 할 수도 있다. 더욱이, 그러한 토양의 축적은 토양으로 하여금 토양 절삭장치의 추진작용(예를 들면, 관절형 차량 트랙)을 방해하도록 만들 수도 있다.
해저의 토양은 균일하지 않은 경향이 있고 도랑 파는 기계는 종종 자갈 등과 같은 매우 단단한 물체들을 만나게 된다. 이러한 자갈들은, 예를 들면, 준설 펌프(dredge pump) 또는 이덕터(eductor)와 같은 토양제거장치를 막히게 함으로써 도랑 파는 기계의 작동을 방해할 수도 있다.
또 다른 문제점은 도랑 파는 기계의 절삭 요소들(휠형 절삭기의 송곳니(픽)와 같은 부분들)에 토양이 고착되어 토양 절삭장치의 사용을 방해할 수도 있는 봉쇄상태(blockage)를 야기한다는 것이다.
본 발명은 이러한 문제들의 적어도 일부 또는 전체를 극복하거나 완화하기 위한 것이다.
본 발명의 제1측면에 따르면, 전방에 배치된 절삭 부재와 후방에 배치된 비절삭 부재를 구비하는 토양 절삭장치와, 상기 토양 절삭장치의 전방의 위치로부터 토양을 제거하도록 구성된 토양 제거장치와, 그리고 상기 토양 절삭장치의 비절삭 부재로 토양이 통과하는 것을 방지하도록 배치되고 본질적으로 구성된 방벽장치를 포함하는 수중 도랑파기 장치가 제공된다.
바람직한 실시예들에 따르면, 상기 방벽장치는 미리 선택된 소정의 제한치보다 더 큰 최대 크기를 갖는 토양에 함유된 고형 물질들의 통과를 방지하도록 구성된다.
어떤 바람직한 실시예들에 있어서는, 상기 토양 제거장치는 유동화된 형태로 토양을 운반한다.
바람직하게는, 상기 토양 제거장치는 이덕터(eductor) 또는 준설 펌프(dredge pump)이다.
어떤 바람직한 실시예들에 있어서는, 상기 방벽장치는 고형 물질들이 미리 선택된 소정의 제한치보다 큰 크기를 갖는 경우 상기 이덕터 또는 준설 펌프의 흡입구에 대한 고형 물질들의 인입을 방지하거나 방해하도록 구성된다.
바람직한 실시예들에 있어서, 상기 토양 절삭장치는 무한 경로에 대해서 이동하도록 배열된 다수의 토양 절삭요소들을 포함한다. 특히, 바람직한 형태의 토양 절삭장치들은 휠형 절삭기(rockwheel), 체인형 절삭기(chain cutter), 전단기(shearer), 또는 그와 유사한 것을 포함한다.
다른 바람직한 구성에 있어서 상기 토양 절삭장치는 오거(auger)이다.
바람직하게는, 상기 방벽장치는 본질적으로 그라운드 레벨에 배치된다.
바람직하게는, 상기 토양 제거장치는 상기 방벽장치 상부에 배열된다.
상기 토양 제거장치가 이덕터인 경우의 실시예들에 있어서는, 상기 이덕터 구동 분출물(제트)은 바람직하게는 상기 토양 절삭장치를 향해 안내됨으로써 상기 토양 절삭장치에 축적되는 토양을 이동시키도록 한다. 바람직하게는, 상기 이덕터에서 배출되는 유체의 경로는 상기 토양 절삭장치의 회전 방향과 본질적으로 접선 방향이 되도록 구성된다.
바람직한 형태의 구성에 있어서, 상기 이덕터는 이덕터에 의해 전달되는 토양의 유동 속도를 낮추도록 배열되는 디퓨저(diffuser)를 포함하며, 이것에 의해 토양 내에 함유된 더 농후한 물질이 도랑으로 다시 떨어지도록 한다.
본 발명의 제2의 측면에 따르면, 도랑을 형성하기 위한 소망하는 방향으로 기계장치를 추진하기 위한 수단과 함께 본 발명의 상기한 제1의 측면에 따라 정의된 수중 도랑파기 장치를 포함하는 수중 도랑파기 기계가 제공된다.
바람직하게는, 상기 수중 도랑파기 기계는 상기 수중 도랑파기 장치 및/또는 그것의 부품들의 동작을 제어하기 위한 제어수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 대한 더 양호한 이해를 위하여, 그리고 본 발명이 어떻게 실행되는지를 보여주기 위하여, 단지 예시적인 방식으로, 하기의 도면들을 참조하여 설명이 이루어질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 투시도이다.
도면들을 참조하면, 수체(body of water)의 저부에, 예를 들면, 호수의 바닥 또는 해저에서 도랑을 형성하기 위한 수중 도랑파기 장치(10)가 도시되어 있다. 이하에서, "해저(seabed)"라는 용어는 호수의 바닥 또는 바다 또는 대양의 해저를 지칭하기 위해 사용될 것이다. 상기 도랑파기 장치(10)는 토양 절삭장치(12)를 포함한다. 다양한 토양 절삭장치들이 알려져 있고 사용될 수 있는데, 바람직한 예는 체인형 절삭기(chain cutter), 휠형 절삭기(rockwheel) 및 전단기(shearer)일 것이다. 도 1 내지 도 3에서는 휠형 절삭기(12a)가 도시되어 있다. 휠형 절삭기(12a)는 공칭으로 수평인 축(14) 주위에서 회전하도록 장착된 휠 또는 디스크를 포함한다. 상기 휠형 절삭기(12a)는 전형적으로 이빨 또는 송곳(pick)의 형태로 되어 있는 다수의 토양 절삭 요소들(18)이 장착되어 있고 적절한 내구력을 갖는 단단한 물질로부터 형성되는 외주면(16)을 구비하고 있다.
휠형 절삭기(12a)는 도 2에 도시된 방향에 관하여 보면 반시계(counter-clockwise) 방향으로 회전한다. 따라서, 토양 절삭 요소들(18)은 휠형 절삭기(12a)의 주위를 따라서 무한의 원형 경로를 횡단하며, 그렇게 함으로써 전방부분(20)에서 해저와 맞물리게 된다. 그것들의 회전 중에 해저와 맞물리게 될 때, 토양 절삭 요소들((18)은 해저를 안쪽으로 잘라냄으로써 토양을 이동시킴으로써 도랑을 형성하게 된다.
체인형 절삭기는 휠형 절삭기와는 넓은 의미에서는 유사한 방식으로 작동한다. 체인형 절삭기에서는 토양 절삭 요소들은 그 토양 절삭장치들이 무한궤도형으로 이동하고 그 이동 중의 일부 구간에 토양에 접촉하도록 구동되는 무한 벨트 또는 체인 상에 장착된다.
도랑파기 장치의 후방으로 성급하게 도랑을 다시 채우는 것은 바람직하지 않은데, 이것을 방지하거나 경감시키기 위하여 토양 제거수단(22)이 제공된다. 다양한 형태의 토양 제거수단들이 본 발명에서 적절하게 사용될 수도 있겠지만, 바람직한 수단으로서는 준설 펌프 및 더욱 특별하게는 이덕터(eductor)가 포함된다. 이러한 이덕터는 도 1 내지 도 3에서 도면기호 22a로서 개략적으로 예시되어 있다.
이덕터(22a)는 흡입구(24)와 배출구(26)를 포함하고 있다. 따라서, 이덕터(22a)는 토양을 흡입구(24) 안으로 흡입하여 배출구(26)를 통해서 그것을 방출한다. 더 상세하게는, 이덕터(22a)는 토양 절삭장치(12) 전방의 어느 한 위치로부터 토양을 취입하고 전형적으로는 토양 절삭장치(12)의 후방으로 그 토양을 배출한다. 바람직한 실시예들에 있어서는 이덕터(22a)는 그 이덕터를 통한 유체화 물질의 경로가 가능한 한 일직선 형태로(완전히 일직선 형태인 것이 가장 바람직함) 만들어지도록 구성된다. 이것은 이덕터 내부의 굴곡부에서의 막힘(blockage)을 일으킬 수도 있는 토양물질의 축적을 회피하게 해준다.
토양 절삭장치(12)는 절단 동작 중 지면보다 높은 부분에서는 적어도 덮어서 가리는 것이 바람직하다. 도 1 내지 도 3은 휠형 절삭기(12a)의 상부를 에워싸는 덮개 또는 커버(28)를 보여주고 있다. 덮개 또는 커버(28)의 제공은 토양 제거수단(22)(바람직하게는 준설 펌프 또는 이덕터 22a)에 의한 토양의 제거 효율을 증가시킨다.
본 발명에 의해 해결되는 특별한 문제는 토양 절삭장치(12)의 전방에서의 토양의 축적이다. 위에서 언급한 바와 같이, 그러한 토양의 축적은, 도랑파기 장치(10)의 전진을 방해하거나 멈추게 하고, 토양이 토양 절삭장치 주변에서 뒤로 흘러 도랑 안으로 유입되게 하고, 그리고 토양이 차량의 구동 기계장치 안으로 떨어져 그것의 이동을 방해하도록 할 수도 있다. 토양 절삭장치(12), 특히 토양 절삭요소들(이빨들)(18) 상에 축적된 토양은 도랑파기 동작의 효율성을 떨어뜨릴 수도 있다. 토양 제거수단(22)의 막힘은 또한 도랑파기 동작에 있어 어려움과 지연을 야기할 수도 있다. 이러한 문제들 중의 적어도 일부를 해결하기 위하여 본 발명의 장치(10)에는 토양 절삭장치(12)의 전면에 배열되어 있는 가드(guard) 또는 방벽장치(30)가 제공된다. 방벽장치 또는 가드(30)는 바람직하게는 토양 절삭장치(12)의 바로 정면에 배열됨이 바람직하다. 특히, 방벽장치(30)는 절삭되고 있는 도랑의 어느 한쪽에서 평균적인(normal) 그라운드 레벨에 대하여 적어도 대략적으로는 그라운드 레벨에 배열된다. 어떤 바람직한 장치들에 있어서는 방벽장치(30)는 그의 높이가 작업 중인 도랑의 깊이에 따라 설정될 수 있도록 조절이 가능하다.
방벽장치(30)는 미리 선택된 소정의 크기보다 더 큰 치수를 갖는 물체들(돌이나 자갈들)이 장벽을 통과할 수 없도록 구성된다. 상기한 소정의 크기는 토양의 제거를 위해 사용되는 준설 펌프 또는 이덕터의 흡입구 또는 배출구 파이프 직경과 같거나 유사하게 함이 편리할 것이다. 바람직한 장치에 있어서는 방벽장치는 그 방벽장치(30)의 전면에 과도한 양의 토양이 축적되는 것을 방지하기 위해 실질적으로 그라운드 레벨에 배열된다.
도 1 내지 도 3에서 보이는 것과 같이, 토양 제거수단(22)(전형적으로 준설기 펌프 또는 이덕터(30))은 방벽장치(30) 바로 상부에 배열된다.
방벽장치(30)는 가장 바람직하게는 토양의 단단한 성분들로부터의 충격을 견딜 수 있는 강건하고 내구성이 있는 재질로 구성된다. 전형적으로는, 방벽장치(30)는 본질적으로 금속판으로 만들어지지만, 다른 적절한 견고한 물질이 사용될 수도 있다.
토양 제거수단(22)이 이덕터(22a)인 경우의 또 다른 바람직한 실시예들에 있어서, 이덕터 구동 분사는 그것이 토양 절삭장치(12)(예를 들면, 휠형 절삭기(12a) 또는 체인형 절삭기)에서 안내되도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 토양 절삭장치(12)는 그 토양 절삭장치(12)로부터 토양을 옮기기 위해, 특히 토양 절삭요소(18) 주위에서부터 토양을 이동시키기 위해 사용되는 이덕터 구동 분사에서부터의 고압 유체의 통로에 배치된다.
다른 장점은, 이덕터(22a)의 배출구가 토양 절삭장치(12)의 개개의 토양 절삭요소들의 이동 방향에 대해 또는 토양 절삭장치(12)의 회전 방향에 대해 실질적으로 접선 방향으로 이루어질 경우에 달성된다. 이러한 방식으로, 접선 방향의 모멘텀은 유체화 된 폐기물 이송 방법과 같은 방향에 존재한다.
본 발명의 바람직한 변형들에 있어서, 상기 장치(10)는 재순환되는 토양(즉, 토양 절삭장치(12)에서 전방 부분(20)을 통해 후방 부분(34)으로 통과하여 이동하는 토양)이 도랑으로 다시 돌아가는 것을 방지하는데 도움이 되는 크러머 장치(crumber unit)(32)가 제공된다. 따라서, 크러머(32)는 파이프, 케이블 또는 그와 같은 것들이 놓일 수 있는 깨끗한 해저 또는 바닥부분을 도랑에 제공하는 데에 도움이 된다. 상기 크러머 장치(32)는 토양 절삭수단(12)의 상이한 깊이의 절개부위(즉, 상이한 깊이의 도랑)를 수용하는 높이로 조절이 가능할 수도 있다. 어떤 장치들에 있어서는, 크러머 장치(32)는 그에 장착된 굴곡형의 제한기(restrictor) 또는 쟁기날(share)을 구비할 수도 있는데, 이것은 예를 들면 변형에 대한 저항성과 강도의 향상을 제공한다.
또 다른 바람직한 장치들에 있어서, 준설 펌프 또는 이덕터의 배출구는 파이프 또는 케이블 또는 그와 같은 것들이 놓인 후에 상기 장치(10)의 후방으로 토양이 도랑 안으로 안내될 수 있도록 배열될 수도 있다. 이것은 파이프 또는 케이블 또는 그와 같은 것들을 도랑 내에 매설하는 것에 있어 도움이 된다.
또 다른 바람직한 장치들에 있어서, 더 농후한 물질이 도랑 안으로 우선적으로 다시 떨어지도록 유동화된 토양의 속도를 저감하는 역할을 하는 디퓨저(38)가 제공된다. 상기 디퓨저(38)는 암석 파편들의 축적을 방지하도록 바닥이 개방될 수도 있다.
본 명세서의 상세한 설명과 특허청구범위에 걸쳐서, "포함한다" 또는 "구비한다(갖는다)"라는 용어와 그것의 파생어인, 예컨대 "포함(구비)하는"과 같은 표현들은 "그것을 포함하되 그것에만 한정되지는 않는다"는 것을 의미하며, 그리고 다른 일부분들, 부가물들, 구성요소들, 개체(integer)들 또는 단계들을 배제하는 것을 의도하지 않는다(그리고 배제하지 않는다).
본 명세서의 상세한 설명과 특허청구범위에 걸쳐서, 단수(singular)적인 표현은 전후관계상 달리 요구하지 않는다면 복수의 표현도 망라하는 것으로 해석될 것이다. 특히, 수량이 특히 정해지지 않은 물건이 사용되는 경우, 본 명세서에서는 전후관계상 달리 요구되지 않는다면 단수뿐만 아니라 복수도 고려하는 것으로서 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 특정한 측면, 실시예들 또는 구현예와 결부하여 기술된 특징들, 개체들, 특성들, 합성물들, 화학적 부분들(chemical moieties) 또는 그룹들은 여기에 기술된 임의의 다른 측면, 실시예 또는 구현예에도 그것들과 호환성이 있다면 적용이 가능한 것으로 이해하여야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 전방에 배치된 절삭 부재와 후방에 배치된 비절삭 부재를 구비하는 토양 절삭장치와,
    상기 토양 절삭장치의 전방의 위치로부터 토양을 제거하도록 구성된 토양 제거장치와, 그리고
    상기 토양 절삭장치의 전면에 배치되고 상기 토양 절삭장치의 비절삭 부재로 토양이 통과하는 것을 방지하도록 구성된 방벽장치를 포함하는 것으로,
    상기 토양 제거장치는 상기 방벽장치 바로 상부에 배열되고,
    상기 토양 제거장치는 흡입구와 배출구를 포함하는 이덕터(eductor)이며, 상기 이덕터는 토양 절삭장치 전방 위치로부터 흡입구로 토양을 취입하고 토양 절삭장치의 후방으로 배출구를 통해 그 토양을 배출하는 것인 수중 도랑파기 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방벽장치는 미리 선택된 제한치보다 더 큰 최대 크기를 갖는 토양에 함유된 고형 물질들의 통과를 방지하도록 구성된 것인 수중 도랑파기 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 토양 제거장치는 유동화된 형태로 토양을 운반하는 것인 수중 도랑파기 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 방벽장치는 고형 물질들이 미리 선택된 제한치보다 큰 크기를 갖는 경우 상기 이덕터 또는 준설기 펌프의 흡입구에 대한 고형 물질들의 인입을 방지하거나 방해하도록 구성된 것인 수중 도랑파기 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 토양 절삭장치는 무한 경로의 주위에서 이동하도록 배열된 다수의 토양 절삭요소들을 포함하는 것인 수중 도랑파기 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 토양 절삭장치들은 휠형 절삭기(rockwheel), 체인형 절삭기(chain cutter), 전단기(shearer), 또는 그와 유사한 것인 수중 도랑파기 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 토양 절삭장치는 오거(auger)인 수중 도랑파기 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 방벽장치는 실질적으로 그라운드 레벨에 배치된 것인 수중 도랑파기 장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 이덕터 구동 분사(제트)는 상기 토양 절삭장치를 향해 안내되도록 함으로써 상기 토양 절삭장치 상에 축적되는 토양을 이동시키도록 구성되는 수중 도랑파기 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 이덕터에서 배출되는 유체의 경로는 상기 토양 절삭장치의 회전 방향과 실질적으로 접선 방향이 되도록 구성되는 것인 수중 도랑파기 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 이덕터는 이덕터에 의해 전달되는 토양의 유동 속도를 저감하도록 배열되는 디퓨저(diffuser) 부재를 포함하며, 이것에 의해 토양 내에 함유된 더 농후한 물질이 도랑으로 다시 떨어지도록 구성되는 것인 수중 도랑파기 장치.
  14. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제9항, 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 수중 도랑파기 장치, 및 도랑을 형성하기 위하여 소망하는 방향으로 수중 도랑파기 기계를 추진하기 위한 수단을 함께 포함하는 수중 도랑파기 기계.
  15. 제14항에 있어서, 상기 수중 도랑파기 기계는 상기 수중 도랑파기 장치 및/또는 그것의 부품들의 동작을 제어하기 위한 제어수단을 더 포함하는 수중 도랑파기 기계.
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